聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出特性的影響

王家寶　鄭國亮　劉海林　井玉丹　華元?jiǎng)偂〔枵?/p>

摘 要 為確定不同施肥時(shí)期橡膠樹專用肥中聚丙烯酰胺最佳用量及其養(yǎng)分釋放特性，利用間歇式性土柱淋溶試驗(yàn)，通過模擬海南省4、6、9月的降雨量，探究不同降雨量條件下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出特性的影響。結(jié)果表明：在不同降雨量條件下，橡膠樹專用肥氮鉀累積淋出量總體上均表現(xiàn)為隨著聚丙烯酰胺用量增加而減少；6次淋溶結(jié)束時(shí)，模擬4、6、9月降雨量條件下添加6%聚丙烯酰胺橡膠樹專用肥氮累積淋出量分別占總施氮量的22.88%、50.92%、59.04%，鉀累積淋出量分別占總施鉀量的35.38%、69.93%、68.81%，且均顯著小于未添加聚丙烯酰胺的處理?？梢姡诓煌鹉z樹施肥時(shí)期，添加聚丙烯酰胺均可有效延緩橡膠樹專用肥養(yǎng)分釋放，減少養(yǎng)分淋失，且當(dāng)聚丙烯酰胺用量為6%時(shí)橡膠樹專用肥緩釋效果最佳。

關(guān)鍵詞 聚丙烯酰胺；降雨量；橡膠樹專用肥；養(yǎng)分淋失

中圖分類號(hào) S145.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract In order to determine the optimum amount of PAM for the rubber tree special fertilizer and confirm nutrient release characteristics，the intermittent soil column leaching test was used to discuss the effect on characteristics of PAM to rubber tree special fertilizer nutrient leaching under simulation Hainan rainfall in April， June， September. The results showed that the accumulative nitrogen/potassium leaching were generally characterized by decreased as the increased of PAM under different rainfall conditions. At the end of six times leaching under simulation Hainan rainfall in April、June、September，when the amount of PAM was 6%，the accumulative nitrogen leaching in the ratio of total amount of nitrogen were 22.88%， 50.92%， 59.04%，respectively； the accumulative potassium leaching in the ratio of total amount of potassium were 35.38%， 69.93%， 68.81%，respectively，and significantly less than the treatment of without PAM. So in the different rubber tree fertilization time，adding PAM can effectively delay the nutrient release of rubber tree special fertilizer，reduce nutrient leaching，and the effect of slow release for rubber tree special fertilizer was the best while the amount of PAM was 6%.

Key words PAM； Rainfall； Rubber tree special fertilizer； Nutrient leaching

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.004

化肥在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，施用化肥可提高作物單產(chǎn)55%～57%，提高總產(chǎn)30%～31%，化肥投入約占其農(nóng)業(yè)全部生產(chǎn)性投入的50%[1-3]。但近些年來，由于肥料不合理施用而導(dǎo)致的養(yǎng)分損失、環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題日益凸顯，嚴(yán)重制約了中國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4-7]。

橡膠樹原產(chǎn)于亞馬遜流域，1904年引入中國種植，現(xiàn)已成為中國熱帶農(nóng)業(yè)的主要種植作物之一。為了滿足橡膠樹生長(zhǎng)需要、提高干膠的產(chǎn)量，膠園大量施用化肥[8-11]。中國植膠區(qū)主要位于熱帶至南亞熱帶地區(qū)，受季風(fēng)氣候影響，降雨量分布不均，85%的降雨量集中在5～10月份，自11月開始至翌年4～5月為明顯旱季，月降雨量低于50 mm。雨季降水強(qiáng)度大，養(yǎng)分淋失嚴(yán)重；旱季降雨偏少，水分缺乏，肥水不同步，肥料施入膠園土壤后不能高效利用。因此，為了提高肥料利用率、減少養(yǎng)分損失、維持橡膠樹高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，研究橡膠樹合理高效施肥對(duì)橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要[12-14]。

