聚丙烯酰胺对胶园肥穴养分垂直分布的影响

2017-06-10刘海林雷菲华元刚林清火茶正早罗微

热带作物学报 2017年12期

刘海林雷菲华元刚林清火茶正早罗微

摘要以普通肥料为对照，将聚丙烯酰胺与普通肥料混合施用，研究了聚丙烯酰胺对胶园肥穴养分垂直分布的影响。结果表明：与普通肥料相比，聚丙烯酰胺混施可增加胶园肥穴0～40 cm土层中硝态氮、铵态氮、速效钾含量，且硝态氮、速效钾含量处理间差异显著，同时可降低肥穴40～100 cm土层中硝态氮、铵态氮、速效钾含量；另外，混施处理肥穴0～20 cm土层速效磷含量与普通肥料处理差异不显著。可见，聚丙烯酰胺与普通肥料混施可增加0～40 cm橡胶树根层土壤养分含量，有利于橡胶树根系对养分的吸收，减少养分淋失。

关键词聚丙烯酰胺；胶园；养分；垂直分布

中图分类号 S143 文献标识码 A

Abstract Mixed application of polyacrylamide（PAM）and ordinary fertilizers was used to study the effects of PAM on nutrient vertical distribution of fertilizer cave in rubber plantations. Results showed that mixed application could increase the content of nitrate nitrogen， ammonium nitrogen and available potassium in the 0-40 cm soil layer， and the nitrate nitrogen and available potassium in the 0-40 cm soil layer were significantly different among the two treatments.The mixed application could also reduce the content of nitrate nitrogen， ammonium nitrogen and available potassium in the 40-100 cm soil layer. In addition， the content of available phosphorus in the 0-20 cm soil layer was not significantly different among the two treatments. It showed that mixed application of PAM and ordinary fertilizers could increase the content of nutrients in the rubber tree roots layer， it was advantageous to absorb nutrients by the rubber tree roots and reduce nutrients leaching.

Key words polyacrylamide（PAM）； rubber plantations； nutrient； vertical distribution

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.12.004

橡膠树（Hevea brasiliensis）是多年生高大乔木，开割后胶树中部分养分会随胶乳流失，橡胶树吸收养分既要产胶，又要满足自身生长，对养分的需求量大，施肥则是保持橡胶树高产稳产的一项重要措施，其对橡胶树产胶的贡献率达到30%。橡胶主要栽培区海南气候具有明显的旱季雨季，雨季集中，雨量大，降水集中在5～10月，占全年降雨量的75%～90%，而且植胶土壤以砖红壤为主，土壤酸性强、阳离子交换量低[1-2]。由于其特殊气候条件及其土壤类型，与我国其他地区相比肥料养分更容易淋失，肥料利用率维持在较低水平，养分资源损失严重，给生态环境加重负担。

有研究表明，橡胶树施肥时期正好处于雨季，胶园10～20 cm土层的养分易淋失，环境风险大[3]。目前，在农业生产中为了减少肥料淋失，提高肥料利用率，不少研究从改变肥料本身特性着手[4-6]，利用新材料、新工艺、新技术制备新型肥料是重要措施之一。而缓/控释肥料属于其中研究热点之一，它可减缓养分释放速率，减少养分淋失[5，7-8]，施用缓/控释肥料是减少养分损失有效措施。但是，控释肥料生产工艺技术要求较高，生产成本高，限制控释肥料大田推广应用[9-10]。而利用适宜工艺技术将缓释材料与化学肥料结合制备缓释肥料，既可降低生产成本，同时也能起到减少养分损失效果。

聚丙烯酰胺是一种具有絮凝性、增稠性以及表面吸附性的水溶性高分子聚合物。由于其特殊的理化性质，聚丙烯酰胺已被广泛应用于土壤改良、水土流失防治等农业领域，可有效改善土壤结构[11-12]，减轻水土流失[13-16]，减少养分淋失[17-19]。员学锋等[18]通过室内人工土柱模拟试验，发现添加聚丙烯酰胺可有效降低土壤淋溶液中养分浓度，且随着聚丙烯酰胺浓度的增加，土壤中养分淋失量减少。另有学者将聚丙烯酰胺与橡胶树专用肥混合，并利用土柱淋溶试验研究表明，聚丙烯酰胺可显著减少肥料养分淋溶损失[20-21]。但是，上述研究均未分析测定土柱中各养分在不同深度的含量分布状况，更未在田间状态下研究聚丙烯酰胺与肥料混施对减少养分淋失的效果。为此，本研究将聚丙烯酰胺与普通肥料混施，研究聚丙烯酰胺对胶园肥穴中养分垂直分布的影响，以期为聚丙烯酰胺在橡胶树施肥及新型橡胶树专用肥生产中应用提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验区概况试验点位于中国热带农业科学院试验场红洋队，橡胶树品种为热研7-33-97，2005年定植，胶园土壤具体化学性质见表1（土壤基础样为胶园萌生带土壤）。

