81中文网

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2页）

第三节保水剂用量对玉米生长和产量的影响

一、玉米生长

施用保水剂能改善玉米不同生育期土壤的水肥状况，从而促进玉米的生长发育（表7-2）。3年研究期间，各处理下玉米生育期株高和茎粗均呈先升高后降低的变化趋势。2016年，W60和W90处理整个生育期玉米株高分别较CK显著增高13。2%和12。1%，而W30、W120处理在拔节期和收获期与CK无显著差异。玉米茎粗在抽雄期达到最大，W30、W60、W90处理整个生育期玉米茎粗分别较CK显著提高10。7%、17。0%和11。3%。2017年，各处理下玉米生育期株高和茎粗均呈先升高后降低的趋势。保水剂各处理玉米整个生育期株高和茎粗均显著高于对照，W30、W60、W90和W120处理株高分别较CK增高10。4%、18。9%、20。4%和13。7%，茎粗分别提高7。0%、15。2%、18。6%、13。5%，其中W60和W90处理对玉米生长促进作用最为显著。2018年，W60和W90处理玉米生育期株高均与CK差异显著，分别较CK显著提高9。8%和8。6%，而W60、W90、W120处理无显著差异，W30、W120、CK处理间差异不显著。可见，W60和W90处理与其他保水剂施用量处理相比，对促进玉米茎粗增加最为显著。

为不同保水剂施用量对玉米地上部生物量的影响。不同处理下玉米主要生育期地上部生物量呈逐渐上升的变化趋势，收获期达到最大。2016年，W60处理整个生育期玉米地上部生物量均显著高于CK。拔节期，W60、W90和W120处理分别较CK显著提高70。8%、54。2%、43。8%；抽雄期，W60处理较CK显著提高76。8%；玉米吐丝期，W60和W90处理分别较CK显著提高41。3%、40。3%；灌浆期，W60和W90处理分别较CK显著提高71。5%、65。3%；收获期，W60、W90和W120处理分别较CK显著提高51。4%、48。2%、45。7%。2017年，施用保水剂各处理地上部生物量与株高变化趋势一致，W60、W90处理对玉米整个生育期地上部生物量影响最为显著，其次为W120和W30处理。W60和W90处理、W30和W120处理间差异不显著，但均显著高于CK。W60、W90处理平均玉米地上部生物量分别较CK显著提高66。7%和58。3%，W30、W120处理分别较CK显著提高23。9%和45。0%。2018年，在生育前期（拔节-抽雄期），由于植株较小，地上部生物量变化幅度不大。生育中后期（吐丝期以后），各处理地上部生物量快速增加，由大到小表现为W60、W90、W120、W30、CK。收获期，W60和W90处理分别较CK显著增加13。1%和12。5%。可见，施用保水剂可促进玉米地上部生物量累积，其中以施用保水剂60、90kghm2效果最佳。

二、玉米产量性状

由表7-4可知，秸秆还田后施用保水剂各处理对促进玉米公顷穗数、穗粒数和百粒重提高效果。公顷穗数以W60处理表现最为显著，三年平均较CK处理增加18。6%，各保水剂处理公顷穗数均与CK差异显著。W60和W90处理三年穗粒数均值较CK分别显著29。6%、20。2%，其次是W30和W120处理，分别提高10。8%、17。5%。百粒重表现为W60>W90>W120>W30>CK，其中W60、W90、W120、W30处理百粒重三年均值较CK分别显著提高8。8%、6。8%、4。9%和4。0%。

秸秆还田条件下各保水剂处理玉米籽粒产量随保水剂量的增加呈逐渐先上升后降低的趋势（表7-4）。因保水剂施用量的不同，使玉米产量存在显著差异。2016年，各处理玉米产量由高到低表现为W60、W90、W30、W120、CK。施用保水剂各处理下玉米产量均显著高于对照，W30、W60和W90处理玉米产量分别较CK显著提高26。5%、41。8%、39。8%，而W120处理与CK差异不显著。2017年，各处理玉米产量由高到低表现为W60、W90、W120、W30、CK。W30、W60、W90和W120处理玉米产量均显著高于CK，而W30、W90和W120处理间无显著差异。W30、W60、W90和W120处理玉米籽粒产量分别较CK显著提高23。5%、34。5%、29。1%和20。3%，其中W60处理最为显著。2018年，与CK相比，各保水剂处理增产幅度由高到低依次为W60>W90>W30>W120，增产幅度显著，分别为29。4%、23。8%、21。7%和21。4%。综合3年研究发现，秸秆还田条件下施用保水剂60、90kghm2处理玉米的增产效果较好。

