孙梦媛，刘景辉，马 斌，张翼超，严威凯，马保罗

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特010019；2.加拿大渥太华研究与发展中心，渥太华市，K1A 0C6；3.鄂尔多斯市东胜区气象局，内蒙古 东胜017000）

膨润土对燕麦苗期土壤水分及生物学性状的影响

孙梦媛1，刘景辉1，马 斌1，张翼超3，严威凯2，马保罗2

（1.内蒙古农业大学农学院，内蒙古呼和浩特010019；2.加拿大渥太华研究与发展中心，渥太华市，K1A 0C6；3.鄂尔多斯市东胜区气象局，内蒙古 东胜017000）

为明确膨润土对黄土高原旱作土壤保水改土效果，设计试验：施用量0 kg·hm－2（CK）、6 000 kg·hm－2（D1）、12 000 kg·hm－2（D2）、18 000 kg·hm－2（D3）、24 000 kg·hm－2（D4）、30 000 kg·hm－2（D5）；2011年一次性施入，2012—2015年研究其对燕麦苗期土壤含水量、微生物量碳、氮和土壤酶活性的影响。结果表明，膨润土各施用量均能提高燕麦出苗率，2012年D2、D3处理最佳，较对照提高了11.41%、8.93%；2013年D3、D4处理表现较好，较对照提高了8.39%、5.56%；2014年表现为 D4、D5处理较对照提高了 10.25%、8.32%；2015年表现为 D4、D5处理较对照提高了8.71%、7.48%。同时，发现施用膨润土可提高苗期0～100 cm土层土壤含水量，尤以10～20 cm土层变化最显著，较对照提高1.21%～40.76%。施用膨润土能显著增加2012—2015年0～10 cm土层土壤微生物生物量碳、氮含量、土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性，可分别较 CK增加 2.92%～31.42%、5.05%～47.15%、4.75%～45.89%、2.73%～49.91%、6.67%～70.00%。可见，膨润土能够显著改善耕层土壤的保水性和持水性、改善土壤生物性学性状，且其效果具有一定的长效性，随着施用年限增加，高施用量处理效果最显著。

膨润土；出苗率；土壤含水量；生物学性状

燕麦作为一种优质的粮饲兼用作物，籽粒中富含蛋白质、脂肪、膳食纤维等营养物质，是具有较大市场潜力的保健性粮食作物。内蒙古燕麦栽培面积约占全国的40%，居全国各省市区首位［1］，但内蒙古燕麦主产区由于干旱缺水、土壤保水差和土壤贫瘠造成燕麦低产而不稳，尤其出苗难、保苗难是限制燕麦单产提高的主要原因，提高苗期土壤含水量与保水性是提高燕麦单产的重要措施。土壤改良剂具有改良土壤、保水保肥的明显效果，吸水性强，加入土壤后能提高土壤对灌水及降水的吸收能力，提高土壤的吸水速度，而且能缓慢释放出大部分水，使其成为作物吸收利用的有效水［2－3］。由于膨润土具有较强的吸水性、膨胀性、吸附性、分散性、粘着性、保水保肥性等一系列优良理化性质，是较好的土壤改良剂［4］。李吉进等［5］研究发现膨润土用量在土重的0%～5%范围内，随着用量增加，保氮能力增强，明显促进植株出苗。马友华、栾文楼［6］研究发现膨润土施入土壤后，能够提高土壤肥力，减少农田灌水用量，增加作物产量；在贫瘠沙质土壤上施用膨润土，可改善土壤的物理化学性质、防止养分流失、改善水分状况［7］。膨润土可以提高土壤持水性能，减少土壤水分无效蒸发，增加土壤水分利用率［8］。Heijnen等［9－10］通过在沙土中加入膨润土培养豆科根瘤菌，结果发现加入膨润土后根瘤菌存活率提高，膨润土为细菌的生产创造了保护性的小环境。我国膨润土矿产资源丰富，目前累计探明储量在50.87亿t，资源量已超过80亿t，总储量占世界第1位，而内蒙古膨润土储量占全国总量的9%，位于全国各省区第3位［11］。说明我国开发利用膨润土提高旱作区抗旱保水保苗和作物单产潜力巨大。有关膨润土不同施入量对土壤含水量、土壤微生物生物量和酶活性的影响，特别是对施用膨润土的长效性研究报道较少。本文旨在通过田间定位试验，研究施用膨润土对燕麦出苗率、苗期土壤含水量、土壤微生物生物量碳、氮和土壤酶活性的影响及其长效性，以为应用膨润土抗旱保水保苗、改良土壤和提高燕麦单产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在内蒙古清水河县进行，该地区为典型黄土高原沟壑区，旱坡地占90%以上，平均海拔1 374 m。年平均气温7.1℃，≥10℃积温2 370℃，无霜期140 d，年日照时数为2 914 h，年平均大风日数达19 d，年总辐射量 570.6 kJ·cm－2，降雨主要集中在 6月和7月，春旱尤为严重，年均降雨量365 mm，年蒸发量2 577 mm，属典型的中温带半干旱大陆性季风气候。试验地土壤类型为黄绵土，具体肥力状况见表1。

