高分子材料對土壤-作物氮磷分布及春小麥產(chǎn)量的影響

田小明，王開勇，王激清，樊 華，卾玉聯(lián)，張開祥，馬宏秀

高分子材料對土壤-作物氮磷分布及春小麥產(chǎn)量的影響

田小明1，王開勇2※，王激清1，樊 華2，卾玉聯(lián)2，張開祥2，馬宏秀2

（1. 河北北方學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院，張家口 075000；2. 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，石河子 832003）

為揭示不同高分子材料對土壤-小麥氮磷的互作效應(yīng)，在滴灌土壤中添加腐植酸、改性高分子和復(fù)合高分子3種材料，研究其對不同粒級土壤氮磷含量和儲量的變化特征，以及對春小麥各器官氮磷積累及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，高分子材料對不同粒級全氮含量影響較大。與對照（CK）相比，腐殖酸處理（H）顯著增加了>20～40 cm土層中>2、>1～2、>0.25～1和≤0.053 mm粒級范圍的全氮含量；改性高分子材料（P）和復(fù)合高分子材料（HP）處理分別顯著提高了表層土壤（0～20 cm）中>2、>1～2和≤0.053 mm粒級范圍和>2、>0.25～1和≤0.053 mm粒級范圍的全氮含量。對不同粒級全磷含量的研究發(fā)現(xiàn)，H和P處理分別顯著提高了表層土壤中>0.25～1和>2 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量，同時在>20～40 cm土層中，H和P處理均在>1～2、>0.053～0.25 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量與CK處理存在顯著差異。進一步對不同粒級氮磷儲量的研究表明，H處理主要增加了>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量；P處理有利于提高>1～2、>0.25～1、>0.053～0.25和≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量。高分子材料盡管不利于春小麥莖的氮磷積累量及干物質(zhì)量的增加，卻提高了其他器官氮磷積累量及干物質(zhì)量，特別是在成熟期的籽粒中這種增加幅度更大。其中H和P處理中籽粒的氮磷積累量較CK分別增加了25.6%、24.9%和40.9%、26.7%（<0.05），同時籽粒產(chǎn)量提高了19.7%和12.6%（<0.05）。冗余分析表明，>1～2和>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量是春小麥增產(chǎn)的主要驅(qū)動因子之一。該研究結(jié)果明確了高分子材料對土壤氮磷養(yǎng)分的作用機制，為當?shù)氐膽?yīng)用和推廣提供更為深入的理論基礎(chǔ)。

土壤；作物；改性高分子材料；腐殖酸；團聚體氮磷；植株氮磷積累；春小麥產(chǎn)量

0 引 言

土壤團聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，是土壤養(yǎng)分存儲的主要載體，其組成比例影響土壤肥力水平的高低[1-4]。此外，團聚體中氮、磷的存在形態(tài)也隨著土壤環(huán)境的變化存在不同的變化趨勢[5-6]。孫天聰?shù)萚4]研究表明，長期施肥會影響土壤全氮含量在團聚體中的分布，并認為2～5 mm團聚體是土壤全氮的主要載體。王巖等[7]研究發(fā)現(xiàn)，不同類型土壤團聚體全磷含量的分布受土壤酸堿性影響較大，在酸性土壤中主要分布在較小粒徑中，在石灰性土壤中則主要積累在較大粒徑部分。因此了解土壤氮、磷含量在團聚體中的分布狀況，對調(diào)控土壤肥力和增加土壤養(yǎng)分儲量具有重要意義。

高分子聚合物作為一種土壤膠結(jié)劑，能夠提高土壤的持水性[8]，在農(nóng)業(yè)節(jié)水和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)中得到了普遍應(yīng)用[9]。大量研究表明，施用高分子材料可以降低土壤水分通透性和土壤容重[10-11]，改善土壤團粒結(jié)構(gòu)[12]，增強對氮、磷的吸附[13-14]，提高植株干物質(zhì)量及產(chǎn)量[15-16]。由此可見，高分子保水材料具有提高水分利用和改善土壤理化結(jié)構(gòu)的作用，這為作物生長提供了良好的土壤生態(tài)環(huán)境。

