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纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性

发布日期:2015-03-15 21:55:57
纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性和土壤改良剂
纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性本文通过大田试验,针对内蒙古旱作地区燕麦土壤贫瘠、干旱、低产等问题, 开展了不同土壤改良剂及其复配对燕麦生长及土壤理化和微生物性状的作用机制 研宄,以期为改善旱作燕麦土壤理化及微生物性状、提高单产和水分利用效率提供 理论依据。结果表明:
1. 不同土壤改良剂及复配处理均能提高0-20cm 土层土壤有机质、碱解氮、速 效磷和速效钾含量,各指标分别比对照增加8.24%-30.22%、7.60%-19.29%、 5.15%-29.45%和27.86%-68.86%,不同处理的土壤有机质、碱解氮和速效磷含量均
表现为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 > 聚丙烯酰胺 >腐 殖酸钾,速效钾含量均表现为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 > 聚丙烯酰胺+腐殖 酸钾 > 腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺。
2.聚丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺+腐殖酸钾、聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺 和腐殖酸钾处理均能提高0-60cm 土层土壤含水量,各处理依次较对照提高12.95%、 7.96%、7.89%、5.11%和2.78%,对60-100cm 土层含水量影响不明显;不同土壤改 良剂均能降低0-10cm、10-20cm、20-40cm和40-60cm四个土层的土壤容重,四个 土层容重依次较对照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、1.32%-5.26%和 0.65%-1.99%, 以聚丙烯酸钾+腐殖酸钾处理降低幅度最大,但处理间差异不显著,对60-100cm各 土层容重影响不明显;不同改良剂处理均能降低0-10cm、10-20cm和20-40cm各土 层土壤紧实度,三个土层土壤紧实度依次较对照降低81.22-437.54kPa、 318.86-828.19kPa和169.89-696.53kPa,各处理土壤紧实度大小均表现为聚丙烯酸钾 +腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 > 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸钾> 对照, 10-20cm 土层表现较明显;不同土壤改良剂均能显著提高0-10cm、10-20cm和 20-40cm 土层>0.25mm 土壤团聚体含量,其中>2mm和2-1mm 土壤团粒结构增幅较 大,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾复配处理显著高于单施处理,二 者之间差异不显著。
3•不同土壤改良剂处理均能显著提高燕麦全生育期0-10cm、10-20cm和 20-40cm 土层的土壤微生物量碳、氮、磷含量,复配处理较单施效果显著,随着土 壤深度的增加土壤微生物量均呈逐层递减的趋势,全生育期不同土层微生物量碳、 氮、磷全生育期趋势均为苗期到成熟期先升后降,抽穗期达最大值;土壤酶活性与 土壤微生物量表现相同,不同土壤改良剂均能提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性, 但不同处理在不同时期和土层差异不同,二者活性随土层的加深逐渐降低,处理间 的差值范围也随之减小,抽穗期达到最高值,但对于脲酶,腐殖酸钾及其复配处理 的土壤脲酶活性在苗期明显低于对照,抽穗期和成熟期高于对照。
4•土壤改良剂对燕麦株高具有显著的提高作用,各生育时期聚丙烯酸钾、聚 丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺+腐殖酸钾和腐殖酸钾处理株高分别 比对照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、2.72%-5.60% 和 3.29%-5.60%,复配处理株高优于其它改良剂;对于干物质积累具有同样的作用, 不同处理的干物质积累量明显高于对照,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾积累量最高, 较对照高15.06%;其次为聚丙烯酰胺+腐殖酸钾,较对照高12.08%;聚丙烯酸钾、 聚丙烯酰胺次之,腐殖酸钾最低。
5.聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐殖酸钾及其复配对燕麦产量及产量构成因素 均有显著影响,各处理籽粒产量均显著高于对照,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚 丙烯酰胺+腐殖酸钾处理籽粒产量较其它单施处理高,两年平均产量分别为 3010.7kg/hm2、2915.6kg/hm2,较对照增产25.92%和21.94%,各处理籽粒产量和生 物产量由高到低依次为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾> 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸钾> 对照;各土壤改良剂处理水分利用效率均显著高于对照,其 变化趋势与产量变化趋势一致,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺+腐殖酸钾、聚 丙烯酸钾、聚丙烯酰胺和腐殖酸钾两年平均依次较对照提高了 40.17%、30.83%、 26.22%、16.56%和9.94%,土壤贮水量依次较对照增加了 11.47mm、5.81mm、 3.96mm、2.87mm和0.53mm,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾处理水分利用效率和土壤 贮水量均显著高于其它处理。
6.土壤中各指标与产量相关系数大小顺序为有机质(0.996)>蔗糖酶(0.994)>过 氧化氢酶(0.993)>微生物量碳(0.992)>微生物量磷(0.990)> 土壤含水量(0.980)>速效磷 (0.964)>碱解氮(0.962)>微生物量氮(0.913)>脲酶(0.746)>速效钾(0.720)。其中,有机
质、蔗糖酶、过氧化氢酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷和碱解 氮与产量呈极显著正相关(P<0.01),土壤微生物量氮与产量呈显著正相关(P<0.05)。 可以用土壤有机质、蔗糖酶、过氧化氢酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、 速效磷、碱解氮和微生物量氮等土壤指标可以作为判断当地燕麦产量的有效指标。
7.综合所有研宄内容,从燕麦应用土壤改良剂的产量和水分利用效率效应 看,纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性,两种土壤改良剂复配更适合用于当地燕麦种植和生产,其中聚丙烯酸钾和腐 殖酸复配效果更佳。
我国作为传统的农业大国,农业是基础产业,但农业现代化水平和生产力水平 较为低下[1],而土壤是发展农业的基本资料,也是农作物生长发育的重要依靠环境 要素[2]。近年来,由于全球气候急剧变化致使时空降水变率大,加上长期不合理的 人为活动,导致多数地区生态环境恶化,土壤结构破坏,水资源不能够有效利用, 水土流失加剧,土壤质量急剧下降,最终严重影响了农作物正常生长及产量提高[3]。 因此,开发抗旱和改良土壤的农业新技术和新产品无疑成了农业科技工作者关注的 热点。土壤改良剂的出现引起了国内外农业专家的高度重视,它可以有效改善土壤 结构[4—8],改变土壤化学性质[9—11],增加土壤保水[12—16]、保肥性[17—19],提高作物产量[9,2。—23], 改善作物品质[24-26],最终达到提高作物农业价值的目的[27]。
燕麦是一种优良的粮饲兼用作物[28],在世界上种植面积非常广,约1300万公顷, 具有耐寒性、抗旱性和耐贫瘠性等特性,而且相对于其它谷类作物来说具有较高的 营养价值和药用价值[29—3。],据专家[31]分析,蛋白质含量约为16%,甚至达20%;粗脂 肪含量为6%,甚至达10.6%;赖氨酸的含量为籽粒全蛋白的3.7%,除此之外,燕麦 中还含有丰富的维生素,钙、锌、铁、磷等矿物质和微量元素;适量食用燕麦可有 利于降低血压、调节心理、提高记忆力、改善睡眠、降低心脏病发病率等,其经济 价值逐渐受到人们的重视。我国燕麦种植面积约70万公顷,占我国耕地面积的 0.57%,大多处于干旱半干旱地区,而干旱缺水、水资源利用率低和土壤肥力差导 致我国燕麦产量一直处于低而不稳的状况,限制着我国燕麦产业的发展。燕麦是内 蒙古优势特色作物,种植面积居全国各省区第一。内蒙古燕麦主产区降水量少而不 匀、土壤质量差、燕麦单产较低、经济效益低下,严重影响农民种植燕麦的积极性 和燕麦产业的持续发展。
