现在大多数由土壤有机氨分解的硝酸盐正在污染河流和供水；单纯减少施肥不能立刻解决问题。

硝酸盐污染既造成混乱、浪费资源，又危害人们的健康，这一责任必然要落在农民身上。农民热忱地生产了大量粮食，花巨款贮备谷物。同时他们施氮肥太多，而过量的硝酸盐又污染湖泊和河流，损害供水。虽然阻止农民过多施肥的争论在继续，但谷物山应缩小，污染应终止。这种要求是很有说服力的，可是施多少肥料才恰当？

就全局而言，争论点几乎是完全正确的，必须引起高度重视。饮用水含硝酸盐太多可能使婴儿致病，虽然医学研究还未证实硝酸盐与胃癌有直接联系，但与胃癌有某种方式的联系。河流和湖泊含硝酸盐太多可以促进水生植物茂盛和水藻“繁茂”。水生杂草阻塞水管，缠绕螺旋桨；水藻则形成难看的水面浮渣。水藻死亡时，分解水藻的细菌将消耗水中的大量氧气，因而引起其它生物大量死亡。

然而，另一些争论点则提出了不少问题。例如，以谷物山为例，英国在1988年收获之前有170万吨干谷物存储在间隔仓库内。假如歉收，库存谷物大概可维持一个月左右。这是一座谷物山，还是相当有限的储备？在没有大量谷物进口的情况下，我们的支付平衡是不利的。过量施氮肥留下的过量硝酸盐将会怎样？这是硝酸盐问题的本质吗？赫特福德夏尔市的罗撒斯特试验站和其它地方的研究人员证明、这种想法使复杂的问题过分简单化了。现已证明，根据错误的观念来采取控制措施不仅不起作用，而且还会使农民和整个社会付出高昂的代价。

氮是作物生长所需氨基酸和蛋白质的主要成分，缺氮会使任何作物生长受阻。作物需要吸收铵态氮和硝态氮。英国可耕土的硝酸盐都溶解于土壤水中，所以最易受到淋洗，即最易被雨水冲出土壤，由于铵被强烈吸引在土壤颗粒表面上，所以不易被淋洗。然而，多数可耕土的微生物通常能将铵迅速转化成硝酸盐，因而所有氮都成了作物的有效养分，可是也最易受到淋洗。未被作物利用的氮很可能以硝酸盐的形式被土壤水带走，不管这种硝酸盐是源于化肥和有机肥，还是源于土壤有机质的分解都无关紧要。

硝酸盐可能达到的地方决定于地下水位的深度。如果土壤不很深，而且位于不透水层之上，那么地下水就会侧向流入沟渠或小河，并由此流入河流和湖泊。在有透水性岩石的地方，例如埋藏于土壤下的白垩、石灰岩或砂岩，硝酸盐则被带到地下水位之下，其深度可达到地表下50米式者更深的地方。这些透水性岩石都是蓄水层，它们为英国提供了大量的饮用水。这些岩石的渗透速度是很重要的。在地下水位以下的白垩中，水和溶性硝酸盐的渗透速度小于1米/年。我们使用的水是从地下水位以下提取的，所以饮用水的硝酸盐浓度可以反映出半个世纪前地面上发生了些什么。其它蓄水层反映得更快。

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在科学上需要回答的主要问题是来自不用肥料的氮应负责吗？不用氮可能有两个原因：在作物吸收氮之前已被雨水冲出土壤：或者氮被作物吸收之后遗留在土壤中。罗撒斯特试验站的研究证明，在潮湿的春季雨水可能把30%的肥料氮冲走，在一般情况下也可能冲走15%的氮。然而，在春季也很可能导致反硝化损失——硝酸盐被微生物转化成含氮气体的地方——这种损失大于淋洗。在春季，从土壤中淋洗的硝酸盐很少移出作物根区，因为冬季后土壤开始干燥。

冬季是最糟糕的时候

渗漏是冬季出现的主要问题。此时降雨超过蒸发，所以水向下流动——在可耕土裸露或者在秋播幼苗移栽后还不需要氮的某个时候。这正是向土壤施肥的时候，因而硝酸盐就可能成为问题。那么到收获时从肥料中跑出了多少硝酸盐？回答是很少的。罗撒斯特试验站研究人员戴维 · 波尔森（David Powlson）和戴维 · 詹金森（David Jankinson）用氮重同位素“标记”的氮跟踪了肥料氮的终局。每公顷冬小麦施190公斤标准氮，土壤中遗留的硝酸盐为1 ~ 5公斤；甚至接收更多氮的冬油菜遗留的硝酸盐也只有10公斤/公顷，遗留在土壤中的其它肥料氮则与有机质密切相关。