目前高分子材料對土壤養(yǎng)分的固持已被較多學(xué)者證實[13-14,17]。然而，這些研究多集中于材料對養(yǎng)分的吸附性能及固持效果，有關(guān)土壤團聚體養(yǎng)分有效性的研究相對較少，特別是在高分子材料的作用下，不同粒級養(yǎng)分對作物生長的影響機制需進一步明確。基于此，本研究采用能夠隨水滴施的液體高分子保水材料，研究其應(yīng)用對土壤團聚體氮磷的分布、積累特征，以及植株不同器官氮磷吸收分布特征和產(chǎn)量變化，明確高分子材料對土壤-作物氮磷分布、積累的影響以及對作物產(chǎn)量的驅(qū)動因素，為了解不同高分子材料對該地區(qū)作物生長及土壤氮磷的作用機制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗站（44°18′42.37″N，86°03′20.72″E），該區(qū)域為溫帶干旱區(qū)大陸性氣候，年平均降雨量為210 mm，年平均蒸發(fā)量1 660 mm。土壤質(zhì)地為壤土，土壤有機碳16.1 g/kg；全氮1.36 g/kg；硝態(tài)氮14.16 mg/kg；銨態(tài)氮5.97 mg/kg；有效磷22.40 mg/kg；有效鉀147.5 mg/kg；pH值7.43。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置4個處理，分別為不施用任何材料（CK）、腐植酸（H，將棉粕通過KOH溶液浸提、過濾制備而成，腐殖酸質(zhì)量分數(shù)為4.5%）、改性高分子材料（P，將聚丙烯酰胺和聚乙烯醇制成溶液，在一定溫度下通過硫酸錳進行交聯(lián)合成，有效成分為2%）、復(fù)合高分子材料（HP，將腐殖酸和改性高分子材料按照其用量1:1調(diào)配合成）（表1）。每個處理3個重復(fù)，采用隨機區(qū)組分布，各小區(qū)規(guī)格均為2 m×5 m，每個小區(qū)設(shè)置0.5 m保護行。所有處理均一次性施用復(fù)合肥1 500 kg/hm2；有機肥3 000 kg/hm2，其中復(fù)合肥為配置的滴灌復(fù)合肥（質(zhì)量比N:P:K=15:10:8），有機肥為石河子市金匯雪珍肥業(yè)有限公司生產(chǎn)（質(zhì)量分數(shù)：N+P2O5+K2O>7%，有機質(zhì)>60%）。有機肥作基肥，在作物播種前撒施，并耕翻入土。每個小區(qū)全生育期灌水6次，總灌溉量4 500 m3/hm2，其中苗期、拔節(jié)期和孕穗期分別灌水20%，揚花期和乳熟初期分別灌水15%，乳熟末期灌水10%。用水表控制灌溉量，滴灌帶為內(nèi)嵌式設(shè)一管四行田間配置模式，滴頭間距30 cm。試驗區(qū)于2017年4月8日播種，種植作物為春小麥（新春38號），播種后復(fù)合肥與高分子材料一起放入施肥罐中進行滴水。

表1 小區(qū)試驗設(shè)計

注：*表示腐殖酸用量主要基于棉粕腐殖酸水溶肥中腐殖酸的含量確定[18]；改性高分子材料用量依據(jù)該材料降低土壤鹽基離子的最佳用量確定[19]；復(fù)合高分子材料根據(jù)腐殖酸和改性高分子材料用量進行折半混合。

Note: *means amount of humic acid was mainly determined based on the content of humic acid in the humic acid water-soluble fertilizer of cotton meal[18]. The modified polymer material was determined according to the optimal amount of this material to reduce soil base ions[19]. The composite polymer material was mixed by halving the amount of humic acid and modified polymer material.

