謝國(guó)雄 季淑楓 孔樟良 應(yīng)金耀

摘 ?要：比較了國(guó)內(nèi)外常用的3種結(jié)構(gòu)改良劑（聚丙烯酰胺、β-環(huán)糊精和腐殖酸）對(duì)促進(jìn)粉砂質(zhì)涂地土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成的效果，分析了應(yīng)用結(jié)構(gòu)改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的影響。結(jié)果表明，施用3種結(jié)構(gòu)改良劑均可在一定程度上促進(jìn)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量隨改良劑用量增加而增加。3種改良劑對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的改良效果由高至低順次為：聚丙烯酰胺>β-環(huán)糊精>腐殖酸。聚丙烯酰胺和β-環(huán)糊精的適用量以0.20%為宜。施用腐殖酸對(duì)土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)影響不明顯;但聚丙烯酰胺和β-環(huán)糊精可明顯改變土壤養(yǎng)分的供應(yīng)狀況。對(duì)于施肥后再施用改良劑的土壤，土壤釋放養(yǎng)分的能力有一定的減弱;而對(duì)于施改良劑后再施肥料，土壤對(duì)化肥中養(yǎng)分的吸持能力減弱，供肥能力增加。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)改良劑;砂質(zhì)土壤;水穩(wěn)定性團(tuán)聚體;養(yǎng)分供應(yīng)能力

中圖分類號(hào)：S153 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?論文編號(hào)：2014-0464

Effects of Amendments on Formation of Water-Stable Aggregates and

Supply Capacity of Nutrients in Silty Coastal Soil

Xie Guoxiong1， Ji Shufeng1， Kong Zhangliang2， Ying Jinyao3

（1Hangzhou Plant Protection and Soil-fertilizer Station， Hangzhou 310020， Zhejiang， China;

2Agricultural Bureau of Jiande City， Jiande 311600， Zhejiang， China;

3Agricultural Bureau of Xiaoshan District， Xiaoshan 311200， Zhejiang， China）

Abstract： A pot incubation experiment was conducted to compare the effects of three structure modifiers （polyacrylamide， β-cyclodextrin， and humic acid）， used widely at home and abroad， on formation of water-stable aggregates and supply capacity of nutrients in a silty coastal soil. The result showed that application of each of three structure modifiers could improve the formation of water-stable aggregates in the soil， and the amounts of >0.25 mm water-stable aggregates in the soil increased with increasing the rates of the modifiers. The improved effects decreased in the order of polyacrylamide > β-cyclodextrin > humic acid. The optimal dosage of polyacrylamide and β-cyclodextrin for modifying soil structure was about 0.20%. Application of humic acid had no significant effect on supply capacity of nutrients in the soil. However， application of polyacrylamide and β-cyclodextrin could change supply capacity of nutrients in the soil. The soil， added with modifiers after application of chemical fertilizers， had weaker supply capacity of nutrients as compared with control without application of any amendments. While the soil， added with chemical fertilizers after application of modifiers， had stronger supply capacity of nutrients as compared with control.

Key words： Structure Modifiers; Sandy Soil; Water-Stable Aggregate; Supply Capacity of Nutrients

