高分子化合物對(duì)鹽漬化棉田土壤團(tuán)聚體組成及棉花產(chǎn)量的影響

鄂玉聯(lián)　譚蘭蘭　安夢(mèng)潔　李萬(wàn)濤　王開(kāi)勇

摘要：[目的]比較施用不同高分子化合物后鹽漬化棉田土壤團(tuán)聚體及棉花產(chǎn)量的差異，選取適合的高分子化合物用于改良鹽漬化棉田及提高棉花產(chǎn)量。[方法]試驗(yàn)在新疆維吾爾自治區(qū)石河子146團(tuán)棉花大田進(jìn)行，設(shè)4個(gè)處理，分別為M1（聚丙烯酸鹽類(lèi)處理，K-PAM）、M2（聚丙烯酰胺類(lèi)處理，PAM）、M3（纖維素類(lèi)處理，HEC）和對(duì)照（不施化合物，CK），于不同生育期采集棉田土壤的團(tuán)聚體及待測(cè)土樣，測(cè)定土樣pH和電導(dǎo)率，并在棉花采收期進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。[結(jié)果]M1和M2較cK在棉花盛花期和盛鈴期均可顯著降低不同土層土壤的電導(dǎo)率（P<0.05，下同），有效減小鹽分毒害，M3在0-20cm土層較CK的電導(dǎo)率顯著升高，在20-40cm土層表現(xiàn)為顯著降低；在棉花盛鈴期，M2和M3較cK 20-40cm土層土壤pH顯著降低，其余生育期M2較CK對(duì)土壤pH無(wú)顯著影響（P>0.05）。高分子化合物施入土壤后改善了鹽漬化土壤結(jié)構(gòu)，主要是增加2.000～0.053m/n土壤團(tuán)聚體含量；3種高分子化合物均可顯著提高棉花產(chǎn)量，其中以M1增產(chǎn)效果最好，增產(chǎn)107.4%。[結(jié)論]高分子化合物施用后改善了鹽漬化土壤結(jié)構(gòu)，提高了棉花產(chǎn)量，其中以聚丙烯酸鹽類(lèi)施用效果最佳，可作為新疆鹽漬土棉田土壤改良的優(yōu)先選擇。

關(guān)鍵詞：棉花；高分子化合物；鹽漬化棉田；土壤團(tuán)聚體；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S562.061；S156.49 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2017）11-1989-05

0引言

[研究意義]新疆地處干旱區(qū)且土壤鹽漬化問(wèn)題極為突出，大面積的棉田因遭受鹽漬化影響而減產(chǎn)。高分子材料由于具有良好的保水性能，能改善團(tuán)聚體而更好地保持土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)，其適用于生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和改善，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量。高分子材料在我國(guó)尚處于開(kāi)發(fā)階段，其對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變化的影響因土壤特性不同而具有不同作用。針對(duì)鹽漬化嚴(yán)重的新疆地區(qū)，研究不同高分子化合物對(duì)鹽漬化土地的作用機(jī)制，發(fā)掘新的改良材料以改善鹽漬化棉田的土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)提高棉花產(chǎn)量具有重要意義。[前人研究進(jìn)展]莊文化（2009）研究發(fā)現(xiàn)，高分子材料對(duì)甘藍(lán)的生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用，對(duì)小麥也有良好的增產(chǎn)效用。在高分子化合物可改善和修復(fù)生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，劉彩云（2013）發(fā)現(xiàn)高分子化合物可明顯改善鹽漬化土壤的理化結(jié)構(gòu)性狀；馬鑫（2014）發(fā)現(xiàn)高分子化合物對(duì)鹽漬化土壤團(tuán)聚體改善及作物產(chǎn)量提升具有重要意義，因?yàn)楦叻肿硬牧峡稍谕寥乐行纬伤?，減弱水分遷移，土壤水分減少則形成小顆粒向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)變；徐燦（2015）認(rèn)為粒徑小于0.25mm的團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量低，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，凝絮作用加強(qiáng)，小團(tuán)聚體則會(huì)減少。此外，李晶晶（2013）研究發(fā)現(xiàn)高分子材料可增加果園土壤含水量，減少土壤養(yǎng)分的流失；田露（2013）研究發(fā)現(xiàn)高分子材料可改善土壤通氣狀況，改良優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化中一系列土壤性狀的改變，使土壤養(yǎng)分無(wú)效損失減小，增加土壤養(yǎng)分的有效性；朱姝等（2015）研究表明，秸稈還田能促使土壤物理結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)培肥，微團(tuán)聚體減少，大團(tuán)聚體聚合增加。[本研究切入點(diǎn)]目前，對(duì)高分子化合物的研究較多，但針對(duì)高分子化合物對(duì)鹽漬化棉田土壤粒徑影響的探討報(bào)道較少。[擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題]采用大田試驗(yàn)探討3種高分子化合物對(duì)鹽漬化棉田土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)及棉花產(chǎn)量的影響作用，為完善鹽漬化棉田改良及棉花產(chǎn)量提高提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)在新疆石河子146團(tuán)團(tuán)場(chǎng)棉花試驗(yàn)地（東經(jīng)85°57′35.72″，北緯44°36′1.75″）進(jìn)行，試驗(yàn)地屬典型溫帶大陸性氣候，冬季長(zhǎng)而嚴(yán)寒，夏季短而炎熱，年均降水量100-190mm，年均蒸發(fā)量約1200mm，無(wú)霜期約170d，≥0℃活動(dòng)積溫約4100℃，/>10℃活動(dòng)積溫約3600℃。石河子地區(qū)日照充沛，年日照時(shí)數(shù)約2800h，其中北部地區(qū)日照時(shí)數(shù)多于南部地區(qū)。試驗(yàn)田為重度鹽漬化壤土棉花大田，其土壤化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

