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納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性

發布日期:2015-03-15 21:55:57
納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性和土壤改良劑
納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性本文通過大田試驗,針對內蒙古旱作地區燕麥土壤貧瘠、幹旱、低產等問題, 開展了不同土壤改良劑及其複配對燕麥生長及土壤理化和微生物性狀的作用機製 研宄,以期為改善旱作燕麥土壤理化及微生物性狀、提高單產和水分利用效率提供 理論依據。結果表明:
1. 不同土壤改良劑及複配處理均能提高0-20cm 土層土壤有機質、堿解氮、速 效磷和速效鉀含量,各指標分別比對照增加8.24%-30.22%、7.60%-19.29%、 5.15%-29.45%和27.86%-68.86%,不同處理的土壤有機質、堿解氮和速效磷含量均
表現為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 > 聚丙烯酰胺 >腐 殖酸鉀,速效鉀含量均表現為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 > 聚丙烯酰胺+腐殖 酸鉀 > 腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺。
2.聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺 和腐殖酸鉀處理均能提高0-60cm 土層土壤含水量,各處理依次較對照提高12.95%、 7.96%、7.89%、5.11%和2.78%,對60-100cm 土層含水量影響不明顯;不同土壤改 良劑均能降低0-10cm、10-20cm、20-40cm和40-60cm四個土層的土壤容重,四個 土層容重依次較對照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、1.32%-5.26%和 0.65%-1.99%, 以聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀處理降低幅度最大,但處理間差異不顯著,對60-100cm各 土層容重影響不明顯;不同改良劑處理均能降低0-10cm、10-20cm和20-40cm各土 層土壤緊實度,三個土層土壤緊實度依次較對照降低81.22-437.54kPa、 318.86-828.19kPa和169.89-696.53kPa,各處理土壤緊實度大小均表現為聚丙烯酸鉀 +腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 > 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸鉀> 對照, 10-20cm 土層表現較明顯;不同土壤改良劑均能顯著提高0-10cm、10-20cm和 20-40cm 土層>0.25mm 土壤團聚體含量,其中>2mm和2-1mm 土壤團粒結構增幅較 大,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀複配處理顯著高於單施處理,二 者之間差異不顯著。
3•不同土壤改良劑處理均能顯著提高燕麥全生育期0-10cm、10-20cm和 20-40cm 土層的土壤微生物量碳、氮、磷含量,複配處理較單施效果顯著,隨著土 壤深度的增加土壤微生物量均呈逐層遞減的趨勢,全生育期不同土層微生物量碳、 氮、磷全生育期趨勢均為苗期到成熟期先升後降,抽穗期達最大值;土壤酶活性與 土壤微生物量表現相同,不同土壤改良劑均能提高土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性, 但不同處理在不同時期和土層差異不同,二者活性隨土層的加深逐漸降低,處理間 的差值範圍也隨之減小,抽穗期達到最高值,但對於脲酶,腐殖酸鉀及其複配處理 的土壤脲酶活性在苗期明顯低於對照,抽穗期和成熟期高於對照。
4•土壤改良劑對燕麥株高具有顯著的提高作用,各生育時期聚丙烯酸鉀、聚 丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀和腐殖酸鉀處理株高分別 比對照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、2.72%-5.60% 和 3.29%-5.60%,複配處理株高優於其它改良劑;對於幹物質積累具有同樣的作用, 不同處理的幹物質積累量明顯高於對照,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀積累量最高, 較對照高15.06%;其次為聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀,較對照高12.08%;聚丙烯酸鉀、 聚丙烯酰胺次之,腐殖酸鉀最低。
5.聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀及其複配對燕麥產量及產量構成因素 均有顯著影響,各處理籽粒產量均顯著高於對照,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚 丙烯酰胺+腐殖酸鉀處理籽粒產量較其它單施處理高,兩年平均產量分別為 3010.7kg/hm2、2915.6kg/hm2,較對照增產25.92%和21.94%,各處理籽粒產量和生 物產量由高到低依次為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀> 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸鉀> 對照;各土壤改良劑處理水分利用效率均顯著高於對照,其 變化趨勢與產量變化趨勢一致,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀、聚 丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺和腐殖酸鉀兩年平均依次較對照提高了 40.17%、30.83%、 26.22%、16.56%和9.94%,土壤貯水量依次較對照增加了 11.47mm、5.81mm、 3.96mm、2.87mm和0.53mm,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀處理水分利用效率和土壤 貯水量均顯著高於其它處理。
6.土壤中各指標與產量相關係數大小順序為有機質(0.996)>蔗糖酶(0.994)>過 氧化氫酶(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)>堿解氮(0.962)>微生物量氮(0.913)>脲酶(0.746)>速效鉀(0.720)。其中,有機
質、蔗糖酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷和堿解 氮與產量呈極顯著正相關(P<0.01),土壤微生物量氮與產量呈顯著正相關(P<0.05)。 可以用土壤有機質、蔗糖酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、 速效磷、堿解氮和微生物量氮等土壤指標可以作為判斷當地燕麥產量的有效指標。
7.綜合所有研宄內容,從燕麥應用土壤改良劑的產量和水分利用效率效應 看,納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性,兩種土壤改良劑複配更適合用於當地燕麥種植和生產,其中聚丙烯酸鉀和腐 殖酸複配效果更佳。
我國作為傳統的農業大國,農業是基礎產業,但農業現代化水平和生產力水平 較為低下[1],而土壤是發展農業的基本資料,也是農作物生長發育的重要依靠環境 要素[2]。近年來,由於全球氣候急劇變化致使時空降水變率大,加上長期不合理的 人為活動,導致多數地區生態環境惡化,土壤結構破壞,水資源不能夠有效利用, 水土流失加劇,土壤質量急劇下降,最終嚴重影響了農作物正常生長及產量提高[3]。 因此,開發抗旱和改良土壤的農業新技術和新產品無疑成了農業科技工作者關注的 熱點。土壤改良劑的出現引起了國內外農業專家的高度重視,它可以有效改善土壤 結構[4—8],改變土壤化學性質[9—11],增加土壤保水[12—16]、保肥性[17—19],提高作物產量[9,2。—23], 改善作物品質[24-26],最終達到提高作物農業價值的目的[27]。
