張艷艷, 唐澤軍

(中國農(nóng)業(yè)大學 水利與土木工程學院, 北京 100083)

PAM調(diào)控土壤養(yǎng)分元素遷移與流失試驗研究

張艷艷, 唐澤軍

(中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院,北京100083)

[目的] 研究聚丙烯酰胺(PAM)對氮磷鉀素在砂土中的遷移和淋溶損失的影響，為探索PAM對控制養(yǎng)分元素的遷移、淋溶損失，提高水肥利用率的作用機制提供理論依據(jù)。 [方法] 采用室內(nèi)土柱模擬淋溶試驗，共設(shè)置5個不同質(zhì)量分數(shù)水平(0，0.02%，0.05%，0.1%和0.2%)的陰離子型聚丙烯酰胺處理組，觀察PAM對氮磷鉀淋溶和遷移的影響。 [結(jié)果] PAM能降低土壤淋溶液中的氮濃度，各PAM處理組與對照組相比，土壤淋溶液中氮濃度降低了28.8%～45.5%，同時能抑制土壤中的氮向下遷移；PAM促進了土壤對氮的吸附與固定，各處理組土壤中的氮含量與對照組相比增加了135.2%～285.7%；PAM能夠降低土壤淋溶液中的鉀濃度，各PAM處理組與對照組相比，土壤淋溶液中鉀濃度降低了33.2%～51.8%，同時能抑制土壤中的鉀向下遷移；PAM促進了土壤對鉀的吸附與固定，各處理組土壤中的鉀含量與對照組相比增加了42.5%～65.7%；PAM不能減少土壤溶液中磷的淋溶損失，對土壤吸附固定磷沒有明顯的作用，反而減弱了土壤對磷的吸附固定能力。 [結(jié)論] 土壤中施加PAM能有效減少氮、鉀在土壤中的淋溶損失，增加土壤對氮、鉀的保持固定作用，但對磷的作用效果并不理想。

聚丙烯酰胺(PAM); 氮; 磷; 鉀; 養(yǎng)分遷移; 淋溶損失

文獻參數(shù)： 張艷艷, 唐澤軍.PAM調(diào)控土壤養(yǎng)分元素遷移與流失試驗研究[J].水土保持通報，2017,37(4)：33-39.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.006； Zhang Yanyan, Tang Zejun. Regulation and control of PAM on vertical transport and leaching loss of soil nutrient[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：33-39.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.006

數(shù)據(jù)[1]表明，從1980年起，我國化肥供應(yīng)量每年以4%的速度增長，目前，中國已是世界上最大的化肥消費國。作為糧食的“糧食”，肥料特別是化學肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。目前肥料的淋溶損失，不但造成了環(huán)境面源污染同時也是肥料利用率低的主要原因。提高肥料利用率提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，減少由于肥料損失帶來的環(huán)境污染一直是人們關(guān)注的課題。聚丙烯酰胺(PAM)作為一種土壤改良劑，目前對其的研究主要是集中在對土壤的物理性質(zhì)以及入滲率、土坡侵蝕和徑流的影響上[2-8]，關(guān)于PAM與肥料、土壤的相互影響程度及其機理，還有對土壤養(yǎng)分流失及作物的生長的影響的相關(guān)研究并不多。PAM通過改變施加養(yǎng)分元素的環(huán)境來控制養(yǎng)分流失，主要表現(xiàn)在隨著地表徑流的流失、垂直方向上的遷移和淋溶損失以及土壤對肥料離子吸附特性等三方面的影響。本文通過室內(nèi)土柱模擬淋溶試驗，在土壤中施加不同質(zhì)量分數(shù)的PAM，通過提取分層土壤溶液和淋溶液，研究氮磷鉀素垂直方向上的遷移情況和淋溶損失情況，為進一步揭示PAM對養(yǎng)分保持的作用機制，控制養(yǎng)分元素的遷移和淋溶損失以及提高水肥利用率提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土樣與材料