本试验就是针对内蒙古旱作地区燕麦种植生产中土壤贫瘠、干旱和低产等突出 问题,选用不同土壤改良剂及其复配进行施用效果试验,以保持土壤水分、防止土 壤退化、明确土壤改良剂对土壤理化性质的作用机制为目的,研宄了不同土壤改良 剂及其复配对燕麦生长及土壤性状的影响,以期为为旱作地区的土壤改良和农业节 水增产提供理论依据。此研宄对完善旱作区燕麦高产栽培技术,发展燕麦产业具有 深远的意义。
1.2国内外研究进展
1.2.1土壤改良剂的概述
早在19世纪末到20世纪初,西方一些发达国家便利用纤维素、腐殖酸、瓜儿豆 提取液、淀粉共聚物等天然高分子聚合物来进行土壤改良[32],虽然效果显著,但土 壤微生物对上述物质分解速度较快且用量比较大,所以,这类天然土壤改良剂没有 得到广泛使用,之后越来越多的人工合成土壤改良剂开始出现。最早的人工合成改 良剂是20世纪50年代美国研制的以聚丙烯酸钠盐为主要成分的Krilium 土壤结构改 良剂。之后陆续又出现了许多人工合成聚合物,包括聚乙烯醇(PVA)、水解聚丙烯 睛(HPAN)、聚丙烯酸胺(PAM)等多种高聚物,其中聚丙烯酸胺(PAM)得到了多数人 的肯定[2733],这些人工合成改良剂具有效果显著、遇微生物不易分解、对土壤和作 物无毒无害等特点。不仅美国、日本、法国、比利时、利比亚等许多国家致力于土 壤改良剂研发上面,我国在研制方面也颇有成果,中国农科院土肥所与北京燕山石 化公司共同研制除出了土壤改良剂(BIT)乳剂,又称液态地膜[34]。BIT乳剂是在废弃 的沥青中加入特殊添加剂混合制成,它具有强烈的粘着作用,能将各种土壤团粒吸 附在一起,形成适合作物生长的土壤团聚体。另外,中国农大教授张青文研制出一 种盐碱地改良剂,名为“康地宝”,这种土壤改良剂能够有效地去除盐碱对作物的 毒害影响,促进团粒形成,保证作物正常生长[35]。最近还有以国家海洋局重点实验 室主任、山东大学教授、山东植物生理学会主任陈靠山博士为首的山东靠山生物科 技有限公司研发团队研制出“靠山多霸”土壤改良剂,它有极其显著的“保水、增 肥、透气” 土壤调理性能,能够打破土壤板结,保水抗旱,增强农作物抗病能力, 大幅度提高农作物的成活率和农产品产量,无公害,无污染,无生物激素,是新型 的绿色生产资料。
1.2.2土壤改良剂的分类
土壤改良剂按原料来源可分为四类[36]。一:天然改良剂,其中包括无机物料和 有机物料,无机物料又包括石灰石、膨润土、石膏、蛭石、珍珠岩、粉煤灰等;有 机物料分为多糖、纤维素、树脂胶、单宁酸、腐殖酸、木质素、泥炭、作物秸杆、 畜禽粪便、城市生活垃圾等。这类改良剂原料充足、使用简单、经济有效,但其用 量较大,易被微生物分解,切其所带的阳离子对土壤和作物有一定的毒害作用。二: 人工合成改良剂,这类改良剂包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸盐、聚乙烯醇、聚乙二醇、 脲醛树脂等。这类改良剂是目前世界上普遍使用的改良剂,具有效果明显,用量少, 但成本高等特点。三:天然-合成共聚物改良剂,通过单体接枝聚合到天然高聚物 上而成,包括腐殖酸-聚丙烯酸、纤维素-丙烯酰胺、淀粉-丙烯酰胺/丙烯腈、沸石 凹凸棒石-丙烯酰胺、磺化木质素-醋酸乙烯等,这类改良剂摈弃了天然改良剂使用 时间短和人工合成改良剂原料成本较高的缺点,达到改土保肥促生长的目的[27]。四: 生物改良剂,这类改良剂包括一些商用生物控制剂、菌根、微生物接种菌、好氧堆 制茶、蚯蚓等,其中研宄较多的是菌根-丛枝菌根,它能明显改善土壤物理性状, 促进根系对矿质元素的吸收,,提高作物产量,但它在研宄与应用中的不足之处是 菌根种类繁多,高效菌种的筛选问题没有解决,纯菌种培养技术有待于突破[36]。
1.2.3 土壤改良剂对土壤水分的影响
土壤改良剂对土壤的保水作用是通过两种途径进行的,一是通过形成水稳性团 聚体,减少土壤表层蒸发和底层渗漏;二是高聚物树脂能够快速吸收水分后缓慢地 释放可起到微型水源作用[27]。周继等[37]在聚丙烯酰胺对紫色土物理性状的研宄中发 现,施用四种不同浓度聚丙烯酰胺的土壤含水率均比对照高,且增加量在在 0.35%-4.56%之间。张燕等人[38]发现,秸杆、建筑垃圾、煤矸石、生活炉渣等土壤改 良剂均可使0-40cm 土层土壤水分维持在相对较高的水平,平均含量高于对照1.5%。 Choudhary等[39]在盆栽试验中发现施用四种改良剂的土壤表层水分较少,但中底层水 分较多,而对照表层和底层均没有水分,说明土壤改良剂可以抑制水分向下渗透和 向上蒸发。施用聚丙烯酸钠能提高砂土、壤土和黏土的持水能力,当施用最佳用量 0.2%时,以上三种土持水量分别比对照增加了 138.61%、37.22%和62.70%[40]。张宏 伟等[41]研宄结果表明,腐殖酸接枝共聚物对改善赤红壤的渗透性有明显作用,可使 毛管持水量提高,使土壤的饱和含水量比对照增加26.6%-29.8%。研宄[42H人为土壤改 良剂可促进降水向有效利用水分转化,减少土壤水分无效蒸发,减少耗水量,从而 可增加土壤水分利用效率。王久志[43]在对土壤改良剂阴离子沥青乳剂的研宄中指出, 沥青乳剂可以抑制水分蒸发,增加土壤含水量,切乳剂用量越多,抑制效果越好。
1.2.4 土壤改良剂对土壤容重的影响
土壤改良剂能够有效改善土壤结构,增加土壤大团聚体和表面粗糙度,降低土 壤容重[44]。施用土壤改良剂能够使土壤内部孔隙增多,土壤总孔隙度增大,土壤容 重降低[45]。崔娜等人[46]通过对聚丙烯酰胺保水剂的研宄表明,各保水剂改良剂处理 均使土壤容重有所降低,与对照相比,大、中、粉末类保水剂土壤容重分别降低了 5.69%、7.09%、5.89%。周继等[37]研宄结果表明,在上坡、中破和下破三种破度位 置施用土壤改良剂聚丙烯酰胺均能使土壤容重降低,降低量分别为0.07-0.33g/m3, 0.05-0.31 g/m3,0.09-0.32 g/m3,同时,土壤紧实度也变小。施用腐植酸接枝共聚物 后,土壤变的疏松,与对照相比各土样容重均明显降低[41]。Seybold[47]W宄表明,浓 度2%、1%、0.5%的PAM均能使土壤容重降低。韩凤朋等人[48]研宄结果表明,当PAM 施用量小于2.0g/m2时,土壤容重随施用量的增加而降低,与对照相比减少了 0.13g/cm3;当施用量为3.0g/m2时,土壤容重随施用量的增加而上升,与对照相比增 加了 0.02g/cm3。说明PAM也不是越多越好,只有在一定范围内才能起到改善土壤结 构降低土壤容重的作用。
1.2.5 土壤改良剂对土壤团粒结构的影响
土壤改良剂可以明显提高土壤水稳性团聚体含量。员学锋等[45]在?^对土壤物 理性状的研宄中表明,施用量为0.005%和0.1%的PAM在撒施和拌施条件下均能提 高>0.25 mm、>0.5 mm、>1 mm的土壤团聚体含量。刘左军等人[49]研宄发现,凹凸 棒石粘土能显著增加土壤中>0.25 mm和0.25-0.5 mm团聚体总数。而汪亚峰等[5。]在研 宄保水剂时发现,土壤干筛后>2mm 土壤团聚体随保水剂用量的增加而增加,与对 照相比增加4%-11%,0.25-2 mm团聚体则相差不大;湿筛后>0.25 mm土壤团聚体含 量降低,对0.25-0.5mm作用不明显。施用沥青乳剂在面砂、粉粘土和粉壤土中培育 10个月和18个月,>0.25 mm水稳性团粒分别比对照增加11.4%、6.4%; 10.2%、5.6% 和10.9%、9.4%。人1丫等[51]研宄表明,阳离子瓜尔胶和阴离子聚丙烯酰胺均可提高土 壤团聚体,阴离子聚丙烯酰胺比阳离子瓜尔胶作用更明显。高分子聚合物处理后的 土壤水稳性团粒含量均呈增加趋势,与对照相比,聚丙烯酸增加了 25.59%,聚乙烯 醇增加了 11.82%,脲醛树脂增加了 14.41%[52]。韦武思[53]试验结果发现,土壤中加入 改良材料能增加1-5mm 土壤团聚体,并且随着培养时间的增加,改良材料能促使土 壤小粒级团聚体向大粒级团聚体变化,形成更多的土壤团聚体。
1.2.6土壤改良剂对土壤养分的影响
土壤改良剂能明显增加土壤有机质、全氮、水解N、速效P、速效K等养分[54]。 张宾宾等[55]结果发现,Arkadolith土壤改良剂可以明显提高沙土土壤养分,有机质较 对照增加32.1%-92.9%,全N增加了 50%-135.7%,速效N增加了 1.04-3.57倍,速效P 增加了 0.65-2.08倍。邢尚军等[56]通过对腐殖酸试验发现,腐殖酸肥料增加了土壤有 机质、速效N、速效P含量和饱和持水量,而速效K、可溶性盐和pH有所降低。傅秋 华等人[57]研宄结果表明,施用竹炭土壤改良剂可增加速效钾、交换性钙、有效态铁、 水解氮、有效磷含量,且速效钾含量随着竹炭施用量增加而显著增加。高永恒等[58] 在康乐土壤改良剂对草坪理化性质的研宄中发现,施用康乐后,土壤有机质、全氮、 速效氮、速效磷分别增加了0.26%-0.52%,0.06%-0.21%,1.5-2.6倍,1.6-6.0倍。国 外也有研宄[59]表明,经过PAM处理的土壤全氮、化学需氧量和磷酸盐的流失量均比 未用PAM处理的流失量少,分别减少91%、83%和86%。莫凡等[6。]在聚丙烯酸盐类 保水剂研宄中发现,聚丙烯酸盐类保水剂能增强肥料的吸附作用,以防止肥料的淋 失,还可明显提高土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量,且随着保水剂用量 的增加,养分含量也随之增加。