聚丙烯酰胺是一種高分子直鏈聚合物，其酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵，具有很強(qiáng)的粘聚作用和保水作用。相關(guān)研究表明，聚丙烯酰胺可增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒數(shù)量，增強(qiáng)土壤抗蝕能力，并使土壤具有較好的保水能力[15-16]。另外，聚丙烯酰胺可增強(qiáng)土壤對(duì)養(yǎng)分的吸附作用，并能通過創(chuàng)建和穩(wěn)定水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤對(duì)肥料的保持作用，減少肥料養(yǎng)分流失，提高肥料利用率[17-19]?？梢?，聚丙烯酰胺在增強(qiáng)土壤保水性能、改良土壤結(jié)構(gòu)、減少土壤水分和養(yǎng)分流失方面，均能發(fā)揮積極的作用。但聚丙烯酰胺的加入量以及在不同降雨量下對(duì)肥料養(yǎng)分的緩釋性能評(píng)價(jià)還鮮有報(bào)道。為此，本文將聚丙烯酰胺按不同比例與橡膠樹專用肥混合，通過淋溶試驗(yàn)研究了4、6、9月（橡膠生產(chǎn)中的3次施肥時(shí)期分別為每年的4月、6月和9月）降雨量條件下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋失的影響，以期為橡膠樹合理高效施肥提供技術(shù)參考，并為研制適宜在天然橡膠生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的新型橡膠樹專用肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

聚丙烯酰胺：為直鏈狀聚合物，白色小顆粒，由十萬個(gè)以上的單體聚合構(gòu)成，分子量3 000萬，其酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附形成氫鍵，具有很強(qiáng)的粘聚作用和保水作用。

供試肥料：橡膠樹專用肥，用尿素、氯化鉀和過磷酸鈣按照橡膠樹專用肥的配比進(jìn)行配制，配比為N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 9 ∶ 6。

供試土壤：供試土壤采自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所五隊(duì)試驗(yàn)基地，其基本性質(zhì)見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)分別在模擬橡膠樹每年施肥期4、6、9月份降雨量條件下開展間歇性土柱淋溶試驗(yàn)，探究不同降雨量條件下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋失的影響。聚丙烯酰胺用量比按2%、3%、4%、5%、6%分別與肥料混合，每個(gè)處理5次重復(fù)（表2）。

1.2.2 土柱淋溶試驗(yàn) 向長(zhǎng)40 cm、內(nèi)徑5 cm，用200目尼龍網(wǎng)布封底的PVC管中加入3 mm洗凈沙粒100 g（高約4 cm），然后裝入過1 mm篩供試風(fēng)干土壤400 g（高約20 cm），壓實(shí)，再在其上方裝入與聚丙烯酰胺充分混勻的15 g橡膠樹專用肥，再加入過1 mm篩供試風(fēng)干土壤100 g（高約5 cm），最后以過3 mm篩洗凈沙粒覆蓋100 g（高約4 cm），以免淋溶時(shí)擾亂土層。土柱制備完成后將其擺放在特制土柱淋溶架上，加270 mL去離子水使土壤水分接近飽和（前期試驗(yàn)），但不會(huì)有過量去離子水自土柱滲出。保濕放置24 h后進(jìn)行土柱淋溶試驗(yàn)，分別向土柱中加去離子水28、75、103 mL（去離子水用量根據(jù)海南近10 a內(nèi)的4、6、9月份平均降雨量確定）進(jìn)行淋溶，用錐形瓶收集淋溶液，待不再有水滴出為止，對(duì)淋溶液搖勻，取樣，測(cè)定淋溶液氮、鉀含量。以刺有小孔的塑料薄膜封閉PVC管上口，室溫培養(yǎng)5 d后，繼續(xù)添加與前一次等量去離子水進(jìn)行第2次淋溶，同時(shí)收集淋出液，搖勻，取樣液進(jìn)行分析。以后各次按同樣方法進(jìn)行操作，5 d淋溶1次共淋溶6次[20]。