試驗土樣取自內(nèi)蒙古達拉特旗庫爾其沙漠，根據(jù)美國制土壤質(zhì)地分類標準確定試驗土壤為砂土，容重1.58 g/cm3，pH值8.26。土壤中的氮磷鉀3種養(yǎng)分元素分別由尿素，過磷酸鈣和硝酸鉀提供。試驗選用300萬分子量陰離子型聚丙烯酰胺(PAM)，由廣東西隴化工股份有限公司生產(chǎn)，市場采購。

1.2 試驗方案

試驗前先將土樣過2 mm篩，剔除土壤中的雜物，然后自然風干待用。選用內(nèi)徑為15 cm，高70 cm的有機玻璃土柱，外側(cè)壁設(shè)有土壤溶液采集器陶土頭的埋設(shè)孔，頂端和底部設(shè)有進出水口。土樣填裝時，以2 cm為一層，層間打毛，均勻夯實，共5層進行填裝，填裝高度50 cm。出水口以上每隔3 cm鋪設(shè)有粒徑從大到小的礫石，共三種粒徑防止土壤顆粒滲漏，填裝完成后在頂部覆蓋3 cm粒徑為5 mm左右的礫石，防止水流對土壤的沖刷破壞，每間隔10 cm在土柱側(cè)壁埋設(shè)陶土頭，利用真空壓力泵抽取土壤中的溶液。

填裝時設(shè)計干容重為1.5 g/cm2，根據(jù)氮肥、磷肥、鉀肥通常的施用量，尿素、過磷酸鈣和硝酸鉀與風干土樣均按0.2 g/kg設(shè)計比例混合均勻[9-11]，填裝土樣中尿素，過磷酸鈣和硝酸鉀分別施加13 g，折合純N 6 g，P2O52.1 g，純鉀5 g。試驗共設(shè)置5個PAM(0，0.02%，0.05%，0.1%，0.2%)施用水平，以不添加PAM的土柱作為對照組，分別記為DZ，P1，P2，P3，P4，試驗共2次重復(fù)。將處理后土壤經(jīng)去離子水充分潤濕后靜置24 h后填裝，以2 cm為一層，層間打毛，均勻夯實，共5層進行填裝，填裝高度50 cm。

1.3 試驗設(shè)計

試驗開始前先從底部供水，令土柱自下而上逐漸飽和，當土柱頂部出現(xiàn)積水時停止底部供水。開始從土柱頂部供水，待出流穩(wěn)定后開始取樣。試驗采用定水量供水間歇淋溶法，每次收集淋溶液時，向每一個土柱注入1 000 ml的水量，然后對每個土柱進行土壤溶液分層取樣，最后進行淋溶液的收集，每個土柱共收集1個淋溶水樣和4個分層土壤水樣。試驗7 d為一個周期，對每一個周期收集到的水樣進行速效氮，速效磷和速效鉀含量的測定。設(shè)計觀察周期為35 d，35 d后停止供水，令水分自由落干2 d后將土壤分層取出，測定其質(zhì)量含水率以及土壤中的速效氮，速效磷和速效鉀的含量。速效氮采用流動與分析儀測定法，速效磷采用鉬銻抗比色測定法，速效鉀采用火焰光度計測定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 PAM對土壤含水率的影響

取樣結(jié)束后，待水分自由落干2 d，然后將土壤分層取出測得各層土壤的質(zhì)量含水率，圖1反映的是不同土柱分層土壤含水率的變化情況，盡管在不同深度的土壤剖面的土壤含水率的大小和PAM的施用質(zhì)量分數(shù)水平?jīng)]有呈現(xiàn)正比關(guān)系，但從大體趨勢來看，隨著施加PAM質(zhì)量的分數(shù)增加，土壤含水率較對照組都有明顯的增加。利用SPSS 23.0分別對不同深度的土壤含水率隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化進行方差分析，各深度處的p值均小于0.05，具有顯著差異，說明PAM濃度的變化對土壤含水率的影響具有顯著相關(guān)性。