燕麥是一種優良的糧飼兼用作物[28],在世界上種植麵積非常廣,約1300萬公頃, 具有耐寒性、抗旱性和耐貧瘠性等特性,而且相對於其它穀類作物來說具有較高的 營養價值和藥用價值[29—3。],據專家[31]分析,蛋白質含量約為16%,甚至達20%;粗脂 肪含量為6%,甚至達10.6%;賴氨酸的含量為籽粒全蛋白的3.7%,除此之外,燕麥 中還含有豐富的維生素,鈣、鋅、鐵、磷等礦物質和微量元素;適量食用燕麥可有 利於降低血壓、調節心理、提高記憶力、改善睡眠、降低心髒病發病率等,其經濟 價值逐漸受到人們的重視。我國燕麥種植麵積約70萬公頃,占我國耕地麵積的 0.57%,大多處於幹旱半幹旱地區,而幹旱缺水、水資源利用率低和土壤肥力差導 致我國燕麥產量一直處於低而不穩的狀況,限製著我國燕麥產業的發展。燕麥是內 蒙古優勢特色作物,種植麵積居全國各省區第一。內蒙古燕麥主產區降水量少而不 勻、土壤質量差、燕麥單產較低、經濟效益低下,嚴重影響農民種植燕麥的積極性 和燕麥產業的持續發展。
本試驗就是針對內蒙古旱作地區燕麥種植生產中土壤貧瘠、幹旱和低產等突出 問題,選用不同土壤改良劑及其複配進行施用效果試驗,以保持土壤水分、防止土 壤退化、明確土壤改良劑對土壤理化性質的作用機製為目的,研宄了不同土壤改良 劑及其複配對燕麥生長及土壤性狀的影響,以期為為旱作地區的土壤改良和農業節 水增產提供理論依據。此研宄對完善旱作區燕麥高產栽培技術,發展燕麥產業具有 深遠的意義。
1.2國內外研究進展
1.2.1土壤改良劑的概述
早在19世紀末到20世紀初,西方一些發達國家便利用纖維素、腐殖酸、瓜兒豆 提取液、澱粉共聚物等天然高分子聚合物來進行土壤改良[32],雖然效果顯著,但土 壤微生物對上述物質分解速度較快且用量比較大,所以,這類天然土壤改良劑沒有 得到廣泛使用,之後越來越多的人工合成土壤改良劑開始出現。最早的人工合成改 良劑是20世紀50年代美國研製的以聚丙烯酸鈉鹽為主要成分的Krilium 土壤結構改 良劑。之後陸續又出現了許多人工合成聚合物,包括聚乙烯醇(PVA)、水解聚丙烯 睛(HPAN)、聚丙烯酸胺(PAM)等多種高聚物,其中聚丙烯酸胺(PAM)得到了多數人 的肯定[2733],這些人工合成改良劑具有效果顯著、遇微生物不易分解、對土壤和作 物無毒無害等特點。不僅美國、日本、法國、比利時、利比亞等許多國家致力於土 壤改良劑研發上麵,我國在研製方麵也頗有成果,中國農科院土肥所與北京燕山石 化公司共同研製除出了土壤改良劑(BIT)乳劑,又稱液態地膜[34]。BIT乳劑是在廢棄 的瀝青中加入特殊添加劑混合製成,它具有強烈的粘著作用,能將各種土壤團粒吸 附在一起,形成適合作物生長的土壤團聚體。另外,中國農大教授張青文研製出一 種鹽堿地改良劑,名為“康地寶”,這種土壤改良劑能夠有效地去除鹽堿對作物的 毒害影響,促進團粒形成,保證作物正常生長[35]。最近還有以國家海洋局重點實驗 室主任、山東大學教授、山東植物生理學會主任陳靠山博士為首的山東靠山生物科 技有限公司研發團隊研製出“靠山多霸”土壤改良劑,它有極其顯著的“保水、增 肥、透氣” 土壤調理性能,能夠打破土壤板結,保水抗旱,增強農作物抗病能力, 大幅度提高農作物的成活率和農產品產量,無公害,無汙染,無生物激素,是新型 的綠色生產資料。
1.2.2土壤改良劑的分類
土壤改良劑按原料來源可分為四類[36]。一:天然改良劑,其中包括無機物料和 有機物料,無機物料又包括石灰石、膨潤土、石膏、蛭石、珍珠岩、粉煤灰等;有 機物料分為多糖、纖維素、樹脂膠、單寧酸、腐殖酸、木質素、泥炭、作物秸杆、 畜禽糞便、城市生活垃圾等。這類改良劑原料充足、使用簡單、經濟有效,但其用 量較大,易被微生物分解,切其所帶的陽離子對土壤和作物有一定的毒害作用。二: 人工合成改良劑,這類改良劑包括聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鹽、聚乙烯醇、聚乙二醇、 脲醛樹脂等。這類改良劑是目前世界上普遍使用的改良劑,具有效果明顯,用量少, 但成本高等特點。三:天然-合成共聚物改良劑,通過單體接枝聚合到天然高聚物 上而成,包括腐殖酸-聚丙烯酸、纖維素-丙烯酰胺、澱粉-丙烯酰胺/丙烯腈、沸石 凹凸棒石-丙烯酰胺、磺化木質素-醋酸乙烯等,這類改良劑擯棄了天然改良劑使用 時間短和人工合成改良劑原料成本較高的缺點,達到改土保肥促生長的目的[27]。四: 生物改良劑,這類改良劑包括一些商用生物控製劑、菌根、微生物接種菌、好氧堆 製茶、蚯蚓等,其中研宄較多的是菌根-叢枝菌根,它能明顯改善土壤物理性狀, 促進根係對礦質元素的吸收,,提高作物產量,但它在研宄與應用中的不足之處是 菌根種類繁多,高效菌種的篩選問題沒有解決,純菌種培養技術有待於突破[36]。
1.2.3 土壤改良劑對土壤水分的影響
土壤改良劑對土壤的保水作用是通過兩種途徑進行的,一是通過形成水穩性團 聚體,減少土壤表層蒸發和底層滲漏;二是高聚物樹脂能夠快速吸收水分後緩慢地 釋放可起到微型水源作用[27]。周繼等[37]在聚丙烯酰胺對紫色土物理性狀的研宄中發 現,施用四種不同濃度聚丙烯酰胺的土壤含水率均比對照高,且增加量在在 0.35%-4.56%之間。張燕等人[38]發現,秸杆、建築垃圾、煤矸石、生活爐渣等土壤改 良劑均可使0-40cm 土層土壤水分維持在相對較高的水平,平均含量高於對照1.5%。 Choudhary等[39]在盆栽試驗中發現施用四種改良劑的土壤表層水分較少,但中底層水 分較多,而對照表層和底層均沒有水分,說明土壤改良劑可以抑製水分向下滲透和 向上蒸發。施用聚丙烯酸鈉能提高砂土、壤土和黏土的持水能力,當施用最佳用量 0.2%時,以上三種土持水量分別比對照增加了 138.61%、37.22%和62.70%[40]。張宏 偉等[41]研宄結果表明,腐殖酸接枝共聚物對改善赤紅壤的滲透性有明顯作用,可使 毛管持水量提高,使土壤的飽和含水量比對照增加26.6%-29.8%。研宄[42H人為土壤改 良劑可促進降水向有效利用水分轉化,減少土壤水分無效蒸發,減少耗水量,從而 可增加土壤水分利用效率。王久誌[43]在對土壤改良劑陰離子瀝青乳劑的研宄中指出, 瀝青乳劑可以抑製水分蒸發,增加土壤含水量,切乳劑用量越多,抑製效果越好。
1.2.4 土壤改良劑對土壤容重的影響
土壤改良劑能夠有效改善土壤結構,增加土壤大團聚體和表麵粗糙度,降低土 壤容重[44]。施用土壤改良劑能夠使土壤內部孔隙增多,土壤總孔隙度增大,土壤容 重降低[45]。崔娜等人[46]通過對聚丙烯酰胺保水劑的研宄表明,各保水劑改良劑處理 均使土壤容重有所降低,與對照相比,大、中、粉末類保水劑土壤容重分別降低了 5.69%、7.09%、5.89%。周繼等[37]研宄結果表明,在上坡、中破和下破三種破度位 置施用土壤改良劑聚丙烯酰胺均能使土壤容重降低,降低量分別為0.07-0.33g/m3, 0.05-0.31 g/m3,0.09-0.32 g/m3,同時,土壤緊實度也變小。施用腐植酸接枝共聚物 後,土壤變的疏鬆,與對照相比各土樣容重均明顯降低[41]。Seybold[47]W宄表明,濃 度2%、1%、0.5%的PAM均能使土壤容重降低。韓鳳朋等人[48]研宄結果表明,當PAM 施用量小於2.0g/m2時,土壤容重隨施用量的增加而降低,與對照相比減少了 0.13g/cm3;當施用量為3.0g/m2時,土壤容重隨施用量的增加而上升,與對照相比增 加了 0.02g/cm3。說明PAM也不是越多越好,隻有在一定範圍內才能起到改善土壤結 構降低土壤容重的作用。
1.2.5 土壤改良劑對土壤團粒結構的影響
土壤改良劑可以明顯提高土壤水穩性團聚體含量。員學鋒等[45]在?^對土壤物 理性狀的研宄中表明,施用量為0.005%和0.1%的PAM在撒施和拌施條件下均能提 高>0.25 mm、>0.5 mm、>1 mm的土壤團聚體含量。劉左軍等人[49]研宄發現,凹凸 棒石粘土能顯著增加土壤中>0.25 mm和0.25-0.5 mm團聚體總數。而汪亞峰等[5。]在研 宄保水劑時發現,土壤幹篩後>2mm 土壤團聚體隨保水劑用量的增加而增加,與對 照相比增加4%-11%,0.25-2 mm團聚體則相差不大;濕篩後>0.25 mm土壤團聚體含 量降低,對0.25-0.5mm作用不明顯。施用瀝青乳劑在麵砂、粉粘土和粉壤土中培育 10個月和18個月,>0.25 mm水穩性團粒分別比對照增加11.4%、6.4%; 10.2%、5.6% 和10.9%、9.4%。人1丫等[51]研宄表明,陽離子瓜爾膠和陰離子聚丙烯酰胺均可提高土 壤團聚體,陰離子聚丙烯酰胺比陽離子瓜爾膠作用更明顯。高分子聚合物處理後的 土壤水穩性團粒含量均呈增加趨勢,與對照相比,聚丙烯酸增加了 25.59%,聚乙烯 醇增加了 11.82%,脲醛樹脂增加了 14.41%[52]。韋武思[53]試驗結果發現,土壤中加入 改良材料能增加1-5mm 土壤團聚體,並且隨著培養時間的增加,改良材料能促使土 壤小粒級團聚體向大粒級團聚體變化,形成更多的土壤團聚體。
1.2.6土壤改良劑對土壤養分的影響
土壤改良劑能明顯增加土壤有機質、全氮、水解N、速效P、速效K等養分[54]。 張賓賓等[55]結果發現,Arkadolith土壤改良劑可以明顯提高沙土土壤養分,有機質較 對照增加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。邢尚軍等[56]通過對腐殖酸試驗發現,腐殖酸肥料增加了土壤有 機質、速效N、速效P含量和飽和持水量,而速效K、可溶性鹽和pH有所降低。傅秋 華等人[57]研宄結果表明,施用竹炭土壤改良劑可增加速效鉀、交換性鈣、有效態鐵、 水解氮、有效磷含量,且速效鉀含量隨著竹炭施用量增加而顯著增加。高永恒等[58] 在康樂土壤改良劑對草坪理化性質的研宄中發現,施用康樂後,土壤有機質、全氮、 速效氮、速效磷分別增加了0.26%-0.52%,0.06%-0.21%,1.5-2.6倍,1.6-6.0倍。國 外也有研宄[59]表明,經過PAM處理的土壤全氮、化學需氧量和磷酸鹽的流失量均比 未用PAM處理的流失量少,分別減少91%、83%和86%。莫凡等[6。]在聚丙烯酸鹽類 保水劑研宄中發現,聚丙烯酸鹽類保水劑能增強肥料的吸附作用,以防止肥料的淋 失,還可明顯提高土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀含量,且隨著保水劑用量 的增加,養分含量也隨之增加。
