改性纖維素對(duì)盆栽小麥生長(zhǎng)及土壤水分和養(yǎng)分的影響

邢 磊 ，楊世琦

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081;2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

干旱缺水是制約中國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，而且隨著全球氣候不斷變化，干旱發(fā)生的頻率和強(qiáng)度有逐年增加的趨勢(shì)，這種現(xiàn)象在干旱區(qū)和半干旱區(qū)尤為明顯[1]。黃土高原是中國(guó)獨(dú)特的陸地類型和生態(tài)環(huán)境區(qū)域，總面積達(dá)62.68×104km2[2]，將近70%的地面被深厚的黃土層覆蓋。黃土高原大部分地區(qū)年降水量少，春旱十分嚴(yán)重，是中國(guó)旱作農(nóng)業(yè)的重點(diǎn)區(qū)域，受到水資源短缺和季節(jié)分配與作物生長(zhǎng)需水關(guān)鍵期錯(cuò)位的雙重影響，農(nóng)作物產(chǎn)量低而且產(chǎn)量不穩(wěn)[3]。針對(duì)干旱地區(qū)水分缺失的情況，保水劑具有廣闊的應(yīng)用前景。目前應(yīng)用的保水劑多為高分子有機(jī)聚合物，對(duì)水分有較強(qiáng)的吸持能力，常見(jiàn)的保水劑能夠吸持自身質(zhì)量300～800倍的水[4-5]。保水劑在吸收水分的同時(shí)，能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤團(tuán)粒的形成，蓄水保墑，從而提高土壤水分的利用率[6]。保水劑與肥料復(fù)合一體化施用是一項(xiàng)重要的水肥調(diào)控技術(shù)[7-8]，有研究表明，保水劑和氮肥、磷肥混施用于小麥、番茄、馬鈴薯等作物能夠有效地提高肥料利用率[9-11]。但目前應(yīng)用較多的聚丙烯酸鹽類保水劑容易與土壤中鈣、鎂、錳等二價(jià)金屬離子發(fā)生反應(yīng)，保水劑的吸水倍數(shù)和作用效果會(huì)受到一定影響[12]。而且有些保水劑在某些條件下會(huì)分解產(chǎn)生有毒物質(zhì)[13]，所以長(zhǎng)期使用存在一定潛在風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)對(duì)土壤、環(huán)境造成不良影響。改性纖維素作為天然生物基材料，來(lái)源廣泛、無(wú)危險(xiǎn)副產(chǎn)品產(chǎn)物，近些年來(lái)成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。依靠纖維素表面的羥基通過(guò)引入官能團(tuán)或者其他元素改變纖維素部分化學(xué)結(jié)果和性能使其成為具有特殊功能的大分子物質(zhì)[14]，改性后的纖維素在保持原有優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上又具有引入官能團(tuán)或其他元素賦予的新性能。但目前改性纖維素多應(yīng)用于食品[15]、醫(yī)藥[16]、建筑[17]、廢水處理[18]和造紙[19]等行業(yè)，關(guān)于改性纖維素的土壤應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。根據(jù)上述現(xiàn)狀，本研究采用改性纖維素與黃土高原新造土壤混合，通過(guò)盆栽試驗(yàn)探究改性纖維素對(duì)小麥生長(zhǎng)及土壤水分、養(yǎng)分的影響效果，為改性纖維素在農(nóng)田中實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試土壤采自陜西省延安市安塞區(qū)南溝村，土壤為黃土高原新造土壤，取0～20 cm耕層土壤，其中硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)25.412 mg·kg-1，銨態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.92 mg·kg-1，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.802 g·kg-1，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.472 g·kg-1，全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.942 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.08 g·kg-1，土壤pH 8.22。試驗(yàn)小麥品種為‘濟(jì)麥21號(hào)’，供試化肥為尿素和磷酸二銨(含N-P2O5-K2O為14-43-0)，供試改性纖維素共3種，分別為羧甲基纖維素銨(CMC-NH4)、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)和羧甲基纖維素鉀(CMC-K)，其中CMC-Na為白色粉末狀，CMC-NH4和CMC-K為白色絮狀。CMC-NH4、CMC-Na、CMC-K 3種材料實(shí)測(cè)蒸餾水中吸水倍率分別為102.2、49.7和134.9。

