SAP、PAM不同施用方式对干旱沙区土壤养分、紫花苜蓿品质及产量的影响

苗恒录，徐 冰，田德龙，邬佳宾

(水利部牧区水利科学研究所， 呼和浩特 010020)

紫花苜蓿作为一种多年生豆科牧草，具有适应性好，品质优良、抗逆性强、营养价值高等特点，被誉为“牧草之王”[1]。内蒙古作为全国最大的牧区，紫花苜蓿被广泛种植。然而，由于内蒙古西部地区降水严重不足，水分蒸发强烈，水资源有限，土壤沙化严重，不利于紫花苜蓿的生长。因此，改善土壤水肥环境是干旱沙区牧草生长、增产面临的首要问题。化学调控技术指利用高分子材料(SAP、PAM等)进行土壤改良，改善土壤水肥状况，为作物生长提供适宜的水-气-肥环境。而保水剂(SAP)与土壤结构改良剂(PAM)作为化学调控材料的代表，同时也具有极强的保水、保肥性[2-4]，近年来在盐碱地土壤改良方面取得显著效果[5-8]。而田德龙、韩广津、肖伯萍[9-13]等人也将其应用于紫花苜蓿种植研究，并取得了一定的成果。由于品质与产量是评价苜蓿的重要指标[8]，本文通过利用SAP、PAM进行不同施用方式、不同施用量的试验研究，以寻求促进沙区土壤养分状况、紫花苜蓿品质改善以及产量增加的最佳方案，以期为干旱沙区牧草增产、增质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古磴口县三海子，该地年均降水量142.7 mm，年均蒸发量2 377.1 mm，年均气温7.7 ℃，日照时间3 209.5 h，无霜期139 d。试验区土壤质地0～20 cm为砂土，20～100 cm为壤黏土，0～100 cm土壤容重为1.57 g/cm3，作物生育期地下水位平均埋深为3 m。

1.2 试验方法与材料

采用田间对比试验，以不施SAP、PAM为对照(CK)处理，分别设置SAP、PAM单施及其复配8个处理(见表1)，SAP、PAM施用量参照于健[14]等人在内蒙古干旱半干旱区多年研究得出保水剂在不同作物上施用量进行确定，每个处理3次重复，共27个试验小区，单个小区面积240 m2(6 m×40 m)。SAP采用的是BJ2101-L，颗粒粒径为1.4～6 mm，PAM采用的是分子量为1 200万Da。供试苜蓿品种为阿尔岗金，采用人工条播，播种时间2017年5月上旬，播深2 cm，行距20 cm，播种量为22.5 kg/hm2。播种时施尿素150 kg/hm2，过磷酸钙600 kg/hm2，SAP采用沟施，PAM采用撒施。试验区作物生育期灌溉采用地下滴灌，滴灌带采用普通滴灌带，滴灌带埋深为15 cm，间距为80 cm，灌溉水源为淖尔水(矿化度为0.82 g/L)[7]，用水表控制水量，灌水周期为7 d，每茬灌水5次，灌水定额为225 m3/hm2。紫花苜蓿在每茬开花初期刈割，紫花苜蓿灌溉量、施肥量以及其他农艺措施参照河套灌区当地施用水平。

表1 试验设计及处理 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

土壤养分测定：碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用钼锑抗比色法；速效钾采用火焰光度法。作物品质测定：粗蛋白采用凯氏定氮法；粗脂肪采用乙醚浸提法；粗纤维采用Van Soest法；粗灰分采用干灰法。产量测定：于每茬初花期在每小区选定3个1 m×1 m的样方，割取植株地上部分，然后放在105 ℃的烘箱中杀青1 h，之后置于55 ℃恒温下烘48 h，冷却后取出称重。试验数据采用EXCEL2007进行制图，SPSS17.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分的影响