1.2.7土壤改良劑對土壤酶的影響
土壤酶是土壤的生物催化劑,是表征土壤肥力的重要指標之一[61-63],作為農業 生態係統功能和土壤質量的生物活性指標已被係統接受並研宄[64]。土壤改良劑種類 不同,前人研宄結果不盡相同。邢世和等人[65]研宄結果表明,石灰、粉煤灰、白雲 石和廢菌棒四種土壤改良劑壤都能提高土壤過氧化氮酶、脲酶、磷酸醉和纖維素酶 的活性,其中石灰和囷棒混施效果最明顯,比對照分別提高了130.77%、100.00%、
110.00%和515.38%。曲貴偉等[66]在聚丙烯酸鹽對礦區土壤的研宄中指出聚丙烯酸鹽 能顯著提高土壤脫氫酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸酶和纖維素酶活性,而脲酶活性降 低,這主要可能由於聚丙烯酸銨帶來的銨態氮素產生抑製作用所導致的。賀婧等[67] 研宄發現草炭、褐煤和風化煤三種改良劑均能提高轉化酶和中性磷酸酶活性,而抑 製脲酶、過氧化氫酶。而李鳳霞等[68]表明脫硫廢棄物對土壤脲酶、過氧化物酶、轉 化酶和堿性磷酸酶活性有顯著提高作用。於江等人[69]也有同樣結果,施用生物腐殖 酸改良劑能顯著提高過氧化氫酶、堿性磷酸酶和脲酶活性。舒秀麗等人[7°]試驗結果 表明,施加不同濃度的熟石灰對脲酶活性均有顯著的抑製作用,對多酚氧化酶活性 影響不大,而低濃度熟石灰對促進蔗糖酶有利。
1.2.8土壤改良劑對土壤微生物數量的影響
土壤微生物是土壤有機物轉化的執行者,是植物營養元素的活性庫[71],土壤微 生物多樣性能敏感地反應生態係統的功能演變,揭示土壤微生物種類的差異[72]。熊 德中等人[74人為施用石灰在酸性土壤中能增加土壤中放線菌、細菌、好氣性纖維分 解菌和亞硝化細菌數量,使真菌數量顯著減少,並且能增強脲酶和蛋白酶活性,降 低蔗糖酶活性,從而提高煙草產量。舒秀麗等[7°]研宄表明,熟石灰能顯著降低土壤 細菌、真菌和放線菌數量,降低18.42%-39.47%,且隨著濃度的增加三種菌數量均 減少;而沼液和EM菌劑均能顯著增加微生物數量,且隨著濃度的增加,三菌數量 均呈遞增趨勢。崔娜等[74]試驗結果表明,大粒、中粒和粉末狀三種粒徑聚丙烯酸鹽 類保水劑均能減少土壤中細菌數量,減少量分別為77.99%、43.18%和89.35%;能增 加土壤真菌數量,增加量分別為82.50%、29.68%和72.23%;大粒和中粒保水劑提高 了放線菌的數量,分別增加了 12.89%和22.59%。任岩岩[75H人為連續兩年施用聚丙烯 酸鹽類保水劑也能提高小麥根際微生物數量。
1.2.9土壤改良劑對作物生長狀況的影響
土壤改良劑能促進作物根係和地上部發育、提前出苗時間,對作物分蘖、株高、 葉麵積、莖粗、幹物質量和產量構成因素等方麵均有不同程度影響。杜社妮等人[76] 研宄發現,沃特保水劑和PAM撒施、溝施和穴施均能提高玉米的出苗率,且株高、 莖粗和生物量都顯著高於對照。莊文化等[77]試驗結果表明,施用聚丙烯酸鈉能夠增 加小麥苗期和拔節期的株高、葉寬和葉長。畢軍等[78]研宄發現,施用腐殖酸生物活 性肥料能增加冬小麥孕穗分孽數、有效分孽數和成穗率,而且還能增加穗長、旗葉 麵積和次生根條數,比習慣施肥分別增加0.5cm,1.1cm,2.2條。0〇口化也等[79]在有 機改良劑研宄中表明,150kg N.ha-1FYMC改良劑能顯著提高2004-2005和2005-2006 年兩年小麥株高、小穗數、穗粒數,分別比對照增加25.7%和31.5%.、34.5%和48.7%、 29.7%和36.1%。聚丙烯酸鹽保水劑穴施、溝施和拌種均能提高馬鈴薯株高,其中穴 施處理較高,是對照的1.21倍;在澱粉積累期時所有處理的幹物質量與鮮無質量均高 於對照[80]。李吉進等[81]試驗結果發現,施用膨潤土所有處理的玉米莖粗比對照粗 0.1-1.2mm,株高比對照高3.8-6.8cm,鮮稻杆比對照高14°%-64°%。
1.2.10土壤改良劑對作物產量的影響
土壤改良劑通過改善土壤結構,提高土壤保水性、通氣性、保肥性,納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性最終對作 物生長發育和產量表現出較好的效果[32]。陳瓊賢等人[82]在營養型土壤改良劑對玉米 的增產效果和對土壤肥力的研宄中發現,畝施25-75kg改良劑能顯著提高玉米產量, 每畝增產41-88kg,增產率為6.55%-11.33%,其中50kg/畝處理產量最高,增產率為 11.31%。816『。等[83]研宄結果表明,在灌溉條件下施用PAM能夠顯著增加小麥產量, 並且提高水分利用效率,增產達9.0%。易傑祥等人[84]發現,施用膨潤土可提高禾本 科牧草株高、分蘖數和生物產量,施用量40t/hm2和80t/hm2與其它處理差異顯著,增 產19.66%-86.00%。M. Robiul 1^1&爪等[85]試驗結果發現,60kg/hm2保水劑能顯著提高 白燕8號和白燕2號的產量,分別增產86.3%和10.8%,而施用量150 kg/hm2效果相反 產量降低。聚丙烯酰胺處理使大豆產量增加,且隨著聚丙烯酰胺用量的增加,大豆 產量也增加,增產率達3.08%-9.40%,但各處理間差異不顯著[86]。王旭明等人[87H人為 聚乙烯醇能夠加早玉米出苗,增加玉米株高、葉長寬、根長,並且提高產量,增產 15.4%。塔依爾等[88]研宄結果表明,施用“施地佳”土壤改良劑能夠提高棉花出苗 率、成鈴數和收獲株數,平均增產28.90%。
1.2.11 土壤改良劑對作物品質的影響
施用土壤改良劑可以提高作物的品質。吳娜等[89]研宄表明,傳統灌溉和滴灌條 件下施用30kg/hm2、60kg/hm2和90kg/hm2聚丙烯酸鈉鹽保水劑均有利於燕麥籽粒中 的粗蛋白、粗脂肪和P-葡聚糖含量的積累,可以提高成熟期秸杆的可消化幹物質和 相對飼用價值,能顯著提高燕麥籽粒和稻杆的品質,但以60kg/hm2的效果最好。腐 殖酸和化肥配合的對比試驗[90-91]結果表明,腐殖酸在促進烤煙生長發育和提高產量 品質方麵的效果優於餅肥。M. Robiul。^以等^試驗結果認為,雙季施用保水劑均 能提高燕麥莖葉、籽粒的蛋白質含量,還有助於提高酸性粗纖維含量和相對飼用價 值。楊程程等[23]在3種土壤改良劑在氮鎘交互作用下對辣椒品質的影響中表明,雙氰 胺、石灰和有機肥三種土壤改良劑均降低了辣椒中的Vc、可溶性糖和可溶性蛋白, 這是由於土壤中氮鎘交互致使土壤受害導致作物品質下降。陳超君等[93H人為對在酸 性土壤中施用石灰和鈣鎂磷肥,顯著增加了甘蔗的產量與品質。周傳餘等[94]在研宄 腐植酸複合肥對番茄產量和品質的影響中發現,腐植酸複合肥能夠提高番茄可溶性 固形物、粗蛋白、Vc、可溶性糖和糖酸比,並能夠降低硝酸鹽含量後提高番茄品質。
1.3 土壤改良劑在燕麥上的應用
國內外關於土壤改良劑在燕麥上的應用研宄甚少。吳娜等[89]在不同灌溉方式下 研宄保水劑用量對燕麥產量和品質的影響,結果指出,不同量保水劑對燕麥產量和 品質均有增效作用。M. Robiul 13^@等[85,92,95—96]研宄表明保水劑類土壤改良劑對燕麥 生長發育、產量構成和品質方麵都有不同程度的影響。土壤生物學變化主要反映在 微生物區係、生物量的變化以及酶活性的變化等方麵,是綜合評價土壤質量的重要 指標,與土壤的理化、生物學特性,作物養分的轉化、吸收都有著非常密切的關係, 對土壤肥力的形成及作物營養的轉化起著重要作用[97],土壤環境的改變勢必直接或 間接地影響到作物的生長發育[74]。僅有的研宄側重於保水劑類土壤改良劑對燕麥形 態、生理、品質和產量方麵的影響,對其節水機製、土壤酶和微生物量的影響等方 麵研宄的較少,多種土壤改良劑和複配對土壤特性的研宄更是少見。
2研究內容與技術路線 2.1研究內容
本論文采選用聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、腐殖酸及聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺與 腐殖酸的複配在旱作條件下施用於燕麥上,分別從土壤水分、土壤容重、土壤粒級、 土壤養分、土壤微生物生物量、土壤酶、燕麥株高、幹物質量、產量及產量構成因 素各方麵進行研宄。
2.2技術路線
3材料與萬法
3.1 試驗地概況
日期(月-日)
圖3 2011年生育期內降水量 Fig.3 Rainfall in growth stage of oat in 2011
日期(月-日)
圖2 2010年生育期內降水量 Fig.2 Rainfall in growth stage of oat in 2010