對于在10 cm深度剖面土壤含水率出現(xiàn)對照組土壤含水率大于P1和P2處理組，這很有可能是因為隨著試驗的進行，一部分PAM隨著水分的入滲而減少，同時10 cm層的土壤最容易受陽光和溫度的影響，使其土壤中的PAM降解。最后都會導(dǎo)致P1和P2處理組的PAM濃度過低難以發(fā)揮作用，使10 cm深度處土壤含水率和對照組相差無幾。從本次試驗數(shù)據(jù)來看，施加PAM處理組與對照組相比，土壤含水率有不同程度的增幅，這可能與試驗所用土壤類型有關(guān)，試驗用土采用的是砂土，結(jié)構(gòu)較差且土壤中缺乏能夠分解的顆粒，在加入PAM后，當濃度過低時，PAM水溶液呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著施加PAM量的增加，溶液中的鏈—鏈接觸點增加，使PAM水溶液呈凝膠狀，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和凝膠狀結(jié)構(gòu)對土壤持水能力會產(chǎn)生不同的影響。

對照組的土壤平均含水率最低，為11%，P1，P2，P3和P4處理組的土壤平均含水率分別較對照組提高了7%，22%，33%和56%。PAM能夠增強土壤對水分的保持，目前普遍認為的作用機理是由于PAM具有水合作用，在水的濕潤下，PAM開始反應(yīng)，由顆粒狀變成多枝纖維狀，將顆粒緊緊纏繞保持土壤表層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，土壤溶液在高分子聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)外形成離子濃度差，水分子在滲透壓的作用下進入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成網(wǎng)孔水，隨著外界水分的散失，網(wǎng)孔水逐漸釋放出來。PAM通過延伸至土壤液相分子鏈上的酰胺基和羧鈉基對偶極化水分子的強烈吸附和分子滯留形成以水分子為中心的水動力學體積，縮小了多孔介質(zhì)中水流通道的有效直徑，使得土壤孔隙中的堵塞作用提高了土壤溶液的黏度，減緩?fù)寥浪诌\動。同時，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作物所需的營養(yǎng)元素只有溶解在水中，才能比較容易被作物的根系吸收利用，水分與養(yǎng)分的遷移有很密切的關(guān)系，水分充足，能使PAM更有效的發(fā)揮它的作用，同時養(yǎng)分元素越多溶解在水中，就越有利于作物的吸收利用，而水分缺乏，會導(dǎo)致養(yǎng)分元素和施加的PAM無法充分溶解發(fā)揮它的作用，同時造成肥料利用率低。

圖1 不同PAM施用水平分層土壤含水率變化

2.2 PAM對土壤溶液中氮濃度的影響

土壤溶液中氮濃度的高低反映了土壤淋溶損失的程度。圖2反映了淋溶液中氮濃度的變化情況，淋溶液中的氮濃度隨著PAM施加質(zhì)量分數(shù)的增加而提高，基本呈現(xiàn)施加0.2%PAM處理組淋溶液中氮濃度最低的趨勢。整個試驗過程，P1，P2，P3和P4處理組淋溶液中氮濃度淋溶損失累積量較對照組分別降低了28.8%，35.8%，38.5%和45.5%。利用SPSS 23.0分別對不同周期內(nèi)的淋溶液氮濃度隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化進行方差分析，發(fā)現(xiàn)每個周期的p值均小于0.05，具有顯著差異，說明PAM濃度的變化對土壤淋溶液氮濃度的影響具有顯著性。第1周期的土壤淋溶液氮濃度隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化雖然也具有顯著差異，但其相關(guān)性不是很強，p值接近于0.05，這很有可能在試驗開始的初期，因為PAM是和土壤混施，PAM還沒有充分溶解于水中，沒能在試驗初期發(fā)揮作用，造成第一周期PAM質(zhì)量分數(shù)的變化對淋溶液內(nèi)氮濃度的變化沒有產(chǎn)生特別強的顯著相關(guān)性。