盆栽試驗(yàn)花盆內(nèi)徑15 cm，高度12 cm。盆栽于2017-12-14填裝，稱取1 kg過(guò)6 mm篩的風(fēng)干土，按土壤質(zhì)量比的0.5%、1%、1.5%、2%和3%將改性纖維素與土壤混合均勻后，將部分土壤置入花盆中，均勻播種5粒小麥后，將剩余土壤均勻蓋于小麥上方，蓋土厚度約為3 cm。播種后澆蒸餾水潤(rùn)濕土壤至剛好有水流出，共200 mL，按照對(duì)照處理小麥生長(zhǎng)所需水分，每間隔5 d澆水1次，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程50 d共澆水1 700 mL，50 d后停止?jié)菜M(jìn)行干旱處理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)置16個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)(表1)：對(duì)照組不施加纖維素，處理A施加CMC-NH4，處理B施加CMC-Na，處理C施加CMC-K，施加量按照土壤質(zhì)量比的0.5%、1.0%、1.5%、2%和3%，分別施入5、10、15、20 g和30 g。每個(gè)處理施尿素0.12 g，施磷酸二銨0.03 g[20]，與土壤混合均勻后一起置入花盆中。16個(gè)處理在培養(yǎng)中條件均保持一致。

表1 盆栽處理設(shè)置Table 1 Treatments of pot experiment

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

盆栽試驗(yàn)于2017-12-14開(kāi)始，12月17日CK處理最先出苗，12月20日進(jìn)行株高指標(biāo)的觀測(cè)；在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，間隔5 d進(jìn)行澆水，澆水前進(jìn)行土壤稱重，小麥生長(zhǎng)50 d后停止?jié)菜M(jìn)行干旱處理，在干旱處理20 d后將植株地上部分80 ℃烘干至恒質(zhì)量測(cè)定干質(zhì)量。并取盆栽土壤進(jìn)行烘干稱重測(cè)量土壤質(zhì)量含水量。采用土壤緊實(shí)度儀(德國(guó)STEPS41010)測(cè)定土壤緊實(shí)度；采用梅特勒-托利多pH計(jì)測(cè)定土壤pH；采用直尺測(cè)量土壤表面結(jié)皮厚度并觀察土壤成塊性；采用稱重法稱量澆水過(guò)程中土壤流到花盆托盤中的土壤流失量；采用堿解擴(kuò)散法測(cè)土壤堿解氮、采用鉬銻抗比色法測(cè)土壤速效磷；采用火焰光度法測(cè)土壤有效鉀。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行歸納與整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0軟件ANOVA進(jìn)行單因素方差分析，采用LSD法檢驗(yàn)各處理平均數(shù)在P<0.05水平的差異顯著性，采用Origin8.5軟件進(jìn)行圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改性纖維素對(duì)盆栽土壤水分的影響

間隔5 d稱量土壤質(zhì)量，與對(duì)照組做差進(jìn)行比較，研究改性纖維素對(duì)土壤的保水作用。由圖1可知，添加CMC-NH4有利于提高土壤保水能力，隨著CMC-NH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，土壤水分質(zhì)量呈增加趨勢(shì)，A5處理與對(duì)照相比水分增加量最多可達(dá)260.83 g。由圖2可知，施加CMC-Na對(duì)土壤保水能力有所提高，除B5處理外，其余處理變化趨勢(shì)基本一致，土壤水分質(zhì)量隨施加CMC-Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高而增加。由圖3可知，施加CMC-K同樣會(huì)提高土壤水分質(zhì)量，但除C1處理外，其他處理增加土壤含水量的能力差異不大，總體差異、變化規(guī)律性比CMC-NH4和CMC-Na處理低。

