提 要: 通过田间小区试验的方法，研究了粘土施加量( 0、150、300、600t hm - 2 ) 及施用方式( 表施、底施) 对风沙土保水性及玉米生长状况的影响。结果表明，与对照组相比，在施用方式一致时，粘土施加量在 C3 ( 600t hm - 2 ) 水平时可以明显提高沙土保水性及玉米的产量，并且施加量在 C1( 150t hm - 2 ) 水平时可以显著地提高玉米叶片的 SPAD 值以及促进叶枕株高的生长; 在粘土施用量( < 150t hm - 2 ) 较少时，底施的效果更好。
关键词: 土壤改良; 风沙土; 保水性; SPAD 值; 玉米生长
我国土壤荒漠化问题十分严重，是世界上沙漠化分布最多的国家之一。沙漠、戈壁、沙漠化土壤相互交错在一起，面积达 149 万 hm2 ，占国土面积的 15. 5%[1]。为了稳定粮食产量，在防治土壤沙化面积扩大的同时，我们也应该积极改良宜耕沙地。科尔沁沙区具有丰富的水热等资源，且面积广阔，因此有着巨大的农业生产潜力[2]。
粘土、淤泥等天然有机物料可用于改良风沙土，能促进土壤团粒结构形成，增强土壤保水保肥能力，为作物高产创造有利条件[2 - 5]。但是在农业生产过程中，改良材料的用量以及施用方式很少报道。文中针对内蒙古科尔沁左翼后期的风沙土，利用粘土作为改良剂进行田间小区试验研究，旨在阐明改良风沙土的适宜粘土施用量以及施用方式; 为指导该地区农业生产提供理论依据。
1 材料与研究方法
1. 1 研究区域概况
试验于 2014 年在内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼后旗巴胡塔镇乌旦塔拉的新开垦农田上进行，试验田中心位置地处北纬 43°3'59″，东经 122°17'50″。试验所在地区属于温带大陆性季风气候，年平均气温 6. 1℃ ; 年均降雨量为 384mm，降雨主要集中在 7 - 8 月份，两个月的降雨量占全年降雨量的 51% ; 年均蒸发量为 1563. 2mm，是降雨量的 4 倍多，海拔高度为 160 - 180m[6] ; 土壤类型主要为风沙土，还有少量的褐土、黑钙土等。
1. 2 试验材料
供试土壤为新开垦的风沙土，粘土来源于当地池塘底部淤泥，供试玉米品种为宏育 415( 通辽市农业局提供) 。沙土的粒径分析及沙土、粘土的基本理化性质( 表 1、表 2) 。
1. 3 试验设计与实施
采用田间小区试验的研究方法。粘土用量设置四个水平( CK、C1、C2、C3，下同) : 0、150、300、600t hm - 2 ; 粘土施用方式设置两个水平: 0 - 10cm 表层混施( 表施，下同) ，0 - 25cm 耕层混施( 底施，下同) 。根据粘土施用方式将试验田裂区，各试验区内，根据粘土施用水平划分小区，每个水平重复三次。即粘土施用量、施用方式两个因素，其中施用量设置 4 个水平，施用方式 2 个水平，共计 8 个处理，每个处理重复 3 次，小区总数为 24 个，每个小区面积为 12m2 ( 3 × 4m) ，小区布置上采用随机排列的方式。所有小区施肥量、灌溉量以及田间管理均按当地最优化模式操作。
1. 4 测定项目与方法
分别在玉米苗期、拔节期、吐丝期测定叶片 SPAD 值、叶枕株高; 玉米拔节期，试验田灌溉之后连续 4 天测定每个小区的土壤表层( 0 - 20cm) 容积含水量，文中选用第 3 天的数据; 测产。每个小区内随机选取 5 株具有代表性的玉米，采用手持式叶绿素测量仪器( SPAD - 502，Soil and Plant Analyzer Development) ，分别测定叶片的 SPAD 值，并求其平均值; 玉米叶枕株高采用普通卷尺测量; 土壤表层容积含水量采用时域反射仪( TDR) 测定; 玉米成熟收获后，晾晒、拷种、测产。
1. 5 数据处理
采用 Microsoft EXCEL2010 和 SPSS20. 0 处理数据并进行方差分析，多重比较采用 Duncan 新复极差法进行。
2 结果与分析
2. 1 粘土施加量及施用方式对风沙土保水性的影响
在风沙土中施入粘土，可以改善风沙土的气孔结构，使内部孔隙增多，因而土壤容重降低，土壤保水性增强[7]。试验测得，不同处理下土壤水分含量的变化( 表 3) 。
