SAP、PAM复配对干旱沙化牧区紫花苜蓿生长影响的研究

田德龙，李泽坤，徐 冰，鲁耀泽

(1.水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特 010020；2.内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018)

0 引 言

紫花苜蓿是一种高产、质优、抗旱及适应性强的饲料作物，素有“牧草之王”的美称，也是我国种植面积最大的人工牧草之一[1]。内蒙古是全国最大的牧区，紫花苜蓿种植面积较大，内蒙古西部牧区干旱少雨，蒸发强烈，土壤沙化严重。土壤沙化不仅降低了耕地的利用率，同时也降低了土壤水分和养分含量，给紫花苜蓿种植带来不利影响。因此，保水、增肥成为干旱沙化牧区牧草增产亟待解决的问题。保水剂(SAP)、土壤结构改良剂(PAM)作为新型高分子聚合物，具有极强的保水、保肥性[2-4]，近年来多被用于盐碱地土壤改良，并取得显著效果[5,6]，而在干旱沙化牧区牧草种植上的应用鲜见报道。因此，本文结合保水剂、土壤结构改良剂的优势，将其应用于干旱沙化牧区紫花苜蓿种植，通过SAP、PAM单施及其复配来寻求促进紫花苜蓿生长、增产的最佳施用方法和施用量，以期为干旱沙化牧区牧草种植提供理论基础与技术支撑。

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7.6～7.8 ℃，日照时间3 209.5 h，无霜期136～144 d。试验区土壤质地0～20 cm为砂土，20～100 cm为壤黏土，0～100 cm土壤平均密度为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(详见表1)，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冈金，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，其他农艺措施参照当地习惯。

表1 试验设计及处理 kg/hm2

1.3 测定项目及方法

植株高度测定：在每小区标记的3个25 cm×25 cm小样方内，每隔7 d测定枝条的高度。植株高度现蕾期前为从茎的最基部到最上叶顶端的距离，现蕾期后为从茎的最基部到穗的最顶端距离[8]；体积含水率测定：采用TDR仪器于每个生育期在各小区分别测定0～10、10～20、20～40、40～60、60～100 cm土层体积含水率；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 不同处理对土壤体积含水率的影响

土壤水分含量高低是影响作物正常生长的关键因素，由于20～100 cm土层体积含水率差异不大，因此仅对0～20 cm土层体积含水率进行分析，不同处理0～20 cm土层体积含水率不尽相同(表2)。紫花苜蓿第一茬各处理在不同生育期中，0～10、10～20 cm土层体积含水率均大于CK，不同处理0～10 cm土层体积含水率与CK差异性不显著，而10～20 cm土层体积含水率与CK差异基本上均达到显著性水平(P<0.05)。主要由于滴灌带埋深为15 cm，灌溉水分更多储存于15 cm及以下土层，因而各处理10 cm土层上下体积含水率差异性不一致。全生育期T1～T8处理0～20 cm土层平均体积含水率分别较CK高14.03%、18.33%、6.19%、8.69%、17.57%、23.15%、18.67%、22.96%，各处理增幅大小表现为T6>T8>T7>T2>T5>T1>T4>T3>CK。紫花苜蓿第二茬各处理在不同生育期中，0～10 cm、10～20 cm土层体积含水率均大于CK，其差异显著性与第一茬基本一致。第二茬0～20 cm土层体积含水率总体上大于第一茬，主要由于紫花苜蓿第一茬生育期长、气温高，因而作物耗水量高、土壤棵间蒸发量大。而第二茬随着生育期推进，气温逐渐降低，作物生长缓慢，植株耗水量降低，土壤棵间蒸发减弱。第二茬全生育期T1～T8处理0～20 cm土层平均体积含水率分别较CK高19.62%、20.96%、14.75%、15.01%、32.26%、33.12%、16.68%、18.42%，各处理增幅大小表现为T6>T5>T2>T1>T8>T7>T4>T3>CK。可以看出，SAP、PAM单施及其复配处理均提高了0～20 cm土层体积含水率，为作物的生长提供了良好的土壤水分环境，但对比第一茬和第二茬土壤体积含水率增幅可知，各处理中T6处理效果最佳。

