聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出特性的影响

王家宝　郑国亮　刘海林　井玉丹　华元刚　茶正早

摘 要 为确定不同施肥时期橡胶树专用肥中聚丙烯酰胺最佳用量及其养分释放特性，利用间歇式性土柱淋溶试验，通过模拟海南省4、6、9月的降雨量，探究不同降雨量条件下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出特性的影响。结果表明：在不同降雨量条件下，橡胶树专用肥氮钾累积淋出量总体上均表现为随着聚丙烯酰胺用量增加而减少；6次淋溶结束时，模拟4、6、9月降雨量条件下添加6%聚丙烯酰胺橡胶树专用肥氮累积淋出量分别占总施氮量的22.88%、50.92%、59.04%，钾累积淋出量分别占总施钾量的35.38%、69.93%、68.81%，且均显著小于未添加聚丙烯酰胺的处理。可见，在不同橡胶树施肥时期，添加聚丙烯酰胺均可有效延缓橡胶树专用肥养分释放，减少养分淋失，且当聚丙烯酰胺用量为6%时橡胶树专用肥缓释效果最佳。

关键词 聚丙烯酰胺；降雨量；橡胶树专用肥；养分淋失

中图分类号 S145.4 文献标识码 A

Abstract In order to determine the optimum amount of PAM for the rubber tree special fertilizer and confirm nutrient release characteristics，the intermittent soil column leaching test was used to discuss the effect on characteristics of PAM to rubber tree special fertilizer nutrient leaching under simulation Hainan rainfall in April， June， September. The results showed that the accumulative nitrogen/potassium leaching were generally characterized by decreased as the increased of PAM under different rainfall conditions. At the end of six times leaching under simulation Hainan rainfall in April、June、September，when the amount of PAM was 6%，the accumulative nitrogen leaching in the ratio of total amount of nitrogen were 22.88%， 50.92%， 59.04%，respectively； the accumulative potassium leaching in the ratio of total amount of potassium were 35.38%， 69.93%， 68.81%，respectively，and significantly less than the treatment of without PAM. So in the different rubber tree fertilization time，adding PAM can effectively delay the nutrient release of rubber tree special fertilizer，reduce nutrient leaching，and the effect of slow release for rubber tree special fertilizer was the best while the amount of PAM was 6%.

Key words PAM； Rainfall； Rubber tree special fertilizer； Nutrient leaching

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.01.004

化肥在农业领域中具有举足轻重的地位，据联合国粮农组织（FAO）统计，施用化肥可提高作物单产55%～57%，提高总产30%～31%，化肥投入约占其农业全部生产性投入的50%[1-3]。但近些年来，由于肥料不合理施用而导致的养分损失、环境污染、资源浪费等问题日益凸显，严重制约了中国农业的可持续发展[4-7]。

橡胶树原产于亚马逊流域，1904年引入中国种植，现已成为中国热带农业的主要种植作物之一。为了满足橡胶树生长需要、提高干胶的产量，胶园大量施用化肥[8-11]。中國植胶区主要位于热带至南亚热带地区，受季风气候影响，降雨量分布不均，85%的降雨量集中在5～10月份，自11月开始至翌年4～5月为明显旱季，月降雨量低于50 mm。雨季降水强度大，养分淋失严重；旱季降雨偏少，水分缺乏，肥水不同步，肥料施入胶园土壤后不能高效利用。因此，为了提高肥料利用率、减少养分损失、维持橡胶树高产稳产，研究橡胶树合理高效施肥对橡胶产业发展至关重要[12-14]。

聚丙烯酰胺是一种高分子直链聚合物，其酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键，具有很强的粘聚作用和保水作用。相关研究表明，聚丙烯酰胺可增加土壤水稳性团粒数量，增强土壤抗蚀能力，并使土壤具有较好的保水能力[15-16]。另外，聚丙烯酰胺可增强土壤对养分的吸附作用，并能通过创建和稳定水稳性团粒结构，增强土壤对肥料的保持作用，减少肥料养分流失，提高肥料利用率[17-19]。可见，聚丙烯酰胺在增强土壤保水性能、改良土壤结构、减少土壤水分和养分流失方面，均能发挥积极的作用。但聚丙烯酰胺的加入量以及在不同降雨量下对肥料养分的缓释性能评价还鲜有报道。为此，本文将聚丙烯酰胺按不同比例与橡胶树专用肥混合，通过淋溶试验研究了4、6、9月（橡胶生产中的3次施肥时期分别为每年的4月、6月和9月）降雨量条件下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋失的影响，以期为橡胶树合理高效施肥提供技术参考，并为研制适宜在天然橡胶生产中推广应用的新型橡胶树专用肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