2.1.1 对土壤碱解氮的影响

土壤碱解氮是表征土壤氮素供应情况，是土壤供肥能力的一个重要指标。图1为SAP、PAM单施和复配条件下紫花苜蓿全生育末期不同深度土壤碱解氮含量变化图。由图1(a)可看出，SAP、PAM单施条件下，各处理土壤碱解氮含量随深度增加呈降低趋势，但总体上T1～T4处理土壤碱解氮含量均高于CK。0～40 cm对应各土层中，不同处理碱解氮含量增幅较为相似，且T2、T4处理较CK差异达到显著性水平(P<0.05)。T1～T4处理土壤碱解氮平均含量与CK相比，T2处理增幅最大，为39.97%，T3处理最小，为1.28%，增幅大小关系为T2>T4>T1>T3。SAP、PAM复配施用土壤碱解氮含量变化如图1(b)所示，总体变化规律与单施类似，但不同深度变化较单施略有不同。0～40 cm各深度土层中，除20～40 cm土层中T7处理外，其余各处理均与CK差异达到显著性水平(P<0.05)。0～40 cm土层中，T5～T8处理土壤碱解氮平均含量与CK相比，T6处理增幅最大，为48.09%，T7处理最小，为17.10%，增幅大小关系为T6>T8>T5>T7。通过SAP、PAM单施、复配不同方式可看出，施用保水剂后，不同土层碱解氮含量均高于对照，尤其20 cm以上土层较为明显。可能由于保水剂不仅可以吸附水分，还可吸附土壤中的盐基离子，施肥后吸附氮素，随着处理时间的延长，吸附的氮素逐渐释放到土壤中，因而土壤碱解氮含量则高于未施用保水剂处理。同时由于SAP采用沟施，而PAM采用撒施，SAP与土壤的接触表面积大于PAM的，因而表现出SAP处理土壤碱解氮的含量高于PAM处理。因此，单施条件下T2处理效果最佳，复配条件下T6处理效果最佳。

图1 SAP、PAM单施与复配条件下土壤碱解氮含量变化

2.1.2 对土壤速效磷的影响

土壤速效磷同样是表征土壤供磷能力的重要指标。图2为SAP、PAM单施和复配条件下不同深度土壤速效磷含量变化情况。从图2(a)可以看出，SAP、PAM单施条件下，各处理土壤速效磷含量随深度增加呈先升高后降低的变化趋势，但总体上T1～T4处理土壤速效磷含量均高于CK。0～40 cm对应各土层中，不同处理速效磷含量增幅较为相似，且T2、T4处理较CK差异达到显著性水平(P<0.05)。T1～T4处理土壤碱解氮平均含量与CK相比，T2处理增幅最大，为60.88%，T3处理最小，为7.10%，增幅大小关系为T2>T4>T1>T3。SAP、PAM复配施用土壤速效磷含量变化如图2(b)所示，总体变化规律与单施相似，且各处理土壤速效磷含量均高于CK。0～40 cm对应各土层中，T5～T8处理速效磷含量增幅较为相似，不同深度T6、T8处理较CK差异达到显著性水平(P<0.05)，T5～T8处理土壤速效磷平均含量与CK相比， T6处理增幅最大，为69.72%，T7处理最小，为28.08%，增幅大小关系为T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM单施、复配施用对土壤速效磷影响与碱解氮相似，此处不再赘述，因而表现为单施条件下，T2处理效果最佳。而复配条件下，T6处理效果最佳。

图2 SAP、PAM单施与复配条件下土壤速效磷含量变化

2.1.3 对土壤速效钾的影响

图3为SAP、PAM单施和复配条件下不同深度土壤速效钾含量变化情况。由图3(a)可知，SAP、PAM单施条件下各处理土壤速效钾含量变化趋势与碱解氮变化类似，不同深度中仅T2、T4处理较CK差异达到显著性水平(P<0.05)。0～40 cm土层中，T1～T4处理土壤速效钾平均含量与CK处理相比，T2处理增幅最大，为30.29%。T3处理最小，为3.58%，增幅大小关系为T2>T4>T1>T3。SAP、PAM复配施用土壤速效钾含量变化如图3(b)所示，总体变化规律与单施相似。0～40 cm对应各土层中，T5～T8处理速效磷含量增幅较为相似，除20～40 cm中T5、T7处理外，其余各处理均与CK差异达到显著性水平(P<0.05)。T5～T8处理土壤速效磷平均含量与CK相比，T6处理增幅最大，为53.99%，T7处理最小，为21.42%，增幅大小关系为T6>T8>T5>T7。由于SAP、PAM施用改善了土壤水分环境，促进了苜蓿生长及根系的发育，随着生物量的增大及根系的生长，使得根系分泌物增加，促进了土壤中缓释钾或难溶性钾的分解释放到土壤环境中，促使土壤中较多速效钾的生成。因而表现为单施条件下，T2处理效果最佳。而复配条件下，T6处理效果最佳。

