凹凸棒保水劑對(duì)馬鈴薯田土壤理化性質(zhì)影響研究

劉金菊 吳軍霞 魏英 楊震發(fā) 馮宜林

摘要：以冀張薯12號(hào)為指示品種，測(cè)定凹凸棒保水劑不同施用量對(duì)旱作馬鈴薯土壤理化性質(zhì)（有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀）在不同生長(zhǎng)期的變化。結(jié)果表明，凹凸棒保水劑施用量為67.5 kg/hm2時(shí)，可有效減少有機(jī)質(zhì)、速效磷、速效鉀的流失;施用量為45.0 kg/hm2時(shí)，可有效減少堿解氮流失。

關(guān)鍵詞：凹凸棒保水劑;馬鈴薯;土壤;理化性質(zhì)

中圖分類號(hào)：S143.91;S532 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號(hào)：1001-1463（2021）07-0037-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.07.007

Abstract：Jizhangshu 12 was used as the experimental material， the changes of soil physical and chemical properties（organic matter， alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium） were determined by different application rates at different growth stages. The experimental results showed that the application of attapulgite water-retaining agent at 67.5 kg/hm2 could effectively reduce the loss of organic matter， available phosphorus and available potassium， and the application at 45.0 kg/hm2 could effectively reduce the loss of soil alkali hydrolyzable nitrogen.

Key words：Attapulgite water retaining agent;Potato;Soil;Physical and chemical properties

凹凸棒黏土（attapulgite）又稱坡縷石（palygorskite），集合體呈土狀、致密塊體構(gòu)造，產(chǎn)生于沉積巖和玄武巖的風(fēng)化殼中，有白色、灰白色、青灰色、微黃或淺綠色，土質(zhì)細(xì)膩，具有質(zhì)輕、滑感、吸水性強(qiáng)、遇水不膨脹等特性[1 ]。潮濕時(shí)呈粘性不易分散，干燥時(shí)收縮小，且不產(chǎn)生龜裂，內(nèi)部晶體孔道多，故比表面積很大，達(dá)300～400 m2/g，是一種層鏈狀以含水富鎂硅酸鹽為主的黏土礦[2 ]。理論分子式Mg5Si8O20（OH）2（H2O）4·4H2O，晶體結(jié)構(gòu)單元層由8個(gè)Si-O四面體以2∶1型層狀排列。其結(jié)構(gòu)中可形成3種形態(tài)的水[3 - 6 ]，表面吸附水、[Si4O10]帶間孔道中的沸石水、位于孔道邊部面體層中間的陽(yáng)離子結(jié)合的結(jié)構(gòu)水，Mg等陽(yáng)離子填充在由氧及HO-構(gòu)成的配位八面體位中。凹凸棒保水性主要由于其強(qiáng)的吸附性和離子交換 性[7 - 8 ]。陳浩等[9 ]研究表明，較低品味的凹凸棒黏土不經(jīng)提純，就可以制備耐鹽性能優(yōu)良的吸水樹脂。張文榮等[10 ]研究認(rèn)為凹凸棒石保水劑使用量為22.5 kg/hm2可以有效地提高小麥土壤養(yǎng)分含量，過(guò)多使用反而會(huì)降低土壤養(yǎng)分含量。侯賢清等[11 ]采用2種土壤保水劑（沃特保水劑和微生物保水劑），研究旱作土壤水分、馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率，結(jié)果表明微生物保水劑可明顯提高馬鈴薯生育前期土壤水分含量，而沃特保水劑可提高馬鈴薯生育后期土壤水分含量。李倩等[12 ]研究表明，穴施保水劑較大程度提高橫向和縱向土壤體積含水量，好于溝施。

熱改性凹凸棒黏土制備凹凸棒保水劑，測(cè)定其對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響相關(guān)研究報(bào)道很少。本試驗(yàn)研究了凹凸棒保水劑對(duì)旱作馬鈴薯土壤理化性質(zhì)的影響，以期為旱作馬鈴薯生產(chǎn)中合理使用保水劑及選擇合適施用量提供參考。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年5月至2020年12月在會(huì)寧縣新莊鎮(zhèn)新莊村（36.14° N，104.75° E）進(jìn)行。土壤質(zhì)地粘質(zhì)土，0～90 cm土層土壤含水量95～552 g/kg。試驗(yàn)前測(cè)定耕層土壤pH 8.26，含有機(jī)質(zhì)15.21 g/kg、堿解氮35.75 mg/kg、速效磷13.75 mg/kg、速效鉀318.4 mg/kg，屬低等肥力水平。

