鄂玉联　谭兰兰　安梦洁　李万涛　王开勇

摘要：[目的]比较施用不同高分子化合物后盐渍化棉田土壤团聚体及棉花产量的差异，选取适合的高分子化合物用于改良盐渍化棉田及提高棉花产量。[方法]试验在新疆维吾尔自治区石河子146团棉花大田进行，设4个处理，分别为M1（聚丙烯酸盐类处理，K-PAM）、M2（聚丙烯酰胺类处理，PAM）、M3（纤维素类处理，HEC）和对照（不施化合物，CK），于不同生育期采集棉田土壤的团聚体及待测土样，测定土样pH和电导率，并在棉花采收期进行测产。[结果]M1和M2较cK在棉花盛花期和盛铃期均可显著降低不同土层土壤的电导率（P<0.05，下同），有效减小盐分毒害，M3在0-20cm土层较CK的电导率显著升高，在20-40cm土层表现为显著降低；在棉花盛铃期，M2和M3较cK 20-40cm土层土壤pH显著降低，其余生育期M2较CK对土壤pH无显著影响（P>0.05）。高分子化合物施入土壤后改善了盐渍化土壤结构，主要是增加2.000～0.053m/n土壤团聚体含量；3种高分子化合物均可显著提高棉花产量，其中以M1增产效果最好，增产107.4%。[结论]高分子化合物施用后改善了盐渍化土壤结构，提高了棉花产量，其中以聚丙烯酸盐类施用效果最佳，可作为新疆盐渍土棉田土壤改良的优先选择。

关键词：棉花；高分子化合物；盐渍化棉田；土壤团聚体；产量

中图分类号：S562.061；S156.49 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）11-1989-05

0引言

[研究意义]新疆地处干旱区且土壤盐渍化问题极为突出，大面积的棉田因遭受盐渍化影响而减产。高分子材料由于具有良好的保水性能，能改善团聚体而更好地保持土壤结构性质，其适用于生态环境的修复和改善，应用于农业生产中可有效提高农作物产量。高分子材料在我国尚处于开发阶段，其对土壤团粒结构变化的影响因土壤特性不同而具有不同作用。针对盐渍化严重的新疆地区，研究不同高分子化合物对盐渍化土地的作用机制，发掘新的改良材料以改善盐渍化棉田的土壤结构，对提高棉花产量具有重要意义。[前人研究进展]庄文化（2009）研究发现，高分子材料对甘蓝的生长发育有促进作用，对小麦也有良好的增产效用。在高分子化合物可改善和修复生态环境的基础上，刘彩云（2013）发现高分子化合物可明显改善盐渍化土壤的理化结构性状；马鑫（2014）发现高分子化合物对盐渍化土壤团聚体改善及作物产量提升具有重要意义，因为高分子材料可在土壤中形成水膜，减弱水分迁移，土壤水分减少则形成小颗粒向大团聚体转变；徐灿（2015）认为粒径小于0.25mm的团聚体中有机质含量低，当土壤有机质含量高时，凝絮作用加强，小团聚体则会减少。此外，李晶晶（2013）研究发现高分子材料可增加果园土壤含水量，减少土壤养分的流失；田露（2013）研究发现高分子材料可改善土壤通气状况，改良优化土壤结构，进而影响土壤养分转化中一系列土壤性状的改变，使土壤养分无效损失减小，增加土壤养分的有效性；朱姝等（2015）研究表明，秸秆还田能促使土壤物理结构发生改变，经过培肥，微团聚体减少，大团聚体聚合增加。[本研究切入点]目前，对高分子化合物的研究较多，但针对高分子化合物对盐渍化棉田土壤粒径影响的探讨报道较少。[拟解决的关键问题]采用大田试验探讨3种高分子化合物对盐渍化棉田土壤团粒结构及棉花产量的影响作用，为完善盐渍化棉田改良及棉花产量提高提供参考依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

试验在新疆石河子146团团场棉花试验地（东经85°57′35.72″，北纬44°36′1.75″）进行，试验地属典型温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热，年均降水量100-190mm，年均蒸发量约1200mm，无霜期约170d，≥0℃活动积温约4100℃，/>10℃活动积温约3600℃。石河子地区日照充沛，年日照时数约2800h，其中北部地区日照时数多于南部地区。试验田为重度盐渍化壤土棉花大田，其土壤化学性质如表1所示。

