王星舒，陸引罡*，王家順，廖 恒

(1.貴州大學 農(nóng)學院，貴州 貴陽 550025； 2.安順學院，貴州 安順 561000)

聚丙烯酰胺、膨潤土、秸稈混合改土材料對土壤的改良效果

王星舒1，陸引罡1*，王家順2，廖 恒1

(1.貴州大學 農(nóng)學院，貴州 貴陽 550025； 2.安順學院，貴州 安順 561000)

為改善耕作土壤結(jié)構(gòu)，提高養(yǎng)分含量，以玉米秸稈為原材料，將通過菌劑發(fā)酵后的秸稈與膨潤土、聚丙烯酰胺(PAM)按一定比例混合制成改土材料，并篩選出FS[秸稈(粉碎)∶膨潤土∶PAM=800∶200∶50]、FQ[秸稈(粉碎球磨)∶膨潤土∶PAM=800∶200∶50]2種較優(yōu)的混合改土材料，進行施用量比較試驗，共設5個處理，分別為FS1125[下標數(shù)字表示施用量(kg/hm)2，下同]、FS1875、FQ1125、FQ1875、CK(不施用秸稈混合改土材料)，初步探究了該混合改土材料對土壤理化性質(zhì)及玉米產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：相對于CK，F(xiàn)S1875處理能顯著改善土壤理化性質(zhì)，該處理下土壤容重為1.20 g/cm3，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為127.72、61.12、177.60 mg/kg,土壤有機質(zhì)含量為16.6 g/kg。其中土壤容重較CK降低了0.19 g/cm3，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量較CK分別增加了38.15%、38.24%、37.45%、34.96%。且該處理下玉米產(chǎn)量較高，達到6 947.8 kg/hm2，較CK增產(chǎn)8.5%。綜合來看，F(xiàn)S1875處理對土壤的改良效果最好且能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。

聚丙烯酰胺； 膨潤土； 秸稈； 混合預處理； 土壤養(yǎng)分； 土壤理化性質(zhì)； 土壤改良

我國秸稈資源非常豐富，據(jù)統(tǒng)計,目前每年產(chǎn)生約7億t的秸稈，占世界秸稈年產(chǎn)量的20%～30%[1-3]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量秸稈經(jīng)過焚燒，其養(yǎng)分將會流失，同時也會造成嚴重的生態(tài)環(huán)境污染。因此，各類秸稈還田技術(shù)相繼產(chǎn)生并投入到生產(chǎn)使用環(huán)節(jié)。我國秸稈還田機械化技術(shù)主要有秸稈整株還田技術(shù)、秸稈粉碎還田技術(shù)、根茬粉碎及耕翻還田技術(shù)、聯(lián)合作業(yè)還田技術(shù)等[4-5]。不同方式加工后還田的秸稈在耕地土壤中腐爛分解為有機肥，起到提高土壤肥力、保水透氣、改善土壤結(jié)構(gòu)等作用，秸稈還田使大量廢棄的秸稈變廢為寶，并帶來一定的經(jīng)濟效益[6-7]。因此，秸稈還田成為秸稈再利用的一種重要方式，實現(xiàn)資源利用的同時還避免了對環(huán)境的污染[8]。

貴州省地處云貴高原，種植業(yè)占主導地位，糧食作物種植面積最大，每年產(chǎn)生大量的農(nóng)作物秸稈，據(jù)統(tǒng)計，貴州省每年以不同形式將農(nóng)作物秸稈還田的總量約為1 300萬t，其中直接還田約占24.5%，堆漚還田約占6.52%，過腹還田約占51.4%，燒灰還田約占15.8%[9]。通常情況下，由于秸稈的C/N較大，直接還田不利于秸稈的利用，秸稈在初期腐解過程中往往會發(fā)生與作物奪氮而使作物缺氮的現(xiàn)象，且旱耕地秸稈還田容易造成土壤水分不足，同時，如果將帶病(蟲)的秸稈直接還田，還可能造成病蟲害的發(fā)生與蔓延[10-11]。再者，秸稈直接還田不利于機械操作，且會對下茬作物出苗率造成一定的影響，進而降低產(chǎn)量[12]。如果將秸稈作為燃料直接燃燒還田，其養(yǎng)分利用率較低且易造成環(huán)境污染。研究表明，秸稈間接堆漚還田，有機質(zhì)和氮素損失較少，堆肥的秸稈中含有大量的鉀元素，可以有效補充下茬作物的鉀素，且經(jīng)過堆制可以殺滅一些有害病菌，同時避免了直接燃燒污染環(huán)境的問題[13]。有關(guān)秸稈間接還田學者做了大量研究，但利用新材料、新方法研究秸稈間接還田效果的研究報道較少，鑒于此，以秸稈間接還田為基礎，將改土材料膨潤土、聚丙烯酰胺與經(jīng)過發(fā)酵預處理的秸稈按不同比例混合制備成秸稈改土材料，探索該材料施入土壤后，對土壤有機質(zhì)含量、養(yǎng)分含量、土壤容重、土壤團粒結(jié)構(gòu)及玉米產(chǎn)量的影響，為秸稈間接還田提供技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1試驗材料