1.2 ? 試驗(yàn)材料

指示馬鈴薯品種為冀張薯12號(hào)。供試凹凸棒保水劑原料采自靖遠(yuǎn)凹凸棒主礦區(qū)（36.46° N，105.06° E）。pH 8.6，吸水性120%;熱改性后pH 7.9，吸水性230%。制備的凹凸棒保水劑符合《NY886 — 2004農(nóng)林保水劑》標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 ? 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用不完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。相關(guān)研究表明，不同作物使用保水劑的施用量不同，對(duì)旱作馬鈴薯而言，保水劑施用量在45～60 kg/hm2時(shí)增產(chǎn)效果最佳[13 - 14 ]。因此，本試驗(yàn)研究設(shè)4種保水劑施用水平，分別為22.5、45.0、67.5、90.0 kg/hm2，分別記為T1、T2、T3、T4，以不施保水劑處理為對(duì)照（CK），重復(fù)3次，小區(qū)面積120 m2（8 m×15 m）。對(duì)照處理（CK）一次性基施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O為20∶15∶10）750 kg/hm2;T1、T2、T3、T4處理，將凹凸棒保水劑與復(fù)合肥按不同比例混勻后一次性基施，具體施用量見表1。試驗(yàn)區(qū)域前茬作物為亞麻。播種前對(duì)馬鈴薯薯塊用草木灰拌種，種植方式采用壟上雙行微溝，馬鈴薯種植密度為50 400株/hm2，行距為50 cm，株距為25 cm。于2020年5月9日播種，2020年10月9日收獲。馬鈴薯從播種到收獲期間不灌溉，按照常規(guī)施肥，且各處理小區(qū)生長(zhǎng)期間追肥、除草等管理措施均相同，馬鈴薯早晚疫病、病毒病常規(guī)防治。

各處理分別在馬鈴薯播種前、發(fā)芽期、幼苗期、發(fā)棵期、結(jié)薯期、休眠期隨機(jī)選取2個(gè)樣點(diǎn)，采集試驗(yàn)田0～90 cm土層土樣，每30 cm為1層。將采集的土樣放在室內(nèi)塑料布上通風(fēng)陰干，土樣風(fēng)干后去除動(dòng)植物殘?bào)w及瓦礫，分別按測(cè)定要求過(guò)篩。土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定使用重鉻酸鉀-濃硫酸氧化法，土壤堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，土壤速效磷含量用碳酸氫鈉浸提一鉬銻抗比色法測(cè)定，土壤速效鉀含量用中性醋酸銨浸提，火焰分光光度計(jì)測(cè)定[15 ]。

1.4 ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理

用DPS分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用WPS作圖。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 保水劑施用量對(duì)旱作馬鈴薯土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

由圖1可知，隨著馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)行，土壤有機(jī)質(zhì)含量總體呈降低趨勢(shì)，幼苗期到結(jié)薯期下降速度最快，有機(jī)質(zhì)含量下降速度由高到低依次為CK、T1、T4、T3、T2，施用凹凸棒保水劑45.0 kg/hm2（T2處理）時(shí)有機(jī)質(zhì)流失最少，不施用凹凸棒保水劑流失最明顯。馬鈴薯生長(zhǎng)季土壤有機(jī)質(zhì)含量下降速度由高到低依次為CK、T1、T4、T2、T3，下降率分別為65.9%、56.5%、54.7%、51.2%、50.4%。由此認(rèn)為，在旱作馬鈴薯種植區(qū)使用凹凸棒保水劑可以有效降低土壤有機(jī)質(zhì)的流失，最佳施用量為67.5 kg/hm2，與CK相比較，保持率為15.5%;相比對(duì)照，施用凹凸棒保水劑各處理均對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)有保持效果。