進(jìn)行干旱處理后盆栽土壤含水量如圖4，3種纖維素施入土壤中，土壤含水量都隨著纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高呈現(xiàn)增高趨勢(shì)，其中施加CMC-Na變化趨勢(shì)最為明顯。除A1、C1 2個(gè)處理外，其余處理與對(duì)照均存在顯著性差異。在施加CMC-NH4的土壤中，A2、A3、A4、A5 4個(gè)處理間均存在顯著性差異，A1、A2間無(wú)顯著性差異，A1與CK間無(wú)顯著性差異。在施加CMC-Na的土壤中,各處理間均存在顯著性差異且土壤含水量均顯著高于CK，在所有處理中，B5土壤含水量最高，與其他15個(gè)處理間均存在顯著性差異。當(dāng)3種纖維素施加同等量時(shí)，施加CMC-Na比施加其他2種纖維素的土壤含水量高，說(shuō)明CMC-Na保水性最好。在施加CMC-K的土壤中，C5與其他4個(gè)處理間差異顯著，但C1、C2、C3、C4處理間變化規(guī)律較小，與澆水過(guò)程土壤水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果一致。由圖4可知，C3、C4、C5處理土壤含水量均顯著低于施加同等量CMC-NH4、CMC-K的土壤含水量，說(shuō)明CMC-K在3種纖維素處理中保水能力最弱。

圖1 施加CMC-NH4土壤水分質(zhì)量變化Fig.1 Changes of CMC-NH4 application on soil moisture

圖2 施加CMC-Na土壤水分質(zhì)量變化Fig.2 Changes of CMC-Na application on soil moisture

圖3 施加CMC-K土壤水分質(zhì)量變化Fig.3 Change map of CMC-K application on soil moisture

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同 Different small letters indicated significant difference among treatments(P<0.05) ,the same below

圖4不同處理土壤含水量
Fig.4Soilmoisturecontentindifferenttreatments

2.2 不同改性纖維素對(duì)小麥植株生長(zhǎng)的影響

由圖5可知，施加CMC-NH4會(huì)影響小麥出苗速率，小麥株高隨著纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，在小麥生長(zhǎng)約30 d時(shí)，CK處理小麥出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象、小麥植株變矮，A1和A2處理株高高于CK；高質(zhì)量分?jǐn)?shù)A5處理對(duì)小麥生長(zhǎng)影響較大，該處理小麥株高顯著低于其他處理。由圖6可知，施加CMC-Na小麥株高高于施加CMC-NH4小麥。除B5處理小麥株高顯著低于CK處理外，其余處理小麥在長(zhǎng)至30 d時(shí)均高于CK。與施加CMC-NH4不同的是，施加CMC-Na后期，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高小麥株高呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。由圖7可知，施加CMC-K對(duì)小麥生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，與前2組處理不同的是，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)C5處理小麥沒(méi)有表現(xiàn)出明顯被抑制狀態(tài)，在后期株高反而高于CK。低質(zhì)量分?jǐn)?shù)CMC-K對(duì)小麥生長(zhǎng)促進(jìn)作用更為明顯，C1在生長(zhǎng)約10 d時(shí)已高于CK，在所有處理中生長(zhǎng)狀況最好，C組處理小麥后期生長(zhǎng)株高均顯著高于CK。

圖5 施加CMC-NH4小麥株高變化Fig.5 Changes of CMC-NH4application on plant height

圖6 施加CMC-Na小麥株高變化Fig.6 Changes of CMC-Na application on plant height

圖7 施加CMC-K小麥株高變化Fig.7 Changes of CMC-K application on plant height

由圖8可知，A1、A2、A3處理與對(duì)照處理相比能夠顯著提高小麥地上部分生物量，而A5處理生物量顯著低于對(duì)照處理。由圖9可知，B1、B2、B3、B4都能夠顯著提高小麥生物量，其中B2和B4處理小麥生物量較高，分別較對(duì)照提高了221%和229%。由圖10可知，C1處理生物量顯著高于對(duì)照，而C4、C5處理生物量顯著低于對(duì)照。3種纖維素中，施加CMC-NH4最有利于小麥苗期生物量積累，3%的纖維素不僅不利于生物量的積累，反而對(duì)生物量的積累產(chǎn)生一定抑制作用。