1.3 測定內(nèi)容與方法

2017年6月9日（春小麥揚花期）和7月9日（春小麥成熟期）在每個小區(qū)選取1 m2采集植株樣品，分取植株各器官（揚花期：莖、葉、穗；成熟期：莖、葉、穎殼、籽粒）后烘干并稱質(zhì)量，將各器官干物質(zhì)粉碎后采用H2SO4-H2O2消煮，測定凱氏定氮法和釩鉬黃比色法進行全氮、全磷測定。春小麥成熟期后采集不同土層（0～20、>20～40 cm）原狀土壤于塑料盒中，帶回實驗室過8 mm篩并風干，通過干篩法測定土壤團聚體組分，將土樣風干后用不銹鋼套篩振蕩進行干篩，分別得到>2 、>1～2、>0.25～1、>0.053～0.25和≤0.053 mm的機械穩(wěn)定性土壤團聚體，同時將各級篩層中的土粒采用HClO4-H2SO4法測定全氮和全磷含量[18]，同時通過環(huán)刀采集土壤用于容重測定[20]。

土壤團聚體全磷儲量的計算

S=P·C·BD·×100 （1）

式中S為粒級土壤團聚體全磷儲量，kg/hm2；P為粒級土壤團聚體全磷含量，g/kg；C為粒級土壤團聚體質(zhì)量百分數(shù)，%；BD為土壤容重，g/cm3；為土層厚度，cm。

植株各器官全氮（磷）積累量為各器官全氮（磷）含量與各器官干物質(zhì)量的乘積，kg/hm2。氮（磷）轉(zhuǎn)運量（Nitrogen Translocation, NT/Phosphorus Translocation, PT）為揚花期地上部全氮（磷）積累量減去成熟期莖和葉的全氮（磷）積累量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010及Origin 8.5對試驗數(shù)據(jù)進行處理及作圖，用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，最小顯著差數(shù)法（Least-Significant Difference，LSD）檢驗差異顯著性（0.05）。土壤團聚體氮磷儲量、植株氮磷積累量及干物質(zhì)量之間的關(guān)系通過Canoco 4.5進行冗余分析（Redundancy Analysis，RDA），并采用蒙特卡洛檢驗（Monte Carlo）分析得到排序圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 高分子材料對不同粒級的土壤團聚體氮、磷含量的影響

由圖1a可知，在0～20 cm土層中，除腐植酸處理（H）在>2 mm粒級全氮含量低于不施材料處理（CK）外，3種高分子材料處理（H、P和HP）均有所提高。與CK相比，P處理在>2、>1～2和≤0.053 mm粒級范圍的全氮含量分別顯著增加了14.5%、21.6%和10.6%；HP處理在>2、>0.25～1和≤0.053 mm粒級范圍的全氮含量分別顯著增加了11.1%、26.4%和9.8%。>20～40 cm土層，H處理在>2、>1～2、>0.25～1和≤0.053 mm粒級范圍的全氮含量較CK有顯著提高（圖1b）。

注：不同小寫字母代表同一粒級間在5%水平差異顯著。下同

不同處理之間土壤團聚體全磷含量的變化差異較小。0～20 cm土層（圖2a），H處理在>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量和P處理在>2 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量達到最高，較CK分別提高了10.1%和12.8%（<0.05）。>20～40 cm土層（圖2b），與CK處理相比，H和P處理均在>1～2、>0.053～0.25 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量存在顯著差異，分別提高了12.4%、6.9%和6.9%、6.1%；HP處理在≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷含量達到顯著水平。

圖2 高分子材料對不同土層土壤團聚體全磷含量的影響

2.2 高分子材料對不同粒級的土壤團聚體氮、磷儲量的影響

不同處理對各粒級土壤（0～40 cm）全氮儲量的變化差異較小（圖3a）。僅有H處理在>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的全氮儲量與CK處理存在顯著差異（較CK增加了16.9%）。不同處理對各粒級土壤（0～40 cm）全磷儲量的影響較大（圖3b）。其中，H處理在>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量較CK增加了10.2%（<0.05）；P處理在>1～2、>0.25～1、>0.053～0.25和≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量分別較CK增加了13.6%、9.0%、18.1%和45.5%（<0.05）。

圖3 不同高分子材料對土壤（0～40 cm）團聚體全氮和全磷儲量的影響

2.3 高分子材料對春小麥各器官氮、磷積累量及轉(zhuǎn)運量的影響

在春小麥揚花期，莖的氮素積累量中以CK處理最高，且顯著高于H處理。不同材料處理（H、P和HP）顯著增加了葉片氮素積累量，較CK分別增加了63.4%、102%和103%（表2）。在春小麥成熟期，3種材料處理中葉、穎殼和籽粒的氮素積累量均較CK有顯著提高（表2）。其中，H、P和HP處理中籽粒的氮素積累量較CK分別增加了25.6%、24.9%和13.1%（<0.05）。不同材料處理的植株氮素轉(zhuǎn)運量（NT）與CK處理也存在差異（表2）。其中，P處理的NT最大，較CK增加了21.1%（<0.05）。