試驗於2010年和2011年在內蒙古武川縣大豆鋪鄉園區基地進行,位於41°10'N, 111°36'E,屬中溫帶大陸性季風氣候,海拔1555m,年均氣溫2.6°C,年均降水量 358.3mm,年均日照時數2787.9h,無霜期110d左右。試驗地土壤類型為栗鈣土, 質地沙壤,耕層(0-20cm)土壤有機質含量1.8g/kg,堿解氮含量32.4 mg/kg,速效磷 含量6 mg/kg,速效鉀含量54 mg/kg,pH為7.6。2010年燕麥生育期內共降水22次, 累計232.5mm,其中有效降水14次,累計223.7mm。2011年燕麥生育期內共降水 21次,累計183.5mm,其中有效降水12次,累計178.6mm。降水量見圖2和圖3。
3.2試驗材料
供試作物:燕麥,品種為燕科1號。
土壤改良劑:聚丙烯酸鉀(PAA-K),由東營華業新材料有限公司提供;聚丙烯酰 胺(PAM)由唐山博亞公司提供;腐殖酸鉀(HA-K),由內蒙古武川縣 農業局提供。
所施肥料:磷酸二銨(N:P2O5:K2O=18:46:0)。
3.3試驗設計
試驗采用隨機區組設計,設6個處理,分別為CK:不施(對照);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;重複3次,小區麵積30m2(5mX 6m)。試驗於2010年和2011年5月25日播種,9月25日成熟收獲。播種前將不同量沙 地改良劑均勻撒施於各小區表麵,之後用旋耕機將其旋入地下,耕深15cm。旋耕後 米用機播燕麥,播量為150kg/hm2,行距25cm,以150kg/hm2磷酸二按作為基肥在播 種時同時施入。全生育期內田間管理同常規大田,無追肥,無灌水。
3.4測定指標與方法
3.4.1土壤含水量:采用烘幹法測定含水量。用土鑽在燕麥播種期、苗期、拔節 期、抽穗期、灌漿期、成熟期鑽取不同深度(0-10cm、10-20cm、20-40cm、40-60cm、 60-80cm和80-100cm) 土層土壤進行測定。
3.4.2土壤容重:采用環刀法在燕麥播前和收獲後測定0-10cm、10-20cm、20-40cm、 40-60cm、60-80cm和80-100cm土層。 3.4.3 土壤緊實度:采用TJSD-750土壤緊實度儀測定拔節期、抽穗期和灌漿期 0-10cm、10-20cm 和20-40cm 土壤緊實度。
3.4.4 土壤水分利用率:利用公式水分利用率[kg/(mm + hm2)]=產量(kg)/耗水量(mm)
求1m 土層土壤水分利用效率。[耗水量=播前土壤貯水量+生育期降水量+田間灌水量 -成熟期土壤貯水量;土壤貯水量(mm)=土層厚度(cm)x 土壤容重(g/cm3)x 土壤水 (%)]。
3.4.5 土壤粒級:采用篩分法在播種期和收獲後分別在0-10cm,10-20cm和20-40cm
土層進行級配試驗。
3.4.6土壤養分:在燕麥播前和收獲後測定0-20cm 土壤土層的有機質、堿解氮、
速效磷和速效鉀。有機質采用K2Cr〇7滴定法;速效氮采用Na0H-堿解擴散法;速效 磷采用NaHC〇3-鉬銻抗比色法;速效鉀采用NH4〇Ac-火焰光度法。
3.4.7土壤酶:在燕麥苗期、抽穗期和成熟期分別測定0-10cm、10-20cm和20-40cm
土壤土層的過氧化氫酶、蔗糖酶和脲酶。過氧化氫酶用高錳酸鉀滴定法,蔗糖酶用 3, 5-二硝基水楊酸比色法,脲酶用靛酚比色法。
3.4.8土壤微生物量:在燕麥苗期、拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期分別測定 0-10cm、10-20cm和20-40cm 土壤土層微生物量碳、氮、磷。微生物量碳、氮用氯仿
熏蒸K2SO4提取法測定,微生物量磷用氯仿熏蒸0.5mol/LNaHC〇3提取測定。 3.4.9株高:分別在燕麥各生育時期在田間取1m樣段燕麥植株,每次每小區選取 20株用卷尺測定株高。
3.4.10幹物質積累量:采用烘幹稱重法分別於各生育時期在田間取1m樣段燕麥植 株,每次每小區選取20株分別測定幹物質重。
3.4.11產量及其構成因素:在燕麥收獲時每小區實收2m2進行測產,並取20株進
行考種。
4結果與分析
4.1土壤改良劑對土壤養分的影響
土壤有機質是土壤中各種營養元素特別是氮、磷的重要來源[55],並且具有刺激 植物生長的胡敏酸類等物質。由於它自身具有的膠體性質,能吸附較多的陽離子, 改善土壤的理化性狀,因而使土壤具有較好的保肥力和緩衝性,是土壤肥力高力低 的一個重要指標。由表1可知,施用土壤改良劑的各處理土壤有機質含量均有不同 程度的提高。A1、A2、A3、A4和A5分別比對照增加 15.93%、30.22%、10.99%、23.63% 和8.24%,其中A2最高,A5最低。經顯著性方差分析,各處理均與CK達到顯著差異, A2顯著高於其它處理。
土壤速效養分能夠靈敏地反映出土壤近期內養分動態變化和供給養分水平[98], 它們的含量和作物生長關係極為密切[99]。從表1得知,土壤改良劑處理下土壤堿解
氮、速效鉀和速效磷均比對照增加7.60%-19.29%,27.86%-68.86%和5.15%-29.45%。
各處理堿解氮含量均與CK差異顯著,其中A2和A4顯著高於其它處理,A1、A3、 A5次之;各處理速效磷含量均與CK達到顯著差異,A2含量最高,但與其它處理 差異不顯著;各處理速效鉀含量除A3外均與CK差異顯著,A2顯著高於其它處理, 表現為A2>A1>A4>A5>A3>CK,這是由於聚丙烯酸鉀能夠解離出鉀離子,使得速 效鉀含量上升,腐殖酸鉀中也可釋放出少量鉀離子一定程度上使速效鉀含量升高。
4.2土壤改良劑對土壤含水量的影響
由圖4和圖5可見,2010年和2011年施用土壤改良劑後土壤含水量總體上較對照 都有一定程度的提高,不同土層土壤含水量變化趨勢大致相同,均隨著土層深度的 增加呈先升高後降低的動態趨勢。0-10cm和10-20cm逐漸升高,在20-40cm達到最高, 40cm以下土壤含水量逐漸降低,到100cm達到最低。2011年土壤含水量比2010年高 是由於2011年全生育期降水分布均勻且充沛。可以看出土壤改良劑在0-60cm 土層起 到了較好的蓄水、保水作用,蓄貯了較多的水分,A2處理的土壤含水量最高; 60-100cm 土層受各處理的影響相對減小,土壤水分趨於相對穩定,土壤改良劑作用 明顯降低,土壤改良物質作用不明顯。
為進一步分析比較,圖6給出了 2010年土壤改良劑對不同土層土壤含水量的 變化情況,由圖6可知,全生育期內不同處理各土層土壤含水量隨生育期變化趨勢
基本相同,大致呈先下降後上升再下降的趨勢。苗期到拔節期期間氣溫逐漸上升, 沒有降水,地表蒸騰使土壤含水量呈下降趨勢;從拔節期到抽穗期間有大量降水, 使土壤含水量大幅提升;抽穗期到灌漿期由於氣溫升高,田間土壤水分蒸發量大, 作物生長旺盛,使土壤含水量迅速下降;從灌漿到燕麥成熟之間有少量降水且接近 成熟耗水減少使土壤含水量又升高。土壤改良劑在各生育時期對0-10cm、10-20cm、 20-40cm和40-60cm 土壤含水量均有不同程度的提高,較對照的土壤平均含水量分 別增加 4.50%-17.63%、8.36%-27.47%、5%-20.48%和 2.86%-7.74%,其中 A2 和 A4 效果較其它處理明顯,在0-10cm 土層由於受蒸騰和降水的影響較大,與其它處理 差異不顯著,而10-20cm和20-40cm 土層與CK達顯著差異,但二者之間無顯著差 異,40-60cm改良劑保水效果稍微減弱,各處理無明顯差異,A1、A3、A5含水量 逐次減弱。燕麥各生育時期0-60cm 土層平均土壤含水量,A1、A2、A3、A4和A5 分別較對照提高 7.89%、12.95%、5.11%、7.96%和 2.78%,而 60-80cm 和 80-100cm 土層土壤質地較硬,多為砂石,保水性較差,土壤含水量較低,各處理間無明顯規 律。由此看出,土壤改良劑對保持土壤0-60cm 土壤含水量有明顯效果,其中複配 處理效果較好。
土壤容重是土壤重要的物理性質,是反映土壤緊實狀況的物理參數之一,其本 身也是影響土壤肥力重要指標[100]。一般來說,土壤容重越小,說明土壤比較疏鬆, 孔隙多;土壤容重越大,說明土壤緊實,結構性差。
由表2可見,各處理播前土壤容重均低於收獲後,這是由於經過一個生育時期, 在其自身重力及其它因素的作用下,土壤容重顯著增加,但是經過冬春休閑期,在
凍融及生物作用影響下,土壤容重有所下降[101]。由兩年土壤容重垂直變化看以看出, 土壤改良劑可以明顯降低土壤容重,土壤容重隨著土壤深度增加而增大,0-60cm增 加幅度較大,60-100cm趨於緩和(圖7和圖8)。土壤改良劑對0-60cm各土層土壤容重 均有不同程度的改善,對60-80cm和80-100cm土層無明顯影響作用,0-10cm、 10-20cm、20-40cm和40-60cm各土層分別較對照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、 1.32%-5.26% 和 0.65%-1.99%,降低幅度表現為 10-20cm>20-40cm>0-10cm>40-60cm。 各層中A2均降低幅度最大,但各處理間差異均不顯著。說明土壤改良劑對0-60cm 土 壤容重有影響作用,而對10-20cm和20-40cm影響較大,其中複配土壤改良劑由於自 身特殊結構和相互耦合作用對改善土壤容重效果更佳。
表2 土壤改良劑對不同土層土壤容重的影響
