陳方鑫，盧少勇，馮傳平

（1.中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖泊環(huán)境研究中心國家環(huán)境保護(hù)洞庭湖科學(xué)觀測研究站湖泊工程技術(shù)中心，北京　100012；2.中國地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京　100083）

農(nóng)業(yè)秸稈復(fù)合PAM對湖濱帶土壤改良效果的研究

陳方鑫1，2，盧少勇1*，馮傳平2

（1.中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湖泊環(huán)境研究中心國家環(huán)境保護(hù)洞庭湖科學(xué)觀測研究站湖泊工程技術(shù)中心，北京100012；2.中國地質(zhì)大學(xué)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083）

為改善湖濱帶土壤結(jié)構(gòu)、肥力及水土保持狀況，以太湖流域貢湖灣濕地湖濱帶基底為對象，將農(nóng)業(yè)秸稈和聚丙烯酰胺（PAM）按一定比例配制作為改良材料，研究改良材料對湖濱帶土壤物理結(jié)構(gòu)、團(tuán)聚體組成及土壤養(yǎng)分的影響，以期在探討湖濱帶土壤修復(fù)需求的同時，為農(nóng)業(yè)秸稈在生態(tài)修復(fù)中的再生利用提供科技支撐，為農(nóng)業(yè)秸稈處置提供新的途徑。農(nóng)業(yè)秸稈復(fù)合PAM材料不僅可以改善土壤養(yǎng)分，保證水生植物生長，同時能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，防治水土流失。改良效果最好的配比為3 g·kg-1秸稈與1 g· kg-1PAM，具體表現(xiàn)為：細(xì)粒物質(zhì)含量提高，砂粒含量降低，容重減小14.92%，大團(tuán)聚體含量提高42.81%，土壤由砂土和壤土向粘土轉(zhuǎn)變；有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別提高42.70%、189.60%、31.80%和50.32%。研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)質(zhì)和大團(tuán)聚體狀況決定湖濱帶土壤穩(wěn)定性好壞。秸稈提供的有機(jī)質(zhì)降解為腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)有助于微團(tuán)聚體粘聚為中粒徑團(tuán)聚體，而PAM的吸附架橋作用可將中粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為大團(tuán)聚體，從而顯著改善土壤持土保肥能力。

秸稈；聚丙烯酰胺（PAM）；湖濱帶；土壤團(tuán)聚體；土壤結(jié)構(gòu)；修復(fù)過程

陳方鑫，盧少勇，馮傳平，等.農(nóng)業(yè)秸稈復(fù)合PAM對湖濱帶土壤改良效果的研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（4）：711-718.

CHEN Fang-xin，LU Shao-yong，F(xiàn)ENG Chuan-ping，et al.Improvements of soil in lakeside zones using combined crop straw and PAM［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（4）：711-718.

在湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)中，土壤既是物理基礎(chǔ)，又是物質(zhì)和能量流通的媒介，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中生命的重要依托［1］。在湖濱帶土壤修復(fù)中，土壤環(huán)境的穩(wěn)定性直接影響濕地植被類型與存活、生物多樣性和水土流失狀況，土壤缺乏穩(wěn)定性可能導(dǎo)致濕地生態(tài)功能退化。正是這些特征決定了湖濱帶土壤修復(fù)不同于農(nóng)業(yè)土壤修復(fù)的特殊性。農(nóng)業(yè)土壤注重土壤肥力的提高，從而提高作物產(chǎn)量［2］。湖濱帶土壤修復(fù)在提高養(yǎng)分、保證水生植物穩(wěn)定生長的同時［3］，還需要改善土壤結(jié)構(gòu)，以解決水土流失問題［4-6］。目前，施加結(jié)構(gòu)改良劑等是改善農(nóng)業(yè)土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分的有效途徑和措施［7-10］，而關(guān)于湖濱帶土壤改良劑的研究幾乎沒有。通過大量文獻(xiàn)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)秸稈與聚丙烯酰胺具有修復(fù)湖濱帶土壤的可能性。

