大气氨气：农业肥料的供给

本研究所探讨的肥料类型仅是含氮肥料。表35-2总结了目前世界上使用的氮肥类型及其配方和含N量。其中NH 4 HCO3极易挥发，几乎所有用量都集中在中国。尿素因其含N量高（47%）而成为全球使用量最大的氮肥品种（56%），在发展中国家也占到一半左右市场。当尿素施入土壤后，在脲酶的作用下经过2～3 d时间才首先转化为NH 4 HCO 3，故可通过多种途径减少其NH 3挥发。

表35-2　全球各种氮肥消费类型及其消费量

a来源于国际肥料组织（International Fertilizer Association，IFA：http：／／www.fertilizer.org／ifa／ifadata／search）；b消费占比：各分项肥料的消费量除以全球氮肥总消费量。

氮肥施用后的NH 3排放，其本质是氨性溶液表面（表层土壤或植物）向大气运移NH 3。NH 3的释放速率取决于NH 3的浓度梯度、NH 3由氨性溶液表面向环境大气运移过程中的阻力、氨性溶液及后续化学转化物TAN^[4]（NH 3 N+NH 4+__N）在土壤和植被中的变化。NH 3的运移必须通过2个基本流体层，即液-气表面受分子扩散控制的薄片层和受湍流扩散控制而向自由大气释放的湍流层。瞬时NH 3释放率（F v）的高低可通过下式表示：

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其中K b表示整体输送系数，x表示土壤／植物-空气界面间的NH 3分压，NH 3，a表示土壤／植物与自由大气间的NH 3分压。K b的大小取决于风速和大气稳定度。x受转化物TAN（NH 3 N+NH 4+-N）的浓度和氨性溶液的平衡过程控制：

其中NH 3，L代表溶液中NH 3的浓度（L表示liquid，液体），T代表绝对温度（）。

S.Rachhpal和P.H.Nye［29］根据对土壤表层施用尿素的NH 3挥发实验结果指出，以NH 3挥发形式损失的N比例大小，对土壤初始p H、土壤p H缓冲性、尿素施用量以及土壤脲酶活性等要素非常敏感，因此可以通过实验结果建立机理模型，用以模拟尿素的NH 3挥发。影响肥料NH 3挥发的因素主要有：①肥料的类型。肥料NH 3挥发的机理就是肥料中复杂的含N分子的水解过程。不同类型的肥料因含N量的差异，影响NH 3挥发。在编制特定地区或国家的NH 3排放清单时，需要着重考虑这一因素。②土壤性质。土壤粗糙度大，土壤孔隙的湍流也较强，使得摩擦速度加快，导致土壤表面和大气的交换较强，最终使得施肥后的NH 3挥发更快。S.G.Sommer和A.Ersbøll［30］对沙壤土施用尿素后的累积NH 3损失随时间发生的变化进行了研究，发现两者符合S形模型（sigmoidal model），即有一半的NH 3损失集中发生在施肥后的2～7 d。随着土壤含水量的增加，肥料的水解率会相应增加。大气相对湿度上升也会因肥料具有吸湿性的特点而增强水解。③气象条件。如前所述，公式35-3中的K b大小取决于风速和大气稳定度。风速和温度较高，则肥料施用后的NH 3挥发较大。但在较低太阳辐射的情况下，风速加大将降低土壤和植物表面的温度，进而减少氨性溶液表面的NH 3释放潜力。J.K.Schjoerring和M.Mattsson［31］的研究表明，干燥土壤表面经受少量降水以后，肥料颗粒将加速溶解，从而促进土壤的NH 3挥发，但是如果遭受大雨（如一天内降雨20 mm）侵袭，土壤的NH 3挥发能力反而会受到显著抑制。