第四节保水剂用量对玉米水分利用效率及经济效益的影响

一、玉米水分利用效率

秸秆还田条件下施用保水剂对作物耗水量和水分利用效率产生一定的影响（表7-5）。2016年，不同保水剂施用量下作物耗水量较对照降低0。6%~6。4%，其中W60、W90、W120处理作物耗水量较CK显著降低4。0%、4。4%、6。4%。各处理玉米水分利用效率由高到低依次为W60、W90、W30、W120、CK，W60处理的水分利用效率最高，与CK处理相比显著增加47。7%；其次为W90处理，较CK显著提高46。2%；W30、W120处理次之，其水分利用效率分别较CK显著提高27。2%、21。7%。2017年，保水剂各处理作物耗水量较对照显著降低1。4%~6。8%，其中W60、W90处理分别较CK显著降低6。1%、6。8%。各处理玉米水分利用效率由高到低依次为W60、W90、W120、W30、CK，W60处理的水分利用效率最高，较CK处理显著增加43。2%；其次为W90处理，较CK显著提高38。5%；W30、W120处理水分利用效率分别较CK提高25。3%、26。5%。2018年，各处理玉米水分利用效率以W60处理最高（28。30kg（hm2·mm）），其次为W90处理（25。10kg（hm2·mm）），分别较CK显著增加40。8%和24。9%；而W30和W120处理水分利用效率分别较CK显著提高23。9%、20。9%。

二、经济效益分析

如表7-5所示，由于保水剂施用量的不同，不同处理的投入存在一定的差异。2016年，各处理投入由高到低依次为W120、W90、W60、W30、CK，而各处理纯收益高低顺序依次为W60、W30、W90、CK、W120。W60处理纯收益最高，W30和W90处理次之，W30、W60、W90处理纯收益分别较CK显著提高23。9%、33。9%、21。7%，而W120处理较CK显著降低20。4%。2017年各处理投入与2016年基本一致，各处理纯收益由高到低依次为W60、W30、CK、W90、W120。W60处理的纯收益最高，W30处理次之。W30、W60和W90处理的纯收益较CK显著提高20。6%、25。9%和11。0%，而W120处理较CK略有降低，但差异不显著。2018年，W60处理纯收益最高，W30处理次之，分别较CK显著提高28。6%、29。7%，而W120较CK处理显著降低8。8%。可见，结合考虑成本分析，保水剂施用量60kghm2时，玉米增产增效最佳。

第五节讨论与结论

一、讨论

（一）土壤结构

保水剂反复进行吸水膨胀、释水收缩这一过程可明显改善土壤的容重和孔隙度（杜社妮等，2012）。适量施用保水剂可改善土壤结构和持水能力（Karimi，etal。，2009；Li，etal。，2014）。白岗栓等（2019）研究表明，保水剂施用量为60kghm2处理可显著降低0~20cm和20~40cm层土壤容重，而施用量为45、75kghm2处理对土壤容重未产生显著影响。韩玉国等（2012）和李兴等（2012）研究报道，保水剂能够改善土壤孔隙度，并随保水剂浓度的增大，土壤孔隙度逐渐增加。本研究发现，施用沃特保水剂能够降低0~40cm层土壤容重，这是由于沃特保水剂为有机-无机杂化保水剂，具有较高的吸水倍率和膨胀性能，穴施可降低表层土壤容重（侯贤清等，2015a）。然而，本研究中当保水剂施用量超过90kghm2后对土壤容重和孔隙度改善的效果增加并不明显。究其原因是由于过量施用保水剂会降低土壤孔隙度，减弱其通气性，施用保水剂并非越多越好，过量施用保水剂会降低耕层土壤的孔隙率和通气量，降低了对土壤容重和总孔隙度的改善作用。只有适量的保水剂才能改善土壤物理性状，而过量或低量施用保水剂均达不到最佳作用效果（许紫峻等，2016；王琰等，2017）。

