SAP、PAM不同施用方式對干旱沙區土壤養分、紫花苜蓿品質及產量的影響

苗恒錄，徐 冰，田德龍，鄔佳賓

(水利部牧區水利科學研究所， 呼和浩特 010020)

紫花苜蓿作為一種多年生豆科牧草，具有適應性好，品質優良、抗逆性強、營養價值高等特點，被譽為“牧草之王”[1]。內蒙古作為全國最大的牧區，紫花苜蓿被廣泛種植。然而，由于內蒙古西部地區降水嚴重不足，水分蒸發強烈，水資源有限，土壤沙化嚴重，不利于紫花苜蓿的生長。因此，改善土壤水肥環境是干旱沙區牧草生長、增產面臨的首要問題?；瘜W調控技術指利用高分子材料(SAP、PAM等)進行土壤改良，改善土壤水肥狀況，為作物生長提供適宜的水-氣-肥環境。而保水劑(SAP)與土壤結構改良劑(PAM)作為化學調控材料的代表，同時也具有極強的保水、保肥性[2-4]，近年來在鹽堿地土壤改良方面取得顯著效果[5-8]。而田德龍、韓廣津、肖伯萍[9-13]等人也將其應用于紫花苜蓿種植研究，并取得了一定的成果。由于品質與產量是評價苜蓿的重要指標[8]，本文通過利用SAP、PAM進行不同施用方式、不同施用量的試驗研究，以尋求促進沙區土壤養分狀況、紫花苜蓿品質改善以及產量增加的最佳方案，以期為干旱沙區牧草增產、增質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古磴口縣三海子，該地年均降水量142.7 mm，年均蒸發量2 377.1 mm，年均氣溫7.7 ℃，日照時間3 209.5 h，無霜期139 d。試驗區土壤質地0～20 cm為砂土，20～100 cm為壤黏土，0～100 cm土壤容重為1.57 g/cm3，作物生育期地下水位平均埋深為3 m。

1.2 試驗方法與材料

采用田間對比試驗，以不施SAP、PAM為對照(CK)處理，分別設置SAP、PAM單施及其復配8個處理(見表1)，SAP、PAM施用量參照于健[14]等人在內蒙古干旱半干旱區多年研究得出保水劑在不同作物上施用量進行確定，每個處理3次重復，共27個試驗小區，單個小區面積240 m2(6 m×40 m)。SAP采用的是BJ2101-L，顆粒粒徑為1.4～6 mm，PAM采用的是分子量為1 200萬Da。供試苜蓿品種為阿爾崗金，采用人工條播，播種時間2017年5月上旬，播深2 cm，行距20 cm，播種量為22.5 kg/hm2。播種時施尿素150 kg/hm2，過磷酸鈣600 kg/hm2，SAP采用溝施，PAM采用撒施。試驗區作物生育期灌溉采用地下滴灌，滴灌帶采用普通滴灌帶，滴灌帶埋深為15 cm，間距為80 cm，灌溉水源為淖爾水(礦化度為0.82 g/L)[7]，用水表控制水量，灌水周期為7 d，每茬灌水5次，灌水定額為225 m3/hm2。紫花苜蓿在每茬開花初期刈割，紫花苜蓿灌溉量、施肥量以及其他農藝措施參照河套灌區當地施用水平。

表1 試驗設計及處理 kg/hm2

1.3 測定項目及方法

土壤養分測定：堿解氮采用堿解擴散法；速效磷采用鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度法。作物品質測定：粗蛋白采用凱氏定氮法；粗脂肪采用乙醚浸提法；粗纖維采用Van Soest法；粗灰分采用干灰法。產量測定：于每茬初花期在每小區選定3個1 m×1 m的樣方，割取植株地上部分，然后放在105 ℃的烘箱中殺青1 h，之后置于55 ℃恒溫下烘48 h，冷卻后取出稱重。試驗數據采用EXCEL2007進行制圖，SPSS17.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤養分的影響

