化控复配对盐碱地向日葵生长影响的初步研究

徐 冰，于 健，李泽坤，鲁耀泽，田德龙，宋日权

(1.水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特 010020；2.内蒙古自治区水利科学研究院，呼和浩特 010020；3.内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018)

0 引 言

内蒙古河套灌区灌溉面积约57.4 万hm2，盐碱地面积约43.1 万hm2[1]，土壤盐碱化以及次生盐碱化严重制约了当地农业的发展。研究表明，化学调控制剂(SAP、PAM)可以有效降低土壤密度[2]，增加土壤孔隙度[3]，提高稳定团聚体数量[4-6]，增加降水入渗。同时可以促进土壤保水、保肥，防止水土流失[7-10,17-19]，减少土壤水分蒸发和土壤表面结皮[11]，有效抑制土壤盐分的积累，改善水土环境，进而提高作物幼苗成活率[12]，促进作物生长[13,14]。随着工作的深入，研究发现土壤中施入粉煤灰后不仅可以起到与化学制剂相似的改良作用，还可以增强土壤中微生物的活性，使土壤中有机质分解加快[15]，并且粉煤灰中含有作物生长所必需的N、P、K等元素，可以更好地促进作物生长[16]。然而，原有研究多集中于SAP、PAM或粉煤灰单施对土壤理化性质和作物生长的影响，基于化控复配的研究逐步成为热点。内蒙古煤炭储量居全国前列，粉煤灰产量巨大，大量粉煤灰弃置不仅占用土地，而且对周围环境也造成了危害，因而采用粉煤灰改良盐碱地的同时，还可以为粉煤灰的利用提供新途径。为此，本研究将SAP、PAM和粉煤灰联合施用，研究不同复施比例对向日葵生长及水分利用效率的影响，为河套灌区化控复配改良盐碱地技术的发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古磴口县坝楞村，东临黄河，西接乌兰布和沙漠，年降水量142.7 mm，年均蒸发量2 381.8 mm，年均气温7.6 ℃，日照时间3 209.5 h，无霜期136～144 d。试验区土壤为灌淤土，灌淤层厚度平均为1.0 m，耕层土壤田间持水率23%，总孔隙度43.65%，0～60 cm土层密度为1.48 g/cm3，全盐量多为1.5～3 g/kg，有机质为10 g/kg，生育期地下水位埋深平均为1.5 m。

1.2 试验方法与材料

采用田间对比试验，以不施SAP、PAM和粉煤灰为对照(CK)处理，分别设置30、45、60 kg/hm2的SAP与15 t/hm2的粉煤灰复配和15、30、45 kg/hm2的PAM与15 t/hm2的粉煤灰复配6个处理，每个处理3次重复，共21个试验小区，单个小区面积60 m2(4×15 m)。保水剂采用的是BJ2101-L，颗粒粒径为1.4～6 mm。聚丙烯酰胺(PAM)采用的是分子量为1 200万Da。粉煤灰平均粒径约为0.01～100 μm，平均密度约为0.81～1.16 g/cm3。供试作物为美葵363，株距30 cm，行距40 cm，采用70 cm地膜，膜间距76 cm。于2014年5月27日播种，9月13日收获。施底肥(二胺)375 kg/hm2，追施尿素300 kg/hm2。SAP和PAM采用穴施，粉煤灰播前撒小区然后翻耕。试验区采用地面灌溉，灌溉水来源于黄河，矿化度平均为0.32 g/L。种植前(5月初)灌水1次，田间毛灌水量1 650 m3/hm2；全生育期灌水2次，现蕾期(7月16日)田间毛灌水量1 050 m3/hm2，开花期(8月11日)田间毛灌水量900 m3/hm2；其他农艺措施参照当地习惯。试验设计及处理参数见表1。

表1 试验设计及处理 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

在向日葵苗期、现蕾期、开花期、灌浆期、成熟期，每小区随机选取10株长势代表其小区的植株进行株高和茎粗的测量。在收获期每小区随机选取10株长势能代表其小区的植株，进行生物量及其产量的测定。用SPSS17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对向日葵株高的影响