图3 SAP、PAM单施与复配条件下土壤速效钾含量变化

综上所述，总体上SAP、PAM单施、复配施用对于0～40 cm土层土壤各养分指标(碱解氮、速效磷、速效钾)变化表现出相似效果，但各处理不同深度土壤养分含量大小关系变化不一，可能由于土壤空间变异性较大而导。总体上0～40 cm土层养分含量平均值呈现一定的变化规律，单施条件下表现为相同条件下单施SAP对于各养分指标的增强效果优于单施PAM处理，且施用量大效果更佳。复配条件下，SAP、PAM复配施用量多的处理对于各养分指标的增强效果优于复配施用量少的处理。同时，SAP、PAM复配处理各养分指标的增幅均大于单施条件下各处理的增幅。可能一方面SAP、PAM复配对于土壤水分、养分的保持效果较SAP、PAM单施效果好，另一方面复配对于土壤结构的改善，土壤通透性的改变优于单施，同时可吸附更多土壤中的养分，在作物生长期缓慢释放，从而更能提高氮磷钾肥的生物有效性和利用率，促进作物生长和提高作物产量，可以为紫花苜蓿生长提供更为有利的条件。

2.2 不同处理对紫花苜蓿品质的影响

牧草的品质是评价牧草营养价值的重要指标之一。图4为SAP、PAM单施、复配条件下各处理两茬品质指标平均值，由图4可知，不同处理间各指标变化不一。从图4(a)可以看出，SAP、PAM单施条件下，不同处理粗蛋白、粗灰分、粗纤维等含量与CK相比，对粗蛋白而言，T3处理增幅最大，为29.74%，差异达到显著性水平(P<0.05)；对粗灰分而言，仍然T3处理增幅最大，为19.87%，差异达到显著性水平(P<0.05)；对粗纤维而言，不同于其他指标变化，T1～T4处理粗纤维含量均低于CK，T3处理降幅最大，为18.23%，差异达到显著性水平(P<0.05)；对粗脂肪而言，T3处理增幅最大，为22.25%，差异达到显著性水平(P<0.05)。从图4(b)可以看出，SAP、PAM复配条件下品质指标变化规律同单施条件下变化一致。同样就粗蛋白而言，T7处理增幅最大，为23.60%，差异达到显著性水平(P<0.05)；就粗灰分而言，T8处理增幅最大，为15.57%，差异达到显著性水平(P<0.05)；就粗纤维而言， T5～T8处理粗纤维含量均低于CK，T5处理降幅最大，为11.72%，差异达到显著性水平(P<0.05)；就粗脂肪而言，T8处理增幅最大，为15.49%，但差异未达到显著性水平。

图4 单施、复配条件下不同处理紫花苜蓿两茬品质指标平均值

综上可以看出，SAP、PAM单施各处理均能够不同程度增大紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪的含量，降低粗纤维的含量。在粗蛋白、粗灰分和粗脂肪指标中，总体上单施PAM增幅较单施SAP大，即单施PAM效果优于单施SAP效果，且相同条件下施用量少的处理效果较施用量大的效果更好。而粗纤维与之呈相反的变化趋势，与CK相比，单施PAM降幅较单施SAP大，且相同条件下，施用量越大降幅越小。可能由于SAP、PAM施用量大，保水效果较好，紫花苜蓿生育期受水分亏缺亏影响小；反之，紫花苜蓿受水分亏缺影响大。而紫花苜蓿粗蛋白含量主要来源于叶片，土壤水分环境适宜，紫花苜蓿茎叶比增加，致使叶片在植株中所占比例减少，因而粗蛋白含量随之降低，粗纤维含量增大。SAP、PAM复配下同样不同程度增大紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪的含量，降低粗纤维的含量。在粗蛋白、粗灰分和粗脂肪指标中，总体上SAP、PAM复配施用量小的处理增幅较施用量大的增幅大，且相同条件下施用量少的处理效果较施用量大的效果更好。而粗纤维与之呈相反的变化趋势，与CK相比，SAP、PAM复配施用量少的降幅较施用量大的大，且相同条件下，施用量越大降幅越小。

SAP、PAM无论是单施，还是复配施用，均表现出了相似的规律，总体上，SAP、PAM施用量越少对于粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪指标含量的提高越有利。而对于粗纤维，则施用量越少对其降低幅度越大，粗蛋白和粗纤维含量呈负相关关系。粗蛋白含量越高，牧草营养价值越大，而粗纤维含量的增大，表明可消化粗蛋白含量在减少，营养价值在降低。因此，综合考虑，SAP、PAM单施条件下，T3处理紫花苜蓿营养价值较高，其品质较好；SAP、PAM复配条件下，T7处理紫花苜蓿品质较好。