表1 试验地土壤肥力基本状况Table 1 Soil physical and chemical characteristics of the experimental field in 2011

1.2 试验材料

供试作物为燕麦坝莜1号，由内蒙古三岩实业有限公司提供。膨润土可吸附8～15倍于自身体积的水量，体积膨胀倍数为30倍，体积质量为0.68 g·cm－3，粒度为200目，主要成分蒙脱石，成分分析：SiO250.5%、Al2O314.5%、MgO 5.0%、CaO 2.5%、Fe2O31.0%、K2O 0.5%。

1.3 试验设计

试验共设5个处理，采用随机区组设计（表2），重复3次。小区面积4 m×5 m＝20 m2。试验于2011年播种前一次性施入膨润土后不再追加，于2012—2015年连续测定各项指标。膨润土施入方式为播种前将膨润土均匀撒施于各小区表面，进行旋耕，旋耕深度为15 cm左右，燕麦坝莜1号（生育期95 d左右）于 5月 25日播种，小区播量 150 kg·hm－2，行距 25 cm，施磷酸二铵 150 kg·hm－2，其它管理与当地田间管理相同。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 燕麦苗期测定指标及方法 出苗率的测定：出苗率测定以叶片露出表土2 cm为准，从出苗开始到出苗率稳定3 d后每天测定一次。

表2 田间试验设计Table 2 Experiment design in the field

1.4.2 土壤质量含水量的测定 于2012—2015年6月15日左右燕麦苗期行间取样，用土钻取0～100 cm土层土样（0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm）分层取土，置于铝盒中，采用烘干法测定土壤质量含水量。

1.4.3 土壤微生物量的测定指标及方法 于2012—2015年燕麦苗期行间取样，用土钻随机钻取0～10、10～20、20～40 cm和40～60 cm土层土壤样品进行土壤微生物量各指标的测定：土壤微生物量碳采用熏蒸提取－容量分析法，土壤微生物量氮采用熏蒸提取－茚三酮比色法［12］。

1.4.4 土壤酶活性的测定指标及方法 于2012—2015年燕麦苗期行间取样，用土钻随机钻取0～10、10～20、20～40 cm和40～60 cm土层土壤样品进行土壤酶活性各指标的测定：脲酶活性采用靛酚比色法，过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法，蔗糖酶活性采用3，5－二硝基水杨酸比色法［13］。

1.5 数据统计与分析

应用Microsoft Excel 2003软件对数据进行处理和绘图，采用SAS 9.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 试验地降雨情况分析