株高是表征向日葵生长状况的指标之一，各处理向日葵株高变幅大小不一(图1)，但生育期施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰的处理株高均明显高于CK。苗期K1、K2、K3处理分别较CK高9.57%、18.48%、14.78%，K2、K3与CK差异达到显著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6处理分别较CK高32.61%、43.26%、41.30%，差异达到显著性水平(P<0.05)。现蕾期K1、K2、K3分别较CK高9.83%、17.99%、13.18%，差异达到显著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分别较CK高28.05%、31.93%、30.81%，差异达到显著性水平(P<0.05)。开花期K1、K2、K3分别较CK高20.23%、25.19%、21.12%，且差异达到显著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分别较CK高25.19%、30.92%、26.64%，且K5与K1、K3、CK间差异性均达到显著水平(P<0.05)。灌浆期各处理向日葵株高达到全生育期最大，K1、K2、K3分别较CK高13.94%、19.08%、14.51%，且K2与其他处理差异达到显著性水平(P<0.05)； K4、K5、K6分别较CK高19.08%、23.94%、16.83%，且差异达到显著性水平(P<0.05)。进入成熟期后花盘重量增加，花盘下垂，导致向日葵株高略有下降，但K1、K2、K3分别较CK高19.54%、27.13%、25.67%，且差异达到显著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分别较CK高28.22%、30.80%、25.21%，且差异达到显著性水平(P<0.05)。综上可以看出，SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰处理均促进了各生育期向日葵株高的生长。

图1 向日葵全生育期各处理株高变化Fig.1 Changes of plant height of sunflower in different treatments during the whole growth period 注：相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同字母表示差异性显著(P<0.05)，下同。

2.2 不同处理对向日葵茎粗的影响

径粗同样是反映向日葵长势指标之一，各处理向日葵径粗全生育期变幅大小不一，但施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰各处理茎粗均大于CK(图2)。苗期各处理间茎粗差异不显著(P>0.05)。现蕾期K1、K2、K3处理分别较CK高19.04%、25.43%、23.12%，差异达到显著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6处理分别较CK高19.56%、19.77%、15.66%，差异达到显著性水平(P<0.05)。开花期K1、K2、K3处理分别较CK高11.22%、14.63%、12.68%，K4、K5、K6处理分别较CK高10.73%、11.22%、9.76%，除K2、K3处理与CK差异达到显著性水平(P<0.05)，其他处理间差异不显著(P>0.05)。灌浆期茎粗达到生育期最大，K1、K2、K3处理分别较CK高5.03%、13.96%、13.08%，K4、K5、K6处理分别较CK高9.43%、13.21%、9.81%，除K2、K3、K5处理与CK差异达到显著性水平(P<0.05)，其他处理间差异不显著(P>0.05)。进入成熟期，向日葵由前期的营养生长转变为生殖生长，此时期植株体内水分减少，茎粗略有减小，但K1、K2、K3处理分别较CK高13.33%、20.00%、10.37%，K4、K5、K6处理分别较CK高12.44%、17.04%、14.67%。各处理中，除K3与CK差异性不显著(P>0.05)，其他处理与CK差异达到显著性水平(P<0.05)。向日葵茎粗变化表明，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰在不同生育期均不同程度促进了向日葵茎粗生长，苗期由于降水少并且无灌溉，改良效果不明显，因此各处理茎粗差异性不显著。之后随着灌溉和降水的进行，SAP、PAM与粉煤灰对盐碱土的理化性质方面起到了改良效果，使得苗期后向日葵茎粗均与CK有差异性显著。

图2 向日葵全生育期各处理茎粗变化Fig.2 Changes of stem diameter of sunflower in different treatments during the whole growth period

2.3 不同处理对向日葵生物量的影响

从向日葵成熟期不同处理生物量(见表2)可以看出，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰处理生物量较CK增加明显。花盘生物量中，K3、K5、K6与CK达到显著性差异(P<0.05)，且K6增幅最大，为31.09%，其他处理差异性不显著(P>0.05)。

表2 向日葵成熟期各处理单株生物量 g/株

注：同列数后包含相同字母表示差异不显著(P>0.05)，不同字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

