唐玉邦+虞利俊+裴勤+徐磊+羅佳+范如芹+王東升

摘要：以江蘇省丘陵荒坡地土壤為對象，利用農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢棄物發(fā)酵熟化的有機肥與保水樹脂類材料進行復配，研究施用后對土壤理化性狀的影響并進行相關分析，以期為降低丘陵坡地雨季地表徑流造成的肥水損失、增加土壤蓄水能力、改善土壤物理性狀提供科學數(shù)據(jù)。通過測定試驗土壤的緊實度、總孔隙度和通氣孔隙度等物理指標，分析供試土壤這些物理指標的變化趨勢，明確有機復合保水樹脂的施用對改善土壤物理狀況的作用。研究結果顯示，有機復合保水樹脂不同配合比例對丘陵土壤的物料性狀有著不同的影響，土壤孔隙度隨保水樹脂用量的增加而增加，對照組的土壤總孔隙度從S0處理的43.47%升至S0.6處理的61.68%；土壤容重可從S0處理的1.40 g/cm3降至S0.6處理的0.96 g/cm3，配合施用可減少這種差異使土壤物理性狀趨于穩(wěn)定；土壤緊實度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2 之間。得出結論：保水劑和有機物料配合施用可改善丘陵荒坡地土壤的物理性狀，可參照趨勢變化走勢，結合土壤肥力、作物種類、灌溉條件控制有機物料的用量比例，以滿足作物生長對水肥的需求。

關鍵詞：有機復合樹脂；土壤緊實度；土壤容重；孔隙度；丘陵土壤

中圖分類號： S157 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）09-0476-03

江蘇省丘陵坡地分布廣泛，除泰州、南通和鹽城外，全省其他市都有丘陵山區(qū)，地勢落差大，土壤結構及其透水性、保水性差，土薄缺水，植被覆蓋率低[1-2]。雨季降水絕大部分因徑流等流失或被蒸發(fā)，滲入到土壤中的水分很少，植物可利用的就更有限了[3]。雨后在陽光輻射作用下，表土很快呈現(xiàn)干旱現(xiàn)象，對植物的生長發(fā)育極為不利。因此，丘陵地區(qū)荒坡地的生態(tài)問題首先是要控制水土流失，增加雨水入滲率，提高土壤肥力和改善土壤理化結構等。

目前，國內關于利用保水劑改善土壤水分狀況的報道多集中在沙質土壤，在農(nóng)田抗旱保水、作物保苗增產(chǎn)等方面展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景[4-7]。另有報道指出，吸水材料在保水保肥的同時改善土壤內部結構，增加團粒數(shù)，降低沙質土壤雨后板結度，提高透氣性能[8]。然而目前就江蘇地區(qū)丘陵坡地黃棕壤利用吸水保水材料改善土壤物理狀況的報道較少。

本研究綜合考慮丘陵坡地肥水流失的因素，利用農(nóng)用廢棄物為主的有機物料與淀粉基丙烯酸系吸水材料復配，根據(jù)荒地的環(huán)境條件和土壤肥力情況，采用深耕混合實現(xiàn)土肥交融，跟蹤測定土壤緊實度、總孔隙度和通氣孔隙度等物理指標，分析供試土壤中以上各物理指標的變化趨勢，以期明確有機復合保水樹脂的施用對改善土壤物理狀況的作用，為綜合改良丘陵荒坡地土壤理化性狀提供數(shù)據(jù)支持，達到提高作物產(chǎn)量的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自江蘇省南京市周邊丘陵荒坡地，土壤自然風干去除石子、根莖等雜物后過篩備用。土壤基本理化性狀：

總氮含量661.76 mg/kg，總磷含量227.33 mg/kg，速效氮含量85.87 mg/kg，速效磷含量5.97 mg/kg，速效鉀含量22.5 mg/kg，有機質含量8.59 g/kg，容重1.40 mg/kg。

試驗用保水材料為江蘇省農(nóng)業(yè)科學院自主合成的淀粉基丙烯酸系高吸水樹脂（SAP），粒度30～40目，對去離子水及幾種溶液的吸水倍率（質量分數(shù)，g/g）見表1。

試驗用有機物料為江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合動物試驗基地農(nóng)用廢棄物經(jīng)堆置發(fā)酵而成?；纠砘誀睿?/p>

容重0.65 g/cm3，總孔隙度39.33%，通氣孔隙度13.33%，pH值7.5，電導率6.19 mS/cm，最大持水量33.91%，有機質27.55%。

1.2 試驗處理

（1）吸水樹脂添加量分別為土壤質量的0、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%，分別以S0、S0.1、S0.2、S0.4、S0.6表示。

（2）有機物料的添加量分別為土壤質量的0、2.5%、5.0%、10.0%，分別以F0、F2.5、F5.0、F10.0表示。設3次重復。

1.3 試驗方法

1.3.1 土壤容重和孔隙度測試與分析

在上述處理的試驗盆缽中采用環(huán)刀取樣的測試方法測定土壤容重及孔隙度等。操作步驟如下：將環(huán)刀、環(huán)刀下蓋和內襯尼龍布（或濾紙）稱質量（m0）；用環(huán)刀采集供試土壤稱質量（m1）；將有土樣的環(huán)刀放入有蒸餾水的托盤中浸泡（黏土8～12 h，沙土4～8 h）稱質量（m2）；將m2取出自然排水3 h，稱質量（m3）；將m3在65 ℃烘箱中烘至恒質量，稱質量（m4）。相關公式：

