保水劑在不同類型土壤上的應用效果

馬曉凡 邵蕾 孔凡克 王麗霞

摘要：通過盆栽試驗探討了保水劑在3種不同類型土壤上施用后對土壤理化性質和油菜生長的影響。結果表明：保水劑在鹽堿土、風沙土、棕壤中均具有保水和保肥性能，降低了土壤容重，促進了油菜的生長，提高了產量。試驗前期，施用保水劑的棕壤（Z1）土壤速效養分顯著低于未施用保水劑的處理（Z0）；試驗中后期，施用保水劑的土壤速效養分均高于未施用保水劑的處理；與未施用保水劑處理相比，棕壤施用保水劑后油菜產量提高18.67%，顯著高于鹽堿土（10.23%）和風沙土（10.85%）。因此，保水劑在棕壤中的應用效果優于鹽堿土和風沙土。

關鍵詞：保水劑；土壤類型；鹽堿土；風沙土；棕壤；油菜

中圖分類號：S156文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）04-0090-04

Abstract A pot experiment was conducted to study the effects of super absorbent polymer application （SAP） in different soil types on soil physicochemical properties and rape growth. The results showed that the SAP increased the capacity of water and nutrient preservation， decreased the soil bulk density， promoted the plant growth and raised the yield of rape in saline-alkali soil， aeolian sandy soil and brown soil. At the early stage of the experiment， the available nutrient in brown soil with SAP application（Z1） was significant lower compared with the treatment without SAP application（Z0）. At the middle and later stages， the available nutrients in Z1 were higher than that in Z0. Compared with Z0，the rape yield of （Z1） increased by 18.67%， and was significantly higher than that in saline-alkali soil （10.23%） and sandy soil （10.85%）. Therefore， the application effects of SAP in brown soil was superior to that in saline-alkali soil and sandy soil.

Keywords Super absorbent polymer； Soil type； Saline-alkali soil； Aeolian sandy soil； Brown soil； Rape

隨著經濟的快速發展和人口的增加，我國用水量急劇增長，水資源短缺問題日益顯現；同時水污染不斷加劇，水環境狀況不斷惡化，水資源面臨著前所未有的巨大壓力[1]。水資源供給能力嚴重制約著農業發展，對作物產量起著決定性作用[2]。我國又是一個干旱頻繁發生的國家，農作物因旱受災現象嚴重[3]。因此發展節水農業，提高水分有效利用率，是保證農業可持續發展的重要因素。保水劑（super absorbent polymers，簡稱SAP）是利用強吸水性樹脂制成的具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，這種高聚物能迅速吸收比自身重數百倍甚至上千倍的水，而且能夠反復吸水、釋水，增強土壤的水分保持能力，以供植物吸收和利用[4]。

在農業生產中，施肥是增產的重要措施，施用化學肥料不僅能夠增加農作物的產量， 而且能夠改善農產品的品質[5]。目前我國化肥的當季利用率氮肥約為30%～35%，磷肥約為10%～25%，鉀肥約為35%～50%，遠低于世界發達國家水平，不僅增加了農業生產成本，同時帶來了嚴重的環境污染[6]。而保水劑具有的活性基團可以和土壤顆粒表面的活性基團或離子發生相互作用，通過創建和穩定水穩性團粒結構，增加對養分的吸附作用而抑制其流失，因此土壤加入保水劑后可提高肥料利用效率，同時增加作物產量[7]。

保水劑的施用效果受土壤質地、pH值、離子濃度等因素影響；含鹽的土壤溶液會降低保水劑的吸水能力。本試驗以盆栽油菜為材料，研究保水劑在3種不同類型土壤中的保水保肥效果，以及對油菜生長狀況的影響，以期為保水劑在生產上的實際應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物：蘇州青油菜。

供試土壤：鹽堿土（采自煙臺辛安河邊農田）、風沙土（采自煙臺海邊黑松林防護林間的蘋果園）、棕壤（采自中國農業大學煙臺研究院實驗基地），理化性狀見表1。鹽堿土和風沙土的含鹽量分別為棕壤的5.34倍和2.59倍。