圖2 不同PAM施用水平淋溶液中氮濃度變化

圖3反映的是整個試驗周期，不同深度的土壤溶液中平均氮濃度與第一層土壤溶液相比的升降幅度的百分比，各個處理組在不同試驗周期，土壤溶液中的氮濃度隨著深度的增加而變化的程度反映了可溶性氮隨著土壤水的入滲而遷移的情況，可以發(fā)現(xiàn)PAM處理組土壤溶液中的氮濃度隨著深度的增加而提高的幅度明顯小于對照組，而且從圖形的斜率來看，除了加入0.02%PAM處理組，其他PAM處理組的氮下移率明顯小于對照組。其中當施加質(zhì)量分數(shù)為0.02%和0.05%的處理組的增幅程度和對照組相差不大，說明PAM施加量太少，不會對土壤對氮的吸附與固定產(chǎn)生太大的影響，作用效果不明顯，當施加質(zhì)量分數(shù)為0.1%和0.2%時，PAM的作用效果很顯著，說明土壤中施加質(zhì)量分數(shù)0.1%和0.2%的PAM加強了土壤對氮的吸附和固定，降低土壤溶液中的氮濃度，能在一定程度上減少可溶性氮隨著土壤水分的向下遷移。

圖3 不同PAM施用水平土壤溶液平均氮濃度隨深度變化

2.3 PAM對土壤中氮含量的影響

土壤中氮含量的多少反映了土壤固定氮能力的大小。在試驗結(jié)束后，水分自由落干2 d將土壤分層取出，圖4反映了不同土柱各層土壤中氮含量的變化情況。試驗結(jié)束后對不同土柱的土壤總氮含量進行測定，與土壤溶液中氮濃度隨著PAM施加水平提高而降低相比，土壤中的氮含量隨著PAM施加質(zhì)量分數(shù)的增加而增加(除了P2和P3處理組)，各處理組土壤中的氮含量較對照組分別增加了135.24%，230%，204.7%和285.7%。說明PAM增強土壤對氮的吸附與固定效果十分顯著，能有效減少可溶性氮的淋失。P2和P3處理組土壤中的氮含量相差不大，可以認為在施加PAM質(zhì)量分數(shù)為0.05%和0.1%時，PAM對土壤的作用效果沒有產(chǎn)生很明顯的差異?？紤]到經(jīng)濟因素的影響和當施加過高的PAM質(zhì)量分數(shù)時，濃度過高，溶液含有很多鏈—鏈接觸點會使PAM水溶液呈凝膠狀，黏度很大，土壤表面的水土過程的封閉作用會降低土壤的入滲率，同時會影響作物的呼吸和對肥料的吸收，所以施加質(zhì)量分數(shù)為0.05%～0.1%PAM對于砂土保持土壤中氮的不流失是最合理的。

利用SPSS 23.0對不同剖面土壤中的氮含量與PAM質(zhì)量分數(shù)和深度進行主效應(yīng)的兩因素方差分析，發(fā)現(xiàn)PAM質(zhì)量分數(shù)和深度的p值都小于0.05，對土壤氮含量具有顯著影響。10—40 cm深處土壤中的氮含量都隨著施加PAM質(zhì)量分數(shù)的增加而增加，在50 cm深處的土壤中，施加質(zhì)量分數(shù)為0.2%的PAM的土壤氮含量出現(xiàn)了小于施加質(zhì)量分數(shù)為0.05%和0.1%PAM的土壤氮含量的現(xiàn)象，這很有可能和氮在土柱中的遷移情況有關(guān)，施加PAM質(zhì)量分數(shù)最高的土壤能夠有效增強對氮的固定，在一定的程度上抑制氮在垂直方向的遷移，導(dǎo)致在最深層土壤中氮累計含量減少，才出現(xiàn)了在50 cm處PAM施加量越多，土壤中氮含量反而小于其他兩組土壤中氮含量的現(xiàn)象。

