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第七章 秸秆还田下保水剂用量对砂性土性状与玉米产量的影响（第1页）

玉米是宁夏的三大粮食作物之一，是播种面积和单产增长速度最快的作物，总产量占粮食总产的46%，位居粮食作物之首（陈璐，2016），提高玉米产量对保障宁夏粮食安全至关重要。宁夏盐环定（盐池、环县、定边）扬黄灌区光热资源丰富，玉米单产水平高，发展潜力大（王永宏等，2013）。然而，该区玉米种植不仅缺水，土壤以灰钙土为主，部分区域严重沙化形成风沙土，土壤瘠薄，肥力低下，成为限制玉米生产的主要因素（王艳丽等，2019）。

在节水技术措施中，使用化学保水材料是旱区发展节水农业比较理想的措施（Chen，etal。，2017），保水剂应用是近年来受到重视的一种化学抗旱节水增产技术，在农业生产等诸多方面具有广阔的应用发展前景（Cao，etal。，2017；杨永辉等，2015；白岗栓等，2020）。保水剂是一种具有强吸水能力的新型高分子聚合物，能够反复吸水、释水（Li，etal。，2013），能疏松土壤，减缓土壤水分的释放速度，显著抑制水分的蒸发，具有抗旱保水、改良土壤、水土保持与促进养分吸收等多重功能，可为作物提供适宜的水分环境，从而促进作物生长及对水分的利用效率（Heidar，etal。，2014）。将保水剂施于土壤后，能加强土壤的吸水能力，增加土壤含水率，同时又能有效改善土壤持水性等物理特性（杨永辉等，2011；Liao，etal。，2016）。但保水剂在不同地区、气候、土壤类型下应用效果差异较大，使得实际生产中保水剂的应用效果千差万别（田露等，2020）。

秸秆还田作为农业生产中重要的土壤培肥措施，既可充分利用秸秆资源、减轻焚烧对生态环境的不良影响，又是实现农业可持续性发展的有效途径之一，其主要作用体现在改善土壤物理结构，增强土壤生物活性，提高土壤有机质等方面（Zhang，etal。，2014；张万锋等，2021）。保水剂可有效减少土壤水分和养分流失，促进作物的干物质积累，显著提高水肥利用效率（Hou，etal。，2018；马征等，2017）。宁夏盐环定扬黄灌区季节性干旱频发，沙地土壤贫瘠，且漏水漏肥严重，将保水剂的保水保肥功能和秸秆还田增加土壤肥力的功能有机结合，这对促进该地区砂性土壤改良和农业生产具有重要现实意义，特别是对砂性土壤容重达到1。5kgcm3以上的改良。然而，灌区秸秆还田条件下施用保水剂对砂性土壤性状改良及作物产量的影响却鲜有研究。因此，本文针对宁夏盐环定扬黄灌区土壤沙化严重、保水保肥性能差等特点，在秸秆还田条件下，采用沃特多能保水剂研究其不同用量对砂性土壤理化性质及玉米生长、产量和水分利用效率的影响，探明其对土壤性状的改良和培肥效应，以期为宁夏盐环定扬黄灌区砂性土的培肥增产及秸秆还田条件下合理施用保水剂提供理论参考。

第一节试验设计与测定方法

一、试验区概况

试验于2016年4月—2018年10月在宁夏回族自治区盐池县冯记沟乡三墩子村天朗现代农业公司玉米试验田进行。试验区基本概况同第六章第一节（略）。2016—2018年月度降水量和气温如图7-1所示，3年玉米生育期平均降水量为207。1mm，平均气温为9。4℃。其中，2016年玉米生育期（4–9月）降水量为224。2mm，2017年为173。8mm，2018年为223。4mm。

二、试验设计

试验采用单因素随机区组设计。设保水剂施用水平分别为30（W30）、60（W60）、90（W90）、120kghm2（W120），以不施保水剂为对照（CK），5个处理，3次重复，共15个小区，小区面积为120m2（12m×10m）。

供试保水剂为胜利油田东营华业新材料有限公司生产的沃特多功能保水剂（有机无机杂化保水剂，吸水倍率为500~600，0。18~2。0mm粒径大于等于95%，pH值为6。0~8。0）。保水剂施用具体方法：2016、2017年在玉米苗期（三叶期），根据试验设计保水剂用量计算出试验小区用量，将保水剂与小区内细土按质量比1︰10混合均匀后，根据小区植株密度计算出保水剂不同穴施量，在玉米种植行两株玉米中间（株距22cm）离玉米植株10cm范围内用手铲（长15cm、宽5cm）挖穴（穴长10cm、宽5cm、深10cm），按处理区不同施用量施入整个穴中。2018年，在玉米播种期，根据试验设计保水剂和基肥（磷酸二铵）用量计算出试验小区用量，将保水剂不同用量与磷酸二铵（N质量分数大于等于18%，P2O5质量分数大于等于46%）混合作为种肥，采用气吸式播种机施入15cm深土层中。

