姜小鳳，張國(guó)平，張朝巍，曾 駿，郭天文，3

（1. 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究所，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省旱作區(qū)水資源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；

3. 農(nóng)業(yè)部西北作物抗旱栽培與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070）

中國(guó)荒漠化和沙化面積大、分布廣、危害重，嚴(yán)重的土地荒漠化、沙化威脅著生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展［1-3］。甘肅省是全國(guó)荒漠化程度、土地和草原沙化最嚴(yán)重的省份之一，沙漠化不斷蔓延加劇，是甘肅面臨的最大生態(tài)危機(jī)［4-5］。有機(jī)高分子聚合物材料主要是聚丙烯酸鉀和聚丙烯酰胺形成共聚物，然后交聯(lián)形成具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)水分和肥分有吸附和約束擴(kuò)散作用。將有機(jī)高分子材料用水配比，形成水溶膠，與肥料一起施加到作物根部，使其在根部對(duì)水肥進(jìn)行吸附，并緩慢釋放，可長(zhǎng)時(shí)間滿足作物吸收水肥的需要。國(guó)內(nèi)外研究表明，高分子聚合物可以有效改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤含水量，防止水土流失［6-8］。目前，高分子聚合物對(duì)沙化地改良的研究還相對(duì)較少［9-10］，我們采用人工用新型高分子聚合物水溶性膠體對(duì)沙化地先進(jìn)行處理，以玉米為試材，對(duì)作物產(chǎn)量和土壤儲(chǔ)水量進(jìn)行研究，為沙化地改良和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法

1.1 供試材料

指示玉米品種為先玉335。供試高分子聚合物由壽光九鼎防水材料有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在景泰縣紅水鎮(zhèn)界碑村。地處黃土高原與騰格里沙漠過(guò)渡地帶，與騰格里沙漠直線距離3 km 左右，地勢(shì)西高東低，平均海拔1 610 m。屬中溫帶干旱型大陸氣候，年均降水量217.6 mm，年均氣溫10 ℃，無(wú)霜期159 d。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列。玉米種植前利用斗渠灌水時(shí)，將高分子聚合物隨水配制成有機(jī)膠體施入沙化地塊中，共3 個(gè)處理，處理1 為膠體225 kg/hm2+石膏粉（CaSO4·2H2O） 約750 kg；處理2為膠體120 kg/hm2+石膏粉（CaSO4·2H2O）約375 kg；處理3（CK）不施膠體。3 次重復(fù)，面積675 m2（50.0 m×13.5 m）。玉米于2014 年4 月上旬播種，施肥水平為N 300 kg/hm2、P2O5180 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，肥料種類為尿素（N 46%）、磷酸二銨（P2O546%、N 18%）、氯化鉀（K2O 60%）。磷肥和20%氮肥作為基肥在播前翻耕時(shí)一次性施入，剩余80%氮肥分別在拔節(jié)期和大喇叭口期追施，鉀肥在生長(zhǎng)中后期追施，其它管理同大田。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 產(chǎn)量及植株性狀 玉米收獲后測(cè)定產(chǎn)量，并測(cè)定株高、莖粗、穗位高、穗粗、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重。

1.4.2 土壤水分 播種前和收獲后，測(cè)定0～200 cm 土層土壤含水量，每20 cm 為1 層。

土壤儲(chǔ)水量：W=Σ（θi×Zi）

θi 為土壤某一層次某時(shí)段內(nèi)體積含水率值（%）；Zi 為土壤層次厚度（mm）；i 為土壤層次。

1.4.3 土壤耗水量 ET=P+I+ΔW+K 式中，ET 為作物耗水量（mm）；P 為降水量（mm）；I 為灌溉水量（mm）；ΔW 為計(jì)算時(shí)段內(nèi)土壤儲(chǔ)水變化量（mm）；K 為時(shí)段內(nèi)地下水補(bǔ)給量（mm）。