表2 高分子材料對春小麥揚花期和成熟期氮素積累量及轉(zhuǎn)運量的影響

注：NT, 氮素轉(zhuǎn)運量，不同小寫字母代表同一列不同處理間在5%水平差異顯著，下同。

Note: NT, Nitrogen translocation. Values in the same column followed by a different letter are significantly different (<0.05), the same as below.

不同處理對植株各器官磷素積累量的變化與氮素積累量相似（表3）。在春小麥揚花期，H、P和HP處理均能提高葉的全磷積累量，較CK處理分別增加了80.1%、75.8%和144.9%（<0.05）。P和HP處理中穗的全磷含量較CK顯著增加了43.5%和46.1%。在春小麥成熟期，與CK處理相比，不同材料處理（H、P和HP）均顯著降低了莖的全磷積累量，增加了葉和穎殼的全磷積累量。同時H和P處理中籽粒的全磷積累量與CK處理也存在顯著差異，分別較CK增加了40.9%和26.7%。不同材料處理可以顯著提高植株磷素轉(zhuǎn)運量（PT），其中HP處理的PT含量最高，較CK處理增加了47.9%；其次為P和H處理，較CK分別增加了26.7%和4.3%。

表3 高分子材料對春小麥揚花期和成熟期磷素積累量及轉(zhuǎn)運量的影響

注：PT為磷素轉(zhuǎn)運量。

Note: PT, phosphorus translocation.

2.4 高分子材料對春小麥各器官干物質(zhì)量及小麥產(chǎn)量的影響

不同處理中植株各器官干物質(zhì)量的變化趨勢與氮磷積累量類似。在春小麥揚花期，與CK處理相比，3種材料處理（H、P和HP）均顯著增加了葉和穗的干物質(zhì)量（表4）。在春小麥成熟期也表現(xiàn)相同趨勢，3種材料處理降低了莖的干物質(zhì)量，其中P和HP處理分別較CK顯著降低了24.8%和23.2%（表4）。不同材料處理均可以提高籽粒產(chǎn)量，其中H和P處理的提高幅度最為顯著，較CK處理分別增加了19.7%和12.6%（表4）。

表4 高分子材料對春小麥揚花期和成熟期各器官干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響

注：所有序列軸通過蒙特卡羅檢驗方法進行顯著性檢驗，僅顯示存在顯著相關(guān)的環(huán)境指標（P<0.05）。P-Stem、P-Leaf、P-Husk、P-Grain分別為莖、葉、穎殼和籽粒的磷素積累量；N-Stem、N-Leaf、N-Husk、N-Grain分別為莖、葉、穎殼和籽粒的氮素積累量；PT、NT分別為磷素和氮素轉(zhuǎn)運量；P1~P5和N1~N5分別為>2、>1~2、>0.25~1、>0.053~0.25、≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷和全氮儲量。

2.5 不同粒級土壤氮磷儲量與春小麥各器官氮磷積累量及產(chǎn)量之間關(guān)系

由圖4a可知，軸1和軸2共解釋了總變異量的60.6%，不同粒級氮磷儲量與植株各器官氮磷積累量的關(guān)系中葉的氮素積累量（解釋度=35%，=5.41，= 0.002）、磷素轉(zhuǎn)運量（解釋度=26%，=2.32，= 0.048）與≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量呈正相關(guān)，穎殼的氮素積累量（解釋度=18%，=2.68，= 0.003）、籽粒的氮素積累量（解釋度=30%,=3.78，=0.002）、籽粒的磷素積累量（解釋度=19%，=2.97，=0.008）與土壤>1～2和>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)氮磷含量呈正相關(guān)。植株各器官氮磷積累量與生物量之間關(guān)系見圖4b，各指標在軸1（63.7%）產(chǎn)生了明顯的分異。其中莖的干物質(zhì)量（解釋度=26%，=3.70，=0.002）與莖的氮磷積累量呈正相關(guān)；穎殼的干物質(zhì)量（解釋度=53%，=11.34，=0.002）、籽粒產(chǎn)量（解釋度=27%，=2.83，=0.024）與穎殼和籽粒的氮磷積累量呈正相關(guān)，與莖的氮磷積累量呈負相關(guān)。

