聚丙烯酰胺與氮肥配施對(duì)氮排放、土壤特性與蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)的影響

于國(guó)康 梁潔 張馨予 趙紫嫣 張林森

摘 要：【目的】為提高氮肥利用效率，減少氮排放，將聚丙烯酰胺與氮肥進(jìn)行配施，研究相關(guān)處理對(duì)盆栽蘋(píng)果苗生理生長(zhǎng)、氮排放與土壤特性的影響，為蘋(píng)果種植采用合理的聚丙烯酰胺用量，提高氮肥利用率提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳詿煾?號(hào)三年生蘋(píng)果苗為試驗(yàn)材料，通過(guò)盆栽試驗(yàn)分別設(shè)置聚丙烯酰胺0 g、25 g、50 g、75 g與氮肥0 g、12.5 g、25 g、50 g組合配施處理，分析氧化亞氮排放通量、銨態(tài)氮排放速率，土壤團(tuán)聚體以及有機(jī)質(zhì)等土壤養(yǎng)分的含量變化?！窘Y(jié)果】在同一氮肥水平下，氧化亞氮排放通量與銨態(tài)氮排放速率，隨著聚丙烯酰胺用量的提高整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在氮排放總量上聚丙烯酰胺可以顯著降低氮排放，在12.5 g、25 g、50 g氮肥水平下，施加75 g聚丙烯酰胺的處理相比不施加聚丙烯酰胺的處理，氮排放分別減少了19.44%、30.00%、37.02%；聚丙烯酰胺的施用能不同程度改善土壤理化性質(zhì)，在12.5 g、25 g、50 g氮肥水平下，土壤中速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在施用75 g聚丙烯酰胺時(shí)達(dá)到最高值，分別提高了43.46%、38.35%、30.35%，有機(jī)質(zhì)以及>0.25 mm的團(tuán)聚體也表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，在12.5 g與50 g的氮肥水平下，在施用75g聚丙烯酰胺時(shí)有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高值，相比不施用聚丙烯酰胺的處理，增加了37.02%與35.93%；在同一氮肥水平下，施用聚丙烯酰胺的蘋(píng)果盆栽苗當(dāng)年新梢增長(zhǎng)量、根系總長(zhǎng)度、根系面積與體積都顯著高于不施加聚丙烯酰胺的處理?！窘Y(jié)論】綜上所述，聚丙烯酰胺能夠有效改善氮排放、土壤特性，促進(jìn)蘋(píng)果樹(shù)生長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：聚丙烯酰胺；氮排放；蘋(píng)果；土壤特性

文章編號(hào)：2096-8108（2023）04-0007-09? 中圖分類(lèi)號(hào)：S606，S661.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

Effects of Combined Application of Polyacrylamide and Nitrogen Fertilizer on Nitrogen Emission， Soil Characteristics and Physiological Growth of Apple Seedlings

YU? Guokang，LIANG? Jie，ZHANG? Xinyu，ZHAO? Ziyan，ZHANG? Linsen*

（College of Horticulture， Northwest A&F University， Yangling Shaanxi 712100， China）

Abstract：【Objective】In order to improve the efficiency of nitrogen use and reduce nitrogen emission， polyacrylamide and nitrogen fertilizer were applied together to study the effects of related treatments on the physiological growth of potted apple seedlings， nitrogen emission and soil characteristics， which provided a theoretical basis for apple planting using a reasonable amount of polyacrylamide and improving nitrogen utilization rate.【Methods】Taking Yanfu No. 3 three-year apple seedling as the test material， pot experiment was conducted to set the combination of polyacrylamide （0 g， 25 g， 50 g， 75 g） and nitrogen fertilizer （0 g， 12.5 g， 25 g， 50 g）， respectively， to analyze the nitrous oxide emission flux， ammonium nitrogen emission rate， soil aggregate and organic matter content changes.【Results】The results showed that under the same nitrogen fertilizer level， the nitrous oxide emission flux and ammonium nitrogen emission rate showed an overall downward trend with the increase of the dosage of polyacrylamide， and the total nitrogen emission of polyacrylamide could significantly reduce the nitrogen emission. Under the three nitrogen fertilizer levels of 12.5 g， 25 g and 50 g， compared with the treatment without the application of 75g polyacrylamide， the nitrogen emission decreased by 19.44%， 30.00% and 37.02%， respectively. The application of polyacrylamide could improve soil physical and chemical properties in different degrees. Under the three nitrogen fertilizer levels of 12.5 g， 25 g and 50 g， the available nitrogen content in soil reached the highest value under the application of 75 g polyacrylamide， increasing 43.46%， 38.35%， 30.35%， organic matter and & gt， respectively. The >0.25 mm aggregates also showed a similar trend. Under the nitrogen fertilizer level of 12.5 g and 50 g， the organic matter content reached the highest value under the application of 75 g polyacrylamide， which increased by 37.02% and 35.93% compared with the treatment without the application of polyacrylamide. Under the same nitrogen fertilizer level， the new growth， total root length， root area and volume of apple potted plants treated with polyacrylamide were significantly higher than those treated without polyacrylamide.【Conclusion】In conclusion， polyacrylamide can effectively improve nitrogen emission， soil characteristics and physiological growth of apple tree.