1.2.7土壤改良剂对土壤酶的影响
土壤酶是土壤的生物催化剂,是表征土壤肥力的重要指标之一[61-63],作为农业 生态系统功能和土壤质量的生物活性指标已被系统接受并研宄[64]。土壤改良剂种类 不同,前人研宄结果不尽相同。邢世和等人[65]研宄结果表明,石灰、粉煤灰、白云 石和废菌棒四种土壤改良剂壤都能提高土壤过氧化氮酶、脲酶、磷酸醉和纤维素酶 的活性,其中石灰和囷棒混施效果最明显,比对照分别提高了130.77%、100.00%、
110.00%和515.38%。曲贵伟等[66]在聚丙烯酸盐对矿区土壤的研宄中指出聚丙烯酸盐 能显著提高土壤脱氢酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶和纤维素酶活性,而脲酶活性降 低,这主要可能由于聚丙烯酸铵带来的铵态氮素产生抑制作用所导致的。贺婧等[67] 研宄发现草炭、褐煤和风化煤三种改良剂均能提高转化酶和中性磷酸酶活性,而抑 制脲酶、过氧化氢酶。而李凤霞等[68]表明脱硫废弃物对土壤脲酶、过氧化物酶、转 化酶和碱性磷酸酶活性有显著提高作用。于江等人[69]也有同样结果,施用生物腐殖 酸改良剂能显著提高过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶活性。舒秀丽等人[7°]试验结果 表明,施加不同浓度的熟石灰对脲酶活性均有显著的抑制作用,对多酚氧化酶活性 影响不大,而低浓度熟石灰对促进蔗糖酶有利。
1.2.8土壤改良剂对土壤微生物数量的影响
土壤微生物是土壤有机物转化的执行者,是植物营养元素的活性库[71],土壤微 生物多样性能敏感地反应生态系统的功能演变,揭示土壤微生物种类的差异[72]。熊 德中等人[74人为施用石灰在酸性土壤中能增加土壤中放线菌、细菌、好气性纤维分 解菌和亚硝化细菌数量,使真菌数量显著减少,并且能增强脲酶和蛋白酶活性,降 低蔗糖酶活性,从而提高烟草产量。舒秀丽等[7°]研宄表明,熟石灰能显著降低土壤 细菌、真菌和放线菌数量,降低18.42%-39.47%,且随着浓度的增加三种菌数量均 减少;而沼液和EM菌剂均能显著增加微生物数量,且随着浓度的增加,三菌数量 均呈递增趋势。崔娜等[74]试验结果表明,大粒、中粒和粉末状三种粒径聚丙烯酸盐 类保水剂均能减少土壤中细菌数量,减少量分别为77.99%、43.18%和89.35%;能增 加土壤真菌数量,增加量分别为82.50%、29.68%和72.23%;大粒和中粒保水剂提高 了放线菌的数量,分别增加了 12.89%和22.59%。任岩岩[75H人为连续两年施用聚丙烯 酸盐类保水剂也能提高小麦根际微生物数量。
1.2.9土壤改良剂对作物生长状况的影响
土壤改良剂能促进作物根系和地上部发育、提前出苗时间,对作物分蘖、株高、 叶面积、茎粗、干物质量和产量构成因素等方面均有不同程度影响。杜社妮等人[76] 研宄发现,沃特保水剂和PAM撒施、沟施和穴施均能提高玉米的出苗率,且株高、 茎粗和生物量都显著高于对照。庄文化等[77]试验结果表明,施用聚丙烯酸钠能够增 加小麦苗期和拔节期的株高、叶宽和叶长。毕军等[78]研宄发现,施用腐殖酸生物活 性肥料能增加冬小麦孕穗分孽数、有效分孽数和成穗率,而且还能增加穗长、旗叶 面积和次生根条数,比习惯施肥分别增加0.5cm,1.1cm,2.2条。0〇口化也等[79]在有 机改良剂研宄中表明,150kg N.ha-1FYMC改良剂能显著提高2004-2005和2005-2006 年两年小麦株高、小穗数、穗粒数,分别比对照增加25.7%和31.5%.、34.5%和48.7%、 29.7%和36.1%。聚丙烯酸盐保水剂穴施、沟施和拌种均能提高马铃薯株高,其中穴 施处理较高,是对照的1.21倍;在淀粉积累期时所有处理的干物质量与鲜无质量均高 于对照[80]。李吉进等[81]试验结果发现,施用膨润土所有处理的玉米茎粗比对照粗 0.1-1.2mm,株高比对照高3.8-6.8cm,鲜稻杆比对照高14°%-64°%。
1.2.10土壤改良剂对作物产量的影响
土壤改良剂通过改善土壤结构,提高土壤保水性、通气性、保肥性,纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性最终对作 物生长发育和产量表现出较好的效果[32]。陈琼贤等人[82]在营养型土壤改良剂对玉米 的增产效果和对土壤肥力的研宄中发现,亩施25-75kg改良剂能显著提高玉米产量, 每亩增产41-88kg,增产率为6.55%-11.33%,其中50kg/亩处理产量最高,增产率为 11.31%。816『。等[83]研宄结果表明,在灌溉条件下施用PAM能够显著增加小麦产量, 并且提高水分利用效率,增产达9.0%。易杰祥等人[84]发现,施用膨润土可提高禾本 科牧草株高、分蘖数和生物产量,施用量40t/hm2和80t/hm2与其它处理差异显著,增 产19.66%-86.00%。M. Robiul 1^1&爪等[85]试验结果发现,60kg/hm2保水剂能显著提高 白燕8号和白燕2号的产量,分别增产86.3%和10.8%,而施用量150 kg/hm2效果相反 产量降低。聚丙烯酰胺处理使大豆产量增加,且随着聚丙烯酰胺用量的增加,大豆 产量也增加,增产率达3.08%-9.40%,但各处理间差异不显著[86]。王旭明等人[87H人为 聚乙烯醇能够加早玉米出苗,增加玉米株高、叶长宽、根长,并且提高产量,增产 15.4%。塔依尔等[88]研宄结果表明,施用“施地佳”土壤改良剂能够提高棉花出苗 率、成铃数和收获株数,平均增产28.90%。
1.2.11 土壤改良剂对作物品质的影响
施用土壤改良剂可以提高作物的品质。吴娜等[89]研宄表明,传统灌溉和滴灌条 件下施用30kg/hm2、60kg/hm2和90kg/hm2聚丙烯酸钠盐保水剂均有利于燕麦籽粒中 的粗蛋白、粗脂肪和P-葡聚糖含量的积累,可以提高成熟期秸杆的可消化干物质和 相对饲用价值,能显著提高燕麦籽粒和稻杆的品质,但以60kg/hm2的效果最好。腐 殖酸和化肥配合的对比试验[90-91]结果表明,腐殖酸在促进烤烟生长发育和提高产量 品质方面的效果优于饼肥。M. Robiul。^以等^试验结果认为,双季施用保水剂均 能提高燕麦茎叶、籽粒的蛋白质含量,还有助于提高酸性粗纤维含量和相对饲用价 值。杨程程等[23]在3种土壤改良剂在氮镉交互作用下对辣椒品质的影响中表明,双氰 胺、石灰和有机肥三种土壤改良剂均降低了辣椒中的Vc、可溶性糖和可溶性蛋白, 这是由于土壤中氮镉交互致使土壤受害导致作物品质下降。陈超君等[93H人为对在酸 性土壤中施用石灰和钙镁磷肥,显著增加了甘蔗的产量与品质。周传余等[94]在研宄 腐植酸复合肥对番茄产量和品质的影响中发现,腐植酸复合肥能够提高番茄可溶性 固形物、粗蛋白、Vc、可溶性糖和糖酸比,并能够降低硝酸盐含量后提高番茄品质。
1.3 土壤改良剂在燕麦上的应用
国内外关于土壤改良剂在燕麦上的应用研宄甚少。吴娜等[89]在不同灌溉方式下 研宄保水剂用量对燕麦产量和品质的影响,结果指出,不同量保水剂对燕麦产量和 品质均有增效作用。M. Robiul 13^@等[85,92,95—96]研宄表明保水剂类土壤改良剂对燕麦 生长发育、产量构成和品质方面都有不同程度的影响。土壤生物学变化主要反映在 微生物区系、生物量的变化以及酶活性的变化等方面,是综合评价土壤质量的重要 指标,与土壤的理化、生物学特性,作物养分的转化、吸收都有着非常密切的关系, 对土壤肥力的形成及作物营养的转化起着重要作用[97],土壤环境的改变势必直接或 间接地影响到作物的生长发育[74]。仅有的研宄侧重于保水剂类土壤改良剂对燕麦形 态、生理、品质和产量方面的影响,对其节水机制、土壤酶和微生物量的影响等方 面研宄的较少,多种土壤改良剂和复配对土壤特性的研宄更是少见。
2研究内容与技术路线 2.1研究内容
本论文采选用聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐殖酸及聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺与 腐殖酸的复配在旱作条件下施用于燕麦上,分别从土壤水分、土壤容重、土壤粒级、 土壤养分、土壤微生物生物量、土壤酶、燕麦株高、干物质量、产量及产量构成因 素各方面进行研宄。
2.2技术路线
3材料与万法
3.1 试验地概况
日期(月-日)
图3 2011年生育期内降水量 Fig.3 Rainfall in growth stage of oat in 2011
日期(月-日)
图2 2010年生育期内降水量 Fig.2 Rainfall in growth stage of oat in 2010
试验于2010年和2011年在内蒙古武川县大豆铺乡园区基地进行,位于41°10'N, 111°36'E,属中温带大陆性季风气候,海拔1555m,年均气温2.6°C,年均降水量 358.3mm,年均日照时数2787.9h,无霜期110d左右。试验地土壤类型为栗钙土, 质地沙壤,耕层(0-20cm)土壤有机质含量1.8g/kg,碱解氮含量32.4 mg/kg,速效磷 含量6 mg/kg,速效钾含量54 mg/kg,pH为7.6。2010年燕麦生育期内共降水22次, 累计232.5mm,其中有效降水14次,累计223.7mm。2011年燕麦生育期内共降水 21次,累计183.5mm,其中有效降水12次,累计178.6mm。降水量见图2和图3。
