凹凸棒保水剂对马铃薯田土壤理化性质影响研究

    刘金菊 吴军霞 魏英 杨震发 冯宜林

    

    

    

    摘要：以冀张薯12号为指示品种，测定凹凸棒保水剂不同施用量对旱作马铃薯土壤理化性质（有机质、碱解氮、速效磷、速效钾）在不同生长期的变化。结果表明，凹凸棒保水剂施用量为67.5 kg/hm2时，可有效减少有机质、速效磷、速效钾的流失;施用量为45.0 kg/hm2时，可有效减少碱解氮流失。

    关键词：凹凸棒保水剂;马铃薯;土壤;理化性质

    中图分类号：S143.91;S532 ? 文献标志码：A ? 文章编号：1001-1463（2021）07-0037-05

    doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.07.007

    Abstract：Jizhangshu 12 was used as the experimental material， the changes of soil physical and chemical properties（organic matter， alkali-hydrolyzed nitrogen， available phosphorus and available potassium） were determined by different application rates at different growth stages. The experimental results showed that the application of attapulgite water-retaining agent at 67.5 kg/hm2 could effectively reduce the loss of organic matter， available phosphorus and available potassium， and the application at 45.0 kg/hm2 could effectively reduce the loss of soil alkali hydrolyzable nitrogen.

    Key words：Attapulgite water retaining agent;Potato;Soil;Physical and chemical properties

    凹凸棒黏土（attapulgite）又称坡缕石（palygorskite），集合体呈土状、致密块体构造，产生于沉积岩和玄武岩的风化壳中，有白色、灰白色、青灰色、微黄或浅绿色，土质细腻，具有质轻、滑感、吸水性强、遇水不膨胀等特性[1 ]。潮湿时呈粘性不易分散，干燥时收缩小，且不产生龟裂，内部晶体孔道多，故比表面积很大，达300～400 m2/g，是一种层链状以含水富镁硅酸盐为主的黏土矿[2 ]。理论分子式Mg5Si8O20（OH）2（H2O）4·4H2O，晶体结构单元层由8个Si-O四面体以2∶1型层状排列。其结构中可形成3种形态的水[3 - 6 ]，表面吸附水、[Si4O10]带间孔道中的沸石水、位于孔道边部面体层中间的阳离子结合的结构水，Mg等阳离子填充在由氧及HO-构成的配位八面体位中。凹凸棒保水性主要由于其强的吸附性和离子交换 性[7 - 8 ]。陈浩等[9 ]研究表明，较低品味的凹凸棒黏土不经提纯，就可以制备耐盐性能优良的吸水树脂。张文荣等[10 ]研究认为凹凸棒石保水剂使用量为22.5 kg/hm2可以有效地提高小麦土壤养分含量，过多使用反而会降低土壤养分含量。侯贤清等[11 ]采用2种土壤保水剂（沃特保水剂和微生物保水剂），研究旱作土壤水分、马铃薯生长、产量和水分利用效率，结果表明微生物保水剂可明显提高马铃薯生育前期土壤水分含量，而沃特保水剂可提高马铃薯生育后期土壤水分含量。李倩等[12 ]研究表明，穴施保水剂较大程度提高横向和纵向土壤体积含水量，好于沟施。

    热改性凹凸棒黏土制备凹凸棒保水剂，测定其对土壤理化性质的影响相关研究报道很少。本试验研究了凹凸棒保水剂对旱作马铃薯土壤理化性质的影响，以期为旱作马铃薯生产中合理使用保水剂及选择合适施用量提供参考。

    1 ? 材料与方法

    1.1 ? 试验地概况

    试验于2019年5月至2020年12月在会宁县新庄镇新庄村（36.14° N，104.75° E）进行。土壤质地粘质土，0～90 cm土层土壤含水量95～552 g/kg。试验前测定耕层土壤pH 8.26，含有机质15.21 g/kg、碱解氮35.75 mg/kg、速效磷13.75 mg/kg、速效钾318.4 mg/kg，属低等肥力水平。

    1.2 ? 试验材料

    指示马铃薯品种为冀張薯12号。供试凹凸棒保水剂原料采自靖远凹凸棒主矿区（36.46° N，105.06° E）。pH 8.6，吸水性120%;热改性后pH 7.9，吸水性230%。制备的凹凸棒保水剂符合《NY886 — 2004农林保水剂》标准。

    1.3 ? 试验方法

    试验采用不完全随机区组设计。相关研究表明，不同作物使用保水剂的施用量不同，对旱作马铃薯而言，保水剂施用量在45～60 kg/hm2时增产效果最佳[13 - 14 ]。因此，本试验研究设4种保水剂施用水平，分别为22.5、45.0、67.5、90.0 kg/hm2，分别记为T1、T2、T3、T4，以不施保水剂处理为对照（CK），重复3次，小区面积120 m2（8 m×15 m）。对照处理（CK）一次性基施复合肥（N-P2O5-K2O为20∶15∶10）750 kg/hm2;T1、T2、T3、T4处理，将凹凸棒保水剂与复合肥按不同比例混匀后一次性基施，具体施用量见表1。试验区域前茬作物为亚麻。播种前对马铃薯薯块用草木灰拌种，种植方式采用垄上双行微沟，马铃薯种植密度为50 400株/hm2，行距为50 cm，株距为25 cm。于2020年5月9日播种，2020年10月9日收获。马铃薯从播种到收获期间不灌溉，按照常规施肥，且各处理小区生长期间追肥、除草等管理措施均相同，马铃薯早晚疫病、病毒病常规防治。