供試肥料：尿素（N 46%）；磷酸二氫鉀（P2O5 52%，K2O 34%）；硫酸鉀（K2O 54%）；供試保水劑：聚丙烯酰胺保水劑（漢力淼新技術有限公司提供）；塑料盆：內口徑27.5 cm，底部直徑18 cm，高21 cm。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

采用盆栽試驗，設6個處理（表2），每處理重復5次。

保水劑磨細過0.25 mm篩，土壤過5 mm篩，每盆施肥量按照N、P2O5、K2O為 400、200、200 mg/kg土計算。將肥料、保水劑與土充分混勻后裝盆。每盆播種6粒飽滿均勻的油菜種子，播深2 cm。播種后用去離子水加入土壤至100%田間持水量，在隨后的管理過程中用稱重法保持土壤水分在田間持水量的60%～80%。發芽后一周間苗，每盆保留生長較一致的幼苗2株。試驗于2016年7月30日播種，2016年9月27日收獲。

1.2.2 樣品采集及處理 裝盆后播種前測定土壤的田間持水量。播種前及從播種后第5天開始每隔7天取土樣一次；取樣時用一個直徑2 cm的細管從表層插到底部。試驗結束后，將盆倒扣，用水將根上的土沖凈，以獲得完整的根系，將地上部、地下部分開備用。

1.2.3 測定項目及方法 土壤基礎肥力及土壤速效氮磷鉀采用常規分析法測定；田間持水量采用環刀法；株高采用卷尺直接測量；收獲后將油菜分地上和地下部分稱重測產。

1.3 數據統計分析

試驗數據采用 Microsoft Excel 2007、SPSS軟件進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 保水劑對土壤理化性質的影響

2.1.1 土壤堿解氮含量的變化 土壤堿解氮表征土壤氮素供應情況，是土壤供肥能力的一個重要指標[8]。由圖1看出，7月30日和8月3日Z0處理的土壤堿解氮顯著高于其它處理，Z1處理土壤堿解氮含量最低，而Y1和Y0、S1和S0差異不顯著。隨著處理時間的延長，6個處理的土壤堿解氮含量均逐漸下降。8月24日至試驗結束施用保水劑的3個處理均高于未施保水劑的3個處理。保水劑不僅可吸附水分，也可吸附土壤中的鹽基離子，施肥后保水劑吸附氮素，所以土壤堿解氮含量低于未施用保水劑處理；隨著處理時間的延長，保水劑吸附的養分逐漸釋放到土壤中，土壤中堿解氮的含量則高于未施用保水劑處理。

保水劑在棕壤上施用對氮的緩釋效果優于鹽堿土和風沙土，7月30日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的堿解氮含量相對于未施用保水劑的土壤分別降低了10.00、10.38、80.15 mg/kg；施用保水劑的3種土壤間比較， 8月24日至試驗結束Z1處理的土壤堿解氮含量高于Y1和S1；9月27日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的堿解氮含量相對于未施用保水劑的土壤分別提高了18.80、16.30、36.03 mg/kg。

2.1.2 土壤速效磷含量的變化 土壤速效磷是表征土壤供磷能力的重要指標[9]。土壤速效磷含量和土壤堿解氮含量的變化趨勢相同：隨著時間的延長，6個處理的土壤速效磷含量逐漸下降（圖2）。施肥后前期施用保水劑的3個處理土壤速效磷含量低于未施用保水劑的3個處理；8月30日至試驗結束則高于未施用保水劑的3個處理。

保水劑在棕壤上施用對磷的緩釋效果優于鹽堿土和風沙土，7月30日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的速效磷含量相對于未施用保水劑的土壤分別降低8.67、15.97、32.31 mg/kg； 8月17日至9月7日施用保水劑的Z1處理的土壤速效磷含量高于Y1和S1。9月27日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的速效磷含量相對于未施用保水劑的土壤分別提高19.75、9.00、20.14 mg/kg。

