聚丙烯酰胺(PAM, Polyacrylamide)作为一种高 分子聚合物，能以各种比例溶于水，具有很强的粘聚 作用。聚丙烯酰胺分子链上的酰胺基可与许多物质 亲和、吸附形成氢键，使细小的土壤颗粒黏结而不 易移动，从而保持较好的土壤结构；聚丙烯酰胺还能 提高肥料利用率和作物产量，改善土壤生态环 ±身2-3]，増加土壤中团聚体的稳定性，防止土壤结 皮，増加土壤水分入渗，减少地表径流，防止水土流 失，抑制水分蒸发14~ -'具有保水、保土、保肥、増产 等效用，己成为解决干旱地区水资源短缺的一条新 途径。有关聚丙烯酰胺在水土保持方面的研究较 多[6-7]，而在农业生产中的应用较少。为了促进节 水农业的发展及寻求聚丙烯酰胺在农业生产中的最 佳施用方式，2010年在河套灌区开展了不同施用方 式对土壤水分、土壤温度和春小麦生产的影响研究。

1材料与方法

1.1试验地的自然条件

坝楞村地处干旱、半干旱荒漠草原带，年均气温

7.6 °C，降雨量142. 7 mm，蒸发量2 381. 8 mm，无霜 期136~ 144 d。试验地土壤为灌於土，质地为壤土， 灌淤层厚度为1. 0 m左右，耕层有机质约10. 0 g#kg- 田间持水量23. 23%，凋萎系数11. 07%，0~ 80 cm 土层土壤容重为1.48 g# cm- 3,地下水位3. 0 m以下。

1. 2材料与方法

供试春小麦品种为永良4号，2010年3月25日 顶凌播种。试验用聚丙烯酰胺为白色粉末，分子量 120万Da( Da表示一个C12原子质量的1/12)。参照 员学锋[3]、杜社妮、冒建华的试验结果，聚丙烯 酰胺的施用量为45 kg # hm- 2。

试验以不施聚丙烯酰胺为对照，设有沟施、混施 和撒施。对照是在春小麦播种前开深6. 0 cm、宽

8.0 cm的小沟，将化肥均匀撒施在沟内，耱平小沟， 然后种植春小麦。沟施是在开沟施肥时将聚丙烯酰 胺均匀撒施在沟内。混施是将聚丙烯酰胺均匀撒施 在地表，然后开沟施肥。撒施是在开沟施肥、种植春 小麦后将聚丙烯酰胺均匀撒施在地表上，沟施、混 施、撒施的开沟深度与对照一样，都是6. 0 cm。试 验重复3次，共12个小区。小区面积为4. 8 m x kg#hm 2。不同处理播种时施磷酸二铵375. 0 kg#hm-2,氯化钾37. 5 kg#hm- 2,小麦拔节期随灌溉 追施尿素150.0kg#hm-2。小麦分蘖期(5月14日）、 拔节期(5月24日）、灌浆期(6月23日）和蜡熟期(7 月7日）进行灌溉，灌水量分别为90、75、90 mm和75 mm。小麦生育期内不同处理的灌水量、灌水次数、 施肥、追肥、除草等管理措施相同。

1.3测定项目

土壤水分春小麦根系主要分布于20~ 40 cm 土层。播种前以10 cm 土层为单位，烘干法测定0~ 80 cm 土层土壤水分。春小麦苗期（4月15日）、三 叶期(5月7日）、拔节期（5月19日）、孕穗期(5月 31日）、开花期(6月17日）以及收获期（7月12日） 测定不同处理0~ 80 cm 土层土壤含水率(质量％)。 根据不同土层的土壤体积质量、土层厚度和土壤含水 率换算出不同土层的土壤水层厚度(mm)18'10- 11]。

土壤温度根据《中华人民共和国气象行业标 准〉，12]，在春小麦出苗期、分蘖期测定不同处理的地 表温度和10、20 cm 土层土壤温度。

生物量春小麦分蘖期以种植行为圆心，用根 钻(根钻直径为10 cm)测定小麦根系生物量和分布 深度。春小麦抽穗期调查株高、穗、茎秆、叶片生物 量及根系生物量、根系分布深度。成熟期以1. 0 m2 为单位取样，测定单位面积小麦的穗数、无效蘖及茎 秆、叶片、颖片、籽粒生物量和千粒质量。

