高分子化合物對鹽漬化棉田土壤團聚體組成及棉花產量的影響

鄂玉聯　譚蘭蘭　安夢潔　李萬濤　王開勇

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聚體及棉花產量的差異，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量。[方法]試驗在新疆維吾爾自治區石河子146團棉花大田進行，設4個處理，分別為M1（聚丙烯酸鹽類處理，K-PAM）、M2（聚丙烯酰胺類處理，PAM）、M3（纖維素類處理，HEC）和對照（不施化合物，CK），于不同生育期采集棉田土壤的團聚體及待測土樣，測定土樣pH和電導率，并在棉花采收期進行測產。[結果]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的電導率顯著升高，在20-40cm土層表現為顯著降低；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對土壤pH無顯著影響（P>0.05）。高分子化合物施入土壤后改善了鹽漬化土壤結構，主要是增加2.000～0.053m/n土壤團聚體含量；3種高分子化合物均可顯著提高棉花產量，其中以M1增產效果最好，增產107.4%。[結論]高分子化合物施用后改善了鹽漬化土壤結構，提高了棉花產量，其中以聚丙烯酸鹽類施用效果最佳，可作為新疆鹽漬土棉田土壤改良的優先選擇。

關鍵詞：棉花；高分子化合物；鹽漬化棉田；土壤團聚體；產量

中圖分類號：S562.061；S156.49 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）11-1989-05

0引言

[研究意義]新疆地處干旱區且土壤鹽漬化問題極為突出，大面積的棉田因遭受鹽漬化影響而減產。高分子材料由于具有良好的保水性能，能改善團聚體而更好地保持土壤結構性質，其適用于生態環境的修復和改善，應用于農業生產中可有效提高農作物產量。高分子材料在我國尚處于開發階段，其對土壤團粒結構變化的影響因土壤特性不同而具有不同作用。針對鹽漬化嚴重的新疆地區，研究不同高分子化合物對鹽漬化土地的作用機制，發掘新的改良材料以改善鹽漬化棉田的土壤結構，對提高棉花產量具有重要意義。[前人研究進展]莊文化（2009）研究發現，高分子材料對甘藍的生長發育有促進作用，對小麥也有良好的增產效用。在高分子化合物可改善和修復生態環境的基礎上，劉彩云（2013）發現高分子化合物可明顯改善鹽漬化土壤的理化結構性狀；馬鑫（2014）發現高分子化合物對鹽漬化土壤團聚體改善及作物產量提升具有重要意義，因為高分子材料可在土壤中形成水膜，減弱水分遷移，土壤水分減少則形成小顆粒向大團聚體轉變；徐燦（2015）認為粒徑小于0.25mm的團聚體中有機質含量低，當土壤有機質含量高時，凝絮作用加強，小團聚體則會減少。此外，李晶晶（2013）研究發現高分子材料可增加果園土壤含水量，減少土壤養分的流失；田露（2013）研究發現高分子材料可改善土壤通氣狀況，改良優化土壤結構，進而影響土壤養分轉化中一系列土壤性狀的改變，使土壤養分無效損失減小，增加土壤養分的有效性；朱姝等（2015）研究表明，秸稈還田能促使土壤物理結構發生改變，經過培肥，微團聚體減少，大團聚體聚合增加。[本研究切入點]目前，對高分子化合物的研究較多，但針對高分子化合物對鹽漬化棉田土壤粒徑影響的探討報道較少。[擬解決的關鍵問題]采用大田試驗探討3種高分子化合物對鹽漬化棉田土壤團粒結構及棉花產量的影響作用，為完善鹽漬化棉田改良及棉花產量提高提供參考依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

試驗在新疆石河子146團團場棉花試驗地（東經85°57′35.72″，北緯44°36′1.75″）進行，試驗地屬典型溫帶大陸性氣候，冬季長而嚴寒，夏季短而炎熱，年均降水量100-190mm，年均蒸發量約1200mm，無霜期約170d，≥0℃活動積溫約4100℃，/>10℃活動積溫約3600℃。石河子地區日照充沛，年日照時數約2800h，其中北部地區日照時數多于南部地區。試驗田為重度鹽漬化壤土棉花大田，其土壤化學性質如表1所示。

1.2試驗材料

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

1.3試驗方法

1.3.1試驗設計 試驗設4個處理，分別為CK（不施材料）、M1（施K-PAM，聚丙烯酸鹽類）、M2（施PAM，聚丙烯酰胺類）和M3（施HEC，纖維素類），每處理重復3次，共12個小區，每小區面積為30m2（6m×5m），每小區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澆灌施入。種植模式為寬窄行，寬行60cm、窄行20cm，每行鋪設兩條滴灌帶，在滴灌帶兩側各有一行棉花。

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，每小區依據土壤樣品采取原則進行采樣并混合，混合土壤用“四分法”保留土樣，土樣風干過1mm篩。盡量在不破壞土壤原有結構的基礎上，篩取團聚體土樣進行團粒結構分析。

