探討化學集成調控土壤水肥因子的機制及最優應用模式,農藝學論文旱地農業是我們國家農業生產的重要組成部分，是我們國家農、林、牧業的重要產業基地，全世界干旱半干旱地區現有耕地6億多hm2，約占世界總耕地面積的42.9%。大力發展旱地農業技術對于緩解全球水資源緊缺和農業面源污染狀況以及促進農業經濟的發展都具有重大的意義。化學調控技術是基于水肥因子調控的一項旱地農業生產技術，是以土壤和作物為調控對象，以提高水肥利用效率為核心目的，通過典型化學制劑，在保證作物產量的同時，減少灌水和施肥，進而節約淡水資源，減輕農業面源污染，改善生態環境，提升作物品質，其在節水和污染控制方面獲得了較好的效果。研究表示清楚，將土壤改進劑PAM以液體形態噴施在土表能夠減輕土壤封閉程度，增加水分的有效入滲，其和石膏、粉煤灰等共同施用還能夠提高降雨入滲和抑制重金屬淋洗;保水劑SAP可提高沙子的持水時間和土壤孔隙度，層施SAP后，保水劑層及保水劑下層土壤含水率會普遍增加;而葉面抗蒸騰劑FA能提高春玉米硝酸復原酶活性和游離脯氨酸含量，降低蒸騰強度并促進玉米生長。當前，國內外的研究學者多是采用單一化學制劑調控技術，將多種制劑集成應用于作物生產的試驗研究還比擬少。不同制劑能夠通過作用于土壤-作物系統的不同部位發揮各自成效，其作用效果優于單種制劑的應用。然而，集成作用機制和應用形式都有待更為深切進入的研究。本文以密云雨養型玉米作為研究對象，選取3種典型化學制劑(土壤改進劑PAM、土壤保水劑SAP、葉面抗蒸騰劑FA)進行集成應用，采用正交試驗方式方法，在生育期內對土壤水分、養分狀況及作物產量等指標進行動態監測，通過對土壤水氮的調控以提高作物產量，減輕作物干旱脅迫和農業面源污染壓力，討論化學集成調控機制及最優應用形式，為旱地農業發展提供指導。1、材料與方式方法1.1試驗區大概情況本試驗在北京市密云縣高嶺鎮石匣小流域監測站標準農田進行，年均降水量661.3mm，年均溫10.8℃，0～100cm土壤為砂質壤土(0～65cm的砂粒、粉粒、粘粒質量分數分別為60.4%、26.6%、13%，65～100cm的砂粒、粉粒、粘粒質量分數分別為78.4%、15.6%、6%)，土壤的基本物理及化學性質如表1所示。2020年試驗區降水量總計為561.1mm。1.2試驗材料與施用方式供試SAP為聚丙烯酰胺-丙烯酸交聯共聚物摻入凹凸棒粘土的有機-無機復合型土壤保水劑(山東省東營華業新材料有限公司提供)，淡黃色固體顆粒，粒徑2.0～4.0mm，于玉米播前利用開溝機與基肥一同施入，溝尺寸(寬高)為10cm30cm;供試PAM為聚丙烯酰胺類表土改進劑(山東省東營華業新材料有限公司提供)，白色顆粒，粒徑為0.5～1.0mm，于2020年6月5日與干土混拌后在地表進行撒施，混拌質量比例為1∶2000;供試FA為膜反射型抗蒸騰劑(新疆匯通旱地龍腐植酸有限責任公司提供)，褐色液體，于玉米生育期全經過進行噴施，第1次噴施為2020年6月5日，之后每隔15～20d噴1次;供試玉米品種為農大86，采用當地習慣的均勻壟方式進行種植，2020年5月10日播種，間苗后留苗量為64500株/hm2;供試磷肥和鉀肥采用磷酸二氫鉀(P2O5質量分數為52.2%，K2O質量分數為34.6%)，施用量為180kg/hm2，在播前施入作為基肥，供試氮肥采用尿素(純氮質量分數為46.4%)，根據試驗設計分別在播前和大喇叭口期按1∶4進行施用。1.3試驗方式方法試驗小區規格為4m10m，華而不實2m10m的區域用于測試土壤含水率和養分含量，另外2m10m的區域用于測試作物產量，各小區之間用土壟進行分隔。