小区旁设有农田小气候监测仪，测定小麦生长 期间的降水量。

试验地平整，土壤质地均一，根据不同处理的生 物量、籽粒产量和生长期间的有效降水量（一次或 24 h降水量大于5. 0 mm的降水量）、灌溉量，计算不

同处理的田间耗水量、水分利用效率、水分产出 率[8,10- 11]。

1.4数据处理

试验数据采用Excel 2003制作图表，用SPSS 10. 0软件进行单因素方差分析;如果差异显著，则采 用邓肯检验进行多重比较，检验处理间的差异显著 性。

2结果与分析

2.1春小麦生长期间的降水量

从播种到收获(3月25日到7月12日）共降水

期到孕穗期，苗期、收获期降水较少。2010年春小 麦播种前0~ 80 cm 土层土壤含水量为298. 30 mm。 2. 2不同施用方式对土壤水分的影响

小麦生长期0~ 80 cm 土层土壤水分表现为开 花期最低，拔节期、孕穗期较高（图1)。

播种到出苗期为土壤冻融阶段。出苗期沟施、 混施、撒施耕层(0~ 20 cm 土层）土壤水分含量分别 为54. 13、3. 65、4. 42 mm，显著高于（P< 0. 01)对 照(45. 50 mm)，不同施用方式间无显著差异。出苗 期深层土壤仍处于冻结状态，沟施、混施、撒施20~ 80 cm 土层分别为 257. 53、258. 95、261. 01 mm，聚丙烯酰胺施用方式对土壤水热及春小麦生产的影响,略高 于对照(251. 64 mm)，但无显著差异。出苗期沟施、 混施、撒施0~ 80 cm 土层土壤水分含量均显著高于 (P< 0.05)对照，不同处理间无显著差异（图1)。

苗期到三叶期无有效降水，土壤水分较出苗期 显著降低（图1)。三叶期沟施、混施、撒施耕层(0~ 20 cm) 土壤水分含量分别为43. 41、42. 80、42. 90 mm，均极显著高于对照（36. 70 mm)，不同施用方式 之间无显著差异。三叶期沟施、混施、撒施20~ 80 cm 土层土壤水含量分别为235. 18、229. 05、227. 12 mm，略高于对照(224. 02 mm)，但无显著差异。三叶 期沟施0~ 80 cm 土层土壤水分含量显著高于对照， 混施、撒施与对照无显著差异。

三叶期到拔节期有效降水量为5. 4 mm，灌水90 mm(5月14日）。由于土壤水分测定日较灌水期较

近，不同处理间无显著差异（图1)

孕穗期对照、沟施、混施、撒施耕层(0~ 20 cm) 土壤水分含量分别为51. 78、52. 54、53. 58、57. 30 mm，撒施显著高于其他处理;0~ 80 cm 土层土壤含 水量分别为 273. 59、276. 19、279. 88、286. 42 mm，撒 施显著高于对照，其他处理间无显著差异。

孕穗期到开花期土壤水分含量急剧下降（图

1)。开花期沟施、混施、撒施耕层(0~ 20 cm) 土壤水 分含量分别为23. 35、22. 14、25. 05 mm，极显著低于 萎蔫系数（耕层32. 76 mm)，但沟施、撒施仍极显著 高于对照(20. 54 mm)，混施显著高于对照。开花期 沟施、混施、撒施20~ 80 cm 土层土壤水含量分别为 167. 90、165. 10、171. 01 mm，其中撒施显著高于对照 (162. 47 mm)。开花期沟施、混施、撒施0~ 80 cm 土 层土壤水分含量分别为191. 25、187. 24、196. 06 mm， 其中撒施显著高于对照（183. 01 _)，其它处理间无 显著差异。