圖8 施加CMC-NH4小麥生物量變化Fig.8 Changes of CMC-NH4application on wheat biomass

圖9 施加CMC-Na小麥生物量變化Fig.9 Changes of CMC-K application on wheat biomass

圖10 施加CMC-K小麥生物量變化Fig.10 Changes of CMC-NH4 application on wheat biomass

2.3 不同改性纖維素對(duì)土壤理化性狀的影響

如表2所示，施加纖維素后對(duì)土壤理化性狀有所改變。施加CMC-NH4和CMC-K能夠降低土壤pH，而CMC-Na呈堿性，施加后土壤pH升高。新造土壤土質(zhì)疏松，加入纖維素材料后增強(qiáng)土壤粘合性，其中加入CMC-Na后土壤緊實(shí)度增強(qiáng)效果最為顯著，土壤成塊性明顯，硬度增強(qiáng)。施加CMC-NH4后，A2、A3處理土壤結(jié)塊，硬度增強(qiáng)；A4、A5土壤表層變硬。施加CMC-K對(duì)土壤物理性狀改變較小。對(duì)盆栽土壤澆水過(guò)程總流失量稱量發(fā)現(xiàn)，施加纖維材料有利于減少土壤在澆水過(guò)程中隨水分的流失，施加CMC-NH4和CMC-K都隨著纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增高流失量增大，而施加CMC-Na后，除B1處理外，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大流失量呈減少趨勢(shì)，但施加纖維素的土壤流失量較之于對(duì)照有明顯減少。由表中可以看出，CMC-Na對(duì)土壤理化性狀改變較大，而CMC-K對(duì)土壤理化性狀影響最小。

表2 施加改性纖維素各處理土壤理化性狀Table 2 Application of modified cellulose soil physical and chemical properties

2.4 不同改性纖維素對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

如表3所示，施加CMC-NH4后，土壤中堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨CMC-NH4用量的增加而顯著增加，施用CMC-NH4能夠有效地補(bǔ)充土壤氮素養(yǎng)分。施加CMC-Na后，土壤中速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于對(duì)照，而土壤有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)在CMC-Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%以上時(shí)顯著性增加。施加CMC-K后，土壤中有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照，隨CMC-K用量的增加土壤中有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著增加趨勢(shì)，說(shuō)明CMC-K能夠?yàn)橥寥捞峁┾浰仞B(yǎng)分，但土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理間無(wú)顯著差異，土壤速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于對(duì)照。

表3 施用改性纖維素各處理土壤養(yǎng)分比較Table 3 Comparison of soil nutrients in modified cellulose

注：同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column indicated significant difference among treatments(P<0.05).

3 討 論

纖維素具有吸收和保蓄水分的作用。本研究結(jié)果表明，3種纖維素均具有一定吸收、保蓄水分的能力，施入土壤后具有良好的吸水性，吸水膨脹形成水凝膠[21]。改性后的纖維素比表面積增大[22]，通過(guò)包裹等物理吸附將土壤中的水分和養(yǎng)分固定在纖維素中，并在后期進(jìn)行緩慢的釋放，從而能夠提高水肥的利用效率。在小麥生長(zhǎng)過(guò)程中，纖維素能夠減少水分的無(wú)效蒸發(fā)，提高土壤含水量。由于3種纖維素取代度和粘度不同，在施入土壤后表現(xiàn)的吸水效果也不相同[23]。在土壤干旱脅迫中，纖維素能夠?qū)⑽盏乃志徛尫牛鰪?qiáng)土壤的保水能力，與前人的研究結(jié)果相一致[24]。隨著纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，土壤含水量呈增加趨勢(shì)，這與宋海燕等[25]的研究結(jié)果一致。