我國紅壤區(qū)秸稈資源豐富，秸稈特有的多糖與蛋白質(zhì)連接纖維素結(jié)構(gòu)，即可提供有效養(yǎng)分，同時纖維素能提供吸附性能［11-12］。秸稈覆蓋是改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力的有效保育措施［13-15］。覆蓋在土壤表面的秸稈分解緩慢，被水淋失的養(yǎng)分較少，秸稈分解形成的有機(jī)物緩慢進(jìn)入土壤，其中一部分供作物吸收，大部分形成土壤有機(jī)質(zhì)［16］。趙聚寶等［17］的研究表明，秸稈覆蓋后，土壤有機(jī)質(zhì)提高了3.9%～10.4%，土壤表層速效性養(yǎng)分也明顯提高，0～55 cm土層內(nèi)土壤鉀含量增加385.4%。王春紅等［18］研究了秸稈覆蓋對坡面徑流及土壤流失的影響，結(jié)果表明秸稈覆蓋可減少泥沙含量、控制土壤侵蝕（可減少50%～80%），其效果隨覆蓋厚度增加而增強(qiáng)。聚丙烯酰胺（PAM）作為一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，不僅可促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成、改善土壤結(jié)構(gòu)，還可減少地表徑流和養(yǎng)分流失［19］。龍明杰等［20］的研究結(jié)果表明，當(dāng)PAM施用濃度為0.025%～0.050%時，土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量比對照增加了29.74%～39.78%。員學(xué)鋒等［12］認(rèn)為，當(dāng)PAM用量為0.25～1.25 g·m-2時，＞0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)粒含量平均增加30.2%，能疏松土壤、減緩?fù)寥浪终舭l(fā)、調(diào)節(jié)土壤水肥力狀況。PAM可通過創(chuàng)建人工團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)和提高土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)性，改善土壤團(tuán)聚體對養(yǎng)分元素的吸附作用，抑制養(yǎng)分元素隨水的流失，提高肥料利用率［21］。

目前，利用預(yù)處理后的秸稈與PAM按一定配比混合后組成的復(fù)合改良材料來改良湖濱帶土壤此類特殊環(huán)境基底的研究幾乎沒有。本文以太湖流域中貢湖灣濕地湖濱帶基底為對象，將農(nóng)業(yè)秸稈和聚丙烯酰胺（PAM）按一定比例配制作為改良材料，研究改良材料對湖濱帶土壤物理結(jié)構(gòu)、團(tuán)聚體組成、土壤養(yǎng)分的影響，對其改良土壤過程的機(jī)理進(jìn)行研究，同時，為我國農(nóng)業(yè)秸稈的再生利用提供參考。

1　材料與方法

1.1供試材料與土壤

秸稈：玉米、水稻、小麥秸稈，用植物粉碎機(jī)粉碎過100目篩。

聚丙烯酰胺（PAM）：供試PAM由蘇州晟宇公司生產(chǎn)，陰離子型，分子量為1200萬，水解度為30%（考慮陰離子聚丙烯酰胺比其他類型聚丙烯酰胺價(jià)格便宜，分子量一般比陽離子型更大，且陰離子通過陽離子疏松的吸附易跨越不同粘粒而形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）。

研究區(qū)域位于無錫貢湖退漁還湖濕地修復(fù)區(qū)試驗(yàn)站，用均氣溫16.5益，用均降雨量1564 mm。2012用改造了區(qū)域內(nèi)原有魚塘，建造成適宜植物種植、動物生存的湖濱帶環(huán)境。該地區(qū)地帶性土壤主要為紅壤，成土母質(zhì)以第四紀(jì)紅色粘土為主。供試土壤（2013用基底為修復(fù)時采集土樣）表層的部分理化性質(zhì)見表1。

表1　供試土壤表層的基本理化性質(zhì)Table 1　Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用室內(nèi)土培試驗(yàn)，用于探究不同配比改良劑對基底肥力及其結(jié)構(gòu)的影響。選取修復(fù)區(qū)土壤為供試土壤，其基本理化性質(zhì)見表1。按研究區(qū)土壤容重裝土于土培槽內(nèi)，設(shè)置裸地（LD）、秸稈3 g·kg-（1D1）、秸稈1.5 g·kg-（1D2）、PAM 1 g·kg-（1E1）、PAM0.5 g·kg-1（E2）、秸稈3g·kg-1+PAM1g·kg-（1D1E1），秸稈3g·kg-1+ PAM 0.5 g·kg-（1D1E2）、秸稈1.5 g·kg-1+PAM 1 g·kg-1（D2E1）、秸稈1.5 g·kg-1+PAM 0.5 g·kg-（1D2E2）共9種處理進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)，培養(yǎng)期保持土壤濕度為田間持水量的75%。培養(yǎng)6個月后，測定土壤養(yǎng)分及秸稈穩(wěn)定性變化。