供試材料包括膨潤土、陽離子聚丙烯酰胺(PAM)、玉米秸稈預處理材料、玉米(品種為順單7號)、三元復合肥(15-15-15)、尿素等。

1.1.1 秸稈預處理材料制備 用發(fā)酵劑(A發(fā)酵劑、B發(fā)酵劑、秸稈的質(zhì)量比為1∶1∶1000，A、B發(fā)酵劑均來源于鶴壁市恒達生物科技有限公司)處理玉米秸稈，進行秸稈發(fā)酵，制備出預處理材料。其中A發(fā)酵劑主要由細菌、絲狀菌、酵母菌等17種菌株及相關(guān)分解酶復合而成，有效活菌數(shù)達到2×1011cfu/g以上，能分解土壤中難溶的營養(yǎng)元素；B發(fā)酵劑主要含能分解纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的嗜熱、耐熱細菌，真菌，放線菌以及生物酶，有效活菌數(shù)達到2×1011cfu/g以上。

1.1.2 改土材料制作及篩選 將秸稈預處理產(chǎn)物進一步加工，加工方式分為粉碎和粉碎球磨2種方式，本試驗將這2種加工產(chǎn)物分別用FS和FQ表示。然后分別將加工產(chǎn)物與膨潤土和PAM按6種比例(即秸稈、膨潤土、PAM質(zhì)量比分別為900∶100∶0、900∶100∶25、900∶100∶50、800∶200∶0、800∶200∶25、800∶200∶50)混合制備12種改土材料，烘干。烘干后測定并比較秸稈改土材料的吸水倍率、吸水性能、吸水后膨脹不離析的能力，從而篩選出保水保肥性能較好的秸稈改土材料，根據(jù)前期篩選結(jié)果，選擇FS(秸稈∶膨潤土∶PAM質(zhì)量比為800∶200∶50)和FQ(秸稈∶膨潤土∶PAM質(zhì)量比為800∶200∶50)2種混合改土材料進行后續(xù)施用量比較試驗。

1.2試驗設計

試驗于2015—2016年在貴州省安順市農(nóng)業(yè)科學院試驗田進行。試驗地進行試驗之前休耕半年，土壤為砂質(zhì)黃壤土，土壤容重為1.47 g/cm3，pH值為6.18，有機質(zhì)含量為13.5 g/kg ，全氮含量為2.1 g/kg，全磷含量為1.3 g/kg，堿解氮含量為87.6 mg/kg，速效磷含量為38.9 mg/kg，速效鉀含量為123.5 mg/kg。

采用完全隨機的小區(qū)試驗，設置5個試驗處理，處理1：FS改土材料施用量為1 125 kg/hm2，以FS1125表示；處理2：FS施用量為1 875 kg/hm2，以FS1875表示；處理3：FQ施用量為1 125 kg/hm2，以FQ1125表示；處理4：FQ施用量為1 875 kg/hm2，以FQ1875表示；對照(CK)：不施用秸稈混合改土材料。每個處理設3個重復，共15個小區(qū)，每個小區(qū)面積為5 m×10 m。將土翻松按照行距55 cm開溝將各處理秸稈混合改土材料結(jié)合一定量三元復合肥施入各小區(qū)，并與土壤混合均勻進行播種。播種出苗后，按照株距25 cm進行間苗。追施2次氮肥(尿素)，第1次在三葉期，第2次在拔節(jié)期。按照常規(guī)方式進行雜草及病蟲害防治等田間管理。玉米成熟后測產(chǎn)，并進行土壤粒級含量、容重、養(yǎng)分含量等測定分析。