分析试验地近6年降雨情况可知，当地5—9月降雨量呈单峰曲线变化，年际间降雨量分布不均且波动性较大。全年降雨量主要集中在7、8月，播种前及苗期4、5月份降雨量较少。2012—2015年，燕麦播期为5月25日左右，由表3可知，5月份降雨量较少，降雨时空分布不均，容易导致播期、苗期土壤干旱缺水，燕麦出苗困难。

2.2 膨润土对燕麦苗期土壤含水量的影响

图1显示了膨润土对燕麦苗期土壤含水量影响的垂直变化。膨润土对不同土层土壤含水量的影响存在明显差异，总体表现为随着土层深度增加不同处理间的土壤含水量大小及差异均呈先增加后降低趋势，在10～20 cm土层达到峰值。施用膨润土能提高0～100 cm土层土壤含水量，各处理（D1、D2、D3、D4、D5）与对照相比 2012年分别增加了18.96%、30.62%、24.44%、12.15%、5.33%；2013年分别提高 5.26%、10.98%、25.24%、20.56%、15.54%；2014年分别提高 5.48%、11.44%、15.70%、24.42%、19.16%；2015年分别提高 8.77%、4.76%、14.94%、18.57%、23.24%。

表3 2010—2015年试验地5—9月降雨量／mmTable 3 Distribution of2010—2015 experimental field May－September rainfall

综合连续4年结果可知，在施入后的4年内不同施用量膨润土均具有保水作用，具有一定的长效性，处理D1、D2在施用后的第1年效果优于第2年、第3年和第4年，而处理D3、D4、D5在施用后的第2年、第3年和第4年的效果优于第1年，原因可能是D1、D2膨润土施用量小、自身分解，随时间增长其吸水能力减弱，D3、D4更有利于土壤水分吸收、转移、蓄积。土壤施用膨润土后可以减缓水分向深层次运移，不仅能将水分保蓄在耕层，还能够减少水分深层次的渗漏，从而提高土壤保水能力。

2.3 膨润土对燕麦出苗率的影响

由图2可知，2012年燕麦出苗时间范围在6月1日—6月8日之间，各处理间出苗率大小总体表现为：各处理均高于CK，且D2、D3最佳，较对照提高11.41%、8.93%。2013年燕麦出苗时间范围在6月3日—6月10日之间，各处理尤以D3最佳，较对照提高8.39%。2014年燕麦出苗时间范围在6月1日—6月8日之间，各处理间出苗率以D4、D5最高，较对照提高10.25%、8.32%。2015年燕麦出苗时间范围在6月4日—6月11日之间，各处理以D4出苗率最高，较对照提高8.71%。分析4年出苗率，在7～8 d内出苗稳定，膨润土可以促进燕麦提前出苗，以D3和D4效果最佳。施用膨润土，具有一定保水作用，进一步提高了土壤墒情，改善了土壤微生态环境，为燕麦出苗创造了良好的土壤微环境。

2.4 膨润土对土壤酶活性的影响

土壤酶参与土壤的许多重要的生物化学过程和物质循环，是土壤中活跃的有机成分之一，在土壤养分循环以及植物生长所需养分的供给过程中起到重要的作用［14－15］。

2.4.1 膨润土对土壤过氧化氢酶活性的影响 土壤过氧化氢酶能酶促水解过氧化氢，也能表征土壤腐殖化强度，可以用来表征土壤的生化活性。土壤过氧化氢酶活性与土壤有机质含量有关，并随土层深度加深而减弱［16］。由表4可知，施用膨润土明显增加了0～60 cm土层的土壤蔗糖酶活性，2012—2015年土壤过氧化氢酶活性总体表现为随土层深度增加而降低趋势。2012年D2处理显著高于其它处理，较对照平均提高了35.14%；2013年各处理以D3效果最佳，较对照平均提高了23.90%；2014年以D4效果最好，较对照平均提高了28.38%；2015年以D4、D5表现较好，分别较对照提高了25.19%、33.24%；可知4年平均效应以D3和D4效果最好，为膨润土长期改良土壤提供理论依据。从方差分析结果看，2012—2015年各处理过氧化氢酶活性均极显著或显著高于对照，随施用年限增加，施用量大的处理与对照差异越明显，相反施用量小的与对照之间差异逐渐缩小。