0 ?引言

土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是土壤理化性狀中一個(gè)非常重要的參數(shù)，其不僅影響植物生長(zhǎng)所需的土壤水分和養(yǎng)分的儲(chǔ)量與供應(yīng)能力，而且還左右著土壤中氣體交流、熱量平衡、微生物活動(dòng)及根系的延伸等。水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量可反映土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1-2]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)各種途徑提高土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將有助于提高土壤的生產(chǎn)力。濱海涂地是浙江省重要的土地資源，其土壤質(zhì)地和化學(xué)性質(zhì)有較大的空間變化，其中分布在錢塘江兩岸的涂地主要呈（粉）砂質(zhì)[3]。這些土壤因質(zhì)地較輕，缺乏無(wú)機(jī)膠體，土壤有機(jī)物質(zhì)低，土壤多呈散粒狀，在降雨時(shí)極易受到?jīng)_刷，發(fā)生顯著的水土流失。因這些土壤缺乏對(duì)有機(jī)質(zhì)保護(hù)的礦物膠體，有機(jī)物質(zhì)的礦化速率高，進(jìn)入土壤的有機(jī)物質(zhì)可在短時(shí)間內(nèi)礦化，有機(jī)質(zhì)不易積累，因此采用常規(guī)的施有機(jī)肥的方法較難提高這些土壤的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體，改善土壤的結(jié)構(gòu)性。土壤結(jié)構(gòu)改良劑的研究至今已有一百余年的歷史，目前土壤結(jié)構(gòu)改良劑主要應(yīng)用于美國(guó)、俄羅斯、利比亞、科威特、比利時(shí)等石油產(chǎn)品豐富的國(guó)家，中國(guó)隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展近年來(lái)也逐漸重視。已經(jīng)研究與應(yīng)用的結(jié)構(gòu)改良劑包括天然土壤結(jié)構(gòu)改良劑和人工合成土壤結(jié)構(gòu)改良劑二大類，前者包括腐殖酸類、多聚糖類、纖維素類、木質(zhì)素類等，后者包括聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺（PAM）類、瀝青乳劑和聚丙烯腈等[4-6]。這些改良劑在土壤中有較高的穩(wěn)定性，毒性弱，試驗(yàn)應(yīng)用中都顯示出一定的效果，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤蓄水能力、提高土溫、增強(qiáng)抗蝕性[7-13]。浙江省土壤改良研究已有較長(zhǎng)的歷史，但以往的研究中多采用施用有機(jī)肥、石灰和客土法來(lái)改善土壤結(jié)構(gòu)性，針對(duì)不同土壤結(jié)構(gòu)改良劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)性影響研究不多。而一些高分子類的改良劑目前在中國(guó)也多用于北方地區(qū)的土壤改良[7-9]。為了探索這些改良劑是否適于浙江省砂質(zhì)土壤的改良，筆者選擇了國(guó)內(nèi)外常用的3種結(jié)構(gòu)改良劑（聚丙烯酰胺、β-環(huán)糊精和腐殖酸），研究其對(duì)粉砂質(zhì)涂地土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成的效果，分析了應(yīng)該結(jié)構(gòu)改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力的影響。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)材料

1.1.1 ?供試土壤 ?供試土壤質(zhì)地呈粉砂質(zhì)，土壤類型為淡涂砂（屬潮土），采自杭州市蕭山區(qū)。采集土壤為耕作層，采樣深度0～20 cm。土樣經(jīng)風(fēng)干混勻后用于試驗(yàn)，土壤理化性狀見表1。

1.1.2 ?供試改良劑 ?供試改良劑包括PAM、β-環(huán)糊精和腐殖酸。PAM是一種人工合成的水溶性高分子有機(jī)聚合體，呈白色顆粒;β-環(huán)糊精是由直鏈淀粉在由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成的含7個(gè)葡萄糖單元的環(huán)狀低聚糖類物;腐殖酸是以泥炭、褐煤為原料制成的褐腐酸鈉，是一類多環(huán)稠環(huán)有機(jī)化合物，其結(jié)構(gòu)類似土壤腐殖質(zhì)。

1.2 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)因素包括結(jié)構(gòu)改良劑種類、結(jié)構(gòu)改良劑用量、化肥與改良劑施用次序等3方面。結(jié)構(gòu)改良劑種類包括PAM、β-環(huán)糊精和腐殖酸等3種;結(jié)構(gòu)改良劑用量（以干土為基準(zhǔn)）設(shè)0.05%、0.10%、0.20%和0.50%，同時(shí)設(shè)不施結(jié)構(gòu)改良對(duì)照;化肥與改良劑施用次序包括先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥等2種，施入NH4-N、NO3-N、PO4-P和K等養(yǎng)分（以干土為基準(zhǔn)）數(shù)量分別為25、25、30、30 mg/kg，相應(yīng)的化肥分別為氯化銨、硝酸鈉、磷酸二氫鈣和氯化鉀。共有25個(gè)處理，每一處理重復(fù)3次。