1.2.3 淋溶液養(yǎng)分分析測(cè)定 土壤的基本理化性質(zhì)采用常規(guī)農(nóng)化分析方法進(jìn)行測(cè)定[21]，淋溶液中氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定、鉀采用火焰光度法進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft office Excel 2010軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和繪制圖表；采用SPSS13.0進(jìn)行方差分析及顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬4月降雨量下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出量的影響

圖1為模擬4月降雨量下添加聚丙烯酰胺的橡膠樹專用肥養(yǎng)分累積淋出量特征曲線。由圖1可知，在6次淋溶過程中，各處理單次養(yǎng)分淋出量基本維持在一固定值，且添加聚丙烯酰胺各處理的N、K素的累積淋出量均少于同時(shí)期的不添加處理，但各處理N素與K素的累積淋出量特征曲線存在一定差異。

由圖1-a可知，第1次淋溶后，添加0、2%、3%、4%、5%、6%聚丙烯酰胺處理N素淋出量分別占總施氮量的38.14%、33.64%、24.45%、20.83%、18.36%、15.71%，6次淋溶結(jié)束后，各處理N素累積淋出量分別占施用N素總量的44.98%、41.18%、31.89%、28.59%、25.18%、22.88%，橡膠樹專用肥N素累積淋出總量隨著聚丙烯酰胺用量增加而減少，且添加2%、3%、4%、5%、6%聚丙烯酰胺的橡膠樹專用肥處理的N素累積淋出量均與不添加處理差異顯著（表3）。由此可見，模擬4月降雨量下，添加聚丙烯酰胺可有效減少橡膠樹專用肥氮素淋失，養(yǎng)分緩釋作用明顯，且以添加6%聚丙烯酰胺效果最佳。

模擬4月降雨量下聚丙烯酰胺與橡膠樹專用肥混施處理K素淋出量特征曲線見圖1-b。由圖可知，首次淋溶后，添加6%聚丙烯酰胺的橡膠樹專用肥處理的K素淋出量最小，占總施鉀量的8.39%，而未添加聚丙烯酰胺處理的K素淋出量占總施鉀量的24.15%，大于其余各處理。當(dāng)6次淋溶結(jié)束時(shí)，聚丙烯酰胺用量為0、2%、3%、4%、5%、6%的各處理K素累積淋出量分別占總施鉀量的54.33%、48.09%、42.39%、41.07%、38.13%、35.38%，K素累積淋出量分別較未添加處理減少了11.48%、21.97%、24.41%、29.81%、34.87%，且均表現(xiàn)為差異顯著（表3）。表明添加聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥鉀素也有較好淋失抑制作用，可有效減少鉀素淋失，且當(dāng)用量為6%時(shí)抑制淋失效果好。

2.2 模擬6月降雨量下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出量的影響

圖2為模擬6月降雨量下添加聚丙烯酰胺的橡膠樹專用肥各處理養(yǎng)分淋出量特征曲線。由圖2可知，各處理的養(yǎng)分累積淋出量特征曲線均為拋物線型，即淋溶前期橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出速率大，且隨著淋溶次數(shù)增加，養(yǎng)分淋出量逐漸減小，在6次淋溶過程中，添加聚丙烯酰胺的各處理N、K素累積淋出量均少于同時(shí)期未添加處理。由圖2-a可知，橡膠樹專用肥N素首次淋出量是隨著聚丙烯酰胺用量的增加而減少，聚丙烯酰胺用量為0、2%、3%、4%、5%和 6%處理的N素首次淋出量分別占總施氮量的47.54%、44.81%、43.25%、35.50%、32.73%、28.47%。6次淋溶后，添加聚丙烯酰胺的各處理N素累積淋出量均小于未添加處理，且差異性顯著（表4）。添加6%聚丙烯酰胺處理的N素累積淋出量小于其他處理。另外，各處理的N素累積淋出量均隨著聚丙烯酰胺用量增加而減少；聚丙烯酰胺用量為2%、3%、4%、5%、6%處理的N素累積淋出量較未添加處理分別減少了8.95%、9.66%、14.58%、18.78%、22.85%。由此可見，當(dāng)橡膠樹專用肥第二次（6月份）施用時(shí)，添加一定量聚丙烯酰胺可減少專用肥氮素的淋失，從而延長(zhǎng)其肥效期。