2 結(jié)果和分析

2.1不同處理對土壤肥力的影響

2.1.1 土壤團粒結(jié)構(gòu) 土壤團粒結(jié)構(gòu)是土壤肥力的基礎載體，是衡量土壤結(jié)構(gòu)優(yōu)劣的標準依據(jù)，它影響著土壤水、肥、氣、熱的通透性及生物活性[14]。不同處理土壤團粒結(jié)構(gòu)變化情況如圖1所示。在>5 mm的粒徑等級，處理1和處理2粒級含量相當且高于其他處理，不同處理下的該粒級含量表現(xiàn)為處理2>處理1>處理4>處理3>CK;在5～3 mm的粒徑等級，4個施用秸稈混合改土材料處理下的粒級含量為11.1%～12.4%，差異較小，但均高于CK，且處理2最高;在3～1 mm的粒級等級，各施用秸稈混合改土材料處理的粒級含量(19.5%～20.5%)均高于CK(17.3 %)，且處理4達到最大值;各處理土壤顆粒主要集中在1～0.25 mm粒徑，粒級含量為45.0%～51.1%，處理間表現(xiàn)為處理3>處理1>處理2>處理4>CK;CK粒徑<0.25 mm的粒級含量均高于其他處理，其余4個處理中，處理2粒徑<0.25 mm的粒級含量最少。綜合來看，當秸稈混合改土材料類型相同時，隨施用量增大，粒徑>5 mm、5～3 mm、3～1 mm的粒級含量呈增大趨勢，總體上施用秸稈混合改土材料處理的土壤大粒級含量呈增大趨勢，其中以處理2(FS1875)較為明顯。可見，秸稈混合改土材料能促使土壤小粒級顆粒團聚，形成更多的大粒級顆粒，優(yōu)化土壤孔隙比，進而改良土壤結(jié)構(gòu)。李貴桐等[15]研究秸稈還田對土壤氮素轉(zhuǎn)化的影響時發(fā)現(xiàn)，秸稈在腐解過程中能夠促進土壤微粒的團聚，有效改善土壤結(jié)構(gòu)，與本試驗研究結(jié)果一致。

圖1 不同處理的土壤團粒結(jié)構(gòu)

2.1.2 土壤容重 土壤容重是衡量土質(zhì)疏松程度的指標之一，它能綜合反映松緊度、孔隙度等土壤結(jié)構(gòu)指標，影響土壤團聚體內(nèi)營養(yǎng)元素的釋放和固定[16]。施用秸稈混合改土材料作用下土壤容重變化情況如圖2所示。整體上看，土壤容重大小依次為CK>處理3>處理1>處理4>處理2，說明混合改土材料能降低土壤容重。當秸稈混合改土材料類型相同時，隨著施用量的增大，土壤容重變化呈下降趨勢，表現(xiàn)為處理2(FS1875)較處理1(FS1125)下降0.05 g/cm3，處理4(FQ1875)較處理3(FQ1125)下降0.04 g/cm3；不同類型秸稈混合改土材料相同用量之間差異較明顯，其中處理2(FS1875)<處理4(FQ1875)，處理2容重最小，為1.20 g/cm3，較CK土壤容重降低了0.19 g/cm3。宮亮等[17]結(jié)果表明，化肥+50%玉米秸稈(全量玉米秸稈的50%)和化肥+100%玉米秸稈(10 500 kg/hm2)2個處理的土壤容重分別為1.25 g/cm3、1.21 g/cm3。本試驗中處理2的土壤容重(1.20 g/cm3)為5個處理中最低值，均低于宮亮等[17]試驗值，說明施用秸稈混合改土材料，能降低土壤容重，土壤改良效果較為明顯。