试验地前茬作物为春玉米，试验地耕层土壤理化性状同第六章第一节（略）。试验所用玉米秸秆有机养分质量比分别为有机碳705。8gkg、全氮12。0gkg、全磷2。6gkg、全钾12。7gkg。试验布设前将前一年收获后的玉米秸秆利用秸秆还田机切碎成3~5cm小段，进行翻压还田（还田深度20cm），还田量为9000kghm2，并配施300kghm2尿素，有助于秸秆腐解。

供试玉米品种2016年为陇单9号，2017、2018年为先玉1225。采用气吸式播种机精量播种，播种、铺滴管带、覆土一体完成。玉米宽窄行种植，宽行70cm，窄行30cm，株距22cm，种植密度为95250株hm2。滴灌带铺设于窄行之间，干土播种，播种后滴水。3年试验期间玉米播种时基施磷酸二铵用量300kghm2，玉米生育期灌水及施肥方式采用滴灌施肥，具体灌水和施肥情况同第六章表6-1。玉米分别于2016年4月20日、2017年4月22日和2018年4月26日播种，于2016年9月28日、2017年9月30日和2018年10月2日收获。

三、测定指标与方法

（一）土壤容重

在2016年4月中旬试验处理前及2018年10月收获后玉米种植行两株玉米行中间（玉米株距22cm），采用环刀取样法测定0~20cm和20~40cm层土壤容重，并计算土壤孔隙度。土壤孔隙度的计算方法同第六章第一节（略）

（二）土壤含水率

在玉米播种、拔节、抽雄、吐丝、灌浆和收获期采用土钻（直径为0。08m）干燥法分别测定0~100cm层土壤质量含水率（每20cm取1个土样）。土壤贮水量、玉米耗水量和水分利用效率的计算方法同第六章第一节（略）。

（三）土壤养分

在2016年试验处理前、2017年和2018年玉米收获后，分别测定0~40cm层土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。测定方法同第六章第一节（略）。

（四）玉米生长指标

测定方法同第六章第一节（略）。

（五）玉米产量性状

测定方法同第六章第一节（略）。

（六）数据统计分析

采用Excel2003制图，SAS8。0进行方差分析，并用LSD法（P

第二节保水剂用量对砂质土壤性状的影响

一、0~40cm层土壤容重及孔隙度

土壤容重和孔隙度是衡量土壤供肥、保肥能力及土壤紧实状况的重要指标。由图7-2a（不同小写字母表示处理间差异显著（P

秸秆还田条件下保水剂可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，各处理0~40cm层土壤孔隙度与容重变化趋势相反。保水剂不同用量下耕层土壤孔隙度显著高于试验处理前（图7-2b）。各处理土壤孔隙度与试验处理前相比提高幅度为18。4%~39。4%。0~20cm，W60和W90处理土壤孔隙度均显著高于CK，分别较CK提高12。4%、9。7%，而W30和W120处理均与CK间差异均不显著，W60、W90、W120处理间亦无显著差异。20~40cm层，施用保水剂各处理土壤孔隙度均较对照显著增加，以W60处理土壤孔隙度增幅最高，其次是W90和W120处理，分别较CK显著提高17。8%、12。4%和12。0%，而保水剂不同用量处理间差异均不显著，W30与CK处理间无显著差异。可见，秸秆还田条件下适量施用保水剂能显著改善0~40cm层土壤的孔隙状况。

二、玉米生育期土壤水分

由于当地降水量、灌水量及保水剂施用量的不同，玉米生育期各处理0~100cm层土壤贮水量变化较大（图7-3）。不同生育期降水量、灌水量及玉米耗水强度不同，2016、2018年各处理土壤贮水量呈升高-降低-升高，而2017年则呈降低-升高-降低的变化趋势。玉米生育前期植株较小，地面裸露面积大，保水剂施用量与对照均存在显著差异。2016年玉米拔节期，施用保水剂各处理土壤贮水量均高于对照，其中W90、W120处理分别较CK显著提高18。4%、21。5%。2017年拔节期，施用保水剂各处理土壤贮水量均显著高于对照，W30、W60、W90和W120处理土壤贮水量分别较CK显著提高18。3%、21。7%、16。1%、10。6%；2018年，随保水剂施用量增加，土壤贮水量显著增加，W30、W60、W90、W120处理分别较CK显著提高13。0%、18。5%、24。8%、27。9%。