圖4 不同PAM施用水平土壤中氮含量變化

2.4 PAM對土壤溶液中磷濃度的影響

土壤溶液中磷濃度的高低反映了土壤中磷的淋溶損失程度。圖5反映了淋溶液中磷濃度的變化情況，在相同的淋溶周期內(nèi)，與對照組相比，其他處理組的磷濃度基本都比對照組高；淋溶液中的磷濃度隨著PAM施加質(zhì)量分數(shù)的增加而提高，其中在施加質(zhì)量分數(shù)為0.1%時磷素淋溶損失最嚴重。整個試驗過程，P1，P2，P3和P4處理組淋溶液中磷濃度淋溶損失累積量較對照組分別增加了13.7%，27.7%，83.7%和55.8%。利用SPSS 23.0分別對不同周期內(nèi)的淋溶液磷濃度隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化進行方差分析，第1周期內(nèi)p=0.087>0.05，說明在第1周期內(nèi)，PAM對磷在土壤中的淋溶情況沒有產(chǎn)生顯著影響，不具有相關(guān)性。這很有可能是因為磷在土壤中的移動性小，易發(fā)生化學固定，尤其是在試驗開始的初期，因為PAM是和土壤混施，當?shù)谝恢芷陂_始進行淋溶液取樣時，PAM還沒有充分溶解于水中，沒能在試驗初期發(fā)揮作用，造成第1周期PAM質(zhì)量分數(shù)的變化對淋溶液內(nèi)磷濃度的變化沒有產(chǎn)生顯著相關(guān)性。PAM在水平方向上增加了磷的淋溶損失量，才導(dǎo)致PAM處理組土壤溶液中磷濃度高于對照組，以不同處理組各自的第一層土壤溶液中磷濃度作為參照值，計算得出的磷濃度隨深度增加的幅度百分比，發(fā)現(xiàn)PAM處理組土壤溶液中的磷濃度隨著深度的增加而升高的幅度比對照組的增幅百分比小。土壤經(jīng)PAM處理后，增強了對磷的淋溶損失能力，這和其他研究者得到相同的結(jié)論[12-15]但是PAM在一定程度上能控制土壤中的可溶性磷隨著水分向下遷移與PAM促進土壤磷的垂直方向上的淋溶損失并不矛盾。因為PAM作為一種高分子聚合物，能夠改善土壤的物理性質(zhì)，增加土壤團聚體，當PAM遇水時疏水集團轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，通過延伸至土壤水分子鏈上的酰胺基和羧鈉基對偶極化水分子的強烈吸附，造成水分滯留，縮小了多孔對介質(zhì)中水流通道的有效直徑，使得土壤孔隙中的堵塞作用提高了土壤溶液的黏度，抑制土壤水分的下移，減緩?fù)寥浪值倪\移也間接影響?zhàn)B分元素隨土壤水分的淋失。溶液中的磷則主要與土壤發(fā)生物理化學吸附，聚丙烯酰胺主要降低了土壤對磷的物理吸附，不僅使吸附量降低，而且使被吸附的磷有利于解吸。雖然PAM結(jié)網(wǎng)阻礙了水分和養(yǎng)分向下遷移，但這種阻力小于PAM降低土壤磷的吸附強度，即使在垂直方向上PAM阻礙了水分和磷的向下遷移，但是每單位的土壤溶液中的磷濃度基數(shù)很大，使得土壤淋溶液中的磷濃度呈現(xiàn)增加的現(xiàn)象。

圖5 不同PAM施用水平淋溶液中磷濃度變化

圖6反映的是整個試驗周期，不同深度的土壤溶液中平均磷濃度與第一層土壤溶液相比較的升降幅度的百分比，各個處理組在不同試驗周期，土壤溶液中的磷濃度隨著深度的增加而變化的程度反映了可溶性磷隨著土壤水的入滲而遷移的情況，可以發(fā)現(xiàn)PAM處理組土壤溶液中的磷濃度隨著深度的增加而提高的幅度明顯小于對照組，說明施加PAM的土壤能在一定程度上有效抑制可溶性磷向下遷移。

2.5 PAM對土壤中磷含量的影響

土壤中磷含量的多少反映了土壤固持磷能力的大小。圖7反映了不同土柱各層土壤中磷含量的變化情況。試驗結(jié)束后，待水分自由落干2 d，將土壤分層取出，對不同處理土柱的土壤總磷含量進行測定，土壤中的磷含量隨著PAM施加質(zhì)量分數(shù)的增加沒有呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，反而隨著PAM施加質(zhì)量分數(shù)的增加，土壤中磷含量低于對照組。各PAM處理組的土壤中磷含量較對照組分別減少了6.5%，1.4%，14.3%和8.6%。這與土壤淋溶液中不同處理組磷淋失情況相對應(yīng)從而為磷的輸入與輸出形成互補。