試驗(yàn)田地下水埋深在5 m 以下，可視作地下水補(bǔ)給量為0；降水入滲深度不超過(guò)2 m，可視作深層滲漏為0。

1.4.4 作物水分利用效率 計(jì)算公式為WUE= GY/ET。式中，WUE 為水分利用效率［kg/（hm2·mm）］；GY 為作物產(chǎn)量（kg/hm2）；ET 為生育期內(nèi)作物耗水量（mm）。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)采用Excel 與SPSS 13.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），用LSD 多重比較（P=0.05）分析顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤儲(chǔ)水量的影響

通過(guò)表1 可以看出，各處理土壤儲(chǔ)水量收獲后均較收獲前有所增加。玉米收獲后處理1 土壤儲(chǔ)水量為215.99 mm，比播前173.69 mm 增加了24.35%；處理2 土壤儲(chǔ)水量為211.12 mm，比播前增加了21.55%；CK 處理收獲后土壤儲(chǔ)水量為177.58 mm，比播前173.69 mm 增加了2.24%。與CK 相比，玉米收獲后土壤儲(chǔ)水量處理1 增加了21.63%；處理2 增加了18.89%。表明播種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 不同膠體處理的土壤儲(chǔ)水量mm

2.2 不同處理對(duì)玉米主要性狀及產(chǎn)量的影響

從表2 可以看出，處理1、處理2 的玉米主要性狀及產(chǎn)量均較CK 有所增加。其中，處理1 各指標(biāo)均為最高，折合產(chǎn)量達(dá)15 383.4 kg/hm2，較CK 增產(chǎn)2 066.7 kg/hm2，增產(chǎn)率15.52%；處理2 折合產(chǎn)量14 083.4 kg/hm2，較CK 增產(chǎn)766.7 kg/hm2，增產(chǎn)率5.76%。方差分析表明，處理1、處理2、CK 之間差異達(dá)顯著水平。說(shuō)明播種前在沙地中施入高分子聚合物，可以在作物生育期內(nèi)提供更多的養(yǎng)分和水分，改善作物的生長(zhǎng)條件，顯著提高作物產(chǎn)量。

2.3 不同處理對(duì)玉米水分利用效率的影響

從表3 可以看出，處理1、處理2 的玉米耗水量比CK 分別減少了6.12%、5.35%。處理1 水分利用效率最高，為26.13 kg/（hm2·mm），較CK 增加4.89 kg/（hm2·mm），提高了23.02%；處理2 水分利用效率為23.73 kg/（hm2·mm），較CK 增加2.49 kg/（hm2·mm），提高了11.72%。表明播種前在沙地中施入高分子聚合物，可以減少耗水量，提高水分利用效率。

表3 不同膠體用量處理的玉米水分利用效率

表2 不同膠體用量對(duì)玉米植株性狀及產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)與討論

1） 研究結(jié)果表明，播種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，改善作物的生長(zhǎng)條件，減少耗水量和提高作物水分利用效率，顯著提高作物的產(chǎn)量。施入225 kg/hm2膠體+石膏粉（CaSO4·2H2O）約750 kg 時(shí)，玉米的折合產(chǎn)量達(dá)15 383.4 kg/hm2，較不加膠體增產(chǎn)2 066.7 kg/hm2，增產(chǎn)率15.52%；施入120 kg/hm2膠體+石膏粉（CaSO4·2H2O）約375 kg 時(shí)，玉米的折合產(chǎn)量為14 083.4 kg/hm2，較不加膠體增產(chǎn)766.7 kg/hm2，增產(chǎn)率5.76%。

2） 增加水凝膠的用量，增大了對(duì)沙層中水分、養(yǎng)分的吸附，可以在作物生育期內(nèi)提供更多的養(yǎng)分和水分，有利于作物的吸收和利用，作物產(chǎn)量隨膠體在沙層中存留量的增加而提高。在沙地的改良和利用上，播種前施入高分子聚合物可以作為沙地改良和利用措施之一。

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