收获期沟施、混施、撒施耕层(0~ 20 cm) 土壤水 分含量分别为54.50、55.80、53.12^«，均显著低于 对照（59. 20 mm)。沟施、混施、撒施20~ 80 cm 土层 土壤水含量分别为245. 30、247. 20、243. 10 mm，均略 低于对照(254. 96 mm)，但无显著差异。沟施、混施、 撒施、对照0~ 80 cm 土层土壤水含量分别为299. 80、303. 00、296. 22、314. 16 mm，其中仅撒施显著低 于对照。 

图1不同处理春小麦在不同生长期0~ 80 cm 土层土壤水分含量

Fig. 1 Soil moisturedifferent treatments during different grooving stage of spring wheat

 1)。沟施对10 cm 土层的土壤温度影响相对较大。

出苗期沟施、撒施20 cm 土层土壤的最高温度

显著高于对照。沟施、混施、撒施的最低温度显著高 .

聚丙烯酰胺施入土壤，一方面可提高土壤的含 水量，另一方面可显著改善土壤的保温性12> 13]。

2. 3.1出苗期土壤温度影响作物根系生长以及

土壤养分有效性和微生物活性[14]。出苗期不同施 用方式均极显著降低了地表最高温度，提高了最低 温度，降低了日温差及日均温(表1)，其中撒施对地

表温度影响较大。

沟施、混施、撒施10 cm 土层土壤的最高温度显 著高于对照，最低温度极显著高于对照;撒施的日温 差显著低于对照，沟施的日均温显著低于对照于对照，日温差与对照无显著差异，日均温均显著低 20 cm 土层的土壤温度影响相对较大。

于对照，其中沟施极显著低于对照(表1)。沟施对

表1春小麦出苗期土壤温度状况/°C

Table 1 Soil temperature under different PAM applying treatiments at eimergence stage of spring wTheat

低度11- 最温§

日温差日均温 DailyDaily

tempera-mean

最高最低日温差日均温最高

温度温度DailyDa ily温度

M ax.Min.tem pera-m eanMax.

最高 最低 日温差日均温 处理方式温度温度DailyDaik

TreatmentsMax. Min.tempera-mean

地表 Earth surface10 cm 土层 10 cm soil layer20 cm 土层 20 cm soil layer

t empera- t empera-

turetempera-tempera- tempera-turetempera-tempera- tempera¬

ture tempera

t uret uredifferencet uretureturedifferenceturetureturedifferenceture

对照CK29.2aA5. 6cC23. 6aA19.6A12. 3b2. 0cB10.3a8. 9a7. 1b2. 7b4. 4a5.2aA

沟施 Furrowing28. 0bB6L 2bB21. 8bB18. 6bB12.9a2. 8aA10. 1ab8. 3b7. 6a3. 2a4. 4a4. 6cB

混施Mixing27. 2cBC6 4bB20. 8cC18.4bcB12.8a2. 6bA10. 2ab8. 6ab7. 4ab3. 0a4. 4a4.9bAB

撒施 Broadcasting26. 8dC7. 6aA19. 2dD18. 2cB12.7a2. 8aA9. 9b8. 5ab7. 5a3. 1a4. 4a4. 8bcAB

注:试验数据采用邓肯新复极差法进行统计分析，同列不同小、大写字母分别表示差异达显著(P<0.05)和极显著(P< 0.01)水平，下同。

Note: Data in the tatle are teS:edwith Dunca^i* s new multiple ra^ige test( SSR) . Dfferent small and capital letters in the same column denote significant di- ference at 0.05 and 0. 01 level, respectively. The same in following tables. 