1.1.2 试验材料供试肥料为尿素（氮含量≥46%）、复合肥（N ∶ P2O5 ∶ K2O=14 ∶ 7 ∶ 9）。聚丙烯酰胺为直链状聚合物，白色小颗粒，分子量3 000万。

1.2 试验方法

试验分为聚丙烯酰胺与普通肥料混施处理和普通肥料处理，每株橡胶树普通肥料用量为0.85 kg（复合肥0.6 kg，尿素0.25 kg），聚丙烯酰胺用量为普通肥料施用量的6%。橡胶树第一次施肥（4月09日）时按照试验处理将肥料施于胶园肥穴中，橡胶树第二次施肥（6月24日）前进行土壤样品采集，采样时以施肥穴肥料施用位置为取样点，土壤采样深度为0～100 cm，每5个肥穴土壤样品为1个混合样，混施处理和对照处理分别取5个混合样。将采集的土壤鲜样混匀，浸提，过滤，用连续流动分析仪（德国Bran+Luebbe公司AA3）测定提取液中铵态氮和硝态氮含量，风干后的土壤样品用于测定土壤的有效磷、速效钾。

1.3 数据分析处理

采用Microsoft office excel 2007软件对原始数据进行整理计算、绘制图表，采用SPSS软件对数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 聚丙烯酰胺对胶园肥穴中硝态氮垂直分布的影响

比较胶园肥穴中的硝态氮垂直分布情况可知（表2），随着土层深度增加，施用普通肥料的肥穴土壤硝态氮含量先增加后减小，20～40 cm土层硝态氮含量最高，为65.76 mg/kg，80～10 cm土层硝态氮含量最低，为51.17 mg/kg；而40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层硝态氮含量相近。聚丙烯酰胺与肥料混施处理的肥穴土壤硝态氮含量随土层深度增加而逐渐减小，0～20 cm土层硝态氮含量达142.93 mg/kg，显著大于其他土层，分别为40～60 cm和80～100 cm土壤硝态氮含量的2.19倍和3.37倍。与普通肥料处理比较可知，聚丙烯酰胺与肥料混施处理0～20 cm土层硝态氮含量显著大于普通肥料处理，为普通肥料处理0～20 cm土层的2.39倍；混施处理40～60 cm土层硝态氮含量为65.23 mg/kg，与普通肥料处理40～60 cm土层硝态氮含量接近持平；而随着土层深度增加，混施处理土壤硝态氮含量逐渐小于普通肥料处理，混施处理40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层硝态氮含量分别较普通肥料处理40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层硝态氮含量减少了10.21%、14.05%、17.14%。由此可知，聚丙烯酰胺与肥料混施有显著增加胶园肥穴中0～20 cm土层硝态氮含量，减少土壤硝态氮下移，增加土壤保肥性，使胶园肥穴上层土壤维持较高的硝态氮水平，而胶园肥穴中橡胶树根系主要集中于0～40 cm土层中，因此有利于橡胶树根系对氮素营养的吸收。

2.2 聚丙烯酰胺对胶园肥穴中铵态氮垂直分布的影响

从表3可看出，随着土层深度增加，聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的肥穴土壤铵态氮含量均表现为先增加后减小，20～40 cm土层铵态氮含量达最大值，聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的20～40 cm土层铵态氮含量分别为87.14 mg/kg和76.57 mg/kg，聚丙烯酰胺与肥料混施处理20～40 cm土层铵态氮含量较普通肥料处理提高了12.13%，分别为各自80～100 cm土层铵态氮含量的3.65倍和1.65倍。聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的0～20 cm土层铵态氮含量分别为45.80 mg/kg和34.51 mg/kg，聚丙烯酰胺与肥料混施处理铵态氮含量较普通肥料处理增加了11.29 mg/kg。随着土层深度进一步增加，聚丙烯酰胺与肥料混施处理的铵态氮含量小于普通肥料处理。土层深度为40～60 cm时，普通肥料处理铵态氮含量为57.70 mg/kg，较混施处理增加12.77 mg/kg；普通肥料处理60～80 cm、80～100 cm土层铵态氮含量均显著大于混施处理，分别为混施处理60～80 cm、80～100 cm土层铵态氮含量的2.07倍和1.94倍。表明聚丙烯酰胺与肥料混施可减少胶园肥穴中铵态氮下移，增加肥穴橡胶树根层铵态氮含量。