試驗(yàn)在直徑25 cm高20 cm的塑料容器中進(jìn)行，用土量各為3.5 kg。供試土壤改良劑施用量和肥料用量根據(jù)設(shè)定的比例與土壤實(shí)際重量計(jì)算。對(duì)于先施肥料后施改良劑的處理，先將肥料與土壤充分混勻后，加入適量的水，使土壤含水量達(dá)到田間持水量的75%左右，裝入培養(yǎng)容器中，培養(yǎng)1周后，再與需加入的改良劑混勻，重新裝盆;對(duì)于先施改良劑后施肥料的處理，先將改良劑與土壤充分混勻后，加入適量的水，使土壤含水量達(dá)到田間持水量的75%左右，裝入培養(yǎng)容器中，培養(yǎng)1周后，再與需加入的肥料混勻，重新裝盆;重新裝盆后繼續(xù)培養(yǎng)2個(gè)月，其間，在土表覆3層砂布以防止加水直接沖刷土壤，培養(yǎng)期間根據(jù)重量法加入去離子水使土壤含水量保持在相當(dāng)于田間持水量的70%～80%。培養(yǎng)2個(gè)月后，利用環(huán)刀法測(cè)定密度，用濕篩法測(cè)定水穩(wěn)定性團(tuán)聚體;部分土壤經(jīng)風(fēng)干后過(guò)2 mm土篩用于有效養(yǎng)分的測(cè)定。

土壤pH用電位計(jì)測(cè)定，土水比為1∶2.5;土壤密度用密度圈測(cè)定[14];土壤中的有機(jī)碳用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定;NH4-N、NO3-N用2 mol/L KCl提取，納氏試劑比色法和紫外分光光度法測(cè)定[15]。土壤有效磷（Olsen P）用0.5 mol/L NaHCO3（pH 8.5）溶液提取，比色法測(cè)定[14];速效鉀用1 mol/L醋酸銨提取[14];鉀用火焰光度計(jì)法測(cè)定。數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件處理，本研究數(shù)據(jù)為3個(gè)重復(fù)分層土樣分析結(jié)果的平均值。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 ?土壤密度

化肥與改良劑施用次序?qū)ν寥烂芏扰c土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的組成影響均不明顯，故在研究改良劑施用對(duì)土壤密度與土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體影響分析時(shí)，把先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥等2類試驗(yàn)結(jié)果合并統(tǒng)計(jì)（表2）。施用改良劑后，土壤密度有所下降（表2），所有施用改良劑的土壤密度均低于對(duì)照土壤（1.62 g/cm3），這一結(jié)果表明施用結(jié)構(gòu)改良劑可增加內(nèi)部孔隙，改善土壤通氣性。其中，當(dāng)改良劑用量在0.10%以上時(shí)，土壤密度都顯著低于對(duì)照處理。當(dāng)結(jié)構(gòu)改良劑用量為0.05%時(shí)，只有施用腐殖酸的處理土壤密度顯著低于對(duì)照土壤。總體上，改良劑降低土壤密度的效果是腐殖酸>β-環(huán)糊精>PAM。

