聚丙烯酰胺(PAM)对盐渍化土壤物理性状的影响
2018-05-30韩翠莲霍轶珍田志强
韩翠莲, 霍轶珍, 田志强
(河套学院土木工程系,内蒙古巴彦淖尔 015000)
河套灌区地处干旱半干旱地区,由于连年干旱少雨、蒸发强度高,且地下水位较高,使得土壤盐渍化问题尤为突出[1-2]。河套灌区作为内蒙古地区重要的粮油产区,土壤盐渍化日益严重的现状制约了当地农业的发展,威胁到了该地区经济的发展。相关研究表明,土壤中施入聚丙烯酰胺(PAM)后可显著提高作物产量,史吉刚通过研究土壤中施入PAM后对胡萝卜产量的影响发现,与对照相比,施用PAM后胡萝卜可增产1.91%~3.82%[3];杜尧东等通过研究施用PAM对不同坡耕地作物产量的影响,与对照相比,作物平均增产18.7%~32.4%[4]。施用PAM能提高作物产量的原因主要是由于PAM作为特殊的土壤结构调理剂,在一定程度上改变了土壤结构和物理性状,从而有效改善了土壤的水肥气热条件,有利于作物的生长发育和产量的形成。针对PAM对土壤物理性状的影响,众多学者也进行了相关研究。胡霞等通过研究施用PAM对黄土地土壤结构的影响发现,PAM可显著改善土壤的结构状况,使得土壤团聚体稳定性大幅提高,从而有效防止了土壤结皮的形成[5];刘东等通过研究不同PAM施用浓度对土壤容重的影响发现,PAM可显著降低土壤容重[6];韩凤朋等通过研究不同PAM施用量对土壤孔隙度的影响发现,随着施用浓度的增加可显著增大土壤总孔隙度,但当浓度达到一定值时增幅减弱[7]。
针对PAM的增产增收效应以及对土壤物理性状的影响,众多学者已经进行了相关研究,但研究主要是针对非盐渍化土壤,而针对盐渍化土壤的研究鲜有报道。本试验在前人研究的基础上,选取河套灌区4种典型土壤为研究对象,通过室内试验研究不同PAM施用浓度对土壤容重、土壤孔隙度、土壤饱和含水量、土壤田间持水量的影响,旨在明确PAM对盐渍化土壤物理性状的改良效果,从而为今后PAM在灌区农业生产实际的应用提供参考依据,对灌区农业的健康发展具有重要意义。
1 材料与方法
1.1 材料
试验采用土壤为内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗陕坝镇沙濠渠试验站0~20 cm土壤,采样时间为2015年5月16日,土样分为非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤,土壤质地参照国际制土壤质地分类标准,土壤盐渍化等级参照我国盐渍化分级标准进行划分。土壤物理指标见表1。
表1 土壤基本物理性质指标
1.2 试验设计
试验在河套学院土木工程系实验室进行,取样后对样品进行风干、过筛(2 mm),将各类型土壤与PAM按6种设计施用浓度混合均匀,不同处理的PAM施用浓度分别为(PAM质量 ∶干土质量)1 ∶20 000、1 ∶10 000、1 ∶7 500、1 ∶5 000、1 ∶2 500,以不施PAM为对照,按4种土的容重将其分层装入直径 350 mm、高100 mm的灌溉模拟器中进行模拟灌溉试验,各处理3次重复。填装完成后,按照田间持水量的20%灌水 450 mL,每隔15 d灌溉1次,共灌溉4次。
1.3 测定内容与方法
4次灌溉结束后采样测定土壤容重、土壤孔隙度、土壤饱和含水量、田间持水量。
土壤容重采用环刀法测定:采用标准环刀采集土样并称质量,同时采用烘干称质量法测定土壤含水率,根据测定指标计算土壤容重。
土壤孔隙度采用公式进行计算:土壤孔隙度=1-(土壤容重/土壤比重)×100%,其中土壤比重采用比重瓶法进行测定。
各处理采用环刀取土,将带有滤纸的有孔底盖置于环刀底部并称质量,称质量后将其放入搪瓷托盘内浸水8 h,托盘内水深保持在3 mm左右。8 h后取出环刀盖好顶盖称质量,然后再次将环刀放入托盘,每隔2 h称质量1次,直到质量稳定后计算土壤饱和含水量。之后去除环刀底盖,将其放在盛有沙层的托盘中3 h后称质量,计算土壤田间持水量,称质量完毕后将环刀放入烘箱进行烘干后称质量。其中,田间持水量=(置沙3 h质量-环刀干土质量)/(环刀干土质量-环刀质量)×100%。
1.4 数据处理
采用Mircrosoft-Excel 2003进行数据处理并绘制图表,利用数据分析软件SPSS 17.0进行试验数据的方差分析。
2 结果与分析
2.1 施用PAM对土壤容重的影响
土壤容重是表征土壤紧实状况的物理参数,其大小直接影响土壤的透气性、持水能力、入渗性能和土壤抗侵蚀能力等。土壤容重越小,土质越疏松,土壤孔隙度越大,对作物的生长更为有利;反之,土壤容重越大,土壤越紧实,土壤孔隙度越小,土壤结构较差,对作物的生长发育不利[8]。