2.1.1 對土壤堿解氮的影響

土壤堿解氮是表征土壤氮素供應情況，是土壤供肥能力的一個重要指標。圖1為SAP、PAM單施和復配條件下紫花苜蓿全生育末期不同深度土壤堿解氮含量變化圖。由圖1(a)可看出，SAP、PAM單施條件下，各處理土壤堿解氮含量隨深度增加呈降低趨勢，但總體上T1～T4處理土壤堿解氮含量均高于CK。0～40 cm對應各土層中，不同處理堿解氮含量增幅較為相似，且T2、T4處理較CK差異達到顯著性水平(P<0.05)。T1～T4處理土壤堿解氮平均含量與CK相比，T2處理增幅最大，為39.97%，T3處理最小，為1.28%，增幅大小關系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復配施用土壤堿解氮含量變化如圖1(b)所示，總體變化規律與單施類似，但不同深度變化較單施略有不同。0～40 cm各深度土層中，除20～40 cm土層中T7處理外，其余各處理均與CK差異達到顯著性水平(P<0.05)。0～40 cm土層中，T5～T8處理土壤堿解氮平均含量與CK相比，T6處理增幅最大，為48.09%，T7處理最小，為17.10%，增幅大小關系為T6>T8>T5>T7。通過SAP、PAM單施、復配不同方式可看出，施用保水劑后，不同土層堿解氮含量均高于對照，尤其20 cm以上土層較為明顯?？赡苡捎诒Ｋ畡┎粌H可以吸附水分，還可吸附土壤中的鹽基離子，施肥后吸附氮素，隨著處理時間的延長，吸附的氮素逐漸釋放到土壤中，因而土壤堿解氮含量則高于未施用保水劑處理。同時由于SAP采用溝施，而PAM采用撒施，SAP與土壤的接觸表面積大于PAM的，因而表現出SAP處理土壤堿解氮的含量高于PAM處理。因此，單施條件下T2處理效果最佳，復配條件下T6處理效果最佳。

圖1 SAP、PAM單施與復配條件下土壤堿解氮含量變化

2.1.2 對土壤速效磷的影響

土壤速效磷同樣是表征土壤供磷能力的重要指標。圖2為SAP、PAM單施和復配條件下不同深度土壤速效磷含量變化情況。從圖2(a)可以看出，SAP、PAM單施條件下，各處理土壤速效磷含量隨深度增加呈先升高后降低的變化趨勢，但總體上T1～T4處理土壤速效磷含量均高于CK。0～40 cm對應各土層中，不同處理速效磷含量增幅較為相似，且T2、T4處理較CK差異達到顯著性水平(P<0.05)。T1～T4處理土壤堿解氮平均含量與CK相比，T2處理增幅最大，為60.88%，T3處理最小，為7.10%，增幅大小關系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復配施用土壤速效磷含量變化如圖2(b)所示，總體變化規律與單施相似，且各處理土壤速效磷含量均高于CK。0～40 cm對應各土層中，T5～T8處理速效磷含量增幅較為相似，不同深度T6、T8處理較CK差異達到顯著性水平(P<0.05)，T5～T8處理土壤速效磷平均含量與CK相比， T6處理增幅最大，為69.72%，T7處理最小，為28.08%，增幅大小關系為T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM單施、復配施用對土壤速效磷影響與堿解氮相似，此處不再贅述，因而表現為單施條件下，T2處理效果最佳。而復配條件下，T6處理效果最佳。

圖2 SAP、PAM單施與復配條件下土壤速效磷含量變化

2.1.3 對土壤速效鉀的影響

圖3為SAP、PAM單施和復配條件下不同深度土壤速效鉀含量變化情況。由圖3(a)可知，SAP、PAM單施條件下各處理土壤速效鉀含量變化趨勢與堿解氮變化類似，不同深度中僅T2、T4處理較CK差異達到顯著性水平(P<0.05)。0～40 cm土層中，T1～T4處理土壤速效鉀平均含量與CK處理相比，T2處理增幅最大，為30.29%。T3處理最小，為3.58%，增幅大小關系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復配施用土壤速效鉀含量變化如圖3(b)所示，總體變化規律與單施相似。0～40 cm對應各土層中，T5～T8處理速效磷含量增幅較為相似，除20～40 cm中T5、T7處理外，其余各處理均與CK差異達到顯著性水平(P<0.05)。T5～T8處理土壤速效磷平均含量與CK相比，T6處理增幅最大，為53.99%，T7處理最小，為21.42%，增幅大小關系為T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM施用改善了土壤水分環境，促進了苜蓿生長及根系的發育，隨著生物量的增大及根系的生長，使得根系分泌物增加，促進了土壤中緩釋鉀或難溶性鉀的分解釋放到土壤環境中，促使土壤中較多速效鉀的生成。因而表現為單施條件下，T2處理效果最佳。而復配條件下，T6處理效果最佳。

