高分子聚合物对沙化地储水量和玉米产量的影响

姜小凤，张国平，张朝巍，曾 骏，郭天文，3

（1. 甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃 兰州 730070；2. 甘肃省旱作区水资源高效利用重点实验室，甘肃 兰州 730070；

3. 农业部西北作物抗旱栽培与耕作重点实验室，甘肃 兰州 730070）

中国荒漠化和沙化面积大、分布广、危害重，严重的土地荒漠化、沙化威胁着生态安全和经济社会的可持续发展［1-3］。甘肃省是全国荒漠化程度、土地和草原沙化最严重的省份之一，沙漠化不断蔓延加剧，是甘肃面临的最大生态危机［4-5］。有机高分子聚合物材料主要是聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺形成共聚物，然后交联形成具有三维网状结构，对水分和肥分有吸附和约束扩散作用。将有机高分子材料用水配比，形成水溶胶，与肥料一起施加到作物根部，使其在根部对水肥进行吸附，并缓慢释放，可长时间满足作物吸收水肥的需要。国内外研究表明，高分子聚合物可以有效改善土壤结构，增加土壤含水量，防止水土流失［6-8］。目前，高分子聚合物对沙化地改良的研究还相对较少［9-10］，我们采用人工用新型高分子聚合物水溶性胶体对沙化地先进行处理，以玉米为试材，对作物产量和土壤储水量进行研究，为沙化地改良和利用提供科学依据。

1 试验方法

1.1 供试材料

指示玉米品种为先玉335。供试高分子聚合物由寿光九鼎防水材料有限公司提供。

1.2 试验地概况

试验设在景泰县红水镇界碑村。地处黄土高原与腾格里沙漠过渡地带，与腾格里沙漠直线距离3 km 左右，地势西高东低，平均海拔1 610 m。属中温带干旱型大陆气候，年均降水量217.6 mm，年均气温10 ℃，无霜期159 d。

1.3 试验设计

试验采用随机区组排列。玉米种植前利用斗渠灌水时，将高分子聚合物随水配制成有机胶体施入沙化地块中，共3 个处理，处理1 为胶体225 kg/hm2+石膏粉（CaSO4·2H2O） 约750 kg；处理2为胶体120 kg/hm2+石膏粉（CaSO4·2H2O）约375 kg；处理3（CK）不施胶体。3 次重复，面积675 m2（50.0 m×13.5 m）。玉米于2014 年4 月上旬播种，施肥水平为N 300 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，肥料种类为尿素（N 46%）、磷酸二铵（P2O546%、N 18%）、氯化钾（K2O 60%）。磷肥和20%氮肥作为基肥在播前翻耕时一次性施入，剩余80%氮肥分别在拔节期和大喇叭口期追施，钾肥在生长中后期追施，其它管理同大田。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 产量及植株性状 玉米收获后测定产量，并测定株高、茎粗、穗位高、穗粗、穗长、穗行数、行粒数、穗粒重、百粒重。

1.4.2 土壤水分 播种前和收获后，测定0～200 cm 土层土壤含水量，每20 cm 为1 层。

土壤储水量：W=Σ（θi×Zi）

θi 为土壤某一层次某时段内体积含水率值（%）；Zi 为土壤层次厚度（mm）；i 为土壤层次。

1.4.3 土壤耗水量 ET=P+I+ΔW+K 式中，ET 为作物耗水量（mm）；P 为降水量（mm）；I 为灌溉水量（mm）；ΔW 为计算时段内土壤储水变化量（mm）；K 为时段内地下水补给量（mm）。

试验田地下水埋深在5 m 以下，可视作地下水补给量为0；降水入渗深度不超过2 m，可视作深层渗漏为0。

1.4.4 作物水分利用效率 计算公式为WUE= GY/ET。式中，WUE 为水分利用效率［kg/（hm2·mm）］；GY 为作物产量（kg/hm2）；ET 为生育期内作物耗水量（mm）。

1.5 统计方法

数据采用Excel 与SPSS 13.0 统计软件进行单因素方差分析（ANOVA），用LSD 多重比较（P=0.05）分析显著性差异。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤储水量的影响

通过表1 可以看出，各处理土壤储水量收获后均较收获前有所增加。玉米收获后处理1 土壤储水量为215.99 mm，比播前173.69 mm 增加了24.35%；处理2 土壤储水量为211.12 mm，比播前增加了21.55%；CK 处理收获后土壤储水量为177.58 mm，比播前173.69 mm 增加了2.24%。与CK 相比，玉米收获后土壤储水量处理1 增加了21.63%；处理2 增加了18.89%。表明播种前在沙化地中施入高分子聚合物可以有效提高土壤的保水能力。

表1 不同胶体处理的土壤储水量mm

2.2 不同处理对玉米主要性状及产量的影响

从表2 可以看出，处理1、处理2 的玉米主要性状及产量均较CK 有所增加。其中，处理1 各指标均为最高，折合产量达15 383.4 kg/hm2，较CK 增产2 066.7 kg/hm2，增产率15.52%；处理2 折合产量14 083.4 kg/hm2，较CK 增产766.7 kg/hm2，增产率5.76%。方差分析表明，处理1、处理2、CK 之间差异达显著水平。说明播种前在沙地中施入高分子聚合物，可以在作物生育期内提供更多的养分和水分，改善作物的生长条件，显著提高作物产量。

2.3 不同处理对玉米水分利用效率的影响

从表3 可以看出，处理1、处理2 的玉米耗水量比CK 分别减少了6.12%、5.35%。处理1 水分利用效率最高，为26.13 kg/（hm2·mm），较CK 增加4.89 kg/（hm2·mm），提高了23.02%；处理2 水分利用效率为23.73 kg/（hm2·mm），较CK 增加2.49 kg/（hm2·mm），提高了11.72%。表明播种前在沙地中施入高分子聚合物，可以减少耗水量，提高水分利用效率。

表3 不同胶体用量处理的玉米水分利用效率

表2 不同胶体用量对玉米植株性状及产量的影响

3 小结与讨论

1） 研究结果表明，播种前在沙地中施入高分子聚合物，可以有效提高土壤的保水能力，改善作物的生长条件，减少耗水量和提高作物水分利用效率，显著提高作物的产量。施入225 kg/hm2胶体+石膏粉（CaSO4·2H2O）约750 kg 时，玉米的折合产量达15 383.4 kg/hm2，较不加胶体增产2 066.7 kg/hm2，增产率15.52%；施入120 kg/hm2胶体+石膏粉（CaSO4·2H2O）约375 kg 时，玉米的折合产量为14 083.4 kg/hm2，较不加胶体增产766.7 kg/hm2，增产率5.76%。

2） 增加水凝胶的用量，增大了对沙层中水分、养分的吸附，可以在作物生育期内提供更多的养分和水分，有利于作物的吸收和利用，作物产量随胶体在沙层中存留量的增加而提高。在沙地的改良和利用上，播种前施入高分子聚合物可以作为沙地改良和利用措施之一。

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