SAP、PAM不同施用方式對(duì)干旱沙區(qū)土壤養(yǎng)分、紫花苜蓿品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

苗恒錄，徐 冰，田德龍，鄔佳賓

(水利部牧區(qū)水利科學(xué)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(yīng)性好，品質(zhì)優(yōu)良、抗逆性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，被譽(yù)為“牧草之王”[1]。內(nèi)蒙古作為全國(guó)最大的牧區(qū)，紫花苜蓿被廣泛種植。然而，由于內(nèi)蒙古西部地區(qū)降水嚴(yán)重不足，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，水資源有限，土壤沙化嚴(yán)重，不利于紫花苜蓿的生長(zhǎng)。因此，改善土壤水肥環(huán)境是干旱沙區(qū)牧草生長(zhǎng)、增產(chǎn)面臨的首要問(wèn)題?；瘜W(xué)調(diào)控技術(shù)指利用高分子材料(SAP、PAM等)進(jìn)行土壤改良，改善土壤水肥狀況，為作物生長(zhǎng)提供適宜的水-氣-肥環(huán)境。而保水劑(SAP)與土壤結(jié)構(gòu)改良劑(PAM)作為化學(xué)調(diào)控材料的代表，同時(shí)也具有極強(qiáng)的保水、保肥性[2-4]，近年來(lái)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(yīng)用于紫花苜蓿種植研究，并取得了一定的成果。由于品質(zhì)與產(chǎn)量是評(píng)價(jià)苜蓿的重要指標(biāo)[8]，本文通過(guò)利用SAP、PAM進(jìn)行不同施用方式、不同施用量的試驗(yàn)研究，以尋求促進(jìn)沙區(qū)土壤養(yǎng)分狀況、紫花苜蓿品質(zhì)改善以及產(chǎn)量增加的最佳方案，以期為干旱沙區(qū)牧草增產(chǎn)、增質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古磴口縣三海子，該地年均降水量142.7 mm，年均蒸發(fā)量2 377.1 mm，年均氣溫7.7 ℃，日照時(shí)間3 209.5 h，無(wú)霜期139 d。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)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(yàn)方法與材料

采用田間對(duì)比試驗(yàn)，以不施SAP、PAM為對(duì)照(CK)處理，分別設(shè)置SAP、PAM單施及其復(fù)配8個(gè)處理(見(jiàn)表1)，SAP、PAM施用量參照于健[14]等人在內(nèi)蒙古干旱半干旱區(qū)多年研究得出保水劑在不同作物上施用量進(jìn)行確定，每個(gè)處理3次重復(fù)，共27個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，單個(gè)小區(qū)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(wàn)Da。供試苜蓿品種為阿爾崗金，采用人工條播，播種時(shí)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(shí)施尿素150 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣600 kg/hm2，SAP采用溝施，PAM采用撒施。試驗(yàn)區(qū)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(nóng)藝措施參照河套灌區(qū)當(dāng)?shù)厥┯盟健?/p>

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

土壤養(yǎng)分測(cè)定：堿解氮采用堿解擴(kuò)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(zhì)測(cè)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(chǎn)量測(cè)定：于每茬初花期在每小區(qū)選定3個(gè)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(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL2007進(jìn)行制圖，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)土壤養(yǎng)分的影響

2.1.1 對(duì)土壤堿解氮的影響

土壤堿解氮是表征土壤氮素供應(yīng)情況，是土壤供肥能力的一個(gè)重要指標(biāo)。圖1為SAP、PAM單施和復(fù)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(shì)，但總體上T1～T4處理土壤堿解氮含量均高于CK。0～40 cm對(duì)應(yīng)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(dá)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(guān)系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復(fù)配施用土壤堿解氮含量變化如圖1(b)所示，總體變化規(guī)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(dá)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(guān)系為T6>T8>T5>T7。通過(guò)SAP、PAM單施、復(fù)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(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)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(xiàn)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(fù)配條件下T6處理效果最佳。

圖1 SAP、PAM單施與復(fù)配條件下土壤堿解氮含量變化

2.1.2 對(duì)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(biāo)。圖2為SAP、PAM單施和復(fù)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(shì)，但總體上T1～T4處理土壤速效磷含量均高于CK。0～40 cm對(duì)應(yīng)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(dá)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(guān)系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復(fù)配施用土壤速效磷含量變化如圖2(b)所示，總體變化規(guī)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(duì)應(yīng)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(dá)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(guān)系為T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM單施、復(fù)配施用對(duì)土壤速效磷影響與堿解氮相似，此處不再贅述，因而表現(xiàn)為單施條件下，T2處理效果最佳。而復(fù)配條件下，T6處理效果最佳。