2.2 ?土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體

表2結(jié)果表明，施用3種結(jié)構(gòu)改良劑均顯著提高了土壤中的大粒徑團(tuán)聚體。當(dāng)相同數(shù)量的改良劑被應(yīng)用時(shí)，對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的增加效果是PAM>β-環(huán)糊精>腐殖酸。土壤經(jīng)不同濃度的PAM處理后，大團(tuán)聚體隨PAM濃度的增大而有很大程度的增加，對(duì)照土壤因缺乏膠結(jié)物質(zhì)，基本上無(wú)>5 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體，但當(dāng)施用0.05%PAM后，已出現(xiàn)了約4%的>5 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體;當(dāng)PAM施用濃度增大至0.10%和0.20%時(shí)，>5 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體呈成倍增加，當(dāng)PAM的施用量從0.20%至0.50%時(shí)，>5 mm的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體增幅有所減緩。同樣，對(duì)于>2 mm和>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體，當(dāng)PAM施用量在0.20%以內(nèi)時(shí)，其增幅非常明顯，當(dāng)PAM施用量從0.20%增至0.50%時(shí)，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的增幅逐漸減緩。這表明對(duì)于研究土壤，添加0.20%濃度的PAM已足夠維持其較高的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量。施用β-環(huán)糊精對(duì)土壤各粒級(jí)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的影響的變化趨勢(shì)基本上與施用PAM相似，其合適的用量也約為0.20%，但施用β-環(huán)糊精增加土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的幅度均低于PAM，特別是其對(duì)>5 mm團(tuán)聚體的影響明顯小于PAM。施用腐殖酸對(duì)>5 mm和>2 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用相對(duì)不明顯，特別是當(dāng)其添加濃度低于0.10%時(shí)，幾乎對(duì)>5 mm和>2 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體沒有影響，但對(duì)于>0.25 mm水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成影響較為明顯，這說(shuō)明施用腐殖酸對(duì)2.00～0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體形成影響較大。但施用腐殖酸的水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的數(shù)量也只有施用PAM團(tuán)聚體的一半略多。水穩(wěn)定性團(tuán)聚體隨腐殖酸濃度的增加似乎沒有像施用PAM和β-環(huán)糊精在高濃度時(shí)減緩的現(xiàn)象，前者隨濃度增加呈直線增加。

2.3 ?土壤有效養(yǎng)分

從表3和表4的分析結(jié)果可知，先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥這2類處理的土壤養(yǎng)分隨結(jié)構(gòu)改良劑施用與否及改良劑施用量增加的變化趨勢(shì)并不相同。對(duì)于先施肥后施改良劑的處理，與對(duì)照比較，添加PAM和β-環(huán)糊精等2種結(jié)構(gòu)改良劑后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（表3），下降程度隨改良劑添加量的增加而呈現(xiàn)增加。但添加腐殖酸對(duì)養(yǎng)分影響不明顯。而對(duì)于先施改良劑后施肥的處理，與對(duì)照比較，添加PAM和β-環(huán)糊精等2種結(jié)構(gòu)改良劑后，土壤中NH4-N、NO3-N、有效磷和速效鉀含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)（表4），上升程度隨改良劑添加量的增加而呈現(xiàn)增加。導(dǎo)致二者差異的原因可能是結(jié)構(gòu)改良劑與土壤、養(yǎng)分間發(fā)生了一定的作用。

3 ?討論

以上研究結(jié)果表明，施用改良劑后土壤密度有所下降，改善了土壤通氣性，這顯然與改良劑改變了土壤結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。有研究表明[16]，土壤結(jié)構(gòu)改良劑多屬于保水劑，它們可導(dǎo)致土壤體積膨脹，降低土壤密度。孫云秀等[17]的田間試驗(yàn)表明，地表噴施土壤結(jié)構(gòu)改良劑，可降低密度0.01～0.03 g/cm3，增加孔隙度8.0%～8.3%。汪德水[18]的試驗(yàn)表明，施用干土重量0.05%～0.30%的PAM可降低密度6%～10%，增加透氣性0.20～3.53倍。