圖3 SAP、PAM單施與復配條件下土壤速效鉀含量變化

綜上所述，總體上SAP、PAM單施、復配施用對于0～40 cm土層土壤各養分指標(堿解氮、速效磷、速效鉀)變化表現出相似效果，但各處理不同深度土壤養分含量大小關系變化不一，可能由于土壤空間變異性較大而導?？傮w上0～40 cm土層養分含量平均值呈現一定的變化規律，單施條件下表現為相同條件下單施SAP對于各養分指標的增強效果優于單施PAM處理，且施用量大效果更佳。復配條件下，SAP、PAM復配施用量多的處理對于各養分指標的增強效果優于復配施用量少的處理。同時，SAP、PAM復配處理各養分指標的增幅均大于單施條件下各處理的增幅?？赡芤环矫鍿AP、PAM復配對于土壤水分、養分的保持效果較SAP、PAM單施效果好，另一方面復配對于土壤結構的改善，土壤通透性的改變優于單施，同時可吸附更多土壤中的養分，在作物生長期緩慢釋放，從而更能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，可以為紫花苜蓿生長提供更為有利的條件。

2.2 不同處理對紫花苜蓿品質的影響

牧草的品質是評價牧草營養價值的重要指標之一。圖4為SAP、PAM單施、復配條件下各處理兩茬品質指標平均值，由圖4可知，不同處理間各指標變化不一。從圖4(a)可以看出，SAP、PAM單施條件下，不同處理粗蛋白、粗灰分、粗纖維等含量與CK相比，對粗蛋白而言，T3處理增幅最大，為29.74%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；對粗灰分而言，仍然T3處理增幅最大，為19.87%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；對粗纖維而言，不同于其他指標變化，T1～T4處理粗纖維含量均低于CK，T3處理降幅最大，為18.23%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；對粗脂肪而言，T3處理增幅最大，為22.25%，差異達到顯著性水平(P<0.05)。從圖4(b)可以看出，SAP、PAM復配條件下品質指標變化規律同單施條件下變化一致。同樣就粗蛋白而言，T7處理增幅最大，為23.60%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；就粗灰分而言，T8處理增幅最大，為15.57%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；就粗纖維而言， T5～T8處理粗纖維含量均低于CK，T5處理降幅最大，為11.72%，差異達到顯著性水平(P<0.05)；就粗脂肪而言，T8處理增幅最大，為15.49%，但差異未達到顯著性水平。

圖4 單施、復配條件下不同處理紫花苜蓿兩茬品質指標平均值

綜上可以看出，SAP、PAM單施各處理均能夠不同程度增大紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪的含量，降低粗纖維的含量。在粗蛋白、粗灰分和粗脂肪指標中，總體上單施PAM增幅較單施SAP大，即單施PAM效果優于單施SAP效果，且相同條件下施用量少的處理效果較施用量大的效果更好。而粗纖維與之呈相反的變化趨勢，與CK相比，單施PAM降幅較單施SAP大，且相同條件下，施用量越大降幅越小。可能由于SAP、PAM施用量大，保水效果較好，紫花苜蓿生育期受水分虧缺虧影響??；反之，紫花苜蓿受水分虧缺影響大。而紫花苜蓿粗蛋白含量主要來源于葉片，土壤水分環境適宜，紫花苜蓿莖葉比增加，致使葉片在植株中所占比例減少，因而粗蛋白含量隨之降低，粗纖維含量增大。SAP、PAM復配下同樣不同程度增大紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪的含量，降低粗纖維的含量。在粗蛋白、粗灰分和粗脂肪指標中，總體上SAP、PAM復配施用量小的處理增幅較施用量大的增幅大，且相同條件下施用量少的處理效果較施用量大的效果更好。而粗纖維與之呈相反的變化趨勢，與CK相比，SAP、PAM復配施用量少的降幅較施用量大的大，且相同條件下，施用量越大降幅越小。

SAP、PAM無論是單施，還是復配施用，均表現出了相似的規律，總體上，SAP、PAM施用量越少對于粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪指標含量的提高越有利。而對于粗纖維，則施用量越少對其降低幅度越大，粗蛋白和粗纖維含量呈負相關關系。粗蛋白含量越高，牧草營養價值越大，而粗纖維含量的增大，表明可消化粗蛋白含量在減少，營養價值在降低。因此，綜合考慮，SAP、PAM單施條件下，T3處理紫花苜蓿營養價值較高，其品質較好；SAP、PAM復配條件下，T7處理紫花苜蓿品質較好。