2.3 不同处理对紫花苜蓿产量、水分生产率的影响

SAP、PAM单施及其复配各处理紫花苜蓿产量与水分生产率如图5所示。由图5可知，单施条件下，T1～T4与CK处理产量分别为4 851.82、5 200.17、4 780.50、4 947.47、4 663.50 kg/hm2，产量大小表现为T2>T4>T1>T3>CK，较CK分别提高4.04%、11.51%、2.51%、6.09%，差异达到显著性水平(P<0.05)。水分生产率分别提高32.62%、32.98%、26.83%、25.70%，且差异达到显著性水平(P<0.05)；复配条件下，T5～T8处理产量分别为5 287.64、5 592.77、5 072.57、5 462.69 kg/hm2，产量大小表现为T6>T8>T5>T7>CK，较CK分别提高13.38%、19.93%、8.77%、17.14%，差异达到显著性水平(P<0.05)。水分生产率分别提高34.84%、35.67%、30.29%、32.87%，且差异达到显著性水平(P<0.05)。

图5 不同处理紫花苜蓿产量、水分生产率图

综上可知，SAP、PAM单施及其复配促进了紫花苜蓿产量的增加以及水分生产率的提高。单施条件下，T2处理产量和水分生产率增幅均最大。复配条件下，T6处理产量和水分生产率增幅均最大。因此，在干旱沙化牧区紫花苜蓿种植应用SAP及PAM时，若采用SAP、PAM单施，建议选用SAP，适宜施用量为45 kg/hm2；若采用SAP、PAM复配施用，适宜施用量为45 kg/hm2SAP复配30 kg/hm2PAM。

3 讨 论

施用SAP、PAM等改善了土壤养分状况，提高了土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量，改善了紫花苜蓿品质以及提高了其产量。这与诸多学者研究结果类似[9-11,13,15,16]，但在最佳施用量方面略有差异。韩广津[9]研究表明45 kg/hm2的SAP为促进紫花苜蓿增产的最佳施用量，刘群[16]研究表明80 kg/hm2的PAM为促进紫花苜蓿增产的适宜施用量。而本试验设置下，对于改善土壤养分状况与提高产量而言，单施条件下45 kg/hm2SAP效果最佳，复配条件下，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)效果最佳。造成结果不一致可能是由于本试验条件以及降水、灌溉等与韩广津、刘群存在差异导致。而对于改善紫花苜蓿品质而言，单施条件下15 kg/hm2PAM效果最佳，复配条件下，SAP(30 kg/hm2)+PAM(15 kg/hm2)效果最佳。改善品质与增产的最佳SAP、PAM施用量不同，主要由于影响品质因素的粗蛋白和粗纤维存在负相关。由于时间有限，本试验建植当年，未进行产量与品质最佳施用量的综合考虑，需下一步进行深入研究。

4 结 语

(1)SAP、PAM单施及其复配施用改善了土壤养分状况，为紫花苜蓿生长提供了较好的养分环境。由于在土壤养分充分时，它吸附养分，起到保蓄作用；而当作物生长需要土壤供给养分时，保水剂将吸附到的养分通过交换作用供给作物，通过使用保水剂，使土壤养分的供给与植物对养分的需求更加同步。因而使得0～40 cm土层碱解氮、速效磷、速效钾含量均不同程度增加，单施方式下， 45 kg/hm2SAP施用效果最佳；复配方式下， 45 kg/hm2SAP复配30 kg/hm2PAM施用效果最佳。

(2)SAP、PAM单施及其复配施用均促进了紫花苜蓿品质的提高。由于施用SAP、PAM提高了紫花苜蓿粗蛋白、粗灰分以及粗脂肪含量，同时降低粗纤维的含量。单施方式下，15 kg/hm2PAM施用效果最佳；复配方式下，30 kg/hm2SAP复配15 kg/hm2PAM施用效果最佳。

(3)SAP、PAM单施及其复配施用促进了紫花苜蓿产量的增加和水分生产率的提高。其中，单施方式下，45 kg/hm2SAP效果最佳，产量、水分生产率分别提高11.51%和32.98%；复配方式下，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)复配效果最佳，产量、水分生产率分别提高19.93%和35.67%。

(4)本试验中SAP、PAM单施及其复配在改善土壤养分状况、促进紫花苜蓿产量增加与提高其品质指标等方面化控材料的选取及最佳用量并不一致。由于产量与品质均是评价紫花苜蓿的重要指标，一方面本试验对象紫花苜蓿为当年种植，仅进行了两茬品质指标及产量的分析，未结合SAP、PAM的投入产出比进行综合分析。同时，对于促进紫花苜蓿增产、改善其品质的最佳施用方法、施用量还需结合多年数据进行分析，因而结论对生产的指导性还有待进一步验证。