由圖2-b可知，隨著淋溶次數(shù)增加，橡膠樹專用肥的K素單次淋出量逐漸減少。第1次淋溶后，未添加聚丙烯酰胺處理的K素首次淋出量為總施鉀量的29.99%，而添加6%聚丙烯酰胺處理的K素淋出量最小，僅為總鉀量的18.98%。6次淋溶結(jié)束時(shí)，添加聚丙烯酰胺的各處理K素累積淋出量均少于未添加處理，且聚丙烯酰胺用量為6%的處理，比未添加聚丙烯酰胺的處理減少了6.41%，達(dá)到顯著差異水平（表4）。雖然聚丙烯酰胺用量為2%時(shí)，其K素累積淋出量略小于添加量為3%的處理，但總體趨勢(shì)為隨著聚丙烯酰胺用量的增加，K素累積淋出量減少。由此表明，模擬6月降雨量下，在橡膠樹專用肥中添加聚丙烯酰胺可起到減少肥料中鉀素淋失的作用。

2.3 模擬9月降雨量下聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出量的影響

圖3為模擬9月降雨量下添加聚丙烯酰胺橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋出量特征曲線。由圖3可知，各處理橡膠樹專用肥養(yǎng)分累積淋出量曲線形狀與模擬6月份降雨量條件下類似，也為拋物線型，但隨著模擬降雨量的增加，各處理的首次養(yǎng)分淋出量和累積淋出量均明顯高于前兩個(gè)季節(jié)，肥料的淋溶損失最為嚴(yán)重。

模擬9月降雨量下聚丙烯酰胺與橡膠樹專用肥混施處理N素淋出量特征曲線見圖3-a，由圖可知，首次淋溶后，未添加聚丙烯酰胺處理N素淋出量最多，為總施氮量的57.62%，聚丙烯酰胺用量為6%的處理最少，為總施氮量的31.85%，較未添加聚丙烯酰胺處理減少了44.73%；其次為聚丙烯酰胺用量為5%的處理，占總施氮量的45.14%，較未添加聚丙烯酰胺處理減少了21.67%。6次淋溶結(jié)束時(shí)，聚丙烯酰胺用量為0、2%、3%、4%、5%和 6%的處理N素累積淋出量分別占總施氮量的 73.98%、68.69%、66.97%、69.98%、62.41%和59.04%。添加聚丙烯酰胺的各處理N素累積淋出量均小于未添加處理，且均差異顯著（表5）。其中，聚丙烯酰胺用量為6%的處理N素累積淋出量較未添加聚丙烯酰胺處理減少幅度最大，為20.20%，其次為聚丙烯酰胺用量為5%、3%、2%和4%的處理。表明隨著淋溶次數(shù)的增加，各處理氮素的累積淋出量差異逐漸縮小，添加聚丙烯酰胺的各處理均比不添加處理的氮素累積淋出量小，且聚丙烯酰胺用量為6%處理效果最佳?？傮w上聚丙烯酰胺的用量越大對(duì)橡膠樹專用肥中的氮素淋失抑制越強(qiáng)，但在使用量為4%時(shí)出現(xiàn)異常，原因有待進(jìn)一步探究。