2.3 不同處理對紫花苜蓿產量、水分生產率的影響

SAP、PAM單施及其復配各處理紫花苜蓿產量與水分生產率如圖5所示。由圖5可知，單施條件下，T1～T4與CK處理產量分別為4 851.82、5 200.17、4 780.50、4 947.47、4 663.50 kg/hm2，產量大小表現為T2>T4>T1>T3>CK，較CK分別提高4.04%、11.51%、2.51%、6.09%，差異達到顯著性水平(P<0.05)。水分生產率分別提高32.62%、32.98%、26.83%、25.70%，且差異達到顯著性水平(P<0.05)；復配條件下，T5～T8處理產量分別為5 287.64、5 592.77、5 072.57、5 462.69 kg/hm2，產量大小表現為T6>T8>T5>T7>CK，較CK分別提高13.38%、19.93%、8.77%、17.14%，差異達到顯著性水平(P<0.05)。水分生產率分別提高34.84%、35.67%、30.29%、32.87%，且差異達到顯著性水平(P<0.05)。

圖5 不同處理紫花苜蓿產量、水分生產率圖

綜上可知，SAP、PAM單施及其復配促進了紫花苜蓿產量的增加以及水分生產率的提高。單施條件下，T2處理產量和水分生產率增幅均最大。復配條件下，T6處理產量和水分生產率增幅均最大。因此，在干旱沙化牧區紫花苜蓿種植應用SAP及PAM時，若采用SAP、PAM單施，建議選用SAP，適宜施用量為45 kg/hm2；若采用SAP、PAM復配施用，適宜施用量為45 kg/hm2SAP復配30 kg/hm2PAM。

3 討 論

施用SAP、PAM等改善了土壤養分狀況，提高了土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量，改善了紫花苜蓿品質以及提高了其產量。這與諸多學者研究結果類似[9-11,13,15,16]，但在最佳施用量方面略有差異。韓廣津[9]研究表明45 kg/hm2的SAP為促進紫花苜蓿增產的最佳施用量，劉群[16]研究表明80 kg/hm2的PAM為促進紫花苜蓿增產的適宜施用量。而本試驗設置下，對于改善土壤養分狀況與提高產量而言，單施條件下45 kg/hm2SAP效果最佳，復配條件下，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)效果最佳。造成結果不一致可能是由于本試驗條件以及降水、灌溉等與韓廣津、劉群存在差異導致。而對于改善紫花苜蓿品質而言，單施條件下15 kg/hm2PAM效果最佳，復配條件下，SAP(30 kg/hm2)+PAM(15 kg/hm2)效果最佳。改善品質與增產的最佳SAP、PAM施用量不同，主要由于影響品質因素的粗蛋白和粗纖維存在負相關。由于時間有限，本試驗建植當年，未進行產量與品質最佳施用量的綜合考慮，需下一步進行深入研究。

4 結 語

(1)SAP、PAM單施及其復配施用改善了土壤養分狀況，為紫花苜蓿生長提供了較好的養分環境。由于在土壤養分充分時，它吸附養分，起到保蓄作用；而當作物生長需要土壤供給養分時，保水劑將吸附到的養分通過交換作用供給作物，通過使用保水劑，使土壤養分的供給與植物對養分的需求更加同步。因而使得0～40 cm土層堿解氮、速效磷、速效鉀含量均不同程度增加，單施方式下， 45 kg/hm2SAP施用效果最佳；復配方式下， 45 kg/hm2SAP復配30 kg/hm2PAM施用效果最佳。

(2)SAP、PAM單施及其復配施用均促進了紫花苜蓿品質的提高。由于施用SAP、PAM提高了紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪含量，同時降低粗纖維的含量。單施方式下，15 kg/hm2PAM施用效果最佳；復配方式下，30 kg/hm2SAP復配15 kg/hm2PAM施用效果最佳。

(3)SAP、PAM單施及其復配施用促進了紫花苜蓿產量的增加和水分生產率的提高。其中，單施方式下，45 kg/hm2SAP效果最佳，產量、水分生產率分別提高11.51%和32.98%；復配方式下，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)復配效果最佳，產量、水分生產率分別提高19.93%和35.67%。

(4)本試驗中SAP、PAM單施及其復配在改善土壤養分狀況、促進紫花苜蓿產量增加與提高其品質指標等方面化控材料的選取及最佳用量并不一致。由于產量與品質均是評價紫花苜蓿的重要指標，一方面本試驗對象紫花苜蓿為當年種植，僅進行了兩茬品質指標及產量的分析，未結合SAP、PAM的投入產出比進行綜合分析。同時，對于促進紫花苜蓿增產、改善其品質的最佳施用方法、施用量還需結合多年數據進行分析，因而結論對生產的指導性還有待進一步驗證。