籽粒生物量中，K5、K6与CK达到显著性差异(P<0.05)，且K6增幅最大，为27.77%，其他处理差异性不显著(P>0.05)。茎秆生物量中， K5、K6与CK达到显著性差异(P<0.05)，且K5增幅最大，为29.30%，其他处理差异性不显著(P>0.05)。叶片生物量除处理K1与CK差异性不显著外(P>0.05)，其他处理与CK均达到显著性差异(P<0.05)，且K6增幅最大，为29.84%。综上可以看出，施用PAM+粉煤灰和SAP+粉煤灰能更好地促进向日葵生物量累积，一定量条件下，施用量越大，效果越明显。由于SAP、PAM与粉煤灰的联合调控，使得土壤结构和理化性质得到改善，并且通过调节土壤的水、肥、气、热状况提高土壤肥力，促进了作物生长，使作物的生育指标增加，从而促进作物生物量的累积。

2.4 不同处理对向日葵耗水量、产量和水分生产率的影响

河套灌区降水量少，向日葵从播种到收获有效降水量仅为53.2 mm，且主要集中在苗期、灌浆期和成熟期，现蕾期、开花期降水较少。由表3可知，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰处理耗水量高于CK，且差异达到显著性水平(P<0.05)。不同处理产量大小表现为K6>K5>K3>K2>K4>K1>CK，K1、K2、K3、K4、K5、K6产量较CK分别提高8.77%、16.67%、20.49%、16.03%、22.51%、26.46%，且差异较CK达到显著性水平(P<0.05)，水分生产率分别提高4.96%、12.07%、13.54%、13.26%、16.80%、18.04%，除K1外差异较CK达到显著性水平(P<0.05)。虽然施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰处理耗水量较CK增加，但是由于产量显著增加，故水分生产率均显著提高。综上可以看出，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰对盐碱地向日葵增产效果较明显，由于SAP、PAM与粉煤灰复配一方面改善了土壤环境，促进了向日葵的生长，从而使产量增加，另一方面粉煤灰中含有的N、P、K等作物所需元素，同样可以促进作物生长[13]。

表3 向日葵各处理耗水量、产量和水分生产率Tab.3 Water consumption, yield and water productivity ofsunflower under different treatments

3 讨 论

SAP与粉煤灰复配和PAM与粉煤灰复配均提高了向日葵的产量和水分生产率。这与前人单施SAP、PAM、粉煤灰在向日葵、玉米等作物上的研究结果相同[8,10,14,15]。试验地土壤为灌淤土，透气性差，土壤含盐量高，不利于作物生长。而BJ2101-L保水剂是一种大颗粒保水剂，施于土壤吸水后会随着水分的缓慢释放进行收缩，膨胀-收缩会形成较大的土壤孔隙，增加土壤透气性[9]。施用PAM不但可保持和吸收大量的水分，而且还可调节土壤物理结构，改善土壤通透性，减少土壤盐分表聚[14]。而粉煤灰与SAP、PAM在改良土壤结构，增大土壤孔隙度等方面具有相似的性质，可能SAP与粉煤灰复配和PAM与粉煤灰复配较单施SAP、PAM、粉煤灰强化了改善土壤结构的作用和保水性，为向日葵的生长提供了更好的土壤环境，促进了向日葵的生长和增产。

相同施用量PAM与粉煤灰复配较SAP与粉煤灰复配更能促进作物增产，可能是由于SAP与粉煤灰复配虽然强化了土壤的保水性，但是作物能利用的有效水一定，保持在土壤中的水分并没有完全被有效利用。同时，作物生育中期，随着追肥的进行，SAP的吸水性受到了氮、磷、钾肥的影响而降低，降低了土壤的持水性，从而影响到了作物生长[11]。而PAM与粉煤灰复配更好的改善了土壤的透气性，减少土壤水分蒸发，减少盐分表聚。与此同时PAM能够减少土壤中N、P、K的淋洗，促进了作物对其吸收[11]，进一步促进了肥料的利用，从而使PAM与粉煤灰复配更好地促进作物了生长。而侯冠男等[8]研究也表明单施PAM较单施SAP更能提高作物产量。本研究与其结论相似。

4 结 语

(1)SAP、PAM与粉煤灰复配促进了向日葵产量和水分生产率的提高。其中，施用SAP+粉煤灰(30、45、60 kg/hm2+15 t/hm2)和PAM+粉煤灰(15、30、45 kg/hm2+15 t/hm2)使向日葵产量分别提高8.77%、16.67%、20.49%、16.03%、22.51%、26.46%，水分生产率分别提高4.96%、12.07%、13.54%、13.26%、16.80%、18.04%。