Keywords：polyacrylamide; emission of nitrogen; apple; characteristics of soil

黃土高原是我國(guó)兩大蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一，由于得天獨(dú)厚的土壤氣候優(yōu)勢(shì)，其蘋(píng)果面積和產(chǎn)量逐年增加，目前已占到全國(guó)蘋(píng)果總面積和總產(chǎn)量的57%和52%［1］。但是該地區(qū)常年干旱少雨、黃土裸露、水分年變率和季節(jié)變率大、晝夜溫差大，在果園的栽培管理過(guò)程中，容易出現(xiàn)土壤干層、降水不足等問(wèn)題，導(dǎo)致其無(wú)法滿足蘋(píng)果果園的生長(zhǎng)需求。氮素是影響果樹(shù)生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量的首要營(yíng)養(yǎng)元素，然而黃土高原優(yōu)勢(shì)主產(chǎn)區(qū)果農(nóng)過(guò)量施氮現(xiàn)象明顯。以陜西省為例，2001年氮過(guò)量果農(nóng)比例為50% ，2009年高達(dá)84% 。部分果園化肥施用量已高達(dá) N 641 kg/hm2［2］。為此，農(nóng)業(yè)部制訂《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》。按照農(nóng)業(yè)部規(guī)劃，到2020年我國(guó)化肥利用效率要達(dá)到40%以上，全國(guó)主要農(nóng)作物化肥施用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)。減少化肥施用量的一個(gè)有效途徑就是提升化肥的利用效率，而我國(guó)化肥的利用效率卻始終低于國(guó)際水平［3］。氮肥在促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的同時(shí)也帶來(lái)了負(fù)面影響，氮肥施入土壤后，除被作物吸收外，還可隨降水和灌溉水淋入到土壤深層，或經(jīng)氨揮發(fā)、反硝化作用，以氨（NH3）、氮氧化物（NO2）等氣體形式進(jìn)入大氣中。其中，氨揮發(fā)是氮肥氣態(tài)損失的重要途徑，進(jìn)入大氣中的氨可隨降水或干沉降重新進(jìn)入農(nóng)田和自然生態(tài)系統(tǒng)，引起自然土壤和水體氮素富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化，甚至導(dǎo)致植物種類(lèi)更替和部分物種滅絕。排放到大氣中的氧化亞氮（N2O）氣體雖以痕量存在，但在過(guò)去的100年中，其對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)卻達(dá)到5%［4］。氧化亞氮（N2O）作為重要的溫室氣體，其排放量不斷增加是導(dǎo)致全球變暖這一生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的根源［5-7］。所以研究如何提高農(nóng)田氮肥利用率，減少相關(guān)氮排放，對(duì)于采取合理的氮肥管理措施提高土壤養(yǎng)分含量、減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。氧化亞氮相關(guān)氮排放其排放通量主要受土壤類(lèi)型、氮肥用量等因素的影響［7-8］。聚丙烯酰胺作為一種抗旱保水劑，其主要成分為高吸水性樹(shù)脂，是一種吸水能力特別強(qiáng)的功能高分子材料，可以吸收其自身質(zhì)量上千倍的水供植物利用，并且在土壤中可以自行降解，不會(huì)污染地下水資源，農(nóng)業(yè)上人們將其比喻為“微型水庫(kù)”［9-10］。正是由于聚丙烯酰胺獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)與吸水特性，將聚丙烯酰胺浸泡在尿素溶液中，可以讓尿素分子進(jìn)入聚丙烯酰胺內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使得尿素分子在土壤中時(shí)隨著保水劑的水分與土壤水分動(dòng)態(tài)交換時(shí)緩慢釋放從而調(diào)控 N2O 排放［11-15］。近年來(lái)對(duì)保水劑的研究層出不窮，茍春林等研究了氮肥對(duì)保水劑吸水保肥性能的影響［16］，杜建軍等研究了保水劑對(duì)氮肥氨揮發(fā)和氮磷鉀養(yǎng)分淋溶損失的影響［17］。張富倉(cāng)等研究了保水劑對(duì)土壤保水持肥特性的影響［18］。黃震等研究了不同保水劑對(duì)土壤水分和氮素保持的比較［19］。茍春林等研究了保水劑與氮肥的相互影響及節(jié)水保肥效果［20］。郭建芳等研究了保水劑對(duì)氮素緩釋效果［21］。保水劑在蘋(píng)果園水土流失和土壤養(yǎng)分流失方面也有部分研究，李晶晶等研究了聚丙烯酰胺對(duì)坡地蘋(píng)果園水土流失和土壤養(yǎng)分流失的影響［22］。關(guān)于聚丙烯酰胺也多在果樹(shù)生理生長(zhǎng)方面，如張春強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)，蘋(píng)果新梢生長(zhǎng)量、單果重、果實(shí)橫徑和產(chǎn)量隨著聚丙烯酰胺用量的增加總體上表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，并在聚丙烯酰胺為0.25 kg·株－1水平表現(xiàn)出最大值［23］。而關(guān)于聚丙烯酰胺對(duì)果園節(jié)水抗旱、氮肥吸收以及N2O排放影響方面的研究相對(duì)較少，聚丙烯酰胺在與氮肥配施過(guò)程中對(duì)土壤作用從而影響N2O排放的機(jī)制也不清楚，對(duì)這些管理措施的交互作用鮮有報(bào)道。在盆栽條件下，選用煙富3號(hào)3年生蘋(píng)果苗，分析不同水平氮肥與聚丙烯酰胺配施對(duì)土壤團(tuán)聚體、可利用性氮素、溫室氣體排放以及蘋(píng)果苗生理生長(zhǎng)的影響，以期選擇出最佳聚丙烯酰胺和氮肥用量組合，減少氨揮發(fā)和氧化亞氮排放，提高氮素利用效率，為農(nóng)田培肥減排綠色生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

