丘陵土壤施用有機(jī)復(fù)合保水樹脂后的物理性狀變化

唐玉邦+虞利俊+裴勤+徐磊+羅佳+范如芹+王東升

摘要：以江蘇省丘陵荒坡地土壤為對象，利用農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢棄物發(fā)酵熟化的有機(jī)肥與保水樹脂類材料進(jìn)行復(fù)配，研究施用后對土壤理化性狀的影響并進(jìn)行相關(guān)分析，以期為降低丘陵坡地雨季地表徑流造成的肥水損失、增加土壤蓄水能力、改善土壤物理性狀提供科學(xué)數(shù)據(jù)。通過測定試驗(yàn)土壤的緊實(shí)度、總孔隙度和通氣孔隙度等物理指標(biāo)，分析供試土壤這些物理指標(biāo)的變化趨勢，明確有機(jī)復(fù)合保水樹脂的施用對改善土壤物理狀況的作用。研究結(jié)果顯示，有機(jī)復(fù)合保水樹脂不同配合比例對丘陵土壤的物料性狀有著不同的影響，土壤孔隙度隨保水樹脂用量的增加而增加，對照組的土壤總孔隙度從S0處理的43.47%升至S0.6處理的61.68%；土壤容重可從S0處理的1.40 g/cm3降至S0.6處理的0.96 g/cm3，配合施用可減少這種差異使土壤物理性狀趨于穩(wěn)定；土壤緊實(shí)度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2 之間。得出結(jié)論：保水劑和有機(jī)物料配合施用可改善丘陵荒坡地土壤的物理性狀，可參照趨勢變化走勢，結(jié)合土壤肥力、作物種類、灌溉條件控制有機(jī)物料的用量比例，以滿足作物生長對水肥的需求。

關(guān)鍵詞：有機(jī)復(fù)合樹脂；土壤緊實(shí)度；土壤容重；孔隙度；丘陵土壤

中圖分類號： S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0476-03

江蘇省丘陵坡地分布廣泛，除泰州、南通和鹽城外，全省其他市都有丘陵山區(qū)，地勢落差大，土壤結(jié)構(gòu)及其透水性、保水性差，土薄缺水，植被覆蓋率低[1-2]。雨季降水絕大部分因徑流等流失或被蒸發(fā)，滲入到土壤中的水分很少，植物可利用的就更有限了[3]。雨后在陽光輻射作用下，表土很快呈現(xiàn)干旱現(xiàn)象，對植物的生長發(fā)育極為不利。因此，丘陵地區(qū)荒坡地的生態(tài)問題首先是要控制水土流失，增加雨水入滲率，提高土壤肥力和改善土壤理化結(jié)構(gòu)等。

目前，國內(nèi)關(guān)于利用保水劑改善土壤水分狀況的報道多集中在沙質(zhì)土壤，在農(nóng)田抗旱保水、作物保苗增產(chǎn)等方面展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景[4-7]。另有報道指出，吸水材料在保水保肥的同時改善土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加團(tuán)粒數(shù)，降低沙質(zhì)土壤雨后板結(jié)度，提高透氣性能[8]。然而目前就江蘇地區(qū)丘陵坡地黃棕壤利用吸水保水材料改善土壤物理狀況的報道較少。

本研究綜合考慮丘陵坡地肥水流失的因素，利用農(nóng)用廢棄物為主的有機(jī)物料與淀粉基丙烯酸系吸水材料復(fù)配，根據(jù)荒地的環(huán)境條件和土壤肥力情況，采用深耕混合實(shí)現(xiàn)土肥交融，跟蹤測定土壤緊實(shí)度、總孔隙度和通氣孔隙度等物理指標(biāo)，分析供試土壤中以上各物理指標(biāo)的變化趨勢，以期明確有機(jī)復(fù)合保水樹脂的施用對改善土壤物理狀況的作用，為綜合改良丘陵荒坡地土壤理化性狀提供數(shù)據(jù)支持，達(dá)到提高作物產(chǎn)量的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤取自江蘇省南京市周邊丘陵荒坡地，土壤自然風(fēng)干去除石子、根莖等雜物后過篩備用。土壤基本理化性狀：