聚丙烯酰胺：为直链状聚合物，白色小颗粒，由十万个以上的单体聚合构成，分子量3 000萬，其酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键，具有很强的粘聚作用和保水作用。

供试肥料：橡胶树专用肥，用尿素、氯化钾和过磷酸钙按照橡胶树专用肥的配比进行配制，配比为N ∶ P2O5 ∶ K2O=15 ∶ 9 ∶ 6。

供试土壤：供试土壤采自中国热带农业科学院橡胶研究所五队试验基地，其基本性质见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 本试验分别在模拟橡胶树每年施肥期4、6、9月份降雨量条件下开展间歇性土柱淋溶试验，探究不同降雨量条件下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋失的影响。聚丙烯酰胺用量比按2%、3%、4%、5%、6%分别与肥料混合，每个处理5次重复（表2）。

1.2.2 土柱淋溶试验 向长40 cm、内径5 cm，用200目尼龙网布封底的PVC管中加入3 mm洗净沙粒100 g（高约4 cm），然后装入过1 mm筛供试风干土壤400 g（高约20 cm），压实，再在其上方装入与聚丙烯酰胺充分混匀的15 g橡胶树专用肥，再加入过1 mm筛供试风干土壤100 g（高约5 cm），最后以过3 mm筛洗净沙粒覆盖100 g（高约4 cm），以免淋溶时扰乱土层。土柱制备完成后将其摆放在特制土柱淋溶架上，加270 mL去离子水使土壤水分接近饱和（前期试验），但不会有过量去离子水自土柱渗出。保湿放置24 h后进行土柱淋溶试验，分别向土柱中加去离子水28、75、103 mL（去离子水用量根据海南近10 a内的4、6、9月份平均降雨量确定）进行淋溶，用锥形瓶收集淋溶液，待不再有水滴出为止，对淋溶液摇匀，取样，测定淋溶液氮、钾含量。以刺有小孔的塑料薄膜封闭PVC管上口，室温培养5 d后，继续添加与前一次等量去离子水进行第2次淋溶，同时收集淋出液，摇匀，取样液进行分析。以后各次按同样方法进行操作，5 d淋溶1次共淋溶6次[20]。

1.2.3 淋溶液养分分析测定 土壤的基本理化性质采用常规农化分析方法进行测定[21]，淋溶液中氮采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法进行测定、钾采用火焰光度法进行测定。

1.3 数据处理

数据采用Microsoft office Excel 2010软件对原始数据进行整理、计算和绘制图表；采用SPSS13.0进行方差分析及显著性分析。

2 结果与分析

2.1 模拟4月降雨量下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出量的影响

图1为模拟4月降雨量下添加聚丙烯酰胺的橡胶树专用肥养分累积淋出量特征曲线。由图1可知，在6次淋溶过程中，各处理单次养分淋出量基本维持在一固定值，且添加聚丙烯酰胺各处理的N、K素的累积淋出量均少于同时期的不添加处理，但各处理N素与K素的累积淋出量特征曲线存在一定差异。

由图1-a可知，第1次淋溶后，添加0、2%、3%、4%、5%、6%聚丙烯酰胺处理N素淋出量分别占总施氮量的38.14%、33.64%、24.45%、20.83%、18.36%、15.71%，6次淋溶结束后，各处理N素累积淋出量分别占施用N素总量的44.98%、41.18%、31.89%、28.59%、25.18%、22.88%，橡胶树专用肥N素累积淋出总量随着聚丙烯酰胺用量增加而减少，且添加2%、3%、4%、5%、6%聚丙烯酰胺的橡胶树专用肥处理的N素累积淋出量均与不添加处理差异显著（表3）。由此可见，模拟4月降雨量下，添加聚丙烯酰胺可有效减少橡胶树专用肥氮素淋失，养分缓释作用明显，且以添加6%聚丙烯酰胺效果最佳。