試驗(yàn)選擇在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院千陽(yáng)蘋(píng)果試驗(yàn)站進(jìn)行。千陽(yáng)縣位于北緯34°15′57″，東經(jīng)107°3′40″。海拔1 100 m，屬暖溫帶半大陸性氣候，年均氣溫10.9 ℃，年降水量653 mm。年平均相對(duì)濕度為69%，月平均濕度59%。屬溫帶大陸性季風(fēng)區(qū)半濕潤(rùn)氣候。四季冷暖干濕分明。秋季多連陰雨，冬季較寒冷，春季多季風(fēng)，夏季氣候涼爽。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年10月中旬進(jìn)行，選取生長(zhǎng)一致的3年生煙富3號(hào)自根砧苗48株，用高43 cm、直徑55 cm的塑料花盆進(jìn)行盆栽。所有盆栽放置于人工搭建的防雨棚中，以免自然降水對(duì)試驗(yàn)的干擾。試驗(yàn)用土來(lái)自千陽(yáng)蘋(píng)果園土壤，用孔徑5 mm的鐵絲網(wǎng)篩子曬過(guò)后，并經(jīng)過(guò)人工均勻拌土后與經(jīng)過(guò)6 h充分吸水后的保水劑聚丙烯酰胺、尿素溶液混勻后裝入盆中，各盆施入18 g過(guò)磷酸鈣與18 g硫酸鉀。各處理隨機(jī)分布。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)及施用水平，2021年在蘋(píng)果幼樹(shù)移栽時(shí)一次性施用全部保水劑：保水劑聚丙烯酰胺由勝利煉油廠勞動(dòng)服務(wù)公司生產(chǎn)，分子量大于800萬(wàn)。尿素為中國(guó)石油天然氣股份有限公司生產(chǎn)的昆侖尿素，N含量為46%。

試驗(yàn)設(shè)氮肥施用量N0、N1、N2、N3 共4個(gè)水平。N0、N1、N2、N3分別施用尿素 0、12.5、25、50 g，供試氮肥為尿素。設(shè)聚丙烯酰胺施用量W0、W1、W2、W3共4個(gè)水平，每盆分別施用聚丙烯酰胺0、25、50、75 g。設(shè)置不施加氮肥與聚丙烯酰胺配施處理為CK，各氮肥水平均與聚丙烯酰胺各水平兩兩搭配進(jìn)行處理，各處理均為3次重復(fù)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