    各处理分别在马铃薯播种前、发芽期、幼苗期、发棵期、结薯期、休眠期随机选取2个样点，采集试验田0～90 cm土层土样，每30 cm为1层。将采集的土样放在室内塑料布上通风阴干，土样风干后去除动植物残体及瓦砾，分别按测定要求过筛。土壤有机质测定使用重铬酸钾-浓硫酸氧化法，土壤碱解氮含量用碱解扩散法测定，土壤速效磷含量用碳酸氢钠浸提一钼锑抗比色法测定，土壤速效钾含量用中性醋酸铵浸提，火焰分光光度计测定[15 ]。

    1.4 ? 数据统计及处理

    用DPS分析软件对数据进行统计分析，并用WPS作图。

    2 ? 结果与分析

    2.1 ? 保水剂施用量对旱作马铃薯土壤有机质含量的影响

    由图1可知，随着马铃薯生长发育的进行，土壤有机质含量总体呈降低趋势，幼苗期到结薯期下降速度最快，有机质含量下降速度由高到低依次为CK、T1、T4、T3、T2，施用凹凸棒保水剂45.0 kg/hm2（T2处理）时有机质流失最少，不施用凹凸棒保水剂流失最明显。马铃薯生长季土壤有机质含量下降速度由高到低依次为CK、T1、T4、T2、T3，下降率分别为65.9%、56.5%、54.7%、51.2%、50.4%。由此认为，在旱作马铃薯种植区使用凹凸棒保水剂可以有效降低土壤有机质的流失，最佳施用量为67.5 kg/hm2，与CK相比较，保持率为15.5%;相比对照，施用凹凸棒保水剂各处理均对土壤有机质有保持效果。

    2.2 ? 保水剂施用量对旱作马铃薯土壤碱解氮含量的影响

    由图2可知，随着马铃薯的生长发育，土壤碱解氮含量总体呈降低趋势，幼苗期到结薯期下降速度最为迅速，土壤碱解氮含量下降速度由高到低依次为CK、T4、T3、T1、T2，下降率分别为54.2%、51.6%、47.2%、44.1%、41.1%。马铃薯生长季土壤碱解氮含量下降速度由高到低依次为CK、T4、T1、T3、T2，下降率分别为62.3%、62.0%、60.5%、56.4%、50.1%，CK和T4处理、T1处理下降程度相近。由此得出，在旱作马铃薯种植区凹凸棒保水剂施用量为45.0 kg/hm2时，对土壤碱解氮流失保持效果最好，与CK相比，保持率为12.2%;相比对照，施用凹凸棒保水剂各处理均对土壤碱解氮有保持效果。

    2.3 ? 保水剂施用量对旱作马铃薯土壤速效磷含量的影响

    由圖3可知，随着马铃薯生长发育的进行，土壤中速效磷含量在幼苗期到休眠期呈下降趋势，CK、T4处理在发芽期到幼苗期速效磷几乎没有变化，T1处理、T2处理、T3处理呈下降趋势，幼苗期到结薯期下降最为迅速。从幼苗期到结薯期，土壤速效磷含量下降速度由高到低依次为CK、T1、T2、T4、T3，下降率分别为36.5%、35.5%、34.4%、31.8%、28.2%;马铃薯整个生长季，CK、T1处理、T2处理土壤速效磷下降程度相近，T4处理下降程度大于T3处理，下降率分别为40.0%、38.1%。由此得出，凹凸棒保水剂施用量为67.5 kg/hm2时速效磷保持效果最好，与CK相比，保持率为4.4%。

    2.4 ? 保水剂施用量对旱作马铃薯土壤速效钾含量的影响

    由图4可知，随着马铃薯生长发育的进行，土壤中速效钾含量整体呈下降趋势，发芽期到结薯期下降迅速。从发芽期到结薯期，土壤速效钾含量下降速度由高到低为T3、CK、T1、T2、T4，下降率分别为31.1%、30.0%、27.7%、26.2%、26.1%，T2、T4处理下降速度程度相近。马铃薯整个生长季，土壤速效钾下降速度程度分别为CK、T1、 T4、T2、T3，CK下降率为35.7%，T2、T3处理下降程度相近，下降率分别为31.2%、31.0%。由此得出，凹凸棒保水剂最适使用量为67.5 kg/hm2时速效钾保持效果最好，与CK相比，保持率为4.7%;相比对照，施用凹凸棒保水剂各处理均对土壤速效钾有保持效果。

    3 ? 结论与讨论

    本试验对不同处理下旱作马铃薯土壤理化性质的变化情况进行综合分析，与对照（不施用凹凸棒保水剂）相比，施用凹凸棒保水剂能有效减少土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的流失。其中，保水剂施用量为67.5 kg/hm2时对控制土壤有机质、速效磷和速效钾流失有显著效果，较对照分别提高15.5%、4.4%、4.7%;施用量为45.0 kg/hm2施用量对控制土壤碱解氮流失有显著效果，较对照提高12.2%。

    使用凹凸棒保水剂对旱作马铃薯种植区土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的流失均有显著保护作用，这是由于凹凸棒保水剂将溶解于水中的上述物质固定其中，减少了可溶性养分的溶淋损失，达到了保水保肥的作用，在农作物旱作区可有效提高作物抗逆性[16 ]。长期使用凹凸棒保水剂可显著改善土壤环境，提高土壤养分含量，增加土壤肥力，从而提高农作物质量和产量[17 ]。

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    （本文责编：陈 ? 珩）