1.3樣品采集和來理

1.3.1土樣采集

室內(nèi)土培試驗(yàn)用環(huán)刀采集混勻后裝袋并標(biāo)記。低溫保存送回實(shí)驗(yàn)室，放于陰涼干燥處風(fēng)干，風(fēng)干后揀去石塊、植物殘根等雜物。先用四分法取每份土壤總量的一半、裝袋備測土壤團(tuán)聚體組成、土壤容重和粒徑等。剩下的研磨過100目篩，一半裝袋備測土壤pH值和有機(jī)質(zhì)，另一半繼續(xù)研磨并過200目篩，裝袋待測土壤TP和全氮等。土樣處理后做好標(biāo)記，所有樣品采集后需盡快完成測定。

1.3.2測定方法

土壤性狀測定均按常規(guī)方法［23］：土壤pH值用pH計(jì)（土頤水=1頤5）；團(tuán)聚體穩(wěn)定性用干、濕篩法；容重和孔隙結(jié)構(gòu)用環(huán)刀法；土壤粒徑分布用粒度儀；有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀外加熱法；TN用硫酸-高氯酸消煮，全自動凱氏定氮儀；TP用硫酸-高氯酸消煮，分光光度計(jì)比色法；全鉀用NaOH堿熔法提取，火焰光度計(jì)法；堿解氮用堿解擴(kuò)散法；速效磷用NaHCO3浸提，分光光度計(jì)比色法；速效鉀用醋酸銨浸提，火焰光度計(jì)法。本文用Origin 6.0和SPSS 16.0軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差（SD）和相關(guān)性（Pearson）分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同配比用量下土壤物理結(jié)構(gòu)變化

室內(nèi)土培試驗(yàn)表明，秸稈有助于減少礫石含量，增加粗砂粒含量，促使土壤結(jié)構(gòu)由砂土向壤土改變，但這種改善程度有限，表現(xiàn)為其對細(xì)沙粒和粘粒的影響不大。PAM能有效減少石礫和粗沙粒含量，增加細(xì)沙粒和粘粒含量。根據(jù)國際土壤質(zhì)地三角形分類可得，秸稈聯(lián)合PAM改良材料有助于土壤由砂土、壤土向粘土轉(zhuǎn)變，其中D1E1處理組效果最佳（表2）。對土壤結(jié)構(gòu)的修復(fù)作用，改良材料中PAM組分改善的效果最明顯［25］。但需注意，秸稈有助于土壤容重減少，D1、D2處理的土壤容重下降了14.92%（圖1），表明有機(jī)質(zhì)積累能對容重降低起顯著影響［26］，本文3.2討論部分中有機(jī)質(zhì)與容重呈極顯著負(fù)相關(guān)（R2=-0.935，P＜0.01）也驗(yàn)證了此推測。施加土壤改良劑后，土壤容重下降，說明土壤變疏松，土壤孔隙增多。疏松土壤利于土壤中水、氣、熱等的交換及微生物活動，利于土壤養(yǎng)分對植物的供應(yīng)，提高了土壤肥力。

2.2不同配比用量下土壤團(tuán)聚體組成

表3顯示室內(nèi)土培試驗(yàn)不同粒徑干篩團(tuán)聚體含量差異明顯。＞4 mm粒徑團(tuán)聚體含量為29.19%～49.31%，0.5～0.25 mm和＜0.25 mm團(tuán)聚體含量分別為6.73%～9.97%、5.72%～12.90%。不同PAM和秸稈用量對干篩團(tuán)聚體組成有顯著影響。D1、D2處理的2～1 mm、1～0.5 mm粒徑團(tuán)聚體含量有明顯提高，且秸稈施用量越高，中粒徑團(tuán)聚體含量越高；E1、E2處理的＞4 mm粒徑團(tuán)聚體含量分別比LD提高了41.75%、17.73%，其他粒徑團(tuán)聚體含量與LD無顯著差異；同時，D1E1、D1E2處理＞4 mm粒徑團(tuán)聚體含量顯著高于D1處理，D2E1、D2E2處理＞4 mm粒徑團(tuán)聚體含量顯著高于D2處理?？梢姡琍AM可顯著提高＞4 mm干篩團(tuán)聚體含量，且隨PAM用量增加而增加，其中D1E1處理組對大團(tuán)聚體含量＞2 mm提高效果最為明顯，達(dá)到42.81%。

表2　室內(nèi)土培試驗(yàn)土壤粒度變化Table 2　Changes of soil particle size under different treatments in indoor incubation experiment

圖1　室內(nèi)土培試驗(yàn)土壤容重與毛細(xì)孔隙率變化Figure 1　Soil bulk density and porosity under different treatments in indoor incubation experiment