（二）土壤水分

有研究表明，保水剂能提高作物不同生育期土壤蓄水和持水能力，可较长时间抵御干旱，且保水剂在试验用量范围内（30~60kghm2）土壤贮水量随保水剂施用量的增加而增加（张丽华等，2017；杨永辉等，2010）。马征等（2017）研究认为，保水剂在玉米生长中后期的保水效果逐渐显现。在3年研究中，秸秆还田配施保水剂不同处理，其整个生育期0~100层平均土壤贮水量以保水剂施用量60~90kghm2保水效果较佳，这可能由于施用适宜用量的沃特保水剂改善了表层土壤结构，有利于下层土壤水分的蓄存（侯贤清等，2015a）。本研究还发现，2016年和2018年土壤保水效果随保水剂施入量增加而增加，2017年土壤保水效果则随保水剂施入量增加表现为先增后减变化，这与杜社妮等（2007a）研究结果“保水剂的施用使土壤具有储存更多雨水，增加土壤含水量的效果，且土壤含水量随着保水剂施入量增加而增加”相似。这是由于保水剂具有很强的吸水率和释放性能（Bai，etal。，2010；Liu，etal。，2013），且施用保水剂的保水性受不同降雨年份降雨量的影响。

（三）土壤养分

提文祥（2011）研究认为，施入保水剂后，土壤速效养分释放得到明显改善，达到缓释作用，具有保水保肥效果。王帅等（2018）研究发现，适量施用腐殖酸保水剂能在一定程度上缓解白浆土因玉米生长而导致土壤有机质和全氮含量的消耗程度。马焕成等（2004）研究表明，在森林土壤中增施保水剂可显著提高土壤中速效养分含量，使土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量显著提高。本研究结果表明，秸秆还田条件下施用保水剂能有效改善土壤肥力状况，同时在一定程度上缓解有机质矿化分解及对土壤氮素的消耗，提高土壤的保肥和供肥能力，分析其原因是由于秸秆还田后施用保水剂能改善砂性土壤性状（Zhang，etal。，2014），促进秸秆向土壤有机质转化（赵金花等，2016），促进土壤养分的转化供应，保蓄土壤的有效养分（侯贤清等，2015d）。同时，在灌水施肥后，由于保水剂对土壤水分和养分的吸持能力，使其土壤养分含量明显升高（HayatandAli，2004）。

（四）玉米生长

在干旱砂性土中施用保水剂能在一定程度上缓解土壤缺水状况，保障作物的正常生长发育（侯贤清等，2015d）。刘世亮等（2005）研究认为，施用适宜浓度的松土保水剂可有效提高玉米株高、单株叶面积和生物量。吴阳生等（2019）报道，在吉林半干旱区，秸秆还田条件下施用保水剂有利于玉米生长发育，于明英等（2018）研究表明，保水剂可促进作物幼苗株高、叶片数、叶面积增加及干物质积累，当保水剂施用量为90kghm2时，作用最为显著。本研究发现，秸秆还田条件下施用保水剂可促进玉米生长，当保水剂施用量在60~90kghm2时效果较好。究其原因：第一，秸秆还田对土壤理化性质具有良好的调控作用（Lou，etal。，2011）；第二，保水剂内含有腐殖酸、稀土元素和凹凸棒等营养成分，保水剂与土壤或化肥混合施入土壤后，在土壤中形成良好的土壤结构（黄占斌等，2007；Li，etal。，2013）；第三，施入适量保水剂既可发挥秸秆还田改善土壤孔隙结构，又能增强保水剂的保水保肥效果，促进作物的生长（雷锋文等，2019），但保水剂施用量过低时其效果不明显，过高时反而抑制作物的生长（李海燕等，2011）。