試驗考察PAM施用量、FA施用濃度(水與FA溶液質量比)、SAP施用量、氮肥施用量這4個因素的作用效應，每個因素設3個水平，不考慮交互作用，選用L9(34)型正交表進行試驗設計(表2)，共9個處理小區(分別以P1～P9表示)，每個處理設置2個重復。全生育期內未進行灌溉，土壤水分為天然降雨補充，各小區基肥、磷肥和鉀肥施用量一樣。在玉米各主要生育期末進行取樣，在小區0～100cm土層內用土鉆每隔20cm取土樣放入鋁盒中用于測試含水率，剩余土壤混合均勻后放入自封袋，于4℃冰箱中保存，用于土壤全氮和速效氮含量的測試。1.4測試方式方法參照(土壤農化分析〕進行測試，華而不實土壤質量含水率采用枯燥法測試，土壤全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測試，土壤速效氮采用堿解擴散法測試。小區實收測產。1.5數據分析采用SPSS15.0進行統計性檢驗分析，其他分析及作圖在MicrosoftExcel2003中完成。2、結果與分析2.1玉米產量及最佳集成技術分析玉米產量結果如表3所示。表中A、B、C、D為PAM施用量、FA施用濃度、SAP施用量、氮肥施用量的編碼值。從表中能夠看出，各小區產量由大到小為P3、P2、P6、P8、P4、P5、P9、P7、P1，最大產量小區P3的產量比最小產量小區P1高出21%。從試驗結果的方差分析(表4)中能夠看出，因素PAM施用量的F=1.022，因素FA施用濃度的F=10.557，因素SAP施用量的F=7.151，因素氮肥施用量的F=11.53，華而不實FA施用濃度、SAP施用量和氮肥施用量的Sig．值均小于0.05，而PAM施用量的Sig．值大于0.05，講明FA施用濃度、SAP施用量和氮肥施用量對玉米產量有顯著影響(P＜0.05)，而PAM施用量對玉米產量的影響不顯著。從Duncan多重比擬(表5)能夠進一步分析發現，PAM施用量的3個水平之間差異不顯著，FA施用濃度3水平最好，SAP施用量3水平最好，氮肥施用量3水平最好，從經濟性考慮，PAM施用量選用1水平，這與正交試驗中的最大產量組合P3(A1B3C3D3)一致，為1.30kg/m2。2.2土壤含水率規律分析玉米生育期根系層土壤含水率情況如表6所示。從表中差異顯著性檢驗中能夠看出，集成技術對土壤含水率影響顯著(P＜0.05)的時期是7月8日(拔節期末)、8月1日(喇叭口期末)、8月25日(抽雄期末)，這3個時期各小區含水率相對變化幅度為7%～64%，而6月25日(苗期末)、9月15日(灌漿期末)和10月4日(成熟期末)3個時期沒有發現集成技術造成顯著性差異，這3個時期各處理小區含水率變化幅度為10%～30%。相較于其他小區，P3小區的土壤含水率在各個主要生育期均處于較高水平，從整個生育期的平均水平來看，P3小區的土壤含水率也最高，到達了0.12，為作物的生長提供了較為充足的水分條件，有利于作物產量的增加。通過對玉米生育期土壤含水率進行方差分析(表7)后發現，PAM(Sig．值0.002)、SAP(Sig．值0.015)和氮肥(Sig．值0.011)處理對土壤平均含水率的影響顯著(P＜0.05)，而FA(Sig．值0.228)處理對含水率的影響并不顯著，這是由于PAM和SAP都是直接作用于土壤，PAM通過改善表土構造狀況促進降雨的入滲，而SAP通過對水分的反復吸持能夠減少水分深層滲漏，2種制劑均能夠對土壤含水率產生直接影響，氮肥通過水肥耦合效應對土壤含水率產生一定的影響，可提高土壤儲水含量，而FA是通過降低作物奢侈蒸騰的作用來減少土壤水分的消耗，其作用并不特別明顯。