表4反映出室內(nèi)土培試驗(yàn)各處理土壤濕篩后＜0.25 mm粒徑團(tuán)聚體含量最多（約60%）。對不同粒級水穩(wěn)性團(tuán)聚體來說，因秸稈和PAM用量不同，各處理同一粒級團(tuán)聚體含量不同（見表4）。LD、D1、D2處理間無顯著差異，D1E1、D2E1處理間也無顯著差異，而E1、E2處理的＞2 mm的團(tuán)聚體含量顯著高于LD，＜0.25 mm團(tuán)聚體含量分別比LD降低了35.39%、15.42%。E1、E2處理＞4 mm團(tuán)聚體含量的變化趨勢表現(xiàn)為E1＞E2?？梢?，隨PAM用量提高，＞4 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著增加。稻草、PAM混施處理（D1E1、D1E2、D2E1、D2E2）＜0.25 mm團(tuán)聚體含量為50.52%，平均54.29%，比LD降低了21.29%。施加PAM處理的＜0.25 mm的微團(tuán)聚體含量顯著低于不施加PAM處理的，而＞2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量顯著高于不施加PAM處理的，說明施加PAM可將＜0.25mm的微團(tuán)聚體逐漸聚合成＞2mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體?？梢娛覂?nèi)土培試驗(yàn)中，單獨(dú)施用秸稈對土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量無顯著影響；PAM可顯著提高＞2 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，且＞4 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量隨PAM用量提高顯著增加［31］。

表3　室內(nèi)試驗(yàn)土壤干篩團(tuán)聚體組成Table 3　Composition of dry sieved aggregates under different treatments in indoor incubation experiment

表4　室內(nèi)試驗(yàn)土壤濕篩水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成Table 4　Composition of wet sieved aggregates under different treatments in indoor incubation experiment

2.3不同配比用量下土壤養(yǎng)分的變化

在室內(nèi)試驗(yàn)中，圖2反映出不同秸稈用量、PAM施量及其復(fù)合使用下土壤養(yǎng)分變化。圖2a表明不同處理下有機(jī)質(zhì)含量為9.64～14.21 g·kg-1，D1處理的有機(jī)質(zhì)含量為13.84 g·kg-1，比LD提高約42.7%，且顯著高于其他處理，E1、E2、D1E2、D2E1和D2E2處理間有機(jī)質(zhì)含量無明顯差異，表明D1的3 g·kg-1秸稈處理組對土壤有機(jī)質(zhì)含量提高起主要作用。PAM對土壤有機(jī)質(zhì)含量提高無顯著影響。圖2b表明不同處理對土壤堿解氮含量有顯著影響，單用秸稈的D1、D2處理組其堿解氮含量與LD處理間無顯著差異，但卻顯著低于其他添加PAM的處理，而E1、D1E1和D2E1處理的堿解氮含量增加明顯，分別為98.87、105.56、102.42 mg·kg-1，比LD組提高了約189.60%。這說明PAM不僅有助于提高土壤堿解氮含量，且PAM用量增加時可顯著提高土壤堿解氮含量，與Kay-Shoemake等［27］的觀點(diǎn)一致。圖2c顯示土培試驗(yàn)各處理下土壤速效磷含量為2.68～3.62 mg·kg-1，D1、D2處理速效磷分別比LD增加了30.9%和16.3%，E1、E2處理與LD間無顯著差異，其他各聯(lián)合處理均能有效提高土壤速效磷含量，尤其添加D1組，其中D1E1處理組速效磷含量提高了約31.80%?？梢?，秸稈可顯著提高土壤速效磷含量，而PAM對土壤速效磷含量無明顯影響［28-29］。由圖2d可見，不同量秸稈配比量對土壤速效鉀含量的提高有顯著影響。施加D1、D2的各處理的速效鉀為79.13～90.22 mg·kg-1，比LD（57.84 mg·kg-1）平均提高50.32%，且D1處理速效鉀明顯高于D2處理。D1E1、D1E2處理間無顯著差異，D2E1、D2E2間無顯著差異，E1、E2、LD1速效鉀含量間也無顯著差異?？梢?，秸稈可顯著提高速效鉀含量，且隨秸稈施用量顯著提高，與PAM無明顯關(guān)系，與楊瑩瑩［25］等的觀點(diǎn)一致。

圖2　室內(nèi)土培試驗(yàn)土壤養(yǎng)分變化Figure 2　Changes of soil nutrients under different treatments in indoor incubation experiment

3　討論

3.1改良材料對土壤改良機(jī)理分析

室內(nèi)研究結(jié)果表明，秸稈聯(lián)合PAM能不同程度地修復(fù)退化土壤，主要基于兩方面：一是提升了土壤肥力，有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量；二是改善了土壤結(jié)構(gòu)，提高了穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，減緩了水土流失。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，改良材料修復(fù)土壤過程如下：

