化控復(fù)配對(duì)鹽堿地向日葵生長(zhǎng)影響的初步研究

徐 冰，于 健，李澤坤，魯耀澤，田德龍，宋日權(quán)

(1.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)灌溉面積約57.4 萬(wàn)hm2，鹽堿地面積約43.1 萬(wàn)hm2[1]，土壤鹽堿化以及次生鹽堿化嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展。研究表明，化學(xué)調(diào)控制劑(SAP、PAM)可以有效降低土壤密度[2]，增加土壤孔隙度[3]，提高穩(wěn)定團(tuán)聚體數(shù)量[4-6]，增加降水入滲。同時(shí)可以促進(jìn)土壤保水、保肥，防止水土流失[7-10,17-19]，減少土壤水分蒸發(fā)和土壤表面結(jié)皮[11]，有效抑制土壤鹽分的積累，改善水土環(huán)境，進(jìn)而提高作物幼苗成活率[12]，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[13,14]。隨著工作的深入，研究發(fā)現(xiàn)土壤中施入粉煤灰后不僅可以起到與化學(xué)制劑相似的改良作用，還可以增強(qiáng)土壤中微生物的活性，使土壤中有機(jī)質(zhì)分解加快[15]，并且粉煤灰中含有作物生長(zhǎng)所必需的N、P、K等元素，可以更好地促進(jìn)作物生長(zhǎng)[16]。然而，原有研究多集中于SAP、PAM或粉煤灰單施對(duì)土壤理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)的影響，基于化控復(fù)配的研究逐步成為熱點(diǎn)。內(nèi)蒙古煤炭?jī)?chǔ)量居全國(guó)前列，粉煤灰產(chǎn)量巨大，大量粉煤灰棄置不僅占用土地，而且對(duì)周?chē)h(huán)境也造成了危害，因而采用粉煤灰改良鹽堿地的同時(shí)，還可以為粉煤灰的利用提供新途徑。為此，本研究將SAP、PAM和粉煤灰聯(lián)合施用，研究不同復(fù)施比例對(duì)向日葵生長(zhǎng)及水分利用效率的影響，為河套灌區(qū)化控復(fù)配改良鹽堿地技術(shù)的發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古磴口縣壩楞村，東臨黃河，西接烏蘭布和沙漠，年降水量142.7 mm，年均蒸發(fā)量2 381.8 mm，年均氣溫7.6 ℃，日照時(shí)間3 209.5 h，無(wú)霜期136～144 d。試驗(yàn)區(qū)土壤為灌淤土，灌淤層厚度平均為1.0 m，耕層土壤田間持水率23%，總孔隙度43.65%，0～60 cm土層密度為1.48 g/cm3，全鹽量多為1.5～3 g/kg，有機(jī)質(zhì)為10 g/kg，生育期地下水位埋深平均為1.5 m。

1.2 試驗(yàn)方法與材料

采用田間對(duì)比試驗(yàn)，以不施SAP、PAM和粉煤灰為對(duì)照(CK)處理，分別設(shè)置30、45、60 kg/hm2的SAP與15 t/hm2的粉煤灰復(fù)配和15、30、45 kg/hm2的PAM與15 t/hm2的粉煤灰復(fù)配6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共21個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，單個(gè)小區(qū)面積60 m2(4×15 m)。保水劑采用的是BJ2101-L，顆粒粒徑為1.4～6 mm。聚丙烯酰胺(PAM)采用的是分子量為1 200萬(wàn)Da。粉煤灰平均粒徑約為0.01～100 μm，平均密度約為0.81～1.16 g/cm3。供試作物為美葵363，株距30 cm，行距40 cm，采用70 cm地膜，膜間距76 cm。于2014年5月27日播種，9月13日收獲。施底肥(二胺)375 kg/hm2，追施尿素300 kg/hm2。SAP和PAM采用穴施，粉煤灰播前撒小區(qū)然后翻耕。試驗(yàn)區(qū)采用地面灌溉，灌溉水來(lái)源于黃河，礦化度平均為0.32 g/L。種植前(5月初)灌水1次，田間毛灌水量1 650 m3/hm2；全生育期灌水2次，現(xiàn)蕾期(7月16日)田間毛灌水量1 050 m3/hm2，開(kāi)花期(8月11日)田間毛灌水量900 m3/hm2；其他農(nóng)藝措施參照當(dāng)?shù)亓?xí)慣。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及處理 kg/hm2

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

在向日葵苗期、現(xiàn)蕾期、開(kāi)花期、灌漿期、成熟期，每小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)代表其小區(qū)的植株進(jìn)行株高和莖粗的測(cè)量。在收獲期每小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)能代表其小區(qū)的植株，進(jìn)行生物量及其產(chǎn)量的測(cè)定。用SPSS17.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)向日葵株高的影響