利用SPSS 23.0對不同剖面土壤中的磷含量與PAM質(zhì)量分數(shù)和深度進行主效應(yīng)的兩因素方差分析，發(fā)現(xiàn)在加入10 cm深度處的土壤磷含量時，PAM質(zhì)量分數(shù)和深度的p值都大于0.05，對土壤磷含量沒有顯著影響。但在去除10 cm土壤剖面數(shù)據(jù)再進行分析，發(fā)現(xiàn)PAM質(zhì)量分數(shù)和深度的p值都小于0.05，具有顯著相關(guān)性。磷在土壤中的遷移受多方面的影響，包括土壤質(zhì)地，土壤含水率，溫度，土壤有機質(zhì)，pH值，土壤磷含量等。本次試驗10 cm剖面層是最頂層土壤，首先暴露在空氣與陽光中，再加上每次淋溶時加水對土壤的沖刷，都很有可能最后導(dǎo)致PAM不是影響土壤磷含量的最主要因素。

圖6 不同PAM施用水平土壤溶液平均磷濃度隨深度變化

圖7 不同PAM施用水平土壤中磷含量變化

如果僅僅從施入磷的生物有效性看，可能會增加磷的生物有效性，但如果從環(huán)境的角度看，可能會增加磷的淋溶損失，造成非點源面源污染。所以，以生產(chǎn)實際為出發(fā)點，應(yīng)該從磷的形態(tài)比如顆粒磷還是水溶性磷和損失途徑(徑流損失、淋溶損失)分析PAM對磷損失的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，磷主要是以水溶液形式通過淋溶而損失，施用PAM不僅不能減少磷淋溶損失，反而還會加重磷損失，依據(jù)本次試驗結(jié)果來看，PAM在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用還有待進一步的研究與分析。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中土壤磷淋溶問題，我們研究的唯一目的是在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，減少土壤中磷的淋溶損失，增加土壤磷的作物有效利用率，達到增產(chǎn)和防治磷造成的環(huán)境污染。磷在土壤中很容易被固定然后被積累在土壤中，土壤中磷的累積是發(fā)生淋溶損失的先決條件，這是一顆“化學炸彈”，因此應(yīng)該積極推廣平衡施肥和計劃施肥。同時水分是磷淋溶的介質(zhì)，減少多余的水分向土壤下部及土體外滲透，是減少磷淋溶的根本舉措，推行節(jié)水灌溉，加強土壤水分管理，進行合理灌溉，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的排水量，這些都是控制土壤中磷淋溶損失的根本性舉措。

2.6 PAM對土壤溶液中鉀濃度的影響

可以發(fā)現(xiàn)，PAM對土壤中氮和鉀的淋溶和遷移的影響具有很大程度的相同之處。土壤溶液中的鉀濃度的高低反映了土壤淋溶損失的程度。圖8反映了淋溶液中鉀濃度的變化情況，整個試驗過程，P1，P2，P3和P4處理組淋溶液中鉀濃度淋溶損失累積量較對照組分別減少了33.2%，36.2%，47.1%和51.8%。利用SPSS 23.0分別對不同周期內(nèi)的淋溶液鉀濃度隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化進行方差分析，每一周期內(nèi)的p值均小于0.05，具有顯著差異，說明PAM濃度的變化對土壤淋溶液鉀濃度的影響具有顯著相關(guān)性。第1周期所取得的土壤淋溶液鉀濃度隨PAM質(zhì)量分數(shù)變化雖然也具有顯著差異，但其相關(guān)性不是很強，這很有可能在試驗開始的初期，因為PAM是和土壤混施，當?shù)?周期開始進行淋溶液取樣時，PAM還沒有充分溶解于水中，沒能在試驗初期發(fā)揮作用，造成第1周期PAM質(zhì)量分數(shù)的變化對淋溶液內(nèi)鉀濃度的變化沒有產(chǎn)生特別強的顯著相關(guān)性。