1.2.1 氣體樣品的采集與分析

氧化亞氮采用靜態(tài)箱法采集，采集箱由底座和帶蓋PVC塑料管組成，PVC塑料管直徑20 cm高20 cm，底座下端深入土中6 cm，PVC管中部設(shè)置一采樣口。采集氣體樣品時(shí)，將塑料管倒扣在底座上計(jì)時(shí)30 min后，用30 ml針筒采集樣品15 ml然后將氣體快速注入真空瓶中，并測(cè)量地表下5 cm、10 cm地溫與氣溫后揭開(kāi)蓋子避免影響土壤氣體交換。在蘋(píng)果樹(shù)移栽后，連續(xù)采集10 d氧化亞氮，從第3周開(kāi)始每隔3 d采集氣體一次，移栽35 d之后逐漸拉長(zhǎng)測(cè)定周期，將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室利用氣相色譜儀（型號(hào)：安捷倫7890B）測(cè)定。

采用以下公式計(jì)算N2O的排放通量

F=K×PP0×T0T×H×ρ×dCdT

式中，F(xiàn)為氣體通量［g·（ hm2·d）-1］; K為單位換算系數(shù); P為采樣點(diǎn)氣壓（kPa） ; T為采樣時(shí)空氣的絕對(duì)溫度（K） ; H為采樣箱高度（m） ; ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（T0 = 273 K，P0=101. 3 kPa） N2O氣體的密度（g·L-1）; dC/dT為采樣時(shí)氣體濃度隨時(shí)間的變化率。C=標(biāo)氣濃度×氣體峰面積/標(biāo)氣峰面積

溫室氣體累積排放量（ω）計(jì)算公式如下：

ω=∑ni（Ri×Di）

式中：ω為土壤N2O的排放總量（kg·hm-2）；Ri為第i次采樣時(shí)N2O的日排放通量（μg·m-2·d-1）；Di為第i次采樣到第i+1次采樣間隔的天數(shù)（d）。

氨的揮發(fā)量采用通氣法測(cè)定，分別將兩塊厚度均為2 cm、直徑為16 cm的海綿均勻浸以15 ml配制好的磷酸甘油溶液，再將兩個(gè)海綿置于PVC塑料管中，下層的海綿距管底5 cm，上層的海綿與管頂部相平，PVC管下部埋入地面1 cm。采集頻率與采集氧化亞氮排放頻率相同。測(cè)定樣品時(shí)，將通氣法裝置中下層的海綿分別裝入500 ml的塑料瓶中，加300 ml的1 mol·L-1的KCL溶液，使海綿完全浸于其中，振蕩1 h后，浸取液中的銨態(tài)氮用連續(xù)流動(dòng)分析儀（TRACCS2000）測(cè)定。

1.2.2 土壤特性測(cè)定

試驗(yàn)結(jié)束后，將盆中土壤取出混勻，采用四分法取土壤，樣品自然風(fēng)干，過(guò)篩子（<0.5 mm），土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮用1 mol·L-1 KCl浸提，AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定；土壤速效磷用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀用1 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法測(cè)定；采用重鉻酸鉀容量（外加熱法）測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量。

在室內(nèi)將采集的原狀土樣攤開(kāi)，風(fēng)干過(guò)程中沿土壤自然裂隙輕輕掰成 10 mm 左右的小土團(tuán)，剔除根系、石頭等雜物，在陰涼處風(fēng)干備用。

土壤團(tuán)聚體組成測(cè)定，試驗(yàn)儀器為T(mén)PF-100土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)分析儀，采用濕篩法測(cè)定>2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm、0.5～0.25 mm 和<0.25 mm 各粒級(jí)土壤團(tuán)聚體含量。

1.2.3 生理指標(biāo)

根系形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定：根系經(jīng)清水沖洗后，用透射掃描儀（ESPON Perfection V750）對(duì)根系樣品進(jìn)行掃描，獲取整株根系圖像，再利用WinRHIZO根系分析軟件進(jìn)行根系長(zhǎng)度、根系總表面積、根尖數(shù)分析。

單葉質(zhì)量的測(cè)定：在果樹(shù)生長(zhǎng)周期結(jié)束后，將盆栽苗所有葉片摘取后，用電子天平稱(chēng)量單葉質(zhì)量，最后取均值。

1年生枝條生長(zhǎng)總量的測(cè)定：在果樹(shù)生長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí)，將盆栽苗所有當(dāng)年生長(zhǎng)新梢剪下，測(cè)量長(zhǎng)度后匯總分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel整理后，使用 SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，使用最小顯著性差異法（LSD）在0.05的顯著性水平上進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 聚丙烯酰胺與氮肥配施不同處理對(duì)土壤特性的影響