1.2试验材料

供试高分子材料包括聚丙烯酸盐类（主要使用聚丙烯酸钾，K-PAM）、聚丙烯酰胺类（PAM）和纤维素类（羟乙基纤维素，HEC），其基本性质如表2所示。供试棉花品种为新陆早47。

1.3试验方法

1.3.1试验设计 试验设4个处理，分别为CK（不施材料）、M1（施K-PAM，聚丙烯酸盐类）、M2（施PAM，聚丙烯酰胺类）和M3（施HEC，纤维素类），每处理重复3次，共12个小区，每小区面积为30m2（6m×5m），每小区高分子化合物施用量均为7.5g。棉花全生育期氮（N）、磷（P₂O₅）、钾（K₂O）施用量为常规施肥量，灌水量为4500m³/ha，肥料随水施入，不同处理的高分子化合物于第一次灌水时浇灌施入。种植模式为宽窄行，宽行60cm、窄行20cm，每行铺设两条滴灌带，在滴灌带两侧各有一行棉花。

1.3.2土壤样品采集 分别于棉花苗期、盛花期、盛铃期采集0～20和20～40cm土层样品用于盐分分析，每小区依据土壤样品采取原则进行采样并混合，混合土壤用“四分法”保留土样，土样风干过1mm筛。尽量在不破坏土壤原有结构的基础上，筛取团聚体土样进行团粒结构分析。

1.3.3指标测定 土壤pH采用5：1水土比电极法测定；土壤电导率采用5：1水土比电导率仪测定法测定；土壤团聚体采用干筛法测定，首先剔除小石块和动植物残体，并把大土块沿着自然结构面掰成1cm左右的小土块，置于通风处风干，然后称取风干土样150g分别置于5.000、2.000、1.000、0.250和0.053mm的套筛上，于180r/min的振荡仪振荡10min，以获得>5.000、5.000～2.000、2.000～1.000、1.000～0.250、0.250～0.053和<0.053mm的6種粒径团聚体，重复5次。棉田收获期测定单位面积有效株数、棉花单铃数、单铃重及棉田产量。

1.4统计分析

运用Excel 2007对数据进行处理和制图，利用SPSS 18.0进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1不同高分子化合物对棉花不同生育期土壤电导率的影响

由图1可知，高分子化合物对棉田盛花期和盛铃期土壤电导率影响显著（P<0.05，下同）。与CK相比，在0～20cm土层，M1使棉花苗期土壤电导率降低16.7%，M2使土壤电导率降低11.1%，但与cK差异均不显著（P>0.05，下同）；M1、M2和M3使棉花盛花期土壤电导率分别降低43.3%、27.9%和16.6%，且与cK差异显著；M1和M2使棉花盛铃期土壤电导率分别降低65.1%和49.6%，与CK差异显著，而M3呈升高趋势，可能是由于HEC的吸盐作用导致其增高。在20～40cm土层，棉花苗期时3种高分子化合物对棉花苗期土壤电导率的影响均不显著；棉花盛花期时M1、M2和M3较CK能显著降低土壤电导率，分别降低27.5%、23.8%和13.0%；高分子化合处理较CK均显著降低棉花盛铃期土壤电导率，分别降低60.1%、55.0%和64.7%。因此，M1和M2较CK在棉花盛花期和盛铃期均显著降低不同土层土壤电导率，M3虽然在0～20cm土层较CK土壤电导率升高，但在20～40cm土层表现为显著降低。

2.2不同高分子化合物对棉花不同生育期土壤pH的影响

由图2可知，在0～20cm土层，苗期的M1、M3与CK相比土壤pH显著提高，盛花期M1和M3有所增加，但与cK无显著差异，在盛铃期M3较CK土壤pH显著升高；在20～40cm土层，M1使棉花苗期土壤pH显著降低0.13，添加高分子化合物对棉花盛花期土壤pH无显著差异，M2和M3与CK相比使棉花盛铃期土壤pH分别显著降低0.30和0.11，M1反而使土壤pH升高。在0～20cm土层，不同高分子化合物对土壤pH变化有不同影响，其中M1和M3较CK几乎均可提高土壤pH；而在20～40cm土层，在苗期除M1较CK土壤pH显著降低，M2和M3較CK土壤pH无显著差异，盛花期高分子化合物处理与CK无显著差异，在盛铃期M2、M3较CK土壤pH显著降低，而M1使土壤pH显著提高。