2.4.2 膨润土对土壤蔗糖酶活性的影响 土壤蔗糖酶是参与土壤有机碳循环的关键酶，是土壤中活跃的有机成分之一。由表5可知，施用膨润土显著地增加了0～60 cm不同土层的土壤蔗糖酶活性，在2012—2015年，随土层深度增加各处理的土壤蔗糖酶活性均呈降低趋势，0～10、10～20 cm土层土壤蔗糖酶活性极显著高于20～40、40～60 cm土层；2012年以D2、D3处理表现最佳，0～60 cm土层平均较对照分别增加了 44.77%、37.46%；2013年以 D3、D4处理效果最佳，较对照分别增加了 54.22%、43.14%；2014年D4处理极显著高于其它处理，较对照增加了39.99%；2015年 D4、D5处理显著高于其它，分别较对照增加了30.54%、39.01%。可见，膨润土在施用后4年内均能显著提高土壤蔗糖酶活性，但不同年份与施用量效果表现不同，施用第1年、第2年以处理D1、D2、D3的效果好，第3年、第4年以处理D4、D5效果更佳。

图1 膨润土对燕麦苗期0～100 cm土层土壤含水量的影响Fig.1 Effect of bentonite application on soilwater content in the 0～100 cm soil layer during the oat seedling stage

图2 膨润土对燕麦出苗进程的影响Fig.2 Effect of bentonite application on the emergence process of oat

表4 不同施用量膨润土处理对2012—2015年土壤过氧化氢酶活性的影响／（m·lg－1·30min－1）Table 4 Effect of different bentonite treatments on soil catalase activity during oat seedling stage in 2012—2015

表5 不同施用量膨润土处理对2012—2015年土壤蔗糖酶活性的影响／（mg·g－1·24h－1）Table 5 Effect of different bentonite treatments on soil invertase activity during oat seedling stage in 2012—2015

2.4.3 膨润土处理对土壤脲酶活性的影响 土壤脲酶直接参与尿素形态转化，并在所有参与土壤N循环的酶中，作用最为突出［17］，是土壤中氮素转化的关键酶，能催化尿素水解成氨，是评价土壤肥力的重要指标。由表6可知，在2012—2015年，施用膨润土显著提高了0～60 cm土层的土壤脲酶活性，随土层深度增加土壤脲酶活性均呈单峰曲线变化，10～20 cm活性最大。各处理4年0～60 cm土层平均较对照增加了 11.73%、24.37%、34.43%、34.48%、30.03%，可知4年平均效应以D3和D4效果最佳，为合理施用膨润土提供理论依据。膨润土施用后的4年内均能具有提高土壤脲酶活性的作用，但随着施用年限增加施用量大的处理效果更好。

2.5 膨润土对土壤微生物量碳、氮的影响

2.5.1 膨润土对土壤微生物量碳的影响 施用膨润土对2012—2015年土壤微生物量碳垂直变化的影响如图3，膨润土能极显著地影响不同土层深度的土壤微生物量碳，随着土层深度增加均呈V字型变化，0～10 cm土层活性最高，20～40 cm土层活性最低。原因不仅与土壤表层透气性优于其它土层，而且与土壤含水量有关。高云超等［18］研究表明土壤微生物量与水分密切相关。以0～10 cm为例，与对照相比2012年增加了 9.24%～31.42%；2013年增加了 4.33%～31.49%；2014年增加了 2.92%～28.30%；2015年增加了4.91%～26.70%。可见，膨润土在施用后的4年内均能起到促进土壤微生物量碳含量提高的作用，随着施用年限增加施用量大的处理效果更大。

