聚丙烯酰胺(PAM)對鹽漬化土壤物理性狀的影響

韓翠蓮， 霍軼珍， 田志強

(河套學院土木工程系，內蒙古巴彥淖爾 015000)

河套灌區地處干旱半干旱地區，由于連年干旱少雨、蒸發強度高，且地下水位較高，使得土壤鹽漬化問題尤為突出[1-2]。河套灌區作為內蒙古地區重要的糧油產區，土壤鹽漬化日益嚴重的現狀制約了當地農業的發展，威脅到了該地區經濟的發展。相關研究表明，土壤中施入聚丙烯酰胺(PAM)后可顯著提高作物產量，史吉剛通過研究土壤中施入PAM后對胡蘿卜產量的影響發現，與對照相比，施用PAM后胡蘿卜可增產1.91%～3.82%[3]；杜堯東等通過研究施用PAM對不同坡耕地作物產量的影響，與對照相比，作物平均增產18.7%～32.4%[4]。施用PAM能提高作物產量的原因主要是由于PAM作為特殊的土壤結構調理劑，在一定程度上改變了土壤結構和物理性狀，從而有效改善了土壤的水肥氣熱條件，有利于作物的生長發育和產量的形成。針對PAM對土壤物理性狀的影響，眾多學者也進行了相關研究。胡霞等通過研究施用PAM對黃土地土壤結構的影響發現，PAM可顯著改善土壤的結構狀況，使得土壤團聚體穩定性大幅提高，從而有效防止了土壤結皮的形成[5]；劉東等通過研究不同PAM施用濃度對土壤容重的影響發現，PAM可顯著降低土壤容重[6]；韓鳳朋等通過研究不同PAM施用量對土壤孔隙度的影響發現，隨著施用濃度的增加可顯著增大土壤總孔隙度，但當濃度達到一定值時增幅減弱[7]。

針對PAM的增產增收效應以及對土壤物理性狀的影響，眾多學者已經進行了相關研究，但研究主要是針對非鹽漬化土壤，而針對鹽漬化土壤的研究鮮有報道。本試驗在前人研究的基礎上，選取河套灌區4種典型土壤為研究對象，通過室內試驗研究不同PAM施用濃度對土壤容重、土壤孔隙度、土壤飽和含水量、土壤田間持水量的影響，旨在明確PAM對鹽漬化土壤物理性狀的改良效果，從而為今后PAM在灌區農業生產實際的應用提供參考依據，對灌區農業的健康發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗采用土壤為內蒙古巴彥淖爾市杭錦后旗陜壩鎮沙濠渠試驗站0～20 cm土壤，采樣時間為2015年5月16日，土樣分為非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤，土壤質地參照國際制土壤質地分類標準，土壤鹽漬化等級參照我國鹽漬化分級標準進行劃分。土壤物理指標見表1。

表1 土壤基本物理性質指標

1.2 試驗設計

試驗在河套學院土木工程系實驗室進行，取樣后對樣品進行風干、過篩(2 mm)，將各類型土壤與PAM按6種設計施用濃度混合均勻，不同處理的PAM施用濃度分別為(PAM質量 ∶干土質量)1 ∶20 000、1 ∶10 000、1 ∶7 500、1 ∶5 000、1 ∶2 500，以不施PAM為對照，按4種土的容重將其分層裝入直徑 350 mm、高100 mm的灌溉模擬器中進行模擬灌溉試驗，各處理3次重復。填裝完成后，按照田間持水量的20%灌水 450 mL，每隔15 d灌溉1次，共灌溉4次。

1.3 測定內容與方法

4次灌溉結束后采樣測定土壤容重、土壤孔隙度、土壤飽和含水量、田間持水量。

土壤容重采用環刀法測定：采用標準環刀采集土樣并稱質量，同時采用烘干稱質量法測定土壤含水率，根據測定指標計算土壤容重。

土壤孔隙度采用公式進行計算：土壤孔隙度=1-(土壤容重/土壤比重)×100%，其中土壤比重采用比重瓶法進行測定。

各處理采用環刀取土，將帶有濾紙的有孔底蓋置于環刀底部并稱質量，稱質量后將其放入搪瓷托盤內浸水8 h，托盤內水深保持在3 mm左右。8 h后取出環刀蓋好頂蓋稱質量，然后再次將環刀放入托盤，每隔2 h稱質量1次，直到質量穩定后計算土壤飽和含水量。之后去除環刀底蓋，將其放在盛有沙層的托盤中3 h后稱質量，計算土壤田間持水量，稱質量完畢后將環刀放入烘箱進行烘干后稱質量。其中，田間持水量=(置沙3 h質量-環刀干土質量)/(環刀干土質量-環刀質量)×100%。

1.4 數據處理

采用Mircrosoft-Excel 2003進行數據處理并繪制圖表，利用數據分析軟件SPSS 17.0進行試驗數據的方差分析。

2 結果與分析

2.1 施用PAM對土壤容重的影響

土壤容重是表征土壤緊實狀況的物理參數，其大小直接影響土壤的透氣性、持水能力、入滲性能和土壤抗侵蝕能力等。土壤容重越小，土質越疏松，土壤孔隙度越大，對作物的生長更為有利；反之，土壤容重越大，土壤越緊實，土壤孔隙度越小，土壤結構較差，對作物的生長發育不利[8]。