由图 1 可知，粘土分别在表施、底施处理下，随着粘土施用量的增加，土壤含水量也随着升高，但是在施加粘土量少时，保水效果不显著; 施加高量粘土时，土壤含水量显著提高。与对照组相比，C1、C2 处理组中土壤水含量增加的效果不显著，而 C3 处理组与对照组比较，土壤含水量显著增加; 由此说明，采用施加粘土的方法改良风沙土，在施用量( > 600t hm - 2 ) 高时，可以显著地提高风沙土的保水、持水性。土壤粘粒比表面积大，具有较强的吸附作用，与沙土混合，其可以填充在沙土的大孔隙之间，改善沙土的理化性质，提高沙土的保水性。同时，风沙土具有排斥低含量水分的性质，在其表层混施粘土可以降低其斥水性，提高土壤保水性[8]。
分析粘土施用方式对土壤含水量的影响: 整体上，在粘土施用量相同的条件下，底施可显著地提高土壤含水量; 其中 C1 处理组底施对土壤含水量的提高达到了极显著水平( P = 0. 007 < 0. 01) ，在 C3 处理组中，底施与表施对土壤含水量的影响之间没有显著差异。因此，在粘土施用量( < 150t hm - 2 ) 少时，底施的效果相对更佳; 说明粘土底施有助于风沙土形成隔水层，可有效阻止水分向下漏失。
2. 2 粘土施加量及施用方式对玉米叶片 SPAD 值的影响
粘土表施与底施，对玉米叶绿素测定值的影响差异不明显; 与对照组相比，不同粘土施加量均能显著提高玉米叶绿素的含量( 图 2 - 3) 。从 6 月 17 日玉米发芽到 8 月 13 日吐丝，施加粘土对玉米叶绿素的影响大致分为 3 个阶段: 苗期( 6 月 17 - 29 日，下同) ，玉米叶绿素测定值均在 40 左右，各个处理组之间差异不明显。
拔节期( 6 月 29 日 - 7 月 30 日，下同) ，与对照组相比，各处理组叶绿素测定值有显著的差异，但是各个处理组之间的差异不明显; 其中粘土表施，C3 处理组叶绿素测定值比对照组叶绿素测定值增长了 77. 5% ; 底施中，C3 处理组叶绿素测定值比对照组叶绿素测定值增长了 56. 8% 。
吐丝期( 7 月 30 日 - 8 月 16 日，下同) ，与对照组相比，各处理组叶绿素测定值有更加显著的差异，同时各处理组之间叶绿素的测定值也有显著差异，从高到低的顺序为: C3 > C2 > C1 > CK。对照组叶绿素测定值较拔节期时变化不大; 处理组中，随着粘土施用量的增加，叶绿素测定值也随着增高; 其中粘土表施， C3 处理组叶绿素测定值比对照组叶绿素测定值增长了 108. 7% ; 底施中，C3 处理组叶绿素测定值比对照组叶绿素测定值增长了 87. 5% 。
玉米生长期叶绿素含量变化的现象说明，在玉米生长的苗期，不论粘土表施还是底施，对照组风沙土可以满足玉米对养分与水分的需求; 而到了拔节、吐丝期，由于玉米的快速生长，特别是叶片数量的增多与茎秆的长高，使得玉米对养分与水分条件的要求更高，需求量也剧增，于是由粘土施入量的不同造成的养分与水分供应能力的差异就逐渐呈现出来了，玉米叶片叶绿素含量也有了显著的变化。
2. 3 粘土施加量及施用方式对玉米叶枕株高的影响
粘土施加量及施加方式不同，风沙土的改良效果各异，因此，玉米的长势也不一致。玉米叶枕株高变化( 表 4) 。
粘土在相同施用方式( 表施、底施) 下，不同施加量可以明显地促进玉米的生长，总的趋势为 C3 > C2 > C1 > CK( 图 4 - 5) 。苗期，玉米株高均在 15cm 附近，处理组与对照组之间没有明显的差异。拔节期，玉米株高表现出显著的差异: 表施，粘土施加量在 C2 水平以上，可以显著( P≤0. 05) 地促进玉米株高的生长; 底施，粘土施加量在 C1 水平以上，可以极显著( P≤0. 01) 地促进玉米株高的生长。拔节中期至吐丝期，不论是表施还是底施，与对照组比较，只有在粘土施加量高时，才表现出明显地差异性。
分析粘土施用方式对玉米株高的影响，在施加量相同时，苗期玉米株高相一致，底施与表施差异不明显。拔节期，在粘土施加水平为 C1、C2 时，与表施相比，底施处理的小区，玉米株高显著地增高。拔节中期 - 吐丝期，底施玉米株高普遍要高于底施，但是只有在粘土施加水平为 C1 时，底施与表施之间玉米株高才表现出差异性。
玉米生长期株高变化与叶片 SPAD 值的变化相一致，在玉米生长的苗期，不论粘土表施还是底施，对照组风沙土可以满足玉米对养分与水分的需求; 而到了拔节、吐丝期，由于玉米的快速生长，对水分和养分的需要量大增，于是由粘土施入量以及施用方式的不同造成的养分与水分供应能力的差异就逐渐呈现出来，玉米株高也有了显著的变化。拔节期是玉米水分敏感期，该阶段水分亏缺会对作物的株高等营养生长造成显著影响[9]。