3.2试验材料
供试作物:燕麦,品种为燕科1号。
土壤改良剂:聚丙烯酸钾(PAA-K),由东营华业新材料有限公司提供;聚丙烯酰 胺(PAM)由唐山博亚公司提供;腐殖酸钾(HA-K),由内蒙古武川县 农业局提供。
所施肥料:磷酸二铵(N:P2O5:K2O=18:46:0)。
3.3试验设计
试验采用随机区组设计,设6个处理,分别为CK:不施(对照);A1: 75kg/hm2 PAA-K; A2: 75kg/hm2 PAA-K+1500kg/hm2 HA-K; A3: 75kg/hm2 PAM; A4: 75kg/hm2 PAM+1500 kg/hm2 HA-K; A5: 1500kg/hm2 HA-K;重复3次,小区面积30m2(5mX 6m)。试验于2010年和2011年5月25日播种,9月25日成熟收获。播种前将不同量沙 地改良剂均匀撒施于各小区表面,之后用旋耕机将其旋入地下,耕深15cm。旋耕后 米用机播燕麦,播量为150kg/hm2,行距25cm,以150kg/hm2磷酸二按作为基肥在播 种时同时施入。全生育期内田间管理同常规大田,无追肥,无灌水。
3.4测定指标与方法
3.4.1土壤含水量:采用烘干法测定含水量。用土钻在燕麦播种期、苗期、拔节 期、抽穗期、灌浆期、成熟期钻取不同深度(0-10cm、10-20cm、20-40cm、40-60cm、 60-80cm和80-100cm) 土层土壤进行测定。
3.4.2土壤容重:采用环刀法在燕麦播前和收获后测定0-10cm、10-20cm、20-40cm、 40-60cm、60-80cm和80-100cm土层。 3.4.3 土壤紧实度:采用TJSD-750土壤紧实度仪测定拔节期、抽穗期和灌浆期 0-10cm、10-20cm 和20-40cm 土壤紧实度。
3.4.4 土壤水分利用率:利用公式水分利用率[kg/(mm + hm2)]=产量(kg)/耗水量(mm)
求1m 土层土壤水分利用效率。[耗水量=播前土壤贮水量+生育期降水量+田间灌水量 -成熟期土壤贮水量;土壤贮水量(mm)=土层厚度(cm)x 土壤容重(g/cm3)x 土壤水 (%)]。
3.4.5 土壤粒级:采用筛分法在播种期和收获后分别在0-10cm,10-20cm和20-40cm
土层进行级配试验。
3.4.6土壤养分:在燕麦播前和收获后测定0-20cm 土壤土层的有机质、碱解氮、
速效磷和速效钾。有机质采用K2Cr〇7滴定法;速效氮采用Na0H-碱解扩散法;速效 磷采用NaHC〇3-钼锑抗比色法;速效钾采用NH4〇Ac-火焰光度法。
3.4.7土壤酶:在燕麦苗期、抽穗期和成熟期分别测定0-10cm、10-20cm和20-40cm
土壤土层的过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶。过氧化氢酶用高锰酸钾滴定法,蔗糖酶用 3, 5-二硝基水杨酸比色法,脲酶用靛酚比色法。
3.4.8土壤微生物量:在燕麦苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别测定 0-10cm、10-20cm和20-40cm 土壤土层微生物量碳、氮、磷。微生物量碳、氮用氯仿
熏蒸K2SO4提取法测定,微生物量磷用氯仿熏蒸0.5mol/LNaHC〇3提取测定。 3.4.9株高:分别在燕麦各生育时期在田间取1m样段燕麦植株,每次每小区选取 20株用卷尺测定株高。
3.4.10干物质积累量:采用烘干称重法分别于各生育时期在田间取1m样段燕麦植 株,每次每小区选取20株分别测定干物质重。
3.4.11产量及其构成因素:在燕麦收获时每小区实收2m2进行测产,并取20株进
行考种。
4结果与分析
4.1土壤改良剂对土壤养分的影响
土壤有机质是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源[55],并且具有刺激 植物生长的胡敏酸类等物质。由于它自身具有的胶体性质,能吸附较多的阳离子, 改善土壤的理化性状,因而使土壤具有较好的保肥力和缓冲性,是土壤肥力高力低 的一个重要指标。由表1可知,施用土壤改良剂的各处理土壤有机质含量均有不同 程度的提高。A1、A2、A3、A4和A5分别比对照增加 15.93%、30.22%、10.99%、23.63% 和8.24%,其中A2最高,A5最低。经显著性方差分析,各处理均与CK达到显著差异, A2显著高于其它处理。
土壤速效养分能够灵敏地反映出土壤近期内养分动态变化和供给养分水平[98], 它们的含量和作物生长关系极为密切[99]。从表1得知,土壤改良剂处理下土壤碱解
氮、速效钾和速效磷均比对照增加7.60%-19.29%,27.86%-68.86%和5.15%-29.45%。
各处理碱解氮含量均与CK差异显著,其中A2和A4显著高于其它处理,A1、A3、 A5次之;各处理速效磷含量均与CK达到显著差异,A2含量最高,但与其它处理 差异不显著;各处理速效钾含量除A3外均与CK差异显著,A2显著高于其它处理, 表现为A2>A1>A4>A5>A3>CK,这是由于聚丙烯酸钾能够解离出钾离子,使得速 效钾含量上升,腐殖酸钾中也可释放出少量钾离子一定程度上使速效钾含量升高。
4.2土壤改良剂对土壤含水量的影响
由图4和图5可见,2010年和2011年施用土壤改良剂后土壤含水量总体上较对照 都有一定程度的提高,不同土层土壤含水量变化趋势大致相同,均随着土层深度的 增加呈先升高后降低的动态趋势。0-10cm和10-20cm逐渐升高,在20-40cm达到最高, 40cm以下土壤含水量逐渐降低,到100cm达到最低。2011年土壤含水量比2010年高 是由于2011年全生育期降水分布均匀且充沛。可以看出土壤改良剂在0-60cm 土层起 到了较好的蓄水、保水作用,蓄贮了较多的水分,A2处理的土壤含水量最高; 60-100cm 土层受各处理的影响相对减小,土壤水分趋于相对稳定,土壤改良剂作用 明显降低,土壤改良物质作用不明显。
为进一步分析比较,图6给出了 2010年土壤改良剂对不同土层土壤含水量的 变化情况,由图6可知,全生育期内不同处理各土层土壤含水量随生育期变化趋势
基本相同,大致呈先下降后上升再下降的趋势。苗期到拔节期期间气温逐渐上升, 没有降水,地表蒸腾使土壤含水量呈下降趋势;从拔节期到抽穗期间有大量降水, 使土壤含水量大幅提升;抽穗期到灌浆期由于气温升高,田间土壤水分蒸发量大, 作物生长旺盛,使土壤含水量迅速下降;从灌浆到燕麦成熟之间有少量降水且接近 成熟耗水减少使土壤含水量又升高。土壤改良剂在各生育时期对0-10cm、10-20cm、 20-40cm和40-60cm 土壤含水量均有不同程度的提高,较对照的土壤平均含水量分 别增加 4.50%-17.63%、8.36%-27.47%、5%-20.48%和 2.86%-7.74%,其中 A2 和 A4 效果较其它处理明显,在0-10cm 土层由于受蒸腾和降水的影响较大,与其它处理 差异不显著,而10-20cm和20-40cm 土层与CK达显著差异,但二者之间无显著差 异,40-60cm改良剂保水效果稍微减弱,各处理无明显差异,A1、A3、A5含水量 逐次减弱。燕麦各生育时期0-60cm 土层平均土壤含水量,A1、A2、A3、A4和A5 分别较对照提高 7.89%、12.95%、5.11%、7.96%和 2.78%,而 60-80cm 和 80-100cm 土层土壤质地较硬,多为砂石,保水性较差,土壤含水量较低,各处理间无明显规 律。由此看出,土壤改良剂对保持土壤0-60cm 土壤含水量有明显效果,其中复配 处理效果较好。
土壤容重是土壤重要的物理性质,是反映土壤紧实状况的物理参数之一,其本 身也是影响土壤肥力重要指标[100]。一般来说,土壤容重越小,说明土壤比较疏松, 孔隙多;土壤容重越大,说明土壤紧实,结构性差。
由表2可见,各处理播前土壤容重均低于收获后,这是由于经过一个生育时期, 在其自身重力及其它因素的作用下,土壤容重显著增加,但是经过冬春休闲期,在
冻融及生物作用影响下,土壤容重有所下降[101]。由两年土壤容重垂直变化看以看出, 土壤改良剂可以明显降低土壤容重,土壤容重随着土壤深度增加而增大,0-60cm增 加幅度较大,60-100cm趋于缓和(图7和图8)。土壤改良剂对0-60cm各土层土壤容重 均有不同程度的改善,对60-80cm和80-100cm土层无明显影响作用,0-10cm、 10-20cm、20-40cm和40-60cm各土层分别较对照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、 1.32%-5.26% 和 0.65%-1.99%,降低幅度表现为 10-20cm>20-40cm>0-10cm>40-60cm。 各层中A2均降低幅度最大,但各处理间差异均不显著。说明土壤改良剂对0-60cm 土 壤容重有影响作用,而对10-20cm和20-40cm影响较大,其中复配土壤改良剂由于自 身特殊结构和相互耦合作用对改善土壤容重效果更佳。
表2 土壤改良剂对不同土层土壤容重的影响
Table2 Effect of soil amendments on soil bulk density of different soil layers