總氮含量661.76 mg/kg，總磷含量227.33 mg/kg，速效氮含量85.87 mg/kg，速效磷含量5.97 mg/kg，速效鉀含量22.5 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量8.59 g/kg，容重1.40 mg/kg。

試驗(yàn)用保水材料為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主合成的淀粉基丙烯酸系高吸水樹脂（SAP），粒度30～40目，對去離子水及幾種溶液的吸水倍率（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，g/g）見表1。

試驗(yàn)用有機(jī)物料為江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院六合動物試驗(yàn)基地農(nóng)用廢棄物經(jīng)堆置發(fā)酵而成?；纠砘誀睿?/p>

容重0.65 g/cm3，總孔隙度39.33%，通氣孔隙度13.33%，pH值7.5，電導(dǎo)率6.19 mS/cm，最大持水量33.91%，有機(jī)質(zhì)27.55%。

1.2 試驗(yàn)處理

（1）吸水樹脂添加量分別為土壤質(zhì)量的0、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%，分別以S0、S0.1、S0.2、S0.4、S0.6表示。

（2）有機(jī)物料的添加量分別為土壤質(zhì)量的0、2.5%、5.0%、10.0%，分別以F0、F2.5、F5.0、F10.0表示。設(shè)3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 土壤容重和孔隙度測試與分析

在上述處理的試驗(yàn)盆缽中采用環(huán)刀取樣的測試方法測定土壤容重及孔隙度等。操作步驟如下：將環(huán)刀、環(huán)刀下蓋和內(nèi)襯尼龍布（或?yàn)V紙）稱質(zhì)量（m0）；用環(huán)刀采集供試土壤稱質(zhì)量（m1）；將有土樣的環(huán)刀放入有蒸餾水的托盤中浸泡（黏土8～12 h，沙土4～8 h）稱質(zhì)量（m2）；將m2取出自然排水3 h，稱質(zhì)量（m3）；將m3在65 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量（m4）。相關(guān)公式：

容重=（m4-m0）/100 （g/cm3 ）；

總孔隙度=（m2-m4）/100×100%。

1.3.2 土壤緊實(shí)度及含水量測試

按上述試驗(yàn)處理要求稱取規(guī)定量保水材料、有機(jī)物料，與5 000 g風(fēng)干土壤均勻混合，放入底部有孔的試驗(yàn)盆中，將盆缽放入已注入水的水槽內(nèi)自然吸水24 h（水面不可高于盆缽邊緣及土面），取出后將盆缽架起進(jìn)行自然風(fēng)干，測定土壤緊實(shí)度。

用烘干法測定風(fēng)干土壤含水量。

土壤緊實(shí)度采用杭州大吉光電儀器有限公司生產(chǎn)的TJSD-750型土壤緊實(shí)度儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理對丘陵荒坡地土壤孔隙度及容重的影響

供試土壤采自江蘇省南京市橫溪丘陵荒坡地黃棕壤，坡度介于20°～30°，質(zhì)地黏，透氣透水性差。雨季表面徑流嚴(yán)重，土壤真正吸收的水分很少。因此，設(shè)計保水劑與有機(jī)物料配合施用，從改善土壤板結(jié)狀況角度出發(fā)，測定土壤孔隙度、容重及緊實(shí)度，分析復(fù)合有機(jī)保水物料對改善土壤板結(jié)的效果及變化趨勢。

從圖1的F0組可以看出，土壤總孔隙度隨著保水樹脂的用量的增加逐步升高，從對照組S0時的43.47%升至S0.6時的61.68%，S0.6處理明顯高于其他3個處理，S0，S0.1，S0.2，S0.4之間沒有明顯差異。說明土壤在脫水過程中吸水樹脂逐步收縮產(chǎn)生了空隙。隨著有機(jī)物料施用量的增加，S0.6處理的土壤總孔隙度有下降的趨勢，從61.68%逐漸降至52.43%。從圖1的S0處理可以看出，當(dāng)土壤不施用保水材料僅僅施用有機(jī)物料也能增加土壤的總孔隙度，從F0處理的43.47%到F5.0～F10.0處理的49%左右，這和有機(jī)物料的物理特性有關(guān)。從改善丘陵坡地土壤板結(jié)的情況出發(fā)，參照圖2土壤總孔隙度的變化趨勢，可根據(jù)田間土壤狀況調(diào)整保水材料和有機(jī)物料的用量比例，滿足作物生長對土壤的要求。