在同一氮肥水平下，土壤特性的變化趨勢(shì)基本一致。如表1所示，在各個(gè)氮肥水平下土壤中速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不施氮肥的CK處理下最低，隨著聚丙烯酰胺的施加，土壤中速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨之升高，且皆顯著高于不施加聚丙烯酰胺的CK處理。施加聚丙烯酰胺75 g時(shí)，土壤中速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最高；土壤中速效磷與速效鉀并不隨著聚丙烯酰胺的施加而產(chǎn)生明顯的變化。施用聚丙烯酰胺對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)的含量影響較大，在各個(gè)氮肥水平下，隨著聚丙烯酰胺的施加，土壤中有機(jī)質(zhì)含量總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì);在N1氮肥水平下，當(dāng)聚丙烯酰胺施加75 g時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高，且顯著高于其他各處理;在N2氮肥水平下，當(dāng)聚丙烯酰胺施加50 g時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到最高，并顯著高于其他各處理;

在N3氮肥水平下，聚丙烯酰胺施加50 g與75 g時(shí)，土壤中有機(jī)質(zhì)皆顯著高于其他各處理。

在同一氮肥水平下，土壤中粒徑大于0.25 mm的團(tuán)聚體含量在不同氮肥水平下，整體呈現(xiàn)出隨著聚丙烯酰胺用量的增加而遞增的趨勢(shì)，由圖1可知，在N1水平與N2水平下都為施加聚丙烯酰胺75 g? 處理達(dá)到最高，并顯著高于其他各處理；在N3水平下，土壤中粒徑大于0.25 mm的團(tuán)聚體在施加聚丙烯酰胺50 g與75 g時(shí)達(dá)到最高，并顯著高于其他各處理。所以施加聚丙烯酰胺有利于提高土壤速效氮與有機(jī)質(zhì)含量，并增加土壤中粒徑大于0.25 mm的團(tuán)聚體。

在相同聚丙烯酰胺水平下，如表2所示土壤速效磷與速效鉀并沒(méi)有顯著差別；土壤中速效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著氮肥的增加而升高；土壤中有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢(shì)與速效氮類(lèi)似，總體呈現(xiàn)出隨著氮肥升高而升高的趨勢(shì)。

2.2 聚丙烯酰胺與氮肥配施對(duì)氮排放的影響

如圖2所示，在同一氮肥水平下，銨態(tài)氮排放速率在7月到達(dá)最高點(diǎn)，并隨著聚丙烯酰胺的施用量不斷升高，銨態(tài)氮總體排放速率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，并于施加聚丙烯酰胺75 g時(shí)，銨態(tài)氮排放速率達(dá)到最低值；氧化亞氮排放通量方面總體規(guī)律與銨態(tài)氮相似，如圖3所示，氧化亞氮排放通量隨著聚丙烯酰胺施用量的升高而呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)；在各氮肥水平下，氧化亞氮排放通量在處理25 d左右到達(dá)最高點(diǎn)，隨后氧化亞氮排放通量逐漸減少。所以，對(duì)蘋(píng)果苗施加聚丙烯酰胺可以有效降低銨態(tài)氮排放速率與氧化亞氮的排放通量。

如圖4所示，在同一氮肥水平下，聚丙烯酰胺的加入可以一定程度上減少氮排放，尤其是在N3水平下，氮排放隨著聚丙烯酰胺用量的增加而逐漸減少，并且加入75 g聚丙烯酰胺時(shí)氮排放最低。

2.3 聚丙烯酰胺與氮肥配施對(duì)蘋(píng)果盆栽苗生理生長(zhǎng)的影響

為蘋(píng)果苗施加聚丙烯酰胺后，如表3所示，1年生枝條生長(zhǎng)總量顯著高于未施加聚丙烯酰胺的處理，之后隨著聚丙烯酰胺施用量的不斷提高，在N2與N3水平下，直至施加聚丙烯酰胺50 g以上，1年生枝條生長(zhǎng)總量開(kāi)始顯著高于其他各處理，在N1水平下，1年生枝條生長(zhǎng)總量隨著聚丙烯酰胺施用量的增加并未出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。在各個(gè)氮肥水平下，對(duì)蘋(píng)果苗施加聚丙烯酰胺，蘋(píng)果單葉質(zhì)量并未見(jiàn)到明顯的效果。