(2)盐碱地向日葵产量和水分生产率随一定量粉煤灰(15 t/hm2)条件下SAP、PAM施用量的增加而增加，在不考虑投入成本等因素的前提下，就增加产量和水分生产率而言，PAM+粉煤灰(45 kg/hm2+15 t/hm2)较SAP+粉煤灰(60 kg/hm2+15 t/hm2)的增幅大，因此45 kg/hm2的PAM与15 t/hm2的粉煤灰复配的效果最佳。

(3)由于本文仅采用2014年一年数据进行了初步研究，最优复配比例是依据产量和水分生产率的改善效果而得出，尚未能从作用机理上进行解释，下一步应从不同复配方案对盐碱地土壤盐分、养分、水分迁移转化、作物生理的影响和作用机制等方面进行深入研究，进一步增加结果的准确性和适用性。

□

[1] 王学全，高前兆，卢 琦. 内蒙古河套灌区水资源高效利用与盐渍化调控[J]. 干旱区资源与环境，2005，19(6)：118-123.

[2] 员学锋，汪有科，吴普特，等. PAM对土壤物理性状影响的试验研究及机理分析[J].水土保持学报，2005,9(2)：37-40.

[3] 刘慧军，刘景辉，于 健，等. 土壤改良剂对土壤紧实度及燕麦生长状况的影响[J]．水土保持通报，2013，33(3)：130-134.

[4] 韩凤朋，郑纪勇，李占斌，等. PAM 对土壤物理性状以及水分分布的影响[J].农业工程学报，2010，26(4)：70-74.

[5] Sojka R E， Bjorneberg D L， Entry J A，et al. Polyacrylamide in agriculture and environmental land management[J]. Advances in Agronomy, 2007,92:75-162.

[6] Liu J H，Wang W B，Wang A Q，et al. Synthesis，characterization，and swelling behavious of chitosan-g-poly(acrylic acid)/poly (vinyl alcohol)semi-IPN super absorb hydrogels[J].Polymers for Advanced Technologies，2011,22(5)：627-634.

[7] 于 健，雷廷武，Isaac Shainberg，等.不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响[J].农业工程学报，2010，26(7):38-44.

[8] 侯冠男，刘景辉，郝景慧，等. SAP、PAM对土壤水分及小麦生长发育和产量的影响[J].中国农学通报，2012,28(18):102-106.

[9] 杜社妮，白岗栓，于 健，等. 保水剂施用方式对土壤水分及向日葵生长的影响[J]. 水土保持学报，2007,25(4)：139-143.

[10] 姜 波，于 健，李 平，等. PAM·SAP及其复配对地温和小麦生长的影响[J].安徽农业科学，2013，41(12)；5 315-5 319.

[11] 雷廷武，唐泽军，于 健，等. 坡面土壤侵蚀动力过程与化学调控技术[M]．北京：科学出版社，2010:25-64.

[12] 耿桂俊，白岗栓，于 健，等. 保水剂施用方式对土壤水盐及番茄生长的影响. [J]. 中国水土保持科学，2011,9(3):65-70.

[13] 侯贤清，李 荣，何文寿，等. 2种保水剂对旱作土壤物理性状及马铃薯产量的影响比较[J].核农学报，2015，29(12)：2 410-2 417.

[14] 白岗栓，邹超煜，杜社妮，等. 聚丙烯酰胺对干旱半干旱区不同作物水分利用及产值的影响[J]. 农业工程学报，2015，31(23)：101-110．

[15] 汪海珍，徐建民，谢正苗，等. 粉煤灰对土壤和作物生长的影响[J]. 土壤与环境，1999,8(4)：305-308.

[16] 李志强，梁永超，褚贵新，等. 粉煤灰对加工番茄生长与养分吸收的影响及对春小麦残效研究[J]. 新疆农业科学，2011，48(6)：988-995.

[17] 于 健，雷廷武，等. PAM特性对砂壤土入渗及土壤侵蚀的影响[J].土壤学报，2011，48(1)：21-26.

[18] 韩 冬，于 健，宋日权，等. 基于不同湿润速度下PAM水解过程对砂壤土入渗的影响[J]. 农业环境科学学报，2015，44(6)：1 174-1 180.

[19] 岑 睿，于 健，宋日权，等. 保水剂对半干旱区砂壤土水分运动的影响试验研究[J]. 干旱区资源与环境，2016，30(2)：122-127.