模拟4月降雨量下聚丙烯酰胺与橡胶树专用肥混施处理K素淋出量特征曲线见图1-b。由图可知，首次淋溶后，添加6%聚丙烯酰胺的橡胶树专用肥处理的K素淋出量最小，占总施钾量的8.39%，而未添加聚丙烯酰胺处理的K素淋出量占总施钾量的24.15%，大于其余各处理。当6次淋溶结束时，聚丙烯酰胺用量为0、2%、3%、4%、5%、6%的各处理K素累积淋出量分别占总施钾量的54.33%、48.09%、42.39%、41.07%、38.13%、35.38%，K素累积淋出量分别较未添加处理减少了11.48%、21.97%、24.41%、29.81%、34.87%，且均表现为差异显著（表3）。表明添加聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥钾素也有较好淋失抑制作用，可有效减少钾素淋失，且当用量为6%时抑制淋失效果好。

2.2 模拟6月降雨量下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出量的影响

图2为模拟6月降雨量下添加聚丙烯酰胺的橡胶树专用肥各处理养分淋出量特征曲线。由图2可知，各处理的养分累积淋出量特征曲线均为抛物线型，即淋溶前期橡胶树专用肥养分淋出速率大，且随着淋溶次数增加，养分淋出量逐渐减小，在6次淋溶过程中，添加聚丙烯酰胺的各处理N、K素累积淋出量均少于同时期未添加处理。由图2-a可知，橡胶树专用肥N素首次淋出量是随着聚丙烯酰胺用量的增加而减少，聚丙烯酰胺用量为0、2%、3%、4%、5%和 6%处理的N素首次淋出量分别占总施氮量的47.54%、44.81%、43.25%、35.50%、32.73%、28.47%。6次淋溶后，添加聚丙烯酰胺的各处理N素累积淋出量均小于未添加处理，且差异性显著（表4）。添加6%聚丙烯酰胺处理的N素累积淋出量小于其他处理。另外，各处理的N素累积淋出量均随着聚丙烯酰胺用量增加而减少；聚丙烯酰胺用量为2%、3%、4%、5%、6%处理的N素累积淋出量较未添加处理分别减少了8.95%、9.66%、14.58%、18.78%、22.85%。由此可见，当橡胶树专用肥第二次（6月份）施用时，添加一定量聚丙烯酰胺可减少专用肥氮素的淋失，从而延长其肥效期。

由图2-b可知，随着淋溶次数增加，橡胶树专用肥的K素单次淋出量逐渐减少。第1次淋溶后，未添加聚丙烯酰胺处理的K素首次淋出量为总施钾量的29.99%，而添加6%聚丙烯酰胺处理的K素淋出量最小，仅为总钾量的18.98%。6次淋溶结束时，添加聚丙烯酰胺的各处理K素累积淋出量均少于未添加处理，且聚丙烯酰胺用量为6%的处理，比未添加聚丙烯酰胺的处理减少了6.41%，达到显著差异水平（表4）。虽然聚丙烯酰胺用量为2%时，其K素累积淋出量略小于添加量为3%的处理，但总体趋势为随着聚丙烯酰胺用量的增加，K素累积淋出量减少。由此表明，模拟6月降雨量下，在橡胶树专用肥中添加聚丙烯酰胺可起到减少肥料中钾素淋失的作用。

2.3 模拟9月降雨量下聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出量的影响

图3为模拟9月降雨量下添加聚丙烯酰胺橡胶树专用肥养分淋出量特征曲线。由图3可知，各处理橡胶树专用肥养分累积淋出量曲线形状与模拟6月份降雨量条件下类似，也为抛物线型，但随着模拟降雨量的增加，各处理的首次养分淋出量和累积淋出量均明显高于前两个季节，肥料的淋溶损失最为严重。