Table2 Effect of soil amendments on soil bulk density of different soil layers
土壤深度播前容重收後容重(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土壤改良劑對土壤緊實度的影響
土壤緊實度是反映土壤強度的一個物理指標,是影響作物良好生長的重要因 素。其大小與土壤質地、土壤結構特性、土壤含水量及土壤受外力的大小有關[102]。 如圖9所示,不同生育時期土壤緊實度均隨著土壤深度增加而增加,即 0-10cm<10-20cm<20-40cm。各處理拔節期0-10cm、10-20cm和20-40cm土壤緊實度大 小分別為938.4-1182.5kPa、1099.1-1698.3kPa和1870.8-2314.7kPa,抽穗期分別為 672.7-950.0kPa、796.3-1642.7kPa 和 1555.3-2290.0kPa,灌漿期分另lj 為
1028.3-1723.5kPa、2667.6-3784.7kPa和3569.1-4480.4kPa。整體看,不同時期不同土 層各土壤改良劑處理土壤緊實度均小於對照,大致表現為A2>A4>A1>A3>A5>CK, 由於受外力和降水等因素的影響0-10cm 土層各處理差異不顯著,10-20cm 土層較 20-40cm土層差異顯著,拔節期、抽穗期和灌漿期10-20cm土層A1、A2、A3、A4和 A5分別較對照減少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平均表現較明顯。
圖9 土壤改良劑對土壤緊實度的影響 Fig.9 Effect of soil amendments on soil compaction
4.5土壤改良劑對土壤團粒結構的影響
土壤團聚體是土壤結構構成的基礎,是土壤中物質和能量轉化及代謝的場所, 其含量的多少常被作為衡量土壤肥力水平的重要指標[103]。不同大小的團聚體在營養 元素的保持、供應及轉化能力等方麵發揮著不同的作用[104]。一般直徑在0. 25-10mm 的團聚體結構能夠使土體疏鬆,有利根係活動,吸取土壤水分和養分,是良好的土 壤結構[105]。由圖10可知,土壤改良劑對土壤各粒徑團聚體含量的影響程度不同。 隨著土壤深度的增加,各處理的小團粒結構向大團粒結構轉化程度增加。在不同土 層土壤改良劑均使>0.5mm 土壤團聚體含量增多,<0.5mm團聚體含量減少。各粒徑 團聚體增多最多的是>2mm和2-1mm部分,土壤團粒結構增加幅度較大。在0-10cm 土層中,<0.25mm團聚體含量最多,其中CK處理其含量較其它處理均高,且和各 處理差異顯著,>2mm 土壤團聚體含量最少,各處理其含量均顯著高於CK,其中
A2最高,A4次之,但土壤改良劑處理之間無顯著差異,各粒徑團聚體含量由高到 低依次為<0.25mm、1-0.5mm、>2mm、2-1mm、0.5-0.25mm。
微生物量磷是土壤有機磷中較活躍的部分[112],通過生物量磷釋放的磷對作物生 長相當重要。它與土壤微生物生物量碳、氮一樣受環境因素影響很大。由圖14可 見,與微生物碳氮規律相同,燕麥生育期內0-10cm、10-20cm和20-40cm 土層各處 理土壤微生物量磷含量呈單峰變化趨勢,苗期到抽穗期先升高,抽穗期達到最大, 抽穗期到成熟期又逐漸下降,各生育時期表現為抽穗期 > 拔節期 > 灌漿期 > 成熟期> 苗期。全生育期0-10cm 土層A1、A2、A3、A4和A5各處理平均土壤微生物量磷 分別較對照增加了 1.51mg/kg、2.42mg/kg、1.43mg/kg、2.12 mg/kg 和 0.68mg/kg, 各改良劑處理土壤微生物量磷含量在拔節期、抽穗期和灌漿期均顯著高於CK,其
中A2顯著高於其它處理,與A4差異不顯著,A1、A3、A4差異不顯著,但顯著高 於A5; 10-20cm 土層各處理平均土壤微生物量磷較對照分別增加了 1.59mg/kg、 2.53mg/kg、1.45mg/kg、2.15mg/kg 和 0.70mg/kg,各生育時期分別表現均與 0-10cm 土層表現相同;到20-40cm 土層,各處理平均土壤微生物量磷分別較對照增加了 1.12mg/kg、1.69mg/kg、0.61mg/kg、1.38mg/kg 和 0.29mg/kg,各生育時期 A1、A2、 A3和A4處理土壤微生物量磷均顯著高於CK, A5與CK差異不顯著,A2顯著高 於其它處理,A1、A3、A4間差異不顯著。從土壤深度來看,各生育期所有處理土 壤微生物量磷含量均隨著土壤深度的增加呈逐漸減小的趨勢, 0-10cm>10-20cm>20-40cm,以抽糖期 A2 處理為例,0-10cm 土層是 10-20cm 土層的 1.07倍,10-20cm 土層是20-40cm 土層的1.74倍。各層土壤均表現為 A2>A4>A1>A3>A5>CK。說明,各土壤改良劑處理均能提高土壤微生物量磷,其中 A2處理各土層較高,且土壤微生物量磷隨土層加深逐漸降低,處理間的差值範圍 也隨之減小,抽穗期土壤微生物量磷含量較其它時期高。
土壤蔗糖酶是土壤中廣泛存在的酶,是參與土壤有機碳循環的關鍵酶,對增加 土壤中易溶性營養物質起著重要作用[115]。由圖16可知,土壤蔗糖酶變化規律與過 氧化氫酶變化規律相同。從生育期來看,各處理土壤過氧化氫酶不同層次呈現相同 的變化趨勢,即抽穗期 > 成熟期 > 苗期,各土壤改良劑處理土壤蔗糖酶活性均高於
CK。全生育期0-10cm 土層A1、A2、A3、A4和A5各處理平均土壤蔗糖酶活性分 別較對照增加了 12.74%、25.81%、10.90%、19.85%和8.78%,苗期和抽穗期各改良 劑處理蔗糖酶活性均與CK達到顯著差異,成熟期A1、A2和A4與CK差異顯著, 但各時期A2處理差異最顯著;10-20cm 土層各處理平均土壤蔗糖酶較對照分別增 加了 14.71%、31.38%、11.32%、22.63%和10.57%,抽穗期和成熟期各改良劑處理 蔗糖酶活性均顯著高於CK,苗期除A1、A3、A5外其它處理均與CK差異顯著; 20-40cm 土層,各處理分別較對照增加了 8.23%、14.81%、7.35%、11.95%和 1.84%, 各時期都表現為除A5外其它處理均與CK差異顯著,其它處理間差異不顯著,但 均表現A2>A4>A1>A3>A5>CK。從土壤深度來看,各生育期所有處理土壤蔗糖酶 活性均隨著土壤深度的增加呈逐漸減小的趨勢,其變化規律與微生物生物量相同, 即 0-10cm>10-20cm>20-40cm,0-10cm土層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,各層均表現為 A2>A4>A1>A3>A5>CK。總之, 各土壤改良劑處理均能提高土壤蔗糖酶活性,但不同處理在不同時期和土層差異不 同;土壤蔗糖酶活性隨土層的加深逐漸降低,處理間的差值範圍也隨之減小,抽穗 期較其它時期高。
土壤脲酶是土壤酶中唯一催化尿素水解的酶,也是決定土壤中氮轉化的關鍵 酶,其活性反映土壤有機態氮向有效態氮轉化和供應無機態氮的能力[116],可以作為 評價土壤肥力狀況的重要指標。由圖17可知,土壤脲酶不同層次呈現相同的變化 趨勢,即苗期到抽穗期先上升,抽穗期達到最大,納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性之後到成熟期又下降。與土壤過 氧化氫酶和蔗糖酶不同,土壤脲酶在0-10cm、10-20cm和20-40cm 土層苗期與抽穗 期和成熟期各處理表現不同,苗期腐殖酸鉀及其複配處理明顯低於對照,各處理大
致表現為A1>A3>CK>A4>A2>A5 ,而抽穗期和成熟期大致表現為 A2>A4>A1>A3>A5>CK。0-10cm 土層苗期和抽穗期A1與A3差異不顯著,其它處 理間均差異顯著,成熟期各處理差異均顯著;10-20cm 土層各時期表現與0-10cm相 同;20-40cm 土層苗期A1和A3與其它處理差異顯著,其它處理間無顯著差異,抽 穗期和成熟期各改良劑處理均顯著高於CK,各處理之間無顯著差異。從土壤深度 來看,各生育期所有處理土壤脲酶活性均隨著土壤深度的增加呈逐漸減小的趨勢, 即 0-10cm>10-20cm>20-40cm, 0-10cm 土層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。總之,聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺都能提高土壤 脲酶活性,但腐殖酸鉀和腐殖酸鉀複配處理對各土層苗期脲酶活性均有抑製作用, 而對抽穗期和成熟期又變為促進作用;土壤脲酶活性隨土層的加深逐漸降低,處理 間的差值範圍也隨之減小;不同處理在不同時期和土層差異不同,抽穗期較其它時 期高,
0-10cm 較其它土層高。
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
圖17 土壤改良劑對不同土層土壤脲酶的影響 Fig.17 Effect of soil amendments on soil urase activity of different soil layers
ICK EA1 E3A2 BA3 BA4 DA5
土壤改良劑對燕麥株高的影響
4.8
