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不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响

   日期:2020-04-27 13:00:39      浏览:22    
核心提示:适宜质量分数改性纤维素对小麦生长有一定促进作用,不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响存在差异。施加纤维素的土壤能够涵养水分并将其供应给小麦[26],保证小麦的正常生长。
纤维素具有吸收和保蓄水分的作用。本研究结果表明,3种纤维素均具有一定吸收、保蓄水分的能力,施入土壤后具有良好的吸水性,吸水膨胀形成水凝胶[21]。改性后的纤维素比表面积增大[22],通过包裹等物理吸附将土壤中的水分和养分固定在纤维素中,并在后期进行缓慢的释放,从而能够提高水肥的利用效率。在小麦生长过程中,纤维素能够减少水分的无效蒸发,提高土壤含水量。

由于3种纤维素取代度和粘度不同,在施入土壤后表现的吸水效果也不相同[23]。在土壤干旱胁迫中,纤维素能够将吸收的水分缓慢释放,增强土壤的保水能力,与前人的研究结果相一致[24]。随着纤维素质量分数的升高,土壤含水量呈增加趋势,这与宋海燕等[25]的研究结果一致。
 
适宜质量分数改性纤维素对小麦生长有一定促进作用,不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响存在差异。施加纤维素的土壤能够涵养水分并将其供应给小麦[26],保证小麦的正常生长。但添加3%CMC-NH4和CMC-Na对小麦盆栽生长产生阻碍作用,推测可能的原因是纤维素质量分数过高导致土壤板结,土壤的通气性下降[27],对小麦出芽和生长的阻力太大;也可能由于纤维素吸水倍率高,纤维素在小麦出苗阶段与其争夺土壤中水分,导致小麦出苗率低生长受阻。施加适量质量分数的纤维素有利于小麦地上部分生物量的积累,其中以CMC-Na效果最为显著,这与杨永辉等[28]对冬小麦生物量研究结果一致。

不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响

施加纤维素为0.1%时,都会显著增加小麦盆栽生物量,而施加质量分数为3%时,不仅对生物量积累没有促进作用,反而会产生阻碍作用。由于纤维素质量分数过高导致吸水量大,从而与小麦根系争夺水分影响小麦株高以及生物量的积累。通过小麦株高和生物量积累说明纤维素的施加质量分数并非越多越好,只有适量才能够有效促进小麦生长,过高过低的施用量均达不到最佳的作用效果。
 
施加改性纤维素对土壤理化性质有所改变,延安安塞区新造土壤pH为8.22,施加溶于水后呈酸性的CMC-NH4能够降低土壤pH,而施加CMC-Na和CMC-K会使土壤pH升高,前人研究表明,当pH为6.5时是小麦盆栽种子萌发以及幼苗生长的最适值[29]。施加纤维素能够改善土壤结构,白文波等[30]研究发现土壤中加入保水剂能够使土壤体积膨胀、总孔隙度增加、密度降低。在本研究中发现,施加CMC-Na土壤紧实度显著增强,由于CMC-Na具有较强的极性[31],在土壤中会使土壤粘合度增强,土壤硬度提高,紧实度增强。

土壤施加CMC-Na后粘合作用较强,浇水时水分无法及时吸收,水流失的同时会带动土壤一起流失。施加CMC-NH4对土壤流失有减少作用,随着CMC-NH4质量分数升高,土壤流失量呈现增加趋势,由于低质量分数纤维素成块性好土壤粘合作用强,纤维素恰好能吸附土壤水分使其不流失。CMC-K作为3种纤维素中吸水速率最快的材料,其自身极性小,施入土壤后不会出现结块现象,但对减少土壤流失同样具有显著效果。

不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响
 
养分积累是生物量积累的基础,也是作物产量形成的基础,提高养分吸收能力、保证养分充足的供应是作物高产的关键[9]。改性纤维素与保水剂类似,能够吸附土壤中的养分并在后期进行缓慢释放,从而能够减少可溶性养分的淋溶流失,使养分能够提供植物生长需求[32]。不同的是,CMC-NH4和CMC-K在改性后纤维素中包含的氮元素和钾元素也能够为植物生长提供养分。本研究中发现,施加CMC-NH4土壤碱解氮质量分数显著高于对照处理,而且随着CMC-NH4质量分数升高土壤碱解氮质量分数显著增高,说明CMC-NH4中氮素能够释放到土壤当中,氮的供给是决定作物产量最重要的因素[33]。

前人研究发现,土壤中加入保水剂对尿素有很好的缓释作用,缓控释肥能够显著提高肥料的利用效率,甚至效果超过分次施肥处理[34],施加CMC-NH4后不仅可以满足植物对氮素的需求,同时也能够保证纤维素在后期的持续供氮能力[35]。钾元素参与作物光合作用、光呼吸以及作物生长发育过程[36],作物利用钾元素会使得根际土壤中钾浓度低于土壤中水溶性钾浓度(0.1~1mol·L-1)[37],缺乏钾元素会影响作物生长甚至会影响作物质量和产量[38]。施用CMC-K后土壤有效钾质量分数显著提高,说明CMC-K中钾元素能够释放到土壤当中,后期能够对作物增产有促进作用[39]。

不同纤维素处理对小麦盆栽生长的影响

但土壤中速效磷质量分数相比于对照显著降低,推测CMC-K会与磷酸二铵发生置换反应,反应中磷被消耗;或由于CMC-K中可能含有杂质(钙、镁离子)与磷酸二铵反应产生无法直接被作物利用的沉淀。纤维素施于土壤后能够吸附土壤养分并有较好的固持作用,与前人研究结果一致[40],但土壤中速效磷质量分数显著低于对照处理,说明纤维素对土壤磷素的吸持或活化能力较弱,这与马征等[41]研究保水剂对土壤磷的研究结果一致。
 
施加改性纤维素不仅对土壤水分、养分起到保蓄作用,在作物需要时供给作物,同时也能够提供作物生长所需的养分,能够减少化肥的使用,减少化肥分次施入产生的劳动成本,也可以减少化肥对生态环境的破坏以及对资源可持续利用的威胁。
 
但质量分数过高会对土壤理化性状改变较大,会影响小麦出苗以及正常的生长过程。综合土壤水分、作物生长、土壤理化性状和土壤养分的变化情况,纤维素材料的质量分数过低过高均不能达到理想作用效果。

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