从图1可以看出,随PAM施用浓度的增加,土壤容重整体表现为先降低后提高的趋势,且在PAM施用浓度为 1 ∶7 500 时达到最低值,此时不同程度盐渍化土壤容重分别较对照处理低5.82%、2.86%、2.03%、1.69%。当PAM施用浓度超过1 ∶7 500时,土壤容重呈增加趋势,但均低于对照,在施入浓度分别为1 ∶5 000和1 ∶2 500时,非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤分别较对照低5.12%、2.55%、1.65%、1.45%和1.18%、1.09%、0.13%、0.07%。表明在一定PAM施用浓度范围内,随施用浓度的增加,不同盐渍化程度土壤容重呈明显下降趋势,但当浓度超过一定范围后,这种改善效果逐渐减弱,本研究结论与刘东等的研究结果[6,9]相同。通过对比不同PAM浓度施用条件下不同盐渍化土壤容重较对照处理的改良程度可知,改良效果依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤,表明土壤盐分含量同样影响着PAM对土壤容重的改良效果。
2.2 施用PAM对土壤孔隙度的影响
土壤孔隙度是土壤中孔隙体积占土壤总体积的百分比,土壤孔隙度大小直接影响到土壤的结构特征及土壤的水肥气热条件,进而影响作物的生长发育。从图2可以看出,随PAM施用浓度的增加,土壤孔隙度整体表现为先增大后减小的趋势,且在PAM施用浓度为1 ∶7 500时达到最高值,此时不同程度盐渍化土壤孔隙度分别较对照高15.86%、14.92%、11.54%、3.92%。而当PAM施用浓度大于 1 ∶7 500 时,土壤孔隙度呈现一定的减小趋势,但均明显高于对照,在施入浓度分别为1 ∶5 000和1 ∶2 500时,非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤孔隙度分别较对照高13.81%、11.78%、6.32%、2.80%和 8.18%、7.59%、1.92%、1.40%,表明施用PAM可不同程度增加土壤孔隙度,但当超过一定浓度时改良效果减弱,这与韩凤朋等的研究结果[7]相同。不同PAM浓度施用条件下不同盐渍化土壤孔隙度较对照的改良程度,改良效果依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤。
2.3 施用PAM对土壤饱和含水量的影响
从图3可以看出,施用PAM可显著提高土壤饱和含水量,且随PAM施用浓度的增加呈显著上升趋势,本结论与员学峰研究结果[10]相同。本研究发现,在PAM施用浓度为 1 ∶2 500 时,非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤饱和含水量平均较对照高26.57%、14.44%、6.98%、5.07%,处理间差异明显。且随土壤盐渍化程度增加,其改良效果逐渐减弱,改良效果依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤。表明土壤盐分含量不同程度影响PAM对土壤颗粒的吸附,进而影响改良效果。
2.4 施用PAM对土壤田间持水量的影响
田间持水量是指土壤中悬着毛管水达到最大值时的土壤含水率,表征田间灌溉水量的最优状态。从图4可以看出,随PAM施用浓度的增加,土壤田间持水量呈明显增加趋势[10],在PAM施用浓度达到1 ∶2 500时,非盐渍化土壤、轻度盐渍化土壤、中度盐渍化土壤、重度盐渍化土壤田间持水量平均较对照处理高24.30%、23.21%、24.07%、22.12%,处理间差异明显。对比相同PAM施用浓度下的改良效果可知,轻度盐渍化土壤的改良效果要优于其他土壤条件,改良效果依次为轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>非盐渍化土壤>重度盐渍化土壤,本结论与张建研究结果[9]相同,这可能是由于适当的盐分含量有利于促进PAM对土壤田间持水能力的改善。
3 结论
PAM对盐渍化土壤具有较好的改良效果,土壤容重随PAM施用浓度的增加呈现先降低后提高的趋势,且在施用浓度为1 ∶7 500时改良效果最优,改良效果依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤,表明土壤盐分含量影响PAM对土壤容重的改良效果。
随PAM施用浓度的增加,土壤孔隙度呈先增大后减小的趋势,且在PAM施用浓度为1 ∶7 500时达到最高值,此时不同程度盐渍化土壤孔隙度分别较对照高15.86%、14.92%、11.54%和3.92%,改良效果依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤。
随PAM施用浓度的增加,土壤饱和含水量和田间持水量呈显著上升趋势,且均在PAM施用浓度为1 ∶2 500时改良效果达到最优。随土壤盐渍化程度增加,对土壤饱和含水量的改良效果逐渐减弱,依次为非盐渍化土壤>轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>重度盐渍化土壤;对田间持水量的改良效果依次表现为轻度盐渍化土壤>中度盐渍化土壤>非盐渍化土壤>重度盐渍化土壤。
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