表2 不同处理对0～20 cm土层体积含水率的影响 %

2.2 不同处理对紫花苜蓿株高的影响

紫花苜蓿的株高反映了植株的生长状况，同时也是影响产量的重要因素。在不同生育期内，各处理紫花苜蓿的株高差异显著(表3)。由表3可知，紫花苜蓿两茬植株高度生长规律基本相同，本文以第一茬为例，进行重点分析。苗期紫花苜蓿生长缓慢，但T1～T8处理株高均大于CK。其中T6处理增幅最大，为17.86%，各处理间差异不显著；分枝期紫花苜蓿进入快速生长期，T1～T8处理株高与CK相比，差异达到显著性水平(P<0.05)。其中T6处理增幅最大，为24.55 %，且与其他处理差异均达到显著性水平(P<0.05)；随着生育期的推进，进入现蕾期，各处理株高变化不尽相同，除T3处理略小于CK，其他处理均大于CK，且差异达到显著性水平(P<0.05)。其中T6处理增幅最大，为11.86%；开花期紫花苜蓿株高达到生育期最大值，T1～T8处理株高均大于CK，差异达到显著性水平(P<0.05)，其中T6处理增幅依旧最大，为26.11%。全生育期T1～T8处理平均株高分别较CK高6.42%、16.06%、4.67%、10.13%、8.24%、20.09%、8.42%、15.23%，各处理平均株高增幅大小为T6>T2>T8>T4>T7>T5>T1>T3>CK。可以看出，总体上SAP与PAM复配施用对紫花苜蓿株高的增幅优于单施SAP或单施PAM，单施SAP处理优于单施PAM处理。可能由于试验土壤质地浅层为砂土，土壤保水、保肥性差，来自于灌溉或降水的土壤水分极易下渗。SAP施于土壤浅层，吸水膨胀，能够储存较多水分供作物生长吸收利用。PAM则是撒施于土壤，主要作用于表土，因而可能主要是发挥减少土壤蒸发作用，无法保留更多下渗水分。而SAP与PAM复配，强化了土壤保水、保肥以及抑制土壤蒸发的作用，因而效果最佳。

表3 不同处理对紫花苜蓿株高的影响 cm

2.3 不同处理对紫花苜蓿耗水量、产量和水分利用效率的影响

根据计算(表4)，T1～T8处理紫花苜蓿耗水量均低于CK，且差异性达到显著性水平(P<0.05)，主要由于T1～T8处理施用了SAP、PAM等化学调控材料，减少了土壤水分下渗及无效蒸发，使生育期土壤保持较高水分含量，因而各处理耗水量均低于对照。不同处理产量大小表现为T6>T8>T5>T2>T7>T4>T1>T3>CK，T1～T8处理产量较CK分别提高4.04%、11.51%、2.51%、6.09%、13.38%、19.93%、8.77%、17.14%，差异较CK达到显著性水平(P<0.05)。水分利用效率分别提高32.62%、32.98%、26.83%、25.70%、34.84%、35.67%、30.29%、32.87%，且差异较CK达到显著性水平(P<0.05)。综上可以看出，SAP、PAM单施及其复配各处理均不同程度提高了紫花苜蓿的产量及水分利用效率，而T6处理产量和水分利用效率增幅均最大。因此，在干旱沙化牧区紫花苜蓿种植中建议采用SAP、PAM复配施用，适宜施用量为45 kg/hm2SAP复配30 kg/hm2PAM。

表4 不同处理耗水量、产量和水分利用效率

3 讨 论

SAP、PAM单施及其复配不仅提高了土壤体积含水率，同时也促进了紫花苜蓿株高的生长，提高了产量及其水分利用效率，与诸多学者研究结果相似[9-14]，但在最佳施用量方面略有差异。韩广津[9]认为促进紫花苜蓿生长、增产的SAP最佳施用量为45 kg/hm2，刘群[14]认为促进紫花苜蓿生长的PAM适宜施用量为80 kg/hm2，而本研究得出45 kg/hm2SAP复配30 kg/hm2PAM效果最佳。可能一方面由于试验条件不同，尽管韩广津试验土壤质地与本试验类似，但紫花苜蓿生育期降水量较大，为427.5 mm。虽然刘群试验生育期灌溉定额与本试验接近，但灌水次数仅为2次，灌水周期间隔较长，因而得出PAM适宜施用量较本试验高。另一方面可能是韩广津、刘群均采用单施SAP或单施PAM，未进行复配施用，而本试验进行了复配施用，表现出最佳效果，但目前尚不能从SAP、PAM复配机理进行解释，需下一步进行深入研究。

4 结 论

(1)SAP、PAM单施及其复配施用改善了土壤结构，提高了土壤保水性，促进了作物生长。紫花苜蓿第一、第二茬全生育期0～20 cm土层平均体积含水率最大分别提高23.15%和33.12%，第一茬全生育期平均株高最大提高20.09%，总体上45 kg/hm2SAP复配30 kg/hm2PAM保水、促生长效果最佳。

(2) SAP、PAM单施及其复配施用均促进了紫花苜蓿产量和水分利用效率的提高，其中，SAP(45 kg/hm2)+PAM(30 kg/hm2)复配效果最佳，产量、水分利用效率分别提高19.93%和35.67%。

(3)本试验中45 kg/hm2的SAP复配30 kg/hm2的PAM对于提高土壤0～20 cm土层含水率，促进紫花苜蓿生长、增产等方面都表现出了较好的效果。但由于本试验对象紫花苜蓿为当年种植，仅进行了两茬生育指标及产量的分析，未能就不同施用量对土壤及三茬作物的影响进行综合分析，也未从SAP、PAM的投入产出比结合作物产量、水分利用效率等因素进行综合评判，结论对生产的指导性还有待进一步验证。

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