（1）秸稈本身含各種營養(yǎng)元素，秸稈翻入土壤后能增加各種土壤養(yǎng)分含量。秸稈中木質(zhì)素及其蛋白質(zhì)復(fù)合體較難分解而殘留土壤中，能逐步形成腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)具較強(qiáng)粘聚性［24］。試驗(yàn)中有機(jī)質(zhì)含量大幅增高，對土壤微團(tuán)聚體和中粒徑團(tuán)聚體的組成變化進(jìn)行分析，可得出高含量有機(jī)質(zhì)與上述復(fù)合體形成腐殖質(zhì)（表3和圖2）。微團(tuán)聚體在腐殖質(zhì)表面粘聚作用下，向中粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化，使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，土壤疏松多孔，利于降水就地入滲，明顯減少水土流失［25］。

（2）聚丙烯酰胺是一種高分子聚合物，作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤大團(tuán)聚體含量，防止水分流失［12］。因PAM表面有大量親水基團(tuán)，吸收后通過氫鍵對粘粒吸附、凝聚，使體積增大成團(tuán)聚體［26］。通過室內(nèi)試驗(yàn)土壤中粒徑水穩(wěn)性團(tuán)聚體變化分析（表4），在腐殖質(zhì)促進(jìn)微團(tuán)聚體向中粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)上，復(fù)合的PAM可將＜2 mm中團(tuán)聚體逐漸聚合成＞2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，主要利用PAM吸附架橋作用，可見PAM利于水穩(wěn)性大團(tuán)聚體形成。因此，在水作用下，PAM能有效促成中團(tuán)粒凝聚成大團(tuán)粒，改善土壤結(jié)構(gòu)，在湖濱帶特有水陸環(huán)境下使用尤為適合。

總之，秸稈提供的有機(jī)質(zhì)降解為腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)有助于將微團(tuán)聚體粘聚為中粒徑團(tuán)聚體，而PAM的吸附架橋作用可將中粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為大團(tuán)聚體，而大團(tuán)聚體在持土保肥兩方面都具有更好的效果［25］。

3.2湖濱帶土壤穩(wěn)定性顯著影響因子

通過室內(nèi)試驗(yàn)2.3節(jié)之結(jié)果可知，秸稈改性PAM可大幅提高有機(jī)質(zhì)含量。為探究秸稈改性PAM對土壤改良效果的貢獻(xiàn)，考慮從土壤各指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的角度著手。由此，對示范區(qū)土壤樣品中大團(tuán)聚體、容重、土壤速效磷、堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、TP、TN、全鉀的含量做相關(guān)檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。

由表5可見有機(jī)質(zhì)和大團(tuán)聚體含量與其他各指標(biāo)相關(guān)性最為緊密，其中有機(jī)質(zhì)與大團(tuán)聚體、速效磷、速效鉀和TN間均極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與容重極顯著正相關(guān)（P＜0.05），且相關(guān)系數(shù)達(dá)0.935。農(nóng)業(yè)秸稈是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源，說明通過秸稈聯(lián)合PAM不僅可豐富土壤中營養(yǎng)物，還可有效改良土壤物理性狀。這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生大量CO2，能引起局部pH降低，增強(qiáng)微生物活性，提高營養(yǎng)成分有效性。從秸稈聯(lián)合PAM對土壤物理結(jié)構(gòu)的結(jié)果分析可得（表2和圖1），有機(jī)質(zhì)可使水穩(wěn)性團(tuán)聚體和土壤孔隙率增加，容重降低，提高土壤保水保肥性能。在表5相關(guān)性結(jié)果基礎(chǔ)上，通過對聯(lián)合改良材料對改良土壤過程機(jī)理分析，認(rèn)為有機(jī)質(zhì)和大團(tuán)聚體狀況在很大程度上決定湖濱帶土壤穩(wěn)定性好壞，而秸稈聯(lián)合PAM材料能很好地使該兩項(xiàng)指標(biāo)得到改善。

4　結(jié)論

（1）農(nóng)業(yè)秸稈復(fù)合PAM材料不僅可以改善土壤養(yǎng)分，保證水生植物生長。同時能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，防治水土流失，其中改良效果最好的配比為3 g·kg-1秸稈與1 g·kg-1PAM。具體表現(xiàn)為：細(xì)粒物質(zhì)含量提高，砂粒含量降低，容重減小14.92%，大團(tuán)聚體含量提高42.81%，土壤由砂土和壤土向粘土轉(zhuǎn)變。有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別提高42.70%、189.60%、31.80%和50.32%。有機(jī)質(zhì)與大團(tuán)聚體、速效磷、速效鉀和TN間均極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與容重極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