土壤深度播前容重收后容重(g/cm3)
(cm)(g/cm3)CKA1A2A3A4A5
0-101.371.43a1.39a1.37a1.38a1.37a1.43a
10-201.361.49a1.44a1.43a1.47a1.44a1.47a
20-401.421.52a1.45a1.44a1.48a1.45a1.5a
40-601.471.54a1.53a1.51a1.53a1.50a1.53a
60-801.531.54a1.56a1.56a1.59a1.54a1.58a
80-1001.521.60a1.55a1.58a1.62a1.56a1.57a
4.4土壤改良剂对土壤紧实度的影响
土壤紧实度是反映土壤强度的一个物理指标,是影响作物良好生长的重要因 素。其大小与土壤质地、土壤结构特性、土壤含水量及土壤受外力的大小有关[102]。 如图9所示,不同生育时期土壤紧实度均随着土壤深度增加而增加,即 0-10cm<10-20cm<20-40cm。各处理拔节期0-10cm、10-20cm和20-40cm土壤紧实度大 小分别为938.4-1182.5kPa、1099.1-1698.3kPa和1870.8-2314.7kPa,抽穗期分别为 672.7-950.0kPa、796.3-1642.7kPa 和 1555.3-2290.0kPa,灌浆期分另lj 为
1028.3-1723.5kPa、2667.6-3784.7kPa和3569.1-4480.4kPa。整体看,不同时期不同土 层各土壤改良剂处理土壤紧实度均小于对照,大致表现为A2>A4>A1>A3>A5>CK, 由于受外力和降水等因素的影响0-10cm 土层各处理差异不显著,10-20cm 土层较 20-40cm土层差异显著,拔节期、抽穗期和灌浆期10-20cm土层A1、A2、A3、A4和 A5分别较对照减少318.5kPa、521.3kPa、275.3kPa、598.2kPa和240.8kPa,581.7kPa、 846.3kPa、567.3kPa、822.4kPa和375.1kPa,414.7kPa、1117.0kPa、635.2kPa、854.3kPa和341.8kPa,其中A2平均表现较明显。
图9 土壤改良剂对土壤紧实度的影响 Fig.9 Effect of soil amendments on soil compaction
4.5土壤改良剂对土壤团粒结构的影响
土壤团聚体是土壤结构构成的基础,是土壤中物质和能量转化及代谢的场所, 其含量的多少常被作为衡量土壤肥力水平的重要指标[103]。不同大小的团聚体在营养 元素的保持、供应及转化能力等方面发挥着不同的作用[104]。一般直径在0. 25-10mm 的团聚体结构能够使土体疏松,有利根系活动,吸取土壤水分和养分,是良好的土 壤结构[105]。由图10可知,土壤改良剂对土壤各粒径团聚体含量的影响程度不同。 随着土壤深度的增加,各处理的小团粒结构向大团粒结构转化程度增加。在不同土 层土壤改良剂均使>0.5mm 土壤团聚体含量增多,<0.5mm团聚体含量减少。各粒径 团聚体增多最多的是>2mm和2-1mm部分,土壤团粒结构增加幅度较大。在0-10cm 土层中,<0.25mm团聚体含量最多,其中CK处理其含量较其它处理均高,且和各 处理差异显著,>2mm 土壤团聚体含量最少,各处理其含量均显著高于CK,其中
A2最高,A4次之,但土壤改良剂处理之间无显著差异,各粒径团聚体含量由高到 低依次为<0.25mm、1-0.5mm、>2mm、2-1mm、0.5-0.25mm。
微生物量磷是土壤有机磷中较活跃的部分[112],通过生物量磷释放的磷对作物生 长相当重要。它与土壤微生物生物量碳、氮一样受环境因素影响很大。由图14可 见,与微生物碳氮规律相同,燕麦生育期内0-10cm、10-20cm和20-40cm 土层各处 理土壤微生物量磷含量呈单峰变化趋势,苗期到抽穗期先升高,抽穗期达到最大, 抽穗期到成熟期又逐渐下降,各生育时期表现为抽穗期 > 拔节期 > 灌浆期 > 成熟期> 苗期。全生育期0-10cm 土层A1、A2、A3、A4和A5各处理平均土壤微生物量磷 分别较对照增加了 1.51mg/kg、2.42mg/kg、1.43mg/kg、2.12 mg/kg 和 0.68mg/kg, 各改良剂处理土壤微生物量磷含量在拔节期、抽穗期和灌浆期均显著高于CK,其
中A2显著高于其它处理,与A4差异不显著,A1、A3、A4差异不显著,但显著高 于A5; 10-20cm 土层各处理平均土壤微生物量磷较对照分别增加了 1.59mg/kg、 2.53mg/kg、1.45mg/kg、2.15mg/kg 和 0.70mg/kg,各生育时期分别表现均与 0-10cm 土层表现相同;到20-40cm 土层,各处理平均土壤微生物量磷分别较对照增加了 1.12mg/kg、1.69mg/kg、0.61mg/kg、1.38mg/kg 和 0.29mg/kg,各生育时期 A1、A2、 A3和A4处理土壤微生物量磷均显著高于CK, A5与CK差异不显著,A2显著高 于其它处理,A1、A3、A4间差异不显著。从土壤深度来看,各生育期所有处理土 壤微生物量磷含量均随着土壤深度的增加呈逐渐减小的趋势, 0-10cm>10-20cm>20-40cm,以抽糖期 A2 处理为例,0-10cm 土层是 10-20cm 土层的 1.07倍,10-20cm 土层是20-40cm 土层的1.74倍。各层土壤均表现为 A2>A4>A1>A3>A5>CK。说明,各土壤改良剂处理均能提高土壤微生物量磷,其中 A2处理各土层较高,且土壤微生物量磷随土层加深逐渐降低,处理间的差值范围 也随之减小,抽穗期土壤微生物量磷含量较其它时期高。
土壤蔗糖酶是土壤中广泛存在的酶,是参与土壤有机碳循环的关键酶,对增加 土壤中易溶性营养物质起着重要作用[115]。由图16可知,土壤蔗糖酶变化规律与过 氧化氢酶变化规律相同。从生育期来看,各处理土壤过氧化氢酶不同层次呈现相同 的变化趋势,即抽穗期 > 成熟期 > 苗期,各土壤改良剂处理土壤蔗糖酶活性均高于
CK。全生育期0-10cm 土层A1、A2、A3、A4和A5各处理平均土壤蔗糖酶活性分 别较对照增加了 12.74%、25.81%、10.90%、19.85%和8.78%,苗期和抽穗期各改良 剂处理蔗糖酶活性均与CK达到显著差异,成熟期A1、A2和A4与CK差异显著, 但各时期A2处理差异最显著;10-20cm 土层各处理平均土壤蔗糖酶较对照分别增 加了 14.71%、31.38%、11.32%、22.63%和10.57%,抽穗期和成熟期各改良剂处理 蔗糖酶活性均显著高于CK,苗期除A1、A3、A5外其它处理均与CK差异显著; 20-40cm 土层,各处理分别较对照增加了 8.23%、14.81%、7.35%、11.95%和 1.84%, 各时期都表现为除A5外其它处理均与CK差异显著,其它处理间差异不显著,但 均表现A2>A4>A1>A3>A5>CK。从土壤深度来看,各生育期所有处理土壤蔗糖酶 活性均随着土壤深度的增加呈逐渐减小的趋势,其变化规律与微生物生物量相同, 即 0-10cm>10-20cm>20-40cm,0-10cm土层的平均土壤蔗糖酶活性是 10-20cm 的 1.22 倍,10-20cm 是 20-40cm 的 1.41 倍,各层均表现为 A2>A4>A1>A3>A5>CK。总之, 各土壤改良剂处理均能提高土壤蔗糖酶活性,但不同处理在不同时期和土层差异不 同;土壤蔗糖酶活性随土层的加深逐渐降低,处理间的差值范围也随之减小,抽穗 期较其它时期高。
土壤脲酶是土壤酶中唯一催化尿素水解的酶,也是决定土壤中氮转化的关键 酶,其活性反映土壤有机态氮向有效态氮转化和供应无机态氮的能力[116],可以作为 评价土壤肥力状况的重要指标。由图17可知,土壤脲酶不同层次呈现相同的变化 趋势,即苗期到抽穗期先上升,抽穗期达到最大,纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性之后到成熟期又下降。与土壤过 氧化氢酶和蔗糖酶不同,土壤脲酶在0-10cm、10-20cm和20-40cm 土层苗期与抽穗 期和成熟期各处理表现不同,苗期腐殖酸钾及其复配处理明显低于对照,各处理大
致表现为A1>A3>CK>A4>A2>A5 ,而抽穗期和成熟期大致表现为 A2>A4>A1>A3>A5>CK。0-10cm 土层苗期和抽穗期A1与A3差异不显著,其它处 理间均差异显著,成熟期各处理差异均显著;10-20cm 土层各时期表现与0-10cm相 同;20-40cm 土层苗期A1和A3与其它处理差异显著,其它处理间无显著差异,抽 穗期和成熟期各改良剂处理均显著高于CK,各处理之间无显著差异。从土壤深度 来看,各生育期所有处理土壤脲酶活性均随着土壤深度的增加呈逐渐减小的趋势, 即 0-10cm>10-20cm>20-40cm, 0-10cm 土层的平均土壤脲酶活性是 10-20cm 的 1.12 倍,10-20cm是20-40cm的1.13倍。总之,聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺都能提高土壤 脲酶活性,但腐殖酸钾和腐殖酸钾复配处理对各土层苗期脲酶活性均有抑制作用, 而对抽穗期和成熟期又变为促进作用;土壤脲酶活性随土层的加深逐渐降低,处理 间的差值范围也随之减小;不同处理在不同时期和土层差异不同,抽穗期较其它时 期高,
0-10cm 较其它土层高。
I
苗期
抽穗期成熟期心2_
苗期抽穗期i : i .