2.2 ? 保水劑施用量對(duì)旱作馬鈴薯土壤堿解氮含量的影響

由圖2可知，隨著馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤堿解氮含量總體呈降低趨勢(shì)，幼苗期到結(jié)薯期下降速度最為迅速，土壤堿解氮含量下降速度由高到低依次為CK、T4、T3、T1、T2，下降率分別為54.2%、51.6%、47.2%、44.1%、41.1%。馬鈴薯生長(zhǎng)季土壤堿解氮含量下降速度由高到低依次為CK、T4、T1、T3、T2，下降率分別為62.3%、62.0%、60.5%、56.4%、50.1%，CK和T4處理、T1處理下降程度相近。由此得出，在旱作馬鈴薯種植區(qū)凹凸棒保水劑施用量為45.0 kg/hm2時(shí)，對(duì)土壤堿解氮流失保持效果最好，與CK相比，保持率為12.2%;相比對(duì)照，施用凹凸棒保水劑各處理均對(duì)土壤堿解氮有保持效果。

2.3 ? 保水劑施用量對(duì)旱作馬鈴薯土壤速效磷含量的影響

由圖3可知，隨著馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)行，土壤中速效磷含量在幼苗期到休眠期呈下降趨勢(shì)，CK、T4處理在發(fā)芽期到幼苗期速效磷幾乎沒有變化，T1處理、T2處理、T3處理呈下降趨勢(shì)，幼苗期到結(jié)薯期下降最為迅速。從幼苗期到結(jié)薯期，土壤速效磷含量下降速度由高到低依次為CK、T1、T2、T4、T3，下降率分別為36.5%、35.5%、34.4%、31.8%、28.2%;馬鈴薯整個(gè)生長(zhǎng)季，CK、T1處理、T2處理土壤速效磷下降程度相近，T4處理下降程度大于T3處理，下降率分別為40.0%、38.1%。由此得出，凹凸棒保水劑施用量為67.5 kg/hm2時(shí)速效磷保持效果最好，與CK相比，保持率為4.4%。

2.4 ? 保水劑施用量對(duì)旱作馬鈴薯土壤速效鉀含量的影響

由圖4可知，隨著馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)行，土壤中速效鉀含量整體呈下降趨勢(shì)，發(fā)芽期到結(jié)薯期下降迅速。從發(fā)芽期到結(jié)薯期，土壤速效鉀含量下降速度由高到低為T3、CK、T1、T2、T4，下降率分別為31.1%、30.0%、27.7%、26.2%、26.1%，T2、T4處理下降速度程度相近。馬鈴薯整個(gè)生長(zhǎng)季，土壤速效鉀下降速度程度分別為CK、T1、 T4、T2、T3，CK下降率為35.7%，T2、T3處理下降程度相近，下降率分別為31.2%、31.0%。由此得出，凹凸棒保水劑最適使用量為67.5 kg/hm2時(shí)速效鉀保持效果最好，與CK相比，保持率為4.7%;相比對(duì)照，施用凹凸棒保水劑各處理均對(duì)土壤速效鉀有保持效果。

3 ? 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)對(duì)不同處理下旱作馬鈴薯土壤理化性質(zhì)的變化情況進(jìn)行綜合分析，與對(duì)照（不施用凹凸棒保水劑）相比，施用凹凸棒保水劑能有效減少土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀的流失。其中，保水劑施用量為67.5 kg/hm2時(shí)對(duì)控制土壤有機(jī)質(zhì)、速效磷和速效鉀流失有顯著效果，較對(duì)照分別提高15.5%、4.4%、4.7%;施用量為45.0 kg/hm2施用量對(duì)控制土壤堿解氮流失有顯著效果，較對(duì)照提高12.2%。

使用凹凸棒保水劑對(duì)旱作馬鈴薯種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀的流失均有顯著保護(hù)作用，這是由于凹凸棒保水劑將溶解于水中的上述物質(zhì)固定其中，減少了可溶性養(yǎng)分的溶淋損失，達(dá)到了保水保肥的作用，在農(nóng)作物旱作區(qū)可有效提高作物抗逆性[16 ]。長(zhǎng)期使用凹凸棒保水劑可顯著改善土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量，增加土壤肥力，從而提高農(nóng)作物質(zhì)量和產(chǎn)量[17 ]。

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（本文責(zé)編：陳 ? 珩）