適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)改性纖維素對(duì)小麥生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用，不同纖維素處理對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響存在差異。施加纖維素的土壤能夠涵養(yǎng)水分并將其供應(yīng)給小麥[26]，保證小麥的正常生長(zhǎng)。但添加3% CMC-NH4和CMC-Na對(duì)小麥生長(zhǎng)產(chǎn)生阻礙作用，推測(cè)可能的原因是纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高導(dǎo)致土壤板結(jié)，土壤的通氣性下降[27]，對(duì)小麥出芽和生長(zhǎng)的阻力太大；也可能由于纖維素吸水倍率高，纖維素在小麥出苗階段與其爭(zhēng)奪土壤中水分，導(dǎo)致小麥出苗率低生長(zhǎng)受阻。施加適量質(zhì)量分?jǐn)?shù)的纖維素有利于小麥地上部分生物量的積累，其中以CMC-Na效果最為顯著，這與楊永輝等[28]對(duì)冬小麥生物量研究結(jié)果一致。施加纖維素為0.1%時(shí)，都會(huì)顯著增加小麥生物量，而施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，不僅對(duì)生物量積累沒(méi)有促進(jìn)作用，反而會(huì)產(chǎn)生阻礙作用。由于纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高導(dǎo)致吸水量大，從而與小麥根系爭(zhēng)奪水分影響小麥株高以及生物量的積累。通過(guò)小麥株高和生物量積累說(shuō)明纖維素的施加質(zhì)量分?jǐn)?shù)并非越多越好，只有適量才能夠有效促進(jìn)小麥生長(zhǎng)，過(guò)高過(guò)低的施用量均達(dá)不到最佳的作用效果。

施加改性纖維素對(duì)土壤理化性質(zhì)有所改變。延安安塞區(qū)新造土壤pH為8.22，施加溶于水后呈酸性的CMC-NH4能夠降低土壤pH，而施加CMC-Na和CMC-K會(huì)使土壤pH升高，前人研究表明，當(dāng)pH為6.5時(shí)是小麥種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)的最適值[29]。施加纖維素能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，白文波等[30]研究發(fā)現(xiàn)土壤中加入保水劑能夠使土壤體積膨脹、總孔隙度增加、密度降低。在本研究中發(fā)現(xiàn)，施加CMC-Na土壤緊實(shí)度顯著增強(qiáng)，由于CMC-Na具有較強(qiáng)的極性[31]，在土壤中會(huì)使土壤粘合度增強(qiáng)，土壤硬度提高，緊實(shí)度增強(qiáng)。土壤施加CMC-Na后粘合作用較強(qiáng)，澆水時(shí)水分無(wú)法及時(shí)吸收，水流失的同時(shí)會(huì)帶動(dòng)土壤一起流失。施加CMC-NH4對(duì)土壤流失有減少作用，隨著CMC-NH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，土壤流失量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，由于低質(zhì)量分?jǐn)?shù)纖維素成塊性好土壤粘合作用強(qiáng)，纖維素恰好能吸附土壤水分使其不流失。CMC-K作為3種纖維素中吸水速率最快的材料，其自身極性小，施入土壤后不會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，但對(duì)減少土壤流失同樣具有顯著效果。

養(yǎng)分積累是生物量積累的基礎(chǔ)，也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，提高養(yǎng)分吸收能力、保證養(yǎng)分充足的供應(yīng)是作物高產(chǎn)的關(guān)鍵[9]。改性纖維素與保水劑類似，能夠吸附土壤中的養(yǎng)分并在后期進(jìn)行緩慢釋放，從而能夠減少可溶性養(yǎng)分的淋溶流失，使養(yǎng)分能夠提供植物生長(zhǎng)需求[32]。不同的是，CMC-NH4和CMC-K在改性后纖維素中包含的氮元素和鉀元素也能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供養(yǎng)分。本研究中發(fā)現(xiàn)，施加CMC-NH4土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照處理，而且隨著CMC-NH4質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高土壤堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增高，說(shuō)明CMC-NH4中氮素能夠釋放到土壤當(dāng)中，氮的供給是決定作物產(chǎn)量最重要的因素[33]。前人研究發(fā)現(xiàn)，土壤中加入保水劑對(duì)尿素有很好的緩釋作用，緩控釋肥能夠顯著提高肥料的利用效率，甚至效果超過(guò)分次施肥處理[34]，施加CMC-NH4后不僅可以滿足植物對(duì)氮素的需求，同時(shí)也能夠保證纖維素在后期的持續(xù)供氮能力[35]。鉀元素參與作物光合作用、光呼吸以及作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程[36]，作物利用鉀元素會(huì)使得根際土壤中鉀濃度低于土壤中水溶性鉀濃度(0.1～1 mol·L-1)[37]，缺乏鉀元素會(huì)影響作物生長(zhǎng)甚至?xí)绊懽魑镔|(zhì)量和產(chǎn)量[38]。施用CMC-K后土壤有效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高，說(shuō)明CMC-K中鉀元素能夠釋放到土壤當(dāng)中，后期能夠?qū)ψ魑镌霎a(chǎn)有促進(jìn)作用[39]。但土壤中速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相比于對(duì)照顯著降低，推測(cè)CMC-K會(huì)與磷酸二銨發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)中磷被消耗；或由于CMC-K中可能含有雜質(zhì)(鈣、鎂離子)與磷酸二銨反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)法直接被作物利用的沉淀。纖維素施于土壤后能夠吸附土壤養(yǎng)分并有較好的固持作用，與前人研究結(jié)果一致[40]，但土壤中速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于對(duì)照處理，說(shuō)明纖維素對(duì)土壤磷素的吸持或活化能力較弱，這與馬征等[41]研究保水劑對(duì)土壤磷的研究結(jié)果一致。