成熟期苗期抽穗期i ';i -H
成熟期
0-10cm10-20cm20-40cm
图17 土壤改良剂对不同土层土壤脲酶的影响 Fig.17 Effect of soil amendments on soil urase activity of different soil layers
ICK EA1 E3A2 BA3 BA4 DA5
土壤改良剂对燕麦株高的影响
4.8
株高是衡量作物生长状况的一项基本指标,是形成产量的基础。由图18可知, 2010年和2011年燕麦株高均随生育时期的推进呈上升趋势,且处理间整体表现相 同规律。以2011年株高为例,从苗期到抽穗期,燕麦株高增长速度较快,此后增速 减缓,灌浆之后较为缓慢。不同处理条件下燕麦株高均高于对照,各生育时期不同 处理分别比对照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、2.72%-5.60%和 3.29%-5.60%。显著性分析结果表明,苗期与拔节期各处理间燕麦株高差异不显著; 抽穗期A2和A4与CK和A5差异显著,其它处理与CK差异不显著,A2与A4差 异不显著与其它处理差异显著,A1、A3、A5间和A1、A3、A4间差异不显著;灌
浆期A1、A2、A4与CK和A5差异显著,A5与CK差异不显著,A1、A2、A4间
差异不显著;成熟期各土壤改良剂处理均与CK呈显著差异,A1、A3、A5之间, A2、A4之间和A3、A4、A5之间差异不显著,A2与除A4外的其它处理均差异显者。可以看出,A2和A4处理的燕麦株高增长最快,植株最高。
产量形成的物质基础是干物质的积累[117],对于任何一种作物来讲,营养生长阶 段所积累的干物质直接影响着作物生物产量和经济产量。由图19可知,2010年和 2011年两年结果一致,以2011年干物质积累量为例,各处理积累量趋势一致,随 着生育期的推进而逐渐增大,从苗期到抽穗期干物质积累最快,之后增长趋于缓和, 到成熟期达到最大,整体呈“S”形曲线增长。从各生育时期干物质积累量来看,抽穗 期、灌浆期和成熟期各土壤改良剂处理干物质积累量分别比对照高8.08%-12.86%、 5.1%-16.54%和6.59%-15.79%。可见,各处理干物质积累量明显高于对照。通过方 差分析可知,苗期各处理间干物质积累量差异不显著;拔节期A1和A4与CK、A3、 A5间存在显著差异,A2与各处理差异均不显著;抽穗期除A1与CK差异不显著, 其他处理均与CK显著差异,除CK外其它处理之间差异均不显著;灌浆期除A5 外其它处理均与CK呈显著差异,A2与A4差异不显著,但与其它处理差异显著, A4与CK和A5差异显著,与A1、A2、A3差异不显著;成熟期各处理均与CK差 异显著,其中A2与A1和A4差异不显著,与CK、A3、A5差异显著,A1、A3、 A4、A5各处理间差异不显著。整体看来,不同处理的干物质积累量明显高于对照, 其中A2处理积累量最高,较对照高15.06%;其次为A4,较对照高12.08%; A1、 A3次之,A5最低。说明聚丙烯酸钾与腐殖酸钾复配更能够提高土壤肥力,促进燕
麦生长,进而有利于植株对养分的吸收。
苗期拔节期抽穗期灌浆期成熟期苗期拔节期抽穗期灌浆期成熟期
2010年2011年
图19 土壤改良剂对燕麦干物质积累的影响
Fig.19 Effect of soil amendments on dry matter weight of oat
4.8土壤改良剂对燕麦产量及其构成的影响
表3 土壤改良剂对燕麦产量及其构成的影响
Table3 Effect of soil amendments on oat yield and its components
年份处理穗数(104/hm2)穗粒数(粒)千粒重(g)籽粒产量(kg/hm2)生物产量(kg/hm2)
CK299.4d20.7c19.8d923.5e6476.4cd
A1338.3a23.8a21.4b1255.3b7235.2ab
A2332.4ab24.0a23.1a1327.2a7412.0a
2010
A3321.6bc22.9ab20.6c1117.9c6592.5c
A4329.7ab23.4ab21.8b1264.2b6994.8b
A5313.4cd22.0bc20.8c1044.7d6575.5c
CK374.7c50.3c19.4c3858.5d12833.3c
A1397.0ab51.7bc20.5b4335.3b13266.7b
A2409.6a56.4a22.1a4694.2a14066.7a
2011
A3389.4bc51.4bc20.7b4221.9bc13033.3bc
A4405.6a54.4ab21.9a4566.9a13800.0a
A5381.9bc50.0c20.3bc4120.1c12900.0c
CK374.7c40.3c19.6c2391.0d9612.7c
A1397.0ab41.7bc21.0b2795.3b10274.2b
A2409.6a46.4a22.6a3010.7a10763.7a
平均
A3389.4bc41.4bc20.7b2669.9bc9805.4bc
A4405.6a44.4ab21.9a2915.6a10352.6a
A5381.9bc40.4c20.6bc2582.4c9722.25c
在干旱条件下,产量是鉴定抗旱性的重要指标之一,而产量构成因素是决定产 量的关键因素。由表3可知,2010年和2011年各土壤改良剂处理下燕麦穗数、穗 粒数、千粒重、籽粒产量和生物产量都高于对照,且规律相同。以两年产量和构成 因素平均数进行分析,各土壤改良剂处理穗数除A3和A5差异与CK差异不显著外, 其它处理均与CK差异显著,其中A2最高;从穗粒数看,除A1、A3、A5外其他 处理均显著高于CK,其中A4较高;对于千粒重,除A5外各处理均与CK呈显著 差异,各处理比对照增加了 1.0-3.0g,大小顺序为A2>A4>A3>A1>A5>CK;对照的 穗数、穗粒数和千粒重都低于其它处理,根据单位面积产量=单位面积穗数x穗粒数 x千粒重的关系因而导致产量之间的差异,各土壤改良剂处理籽粒产量均显著高于 对照,其中复配A2和A4籽粒产量较其它单施处理高,分别为3010.7kg/hm2、 2915.6kg/hm2,较对照增产25.92%和21.94%,A1、A3和A5分别比对照增加16.91%、 11.66%和8.01%;各处理生物产量A1、A2、A4显著高于对照,其它处理与对照差 异不显著,各处理表现为A2>A4>A1>A3>A5>CK。由此可知,土壤改良剂能够显 著提高燕麦产量,也说明聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺与腐殖酸钾混施不仅不影响各自 的增产效果,还能够产生交互作用,增产效果更加明显。
4.9土壤改良剂对燕麦水分利用效率的影响
表4 土壤改良剂对燕麦水分利用效率的影响
Table4 Effect of soil amendments on water use efficiency
年份处理初贮水量 (mm)终贮水量 (mm)降水量
(mm)耗水量
(mm)产量
(kg/hm2)水分利用率 [kg/hm2-mm)]
CK100.13124.91223.7197.92923.5e4.66d
A1100.13128.98223.7194.851255.3b6.44ab
A2100.13138.01223.7185.831327.2a7.14a
2010
A3100.13127.82223.7196.021117.9c5.70bc
A4100.13130.03223.7193.801264.2b6.52ab
A5100.13125.89223.7197.941044.7d5.27cd
CK175.42124.09178.6229.933858.5d16.78d
A1175.42127.94178.6226.084335.3b19.17b
A2175.42133.92178.6220.104694.2a21.33a
2011
A3175.42126.92178.6227.104221.9bc18.59bc
A4175.42130.58178.6223.444566.9a20.43a
A5175.42124.16178.6229.864120.1c17.92c
由表4看出,2010年和2011年各土壤改良剂处理土壤贮水量和水分利用效率
均高于对照处理。2010年A1、A2、A3、A4和A5 土壤贮水量分别比对照高4.07mm、 13.10mm、2.91mm、5.12mm 和 0.98mm,水分利用效率分别提高 38.20%、53.22%、 22.32%、39.91%和 13.09%,2011 年土壤贮水量分别增加 3.85mm、9.83mm、2.83mm、 6.49mm 和 0.07mm,水分利用效率提高了 14.24%、27.12%、10.79%、21.75%和 6.79%。
两年各处理水分利用效率均与对照差异显著。说明不同改良剂均能抑制水分蒸发, 保持土壤水分,显著提高燕麦土壤水分利用效率,其中A2和A4处理效果最佳,显 著高于其它处理,且二者之间差异不显著,说明聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺与腐殖酸 复配比各自单施能更好地降低燕麦全生育期耗水,使土壤水分得到更多的补充。
4.10土壤性质与作物产量之间的相关性
由表5可知,土壤中各指标除速效钾和脲酶外,其它指标均与产量呈正相关关 系。相关系数大小顺序为有机质(0.996)>蔗糖酶(0.994)>过氧化氢酶(0.993)>微生物 量碳(0.992)>微生物量磷(0.990)> 土壤含水量(0.980)>速效磷(0.964)>碱解氮(0.962)> 微生物量氮(0.913)>脲酶(0.746)>速效钾(0.720)。其中,有机质、蔗糖酶、过氧化氢
酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷和碱解氮与产量呈极显著正相 关(P<0.01),土壤微生物量氮与产量呈显著正相关(P<0.05)。说明,土壤有机质、蔗 糖酶、过氧化氢酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷、碱解氮和微 生物量氮这些土壤指标的增大均有利于燕麦产量的提高。
表5 土壤生化性质及作物产量之间的相关分析
Table5 Correlation analysis of biochemical properties and yield