圖2 不同處理的土壤容重

2.1.3 土壤速效養(yǎng)分和土壤有機質(zhì)含量 從表1可知，施用秸稈混合改土材料對土壤中的堿解氮、速效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量有顯著影響。處理1、處理2、處理3、處理4土壤堿解氮含量均顯著高于CK，分別較CK高30.35%、38.15%、22.50%、32.60%，說明施用同一秸稈混合改土材料下，土壤中的堿解氮含量隨施用量增加而增加；相同施用量下，處理2>處理4、處理1>處理3，說明FS改土材料在提高土壤養(yǎng)分含量方面的改良效果優(yōu)于FQ；處理2(FS1875)下的堿解氮含量最高，為127.72 mg/kg。速效磷、速效鉀含量與堿解氮含量變化趨勢基本一致，4個處理速效磷、速效鉀含量均顯著高于CK，且總趨勢呈現(xiàn)處理2>處理4>處理1>處理3>CK。土壤有機質(zhì)含量同樣呈現(xiàn)處理2>處理4>處理1>處理3>CK的總趨勢，其中處理2的土壤有機質(zhì)含量為16.6 g/kg。從單個處理來說，處理2(FS1875)下的土壤養(yǎng)分含量最高，表明FS1875處理在提高土壤養(yǎng)分含量方面的效果最好，總體上施用秸稈混合改土材料的4個處理土壤養(yǎng)分含量較CK均顯著增加，說明施用秸稈混合改土材料有利于提高土壤肥力，這與秸稈還田能增加土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量的研究結(jié)果[18-19]一致。

表1 不同處理的土壤養(yǎng)分含量

注：同列不同字母表示在0.05水平差異顯著，表3同。

2.1.4 不同處理土壤理化指標的相關(guān)性分析 由表2可知，將秸稈改土材料施入土壤后，土壤容重與土壤粒徑3～1 mm粒級含量呈顯著負相關(guān)，與粒徑<0.25 mm粒級含量呈顯著正相關(guān)；土壤堿解氮含量與粒徑<0.25 mm粒級含量呈顯著負相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負相關(guān)，說明粒徑<0.25 mm的土壤粒級含量越多，土壤堿解氮含量越低；土壤容重越大，土壤堿解氮含量也越低；土壤速效磷含量與土壤容重呈顯著負相關(guān)，說明土壤速效磷含量隨著土壤容重的降低而增加；土壤速效鉀、有機質(zhì)含量變化趨勢與堿解氮一致，即與粒徑<0.25 mm的粒級含量呈顯著負相關(guān)，與土壤容重呈極顯著負相關(guān)，說明粒徑<0.25 mm的粒級含量越多、土壤容重越大，則土壤速效鉀、有機質(zhì)含量越低。此外，研究中堿解氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)等土壤養(yǎng)分間呈顯著或極顯著正相關(guān)。

表2 不同處理土壤理化指標的相關(guān)性分析

注：*、**分別表示在0.05、0.01水平上顯著、極顯著。

2.2不同處理對玉米產(chǎn)量的影響

從表3可以看出，施用秸稈混合改土材料處理的玉米產(chǎn)量較CK增加291.0～648.0 kg/hm2，較CK顯著增產(chǎn)4.5%～10.1%(P<0.01)。處理4(FQ1875)產(chǎn)量最高且增產(chǎn)效果最好，總產(chǎn)量和增產(chǎn)率分別為 7 051.5 kg/hm2、10.1%；其次為處理2(FS1875)，總產(chǎn)量和增產(chǎn)率分別為 6 947.8 kg/hm2、8.5%；秸稈混合改土材料處理中玉米產(chǎn)量隨施用量的增加而增加，增產(chǎn)量和增產(chǎn)率大小均為處理4>處理2>處理3>處理1。將秸稈混合改土材料用量與玉米產(chǎn)量作線性回歸分析：擬合的方程為Y=427.66+0.32X，其中Y為玉米產(chǎn)量，X為混合改土材料用量，相關(guān)系數(shù)R為0.95，P值為0.01，達到顯著水平,說明混合改土材料用量和玉米產(chǎn)量顯著正相關(guān)。在一定范圍內(nèi)，玉米產(chǎn)量隨改土材料用量而增加，這與秸稈還田能在一定程度上提高作物產(chǎn)量的結(jié)論[20-21]一致。