因此，在收获时土壤中来自肥料的硝酸盐是不多的。然而，在以后的几个月内可能渗漏大量的硝酸盐。硝酸盐来自何处？几乎所有的“回答”来自土壤。土壤含大量与耕层（大约25厘米的表层）有密切联系的有机态氮，每公顷可耕土大约含5，000公斤。这种残余氮不能被作物利用，也不会被淋洗，除非土壤微生物分解有机质，释放硝酸盐。土壤微生物是很多的，每公顷土壤大约含10，000公斤活物质。不幸的是在土壤条件适合微生物而作物又不需要氮的时候，它们就开始释放硝酸盐。秋季（这时土温高，湿度较大）很适合微生物生长，是它们生产硝酸盐的旺盛时期。这种硝酸盐易被淋洗，因为它存在于裸露或新播作物弱生长期的土壤中，这时正是土壤处于极潮湿的时候，易被水排出。我们认为这种硝酸盐就是硝酸盐“污染”的最大原因——因为水的硝酸盐浓度远远大于化肥的直接损失。

这个结论已被一个多世纪以前开始的类似试验所证实。1970年，罗撒斯特试验站研究人员建立了测定土壤排水量的排水设施。这些设施由若干未扰动土壤的天然区组组成，每个小区的表面积为4平方米，小区用砖墙隔开，墙下再挖安装排水收集容器的暗槽。排水区土壤不种作物，只接受以杀灭杂草为目标的最低耕作。1868年以来，这些小区都未施肥，1877年起科学家还测定了排水的硝酸盐浓度 · 在第一个七年测定期内，即从最后一次施肥后第9年至第16年期间，每公顷土壤年平均渗漏氮（以硝酸盐计）为45公斤。由雨水引起的渗漏氮只有3 ~ 5公斤，其余的渗漏氮几乎都来自土壤有机质，在1870 ~ 1915年的较长时期内，以硝酸盐形式渗漏的氮数量和雨水供给的氮数量之差接近等于土壤损失的有机氮数量。

排水区的这个数据提出了两个重要论点。虽然未种作物，也没有施肥，但土壤硝酸盐渗漏量（每公顷45公斤）差不多等于冬小麦施肥土壤硝酸盐渗漏量的最新估计数。地质科学研究所研究人员根据流经白垩的地下水硝酸盐浓度数字计算，正常施肥的冬小麦土壤硝酸盐年渗漏量为50 ~ 70公斤/公顷。在种植冬小麦的粘土上收集排水的田间试验证明，硝酸盐年平均渗漏量约为30公斤/公顷。因为冬小麦施肥供氮量常和作物排氮量大致相等，所以排水区显示的渗漏与其他研究显示的渗漏的相似性正好意味着土壤微生物每年大致分解相同的有机质。

第二个论点是渗漏持续时间很长。计算结果表明渗漏速度下降至其初始速度的1/2所需时间为41年，下降至初始速度的1/10所需时间很可能要100年。这就暗示土壤中存在一个可分解氮的大贮氮库，其分解速度是非常缓慢的。面对这种缓慢无情的硝酸盐损失，我们可从作物增肥量的变化观察到多少影响？下述计算结果可为我们提供一个指导。

1957年，农业部推荐每公顷冬小麦施75 ~ 90公斤氮，到1975年农民平均施100公斤。农业部咨询服务机构的计算表明，冬小麦作物从土壤吸收的平均氮数量多于从肥料吸收的氮数量。小麦是从土壤中吸收硝酸盐的。土壤有机氮数量很可能不多或者没有增加。

1976 ~ 1985年期间，农民施氮量从100公斤/公顷稳定地增至190公斤/公顷。如果以100公斤作基线，那么在这期间每公顷冬小麦接收的肥料氮超过1，450公斤。适当的比例必然会对作物产生作用，因为产量大幅度增加；但农民给作物提供的氮始终超过作物的排出氮。据农业部咨询服务机构研究人员计算，这10年内氮累积超额量大约为300公斤/公顷。他们指出这些氮多数是在有机质中发现的。如果1975年每公顷土壤含5，000公斤有机氮，那么这10年快速增施的氮即使所有超额氮都积聚在有机质中，显然也只能使土壤有机氮数量增加6%。