X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11 Y
X11
X20.945**1
X30.967**0.920**1
X40.7530.6260.865*1
X50.980**0.972**0.950**0.6751
X60.882*0.930**0.812*0.4310.951**1
X70.981**0.935**0.943**0.6790.991**0.934**1
X80.997**0.954**0.965**0.7560.978**0.881*0.970**1
X90.997**0.950**0.969**0.7600.984**0.893*0.980**0.998**1
X100.7240.6260.6780.4160.7750.830*0.833*0.6850.721
X110.985**0.885*0.960**0.7890.959**0.849*0.978**0.975**0.983**0.7901
Y0.996**0.962**0.964**0.7200.992**0.913*0.990**0.993**0.994**0.7460.980** 1
注:X1:有机质;X2:碱解氮;X3:速效磷;X4:速效钾;X5: 土壤微生物量碳;X6: 土壤微生物量氮; X7: 土壤微生物量磷;X8:过氧化氢酶;X9蔗糖酶;X10:脲酶;X11: 土壤含水量;Y:产量.*,**分别 表示0.05和0.01水平下显著。
5结论与讨论
5.1土壤改良剂对土壤养分的影响
土壤养分是土壤肥力的核心,是土壤综合肥力评价的根本[118]。一般在生产应用 上,常用有机质和N、P、K等养分含量的多少来衡量土壤肥力的高低。毛思帅等[28] 研宄发现,土壤经脱钠的聚丙烯酸钠保水剂处理后,燕麦收获期土壤中全氮、速效 磷和速效钾含量相对较多,原因可能是聚合物与土壤混在一起,自身结构吸附水分 和养分,当作物需要时,这些被吸附的水分和养分会被释放出来。聚丙烯酰胺能够 显著降低土壤中硝态氮、速效磷和速效钾流失量[119],分别比对照减少78%、95%和 95%。刘世亮等[1213人为聚丙烯酸盐能显著提高土壤速效钾的含量,而有效磷的变化 则没有明显的规律性,土壤有机质含量则下降。腐植酸钾对土壤中的全量养分影响 不明显,但可以显著提高土壤速效氮、磷、钾含量[12°]。纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性本研宄认为聚丙烯酸钾、聚 丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺+腐殖酸钾和腐殖酸钾均能显著提高 土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾,各指标分别比对照增加8.24%-30.22%、 7.60%-19.29%、5.15%-29.45%和27.86%-68.86%,其中有机质、碱解氮和速效磷整 体均表现为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 >聚丙烯酰 胺>腐殖酸钾,速效钾表现为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 > 聚丙烯酰胺+腐殖 酸钾 > 腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺。有机质结果与刘世亮等[122]结果相反,其认为施用聚丙 烯酸盐在一定程度上改善土壤结构和水热状况,增加了土壤中微生物数量和活性, 从而促进了土壤中有机质的分解和矿化。但多数研宄和本试验结果一致,土壤改良 剂能促进土壤团粒结构的形成,改善土壤疏松、保水、保肥和透气等状况,进而增 加土壤有机质,改善土壤质量,提高土壤养分和微生物数量[122]。
5.2土壤改良剂对土壤含水量的影响
聚丙烯酰胺类物质的施用能够显著增加小麦各生育时期0-100cm土层土壤含水 量,且在作物利用部分土壤水分和反复吸水后,它仍具有一定的保水性[123]。研宄发 现,聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体处理能提高各生育时期0-60cm各土层土壤含 水量,但在60-80cm 土层土壤含水量却没有高于对照[124],梁俊[125H人为在25-45 cm 土层的土壤水分含量最高,在45 cm左右土层附近可能形成了防止水分下渗的防水 层。施用腐殖酸后增强了土壤的保水能力,对烟草生长前期土壤含水量变化影响不 大,但是增加了旺长期后的土壤含水量,特别在现蕾期[126]。张宏伟等[127H人为腐植酸 接枝丙烯酸和腐植酸接枝丙烯酰胺均能提高土壤毛管持水量,数值由空白的22.5% 增加到24.1%-44.8%。施用聚丙烯酸盐类保水剂对提高小麦生长前期0-40cm 土层土 壤含水量作用显著,但对下层土壤水分保持效果并不明显[128]。前人研宄结果对土壤 改良剂的保水作用给予了充分肯定,但不同作物施用不同土壤改良剂对保水土壤深 度的影响不尽相同。本研宄认为聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺、 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾和腐殖酸钾均能提高燕麦各生育时期0-60cm 土层土壤含水 量,分别较对照提高 7.89%、12.95%、5.11%、7.96%和 2.78%,对于 60-100cm 土层
影响不显著,处理间大小差异无明显规律,不同土壤改良剂对不同质地土壤作用效 果不同,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾复配保水效果较单施 好,聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺较腐殖酸钾效果好。Wallace[129H人为用聚丙烯酰胺和多 聚糖混合改良钙质土壤效果较单独作用好,两种改良剂混合使用具有明显的交互作 用,本试验结果与此相同。
5.3土壤改良剂对土壤容重的影响
疏松的土壤既有利于土壤中水、气、热等环境条件的交换及微生物的活动,有 利于土壤中各种养分对植物的供应,从而提高土壤肥力。各种研宄表明,土壤改良 剂能使土壤变得疏松,孔隙增多,容重下降。崔娜等人[46]通过对聚丙烯酰胺保水剂 的研宄表明,各保水剂改良剂处理均使土壤容重有所降低,与对照相比,大、中、 粉末类保水剂土壤容重分别降低了5.69%、7.09%、5.89%。施用腐植酸接枝共聚物 后,土壤变的疏松,与对照相比各土样容重均明显降低[41]。聚丙烯酸钾盐施用在红 壤上,分子吸水膨胀,使土壤发生膨胀,变得疏松,土壤孔隙度增加,容重降低[130]。 本研宄认为土壤改良剂对0-60cm各土层土壤容重均有不同程度的改善,对60-80cm 和80-100cm土层无明显影响作用,0-10cm、10-20cm、20-40cm和40-60cm各土层分 别较对照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、1.32%-5.26% 和 0.65%-1.99%,降低幅度 表现为10-20cm>20-40cm>0-10cm>40-60cm。各层中复配土壤改良剂由于自身特殊结 构和相互耦合作用对改善土壤容重效果更佳,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾均降低幅度最 大,各改良剂处理差异不显著。
5.4土壤改良剂对土壤紧实度的影响
土壤水、气、热渗透以及作物出苗、产量都与土壤紧实度大小关系密切[131]。土 壤紧实会造成土壤颗粒重排,使土壤孔隙度降低,导致适合作物生长的土壤三相比 发生改变[132]。张燕等[133]研宄表明,在40cm 土层以内,土壤紧实度随着土壤深度的 增加而增加,但40cm之后,紧实度随着土壤深度增加而减小,以秸杆和煤矸石为 原料的两种土壤改良剂均对0-20cm 土层土壤紧实度作用明显,在20cm以下,差异 不明显。本研宄认为,不同生育时期土壤紧实度均随着土壤深度增加而增加,即 0-10cm<10-20cm<20-40cm,各改良剂处理均能降低土壤紧实度,大致表现为聚丙烯 酸钾+腐殖酸钾> 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾> 聚丙烯酸钾 > 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸钾> 对照, 与张燕等结果相符,由于受外力和降水等因素的影响0-10cm 土层各处理差异不显 著,10-20cm 土层表现较明显,不同生育时期土壤紧实度的变化与降水量有关。
5. 5 土壤改良剂对土壤团粒结构的影响
聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺是水溶性高分子聚合物,分子链扩展较宽,且能够分 散到土壤间隙中与土壤中的微小颗粒进行结合,微小颗粒之间表面形成双电层,并 且产生电势差,从而增加了彼此间的吸附作用,使得土壤中较小粒级的颗粒向大粒 级颗粒团聚[134]。同时,聚丙烯酸盐具有较高的离子交换和吸附的能力,能吸附和粘 结土壤微粒,促进土壤颗粒团聚。腐殖酸具有很强的凝结能力,能把分散的土壤颗 粒聚集在一起,促使水稳性团粒结构的形成。聚丙烯酸盐能够促进土壤团粒结构的 形成,特别是对土壤1-0.5mm粒径的团粒形成有显著影响[130]。前人[135]研宄认为用 腐殖酸处理能增加土壤团粒结构总数1.5-3.0倍,水稳性团粒增加8.51%-30.0%,改 善了土壤的水、气、热三相状况。曹丽花等[136]研宄表明PAM能使>1 mm的水稳性 团聚体的含量增加,随着土壤深度增加>1 mm的水稳性团聚体减少,尤其对>5 mm 的水稳性团聚体的增加更为显著,主要是通过将<1 mm的水稳性团聚体聚合为更大 粒径的水稳性团聚体来实现的。本试验结果表明各土壤改良剂均能显著提高 0-10cm、10-20cm和20-40cm各土层>0.25mm团聚体含量,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾、 聚丙烯酰胺+腐殖酸钾、聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺和腐殖酸钾处理0-40cm 土层分别 较对照增加了 21.54%、16.21%、12.85%、10.59%和 5.88%,其中>2mm 和 2-1mm 土壤团粒结构增幅较大,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾复配处理显 著高于单施处理,二者之间差异不显著。