2.5.2 膨润土对土壤微生物量氮的影响 土壤微生物量氮随土层深度增加均呈降低趋势（图4），在2012年 D1、D2、D3、D4和 D5不同处理较对照分别增加了 12.94% ～22.19%、20.77% ～32.25%、17.50%～26.92%、7.68% ～13.46%、3.13% ～9.20%，其中D2和D3极显著高于对照；2013年各处理较对照分别增加了 4.09%～15.52%、11.84%～23.83%、33.33% ～46.57%、28.65% ～36.82%、19.37%～29.96%，其中D3和D4极显著高于对照；2014年各处理较对照分别增加了10.35%～21.21%、19.86% ～32.35%、28.81% ～36.53%、34.13% ～41.29%、43.92%～47.16%，其中 D2、D3、D4和 D5极显著高于对照；2015年各处理较对照分别增加了5.20% ～19.44%、15.48% ～32.13%、21.64% ～35.48%、33.01% ～49.82%、26.85% ～47.80%，其中D2、D3、D4和D5极显著高于对照。由此可知，施用膨润土在提高土壤水分的同时，也改善了土壤的微生态环境，起到促进土壤微生物量氮含量提高的作用。

3 结论与讨论

3.1 讨 论

秋施、春施沙质土壤改良剂均能促进作物提前出苗1～2 d，且可提高作物出苗率，促进苗期幼苗的生长［19］。保水材料均能提高玉米出苗率，缩短出苗时间，利于玉米实现苗齐、苗匀和苗壮［20］。本研究结果与前人一致，但本文主要侧重对不同施用量的长效性分析，筛选出该地区土壤类型下最佳施入量D3处理（18 000 kg·hm－2）和 D4处理（24 000 kg·hm－2）。

表6 不同施用量膨润土处理对2012—2015年土壤脲酶活性的影响／（mg·g－1·24h－1）Table 6 Effect of differentbentonite treatments on soil urease activity during oat seedling stage in 2012—2015

图3 不同施用量膨润土对2012—2015年燕麦苗期土壤微生物量碳的影响Fig.3 Effectof different bentonite treatments on oat seedling soilmicrobial biomass carbon in 2012—2015

图4 不同施用量膨润土对2012—2015年燕麦苗期土壤微生物量氮的影响Fig.4 Effect of different bentonite treatments on soilmicrobial biomass nitrogen during oat seedling stage in 2012—2015

李吉进等［21］研究表明，膨润土可以提高土壤持水性能。杨彦明等［22］和刘慧军等［23］研究表明膨润土可显著降低土壤耕层水分蒸发量、增加作物播前及苗期土壤含水量。本研究表明，膨润土可提高燕麦苗期0～100 cm土层土壤含水量，对施入层（0～20 cm）、近施入层（20～60 cm）和远施入层（60～100 cm）土壤水分均有影响，但以施入层效果最佳。胡丽华［24］在棉花田上研究表明，当年施用膨润土的保水性能不仅受自身结构影响，而且还与施入量有关，本研究进一步证明随着膨润土施用后年限的增加施用量大的处理影响效果显著，而施用量小的与对照差异越来越小。4年研究结果表明，以D3（18 000 kg·hm－2）和 D4（24 000 kg·hm－2）施用量的对土壤含水量影响最大。

白世红等［25］和孙建等［26］研究得出土壤微生物量和土壤酶活性随土层深度增加均呈降低趋势。本研究表明，土壤微生物量碳氮、过氧化氢酶和蔗糖酶活性随着土层加深均呈降低趋势，而脲酶活性则是随着土层深度增加呈先升后降的趋势，以10～20 cm土层最高。这可能是膨润土能够很好地保持土壤中的氮素养分，明显减少氮素养分的淋溶损失，使土壤对作物供应养分增多，保氮能力增强，土壤中脲酶活性的高低与土壤中营养物质的转化能力和肥力水平等密切相关，是土壤中参与氮素转化过程的关键酶类，其活性可表征土壤氮素供应以及衡量土壤氮素养分状况［5，27］。