施用3種結(jié)構(gòu)改良劑均顯著提高了土壤中的大粒徑團(tuán)聚體，但不同改良劑的作用效果有所差異，并隨改良劑施用量的變化而變化。腐殖酸對(duì)土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體形成的促進(jìn)作用不及PAM和β-環(huán)糊精，可能與腐殖酸的分子鏈相對(duì)較短有關(guān)。PAM和β-環(huán)糊精為典型的高分子化合物，由于它們的分子量高，單個(gè)分子鏈上所能結(jié)合的土壤顆粒越多，因此形成的聚合物的穩(wěn)定性較高。它們與土壤物質(zhì)的作用機(jī)理可能與這些改良劑含有羧基、羥基、胺基、磺酸基、季銨鹽基等，可通過(guò)氫鍵、范德華力或通過(guò)陽(yáng)離子橋等與土壤顆粒結(jié)合[16]。Wallace等[19]認(rèn)為高分子化合物與分散的土壤顆粒之間可通過(guò)以吸附、纏繞、貫穿或形成化學(xué)鍵等方式捕捉分散土粒使之凝聚成團(tuán)粒，它使土壤大團(tuán)聚體數(shù)目增加，并且使土壤形成體積很大的絮團(tuán)，增加土壤表面粗糙度。

試驗(yàn)表明，先施肥后施改良劑與先施改良劑后施肥這2類處理的土壤養(yǎng)分隨結(jié)構(gòu)改良劑施用與否及改良劑施用量增加的變化趨勢(shì)并不相同。導(dǎo)致二者差異的原因可能是結(jié)構(gòu)改良劑與土壤、養(yǎng)分間發(fā)生了一定的作用。對(duì)于先施肥后施改良劑的處理，首先是養(yǎng)分與土壤發(fā)生作用，土壤對(duì)養(yǎng)分發(fā)生了一定的吸附作用，之后添加的改良劑覆蓋在含有肥料的土壤外部，起到了土壤養(yǎng)分與提取劑之間的隔離作用，減弱了土壤養(yǎng)分的釋放強(qiáng)度，這種作用類似于緩釋肥料。相反，對(duì)于先施改良劑后施肥的處理，首先是土壤與改良劑發(fā)生了作用，改良劑在土壤表面形成的一層保護(hù)膜，減弱了之后加入的肥料中養(yǎng)分離子與土壤的作用。由于改良劑添加量越高，形成的保護(hù)膜越厚，隔離作用越明顯，導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分釋放強(qiáng)度隨改良劑用量的增加而增加。這種效應(yīng)與有人建議在磷肥中加入一些有機(jī)肥或高分子化合物可以降低土壤對(duì)磷的固定、增加磷肥利用率的原理相同[20]。但當(dāng)土壤對(duì)肥料中養(yǎng)分固定、吸持作用較弱時(shí)，可能也會(huì)加速養(yǎng)分的淋失損失[20]。而腐殖酸的作用不明顯，可能與腐殖酸的這種隔離作用不明顯的關(guān)，特別是有效磷的提取劑對(duì)腐殖酸也有一定的提取效果。

4 ?結(jié)論

研究結(jié)果表明，聚丙烯酰胺、β-環(huán)糊精和腐殖酸等3種結(jié)構(gòu)改良劑均可在一定程度上促進(jìn)粉砂質(zhì)涂地土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的形成，水穩(wěn)定性團(tuán)聚體增加數(shù)量隨改良劑用量增加而增加。對(duì)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的改良效果由高至低順次為：聚丙烯酰胺>β-環(huán)糊精>腐殖酸。在研究的改良劑施用范圍內(nèi)（0～0.50%），聚丙烯酰胺和β-環(huán)糊精的適用量以0.20%為宜，而水穩(wěn)定性團(tuán)聚體隨腐殖酸用量增加呈線性增加。施用聚丙烯酰胺和β-環(huán)糊精可明顯改變土壤養(yǎng)分的供應(yīng)狀況。對(duì)于施肥后再施用改良劑的土壤，土壤釋放養(yǎng)分的能力有一定的減弱;而對(duì)于施改良劑后再施肥料，土壤對(duì)養(yǎng)分的吸持能力減弱，供肥能力增加。但施用腐殖酸對(duì)土壤氮、磷、鉀養(yǎng)分供應(yīng)影響不明顯。

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