2.3 聚丙烯酰胺对胶园肥穴中有效磷垂直分布的影响

由表4可知，聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的肥穴土壤有效磷含量均随着土层深度增加而减小，且0～20 cm土层有效磷含量显著大于其它土层有效磷含量。混施处理各土层有效磷含量均小于普通肥料处理，其中聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的0～20 cm土层有效磷含量分别达到1058.60 mg/kg和1159.70 mg/kg，处理间相差101.10 mg/kg，但处理间差异不显著。且普通肥料处理40～100 cm土层有效磷含量均大于混施处理。但是聚丙烯酰胺与肥料混施处理、普通肥料处理的0～20 cm土层有效磷含量分别为胶园萌生带0～20 cm土壤有效磷含量的161.13倍和176.51倍。聚丙烯酰胺与肥料混施并未明显影响胶园肥穴中有效磷含量垂直分布，可能是由于橡胶树施肥管理措施中包括每年冬季将25～50 kg有机肥与0.25～0.5 kg过磷酸钙混施于肥穴中，同时土壤磷元素移動性差，容易被土壤固定，导致肥穴表层土壤中大量磷元素富集，掩盖了聚丙烯酰胺与肥料混施对肥穴磷元素的影响，具体原因有待进一步研究。

2.4 聚丙烯酰胺对胶园肥穴中速效钾垂直分布的影响

由表5可知，随着土层深度增加，普通肥料处理土壤速效钾含量表现为先增加后减小趋势，当土层深度为60～80 cm时，土壤速效钾含量达最大，为189.89 mg/kg；0～20 cm土层速效钾含量最小，为109.76 mg/kg，是60～80 cm土层速效钾含量的57.80%；当土层深度为60～80 cm时，普通肥料处理的速效钾含量仍达180.91 mg/kg，较0～20 cm土层速效钾含量增加了64.82%。而随着土层深度增加，聚丙烯酰胺与肥料混施处理土壤速效钾含量逐渐减小，0～20 cm土层速效钾含量最高，达238.59 mg/kg；80～100 cm土层速效钾含量最低，为156.82 mg/kg；聚丙烯酰胺与肥料混施处理表层（0～40 cm）土壤速效钾含量显著高于深层（40～100 cm）土壤速效钾含量。与通肥料处理相比，聚丙烯酰胺与肥料混施处理0～20 cm和20～40 cm土层速效钾含量均显著大于普通肥料处理，聚丙烯酰胺与肥料混施处理0～20 cm土层速效钾含量为普通肥料处理0～20 cm土层速效钾含量的2.17倍，为胶园萌生带0～20 cm土层速效钾含量的5.69倍。由此可见，普通肥料施入胶园肥穴后钾素容易下移至深层土壤，而聚丙烯酰胺与肥料混施可减少胶园肥穴土壤速效钾的淋失，使胶园肥穴中表层土壤的速效钾含量维持较高水平，从而有利于橡胶树根系对钾素的吸收。

3 讨论

本研究将聚丙烯酰胺与普通肥料混合施入橡胶园肥穴中，测定肥料养分在不同土层中的含量，研究了肥料养分在田间土壤养分垂直迁移状况。研究结果表明，聚丙烯酰胺与肥料混施处理0～20 cm土层硝态氮含量为普通肥料处理0～20 cm土层的2.39倍，混施处理40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层硝态氮含量分别较普通肥料处理40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm土层硝态氮含量减少了10.21%、14.05%、17.14%；普通肥料处理60～80 cm、80～100 cm土层铵态氮含量分别为混施处理60～80 cm、80～100 cm土层铵态氮含量的2.07倍和1.94倍。混施处理0～20 cm和20～40 cm土层速效钾含量均显著大于普通肥料处理，混施处理0～20 cm土层速效钾含量为普通肥料处理0～20 cm土层速效钾含量的2.17倍。这也验证了员学锋[18]、王家宝[20]、王龙宇[21]等聚丙烯酰胺与肥料混施的土柱淋溶试验结果。说明聚丙烯酰胺与肥料混施可减少肥料养分向下迁移，减少养分淋失。

另外，王霞[22]等研究表明，包膜尿素能够较长时间维持耕层土壤较高的氮含量，减少氮素向土壤深层（60 cm）迁移。刘飞[23]等研究发现，马铃薯玉米套作下控释肥可提高耕层土壤速效氮含量，显著降低氮素淋失。本研究结果也发现聚丙烯酰胺与肥料混施可增加胶园肥穴0～40 cm土层中硝态氮、铵态氮、速效钾含量，降低肥穴40～100 cm土层中硝态氮、铵态氮、速效钾含量。可见，在养分淋失方面，聚丙烯酰胺与肥料混施同样可达到缓/控释肥料的效果。但是聚丙烯酰胺用量仅为6%，成本仅增加约300～400元左右，相对缓/控释肥料而言，更为经济实惠。