1.2試驗(yàn)材料

供試高分子材料包括聚丙烯酸鹽類(lèi)（主要使用聚丙烯酸鉀，K-PAM）、聚丙烯酰胺類(lèi)（PAM）和纖維素類(lèi)（羥乙基纖維素，HEC），其基本性質(zhì)如表2所示。供試棉花品種為新陸早47。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為CK（不施材料）、M1（施K-PAM，聚丙烯酸鹽類(lèi)）、M2（施PAM，聚丙烯酰胺類(lèi)）和M3（施HEC，纖維素類(lèi)），每處理重復(fù)3次，共12個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積為30m2（6m×5m），每小區(qū)高分子化合物施用量均為7.5g。棉花全生育期氮（N）、磷（P₂O₅）、鉀（K₂O）施用量為常規(guī)施肥量，灌水量為4500m³/ha，肥料隨水施入，不同處理的高分子化合物于第一次灌水時(shí)澆灌施入。種植模式為寬窄行，寬行60cm、窄行20cm，每行鋪設(shè)兩條滴灌帶，在滴灌帶兩側(cè)各有一行棉花。

1.3.2土壤樣品采集 分別于棉花苗期、盛花期、盛鈴期采集0～20和20～40cm土層樣品用于鹽分分析，每小區(qū)依據(jù)土壤樣品采取原則進(jìn)行采樣并混合，混合土壤用“四分法”保留土樣，土樣風(fēng)干過(guò)1mm篩。盡量在不破壞土壤原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，篩取團(tuán)聚體土樣進(jìn)行團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析。

1.3.3指標(biāo)測(cè)定 土壤pH采用5：1水土比電極法測(cè)定；土壤電導(dǎo)率采用5：1水土比電導(dǎo)率儀測(cè)定法測(cè)定；土壤團(tuán)聚體采用干篩法測(cè)定，首先剔除小石塊和動(dòng)植物殘?bào)w，并把大土塊沿著自然結(jié)構(gòu)面掰成1cm左右的小土塊，置于通風(fēng)處風(fēng)干，然后稱(chēng)取風(fēng)干土樣150g分別置于5.000、2.000、1.000、0.250和0.053mm的套篩上，于180r/min的振蕩儀振蕩10min，以獲得>5.000、5.000～2.000、2.000～1.000、1.000～0.250、0.250～0.053和<0.053mm的6種粒徑團(tuán)聚體，重復(fù)5次。棉田收獲期測(cè)定單位面積有效株數(shù)、棉花單鈴數(shù)、單鈴重及棉田產(chǎn)量。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和制圖，利用SPSS 18.0進(jìn)行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同高分子化合物對(duì)棉花不同生育期土壤電導(dǎo)率的影響