3 討 論

土壤團聚體是氮、磷等養(yǎng)分賦存與轉(zhuǎn)化的主要場所，其粒徑大小和分布直接影響著土壤養(yǎng)分的供應(yīng)效率[21]。本研究結(jié)果顯示，3種高分子材料（H、P和HP）均對土壤團聚體全氮產(chǎn)生了積極的影響。其中，H處理主要增加了>20～40 cm土層中土壤團聚體全氮含量，P和HP處理主要提高表層土壤（0～20 cm）中團聚體全氮含量（圖1）。進一步對整個土層（0～40 cm）中各粒級全氮儲量研究發(fā)現(xiàn)，僅H處理提高了>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的全氮儲量（較CK顯著增加了16.9%，圖3a）。其原因可能是腐植酸的黏結(jié)作用較其他2種材料弱，通過滴灌更容易被作用到深層土壤中；另一方面腐殖酸自身含有大量營養(yǎng)元素，它的添加刺激了土壤微生物繁殖，同時大量的微生物菌絲可以通過纏繞作用直接形成大團聚體[22]，從而進一步提高土壤團聚體全氮含量及儲量。土壤磷素作為一種沉積類的礦物，在土壤中的遷移率較低，其含量大小主要受土壤母質(zhì)的影響[23-24]。李明等[25]研究表明，在內(nèi)蒙古貝加爾針茅草原添加氮肥對土壤團聚體全磷含量變化影響較小。Yang等[26]研究也發(fā)現(xiàn)，對落葉松（）人工林持續(xù)9 a氮添加處理并未對土壤全磷含量產(chǎn)生顯著影響。本研究結(jié)果與之有所不同，H和P處理分別顯著提高表層土壤中>0.25～1和>2 mm粒級的全磷含量，以及在>20～40 cm土層中>1～2、>0.053～0.25 mm粒級的全磷含量（圖2）。進一步對不同粒級全磷儲量的研究發(fā)現(xiàn)，H處理顯著提高>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量；P處理顯著增加了>1～2、>0.25～1 、>0.053～0.25和≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量（圖3b）。這表明腐殖酸和改性高分子材料的添加有利于土壤團聚體磷含量和儲量增加，特別是改性高分子材料的提升效果更為顯著。這可能由于改性高分子材料主要由聚丙烯酰胺合成，聚丙烯酰胺可以與土壤溶液中的Ca2+、Mg2+等形成特殊的“鍵橋”，PO43-等陰離子可以通過“鍵橋”被吸附[27]；也可能是該材料獨特的黏結(jié)特性，使團聚體中養(yǎng)分不易被分解，從而賦存了更多的磷。

植物中養(yǎng)分的積累和運輸是影響作物生長和養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵因素[28]。魏賢等[29]研究發(fā)現(xiàn)，耐鹽型高分子材料的投入可以顯著提高玉米植株氮磷鉀的吸收量，并且在第二茬玉米中效果更為明顯。魏琛琛等[30]研究表明，高分子保水材料與氮磷肥均衡施用（質(zhì)量分數(shù)N:P=1:1）能夠提高生育期內(nèi)玉米的平均株高、葉面積、干物質(zhì)積累和植株氮、磷累積量。本研究也得到了類似的結(jié)果，高分子材料的添加盡管不利于莖的干物質(zhì)量和氮磷積累量，卻增加了植物其他器官的干物質(zhì)量和氮磷積累量，特別是在成熟期這種增加趨勢更為明顯（表2和表3）。其原因可能是3種高分子材料的添加使養(yǎng)分在前期釋放較為緩慢[31]，影響了莖的生長和氮磷的吸收。然而這種緩釋作用使春小麥花期和成熟期的養(yǎng)分供應(yīng)更加充足，從而增加了春小麥其他器官（除莖外）的氮素積累。Ntanos等[32]報道，開花期營養(yǎng)器官中的氮有67%被轉(zhuǎn)運以促進籽粒的形成，因此大量氮素向籽粒的轉(zhuǎn)運對提高小麥產(chǎn)量至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn)，H處理在成熟期中籽粒的氮磷積累量最高（分別較CK增加了25.6%和40.9%），P處理的NT最高（較CK提高了21.1%），同時H和P處理的籽粒產(chǎn)量分別較CK提高了19.7%和12.6%（表4）。這說明不施任何材料在春小麥生長初期釋放的養(yǎng)分量大，導(dǎo)致后期養(yǎng)分供應(yīng)略有虧缺，因此春小麥產(chǎn)量相對較低。然而腐殖酸和改性高分子材料的投入使后期的養(yǎng)分供應(yīng)較為充足，這對促進籽粒充實和產(chǎn)量提高起到了重要作用。