圖2 SAP、PAM單施與復(fù)配條件下土壤速效磷含量變化

2.1.3 對(duì)土壤速效鉀的影響

圖3為SAP、PAM單施和復(fù)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(shì)與堿解氮變化類似，不同深度中僅T2、T4處理較CK差異達(dá)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(guān)系為T2>T4>T1>T3。SAP、PAM復(fù)配施用土壤速效鉀含量變化如圖3(b)所示，總體變化規(guī)律與單施相似。0～40 cm對(duì)應(yīng)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(dá)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(guān)系為T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM施用改善了土壤水分環(huán)境，促進(jìn)了苜蓿生長(zhǎng)及根系的發(fā)育，隨著生物量的增大及根系的生長(zhǎng)，使得根系分泌物增加，促進(jìn)了土壤中緩釋鉀或難溶性鉀的分解釋放到土壤環(huán)境中，促使土壤中較多速效鉀的生成。因而表現(xiàn)為單施條件下，T2處理效果最佳。而復(fù)配條件下，T6處理效果最佳。

圖3 SAP、PAM單施與復(fù)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(fù)配施用對(duì)于0～40 cm土層土壤各養(yǎng)分指標(biāo)(堿解氮、速效磷、速效鉀)變化表現(xiàn)出相似效果，但各處理不同深度土壤養(yǎng)分含量大小關(guān)系變化不一，可能由于土壤空間變異性較大而導(dǎo)。總體上0～40 cm土層養(yǎng)分含量平均值呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，單施條件下表現(xiàn)為相同條件下單施SAP對(duì)于各養(yǎng)分指標(biāo)的增強(qiáng)效果優(yōu)于單施PAM處理，且施用量大效果更佳。復(fù)配條件下，SAP、PAM復(fù)配施用量多的處理對(duì)于各養(yǎng)分指標(biāo)的增強(qiáng)效果優(yōu)于復(fù)配施用量少的處理。同時(shí)，SAP、PAM復(fù)配處理各養(yǎng)分指標(biāo)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(fù)配對(duì)于土壤水分、養(yǎng)分的保持效果較SAP、PAM單施效果好，另一方面復(fù)配對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)的改善，土壤通透性的改變優(yōu)于單施，同時(shí)可吸附更多土壤中的養(yǎng)分，在作物生長(zhǎng)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(jìn)作物生長(zhǎng)和提高作物產(chǎn)量，可以為紫花苜蓿生長(zhǎng)提供更為有利的條件。

2.2 不同處理對(duì)紫花苜蓿品質(zhì)的影響

牧草的品質(zhì)是評(píng)價(jià)牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一。圖4為SAP、PAM單施、復(fù)配條件下各處理兩茬品質(zhì)指標(biāo)平均值，由圖4可知，不同處理間各指標(biāo)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(duì)粗蛋白而言，T3處理增幅最大，為29.74%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；對(duì)粗灰分而言，仍然T3處理增幅最大，為19.87%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)；對(duì)粗纖維而言，不同于其他指標(biāo)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(dá)到顯著性水平(P<0.05)；對(duì)粗脂肪而言，T3處理增幅最大，為22.25%，差異達(dá)到顯著性水平(P<0.05)。從圖4(b)可以看出，SAP、PAM復(fù)配條件下品質(zhì)指標(biāo)變化規(guī)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)到顯著性水平。

圖4 單施、復(fù)配條件下不同處理紫花苜蓿兩茬品質(zhì)指標(biāo)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(biāo)中，總體上單施PAM增幅較單施SAP大，即單施PAM效果優(yōu)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(shì)，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?？赡苡捎赟AP、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(lái)源于葉片，土壤水分環(huán)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(fù)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(biāo)中，總體上SAP、PAM復(fù)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(shì)，與CK相比，SAP、PAM復(fù)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(wú)論是單施，還是復(fù)配施用，均表現(xiàn)出了相似的規(guī)律，總體上，SAP、PAM施用量越少對(duì)于粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪指標(biāo)含量的提高越有利。而對(duì)于粗纖維，則施用量越少對(duì)其降低幅度越大，粗蛋白和粗纖維含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。粗蛋白含量越高，牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，其品質(zhì)較好；SAP、PAM復(fù)配條件下，T7處理紫花苜蓿品質(zhì)較好。