（2）土壤改良劑主要從土壤養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)兩方面對土壤造成影響。土壤養(yǎng)分方面，施用PAM與秸稈能顯著提高TN、堿解氮和TP含量，并隨施用量增加而提高。同時，秸稈可顯著提高速效磷和速效鉀的含量，且秸稈用量為1.5～3 g·kg-1時，表現(xiàn)出隨秸稈施用量的增加顯著提高，與PAM無明顯關(guān)系（P＞0.05）；土壤團(tuán)聚體組成方面，施用PAM能顯著提高干篩與濕篩水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的含量，尤其是＞4 mm團(tuán)聚體的含量。而秸稈僅能顯著提高干篩大團(tuán)聚體的含量，對水穩(wěn)性團(tuán)聚體無顯著影響（P＞0.05）。

（3）有機(jī)質(zhì)和大團(tuán)聚體狀況決定湖濱帶土壤穩(wěn)定性好壞。秸稈提供的有機(jī)質(zhì)降解為腐殖質(zhì)，有助于將微團(tuán)聚體粘聚為中粒徑團(tuán)聚體，而PAM的吸附架橋作用可將中粒徑團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為大團(tuán)聚體，從而顯著改善土壤持土保肥能力。

表5　有機(jī)質(zhì)與其他理化性質(zhì)的相關(guān)性Table 5　Relationship between soil physical and chemical properties

［1］姜明，呂憲國，楊青.濕地土壤及其環(huán)境功能評價(jià)體系［J］.濕地科學(xué)，2006，3：168-173.

JIANG Ming，LU Xian-guo，YANG Qing.Wetland soil and its system of environmentfunctionassessment［J］.WetlandScience，2006，3：168-173.

［2］Tanner C.C，D’Eugenio J，McBride G B，et al.Effect of water level fluctuation on nitrigen removal from constructed wetland mesocosms［J］.E-cological Engineering，1992，12（1）：67-92.

［3］Baer S G，Church J M，Williand K W J，et al.Changes in intrasystem Ncycling from N2-fixing shrub encroachment in grassland：multiple positive feedbacks［J］.Agriculture，Ecosystems and Environment，2006，115（1/4）：174-182.

［4］Lost S，Landgraf D，Makeschin F.Chemical soil propeties of reclaimed marsh soil from Zhejiang Province P.R.China［J］.Geoderma，2007，142（3/4）：245-250.

［5］白文娟.水蝕風(fēng)蝕交錯帶植被恢復(fù)對土壤質(zhì)量的影響與植物生理生態(tài)適應(yīng)性［D］.楊凌：中國科學(xué)院研究生院，水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心，2010.

BAI Wen-juan.Effects of vegetation restoration on soil quality and plant physio-ecological adaptability in water-wind erosion region［D］. Yangling：2010.

［6］王玲玲，曾光明，黃國和，等.湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價(jià)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，5（12）：3406-3410.

WANG Ling-ling，ZENG Guang-ming，HUANG Guo-he，et al.Analysis of ecological benefit of ecological restoration of aquatic-terrestrial everglade from stability of ecological system［J］.Acta Ecological Science，2005，5（12）：3406-3410.

［7］李戀卿，潘根興，張旭輝.退化紅壤植被恢復(fù)中表層土壤微團(tuán)聚體及其有機(jī)碳的變化［J］.土壤通報(bào)，2000，31（5）：193-195.

LI Lian-qing，PAN Gen-xing，ZHANG Xu-hui.Changes in organic carbon storage in aggregates of the surface horizon in a degraded paleudlt upon vegetation recovery［J］.Chinese Journal of Soil Science，2000，31（5）：193-195.

［8］史學(xué)正，于東升.我國亞熱帶土壤侵蝕的生物工程治理［J］.水土保持研究，1999，6（2）：137-141.

SHI Xue-zheng，YU Dong-sheng.Bio-engineering harmnessment of soilerosionfornationalsubtropiczone［J］.ResearchofSoilandWaterConservation，1999，6（2）：137-141.

［9］姜培坤，周國模，錢新標(biāo).侵蝕型紅壤植被恢復(fù)后土壤養(yǎng)分含量與物理性質(zhì)的變化［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2004，18（1）：12-14，30.

JIANG Pei-kun，ZHOU Guo-muo，QIAN Xin-biao.Changes in soil nutrients and physical properties under erosion red soil by vegetation recover［J］.Research of Soil and Water Conservation，2004，18（1）：12-14，30.