土壤團聚體通過影響作物根系分布和養(yǎng)分吸收來影響作物生長。Tisdall等[33]研究表明，1～10 mm的水穩(wěn)性團聚體能對作物的生長產(chǎn)生的良好促進作用。段英華等[34]對中國7個耕地質(zhì)量監(jiān)測點連續(xù)28a間的研究發(fā)現(xiàn)，小麥、玉米增產(chǎn)率與灌淤土全氮含量呈直線正相關(guān)關(guān)系，并認為氮是作物增產(chǎn)的主要限制因子。本研究通過對土壤不同粒級氮磷儲量、植株各器官氮磷積累量和生物量之間關(guān)系發(fā)現(xiàn)，>1～2和>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量與籽粒中氮磷積累量呈正相關(guān)，并且籽粒中氮磷積累量與小麥產(chǎn)量也存在密切相關(guān)（圖4）。這說明>1～2和>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量可以作為小麥增產(chǎn)主要驅(qū)動因子，即高分子材料對小麥產(chǎn)量的提高主要是增加了>1～2和>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量。綜合以上研究認為不同高分子材料的增產(chǎn)途徑如下：腐殖酸通過提升>0.25～1 mm粒級的氮磷儲量，促進了籽粒中氮磷積累，從而增加了小麥產(chǎn)量；同樣改性高分子材料增加了>1～2和>0.25～1 mm粒級的全磷儲量，提升了籽粒中氮磷積累量，進而使小麥產(chǎn)量得到提高；復(fù)合高分子材料的增產(chǎn)效果不顯著，其原因可能是該材料對各粒級土壤氮磷儲量影響較小，盡管磷轉(zhuǎn)運量較高（較CK顯著增加了47.9%），但它在春小麥揚花期后的氮磷吸收量較少，進而影響了籽粒中養(yǎng)分的積累和產(chǎn)量的提高。

4 結(jié) 論

1）在無機-有機肥一次性施用基礎(chǔ)上添加高分子材料不利于莖的氮磷積累量和干物質(zhì)量的提高，但是增加了其他植物器官的氮磷積累量及干物質(zhì)量，提高了氮磷的轉(zhuǎn)運量。其中腐殖酸和改性高分子材料的應(yīng)用效果較為顯著，籽粒產(chǎn)量分別較不施材料提高了19.7%和12.6%。

2）高分子材料對土壤團聚體氮磷儲量的影響有所差異。其中腐殖酸有利于>0.25～1 mm粒級范圍內(nèi)的氮磷儲量的提升；改性高分子材料主要提高了>1～2、>0.25～1、>0.053～0.25和≤0.053 mm粒級范圍內(nèi)的全磷儲量；復(fù)合高分子材料對土壤團聚體氮磷儲量提升效果不顯著。

3）腐殖酸和改性高分子材料分別通過提升>0.25～1 mm粒級的氮磷儲量和>1～2 mm粒級的全磷儲量，進一步促進了籽粒中氮磷積累，從而增加了小麥產(chǎn)量。

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Effects of polymer materials on soil-crop nitrogen and phosphorus distribution and springwheat yield

Tian Xiaoming1, Wang Kaiyong2※, Wang Jiqing1, Fan Hua2, E Yulian2, Zhang Kaixiang2, Ma Hongxiu2