株高是表征向日葵生長(zhǎng)狀況的指標(biāo)之一，各處理向日葵株高變幅大小不一(圖1)，但生育期施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰的處理株高均明顯高于CK。苗期K1、K2、K3處理分別較CK高9.57%、18.48%、14.78%，K2、K3與CK差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6處理分別較CK高32.61%、43.26%、41.30%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)?，F(xiàn)蕾期K1、K2、K3分別較CK高9.83%、17.99%、13.18%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分別較CK高28.05%、31.93%、30.81%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。開(kāi)花期K1、K2、K3分別較CK高20.23%、25.19%、21.12%，且差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分別較CK高25.19%、30.92%、26.64%，且K5與K1、K3、CK間差異性均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。灌漿期各處理向日葵株高達(dá)到全生育期最大，K1、K2、K3分別較CK高13.94%、19.08%、14.51%，且K2與其他處理差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)； K4、K5、K6分別較CK高19.08%、23.94%、16.83%，且差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。進(jìn)入成熟期后花盤(pán)重量增加，花盤(pán)下垂，導(dǎo)致向日葵株高略有下降，但K1、K2、K3分別較CK高19.54%、27.13%、25.67%，且差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6分別較CK高28.22%、30.80%、25.21%，且差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。綜上可以看出，SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰處理均促進(jìn)了各生育期向日葵株高的生長(zhǎng)。

圖1 向日葵全生育期各處理株高變化Fig.1 Changes of plant height of sunflower in different treatments during the whole growth period 注：相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異性顯著(P<0.05)，下同。

2.2 不同處理對(duì)向日葵莖粗的影響

徑粗同樣是反映向日葵長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)之一，各處理向日葵徑粗全生育期變幅大小不一，但施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰各處理莖粗均大于CK(圖2)。苗期各處理間莖粗差異不顯著(P>0.05)?，F(xiàn)蕾期K1、K2、K3處理分別較CK高19.04%、25.43%、23.12%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；K4、K5、K6處理分別較CK高19.56%、19.77%、15.66%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。開(kāi)花期K1、K2、K3處理分別較CK高11.22%、14.63%、12.68%，K4、K5、K6處理分別較CK高10.73%、11.22%、9.76%，除K2、K3處理與CK差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。灌漿期莖粗達(dá)到生育期最大，K1、K2、K3處理分別較CK高5.03%、13.96%、13.08%，K4、K5、K6處理分別較CK高9.43%、13.21%、9.81%，除K2、K3、K5處理與CK差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。進(jìn)入成熟期，向日葵由前期的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯成L(zhǎng)，此時(shí)期植株體內(nèi)水分減少，莖粗略有減小，但K1、K2、K3處理分別較CK高13.33%、20.00%、10.37%，K4、K5、K6處理分別較CK高12.44%、17.04%、14.67%。各處理中，除K3與CK差異性不顯著(P>0.05)，其他處理與CK差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。向日葵莖粗變化表明，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰在不同生育期均不同程度促進(jìn)了向日葵莖粗生長(zhǎng)，苗期由于降水少并且無(wú)灌溉，改良效果不明顯，因此各處理莖粗差異性不顯著。之后隨著灌溉和降水的進(jìn)行，SAP、PAM與粉煤灰對(duì)鹽堿土的理化性質(zhì)方面起到了改良效果，使得苗期后向日葵莖粗均與CK有差異性顯著。

圖2 向日葵全生育期各處理莖粗變化Fig.2 Changes of stem diameter of sunflower in different treatments during the whole growth period

2.3 不同處理對(duì)向日葵生物量的影響

從向日葵成熟期不同處理生物量(見(jiàn)表2)可以看出，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰處理生物量較CK增加明顯。花盤(pán)生物量中，K3、K5、K6與CK達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，且K6增幅最大，為31.09%，其他處理差異性不顯著(P>0.05)。

表2 向日葵成熟期各處理單株生物量 g/株

注：同列數(shù)后包含相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

籽粒生物量中，K5、K6與CK達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，且K6增幅最大，為27.77%，其他處理差異性不顯著(P>0.05)。莖稈生物量中， K5、K6與CK達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，且K5增幅最大，為29.30%，其他處理差異性不顯著(P>0.05)。葉片生物量除處理K1與CK差異性不顯著外(P>0.05)，其他處理與CK均達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，且K6增幅最大，為29.84%。綜上可以看出，施用PAM+粉煤灰和SAP+粉煤灰能更好地促進(jìn)向日葵生物量累積，一定量條件下，施用量越大，效果越明顯。由于SAP、PAM與粉煤灰的聯(lián)合調(diào)控，使得土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)得到改善，并且通過(guò)調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱狀況提高土壤肥力，促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，使作物的生育指標(biāo)增加，從而促進(jìn)作物生物量的累積。