由于土壤孔隙度的改變進(jìn)而使土壤容重發(fā)生了變化，從圖3可以看出，不施用有機(jī)肥的情況下（F0）土壤容重隨吸水材料用量的增加而下降，從S0處理的1.40 g/cm3降至S0.6處

理的0.96 g/cm3，隨著有機(jī)物料使用量的增加吸水材料對容重的作用逐步減少（圖4 S0.6趨勢線），這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物料中離子濃度的增加減弱了吸水樹脂的吸水能力（見表2吸水樹脂對幾種溶液的吸收倍率），這與官辛玲等之前的研究類似，即離子強(qiáng)度、保水劑聚合物類型以及粒級是影響保水劑吸水率的關(guān)鍵因素[9]。這使土壤在脫水后產(chǎn)生的孔隙變少，進(jìn)而影響土壤容重的改變。經(jīng)方差分析在S0.6處理中，F(xiàn)0與F5.0、F10.0處理均有顯著差異（見表2各處理土壤容重方差分析），有機(jī)物料與樹脂有交互作用，P=0.008。

2.2 不同處理對丘陵荒坡地土壤緊實(shí)度的影響

不施用有機(jī)肥（F0）的情況下保水劑的使用可降低土壤的緊實(shí)度，隨著用量的增加土壤緊實(shí)度有進(jìn)一步下降的趨勢。土壤緊實(shí)度從對照組的65.17 kg/cm2降至吸水樹脂用量0.6%時的3.17 kg/cm2（圖5），這可能是由于土壤在脫水過程中吸水樹脂逐步收縮產(chǎn)生空隙。從圖1可以看出，對照組的土壤總孔隙度從S0時的43.47%升至S0.6時的61.68%。

有機(jī)物料的添加在丘陵坡地土壤緊實(shí)度調(diào)節(jié)上有著雙重作用，一方面僅僅施用有機(jī)物料可以改善土壤板結(jié)的狀況，如圖6的S0曲線走勢所示，添加5.0%及以上有機(jī)物料可使對照組土壤的緊實(shí)度從65.2%降至22.6%左右，可顯著改善丘陵坡地的土壤板結(jié)程度（見表3各處理間土壤緊實(shí)度顯著性分析）。另一方面，適量添加有機(jī)物料可避免單獨(dú)施用保水材料可能造成的土壤過度松散（如單獨(dú)施用保水材料量為0.6%）。而適量添加有機(jī)物料對S0.1～S0.4處理的土壤緊實(shí)度改變不大，經(jīng)分析沒有達(dá)到顯著性差異。配合施用可使土壤緊實(shí)度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2之間。

3 結(jié)論

通過多因子復(fù)配試驗(yàn)得出：有機(jī)復(fù)合保水樹脂不同配合比例對丘陵土壤的物料性狀有著不同的影響，土壤孔隙度隨保水樹脂用量的增加而增加，處理從對照組的土壤總孔隙度S0處理的43.47%升至S0.6處理的61.68%。由于土壤總孔隙度的改變進(jìn)而影響土壤容重和土壤緊實(shí)度的改變，土壤容重可從S0處理的1.40%降至S0.6時的0.96%，在一定配比范圍達(dá)到顯著性差異。配合施用可減少這種差異使土壤物理性狀趨于穩(wěn)定，土壤緊實(shí)度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2之間。根據(jù)各處理土壤物理性狀變化，參照趨勢變化走勢，調(diào)整有機(jī)物料的用量比例，結(jié)合灌溉條件調(diào)整配比滿足作物生長需求。

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