株高是衡量作物生長狀況的一項基本指標,是形成產量的基礎。由圖18可知, 2010年和2011年燕麥株高均隨生育時期的推進呈上升趨勢,且處理間整體表現相 同規律。以2011年株高為例,從苗期到抽穗期,燕麥株高增長速度較快,此後增速 減緩,灌漿之後較為緩慢。不同處理條件下燕麥株高均高於對照,各生育時期不同 處理分別比對照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、2.72%-5.60%和 3.29%-5.60%。顯著性分析結果表明,苗期與拔節期各處理間燕麥株高差異不顯著; 抽穗期A2和A4與CK和A5差異顯著,其它處理與CK差異不顯著,A2與A4差 異不顯著與其它處理差異顯著,A1、A3、A5間和A1、A3、A4間差異不顯著;灌
漿期A1、A2、A4與CK和A5差異顯著,A5與CK差異不顯著,A1、A2、A4間
差異不顯著;成熟期各土壤改良劑處理均與CK呈顯著差異,A1、A3、A5之間, A2、A4之間和A3、A4、A5之間差異不顯著,A2與除A4外的其它處理均差異顯者。可以看出,A2和A4處理的燕麥株高增長最快,植株最高。
產量形成的物質基礎是幹物質的積累[117],對於任何一種作物來講,營養生長階 段所積累的幹物質直接影響著作物生物產量和經濟產量。由圖19可知,2010年和 2011年兩年結果一致,以2011年幹物質積累量為例,各處理積累量趨勢一致,隨 著生育期的推進而逐漸增大,從苗期到抽穗期幹物質積累最快,之後增長趨於緩和, 到成熟期達到最大,整體呈“S”形曲線增長。從各生育時期幹物質積累量來看,抽穗 期、灌漿期和成熟期各土壤改良劑處理幹物質積累量分別比對照高8.08%-12.86%、 5.1%-16.54%和6.59%-15.79%。可見,各處理幹物質積累量明顯高於對照。通過方 差分析可知,苗期各處理間幹物質積累量差異不顯著;拔節期A1和A4與CK、A3、 A5間存在顯著差異,A2與各處理差異均不顯著;抽穗期除A1與CK差異不顯著, 其他處理均與CK顯著差異,除CK外其它處理之間差異均不顯著;灌漿期除A5 外其它處理均與CK呈顯著差異,A2與A4差異不顯著,但與其它處理差異顯著, A4與CK和A5差異顯著,與A1、A2、A3差異不顯著;成熟期各處理均與CK差 異顯著,其中A2與A1和A4差異不顯著,與CK、A3、A5差異顯著,A1、A3、 A4、A5各處理間差異不顯著。整體看來,不同處理的幹物質積累量明顯高於對照, 其中A2處理積累量最高,較對照高15.06%;其次為A4,較對照高12.08%; A1、 A3次之,A5最低。說明聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀複配更能夠提高土壤肥力,促進燕
麥生長,進而有利於植株對養分的吸收。
苗期拔節期抽穗期灌漿期成熟期苗期拔節期抽穗期灌漿期成熟期
2010年2011年
圖19 土壤改良劑對燕麥幹物質積累的影響
Fig.19 Effect of soil amendments on dry matter weight of oat
4.8土壤改良劑對燕麥產量及其構成的影響
表3 土壤改良劑對燕麥產量及其構成的影響
Table3 Effect of soil amendments on oat yield and its components
年份處理穗數(104/hm2)穗粒數(粒)千粒重(g)籽粒產量(kg/hm2)生物產量(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
在幹旱條件下,產量是鑒定抗旱性的重要指標之一,而產量構成因素是決定產 量的關鍵因素。由表3可知,2010年和2011年各土壤改良劑處理下燕麥穗數、穗 粒數、千粒重、籽粒產量和生物產量都高於對照,且規律相同。以兩年產量和構成 因素平均數進行分析,各土壤改良劑處理穗數除A3和A5差異與CK差異不顯著外, 其它處理均與CK差異顯著,其中A2最高;從穗粒數看,除A1、A3、A5外其他 處理均顯著高於CK,其中A4較高;對於千粒重,除A5外各處理均與CK呈顯著 差異,各處理比對照增加了 1.0-3.0g,大小順序為A2>A4>A3>A1>A5>CK;對照的 穗數、穗粒數和千粒重都低於其它處理,根據單位麵積產量=單位麵積穗數x穗粒數 x千粒重的關係因而導致產量之間的差異,各土壤改良劑處理籽粒產量均顯著高於 對照,其中複配A2和A4籽粒產量較其它單施處理高,分別為3010.7kg/hm2、 2915.6kg/hm2,較對照增產25.92%和21.94%,A1、A3和A5分別比對照增加16.91%、 11.66%和8.01%;各處理生物產量A1、A2、A4顯著高於對照,其它處理與對照差 異不顯著,各處理表現為A2>A4>A1>A3>A5>CK。由此可知,土壤改良劑能夠顯 著提高燕麥產量,也說明聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺與腐殖酸鉀混施不僅不影響各自 的增產效果,還能夠產生交互作用,增產效果更加明顯。
4.9土壤改良劑對燕麥水分利用效率的影響
表4 土壤改良劑對燕麥水分利用效率的影響
Table4 Effect of soil amendments on water use efficiency
年份處理初貯水量 (mm)終貯水量 (mm)降水量
(mm)耗水量
(mm)產量
(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年各土壤改良劑處理土壤貯水量和水分利用效率
均高於對照處理。2010年A1、A2、A3、A4和A5 土壤貯水量分別比對照高4.07mm、 13.10mm、2.91mm、5.12mm 和 0.98mm,水分利用效率分別提高 38.20%、53.22%、 22.32%、39.91%和 13.09%,2011 年土壤貯水量分別增加 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%。
兩年各處理水分利用效率均與對照差異顯著。說明不同改良劑均能抑製水分蒸發, 保持土壤水分,顯著提高燕麥土壤水分利用效率,其中A2和A4處理效果最佳,顯 著高於其它處理,且二者之間差異不顯著,說明聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺與腐殖酸 複配比各自單施能更好地降低燕麥全生育期耗水,使土壤水分得到更多的補充。
4.10土壤性質與作物產量之間的相關性
由表5可知,土壤中各指標除速效鉀和脲酶外,其它指標均與產量呈正相關關 係。相關係數大小順序為有機質(0.996)>蔗糖酶(0.994)>過氧化氫酶(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)>堿解氮(0.962)> 微生物量氮(0.913)>脲酶(0.746)>速效鉀(0.720)。其中,有機質、蔗糖酶、過氧化氫
酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷和堿解氮與產量呈極顯著正相 關(P<0.01),土壤微生物量氮與產量呈顯著正相關(P<0.05)。說明,土壤有機質、蔗 糖酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷、堿解氮和微 生物量氮這些土壤指標的增大均有利於燕麥產量的提高。
表5 土壤生化性質及作物產量之間的相關分析
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:有機質;X2:堿解氮;X3:速效磷;X4:速效鉀;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:過氧化氫酶;X9蔗糖酶;X10:脲酶;X11: 土壤含水量;Y:產量.*,**分別 表示0.05和0.01水平下顯著。
5結論與討論
5.1土壤改良劑對土壤養分的影響
土壤養分是土壤肥力的核心,是土壤綜合肥力評價的根本[118]。一般在生產應用 上,常用有機質和N、P、K等養分含量的多少來衡量土壤肥力的高低。毛思帥等[28] 研宄發現,土壤經脫鈉的聚丙烯酸鈉保水劑處理後,燕麥收獲期土壤中全氮、速效 磷和速效鉀含量相對較多,原因可能是聚合物與土壤混在一起,自身結構吸附水分 和養分,當作物需要時,這些被吸附的水分和養分會被釋放出來。聚丙烯酰胺能夠 顯著降低土壤中硝態氮、速效磷和速效鉀流失量[119],分別比對照減少78%、95%和 95%。劉世亮等[1213人為聚丙烯酸鹽能顯著提高土壤速效鉀的含量,而有效磷的變化 則沒有明顯的規律性,土壤有機質含量則下降。腐植酸鉀對土壤中的全量養分影響 不明顯,但可以顯著提高土壤速效氮、磷、鉀含量[12°]。納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性本研宄認為聚丙烯酸鉀、聚 丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀和腐殖酸鉀均能顯著提高 土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀,各指標分別比對照增加8.24%-30.22%、 7.60%-19.29%、5.15%-29.45%和27.86%-68.86%,其中有機質、堿解氮和速效磷整 體均表現為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 >聚丙烯酰 胺>腐殖酸鉀,速效鉀表現為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 > 聚丙烯酰胺+腐殖 酸鉀 > 腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺。有機質結果與劉世亮等[122]結果相反,其認為施用聚丙 烯酸鹽在一定程度上改善土壤結構和水熱狀況,增加了土壤中微生物數量和活性, 從而促進了土壤中有機質的分解和礦化。但多數研宄和本試驗結果一致,土壤改良 劑能促進土壤團粒結構的形成,改善土壤疏鬆、保水、保肥和透氣等狀況,進而增 加土壤有機質,改善土壤質量,提高土壤養分和微生物數量[122]。