表3 不同處理玉米產(chǎn)量

注：同列不同大寫字母表示在0.01水平上差異顯著。

3 結(jié)論與討論

容重和團粒結(jié)構(gòu)影響著土壤結(jié)構(gòu)、腐殖質(zhì)含量及水分狀況，也是土壤水、肥、氣、熱等肥力因素變化與供應狀況的重要影響因子。本試驗向土壤施加常規(guī)肥料和秸稈混合物后發(fā)現(xiàn)，秸稈混合改土材料相同時，土壤大粒級顆粒含量隨施用量增大呈增大趨勢，其中以FS1875效果最為明顯，且FS1875處理土壤容重為1.20 g/cm3，低于其他各處理，表明土壤團粒結(jié)構(gòu)得到了改善，土壤大粒級顆粒含量增加，改良效果最好。施用秸稈混合改土材料明顯提高了土壤養(yǎng)分含量，與對照相比，4個施用秸稈混合改土材料處理的土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)含量均顯著增加，且增加比例在17%以上，同樣以FS1875處理效果最為顯著，其速效氮、速效磷、速效鉀含量和有機質(zhì)含量增加比例分別為38.15%、38.24%、37.45%和34.96%，說明FS1875處理在提高土壤養(yǎng)分含量方面具有較好的效果，在實際農(nóng)耕中能為作物生長提供良好的養(yǎng)分環(huán)境。研究表明，秸稈還田可有效促進增產(chǎn)，原因是秸稈能提高土壤肥力、抑制水分蒸發(fā)，進而提高了土壤水肥利用效率[22-23]，為作物高產(chǎn)打下基礎。本研究中4個施用秸稈混合改土材料處理與對照相比，均達到了不同的增產(chǎn)效果，其中FQ1875、FS1875處理產(chǎn)量較高，分別為7 051.5、6 947.8 kg/hm2，回歸分析發(fā)現(xiàn)，秸稈混合改土材料的用量與玉米產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，說明在一定范圍內(nèi)，隨著改土材料用量的增加，玉米產(chǎn)量增加。

綜上所述，通過前期篩選及后期試驗，根據(jù)秸稈混合物自身的保水性能保肥性能，以及對土壤容重、團粒結(jié)構(gòu)、土壤養(yǎng)分含量、有機質(zhì)含量及試驗作物玉米的產(chǎn)量等分析得出，F(xiàn)S1875處理[秸稈混合改土材料的制備比例為秸稈(粉碎)∶膨潤土∶PAM=800∶200∶50，施用量為1 875 kg/hm2]在增加土壤養(yǎng)分和作物增產(chǎn)方面較好，尤其是在改良土壤團粒結(jié)構(gòu)和提高土壤速效養(yǎng)分含量方面具有較好的效果。

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Improvement Effect of Mixed Soil Improvement Material of PAM,Bentonite and Pretreated Product of Stalks on Soil

WANG Xingshu1,LU Yingang1*,WANG Jiashun2,LIAO Heng1

(1.Agricultural College，Guizhou University,Guiyang 550025,China; 2.Anshun College,Anshun 561000,China)

To improve structure of cultivated soil and nutrient content,corn stalks were used as raw material to mix the stalks fermented by microbial inoculum,bentonite and polyacrylamide(PAM) to a scale to fabricate soil improvement materials.Two kinds of mixing materials[straw(pulverized)∶bentonite∶PAM=800∶200∶50],FQ[straw (pulverized)∶bentonite∶PAM=800∶200∶50]were selected to conduct application rate test.And five treatments were set up,which were FS1125[the inferior number indicates application rate(kg/ha),the same below],FS1875,FQ1125,FQ1875and CK (no straw mixed soil modified material).The effect of the mixing soil melioration material on soil physical and chemical properties,maize yield were studied initially.The results showed that compared with CK,FS1875treatment could significantly improve soil physical and chemical properties.Under the treatment of FS1875,the bulk density of soil was 1.20 g/cm3.The contents of available nitrogen,rapid available phosphorus and rapidly available potassium of soil were 127.72,61.12,177.6 mg/kg respectively.The content of organic matter of soil was 16.6 g/kg,which was 0.19 g/cm3lower than that of CK.Compared with the CK,the contents of available nitrogen,rapid available phosphorus and rapidly available potassium of soil increased by 38.15%,38.24%,37.45%,34.96%,respectively.The yield of maize was 6 947.8 kg/ha,8.5% higher than the control.On the whole,the treatment of FS1875is the best,which can produce better economic benefits.

polyacrylamide; bentonite; straw; mixed pretreatment; soil nutrient; physicochemical properties of soil; soil improvement

2017-05-22

貴州省農(nóng)業(yè)攻關(guān)計劃項目(黔科合NY字[2012]3073號)

王星舒(1992-)，男，河南滎陽人，在讀碩士研究生，研究方向：植物營養(yǎng)。E-mail：1014982378@qq.com

*通訊作者：陸引罡(1962-)，男，江蘇啟東人，教授，博士，主要從事植物營養(yǎng)生理與遺傳研究。 E-mail：agr.yglu@gzu.edu.cn

S156.2

： A

： 1004-3268(2017)09-0062-05