5.6 土壤改良剂对土壤微生物生物量的影响
土壤微生物生物量是土壤养分循环和物质转化过程的驱动力,同时也是土壤活 性养分的储存库和土壤中植物可利用养分的重要来源[108],土壤微生物与土壤酶共同 推动着土壤的物质转化和能量流动[137],其活性可以代表土壤中物质代谢的快慢程 度。对于土壤微生物量,大多数研宄侧重于耕作方式及施肥对其的影响,土壤改良 剂对其的影响研宄甚少。施用腐殖酸肥料能增加作物生育前期的土壤微生物量碳, 而后期的土壤微生物量碳减少,可能与腐植酸可以刺激作物生长、作物对碳源需求 较多、使构成微生物体的碳源减少有关[138]。本研宄认为土壤改良剂能改善结构和土 壤通透性,使土壤散水、散热、散气随之提高,根系分泌物相应增加,从而促使燕 麦全生育期内0-10cm、10-20cm和20-40cm各土层的土壤微生物量碳、氮、磷含量 显著提高,复配较单施效果显著,随着土壤深度的增加土壤微生物量均呈逐层递减 的趋势,且不同土层微生物量碳、氮、磷全生育期变化趋势一致,即苗期到成熟期 先升后降,抽穗期达到最大值,这是由于抽穗期土壤温度较高,降水多使土壤湿度 大,燕麦生长旺盛,根系生长活力较强,能供给土壤微生物充足的营养源,土壤微 生物活跃,而生育前期和生育后期土壤温度较低,土壤含水量低,不利于微生物的 生长和繁殖,微生物代谢变慢。这与沈宏等[139]人研宄结果一致。但焦晓光等[140]研宄 认为在大豆的生育期内不同施肥处理的土壤微生物量碳、氮均从播种期开始降低到 生育中期降低,成熟期又升高,在大豆的生育中期土壤微生物量低主要是由于大豆 在生长旺盛期时根系对养分吸收强烈,而土壤中的养分不能既满足根系吸收又满足 微生物繁殖的需要,因此土壤微生物量含量减少。本研宄结果与上述结果不一致, 可能由于不同作物对养分需求时期不同,且不同土质、不同降雨和不同气候条件等 都会使土壤微生物量受到影响,还需要进一步探讨。
57土壤改良剂对土壤酶活性的影响
土壤酶是一种生物催化剂,参与土壤中有机质的分解和转化、腐殖质的合成等 各种复杂的生化反应,它与土壤理化性质和土壤微生物及生物多样性等关系密切。 多数研宄认为土壤改良剂可以提高土壤过氧化氢酶、蔗糖酶,但对于土壤脲酶有提 高也有抑制作用,结论各异。曲贵伟等[141]研宄表明,聚丙烯酸钾和聚丙烯酸铵配比 施用可以提高蔗糖酶、磷酸酶和纤维素酶的活性,但脲酶活性显著受到抑制,与 Torres等[14气人为脲酶活性提高的结果不同,可能是由于聚丙烯酸铵的施用带入土壤 大量的铵态氮素而产生抑制作用所导致的。还有研宄[143H人为,施用聚丙烯酸盐类和 腐殖酸型保水剂可以使脲酶活性长期处于一个较高的状态。刘兰兰等[138]在腐殖酸对 生姜的研宄中认为,施用腐殖酸肥料可以使脲酶在作物生长前期降低,生长后期提 高,说明腐植酸对脲酶具有“先控后促”的作用,这对于减少苗期养分的损失、满 足旺盛期作物对养分的需求具有相当重要的作用。本试验表明,土壤酶活性的表现 与土壤微生物量结果相同,聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐殖酸钾、聚丙烯酸钾+腐 殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾均能提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但不同处 理在不同时期和土层差异不同,二者活性随土层的加深逐渐降低,处理间的差值范 围也随之减小,抽穗期达到最高值,但对于脲酶,腐殖酸钾及其复配处理在苗期却 明显低于对照,抽穗期和成熟期高于对照。
58土壤改良剂对燕麦株高和干物质积累的影响
作物株高和干物质积累量与作物生育机制有关,同时也与土壤环境条件有很大 的关系,而土壤水分、养分、微生物和酶等起着决定性作用。聚丙烯酰胺保水剂能 显著增加小麦株高,随着生育期的推进,株高逐渐增加,且从拔节到孕穗增加幅度 相对较大,而孕穗到灌浆株高变化不太明显[144]。聚丙烯酸钾混合物能显著提高马铃 薯株高,同时对生育前期和后期的地上部干物质重与块茎干物质重有显著影响[145]。 黄占斌等[144人为聚丙烯酸钠的施用效应与土壤水分含量有关,聚丙烯酸钠对玉米生 长的影响主要出现在生长的中后期,但干旱情况下株高的效应时期会提前。腐殖酸 促进植物生长前期细胞的分裂与伸长,明显增加生长前后期干物质积累[147]。本研宄
认为聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐殖酸钾、聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐 殖酸钾对燕麦株高具有显著的提高作用,从苗期到抽穗期,燕麦株高增长速度较快, 此后增速减缓,灌浆之后较为缓慢。不同处理条件下燕麦株高均高于对照,各生育 时期不同处理分别比对照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、 2.72%-5.60%和3.29%-5.60%,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾对株高 的影响优于其他改良剂;对于干物质积累具有同样的作用,不同处理的干物质积累 量明显高于对照,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾积累量最高,较对照高15.06%;其次 为聚丙烯酰胺+腐殖酸钾,较对照高12.08%;聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺次之,腐殖 酸钾最低。说明聚丙烯酸钾与腐殖酸钾复配更能够提高土壤肥力,促进燕麦生长, 进而有利于植株对养分的吸收。
59土壤改良剂对燕麦产量及其构成因素的影响
土壤改良剂都能改善土壤环境,增加土壤中作物可利用养分与水分,为作物生 长发育提供良好的土壤环境条件,为作物优质高产打下良好的基础。吴娜等[893人为 在传统灌溉和滴灌条件下脱钠的聚丙烯酸钠吸水树脂均能显著提高燕麦穗数、穗粒 数、千粒重及燕麦产量。土壤经改良处理后,其结构性、保水性及生产性能等明显 改善,因而对作物生长发育及产量表现出良好的作用[148]。Wallace[129]研宄表明在易 出现板结的土壤上混合施用聚丙烯酰胺和褐煤腐殖酸可以提高番茄出苗率,番茄产 量较单施具有正交互作用。符云鹏等[149H人为施用腐殖酸、腐殖酸和化学高聚物复配 均能促进烤烟株生长发育,提高烟叶产量,但以腐殖酸加化学高聚物产量效果更好。 在本研宄中,聚丙烯酸钾、聚丙烯酰胺、腐殖酸钾及其复配对燕麦产量及产量构成 因素均有显著影响,各土壤改良剂处理籽粒产量均显著高于对照,其中聚丙烯酸钾 +腐殖酸钾和聚丙烯酰胺+腐殖酸钾籽粒产量较其它单施处理高,分别为 3010.7kg/hm2、2915.6kg/hm2,较对照增产25.92%和21.94%,聚丙烯酸钾、聚丙烯 酰胺和腐殖酸钾分别比对照增加16.91%、11.66%和8.01%;各处理籽粒产量由高到 低依次为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾〉聚丙烯酰胺+腐殖酸钾〉聚丙烯酸钾〉聚丙烯酰胺〉 腐殖酸钾〉对照;生物产量也明显高于对照,效果最佳为聚丙烯酸钾+腐殖酸钾,其 次为聚丙烯酰胺+腐殖酸钾,可以看出聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺与腐殖酸混施不仅 不影响各自的增产效果,还能够产生交互作用,增产效果更加明显。
5 10 土壤改良剂对燕麦水分利用效率的影响
作物水分利用效率是由耗水量和作物产量共同决定的。提高作物水分利用效率 可以通过增加产量,通过降低土壤及作物水分的无效蒸发和蒸腾也能达到同样的目 的。亢秀丽等[150]认为自然降水中有60%-70%会形成无效蒸发,将这60%-70%的无 效降水变为作物可利用水是提高水分利用率的关键。杜社妮等[151]研宄表明,聚丙烯
酸钠保水剂不同施用方式均能显著提高向日葵水分利用效率,撒施、混施、沟施分 别较对照提高了 25.06%、46.94%和49.29%。杜社妮等[152]另一研宄认为聚丙烯酰胺 (PAM)能显著提高玉米生物量,显著减少耗水量,显著提高水分利用效率和水分产 出率。本试验认为两年试验各土壤改良剂处理水分利用效率均显著高于对照,其变 化趋势与产量变化趋势一致,聚丙烯酸钾+腐殖酸钾、聚丙烯酰胺+腐殖酸钾、聚丙 烯酸钾、聚丙烯酰胺和腐殖酸钾两年平均分别较对照提高了 40.17%、30.83%、 26.22%、16.56%和9.94%,土壤贮水量依次较对照增加了 11.47mm、5.81mm、 3.96mm、2.87mm和0.53mm,不同改良剂处理均能抑制水分蒸发,保持土壤水分, 显著提高燕麦土壤水分利用效率,其中聚丙烯酸钾+腐殖酸钾平均水分利用效率显 著高于其它处理,说明聚丙烯酸钾+腐殖酸复配比其它改良剂能更好地降低燕麦全 生育期耗水,使土壤水分得到更多的补充。
5.11土壤性质与作物产量之间的相关性
不同土壤指标与作物产量之间存在着不同程度的相关关系。本试验认为土壤中 各指标除速效钾和脲酶外,其它指标均与产量呈正相关关系。相关系数大小顺序为 有机质(0.996)>蔗糖酶(0.994)>过氧化氢酶(0.993)>微生物量碳(0.992)>微生物量磷 (0.990)> 土壤含水量(0.980)>速效磷(0.964)>碱解氮(0.962)>微生物量氮(0.913)>脲酶 (0.746)>速效钾(0.720)。其中,有机质、蔗糖酶、过氧化氢酶、微生物量碳、微生物 量磷、土壤含水量、速效磷和碱解氮与产量呈极显著正相关(P<0.01),土壤微生物 量氮与产量呈显著正相关(P<0.05)。说明,土壤有机质、蔗糖酶、过氧化氢酶、微 生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷、碱解氮和微生物量氮这些土壤指标 的增大均有利于燕麦产量的提高。
6展望
本文供试的各种土壤改良剂在改土、增产上有着较为显著的效果,纳米表面吸附聚丙烯酰胺及其液相分散稳定性,但其作用是 否长期有效,对土壤是否有潜在危害等问题仍需进一步探讨,因此还需进一步的进 行长期跟踪实验,以期获得更详细、准确、可靠的数据,为土壤改良剂的研宄提供 一个更好的参考方向。
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