2.3 不同處理對(duì)紫花苜蓿產(chǎn)量、水分生產(chǎn)率的影響

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

圖5 不同處理紫花苜蓿產(chǎn)量、水分生產(chǎn)率圖

綜上可知，SAP、PAM單施及其復(fù)配促進(jìn)了紫花苜蓿產(chǎn)量的增加以及水分生產(chǎn)率的提高。單施條件下，T2處理產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率增幅均最大。復(fù)配條件下，T6處理產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率增幅均最大。因此，在干旱沙化牧區(qū)紫花苜蓿種植應(yīng)用SAP及PAM時(shí)，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(fù)配施用，適宜施用量為45 kg/hm2SAP復(fù)配30 kg/hm2PAM。

3 討 論

施用SAP、PAM等改善了土壤養(yǎng)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(zhì)以及提高了其產(chǎn)量。這與諸多學(xué)者研究結(jié)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(jìn)紫花苜蓿增產(chǎn)的最佳施用量，劉群[16]研究表明80 kg/hm2的PAM為促進(jìn)紫花苜蓿增產(chǎn)的適宜施用量。而本試驗(yàn)設(shè)置下，對(duì)于改善土壤養(yǎng)分狀況與提高產(chǎn)量而言，單施條件下45 kg/hm2SAP效果最佳，復(fù)配條件下，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)效果最佳。造成結(jié)果不一致可能是由于本試驗(yàn)條件以及降水、灌溉等與韓廣津、劉群存在差異導(dǎo)致。而對(duì)于改善紫花苜蓿品質(zhì)而言，單施條件下15 kg/hm2PAM效果最佳，復(fù)配條件下，SAP(30 kg/hm2)+PAM(15 kg/hm2)效果最佳。改善品質(zhì)與增產(chǎn)的最佳SAP、PAM施用量不同，主要由于影響品質(zhì)因素的粗蛋白和粗纖維存在負(fù)相關(guān)。由于時(shí)間有限，本試驗(yàn)建植當(dāng)年，未進(jìn)行產(chǎn)量與品質(zhì)最佳施用量的綜合考慮，需下一步進(jìn)行深入研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)SAP、PAM單施及其復(fù)配施用改善了土壤養(yǎng)分狀況，為紫花苜蓿生長(zhǎng)提供了較好的養(yǎng)分環(huán)境。由于在土壤養(yǎng)分充分時(shí)，它吸附養(yǎng)分，起到保蓄作用；而當(dāng)作物生長(zhǎng)需要土壤供給養(yǎng)分時(shí)，保水劑將吸附到的養(yǎng)分通過(guò)交換作用供給作物，通過(guò)使用保水劑，使土壤養(yǎng)分的供給與植物對(duì)養(yǎng)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(fù)配方式下， 45 kg/hm2SAP復(fù)配30 kg/hm2PAM施用效果最佳。

(2)SAP、PAM單施及其復(fù)配施用均促進(jìn)了紫花苜蓿品質(zhì)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(shí)降低粗纖維的含量。單施方式下，15 kg/hm2PAM施用效果最佳；復(fù)配方式下，30 kg/hm2SAP復(fù)配15 kg/hm2PAM施用效果最佳。

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

(4)本試驗(yàn)中SAP、PAM單施及其復(fù)配在改善土壤養(yǎng)分狀況、促進(jìn)紫花苜蓿產(chǎn)量增加與提高其品質(zhì)指標(biāo)等方面化控材料的選取及最佳用量并不一致。由于產(chǎn)量與品質(zhì)均是評(píng)價(jià)紫花苜蓿的重要指標(biāo)，一方面本試驗(yàn)對(duì)象紫花苜蓿為當(dāng)年種植，僅進(jìn)行了兩茬品質(zhì)指標(biāo)及產(chǎn)量的分析，未結(jié)合SAP、PAM的投入產(chǎn)出比進(jìn)行綜合分析。同時(shí)，對(duì)于促進(jìn)紫花苜蓿增產(chǎn)、改善其品質(zhì)的最佳施用方法、施用量還需結(jié)合多年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因而結(jié)論對(duì)生產(chǎn)的指導(dǎo)性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。