容重=（m4-m0）/100 （g/cm3 ）；

總孔隙度=（m2-m4）/100×100%。

1.3.2 土壤緊實度及含水量測試

按上述試驗處理要求稱取規(guī)定量保水材料、有機物料，與5 000 g風干土壤均勻混合，放入底部有孔的試驗盆中，將盆缽放入已注入水的水槽內自然吸水24 h（水面不可高于盆缽邊緣及土面），取出后將盆缽架起進行自然風干，測定土壤緊實度。

用烘干法測定風干土壤含水量。

土壤緊實度采用杭州大吉光電儀器有限公司生產(chǎn)的TJSD-750型土壤緊實度儀測定。

2 結果與討論

2.1 不同處理對丘陵荒坡地土壤孔隙度及容重的影響

供試土壤采自江蘇省南京市橫溪丘陵荒坡地黃棕壤，坡度介于20°～30°，質地黏，透氣透水性差。雨季表面徑流嚴重，土壤真正吸收的水分很少。因此，設計保水劑與有機物料配合施用，從改善土壤板結狀況角度出發(fā)，測定土壤孔隙度、容重及緊實度，分析復合有機保水物料對改善土壤板結的效果及變化趨勢。

從圖1的F0組可以看出，土壤總孔隙度隨著保水樹脂的用量的增加逐步升高，從對照組S0時的43.47%升至S0.6時的61.68%，S0.6處理明顯高于其他3個處理，S0，S0.1，S0.2，S0.4之間沒有明顯差異。說明土壤在脫水過程中吸水樹脂逐步收縮產(chǎn)生了空隙。隨著有機物料施用量的增加，S0.6處理的土壤總孔隙度有下降的趨勢，從61.68%逐漸降至52.43%。從圖1的S0處理可以看出，當土壤不施用保水材料僅僅施用有機物料也能增加土壤的總孔隙度，從F0處理的43.47%到F5.0～F10.0處理的49%左右，這和有機物料的物理特性有關。從改善丘陵坡地土壤板結的情況出發(fā)，參照圖2土壤總孔隙度的變化趨勢，可根據(jù)田間土壤狀況調整保水材料和有機物料的用量比例，滿足作物生長對土壤的要求。

由于土壤孔隙度的改變進而使土壤容重發(fā)生了變化，從圖3可以看出，不施用有機肥的情況下（F0）土壤容重隨吸水材料用量的增加而下降，從S0處理的1.40 g/cm3降至S0.6處

理的0.96 g/cm3，隨著有機物料使用量的增加吸水材料對容重的作用逐步減少（圖4 S0.6趨勢線），這可能是因為有機物料中離子濃度的增加減弱了吸水樹脂的吸水能力（見表2吸水樹脂對幾種溶液的吸收倍率），這與官辛玲等之前的研究類似，即離子強度、保水劑聚合物類型以及粒級是影響保水劑吸水率的關鍵因素[9]。這使土壤在脫水后產(chǎn)生的孔隙變少，進而影響土壤容重的改變。經(jīng)方差分析在S0.6處理中，F(xiàn)0與F5.0、F10.0處理均有顯著差異（見表2各處理土壤容重方差分析），有機物料與樹脂有交互作用，P=0.008。

2.2 不同處理對丘陵荒坡地土壤緊實度的影響

不施用有機肥（F0）的情況下保水劑的使用可降低土壤的緊實度，隨著用量的增加土壤緊實度有進一步下降的趨勢。土壤緊實度從對照組的65.17 kg/cm2降至吸水樹脂用量0.6%時的3.17 kg/cm2（圖5），這可能是由于土壤在脫水過程中吸水樹脂逐步收縮產(chǎn)生空隙。從圖1可以看出，對照組的土壤總孔隙度從S0時的43.47%升至S0.6時的61.68%。

有機物料的添加在丘陵坡地土壤緊實度調節(jié)上有著雙重作用，一方面僅僅施用有機物料可以改善土壤板結的狀況，如圖6的S0曲線走勢所示，添加5.0%及以上有機物料可使對照組土壤的緊實度從65.2%降至22.6%左右，可顯著改善丘陵坡地的土壤板結程度（見表3各處理間土壤緊實度顯著性分析）。另一方面，適量添加有機物料可避免單獨施用保水材料可能造成的土壤過度松散（如單獨施用保水材料量為0.6%）。而適量添加有機物料對S0.1～S0.4處理的土壤緊實度改變不大，經(jīng)分析沒有達到顯著性差異。配合施用可使土壤緊實度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2之間。

3 結論

通過多因子復配試驗得出：有機復合保水樹脂不同配合比例對丘陵土壤的物料性狀有著不同的影響，土壤孔隙度隨保水樹脂用量的增加而增加，處理從對照組的土壤總孔隙度S0處理的43.47%升至S0.6處理的61.68%。由于土壤總孔隙度的改變進而影響土壤容重和土壤緊實度的改變，土壤容重可從S0處理的1.40%降至S0.6時的0.96%，在一定配比范圍達到顯著性差異。配合施用可減少這種差異使土壤物理性狀趨于穩(wěn)定，土壤緊實度穩(wěn)定在20～30 kg/cm2之間。根據(jù)各處理土壤物理性狀變化，參照趨勢變化走勢，調整有機物料的用量比例，結合灌溉條件調整配比滿足作物生長需求。

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