5.2土壤改良劑對土壤含水量的影響
聚丙烯酰胺類物質的施用能夠顯著增加小麥各生育時期0-100cm土層土壤含水 量,且在作物利用部分土壤水分和反複吸水後,它仍具有一定的保水性[123]。研宄發 現,聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體處理能提高各生育時期0-60cm各土層土壤含 水量,但在60-80cm 土層土壤含水量卻沒有高於對照[124],梁俊[125H人為在25-45 cm 土層的土壤水分含量最高,在45 cm左右土層附近可能形成了防止水分下滲的防水 層。施用腐殖酸後增強了土壤的保水能力,對煙草生長前期土壤含水量變化影響不 大,但是增加了旺長期後的土壤含水量,特別在現蕾期[126]。張宏偉等[127H人為腐植酸 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,數值由空白的22.5% 增加到24.1%-44.8%。施用聚丙烯酸鹽類保水劑對提高小麥生長前期0-40cm 土層土 壤含水量作用顯著,但對下層土壤水分保持效果並不明顯[128]。前人研宄結果對土壤 改良劑的保水作用給予了充分肯定,但不同作物施用不同土壤改良劑對保水土壤深 度的影響不盡相同。本研宄認為聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺、 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀和腐殖酸鉀均能提高燕麥各生育時期0-60cm 土層土壤含水 量,分別較對照提高 7.89%、12.95%、5.11%、7.96%和 2.78%,對於 60-100cm 土層
影響不顯著,處理間大小差異無明顯規律,不同土壤改良劑對不同質地土壤作用效 果不同,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀複配保水效果較單施 好,聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺較腐殖酸鉀效果好。Wallace[129H人為用聚丙烯酰胺和多 聚糖混合改良鈣質土壤效果較單獨作用好,兩種改良劑混合使用具有明顯的交互作 用,本試驗結果與此相同。
5.3土壤改良劑對土壤容重的影響
疏鬆的土壤既有利於土壤中水、氣、熱等環境條件的交換及微生物的活動,有 利於土壤中各種養分對植物的供應,從而提高土壤肥力。各種研宄表明,土壤改良 劑能使土壤變得疏鬆,孔隙增多,容重下降。崔娜等人[46]通過對聚丙烯酰胺保水劑 的研宄表明,各保水劑改良劑處理均使土壤容重有所降低,與對照相比,大、中、 粉末類保水劑土壤容重分別降低了5.69%、7.09%、5.89%。施用腐植酸接枝共聚物 後,土壤變的疏鬆,與對照相比各土樣容重均明顯降低[41]。聚丙烯酸鉀鹽施用在紅 壤上,分子吸水膨脹,使土壤發生膨脹,變得疏鬆,土壤孔隙度增加,容重降低[130]。 本研宄認為土壤改良劑對0-60cm各土層土壤容重均有不同程度的改善,對60-80cm 和80-100cm土層無明顯影響作用,0-10cm、10-20cm、20-40cm和40-60cm各土層分 別較對照降低 1.38%-4.2%、1.34%-5.37%、1.32%-5.26% 和 0.65%-1.99%,降低幅度 表現為10-20cm>20-40cm>0-10cm>40-60cm。各層中複配土壤改良劑由於自身特殊結 構和相互耦合作用對改善土壤容重效果更佳,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀均降低幅度最 大,各改良劑處理差異不顯著。
5.4土壤改良劑對土壤緊實度的影響
土壤水、氣、熱滲透以及作物出苗、產量都與土壤緊實度大小關係密切[131]。土 壤緊實會造成土壤顆粒重排,使土壤孔隙度降低,導致適合作物生長的土壤三相比 發生改變[132]。張燕等[133]研宄表明,在40cm 土層以內,土壤緊實度隨著土壤深度的 增加而增加,但40cm之後,緊實度隨著土壤深度增加而減小,以秸杆和煤矸石為 原料的兩種土壤改良劑均對0-20cm 土層土壤緊實度作用明顯,在20cm以下,差異 不明顯。本研宄認為,不同生育時期土壤緊實度均隨著土壤深度增加而增加,即 0-10cm<10-20cm<20-40cm,各改良劑處理均能降低土壤緊實度,大致表現為聚丙烯 酸鉀+腐殖酸鉀> 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀> 聚丙烯酸鉀 > 聚丙烯酰胺 > 腐殖酸鉀> 對照, 與張燕等結果相符,由於受外力和降水等因素的影響0-10cm 土層各處理差異不顯 著,10-20cm 土層表現較明顯,不同生育時期土壤緊實度的變化與降水量有關。
5. 5 土壤改良劑對土壤團粒結構的影響
聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺是水溶性高分子聚合物,分子鏈擴展較寬,且能夠分 散到土壤間隙中與土壤中的微小顆粒進行結合,微小顆粒之間表麵形成雙電層,並 且產生電勢差,從而增加了彼此間的吸附作用,使得土壤中較小粒級的顆粒向大粒 級顆粒團聚[134]。同時,聚丙烯酸鹽具有較高的離子交換和吸附的能力,能吸附和粘 結土壤微粒,促進土壤顆粒團聚。腐殖酸具有很強的凝結能力,能把分散的土壤顆 粒聚集在一起,促使水穩性團粒結構的形成。聚丙烯酸鹽能夠促進土壤團粒結構的 形成,特別是對土壤1-0.5mm粒徑的團粒形成有顯著影響[130]。前人[135]研宄認為用 腐殖酸處理能增加土壤團粒結構總數1.5-3.0倍,水穩性團粒增加8.51%-30.0%,改 善了土壤的水、氣、熱三相狀況。曹麗花等[136]研宄表明PAM能使>1 mm的水穩性 團聚體的含量增加,隨著土壤深度增加>1 mm的水穩性團聚體減少,尤其對>5 mm 的水穩性團聚體的增加更為顯著,主要是通過將<1 mm的水穩性團聚體聚合為更大 粒徑的水穩性團聚體來實現的。本試驗結果表明各土壤改良劑均能顯著提高 0-10cm、10-20cm和20-40cm各土層>0.25mm團聚體含量,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、 聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺和腐殖酸鉀處理0-40cm 土層分別 較對照增加了 21.54%、16.21%、12.85%、10.59%和 5.88%,其中>2mm 和 2-1mm 土壤團粒結構增幅較大,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀複配處理顯 著高於單施處理,二者之間差異不顯著。
5.6 土壤改良劑對土壤微生物生物量的影響
土壤微生物生物量是土壤養分循環和物質轉化過程的驅動力,同時也是土壤活 性養分的儲存庫和土壤中植物可利用養分的重要來源[108],土壤微生物與土壤酶共同 推動著土壤的物質轉化和能量流動[137],其活性可以代表土壤中物質代謝的快慢程 度。對於土壤微生物量,大多數研宄側重於耕作方式及施肥對其的影響,土壤改良 劑對其的影響研宄甚少。施用腐殖酸肥料能增加作物生育前期的土壤微生物量碳, 而後期的土壤微生物量碳減少,可能與腐植酸可以刺激作物生長、作物對碳源需求 較多、使構成微生物體的碳源減少有關[138]。本研宄認為土壤改良劑能改善結構和土 壤通透性,使土壤散水、散熱、散氣隨之提高,根係分泌物相應增加,從而促使燕 麥全生育期內0-10cm、10-20cm和20-40cm各土層的土壤微生物量碳、氮、磷含量 顯著提高,複配較單施效果顯著,隨著土壤深度的增加土壤微生物量均呈逐層遞減 的趨勢,且不同土層微生物量碳、氮、磷全生育期變化趨勢一致,即苗期到成熟期 先升後降,抽穗期達到最大值,這是由於抽穗期土壤溫度較高,降水多使土壤濕度 大,燕麥生長旺盛,根係生長活力較強,能供給土壤微生物充足的營養源,土壤微 生物活躍,而生育前期和生育後期土壤溫度較低,土壤含水量低,不利於微生物的 生長和繁殖,微生物代謝變慢。這與沈宏等[139]人研宄結果一致。但焦曉光等[140]研宄 認為在大豆的生育期內不同施肥處理的土壤微生物量碳、氮均從播種期開始降低到 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於大豆 在生長旺盛期時根係對養分吸收強烈,而土壤中的養分不能既滿足根係吸收又滿足 微生物繁殖的需要,因此土壤微生物量含量減少。本研宄結果與上述結果不一致, 可能由於不同作物對養分需求時期不同,且不同土質、不同降雨和不同氣候條件等 都會使土壤微生物量受到影響,還需要進一步探討。