為蘋(píng)果苗施加聚丙烯酰胺后，蘋(píng)果苗根系生理生長(zhǎng)受到明顯影響，在各個(gè)氮肥水平下，根系總長(zhǎng)度與根系總體積趨勢(shì)總體相同，總體呈現(xiàn)出隨著聚丙酰胺施用量的增加根系總長(zhǎng)度與根系總體積也隨之遞增，聚丙烯酰胺施加75 g時(shí)根系總長(zhǎng)度與根系總體積達(dá)到最高，并顯著高于其他各處理。在根系粗度方面，聚丙烯酰胺的施加并沒(méi)有對(duì)根系粗度有明顯的影響，各處理之間差異不明顯。所以，聚丙烯酰胺的施加可以增加蘋(píng)果苗新梢生長(zhǎng)量，并有助于增加根系總長(zhǎng)度，提高根系面積與體積。

3 討論

聚丙烯酰胺是一種線型高分子聚合物，這類(lèi)物質(zhì)內(nèi)部含有大量的羥基以及羧基組成的親水基團(tuán)，聚丙烯酰胺其獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為這些親水基團(tuán)高滲透締合的場(chǎng)所，使得聚丙烯酰胺體現(xiàn)出很強(qiáng)的吸水性與保水性，因此國(guó)內(nèi)大多研究者將聚丙烯酰胺應(yīng)用于旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究方面［24-25］。本次試驗(yàn)利用聚丙烯酰胺強(qiáng)吸水與保水特點(diǎn)，在不同氮肥水平下，聚丙烯酰胺吸收氮肥溶液后施進(jìn)3年生蘋(píng)果苗，結(jié)果顯示施加聚丙烯酰胺有利于提高土壤中速效氮與有機(jī)質(zhì)含量，并顯著增加土壤中粒徑大于0.25 mm的團(tuán)聚體。RAHMAN等［26］在種有辣椒的土壤中施用含氮量24.76%的聚丙烯酸基質(zhì)，10 d后，土壤含氮量明顯高于普通尿素組，并隨時(shí)間緩慢降低，至種植期結(jié)束仍可檢測(cè)到部分殘留氮，而普通尿素組的土壤氮含量短時(shí)間內(nèi)迅速降低并接近于0，這與本試驗(yàn)中在同一氮肥水平下，加入聚丙烯酰胺使得土壤中速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增多的結(jié)果相符。有研究［27］顯示，聚丙烯酰胺的施入可以通過(guò)膠結(jié)作用，增強(qiáng)土壤中分散微粒的粘結(jié)力，從而形成大量的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，有利于改善并穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，也符合本次研究結(jié)果。同時(shí)有研究人員［28-29］發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚丙烯酰胺濃度高時(shí)可以促進(jìn)大團(tuán)粒的形成，而低濃度時(shí)可以促進(jìn)小團(tuán)粒的形成，并且當(dāng)聚丙烯酰胺周?chē)h(huán)境是黃綿土?xí)r，聚丙烯酰胺會(huì)使環(huán)境中著重增加0.25～2.00粒徑的團(tuán)粒，而本次試驗(yàn)所使用的試驗(yàn)土正是來(lái)自于西北農(nóng)林科技大學(xué)千陽(yáng)蘋(píng)果試驗(yàn)站的黃綿土，與本次試驗(yàn)中團(tuán)粒體的顯著增多的結(jié)果相符合。

以往聚丙烯酰胺是直接將固體聚丙烯酰胺顆粒直接與肥料混合均勻施入田間，或者溶于水配成一定比例的溶液施與土壤［30］，這種方法很容易造成肥料與聚丙烯酰胺難以充分接觸，使得兩者很難相互作用。所以本次試驗(yàn)選擇將干燥的聚丙烯酰胺顆粒浸泡在氮肥溶液中讓其充分吸水膨脹。有研究顯示，將聚丙烯酰胺浸泡在尿素溶液中，可以讓尿素分子進(jìn)入聚丙烯酰胺內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使得尿素分子在土壤中時(shí)隨著保水劑的水分與土壤水分動(dòng)態(tài)交換時(shí)緩慢釋放［13］，這也解釋了本次試驗(yàn)中顯示在同一氮肥水平下，隨著聚丙烯酰胺的增多氧化亞氮排放通量與銨態(tài)氮排放速率隨之降低的原因。在ZHENG等［31］制備的小麥秸稈—聚丙烯酸保水劑以及覃莉莉等［32］制備的玉米秸稈－聚丙烯酰胺復(fù)合保水劑的研究中都顯示在聚丙烯酰胺對(duì)尿素的吸附作用下，尿素在土壤中的釋放速率明顯降低，這也與本次試驗(yàn)結(jié)果相符合。