聚丙烯酰胺与肥料混施可减少胶园肥穴中养分下移，其原因在于胶园肥穴中橡胶树根系主要集中于0～40 cm土层中，从而聚丙烯酰胺与普通肥料混施有利于橡胶树根系对养分的吸收，减少养分淋失。另外，聚丙烯酰胺具有水溶液粘度大、离子吸附、水合作用等特性，将聚丙烯酰胺施加到土壤中，可以通过创建和稳定水稳性团聚体以及对养分元素吸附两方面的作用来加强土壤对肥料的吸附和保持，将肥料养分缓慢释放，抑制肥料养分快速流失，具有保水保肥作用[24]。因此，表明聚丙烯酰胺可作为橡胶树专用肥缓释材料，或与普通肥料混合施入胶园肥穴。

参考文献

[1] 漆智平，余让水. 21世纪海南土壤肥料科学的机遇、挑战和对策[J]. 热带农业科学， 1999， 5： 1-7.

[2] 林清火，罗微，林钊沐，等. 砖红壤地区旱地土壤肥料养分淋失研究进展[J]. 热带农业科学， 2003， 23（1）： 61-66.

[3] 丘秀灵，成铁龙，罗微，等. 海南胶园土壤NO3--N淋失风险评估及影响因素分析[J]. 熱带作物学报， 2009， 30（4）： 420-424.

[4] 赵秉强，张福锁，廖宗文，等. 我国新型肥料发展战略研究[J]. 植物营养与肥料学报， 2004， 10（5）： 536-545.

[5] 樊小林，刘芳，廖照源，等. 我国控释肥料研究的现状和展望[J]. 植物营养与肥料学报， 2009， 15（2）： 463-473.

[6] 杨俊刚，曹兵，徐秋明，等. 包膜控释肥料在旱地农田的应用研究进展与展望[J]. 土壤通报， 2010， 41（2）： 494-500.

[7] Cushman K E， Sato S， Morgan K T. Release mechanisms for slow- and controlled-release fertilizers and strategies for their use in vegetable production[J]. Hort Technology， 2009， 19（1）： 10-12.

[8] Azeem B， KuShaari K Z， Man Z B， et al. Review on materials & methods to produce controlled release coated urea fertilizer[J]. Journal of Controlled Release， 2014， 181： 11-21.

[9] Medina L C， Obreza T A， Sartain J B， et al. Nitrogen release patterns of a mixed controlled-release fertilizer and its components[J]. Horttechnology， 2008， 18（3）： 475-480.

[10] Shaviv A. Advance in controlled-release fertilizer[J]. Advance in Agronomy， 2000（71）： 1-49.

[11] 龙杰明，张宏伟，陈志泉，等. 高聚物对土壤结构改良的研究Ⅲ.聚丙烯酰胺对赤红壤的改良研究[J]. 土壤通报， 2002， 33（1）： 9-13.

[12] 员学锋，吴普特，冯浩. 聚丙烯酰胺（PAM）在土壤改良中的应用进展[J]. 水土保持研究， 2002， 9（1）： 141-145.

[13] 李晶晶，白岗栓. 聚丙烯酰胺的水土保持机制及研究进展[J]. 中国水土保持科学， 2011， 9（5）： 115-120.

[14] 王小彬，蔡典雄. 土壤调理剂PAM的农用研究和应用[J]. 植物营养与肥料学报， 2000， 6（4）： 457-463.

[15] 于健，雷廷武， I.Shainberg，等. 不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响[J]. 农业工程学报， 2010， 26（7）： 38-44.

[16] 张春强，冯浩. PAM和尿素混施对土壤蒸发特性的影响[J]. 中国水土保持科学， 2013， 11（5）： 63-69.

[17] 罗在波. PAM对紫色土坡地氮素迁移淋失的控制效应[D]. 重庆：西南大学， 2008.

[18] 员学锋，汪有科，吴普特，等. 聚丙烯酰胺减少土壤养分的淋溶损失研究[J]. 农业环境科学学报， 2005， 24（5）： 929-934.

[19] 赵亮，唐泽军. 聚丙烯酰胺调控地表氮素流失最佳管理措施研究[J]. 水土保持学报， 2011， 25（2）： 48-51.

[20] 王家宝，郑国亮，刘海林，等. 聚丙烯酰胺对橡胶树专用肥养分淋出特性的影响[J]. 热带作物学报， 2016， 37（1）： 20-25.

[21] 王龙宇，郑国亮，华元刚，等. 保水剂对橡胶树专用肥氮钾淋出特性的影响[J]. 水土保持通报， 2016， 36（1）： 212-218.