2. 4 粘土施加量及施用方式对玉米产量的影响
对图 6 分析可知，粘土在相同施用方式( 表施、底施) 下，玉米产量总的趋势为 C3 > C2 > C1 > CK。表施，与对照组比较，粘土施用量在 C3 水平时，玉米产量表现出明显的差异; 底施，与对照组比较，粘土施用量在 C1 水平以上时，玉米产量表现出显著的差异; 说明随着粘土施用量的增加，玉米产量也随之增加，但底施的效果更加明显。
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施用量相同时，由粘土施用方式对产量的影响分析: 粘土施用量在 C3 水平时，表施与底施之间差异不显著，其他水平下，两种施用方式对玉米产量均有显著的差异，特别是在 CK 处理下达到极显著水平( P≤0. 01) ，说明底施时，更有利于风沙土对水分和养分的保持，促进玉米产量的提高。从结果分析，试验处理对玉米产量的影响与对株高的变化规律相一致，株高在很大程度上决定了玉米群体冠层对光的截获能力和光能利用率[10] ; 因此，玉米株高与产量有较大的关联性[11]。
3 讨论
有研究表明，采用室内盆栽的方法，以粘土作为风沙土改良剂，可以增强风沙土的保水保肥性，促进植物的生长、提高作物的光合作用及产量等。文中通过田间试验对改良剂粘土的研究结果与以往的结论一致，同时本试验还设置了不同粘土施用方式对风沙土改良的影响; 结果表明: 在施加低量( < 150t hm - 2 ) 粘土时，底施的改良效果更加显著，尤其在玉米的产量上表现的最为明显。分析其原因: 一方面，底施加深了改良层的深度，有助于提高耕层的保水保肥能力，促进玉米的生长及产量的提高; 另一方面，粘粒在降雨或灌溉等水分作用下，向下淋溶至一定深度形成隔水层，可以有效地阻止水肥的漏失; 粘土施用量少时，底施，粘粒更容易向下淋溶形成隔水层，这可以从粘土底施时，与对照组比较，施加量在 C1 水平土壤含水量就出现显著差异，而表施时，在 C3 水平才出现差异的现象中说明。粘土施用量( > 600t hm - 2 ) 高时，施用方式之间无差异，且均能显著地提高风沙土的保水保肥性，促进玉米光合作用产物的积累; 其可能的原因: 高量的粘土使风沙土的理化性质得到改良，因此，能够为玉米生长提供所需的各种养分，这可以从粘土施加量在 C3 水平时，表施玉米产量与底施无差异，但分别与对照组比较，均表现出显著的差异性的现象中说明。
4 结论
( 1) 无论表施还是底施，风沙土的保水性随着粘土施用量的增加而增强; 与对照组相比较，粘土施用量在 C3 水平( 600t hm - 2 ) 以上时，可以显著地提高土壤的含水量; 在粘土施用量相同的条件下，与表施相比，粘土底施可显著地提高土壤含水量; 特别是在粘土施用量( < 150t hm - 2 ) 少时，底施的效果相对更佳。
( 2) 玉米生长的各个时期，粘土表施还是底施对玉米叶片 SPAD 值的差异不明显。在施用方式相同时，粘土施用量对玉米叶片 SPAD 值有显著性差异: 苗期，玉米苗长势一致，不同处理之间差异不显著; 拔节期与吐丝期，与对照组相比，粘土施加量在 C1 水平( 150t hm - 2 ) 以上时，可以显著地提高玉米叶片的 SPAD 值。
( 3) 施用方式一致时，不同粘土施加量可以明显地促进玉米的生长，总的趋势为 C3 > C2 > C1 > CK。苗期，各个处理之间差异不明显; 拔节期，表施，与对照组相比，粘土施加量在 C2 水平( 300t hm - 2 ) 以上时，可以显著地促进玉米株高的生长，底施，与对照组相比，粘土施加量在 C1 水平( 150t hm - 2 ) 以上时，就可以显著地促进玉米株高的生长; 吐丝期，无论是表施还是底施，粘土用量在 C3 水平以上时，与对照组比较，玉米株高才表现出明显地增高现象。相同粘土施用量时，底施的效果普遍高于表施。
( 4) 玉米株高与产量之间有较大的关联性; 施用方式一致时，不同粘土施加量可以显著地促进玉米产量的提高，总的趋势为 C3 > C2 > C1 > CK。粘土施用量水平( < 300t hm - 2 ) 低时，底施的效果明显优于表施。——论文作者：宋明元，吕贻忠
参考文献
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