聚丙烯酰胺的施用在改善土壤特性的同時(shí)，也影響著植物的生長(zhǎng)，在本次試驗(yàn)中，在不同氮肥水平下聚丙烯酰胺的使用都增加了蘋(píng)果苗新梢生長(zhǎng)量，并有助于增加根系總長(zhǎng)度，提高根系面積與體積。有研究［33-35］表明，保水劑的施加可以顯著增加根密度和根生物量，這與本研究中的結(jié)果相符合。

有研究［36］表明在黃瓜生長(zhǎng)過(guò)程中保水劑濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，從而影響植物根系生長(zhǎng)，在本試驗(yàn)中并沒(méi)有具體體現(xiàn)，推測(cè)是聚丙烯酰胺的用量還未達(dá)到最高值，還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

結(jié)果表明，在同一氮肥水平下，隨著聚丙烯酰胺用量的提高，氧化亞氮排放通量與氨態(tài)氮排放速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；聚丙烯酰胺的施用能不同程度改善土壤理化性質(zhì)，在各個(gè)氮肥水平下，土壤中速效氮、有機(jī)質(zhì)以及>0.25 mm的團(tuán)聚體在施用75 g聚丙烯酰胺時(shí)都顯著提高；在同一氮肥水平下，施用聚丙烯酰胺的蘋(píng)果盆栽苗當(dāng)年新梢增長(zhǎng)量、根系總長(zhǎng)度、根系面積與體積都顯著高于不施加聚丙烯酰胺的處理。

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參考文獻(xiàn)

［1］ 范鵬， 李軍， 張麗娜，等. 黃土高原蘋(píng)果園地深層土壤氮素含量與分布特征［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2013， 19（2）：420-429.

［2］ 趙帥翔，張衛(wèi)峰，姜遠(yuǎn)茂，等.黃土高原蘋(píng)果過(guò)量施氮因素分析［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017，23（2）：484-491.

［3］ 張波， 白秀廣. 黃土高原區(qū)蘋(píng)果化肥利用效率及影響因素——基于358個(gè)蘋(píng)果種植戶的調(diào)查數(shù)據(jù)［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2017， 31（11）：55-61.

［4］ 趙帥翔， 張衛(wèi)峰， 姜遠(yuǎn)茂，等. 黃土高原蘋(píng)果過(guò)量施氮因素分析［J］. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 2017， 23（2）：484-491.

［5］ SANDERSON B M， O′N(xiāo)EILL B C， KIEHL J T， et al. The response of the climate system to very high greenhouse gas emission scenarios［J］. Environmental Research Letters， 2011， 6（3）：034005.

［6］ 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)應(yīng)對(duì)氣候變化司 . 中華人民共和國(guó)氣候變化第三次國(guó)家信息通報(bào)［M］. 北京：中國(guó)經(jīng)濟(jì)出版社， 2018.

［7］ 任鳳玲. 施用有機(jī)肥我國(guó)典型農(nóng)田土壤溫室氣體排放特征［M］. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 2018.

［8］ HARRION R， WEBB J. A review of the effect of N fertilizer type on gaseous emissions［J］. Advances in Agronomy， 2001， 73： 65-108.

［9］ LI X G， JIA B， LV J T， et al. Nitrogen fertilization decreases the decomposition of soil organic matter and plant residues in planted soils. Soil Biology and Biochemistry， 2017， 112： 47-55.

［10］ WEI T， ZHANG P， WANG K， et al. Effects of wheat straw incorporation on the availability of soil nutrients and enzyme activities in semiarid areas［J］. PLoS One， 2015， 10（4）： e0120994.

［11］ 李妍. 新型保水劑在干旱區(qū)造林中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代園藝，2011（ 7）： 29.

［12］ HAO Y.Effects of applying water-retaining agent on survival rate in semiarid areas in western Liaoning Province［J］．Protection Forest Science & Technology，2016（ 2） ： 59.

［13］ 黃占斌， 張國(guó)楨， 李秧秧，等. 保水劑特性測(cè)定及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2002， 18（1）：22-26.

［14］ KARADAGˇ E，UZM O B， SARAYDIN D， et al. Dynamic swelling behavior of gamma-radiation induced polyelectrolyte poly（AAm-co-CA） hydrogels in urea solutions［J］. International Journal of Pharmaceutics， 2005， 301：102-111.

［15］ RUI L， YUAN H， XI G， et al. Synthesis of wheat straw-g-poly（acrylic acid） superabsorbent composites and release of urea from it［J］. Carbohydrate Polymers， 2009， 77（2）：181-187.