即使农民减少施肥，其效果也很可能不明显，假定下个10年农民只施95公斤/公顷（现在大多数农民只施一半）那么这10年的有机氮假设减少量约为4%。

虽然这些计算结果再次指出硝酸盐渗漏很缓慢但它却是一个不可抗拒的过程，其途径也是不易转向的。然而，这可能引起误解，因为计算结果暗示一切有机氮同样可以受到微生物侵袭的影响。不仅如此，某些有机质更易被微生物分解，因此微生物更可能在硝酸盐污染中起作用。我们急需知道增施肥料是怎样影响这部分土壤有机氮和微生物是怎样分解有机氮的。罗撒斯特试验站研究人员正试图回答这个问题。

牧草可以堵塞渗漏

硝酸盐问题显然是一个长时期的问题，任何急迫解决问题的企图都被证明是反生产的和不需要的。因为有效的办法是采取长期控制措施，所以这些控制措施将首次成为恰当的需要。况且，欧洲农业变化迅速，尤其是英国，以至于农民缩减了谷物生产。农民愿意接受的一个选择是“取消生产”——放弃土地生产。放弃生产的主要目的是减少剩余，但没有某些形式的作物覆盖的土壤就会因硝酸盐渗漏而流失。微生物可能不断分解有机质，硝酸盐可能继续渗漏，适当的选择应该是在土地上种牧草；草根可以有效地消除硝酸盐，抑制有机质，大大减少硝酸盐的渗漏。如果农民在任何时候犁掉牧草，那么这个唯一的问题就会来临：这就是在微生物分解有机质时释放大量硝酸盐。另一选择是把剩余农田变成林地。壮年林地几乎不渗漏硝酸盐，但可能具有周期性，特别是在砍树以后，土壤几乎裸露无遗，这时就很可能发生硝酸盐渗漏。任何放弃生产的计划都必须仔细结合这些因素来保证这种非生产区的硝酸盐渗漏减至最低限度。

另一个最新变化是向有机农业发展的趋势。有机肥常被看作优于化肥的“有益”肥料。没有多少证据可以反对向作物施用相同形式的氮——铵和硝酸盐的观点。然而，罗撒斯特试验站的试验表明，虽然农家肥在提高产量方面至少与化肥的效果相同，但也具有较大的污染危险。这是因为在秋季临界期内定期向小区提供的农家肥使每公顷土壤含100公斤硝酸盐，比接收化肥的小区还多。原因很简单；可供微生物分解的有机氮增多，这种有机氮来自新老增加的肥料。农民也倾向在秋季把肥料犁入土中，所以恰好在不适当的时候把肥料所含的铵变成了硝酸盐。

有机农业要用更多的农家肥代替化肥。农民在“有机系统”中种植三叶草之类的豆科植物，这种植物可在其根内外生活的细 菌 帮助下利用大气氮。豆科植物也常和牧草共生，所以土壤几乎没有硝酸盐渗漏，但土壤却在不断积累有机氮。种植作物时，农民就把三叶草和其它牧草犁入土中。微生物则积极侵袭积累的土壤氮，产生大量的硝酸盐。有人争辩说，有机农业系统比用化肥多释放了多少硝酸盐还需要进行更多的研究。不过这种研究有困难，因为它必须涉及整个系统，而且几乎涉及整个农场。

一种较简单的选择（也是许多环境团体支持的选择）是强迫农民少用氮肥、但这种建议只能解决表面现象，不能解决实质问题，即与其说硝酸盐污染来自未利用的肥料，倒不如说来自有机氮的分解。减少多少氮肥数量（比如一半）才有效是很难预测的。虽然应减少土壤易分解有机氮的数量，但只有长期减少才能起作用，从硝酸盐渗漏来说，这种“节约”与农民受到的损失相比是非常有限的。尽管提供给冬小麦的氮只可能减少10%左右的产量——但农民最终仍可获得10%的利益。强迫减少氮肥实际上对农民是有好处的，如果农民应对硝酸盐问题负主要责任是公平的，而他们又不那样做，那就是十分愚蠢和错误的。我们必须找出农民在这个问题上应负多大责任，他们需要采取什么行动来减少氮，其效果有多大。