2.1.3 土壤速效鉀含量的變化 土壤速效鉀表征土壤的供鉀能力。土壤速效鉀含量和土壤堿解氮、速效磷含量的變化趨勢相同：隨著時間的延長，6個處理的土壤速效鉀含量逐漸下降（圖3）。7月30日和8月10日Z0處理的土壤速效鉀顯著高于Z1處理，而Y1和Y0、S1和S0之間差異不顯著。8月17日至試驗結束Z1處理土壤速效鉀含量高于Z0處理，而Y1和S1處理8月24日至試驗結束土壤速效鉀含量高于Y0、S0處理。

保水劑在棕壤上施用對鉀的緩釋效果優于鹽堿土和風沙土，7月30日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的速效鉀含量相對于未施用保水劑的土壤分別降低5.99、8.65、34.97 mg/kg；施用保水劑的3種土壤間比較， 8月17日至9月7日Z1處理的土壤速效鉀含量高于Y1和S1。9月27日，施用保水劑的鹽堿土、風沙土和棕壤的土壤速效鉀含量相對于未施用保水劑的土壤分別提高13.62、21.62、26.03 mg/kg。

2.1.4 供試土壤播種前田間持水量 3種土壤間比較，土壤田間持水量高低依次為棕壤>鹽堿土>風沙土（表3）。施用保水劑顯著提高了土壤的田間持水量：Y1比Y0提高了16.96%，S1比S0提高了19.61%，Z1比Z0提高了14.92%。

2.1.5 油菜收獲時土壤容重 土壤容重反映土壤的松緊狀況。施用保水劑顯著降低了土壤容重：Y1比Y0降低5.04%，S1比S0降低3.82%，Z1比Z0降低5.37%。土壤容重降低大小的順序為棕壤>鹽堿土>風沙土（表3）。

2.2 保水劑對油菜生長及產量的影響

從表4可以看出，施加保水劑后3種土壤處理的株高、地上部鮮重、地下部鮮重均顯著高于不施用保水劑處理，說明施用保水劑可顯著促進作物的生長和產量的提高。施用保水劑后棕壤和風沙土處理的株高和地下部鮮重無差異，但顯著高于鹽堿土；地上部鮮重的順序為Z1>S1>Y1，且三者間差異顯著。與未施用保水劑處理相比，棕壤施用保水劑增產18.67%，鹽堿土和風沙土的增產率分別為10.23%、10.85%，說明棕壤施用保水劑后產量提高效果最好，顯著高于鹽堿土和風沙土，而后兩者差異不顯著。

3 討論與結論

保水劑在鹽堿土、風沙土、棕壤中均具有明顯的保水和保肥性能，同時有效降低了土壤容重，改善了土壤物理性狀，有利于作物的生長。保水劑的活性基團可以和土壤顆粒表面的活性基團或離子發生作用，通過創建和穩定水穩性團粒結構，增加對養分的吸附作用[10]。施肥后短期內不施用保水劑處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量顯著高于施用保水劑處理；試驗中后期施用保水劑處理的土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量均高于不施用保水劑處理。作物發芽期、幼苗期養分需要量少，旺盛生長期養分需要量大；保水劑可吸附土壤中養分，在作物生長期內緩慢釋放，從而提高氮磷鉀肥的生物有效性和利用率，促進作物生長和提高作物產量[11-13]。

本試驗所用3種土壤的質地、含鹽量和pH值不同，保水劑的保肥能力也不同：施肥后，施用保水劑對棕壤土壤養分的吸附效果優于在鹽堿土和風沙土上的施用效果；試驗中后期，施用保水劑土壤速效氮磷鉀含量高于未施用保水劑處理，保證了養分的持續供應；3種土壤比較，棕壤施用保水劑后產量提高18.67%，顯著高于鹽堿土（10.23%）和風沙土（10.85%）。因此，本試驗中保水劑在棕壤中的應用效果優于鹽堿土和風沙土。

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