［16］ 茍春林， 杜建軍， 曲東，等. 氮肥對(duì)保水劑吸水保肥性能的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2006， 24（6）：78-84.

［17］ 杜建軍， 廖宗文， 王新愛(ài)，等. 高吸水性樹(shù)脂包膜尿素的結(jié)構(gòu)特征及養(yǎng)分控/緩釋性能［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2007， 40（7）：1447-1455.

［18］ 張富倉(cāng)， 李繼成， 雷艷，等. 保水劑對(duì)土壤保水持肥特性的影響研究［J］. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)， 2010， 18（1）：120-128.

［19］ 黃震， 黃占斌， 李文穎，等. 不同保水劑對(duì)土壤水分和氮素保持的比較研究［J］. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 2010， 18（2）：245-249.

［20］ 茍春林， 王新愛(ài)， 李永勝，等. 保水劑與氮肥的相互影響及節(jié)水保肥效果［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2011， 44（19）：4015-4021.

［21］ 郭建芳， 李成學(xué)， 謝春瓊，等. 保水劑對(duì)氮素緩釋效果研究［C］//面向未來(lái)的土壤科學(xué). 2012：103-108.

［22］ 李晶晶， 鄒超煜， 白崗栓. 聚丙烯酰胺對(duì)坡地蘋(píng)果園水土流失和土壤養(yǎng)分流失的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2016， 27（9）：2991-2999.

［23］ 張春強(qiáng)， 馮浩. PAM與尿素混施對(duì)渭北旱塬蘋(píng)果生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2014（4）：174-177.

［24］ 李芳然，趙亞鋒，趙名彥，等.高分子保水劑在水土保持中的應(yīng)用研究綜述［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2019（5）：56-60.

［25］ 肖輝杰.土壤保水劑持水特性及對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和林木生長(zhǎng)的影響研究［D］.北京林業(yè)大學(xué)，2004.

［26］ RAHMAN M H， DAS B K，MIAH M A J， et al. Fixation of Urea to Poly（methacrylic acid） and Nitrogen Release Behavior of the Product ［Poly（methacrylic urea）］-A Comparison with Urea and Control（without nitrogen fertilizer）［J］. Asian Journal of Crop Science， 2009，1（1）：6-14.

［27］ 紀(jì)冰祎，李娜，王云躍.保水劑對(duì)土壤物理性質(zhì)影響的研究進(jìn)展［J］.水土保持應(yīng)用技術(shù)，2018（5）：29-31.

［28］ 楊浩. 保水劑對(duì)黃綿土、褐土及沙土物理特性影響研究 ［D］. 北京林業(yè)大學(xué)，2011.

［29］ 李楊，王百田.高吸水性樹(shù)脂對(duì)沙質(zhì)土壤物理性質(zhì)和玉米生長(zhǎng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2012，43（1）：76-82.

［30］ 莊文化， 吳普特， 馮浩，等. 土壤中施用聚丙烯酸鈉保水劑對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2008， 24（5）：37-41.

［31］ ZHENG T， LIANG Y H， YE S H， et al. Superabsorbent hydrogels as carriers for the controlled-release of urea： experiments and a mathematical model describing the release rate.［J］. Biosystems Engineering， 2009， 102（1）：44-50.

［32］ 覃莉莉， 萬(wàn)濤， 熊磊，等. 改性玉米秸稈復(fù)合高吸水樹(shù)脂的尿素吸收及緩釋性能［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2013， 29（21）：188-193.

［33］ 劉方春，馬海林，馬丙堯，等. 容器基質(zhì)育苗中保水劑對(duì)白蠟生長(zhǎng)及養(yǎng)分和干物質(zhì)積累的影響［J］.林業(yè)科學(xué)，2011，47（9）：62.

［34］ 岳鵬鵬，紀(jì)曉玲，張靜，等.保水劑對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（4）：144.

［35］ 黃偉，張俊花，朱貴鵬，等.保水劑不同施用方式對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（1）：1.

［36］ 紀(jì)冰祎，趙馳鵬，吳玥，等.不同水分條件下保水劑對(duì)黃瓜根系和葉片生理特征的影響［J］.水土保持通報(bào)，2022，42（2）：114-121.

收稿日期：2023-04-03

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（CARS-27）。

第一作者簡(jiǎn)介： 于國(guó)康（1999-），男，碩士，主要從事果樹(shù)生理生態(tài)研究。E-mail：ygk990107@163.com

通信作者： 張林森（1964-），男，教授、碩士生導(dǎo)師，主要從事果樹(shù)生理生態(tài)研究。E-mail：linsenzhang@163.com