2.4 不同處理對(duì)向日葵耗水量、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率的影響

河套灌區(qū)降水量少，向日葵從播種到收獲有效降水量?jī)H為53.2 mm，且主要集中在苗期、灌漿期和成熟期，現(xiàn)蕾期、開(kāi)花期降水較少。由表3可知，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰處理耗水量高于CK，且差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。不同處理產(chǎn)量大小表現(xiàn)為K6>K5>K3>K2>K4>K1>CK，K1、K2、K3、K4、K5、K6產(chǎn)量較CK分別提高8.77%、16.67%、20.49%、16.03%、22.51%、26.46%，且差異較CK達(dá)到顯著性水平(P<0.05)，水分生產(chǎn)率分別提高4.96%、12.07%、13.54%、13.26%、16.80%、18.04%，除K1外差異較CK達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。雖然施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰處理耗水量較CK增加，但是由于產(chǎn)量顯著增加，故水分生產(chǎn)率均顯著提高。綜上可以看出，施用SAP+粉煤灰和PAM+粉煤灰對(duì)鹽堿地向日葵增產(chǎn)效果較明顯，由于SAP、PAM與粉煤灰復(fù)配一方面改善了土壤環(huán)境，促進(jìn)了向日葵的生長(zhǎng)，從而使產(chǎn)量增加，另一方面粉煤灰中含有的N、P、K等作物所需元素，同樣可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)[13]。

表3 向日葵各處理耗水量、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率Tab.3 Water consumption, yield and water productivity ofsunflower under different treatments

3 討 論

SAP與粉煤灰復(fù)配和PAM與粉煤灰復(fù)配均提高了向日葵的產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率。這與前人單施SAP、PAM、粉煤灰在向日葵、玉米等作物上的研究結(jié)果相同[8,10,14,15]。試驗(yàn)地土壤為灌淤土，透氣性差，土壤含鹽量高，不利于作物生長(zhǎng)。而B(niǎo)J2101-L保水劑是一種大顆粒保水劑，施于土壤吸水后會(huì)隨著水分的緩慢釋放進(jìn)行收縮，膨脹-收縮會(huì)形成較大的土壤孔隙，增加土壤透氣性[9]。施用PAM不但可保持和吸收大量的水分，而且還可調(diào)節(jié)土壤物理結(jié)構(gòu)，改善土壤通透性，減少土壤鹽分表聚[14]。而粉煤灰與SAP、PAM在改良土壤結(jié)構(gòu)，增大土壤孔隙度等方面具有相似的性質(zhì)，可能SAP與粉煤灰復(fù)配和PAM與粉煤灰復(fù)配較單施SAP、PAM、粉煤灰強(qiáng)化了改善土壤結(jié)構(gòu)的作用和保水性，為向日葵的生長(zhǎng)提供了更好的土壤環(huán)境，促進(jìn)了向日葵的生長(zhǎng)和增產(chǎn)。

相同施用量PAM與粉煤灰復(fù)配較SAP與粉煤灰復(fù)配更能促進(jìn)作物增產(chǎn)，可能是由于SAP與粉煤灰復(fù)配雖然強(qiáng)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沒(méi)有完全被有效利用。同時(shí)，作物生育中期，隨著追肥的進(jìn)行，SAP的吸水性受到了氮、磷、鉀肥的影響而降低，降低了土壤的持水性，從而影響到了作物生長(zhǎng)[11]。而PAM與粉煤灰復(fù)配更好的改善了土壤的透氣性，減少土壤水分蒸發(fā)，減少鹽分表聚。與此同時(shí)PAM能夠減少土壤中N、P、K的淋洗，促進(jìn)了作物對(duì)其吸收[11]，進(jìn)一步促進(jìn)了肥料的利用，從而使PAM與粉煤灰復(fù)配更好地促進(jìn)作物了生長(zhǎng)。而侯冠男等[8]研究也表明單施PAM較單施SAP更能提高作物產(chǎn)量。本研究與其結(jié)論相似。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)SAP、PAM與粉煤灰復(fù)配促進(jìn)了向日葵產(chǎn)量和水分生產(chǎn)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)使向日葵產(chǎn)量分別提高8.77%、16.67%、20.49%、16.03%、22.51%、26.46%，水分生產(chǎn)率分別提高4.96%、12.07%、13.54%、13.26%、16.80%、18.04%。

(2)鹽堿地向日葵產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率隨一定量粉煤灰(15 t/hm2)條件下SAP、PAM施用量的增加而增加，在不考慮投入成本等因素的前提下，就增加產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率而言，PAM+粉煤灰(45 kg/hm2+15 t/hm2)較SAP+粉煤灰(60 kg/hm2+15 t/hm2)的增幅大，因此45 kg/hm2的PAM與15 t/hm2的粉煤灰復(fù)配的效果最佳。

(3)由于本文僅采用2014年一年數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步研究，最優(yōu)復(fù)配比例是依據(jù)產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率的改善效果而得出，尚未能從作用機(jī)理上進(jìn)行解釋?zhuān)乱徊綉?yīng)從不同復(fù)配方案對(duì)鹽堿地土壤鹽分、養(yǎng)分、水分遷移轉(zhuǎn)化、作物生理的影響和作用機(jī)制等方面進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步增加結(jié)果的準(zhǔn)確性和適用性。

□

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