氮肥增产背后的地下水风险
氮肥是保障粮食安全的关键。然而，全球氮肥的平均利用率仅为30%-50%，大量未被作物吸收的氮素通过径流和淋溶进入土壤和地下水，引发一系列生态环境问题。铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃⁻-N）是土壤和地下水中最主要的无机氮形态。其中，NO₃⁻-N由于溶解度高、迁移性强，成为地下水氮污染的主要形式。
不同施氮量如何改变土壤和地下水中NH₄⁺-N、NO₃⁻-N的分布？氮素主要滞留在哪些土层？作物不同生育期是否存在地下水氮素升高风险？环境因子又如何调控氮素转化与迁移？
围绕这些问题，宁夏大学钟艳霞老师团队在中国西北旱区玉米种植区开展了连续两年的田间定位试验，系统分析不同施氮量下土壤—地下水系统中NH₄⁺-N和NO₃⁻-N的动态变化，为旱区农田氮肥管理与地下水污染防控提供了科学依据。相关成果发表在《Applied Water Science》。
两年田间定位试验追踪氮素迁移
（1）研究区域：位于宁夏北部，属于典型温带半干旱荒漠区；
（2）实验设计：设置4个施氮水平：
CK：0 kg·hm⁻²（不施氮）；
F1：100 kg·hm⁻²（低氮）；
F2：200 kg·hm⁻²（中氮）；
F3：300 kg·hm⁻²（高氮）；
每个处理3次重复，共12个小区。氮肥（尿素）分5次施用：播前、分蘖期、拔节期、抽雄期、灌浆期；
（3）测量指标：
土壤样品：分别在5个时期采集，分6个土层（0-10、10-20、20-30、30-40、40-60、60-80 cm）；
地下水样品：同步测定pH、EC、DO、ORP等环境因子；
值得一提的是，团队采用Smartchem 450 全自动化学分析仪对土壤和地下水中的NH₄⁺-N和NO₃⁻-N进行测定。该仪器可实现样品自动进样、反应控制与连续检测，适用于多时期、多层位、大批量样品的无机氮分析，有效减少人工操作误差，提高检测效率和数据稳定性，为揭示土壤—地下水系统中氮素迁移与转化过程提供了可靠的数据支撑；
（4）数据分析：采用方差分析、多重比较和Pearson相关分析，用于识别不同施氮量对氮素分布的影响，以及氮形态与环境因子之间的耦合关系；
图1. 2024年玉米不同生育期土壤NO3⁻-N分布特征。a 分蘖期；b 拔节期；c 抽雄期；d 灌浆期；e 成熟期。
图2.不同生育期地下水中NO3⁻-N的分布特征。a 分蘖期；b 拔节期；c 抽雄期；d 灌浆期；e 成熟期。
图3.土壤与地下水中NH₄⁺-N、NO₃⁻-N与环境因子的相关性分析。
施氮重塑土壤—地下水氮素分布
施氮显著提高土壤和地下水氮素水平，高氮处理影响更强；
0–40 cm浅层土壤是氮素响应最敏感区域；60~80 cm深层土壤氮素含量低且稳定性强；
水分、溶解氧和氧化还原条件共同调控氮转化；
施氮量增加，改变的不只是土壤肥力，也改变了氮素迁移路径；
精准施氮是产量与水环境安全的平衡点
该研究表明，在西北旱区砂质农田中，施氮量增加不仅提高了土壤氮素水平，也改变了氮素向地下水迁移的路径。尤其是NO₃⁻-N，因迁移性强，更易成为地下水污染的重要来源。因此，农田氮肥管理不能只追求“多施增产”，更应强调精准施氮、分期调控和风险防控。未来，结合长期定位监测、土壤剖面分析与地下水动态评估，将有助于进一步明确氮素迁移阈值，建立更适用于旱区农田的氮肥管理策略。
发表期刊：Applied Water Science【影响因子：5.7】
研究单位：宁夏大学、宁夏基础地质调查院等
研究地点：宁夏北部
使用设备：Smartchem 450全自动化学分析仪
DOI：https://doi.org/10.1007/s13201-026-02848-4