57土壤改良劑對土壤酶活性的影響
土壤酶是一種生物催化劑,參與土壤中有機質的分解和轉化、腐殖質的合成等 各種複雜的生化反應,它與土壤理化性質和土壤微生物及生物多樣性等關係密切。 多數研宄認為土壤改良劑可以提高土壤過氧化氫酶、蔗糖酶,但對於土壤脲酶有提 高也有抑製作用,結論各異。曲貴偉等[141]研宄表明,聚丙烯酸鉀和聚丙烯酸銨配比 施用可以提高蔗糖酶、磷酸酶和纖維素酶的活性,但脲酶活性顯著受到抑製,與 Torres等[14氣人為脲酶活性提高的結果不同,可能是由於聚丙烯酸銨的施用帶入土壤 大量的銨態氮素而產生抑製作用所導致的。還有研宄[143H人為,施用聚丙烯酸鹽類和 腐殖酸型保水劑可以使脲酶活性長期處於一個較高的狀態。劉蘭蘭等[138]在腐殖酸對 生薑的研宄中認為,施用腐殖酸肥料可以使脲酶在作物生長前期降低,生長後期提 高,說明腐植酸對脲酶具有“先控後促”的作用,這對於減少苗期養分的損失、滿 足旺盛期作物對養分的需求具有相當重要的作用。本試驗表明,土壤酶活性的表現 與土壤微生物量結果相同,聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀、聚丙烯酸鉀+腐 殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀均能提高土壤過氧化氫酶和蔗糖酶活性,但不同處 理在不同時期和土層差異不同,二者活性隨土層的加深逐漸降低,處理間的差值範 圍也隨之減小,抽穗期達到最高值,但對於脲酶,腐殖酸鉀及其複配處理在苗期卻 明顯低於對照,抽穗期和成熟期高於對照。
58土壤改良劑對燕麥株高和幹物質積累的影響
作物株高和幹物質積累量與作物生育機製有關,同時也與土壤環境條件有很大 的關係,而土壤水分、養分、微生物和酶等起著決定性作用。聚丙烯酰胺保水劑能 顯著增加小麥株高,隨著生育期的推進,株高逐漸增加,且從拔節到孕穗增加幅度 相對較大,而孕穗到灌漿株高變化不太明顯[144]。聚丙烯酸鉀混合物能顯著提高馬鈴 薯株高,同時對生育前期和後期的地上部幹物質重與塊莖幹物質重有顯著影響[145]。 黃占斌等[144人為聚丙烯酸鈉的施用效應與土壤水分含量有關,聚丙烯酸鈉對玉米生 長的影響主要出現在生長的中後期,但幹旱情況下株高的效應時期會提前。腐殖酸 促進植物生長前期細胞的分裂與伸長,明顯增加生長前後期幹物質積累[147]。本研宄
認為聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀、聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐 殖酸鉀對燕麥株高具有顯著的提高作用,從苗期到抽穗期,燕麥株高增長速度較快, 此後增速減緩,灌漿之後較為緩慢。不同處理條件下燕麥株高均高於對照,各生育 時期不同處理分別比對照增加了 0.71%-7.09%、1.48%-5.65%、1.51%-6.38%、 2.72%-5.60%和3.29%-5.60%,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀對株高 的影響優於其他改良劑;對於幹物質積累具有同樣的作用,不同處理的幹物質積累 量明顯高於對照,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀積累量最高,較對照高15.06%;其次 為聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀,較對照高12.08%;聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺次之,腐殖 酸鉀最低。說明聚丙烯酸鉀與腐殖酸鉀複配更能夠提高土壤肥力,促進燕麥生長, 進而有利於植株對養分的吸收。
59土壤改良劑對燕麥產量及其構成因素的影響
土壤改良劑都能改善土壤環境,增加土壤中作物可利用養分與水分,為作物生 長發育提供良好的土壤環境條件,為作物優質高產打下良好的基礎。吳娜等[893人為 在傳統灌溉和滴灌條件下脫鈉的聚丙烯酸鈉吸水樹脂均能顯著提高燕麥穗數、穗粒 數、千粒重及燕麥產量。土壤經改良處理後,其結構性、保水性及生產性能等明顯 改善,因而對作物生長發育及產量表現出良好的作用[148]。Wallace[129]研宄表明在易 出現板結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,番茄產 量較單施具有正交互作用。符雲鵬等[149H人為施用腐殖酸、腐殖酸和化學高聚物複配 均能促進烤煙株生長發育,提高煙葉產量,但以腐殖酸加化學高聚物產量效果更好。 在本研宄中,聚丙烯酸鉀、聚丙烯酰胺、腐殖酸鉀及其複配對燕麥產量及產量構成 因素均有顯著影響,各土壤改良劑處理籽粒產量均顯著高於對照,其中聚丙烯酸鉀 +腐殖酸鉀和聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀籽粒產量較其它單施處理高,分別為 3010.7kg/hm2、2915.6kg/hm2,較對照增產25.92%和21.94%,聚丙烯酸鉀、聚丙烯 酰胺和腐殖酸鉀分別比對照增加16.91%、11.66%和8.01%;各處理籽粒產量由高到 低依次為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀〉聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀〉聚丙烯酸鉀〉聚丙烯酰胺〉 腐殖酸鉀〉對照;生物產量也明顯高於對照,效果最佳為聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀,其 次為聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀,可以看出聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺與腐殖酸混施不僅 不影響各自的增產效果,還能夠產生交互作用,增產效果更加明顯。
5 10 土壤改良劑對燕麥水分利用效率的影響
作物水分利用效率是由耗水量和作物產量共同決定的。提高作物水分利用效率 可以通過增加產量,通過降低土壤及作物水分的無效蒸發和蒸騰也能達到同樣的目 的。亢秀麗等[150]認為自然降水中有60%-70%會形成無效蒸發,將這60%-70%的無 效降水變為作物可利用水是提高水分利用率的關鍵。杜社妮等[151]研宄表明,聚丙烯
酸鈉保水劑不同施用方式均能顯著提高向日葵水分利用效率,撒施、混施、溝施分 別較對照提高了 25.06%、46.94%和49.29%。杜社妮等[152]另一研宄認為聚丙烯酰胺 (PAM)能顯著提高玉米生物量,顯著減少耗水量,顯著提高水分利用效率和水分產 出率。本試驗認為兩年試驗各土壤改良劑處理水分利用效率均顯著高於對照,其變 化趨勢與產量變化趨勢一致,聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀、聚丙烯酰胺+腐殖酸鉀、聚丙 烯酸鉀、聚丙烯酰胺和腐殖酸鉀兩年平均分別較對照提高了 40.17%、30.83%、 26.22%、16.56%和9.94%,土壤貯水量依次較對照增加了 11.47mm、5.81mm、 3.96mm、2.87mm和0.53mm,不同改良劑處理均能抑製水分蒸發,保持土壤水分, 顯著提高燕麥土壤水分利用效率,其中聚丙烯酸鉀+腐殖酸鉀平均水分利用效率顯 著高於其它處理,說明聚丙烯酸鉀+腐殖酸複配比其它改良劑能更好地降低燕麥全 生育期耗水,使土壤水分得到更多的補充。
5.11土壤性質與作物產量之間的相關性
不同土壤指標與作物產量之間存在著不同程度的相關關係。本試驗認為土壤中 各指標除速效鉀和脲酶外,其它指標均與產量呈正相關關係。相關係數大小順序為 有機質(0.996)>蔗糖酶(0.994)>過氧化氫酶(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)>堿解氮(0.962)>微生物量氮(0.913)>脲酶 (0.746)>速效鉀(0.720)。其中,有機質、蔗糖酶、過氧化氫酶、微生物量碳、微生物 量磷、土壤含水量、速效磷和堿解氮與產量呈極顯著正相關(P<0.01),土壤微生物 量氮與產量呈顯著正相關(P<0.05)。說明,土壤有機質、蔗糖酶、過氧化氫酶、微 生物量碳、微生物量磷、土壤含水量、速效磷、堿解氮和微生物量氮這些土壤指標 的增大均有利於燕麥產量的提高。
6展望
本文供試的各種土壤改良劑在改土、增產上有著較為顯著的效果,納米表麵吸附聚丙烯酰胺及其液相分散穩定性,但其作用是 否長期有效,對土壤是否有潛在危害等問題仍需進一步探討,因此還需進一步的進 行長期跟蹤實驗,以期獲得更詳細、準確、可靠的數據,為土壤改良劑的研宄提供 一個更好的參考方向。
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