由圖1可知，高分子化合物對(duì)棉田盛花期和盛鈴期土壤電導(dǎo)率影響顯著（P<0.05，下同）。與CK相比，在0～20cm土層，M1使棉花苗期土壤電導(dǎo)率降低16.7%，M2使土壤電導(dǎo)率降低11.1%，但與cK差異均不顯著（P>0.05，下同）；M1、M2和M3使棉花盛花期土壤電導(dǎo)率分別降低43.3%、27.9%和16.6%，且與cK差異顯著；M1和M2使棉花盛鈴期土壤電導(dǎo)率分別降低65.1%和49.6%，與CK差異顯著，而M3呈升高趨勢(shì)，可能是由于HEC的吸鹽作用導(dǎo)致其增高。在20～40cm土層，棉花苗期時(shí)3種高分子化合物對(duì)棉花苗期土壤電導(dǎo)率的影響均不顯著；棉花盛花期時(shí)M1、M2和M3較CK能顯著降低土壤電導(dǎo)率，分別降低27.5%、23.8%和13.0%；高分子化合處理較CK均顯著降低棉花盛鈴期土壤電導(dǎo)率，分別降低60.1%、55.0%和64.7%。因此，M1和M2較CK在棉花盛花期和盛鈴期均顯著降低不同土層土壤電導(dǎo)率，M3雖然在0～20cm土層較CK土壤電導(dǎo)率升高，但在20～40cm土層表現(xiàn)為顯著降低。

2.2不同高分子化合物對(duì)棉花不同生育期土壤pH的影響

由圖2可知，在0～20cm土層，苗期的M1、M3與CK相比土壤pH顯著提高，盛花期M1和M3有所增加，但與cK無(wú)顯著差異，在盛鈴期M3較CK土壤pH顯著升高；在20～40cm土層，M1使棉花苗期土壤pH顯著降低0.13，添加高分子化合物對(duì)棉花盛花期土壤pH無(wú)顯著差異，M2和M3與CK相比使棉花盛鈴期土壤pH分別顯著降低0.30和0.11，M1反而使土壤pH升高。在0～20cm土層，不同高分子化合物對(duì)土壤pH變化有不同影響，其中M1和M3較CK幾乎均可提高土壤pH；而在20～40cm土層，在苗期除M1較CK土壤pH顯著降低，M2和M3較CK土壤pH無(wú)顯著差異，盛花期高分子化合物處理與CK無(wú)顯著差異，在盛鈴期M2、M3較CK土壤pH顯著降低，而M1使土壤pH顯著提高。

2.3不同高分子化合物對(duì)棉花不同生育期土壤團(tuán)聚體組成的影響

從表3可知，與CK相比，高分子化合物均可顯著降低土壤>2.000mm團(tuán)聚體比例，顯著增加2.000～0.053mm團(tuán)聚體比例（除盛鈴期降低外）。由于重度鹽漬化土壤結(jié)構(gòu)不合理，土壤黏粒含量高，黏結(jié)性很強(qiáng)，土壤孔隙度變小，通氣透水能力差，干燥土壤較硬，外力作用下很難將其破壞，所以干篩法下>2.000mm團(tuán)聚體所占比例較大。而經(jīng)過(guò)高分子化合物處理后，2.000-0.053mm團(tuán)聚體的含量增加，是由于土壤在高分子化合物的參與下土壤保水能力加強(qiáng)，土壤團(tuán)聚體難以進(jìn)一步粘結(jié)，增加了土壤孔隙，土壤透氣透水的能力增大，使土壤結(jié)構(gòu)朝著良好方向發(fā)展。研究結(jié)果表明，在盛花期和盛鈴期M2的2.000-0.053mm團(tuán)聚體含量最高；M1處理在苗期2.000-0.053mm團(tuán)聚體含量最高；與CK相比較，3種高分子化合物均可有效增加2.000-0.053mm團(tuán)聚體含量。