3.2 结 论

膨润土不仅能够提高燕麦苗期0～100 cm土层土壤含水量，其中尤以10～20 cm土层的效果最明显，而且能改善0～60 cm土层土壤微生物量碳、氮、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶；同时具有保苗作用，能够提高燕麦出苗率，缩短出苗时间1～2 d；且改良土壤具有一定的长效性，随着年限的增加，施用量大的效果更明显，而施用量小的效果与之相反。综合看，以 18 000 kg·hm－2（D3）和 24 000 kg·hm－2（D4）改良土壤效果最佳。

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The effects of bentonite on soilmoisture and biological characteristics of oat at seedling stage

SUNMeng-yuan1，LIU Jing-hui1，MA Bin1，ZHANG Yi-chao3，YANWei-kai2，MA Bao-luo2
（1.Agriculturɑl College，Inner MongoliɑAgriculturɑl University，Huhhot，Inner Mongoliɑ010019，Chinɑ；2.Ottɑwɑ，Cɑnɑdɑ，Reseɑrchɑnd Development Center，OttɑwɑK1A 0C6，Cɑnɑdɑ；3.Ordos City Dongsheng DistrictWeɑther Bureɑu，Dongsheng，Inner Mongoliɑ017000，Chinɑ）

To investigate the role of bentonite soil supplement on water retention and soil amelioration as well as seedling protection in the dry farming regions of Inner Mongolia Loess Plateau，a field experiment with（0（CK），and 6 000（D1），12 000（D2），18 000（D3），24 000（D4）and 30 000 kg·hm－2（D5））of bentonitewas applied.After onetime application in 2011，the effects of application rates on oat seeding characterization and soilmoisture content，microbial biomass carbon，microbial biomass nitrogen and soil enzyme activity were examined in 2012—2015.The results showed that one-time application can improve the emergence rate，in 2012，D2 and D3 were higher than that of control with 11.41%and 8.93%respectively；in 2013，D3 and D4 were higher than that of controlwith 8.39%，5.56%respectively；performance in 2014，D4 and D5 compared with the control improved（increased）to 10.25%and 8.32%respectively；in 2015 D4 and D5，were 8.71%，7.48%respectively higher than the control.One-time application of bentonite raised soil water content in the soil profile（0～100 cm），with themost significant increase of 1.21%～40.76%at the 10～20 cm layer.Compared to the CK treatment，bentonite increased soilmicrobial biomass carbon（2.92%～31.42%），nitrogen（5.05%～47.15%），catalase（4.75%～45.89%），invertase（2.73%～49.91%），urease（6.67%～70.00%）in the top 10 cm soil.Itwas concluded that the application of bentonite can obviously im-prove soil water retention，water holding capacity and soil biological traits in the plough layer during the oat seedling growth period.With time，the long-lasting effect of higher application rates of bentonite becamemore evident.

bentonite；rate of emergence；soilmoisture content；biological characteristics

S512.6；S152.7

A

1000-7601（2017）05-0026-09

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.05

2016-06-29

2016-09-28

国家科技计划课题（2015BAD22B04－02）；国家自然科学基金项目（31160276）；内蒙古自治区“草原英才”创新团队－“燕麦种质资源创新与利用创新人才团队”；内蒙古自治区科技创新团队－“内蒙古自治区燕麦种质资源创新与利用科技创新团队”；全国农业科研杰出人才及其创新团队－“燕麦种质资源创新与利用科技创新团队”

孙梦媛（1992—），女，河南伊川人，硕士研究生，主要从事耕作制度与农业生态系统研究。E-mail：13789411831＠163.com。

刘景辉（1965—），男，内蒙古奈曼旗人，教授，博士生导师，主要从事耕作制度与农业生态系统研究。E-mail：caujh＠163.com。