圖3-b為模擬9月降雨量下聚丙烯酰胺與橡膠樹專用肥混施處理K素淋出量特征曲線，由圖可知，第1次淋溶時(shí)，聚丙烯酰胺用量為2%、3%、4%、5%和6%處理的鉀素淋出量分別占施用鉀素總量的31.43%、36.88%、37.21%、33.07%和17.10%，均低于未添加處理，且聚丙烯酰胺用量為6%的處理較未添加處理減少達(dá)22.81%。6次淋溶結(jié)束后，未加聚丙烯酰胺的處理的K素累積淋出量最大，為總施鉀量的79.87%，與添加聚丙烯酰胺的各處理差異顯著（表5）。其中聚丙烯酰胺用量6%處理的鉀素累積淋出量明顯低于其他處理，較不添加聚丙烯酰胺處理減少了14.87%。說明添加聚丙烯酰胺對(duì)橡膠樹專用肥中的鉀具有一定的緩釋作用，且當(dāng)添加量為6%時(shí)，緩釋效果最佳。

3 討論與結(jié)論

養(yǎng)分在土體中釋放時(shí)間的長(zhǎng)短是評(píng)價(jià)肥料緩釋效果的一個(gè)主要因素，相關(guān)研究表明，由于聚丙烯酰胺具有極強(qiáng)的粘聚和保水能力的特性，其施用后由于對(duì)土壤中水分流動(dòng)的影響，可以大幅度降低土壤中N、K等養(yǎng)分的流失，達(dá)到保水保肥的目的[22]。莊文化[23]等研究表明，在土壤中施用聚丙烯酸鈉保水劑可以通過改善土壤通透性、增加土壤大團(tuán)聚體的數(shù)量，使土壤結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，從而減少肥料的淋失，有利于植物生長(zhǎng)。本研究表明，在模擬3個(gè)不同月份的降雨量淋溶試驗(yàn)中，加入不同量的聚丙烯酰胺均能有效減少橡膠樹專用肥中N、K素的淋失，且對(duì)減少N、K素淋失的效果總體上隨著聚丙烯酰胺加入量的增加而增加。當(dāng)聚丙烯酰胺的加入量為6%時(shí)，模擬4、6、9 3個(gè)不同月份降雨量的淋溶試驗(yàn)中，相對(duì)于對(duì)照處理，橡膠樹專用肥中N素的累積淋出量分別減少了49.13%、22.85%、20.20%；K素累積淋出量分別減少了34.87%、6.41%、14.87%，均高于同一時(shí)期其他處理，說明當(dāng)聚丙烯酰胺的加入量為6%時(shí)，對(duì)減少橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋失的效果最佳。

在降雨量豐富的熱帶地區(qū)，土壤養(yǎng)分淋失是養(yǎng)分高效利用的一個(gè)重要制約因素。于健[24]等的研究表明，由于聚丙烯酰胺所具有的特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及多種極性基團(tuán)，可以將土壤中的水分牢牢鎖住，從而增加土壤的入滲率，減少土壤侵蝕。同時(shí)，聚丙烯酰胺對(duì)于增加土壤顆粒間的凝聚力、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等方面也有較好的效果。降雨量是影響?zhàn)B分淋失的一個(gè)主要因素，本研究通過模擬橡膠樹3個(gè)不同施肥期的降雨量，比較實(shí)際地反映出了聚丙烯酰胺對(duì)減少橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋失的效果，在一定添加量范圍內(nèi)（本研究為0、2%、3%、4%、5%、6%），隨著加入聚丙烯酰胺的量的增加，其對(duì)減少橡膠樹專用肥養(yǎng)分淋失的效果越佳，這可能是由于較高比例（6%）的聚丙烯酰胺中含有更多數(shù)量的保水、保肥的有效結(jié)構(gòu)，使得橡膠樹專用肥中的養(yǎng)分釋放更加緩慢、持久，從而減少了養(yǎng)分的淋失、增加了肥料利用率。但其在大田上的應(yīng)用以及使用后對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響等，還需進(jìn)一步研究。

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