圖8 不同PAM施用水平淋溶液中鉀濃度變化

圖9反映的是整個試驗周期，不同深度的土壤溶液中平均鉀濃度與第一層土壤溶液相比的升降幅度的百分比，各個處理組在不同試驗周期，土壤溶液中的鉀濃度隨著深度的增加而變化的程度反映了可溶性鉀隨著土壤水的入滲而遷移的情況，可以發(fā)現(xiàn)PAM處理組土壤溶液中的鉀濃度隨著深度的增加而提高的幅度明顯小于對照組，而且從圖形的斜率來看，PAM處理組的鉀下移率明顯小于對照組，說明土壤施加PAM之后，加強了土壤對鉀的吸附和固定，能在一定程度上減少可溶性鉀隨著土壤水分的向下遷移。

圖9 不同PAM施用水平土壤溶液平均鉀濃度隨深度變化百分比

2.7 PAM對土壤中鉀含量的影響

土壤中鉀含量的多少反映了土壤保持固定鉀能力的大小。在試驗結(jié)束后，待水分自由落干2 d，將土壤分層取出，圖10反映了不同土柱各層土壤中鉀含量的變化情況，試驗結(jié)束后對不同土柱的土壤總鉀含量進行測定，與土壤溶液中鉀濃度隨著PAM施加水平提高而降低相比，除了P4處理組，土壤中的鉀含量與PAM施加質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)正比關(guān)系，具有很強的二次相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)可達0.92，各處理組土壤中的鉀含量較對照組分別增加了42.5%，51.5%，65.7%和47.8%。說明PAM能有效增強土壤對鉀的吸附與固定，減少可溶性鉀的淋失。在施加0.05%和0.1%的PAM時，土壤對鉀的固定效果最佳。根據(jù)此次試驗結(jié)果，可以看出在砂土中施加質(zhì)量分數(shù)為0.1%PAM最適宜，能有效控制鉀的淋溶損失，增強土壤對鉀的吸附與固定。

圖10 不同PAM施用水平分層土壤中鉀含量變化

在第4次與第5次淋溶周期時發(fā)現(xiàn)對照組土壤溶液中鉀濃度低于PAM處理組，這很有可能是因為鉀素很容易被水分淋失掉，試驗開始施加的鉀是一定量的，因為所供鉀有限，在前幾次淋溶周期內(nèi)，對照組土柱內(nèi)的鉀已經(jīng)達到了它的淋溶損失的最大值，而施加過PAM的土壤能減少鉀素的淋失所以在接下來的淋溶周期內(nèi)，溶液中的鉀濃度就出現(xiàn)了低于PAM處理組的現(xiàn)象。可以看出沒有施加PAM的對照組鉀淋溶損失很嚴重，土壤中的鉀含量也很少。鉀素在土壤中一般以K+形態(tài)存在，易被土壤中的膠體吸附或置換而出。土壤鉀素在運移過程中會與土壤發(fā)生吸持反應(yīng)，對其運移產(chǎn)生阻滯作用，阻滯作用的大小與土壤質(zhì)地有關(guān)，淋溶性較強的砂質(zhì)土壤上，固鉀作用不明顯，鉀肥施用后容易損失。這主要是因為土壤顆粒在表面電場和剩余力場的作用下形成非自由態(tài)膜狀水，土壤顆粒愈細，顆粒含量愈高，水膜越厚，膜狀水越多，擴散阻力越大，吸附解吸阻力越小，鉀運移速率越小[16]。對于多數(shù)土壤，施鉀后大部分有效鉀轉(zhuǎn)為非交換性鉀，鉀的固定導(dǎo)致植物有效鉀離子濃度降低，只有小部分可被當季作物利用。尤其是在固鉀能力較強的土壤上，施用的鉀肥只有先滿足土壤的固定需要以后，余下的部分才能發(fā)揮增產(chǎn)作用[17]。Cassman等[18]認為施入的鉀被固定可能是有益的，因為它降低了因淋溶和作物奢侈吸收而造成的鉀的損失，有利于保存肥力和提高肥效、這部分被固定的鉀將是一個潛在的有效鉀庫。通過長期施肥建立起來土壤養(yǎng)分庫，對作物的增產(chǎn)作用常常超過當季施用足量肥料的效果，所以應(yīng)該利用PAM對土壤固鉀的顯著有效性進行培肥，盡量保持當季土壤中的鉀含量，減少淋溶損失。