（五）玉米水分利用效率

保水剂可提高干旱地区作物水分利用效率（Liao，etal。，2016；Yang，etal。，2017）。秦舒浩等（2013）研究也表明，不同类型保水剂均可以提高作物的水分利用效率。有研究表明，在干旱缺水条件下，施用45kghm2保水剂+120kghm2黄腐酸效果最好，其水分利用效率提高90%（张蕊等，2013b）。保水剂与水混合用量为1kgm3能促进小粒咖啡生长，水分利用效率最高，而当用量为1。5kgm3时不利于干物质累积，水分利用效率也无明显提高（Guo，etal。，2017）。本研究结果表明，施用保水剂60~90kghm2时可显著提高玉米产量和水分利用效率。这是由于保水剂具有较强的吸释水和保肥的功能，可改善土壤的水肥环境，从而提高产量和水分利用效率（刘小刚等，2014）。然而保水剂用量过大（120kghm2），会引起作物减产和水分利用效率降低，分析其原因：保水剂的最佳用量受土壤和作物种类等诸多因素影响，保水剂施量过多时，在干旱情况下易与作物争夺部分水分，从而使植株受干旱胁迫的程度相对较大，使得膜透性和膜损伤程度增大，影响产量和水分利用效率的增加（Yazdani，etal。，2007；穆俊祥等，2016）。

（六）玉米产量与收益

刘礼等（2020）研究认为，不同保水剂类型对玉米生长、产量及其构成因素的影响不同，均表现为钾离子性聚合物效果更优、非离子性聚合物次之、有机弱酸最弱，因此钾离子性聚合物可作为旱作春玉米田保水剂类型的最佳选择。本研究结果表明，保水剂对提高玉米产量构成和产量均有明显影响，其中施用保水剂60-90kghm2对提高玉米公顷穗数、穗粒数及百粒重，增加其产量效果最佳，这与武继承等（2007）和李明等（2014）研究结果“施用保水剂对小麦的具有增产效应，主要通过增加穗长和穗粒数及千粒重来实现的”。分析原因主要由于保水剂可增强对水的吸收和释放以及促进秸秆分解和保持土壤肥力来改善作物生长的土壤微环境，从而大大提高作物产量（杨永辉等，2010；秦舒浩等，2013）。当保水剂过多时，可能会与作物争夺部分水分，增加植物的干旱胁迫，从而影响产量（ShahramandFelora，2014；穆俊祥等，2016）。

Bai，etal。，（2013）指出，保水剂要因地制宜，应该考虑保水剂成本、吸收特性和实际效果，不提倡在土壤中大量施用保水剂。邹超煜等（2015）根据不同作物施用保水剂的产值来看，建议干旱半干旱区推广应用保水剂应优先选择马铃薯、西瓜，干旱区应优先选择向日葵、玉米。在本研究中，最佳保水剂施用量为60kghm2时，能获得较高的玉米收益，这主要是因为施用保水剂能有效改善作物关键生育期土壤水分的状况，促进作物生长和产量形成（刘殿红等，2008；李倩等，2013）。在秸秆还田条件下施用保水剂（两年玉米苗期穴施和一年玉米播种期条施）60kghm2，对砂性土能表现出水分和养分间较好的协同效应，促进玉米的生长发育，提高作物增产增收，对宁夏盐环定扬黄灌区春玉米田合理施用保水剂具有重要的现实指导意义。

二、结论

1、秸秆还田配施保水剂能有效降低0~40cm层土壤容重，改善土壤的孔隙状况，同时增加0~40cm层土壤有机质和速效氮磷钾含量。

2、施用保水剂60、90kghm2处理对提高土壤的保肥供肥效果最佳，显著促进玉米生长。

3、与不施保水剂相比，施用保水剂60kghm2处理对改善玉米产量构成，提高玉米增产和水分利用效率提高效果最佳，保水剂90kghm2处理次之。

结合3年砂性土改良和玉米收益分析，秸秆还田条件下配施保水剂60kghm2，可有效改善土壤保水保肥效果，促进玉米生长，实现玉米的增产增收，可在宁夏盐环定扬黄灌区玉米田推荐应用。

三、建议

在农业生产中合理施用保水剂，能起到节水、增产、提高土壤养分有效性的作用（魏琛琛等，2019），但因施用方式、施用时间及施用量的不同，其在不同地区、土壤类型对改善土壤理化性质、作物生长、增产效果也不同（侯贤清等，2015a）。保水剂的最佳施用量易受到土壤、当年气候和降水量等多种因素的影响（Li，etal。，2013，2014）。半干旱偏旱区施用土壤保水剂对砂性土改良及玉米收益效应除与保水剂自身吸水保水特性，更重要的是保水剂对土壤的直接和间接效应，如改良土壤结构，以及保水剂施用方式对土壤水肥下移造成的植物根际水分、养分不均衡分布等，这还有待进一步研究。