2.3土壤氮素養分含量規律分析玉米生育期根系層土壤全氮、速效氮含量情況分別如表8和表9所示。從表中差異顯著性檢驗中能夠看出，集成技術對土壤全氮含量影響顯著(P＜0.05)的時期是7月8日(拔節期末)、8月1日(喇叭口期末)、9月15日(灌漿期末)、10月4日(成熟期末)，而6月25日(苗期末)和8月25日(抽雄期末)這2個時期沒有發現集成技術造成顯著性差異。從生育期全氮平均質量比來看，P3小區為0.54g/kg，是9個試驗小區中最小的，比其他小區低3.7%～9.3%。而從速效氮平均質量比來看，P3小區是9個小區中最大的，到達45.44mg/kg，比其他小區高13%～23%。從數據中能夠分析發現，P3小區土壤較高的速效氮含量有利于作物對氮素的吸收利用，促進了氮素更多地合成干物質，土壤中氮素利用充分，使得土壤全氮含量小于其他小區。玉米生育期土壤全氮和速效氮含量的方差分析如表10和表11所示。就全氮而言，PAM、FA、SAP和氮肥這4個因素對土壤全氮含量均產生顯著影響(P＜0.05);就速效氮而言，PAM、SAP和氮肥這3個因素對土壤速效氮含量產生顯著影響(P＜0.05)，華而不實PAM和SAP通過作用于土壤構造影響土壤速效氮，施肥通過直接補充氮素影響速效氮含量，FA主要起調控作物生長的作用，其對土壤速效氮的影響并不顯著。3、討論本文聯合應用3種制劑，通過在土壤外表使用PAM來改善表土構造狀況，促進水分入滲，在土壤根層施入SAP以保蓄水肥，在作物葉面噴施FA來提升作物生理機能，促進作物對水肥的吸收利用。集成技術提升了水肥利用效率，增加了作物產量，本文中P3(A1B3C3D3)小區相較于未施加制劑的P1小區，產量提升了21%，與莊文化等在冬小麥上單獨應用SAP增產10.14%和韓玉國等在蘋果上單獨應用FA增產4.88%～7.32%相比，產量提高更多，可見化學集成調控效果明顯。除此之外，氮肥對作物產量也產生顯著性影響，且施肥量越大產量越高，但比擬同為270kg/hm2施氮條件下的P3、P4、P8這3個小區產量能夠發現，P3小區仍增產4.7%～5.2%，講明P3小區3種制劑的應用形式對于促進作物產量更為有利。固然集成技術提高了作物產量，但顯著性檢驗表示清楚3種制劑對作物產量及土壤水氮的影響效應并不一致，不同制劑所產生的作用效應有所區別，華而不實PAM和SAP直接作用于土壤，對于土壤含水率和速效氮影響明顯，FA作用于作物葉面，則對作物產量構成和氮素利用的影響更大。在本文的化學制劑施用量水平下，從Duncan多重比擬來看，并不是用量越多產量越高，華而不實PAM施用水平對產量的影響不顯著，SAP用量為越大越好，FA的400倍液低濃度施用水平要優于200倍液高濃度施用水平。這可能是由于SAP直接作用于作物根系，可將水氮保蓄在根層區供作物持續利用，對作物的生長促進作用明顯，且當干旱脅迫發生時，SAP能夠提高作物對水分的利用效率;而FA一方面起到抑制作物奢侈蒸騰的作用，另一方面起到提升作物生理機能的作用，當FA用量較大時，其對于作物蒸騰作用抑制過大，可能會影響其光合作用，進而減少作物產量，就本文而言，400倍液的FA施用量能夠更好地促進作物產量的構成。4、結論(1)4個試驗因素對土壤水分的影響效應不一致，PAM、SAP和氮肥對土壤含水率的影響顯著，而FA的影響不顯著，P3小區的集成處理形式提供的土壤質量含水率最為充足，平均為0.12。(2)4個試驗因素均顯著影響土壤全氮含量，就速效氮