1.3.3指標測定 土壤pH采用5：1水土比電極法測定；土壤電導率采用5：1水土比電導率儀測定法測定；土壤團聚體采用干篩法測定，首先剔除小石塊和動植物殘體，并把大土塊沿著自然結構面掰成1cm左右的小土塊，置于通風處風干，然后稱取風干土樣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種粒徑團聚體，重復5次。棉田收獲期測定單位面積有效株數、棉花單鈴數、單鈴重及棉田產量。

1.4統計分析

運用Excel 2007對數據進行處理和制圖，利用SPSS 18.0進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1不同高分子化合物對棉花不同生育期土壤電導率的影響

由圖1可知，高分子化合物對棉田盛花期和盛鈴期土壤電導率影響顯著（P<0.05，下同）。與CK相比，在0～20cm土層，M1使棉花苗期土壤電導率降低16.7%，M2使土壤電導率降低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率分別降低65.1%和49.6%，與CK差異顯著，而M3呈升高趨勢，可能是由于HEC的吸鹽作用導致其增高。在20～40cm土層，棉花苗期時3種高分子化合物對棉花苗期土壤電導率的影響均不顯著；棉花盛花期時M1、M2和M3較CK能顯著降低土壤電導率，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率，M3雖然在0～20cm土層較CK土壤電導率升高，但在20～40cm土層表現為顯著降低。

2.2不同高分子化合物對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棉花盛花期土壤pH無顯著差異，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無顯著差異，盛花期高分子化合物處理與CK無顯著差異，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棉花不同生育期土壤團聚體組成的影響

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團聚體比例，顯著增加2.000～0.053mm團聚體比例（除盛鈴期降低外）。由于重度鹽漬化土壤結構不合理，土壤黏粒含量高，黏結性很強，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團聚體所占比例較大。而經過高分子化合物處理后，2.000-0.053mm團聚體的含量增加，是由于土壤在高分子化合物的參與下土壤保水能力加強，土壤團聚體難以進一步粘結，增加了土壤孔隙，土壤透氣透水的能力增大，使土壤結構朝著良好方向發展。研究結果表明，在盛花期和盛鈴期M2的2.000-0.053mm團聚體含量最高；M1處理在苗期2.000-0.053mm團聚體含量最高；與CK相比較，3種高分子化合物均可有效增加2.000-0.053mm團聚體含量。

2.4不同高分子化合物對棉花產量的影響

從表4可知，與CK相比，M1、M2和M3均可顯著增加棉花產量，分別增加107.4%、36.0%和56.3%，單株鈴數分別顯著增加47.5%、15.0%和32.5%；單鈴重分別顯著增加25.6%、12.8%和7.7%。可見，高分子化合物對棉田的增產作用主要表現在可提高棉花單株鈴數和單鈴重。高分子化合物對棉田增產效果排序為K-PAM>HEC>PAM。

3討論

由于新疆特殊的地理位置，淡水資源缺乏，導致大面積開采微咸水進行灌溉農田。李會俠等（2015）研究表明，微咸水長期灌溉會造成作物鹽害，增加農田次生鹽漬化概率。本研究發現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量。俞月鳳等（2013）等認為土壤團聚體團粒結構<2mm粒徑，團聚體中有機質含量較高，團聚體粒徑在2.00-0.25mm具有良好的耕性；劉彩云（2013）認為高分子化合物可與土壤中某些離子結合形成有機復合體，有機復合體對土壤團聚體形成具有重要作用，高分子化合物具有強膠結土壤顆粒的能力，促進團聚體的形成。本研究結果表明，在棉田中施入高分子化合物可增加土壤中2.000-0.053mm粒徑團聚體，表明高分子化合物可改善土壤團聚體結構。

在棉花的耕作層，鹽分對棉花有較大影響。孫肇君等（2009）提出在鹽脅迫下單株有效鈴數、單鈴重與土壤含鹽量的相關性達顯著或極顯著水平；邱岸（2013）認為鹽分含量過高會抑制種子萌發，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率分別降低65.1%和49.6%。張建旗等（2009）認為電導率是間接推測土壤溶液中離子成分總質量濃度（全鹽量）的指標。可見，高分子化合物在棉田的盛花期和鈴期對土壤鹽分含量變化產生影響，說明高分子化合物在棉花生育關鍵時期對土壤鹽分產生作用。程登喜（2007）認為高分子材料的應用使作物根系周圍富集較多的水分和養分，促進作物根系發育；李晶晶和白崗栓（2011）認為高分子材料可減少養分流失，經高分子材料處理，土壤養分均有所提高，具有保肥作用；馬鑫（2014）認為高分子材料的施人可減少鹽漬化土壤蒸發量。本研究通過施加高分子材料來研究土壤團聚體變化，結果表明，高分子化合物同樣可使棉田增產，其增產途徑主要是通過增加棉花單株鈴數和單鈴重來增加棉花單產，而且由于各種高分子化合物的性質不同，其對棉花增產的效果存在差異。但棉田增產也可能有其他因素共同協同所造成的結果，因此對高分子化合物還需進一步探索。

4結論

高分子化合物施用后改善了鹽漬化棉田的土壤結構，提高了棉花產量，其中以聚丙烯酸鹽類施用效果最佳，可作為新疆鹽漬化棉田土壤改良的優先選擇。

（責任編輯鄧慧靈）