2.4不同高分子化合物對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

從表4可知，與CK相比，M1、M2和M3均可顯著增加棉花產(chǎn)量，分別增加107.4%、36.0%和56.3%，單株鈴數(shù)分別顯著增加47.5%、15.0%和32.5%；單鈴重分別顯著增加25.6%、12.8%和7.7%?？梢?jiàn)，高分子化合物對(duì)棉田的增產(chǎn)作用主要表現(xiàn)在可提高棉花單株鈴數(shù)和單鈴重。高分子化合物對(duì)棉田增產(chǎn)效果排序?yàn)镵-PAM>HEC>PAM。

3討論

由于新疆特殊的地理位置，淡水資源缺乏，導(dǎo)致大面積開(kāi)采微咸水進(jìn)行灌溉農(nóng)田。李會(huì)俠等（2015）研究表明，微咸水長(zhǎng)期灌溉會(huì)造成作物鹽害，增加農(nóng)田次生鹽漬化概率。本研究發(fā)現(xiàn)高分子化合物能減少土壤鹽分含量而改善鹽漬化棉田土壤及提高棉田產(chǎn)量。俞月鳳等（2013）等認(rèn)為土壤團(tuán)聚體團(tuán)粒結(jié)構(gòu)<2mm粒徑，團(tuán)聚體中有機(jī)質(zhì)含量較高，團(tuán)聚體粒徑在2.00-0.25mm具有良好的耕性；劉彩云（2013）認(rèn)為高分子化合物可與土壤中某些離子結(jié)合形成有機(jī)復(fù)合體，有機(jī)復(fù)合體對(duì)土壤團(tuán)聚體形成具有重要作用，高分子化合物具有強(qiáng)膠結(jié)土壤顆粒的能力，促進(jìn)團(tuán)聚體的形成。本研究結(jié)果表明，在棉田中施入高分子化合物可增加土壤中2.000-0.053mm粒徑團(tuán)聚體，表明高分子化合物可改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)。

在棉花的耕作層，鹽分對(duì)棉花有較大影響。孫肇君等（2009）提出在鹽脅迫下單株有效鈴數(shù)、單鈴重與土壤含鹽量的相關(guān)性達(dá)顯著或極顯著水平；邱岸（2013）認(rèn)為鹽分含量過(guò)高會(huì)抑制種子萌發(fā)，使植株贏弱。本研究中施用高分子材料的M1、M2和M3處理分別使棉花盛花期土壤電導(dǎo)率依次降低43.3%、27.9%和16.6%，M1和M2使棉花盛鈴期土壤電導(dǎo)率分別降低65.1%和49.6%。張建旗等（2009）認(rèn)為電導(dǎo)率是間接推測(cè)土壤溶液中離子成分總質(zhì)量濃度（全鹽量）的指標(biāo)?？梢?jiàn)，高分子化合物在棉田的盛花期和鈴期對(duì)土壤鹽分含量變化產(chǎn)生影響，說(shuō)明高分子化合物在棉花生育關(guān)鍵時(shí)期對(duì)土壤鹽分產(chǎn)生作用。程登喜（2007）認(rèn)為高分子材料的應(yīng)用使作物根系周?chē)患^多的水分和養(yǎng)分，促進(jìn)作物根系發(fā)育；李晶晶和白崗栓（2011）認(rèn)為高分子材料可減少養(yǎng)分流失，經(jīng)高分子材料處理，土壤養(yǎng)分均有所提高，具有保肥作用；馬鑫（2014）認(rèn)為高分子材料的施人可減少鹽漬化土壤蒸發(fā)量。本研究通過(guò)施加高分子材料來(lái)研究土壤團(tuán)聚體變化，結(jié)果表明，高分子化合物同樣可使棉田增產(chǎn)，其增產(chǎn)途徑主要是通過(guò)增加棉花單株鈴數(shù)和單鈴重來(lái)增加棉花單產(chǎn)，而且由于各種高分子化合物的性質(zhì)不同，其對(duì)棉花增產(chǎn)的效果存在差異。但棉田增產(chǎn)也可能有其他因素共同協(xié)同所造成的結(jié)果，因此對(duì)高分子化合物還需進(jìn)一步探索。

4結(jié)論

高分子化合物施用后改善了鹽漬化棉田的土壤結(jié)構(gòu)，提高了棉花產(chǎn)量，其中以聚丙烯酸鹽類(lèi)施用效果最佳，可作為新疆鹽漬化棉田土壤改良的優(yōu)先選擇。

（責(zé)任編輯鄧慧靈）