在生育中期（抽雄—吐丝期），气温较高，土壤水分蒸发强烈，作物耗水量增加，各处理土壤贮水量降至最低。2016年，随保水剂施用量的增加，各处理土壤贮水量升高，其保墒效果逐渐增强。在玉米抽雄期，W90、W120处理分别较CK显著提高20。1%、22。4%；在吐丝期，保水剂不同施用量下土壤贮水量较对照均有不同程度增加，W30、W60、W90、W120处理分别较CK显著提高6。1%、16。2%、19。9%、27。3%。2017年抽雄至吐丝期，施用保水剂各处理土壤贮水量均显著高于对照，以W30、W60和W90处理保水效果最佳，分别较CK显著提高22。2%、27。7%和22。9%。2018年，施用保水剂各处理土壤贮水量同2016、2017年变化一致，且均随保水剂施用量的增加而升高，W30、W60、W90和W120处理分别平均较CK显著提高13。6%、17。6%、27。9%和36。5%。

玉米生育后期（灌浆—收获期），不同处理0~100cm层土壤水分有所恢复。2016年施用保水剂各处理与对照相比，土壤保水效果得到显著改善，其中W60、W90和W120处理最佳，分别平均较CK显著提高12。4%、14。3%、17。7%。2017年施用保水剂W60处理保水效果最佳，W90和W120处理次之，分别较CK显著提高19。9%、20。2%、15。1%。2018年，施用保水剂各处理土壤贮水量均显著高于对照，以W120处理保水效果最佳，W90和W60处理次之，分别较CK平均显著提高47。0%、37。6%和32。2%。综合3年研究结果发现，施用保水剂W60和W90处理在玉米整个生育期土壤贮水量较高，保水效果最佳。

三、玉米收获期土壤养分

试验处理前及玉米收获后各处理土壤养分含量变化（表7-1）表明，2016年玉米收获期土壤有机质和有效磷含量与试验处理前相比，W60和W90处理均明显增加，但差异不显著，其他处理则均不利于有机质和有效磷含量的提升，其中CK和W30处理有机质和有效磷含量的消耗程度最大。土壤速效钾含量2016年各处理均显著低于试验处理前。经过第2年和第3年秸秆还田后，2017、2018年玉米收获期土壤有机质含量与试验处理前相比，W60和W90处理均显著增加，增幅为8。5%~18。0%，而其他处理略有降低。施用保水剂各处理土壤有效磷和速效钾含量均显著高于试验处理前，而不施保水剂处理与试验处理前差异不显著。3年土壤碱解氮含量各处理均低于试验处理前，施用保水剂W60（除2018年外）和W90处理与试验处理前差异均不显著，而其他处理均显著低于试验处理前，这是由于秸秆还田后秸秆腐解消耗土壤中一定的氮素，导致土壤碱解氮含量明显下降。

秸秆还田条件下保水剂的保肥作用有助于有机质进行缓慢厌氧分解，从而有利于土壤保肥。2016年，保水剂不同处理0~40cm层土壤有机质含量均较对照明显增加，其中W60、W90和W120处理增幅高，分别较CK显著提高42。2%、42。2%和33。8%。土壤碱解氮含量以W60和W90处理高，分别较CK显著增加26。0%和18。6%。不同处理下土壤有效磷含量由高到低表现为W60、W90、W120、W30、CK，而各处理下土壤速效钾含量由高到低则表现W60、W90、W30、CK、W120，均以W60和W90处理最为显著。2017、2018年，秸秆还田配施保水剂各处理0~40cm层土壤有机质、碱解氮含量均较对照明显增加，其中W60和W90处理最为显著。W60、W90处理平均土壤有机质含量分别较CK显著提高34。4%和25。3%，平均土壤碱解氮含量分别显著提高52。0%和27。3%。不同处理下土壤有效磷含量两年由高到低均表现为W60、W30、W90、W120、CK，W30、W60、W90处理分别较CK显著提高36。8%、45。5%和16。9%；土壤速效钾含量由高到低为W60、W90、W30、W120、CK，W30、W60、W90和W120处理分别平均较CK显著提高14。3%、23。2%、24。5%和10。4%。可见，连续秸秆还田条件下增施保水剂能增加土壤有机质、有效磷和速效钾含量，一定程度上缓解对土壤氮素的消耗，提高土壤的保肥供肥能力，其中保水剂施用量60kghm2和90kghm2效果较好。