［10］方勇，章勇.南方紅壤區(qū)種植黑麥草的效應(yīng)研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2005，22（4）：69-71.

FANG Yong，ZHANG Yong.Effects of planting rye grass in southern red soil region［J］.Pratacultural Science，2005，22（4）：69-71.

［11］魏朝富，高明，謝德體，等.有機(jī)肥對紫色水稻土水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響［J］.土壤通報(bào)，1995，26（3）：114-116.

WEI Chao-fu，GAO Ming，XIE De-ti，et al.Effects of organic fertilizer on purple paddy soil aggregate water stability［J］.Chinese Journal of Soil Science，1995，26（3）：114-116.

［12］員學(xué)鋒，吳普特，馮浩.聚丙烯酞胺（PAM）的改土及增產(chǎn)效應(yīng)［J］.水土保持研究，2002，9（2）：55-58.

YUAN Xue-feng，WU Pu-te，F(xiàn)ENG Hao.Role of polyacrylamide on soil structure and increasing yield［J］.Research of soil and water conservation，2002，9（2）：55-58.

［13］孫榮國，韋武思，馬明，等.秸稈-膨潤土-PAM改良材料對沙質(zhì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（2）：162-166.

SUN Rong-guo，WEI Wu-si，MA Ming，et al.Effects of straw-bentonite-PAM improved material on sandy soil aggregate structure［J］. Journal of Soil and Water Conservation.2011，25（2）：162-166

［14］王訓(xùn)，閆飛，王永敏，等.秸稈改良劑對沙質(zhì)土有機(jī)質(zhì)和陽離子交換量的影響［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（23）：224-228.

WANG Xun，YAN Fei，WANG Yong-min，et al.Effects of straw modified material on cation exchange capacity and organic matter of sandy soil［J］.Chinese Agricultural Science Bulletin，2010，26（23）：224-228.

［15］朱捍華，黃道友，劉守龍，等.稻草易地還土對丘陵紅壤有機(jī)質(zhì)和主要物理性質(zhì)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（11）：2497-2502.

ZHU Han-hua，HUANG Dao-you，LIU Shou-long，et al.Effects of exsitu rice straw incorporation on organic matter content and main physical properties of hilly red soil［J］.Chinese Journal of Applied Ecology，2007，18（11）：2497-2502.

［16］葉麗麗，王翠紅，彭新華，等.秸稈還田對土壤質(zhì)量影響研究進(jìn)展［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（19）：52-55.

YE Li-li，WANG Cui-hong，PENG Xin-hua，et al.Effect of straw returning on soil quality［J］.Hunan Agricultural Science，2010（19）：52-55.

［17］趙聚寶，趙琪.抗旱增產(chǎn)技術(shù)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998：79-93.

ZHAO Ju-bao，ZHAO Qi.Drought-resistant increasing production technology［M］.Beijing：China Agriculture Press，1998：79-93.

［18］王春紅，肖娟，王治國，等.秸稈覆蓋對坡面徑流及土壤流失影響的研究［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，15（2）：149-152.

WANG Chun-hong，XIAO Juan，WANG Zhi-guo.A preliminary study on effects of straw mulches on surfaces flow and soil erosion on slope farm land［J］.Shanxi Agricultural University，1998，15（2）：149-152.

［19］潘英華，雷廷武，張晴雯，等.土壤結(jié)構(gòu)改良劑對土壤水動力學(xué)參數(shù)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19（4）：37-39.

PAN Ying-hua，LEI Ting-wu，ZHANG Qing-wen，et al.Effects of polyacrylamide on soil hydrodynamic parameters［J］.Transactions of The CSAE，2003，19（4）：37-39.

［20］龍明杰，張宏偉，陳志泉，等.高聚物對土壤結(jié)構(gòu)改良的研究芋.聚丙烯酞胺對赤紅壤的改良研究［J］.土壤通報(bào)，2002，33（l）：9-13.

LONG Ming-jie，ZHANG Hong-wei，CHEN Zhi-quan，et al.Studies on polymeric soil structure amendments芋.Amelioration to lateritic red soil by polyacrylamide［J］.Chinese Journal of Soil Science，2002，33（l）：9-13.

［21］Lentz R D，Sojka R E，Robbins C W.Reducing phosporus losses from surface-irrigated fields：emerging polyacrylamide technology［J］.Environ Qual，1998，27（2）：305-12.

［22］張雷，鄭丙輝，田自強(qiáng)，等.西太湖典型河口區(qū)湖濱帶表層沉積物營養(yǎng)評價(jià)［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006，29（5）：4-7.