(1.,,075000,;2.,,832003,)

Polymer materials have broad potential applications for saving water and increasing crop yields in irrigated agricultural systems. However, little is known about how polymer on soil-wheat nitrogen and phosphorus.The purpose of this study is to evaluate the changes of humic acid (an alkali extract of cottonseed meal), modified polymer (a mixture of anionic polyacrylamide, polyvinyl alcohol, and manganese sulfate), and composite polymer (a 1:1 mixture of H and P) applied with drip irrigation on the content and storage of nitrogen and phosphorusin soil aggregates,and their effects on the nitrogen and phosphorus accumulation of plant organs and spring wheat yield.The results demonstrated that the addition of polymer materials had a great impact on the total nitrogen content of different fractions.Compared withcontrol (CK), the humic acid treatment (H) significantly increased the total nitrogen content of >2, >1-2, >0.25-1, and ≤0.053 mm fractions in the >20-40 cm soil layer.The modified polymer (P) and composite polymer (HP) treatments significantly increased the total nitrogen content of >2, >1-2, ≤0.053 mm and >2, >0.25-1, ≤0.053 mmfractions in the surface soil (0-20 cm), respectively.In the total phosphorus content of different fractions, the H and P treatments significantly increased the total phosphorus content of >0.25-1 mm and >2 mm fractions in the top soil, respectively. Meanwhile, in the >20-40 cm soil layer, the total phosphorus content of >1-2 mm and >0.053-0.25 mm for H, the P treatments were totally different than that of CK treatment. In the nitrogen and phosphorus storages of aggregates, the H treatment mainly increased the tota3l nitrogen and phosphorus storages of >0.25-1 mm fractions.The P treatment was beneficial to increase the total phosphorus storages of >1-2, >0.25-1, >0.053-0.25 and ≤0.053 mmfractions.Although polymer materials reduce the accumulation of nitrogen and phosphorus, while the dry weight of spring wheat stems, they have increased other plant organs (Flowering stage: leaf, and spike; Mature stage: leaf, husk and grain) in grains during maturity stage.Compared with CK, the accumulation of nitrogen and phosphorus in grains for the H and P treatments increased by 25.6% and 24.9%, 40.9% and 26.7% (0.05), respectively, while the grain yield increased by 19.7% and 12.6% (0.05), respectively. A Redundancy Analysis (RDA) was used to clarify the relationship between the storage of nitrogen and phosphorus in different fractions, and the accumulation of nitrogen and phosphorus, as well as the yield of spring wheat. The results showed that the nitrogen and phosphorus storages of >1-2 and >0.25-1 mm fractions were one of the main driving factors for the yield of spring wheat. Meanwhile, the humic acid and modified polymer materials can be used to promote the accumulation of nitrogen and phosphorus in the grain by increasing the nitrogen and phosphorus storage of >0.25-1 mm fractions and the total phosphorus storage of >1-2 mm fractions,respectively, thereby to increase spring wheat yield.The findings can be used to elucidate the action mechanism of polymer materials on soil nitrogen and phosphorus, and thereby to provide a more in-depth theoretical basis for local application and promotionof polymer materials.

soils; crops; modified polymer; humic acid; nitrogen and phosphorus content of soil aggregate; nitrogen and phosphorus accumulation of plant; spring wheat yield

田小明，王開勇，王激清，等. 高分子材料對土壤-作物氮磷分布及對春小麥產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(21)：97-104. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.012 http://www.tcsae.org

Tian Xiaoming, Wang Kaiyong, Wang Jiqing, et al. Effects of polymer materials on soil-crop nitrogen and phosphorus distribution and spring wheat yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(21): 97-104. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.012 http://www.tcsae.org

2020-07-11

2020-11-20

國家自然科學(xué)基金（31860591）；河北省自然科學(xué)基金（D2020405002）

田小明，博士，講師，主要從事土壤養(yǎng)分利用方面的研究。Email：txm7458103@163.com

王開勇，博士，教授，主要從事土壤環(huán)境與生態(tài)安全的研究。Email：wky20@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.21.012

文獻標志碼：A 文章編號：1002-6819(2020)-21-0097-08