從圖1可以看出，隨PAM施用濃度的增加，土壤容重整體表現為先降低后提高的趨勢，且在PAM施用濃度為 1 ∶7 500 時達到最低值，此時不同程度鹽漬化土壤容重分別較對照處理低5.82%、2.86%、2.03%、1.69%。當PAM施用濃度超過1 ∶7 500時，土壤容重呈增加趨勢，但均低于對照，在施入濃度分別為1 ∶5 000和1 ∶2 500時，非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤分別較對照低5.12%、2.55%、1.65%、1.45%和1.18%、1.09%、0.13%、0.07%。表明在一定PAM施用濃度范圍內，隨施用濃度的增加，不同鹽漬化程度土壤容重呈明顯下降趨勢，但當濃度超過一定范圍后，這種改善效果逐漸減弱，本研究結論與劉東等的研究結果[6，9]相同。通過對比不同PAM濃度施用條件下不同鹽漬化土壤容重較對照處理的改良程度可知，改良效果依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤，表明土壤鹽分含量同樣影響著PAM對土壤容重的改良效果。

2.2 施用PAM對土壤孔隙度的影響

土壤孔隙度是土壤中孔隙體積占土壤總體積的百分比，土壤孔隙度大小直接影響到土壤的結構特征及土壤的水肥氣熱條件，進而影響作物的生長發育。從圖2可以看出，隨PAM施用濃度的增加，土壤孔隙度整體表現為先增大后減小的趨勢，且在PAM施用濃度為1 ∶7 500時達到最高值，此時不同程度鹽漬化土壤孔隙度分別較對照高15.86%、14.92%、11.54%、3.92%。而當PAM施用濃度大于 1 ∶7 500 時，土壤孔隙度呈現一定的減小趨勢，但均明顯高于對照，在施入濃度分別為1 ∶5 000和1 ∶2 500時，非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤孔隙度分別較對照高13.81%、11.78%、6.32%、2.80%和 8.18%、7.59%、1.92%、1.40%，表明施用PAM可不同程度增加土壤孔隙度，但當超過一定濃度時改良效果減弱，這與韓鳳朋等的研究結果[7]相同。不同PAM濃度施用條件下不同鹽漬化土壤孔隙度較對照的改良程度，改良效果依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤。

2.3 施用PAM對土壤飽和含水量的影響

從圖3可以看出，施用PAM可顯著提高土壤飽和含水量，且隨PAM施用濃度的增加呈顯著上升趨勢，本結論與員學峰研究結果[10]相同。本研究發現，在PAM施用濃度為 1 ∶2 500 時，非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤飽和含水量平均較對照高26.57%、14.44%、6.98%、5.07%，處理間差異明顯。且隨土壤鹽漬化程度增加，其改良效果逐漸減弱，改良效果依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤。表明土壤鹽分含量不同程度影響PAM對土壤顆粒的吸附，進而影響改良效果。

2.4 施用PAM對土壤田間持水量的影響

田間持水量是指土壤中懸著毛管水達到最大值時的土壤含水率，表征田間灌溉水量的最優狀態。從圖4可以看出，隨PAM施用濃度的增加，土壤田間持水量呈明顯增加趨勢[10]，在PAM施用濃度達到1 ∶2 500時，非鹽漬化土壤、輕度鹽漬化土壤、中度鹽漬化土壤、重度鹽漬化土壤田間持水量平均較對照處理高24.30%、23.21%、24.07%、22.12%，處理間差異明顯。對比相同PAM施用濃度下的改良效果可知，輕度鹽漬化土壤的改良效果要優于其他土壤條件，改良效果依次為輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>非鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤，本結論與張建研究結果[9]相同，這可能是由于適當的鹽分含量有利于促進PAM對土壤田間持水能力的改善。

3 結論

PAM對鹽漬化土壤具有較好的改良效果，土壤容重隨PAM施用濃度的增加呈現先降低后提高的趨勢，且在施用濃度為1 ∶7 500時改良效果最優，改良效果依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤，表明土壤鹽分含量影響PAM對土壤容重的改良效果。

隨PAM施用濃度的增加，土壤孔隙度呈先增大后減小的趨勢，且在PAM施用濃度為1 ∶7 500時達到最高值，此時不同程度鹽漬化土壤孔隙度分別較對照高15.86%、14.92%、11.54%和3.92%，改良效果依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤。

隨PAM施用濃度的增加，土壤飽和含水量和田間持水量呈顯著上升趨勢，且均在PAM施用濃度為1 ∶2 500時改良效果達到最優。隨土壤鹽漬化程度增加，對土壤飽和含水量的改良效果逐漸減弱，依次為非鹽漬化土壤>輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤；對田間持水量的改良效果依次表現為輕度鹽漬化土壤>中度鹽漬化土壤>非鹽漬化土壤>重度鹽漬化土壤。

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[5]胡 霞，蔡強國，劉連友，等. 聚丙烯酰胺(PAM)對黃土結皮形成的影響[J]. 水土保持學報，2004，18(4)：65-68.

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[9]張 建. 聚丙烯酰胺對鹽漬化土壤節水保肥與作物增產效應的研究[D]. 呼和浩特：內蒙古農業大學，2015.

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