2.3不同高分子化合物对棉花不同生育期土壤团聚体组成的影响

从表3可知，与CK相比，高分子化合物均可显著降低土壤>2.000mm团聚体比例，显著增加2.000～0.053mm团聚体比例（除盛铃期降低外）。由于重度盐渍化土壤结构不合理，土壤黏粒含量高，黏结性很强，土壤孔隙度变小，通气透水能力差，干燥土壤较硬，外力作用下很难将其破坏，所以干筛法下>2.000mm团聚体所占比例较大。而经过高分子化合物处理后，2.000-0.053mm团聚体的含量增加，是由于土壤在高分子化合物的参与下土壤保水能力加强，土壤团聚体难以进一步粘结，增加了土壤孔隙，土壤透气透水的能力增大，使土壤结构朝着良好方向发展。研究结果表明，在盛花期和盛铃期M2的2.000-0.053mm团聚体含量最高；M1处理在苗期2.000-0.053mm团聚体含量最高；与CK相比较，3种高分子化合物均可有效增加2.000-0.053mm团聚体含量。

2.4不同高分子化合物对棉花产量的影响

从表4可知，与CK相比，M1、M2和M3均可显著增加棉花产量，分别增加107.4%、36.0%和56.3%，单株铃数分别显著增加47.5%、15.0%和32.5%；单铃重分别显著增加25.6%、12.8%和7.7%。可见，高分子化合物对棉田的增产作用主要表现在可提高棉花单株铃数和单铃重。高分子化合物对棉田增产效果排序为K-PAM>HEC>PAM。

3讨论

由于新疆特殊的地理位置，淡水资源缺乏，导致大面积开采微咸水进行灌溉农田。李会侠等（2015）研究表明，微咸水长期灌溉会造成作物盐害，增加农田次生盐渍化概率。本研究发现高分子化合物能减少土壤盐分含量而改善盐渍化棉田土壤及提高棉田产量。俞月凤等（2013）等认为土壤团聚体团粒结构<2mm粒径，团聚体中有机质含量较高，团聚体粒径在2.00-0.25mm具有良好的耕性；刘彩云（2013）认为高分子化合物可与土壤中某些离子结合形成有机复合体，有机复合体对土壤团聚体形成具有重要作用，高分子化合物具有强胶结土壤颗粒的能力，促进团聚体的形成。本研究结果表明，在棉田中施入高分子化合物可增加土壤中2.000-0.053mm粒径团聚体，表明高分子化合物可改善土壤团聚体结构。

在棉花的耕作层，盐分对棉花有较大影响。孙肇君等（2009）提出在盐胁迫下单株有效铃数、单铃重与土壤含盐量的相关性达显著或极显著水平；邱岸（2013）认为盐分含量过高会抑制种子萌发，使植株赢弱。本研究中施用高分子材料的M1、M2和M3处理分别使棉花盛花期土壤电导率依次降低43.3%、27.9%和16.6%，M1和M2使棉花盛铃期土壤电导率分别降低65.1%和49.6%。张建旗等（2009）认为电导率是间接推测土壤溶液中离子成分总质量浓度（全盐量）的指标。可见，高分子化合物在棉田的盛花期和铃期对土壤盐分含量变化产生影响，说明高分子化合物在棉花生育关键时期对土壤盐分产生作用。程登喜（2007）认为高分子材料的应用使作物根系周围富集较多的水分和养分，促进作物根系发育；李晶晶和白岗栓（2011）认为高分子材料可减少养分流失，经高分子材料处理，土壤养分均有所提高，具有保肥作用；马鑫（2014）认为高分子材料的施人可减少盐渍化土壤蒸发量。本研究通过施加高分子材料来研究土壤团聚体变化，结果表明，高分子化合物同样可使棉田增产，其增产途径主要是通过增加棉花单株铃数和单铃重来增加棉花单产，而且由于各种高分子化合物的性质不同，其对棉花增产的效果存在差异。但棉田增产也可能有其他因素共同协同所造成的结果，因此对高分子化合物还需进一步探索。

4结论

高分子化合物施用后改善了盐渍化棉田的土壤结构，提高了棉花产量，其中以聚丙烯酸盐类施用效果最佳，可作为新疆盐渍化棉田土壤改良的优先选择。

（责任编辑邓慧灵）