模拟9月降雨量下聚丙烯酰胺与橡胶树专用肥混施处理N素淋出量特征曲线见图3-a，由图可知，首次淋溶后，未添加聚丙烯酰胺处理N素淋出量最多，为总施氮量的57.62%，聚丙烯酰胺用量为6%的处理最少，为总施氮量的31.85%，较未添加聚丙烯酰胺处理减少了44.73%；其次为聚丙烯酰胺用量为5%的处理，占总施氮量的45.14%，较未添加聚丙烯酰胺处理减少了21.67%。6次淋溶结束时，聚丙烯酰胺用量为0、2%、3%、4%、5%和 6%的处理N素累积淋出量分别占总施氮量的 73.98%、68.69%、66.97%、69.98%、62.41%和59.04%。添加聚丙烯酰胺的各处理N素累积淋出量均小于未添加处理，且均差异显著（表5）。其中，聚丙烯酰胺用量为6%的处理N素累积淋出量较未添加聚丙烯酰胺处理减少幅度最大，为20.20%，其次为聚丙烯酰胺用量为5%、3%、2%和4%的处理。表明随着淋溶次数的增加，各处理氮素的累积淋出量差异逐渐缩小，添加聚丙烯酰胺的各处理均比不添加处理的氮素累积淋出量小，且聚丙烯酰胺用量为6%处理效果最佳。总体上聚丙烯酰胺的用量越大对橡胶树专用肥中的氮素淋失抑制越强，但在使用量为4%时出现异常，原因有待进一步探究。

图3-b为模拟9月降雨量下聚丙烯酰胺与橡胶树专用肥混施处理K素淋出量特征曲线，由图可知，第1次淋溶时，聚丙烯酰胺用量为2%、3%、4%、5%和6%处理的钾素淋出量分别占施用钾素总量的31.43%、36.88%、37.21%、33.07%和17.10%，均低于未添加处理，且聚丙烯酰胺用量为6%的处理较未添加处理减少达22.81%。6次淋溶结束后，未加聚丙烯酰胺的处理的K素累积淋出量最大，为总施钾量的79.87%，与添加聚丙烯酰胺的各处理差异显著（表5）。其中聚丙烯酰胺用量6%处理的钾素累积淋出量明显低于其他处理，较不添加聚丙烯酰胺处理减少了14.87%。说明添加聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥中的钾具有一定的缓释作用，且当添加量为6%时，缓释效果最佳。

3 讨论与结论

养分在土体中释放时间的长短是评价肥料缓释效果的一个主要因素，相关研究表明，由于聚丙烯酰胺具有极强的粘聚和保水能力的特性，其施用后由于对土壤中水分流动的影响，可以大幅度降低土壤中N、K等养分的流失，达到保水保肥的目的[22]。庄文化[23]等研究表明，在土壤中施用聚丙烯酸钠保水剂可以通过改善土壤通透性、增加土壤大团聚体的数量，使土壤结构更加稳定，从而减少肥料的淋失，有利于植物生长。本研究表明，在模拟3个不同月份的降雨量淋溶试验中，加入不同量的聚丙烯酰胺均能有效减少橡胶树专用肥中N、K素的淋失，且对减少N、K素淋失的效果总体上随着聚丙烯酰胺加入量的增加而增加。当聚丙烯酰胺的加入量为6%时，模拟4、6、9 3个不同月份降雨量的淋溶试验中，相对于对照处理，橡胶树专用肥中N素的累积淋出量分别减少了49.13%、22.85%、20.20%；K素累积淋出量分别减少了34.87%、6.41%、14.87%，均高于同一时期其他处理，说明当聚丙烯酰胺的加入量为6%时，对减少橡胶树专用肥养分淋失的效果最佳。

在降雨量丰富的热带地区，土壤养分淋失是养分高效利用的一个重要制约因素。于健[24]等的研究表明，由于聚丙烯酰胺所具有的特殊网状结构以及多种极性基团，可以将土壤中的水分牢牢锁住，从而增加土壤的入渗率，减少土壤侵蚀。同时，聚丙烯酰胺对于增加土壤颗粒间的凝聚力、改善土壤团粒结构等方面也有较好的效果。降雨量是影响养分淋失的一个主要因素，本研究通过模拟橡胶树3个不同施肥期的降雨量，比较实际地反映出了聚丙烯酰胺对减少橡胶树专用肥养分淋失的效果，在一定添加量范围内（本研究为0、2%、3%、4%、5%、6%），随着加入聚丙烯酰胺的量的增加，其对减少橡胶树专用肥养分淋失的效果越佳，这可能是由于較高比例（6%）的聚丙烯酰胺中含有更多数量的保水、保肥的有效结构，使得橡胶树专用肥中的养分释放更加缓慢、持久，从而减少了养分的淋失、增加了肥料利用率。但其在大田上的应用以及使用后对土壤生态环境的影响等，还需进一步研究。

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责任编辑：叶庆亮