问题的根源（行动的目标）在于冬季来临时硝酸盐还存在于土壤中。如果农民不在秋季施肥，那么硝酸盐几乎只能全部来自土壤有机氮的微生物分解作用。虽然我们不能把微生物的责任加在农民身上，可是他们对有机氮有责任吗？大多数有机氮在硝酸盐问题产生之前很久就存在于土壤中了。农业习俗的最新变化可能增加土壤有机氮吗？20年前土壤受到了巨大的关注，不是因为土壤中存在硝酸盐，而是土壤有机质含量正在下降。有机质下降遵循着从草地到可耕农业的倾向前进；草地土壤有机质含量多于可耕作物土壤。土壤有机氮随着有机质的普遍下降而下降，这种下降可以制止，但不能逆转。向可耕地加快肥有助于阻止有机质下降；也可以增加某些土壤有机氮的数量，但据我们所知，其增加量不可能超过6%。

反对农民的主要证据纯属偶然：他们把氮肥用量增加了一倍，因而也增加了供水的硝酸盐浓度，解决问题需要新证据，特别是有关易分解有机氮的成分，我们需要知道施肥是怎样影响这种成分的，这项研究工作是很紧迫的。增施肥料和增加供水的硝酸盐浓度之间可能存在最密切联系的结论也许成立，或者可能证明其不成立。

另一个主要证据是历史上的。永久性古草地在犁地时释放出大量硝酸盐。罗撒斯特的一个古草地，在犁地后的前18年中几乎损失了4，000公斤氮/公顷（主要是以硝酸盐的形式损失的）。在白垩下采取的水样表明，土壤多年排水的硝酸盐浓度比现行欧洲共同体限制的饮用水硝酸盐浓度大2倍。这个面积很大的古草地在过去40年内变成了耕地，在这个过程中释放的硝酸盐必然是进入现代供水的硝酸盐主要来源。在这种作用得到正确评价之前，我们不必仔细地对“硝酸盐问题”的起因作太多的结论。

农民日愈意识到他们必须小心施用氮肥。虽然如此，农业部咨询服务机构的顾问发现农民不听从他们的贴切忠告。该机构也正在对作物需要多少肥料和施肥时间的意见作出改进。罗撒斯特试验站有一个改进作物需氮预测系统的研究计划。

虽然试验站研究人员还需要改进氮肥的用法，但农民应采取步骤，在秋、冬两季减少土壤硝酸盐的危险量，以便减少硝酸盐渗漏。近年来，一种普遍公认的实践卡片得到了发展，大多数农民正在按卡片的要求去做。

1982 ~ 1986年，农民在秋季谷物作物上的施氮量减少了一半，现在每公顷平均施用量只有10公斤，油菜作物减少了三分之一。许多农民现在似乎懂得秋季施氮肥很可能是浪费，同时还会引起硝酸盐问题。

现在农民通常都尽可能早播冬季作物，少使土壤裸露。有些农民在每年最危险的时间内种植覆盖土壤的填闲作物和速生作物。其它习惯也正在改变。较严格的烧杆法规促使农民把更多的蒿杆犁入土中（比他们在20年前犁入的蒿杆要多得多），微生物在分解蒿杆过程中可以固定一部分硝酸盐，这种硝酸盐可能在今后释放出来，但不可能长期释放。

这些变化（特别是秋季少施氮肥和早播冬季作物）可能减少土壤硝酸盐的渗漏量。这个好消息至少正在一个地方出现。林肯郡石灰岩是迅速反应土壤硝酸盐渗漏变化的蓄水层。安格里亚水利权威机构一直在测定从该蓄水层之上提取的地下水硝酸盐浓度，多数钻井的硝酸盐浓度一直在长期增加。现在，许多钻井的浓度已停止增加，或者开始减小，这个水利机构说，这种变化是这个地区春播向秋播转变的必然结果，所以土壤在冬季不再裸露。评价长期效果（例如天气变化或者土壤有机质减少）为时尚早，不过当前正确的农业实践有希望减轻硝酸盐问题的严重性。

硝酸盐问题引起了人们的巨大惊恐和不安，但提出这个现实问题的控制措施不是不可能的。农民必须继续使用实践卡片，研究人员必须继续帮助农民了解土壤会产生什么，并向他们提供怎样使用肥料的好意见。如果我们只批评他们的缺点，肯定他们的正确做法，那么农民还是很愿意按正确习惯去做的。

[New Scientist，1983年10月80]