施加改性纖維素不僅對(duì)土壤水分、養(yǎng)分起到保蓄作用，在作物需要時(shí)供給作物，同時(shí)也能夠提供作物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，能夠減少化肥的使用，減少化肥分次施入產(chǎn)生的勞動(dòng)成本，也可以減少化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞以及對(duì)資源可持續(xù)利用的威脅。但質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高會(huì)對(duì)土壤理化性狀改變較大，會(huì)影響小麥出苗以及正常的生長(zhǎng)過(guò)程。綜合土壤水分、作物生長(zhǎng)、土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分的變化情況，纖維素材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低過(guò)高均不能達(dá)到理想作用效果。

4 結(jié) 論

(1)改性纖維素能夠提高土壤含水量，減少土壤水分蒸發(fā)，隨著纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高土壤含水量呈增加趨勢(shì)。再進(jìn)行干旱處理后，纖維素中水分能夠釋放。施加3% CMC-Na，土壤含水量最高，證明CMC-Na保水效果最好。

(2)纖維素在保水的同時(shí)也有一定保肥效果，能夠吸附土壤中養(yǎng)分并在后期進(jìn)行釋放，能夠提高養(yǎng)分利用效率。除此之外，CMC-NH4和CMC-K能夠分別提高植株生長(zhǎng)所需要的氮素和鉀元素，一定程度可減少化肥的用量從而減少化肥對(duì)環(huán)境的破壞作用。

(3)適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性纖維素對(duì)小麥植株生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用，3種纖維素對(duì)小麥株高促進(jìn)作用為CMC-Na>CMC-K>CMC-NH4。低質(zhì)量分?jǐn)?shù)纖維素有利于小麥生長(zhǎng)及地上部分生物量積累而纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高對(duì)小麥生長(zhǎng)會(huì)有一定抑制作用。田間施用量應(yīng)低于3%，施用時(shí)間宜在植株出苗后進(jìn)行側(cè)施，以減少纖維素對(duì)小麥出苗的影響。

(4)土壤施加改性纖維素后對(duì)其理化性狀產(chǎn)生一定改變，施加纖維素后，土壤成塊性增強(qiáng)，表面形成結(jié)皮，能夠在一定程度上減少澆水過(guò)程中產(chǎn)生的土壤流失量，使土壤粘合作用增強(qiáng)。但由于CMC-Na和CMC-K均為堿性纖維素，在黃土高原弱堿性土壤中施用量要進(jìn)行適當(dāng)控制。

(5)綜合土壤水分、養(yǎng)分、物理性狀和小麥植株生長(zhǎng)情況進(jìn)行比較，施加纖維素有利于土壤水分和養(yǎng)分的保持以及后期釋放，將土壤中水分和養(yǎng)分供給植株，促進(jìn)植株生長(zhǎng)以及生物量的積累，而且能夠增強(qiáng)土壤粘合作用。纖維素最佳施用量為土壤質(zhì)量的0.5%～1%，纖維素施加方法為植株出苗后進(jìn)行開(kāi)溝側(cè)施。