ZHANG Lei，ZHENG Bing-hui，TIAN Zi-qiang，et al.Nutrition evaluation on surface layer sediment of typical estuarine aquatic-terrestrial ecotone in west Taihu Lake［J］.Environmental Science and Technolo-gy，2006，29（5）：4-7.

［23］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：129-154.

BAO Shi-dan.The soil analysis［M］.Beijing：China Agricultural Press，2000：129-154.

［24］林大儀.土壤學(xué)［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2002：57-67，355-357.

LIN Da-yi.Soil science［M］.Beijing：China Forestry Publishing House，2002：57-67，355-357.

［25］楊瑩瑩.不同修復(fù)措施下侵蝕紅壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性與肥力特點(diǎn)［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

YANG Ying-ying.The aggregate stability and fertility characteristic of erodedredsoil with different restoration measures［D］.Wuhan：Huazhong Agricultural University，2010.

［26］吳婕，朱鐘麟，鄭家國，等.秸稈覆蓋還田對土壤理化性質(zhì)及作物產(chǎn)量的影響［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2006，19（2）：192-195.

WU Jie，ZHU Zhong-lin，ZHENG Jia-guo，et al.Influences of straw mulching treatment on soil physical and chemical properties and crop yields［J］.Southwest China Journal of Agricultural Sciences，2006，19（2）：192-195.

［27］Kay-Shoemake J L，Watwood M E，Lentz R D.Polyacrylamide as an organic nitrogen source for soil microorganisms with potential effects on inorganic soil nitrogen in agricultural soil［J］.Soil Biol Biochem，1998，30（8/9）：1045-1052.

［28］康倍銘，徐健，吳淑芳，等.PAM與天然土壤改良材料混合對部分土壤理化性質(zhì)的影響［J］.水土保持研究，2014，21（3）：68-73.

KANG Bei-ming，XU Jian，WU Shu-fang，et al.Effect of combination of polyacrylamide（PAM）and natural improvement material on some soil physical and chemical properties［J］.Research of Soil and Water Conservation，2014，21（3）：68-73.

［29］Christensen，B T.Straw incorporation and soil organic matter in macroaggregations and particle size separates［J］.Soil Sci，1986，37：125-135.

［30］Horn R.Aggregate characterization as compared to soil bulk properties［J］.Soil Till Res，1990，17（3/4）：265-289.

［31］員學(xué)鋒，汪有科，吳普特，等.PAM對土壤物理性狀影響的試驗(yàn)研究及機(jī)理分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2005，19（2）：37-40.

YUAN Xue-fen，WANG You-ke，WU Pu-te，et al.Effect and mechanism of PAM on soil physical characteristics［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2005，19（2）：37-40.

Improvements of soil in lakeside zones using combined crop straw and PAM

CHEN Fang-xin1，2，LU Shao-yong1*，F(xiàn)ENG Chuan-ping2
（1.Engineering and Technology Centre of Lake，State Environmental Protection Scientific Observation and Research Station for Lake Dongtinghu（SEPSORSLD），Research Centre of Lake Environment，State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control，State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China；2.China University of Geosciences，Institute of water resources and the environment，Beijing 100083，China）

An indoor experiment was conducted to examine the improvements of soil in lakeside zone using combined crop straw and polyacrylamide（PAM）.Soil nutrients and soil aggregate stability and their correlation under different ratios of straw and PAM were investigated. Applying combined straw and PAM not only increased soil nutrients，promoting plant growth，but also improved soil structure，controlling soil erosion.The best combination was 3 g·kg-1straw-1 g·kg-1PAM，which increased the content of large aggregates，organic matter，available N，and available P by 42.81%，42.70%，189.60%，31.80%and 50.32%，respectively.Organic matter and large aggregates were the factors determining the stability of lakeside zone soil.The organic matter provided by straw transformed into humus，which helped form medium-aggregates by bonding micro-aggregates together.Visible PAM polymerized medium-aggregates（＜2 mm）into＞2 mm macro-aggregates by bridge and adsorption.The soil porosity and water-holding capacity were thus improved.The findings would shed light on utilization of agricultural residues in the ecological restoration.

straw；polyacrylamide（PAM）；lakeside zones；soil aggregates；soil structure；repair process

X712

A

1672-2043（2016）04-0711-08

10.11654/jaes.2016.04.015

2015-11-15

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)（2012-YSKY-14）；國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2013ZX07101-014，2012ZX07105-002）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41373027）

陳方鑫（1989—），男，博士研究生，從事生態(tài)修復(fù)工程研究。E-mail：chenfx@cugb.edu.cn

盧少勇E-mail：lushy2000@163.com