3 討論與結(jié)論

(1) PAM能夠降低土壤淋溶液中的濃度，各PAM處理組與對照組相比使土壤淋溶液中氮濃度降低了28.8%～45.5%；PAM加強了土壤對氮的吸附與固定，各處理組土壤中的氮含量與對照組相比增加了135.2%～285.7%，效果十分顯著。施加PAM能夠抑制土壤中的氮向下遷移。

(2) PAM控制土壤溶液中的磷淋溶損失效果并不理想，與對照組相比并不能減少土壤溶液中的磷濃度。PAM對土壤吸附固定磷沒有明顯的作用，反而減弱了土壤對磷的吸附固定能力。

(3) PAM能夠降低土壤淋溶液中的鉀濃度，各PAM處理組與對照組相比使土壤淋溶液中鉀濃度降低了33.2%～51.8%。PAM加強了土壤對鉀的吸附與固定，各處理組土壤中的鉀含量與對照組相比分別增加了42.5%～65.7%。施加PAM能夠抑制土壤中的鉀向下遷移，當施加0.1%的PAM時，土壤對鉀的固定效果最佳。

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Regulation and Control of PAM on Vertical Transport and Leaching Loss of Soil Nutrient

ZHANG Yanyan, TANG Zejun

(College of Water Resources and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083， China)

[Objective] The effects of polyacrylamide(PAM) on the migration and leaching loss of nitrogen, phosphorus and potassium in sandy soil were investigated to provide a more accurate scientific basis about how PAM acts in the migration and leaching loss of soil nutrient and for the improvement of water and fertilizer use efficiency. [Methods] A laboratory soil column experiment was conducted in the study. Four PAM application rates, 0.02%, 0.05%, 0.1% and 0.2% were tested against the control of containing no PAM. [Results] PAM effectively reduced the nitrogen leaching loss in soil. The leachate soluble N concentration was reduced by 28.8%～45.5% in comparison with the value of the control. The effectiveness of this action increased with the increasing rate of applied PAM. PAM clogged the natural flow path of soil solutions and therefore restrained nitrogen migration. PAM enhanced nitric absorption and immobility in the soil. The N concentration increased by 135.2%～285.7% when compared with the control value. PAM effectively reduced the potassium leaching loss in soil. The leachate soluble K concentration was reduced by 33.2%～51.8% in comparison with control value. PAM clogged the natural flow path of soil solutions, and therefore restrained potassium migration. PAM enhanced potassium absorption and its immobility in the soil. The K concentration increased by 42.5%～65.7% in comparison with the control value. The effectiveness of this action was increased with the increasing application rate of PAM. The 0.1% PAM treatment generated better results than those of others. In contrast, PAM did not reduce leachate soluble P concentration in comparison with the control. PAM affected both the phosphorus absorption and the immobility in the soil and the P concentration was decreased by 1.4%～14.3% in comparison with the control. [Conclusion] PAM effectively reduced the nitrogen and potassium leaching loss, and restrained nitrogen and potassium migration in soil. The effect of PAM on the reducing of phosphorus leaching loss was not observed.

polyacrylamide(PAM);nitrogen;phosphorus;soilnutrientmigration;leachingloss

A

： 1000-288X(2017)04-0033-07

： S153.3， S27

2016-10-19

：2016-12-21

國家自然科學基金項目“沙漠固結(jié)層與植被復(fù)構(gòu)條件下風蝕調(diào)控機理研究”(51379211)

張艷艷(1992—),女(漢族),河南省鄭州市人,碩士研究生,研究方向為農(nóng)業(yè)水土工程。Email:zyy_yvonne@126.com。

唐澤軍(1958—),男(漢族),湖南省湘潭市人,博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事水土保持與荒漠化防治工程以及水文水資源研究。E-mail:tangzejun@sina.com。