2.3.2分蘗期分蘖期撒施的地表最高温度显著 低于对照与沟施。沟施、混施、撒施的最低温度极显 著高于对照，且撒施显著高于沟施与混施。沟施、混 施、撒施的日温差极显著低于对照，聚丙烯酰胺施用方式对土壤水热及春小麦生产的影响,且撒施极显著低 于沟施，显著低于混施。不同施用方式的日均温均 极显著低于对照，且撒施极显著低于沟施与混施，混 施显著低于沟施(表2)。分蘖期撒施对地表温度的 影响相对较大。

分蘖期沟施、混施、撒施10 cm 土层土壤最高温 度极显著高于对照，且沟施极显著高于混施与撒施， 撒施显著高于混施。沟施、撒施的最低温度显著高 于对照与混施。日温差为沟施、混施极显著高于对 照与撒施。不同施用方式的日均温均显著低于对 照，其中沟施最低，但不同施用方式间无显著差异 (表2)。沟施对10 cm 土层的土壤温度影响相对较 大。

沟施、撒施、混施20 cm 土层最高温度、最低温 度均略高于对照，但无显著差异。沟施的日温差显 著高于对照，混施、撒施与对照无显著差异。不同施 用方式的日均温均略低于对照，但无显著差异(表2)。 2. 4不同施用方式对春小麦生长的影响 2.4. 1拔节期和孕穗期较高的土壤水分、较低的 气温及土壤温度利于春小麦根系生长，减少分 蘖[15]。拔节期不同处理单株的地上部生物量、根系 生物量、分蘖数为撒施> 混施> 沟施> 对照，聚丙烯 酰胺极显著促进了春小麦生长，且撒施的根系生物 量、分蘖数显著大于沟施，沟施的根系分布深度显著 深于对照及混施、撒施(表3)。

孕穗期撒施、混施的株高略高于对照，沟施略低 于对照。不同施用方式极显著提高了地上部生物量 及根系生物量。撒施的根系生物量极显著大于沟 施，显著大于混施，混施显著大于沟施。沟施、混施 的春小麦根系分布深度极显著深于撒施及对照，沟 施极显著深于混施(表3)。 

表2春小麦分蘖期土壤温度状况/ °C

Table 2 Soil temperature under different PAM applying treatiments at tillering stage of spring wheat

处理方式

Treatments地表 Earth surface10 ■cm 土层 10 cm soil layer20cm 土层 20 cm soil layer

最高 温度 Max. t empera- t ure最低 温度 Min. t em pera- t ure日温差 Daily t em pera- t ure

difference日均温 Daily mean t empera- t ure最高 温度 M ax. tem pera- ture最低

温度

Min.

tempera¬

ture日温差 Daily tem pera- ture

difference日均温 Da ily m ean tem pera- ture最高

温度

Max.

tempera¬

ture最低

温度

Min.

tempera¬

ture日温差

Daily

tempera¬

ture

difference日均温 Daily mea n tempera¬ture

对照CK51.2a8.7cB42. 5aA35.CaA21. 5dC8. 5b13. 0cC17.3a17.6a10.8a6. 8b14.3a

沟施 Furrowing49.3b10. 7bA38. 6bB33. 7bB24.4aA9. 4a15.0aA16. 6b18. 1a11. 1a7. 2a13.9a

混施 Mixing48. 9bc10. 8bA38.1bBC33. 1cB22. 6cB8. 7b13. 9bB16. 9b17.8a10.9a6L 9ab14.0a

撒施 Broadcasting48.4c11.2aA37. 2cC31. 5dC23. 0bB9. 2a12. 8cC16. 9b17.8a11. 1a6. 7b14.1a

 

表3拔节期、孕穗期不同处理的生长状况

Table 3Girj^vth paraimeters of spriiig wheat at jointing and boot stage

拔节期 Jointing stage孕穗期 Booting stage

处理方式

Treatments地上部生物量 /(g•株-l) Above-ground biomass /(g# plant-1)根系生物量 /(g# 株-1)

Root biomass /(g# plant-1)分蘖数

Tiller

number根系深度 Root depth /cm株高 Plant height / cm地上部生物量 /(g# 株-1)

Above- ground biomass /(g# plant-1)根系生物量 /(g•株-1)

Ro ot biom ass /(g-plant-1)根系深度 Root depth / cm

对照CK0.11bB0. 032cB1. 13cB34.0b43. 14a0. 358bBft055dC50. 0cC

沟施 Furrowing0.21aA0. 046bA1.18bA38.3a42. 34a0.480aA0. 064cB59.0aA

混施Mixing0.22aA0. 049abA1. 21abA35.0b43.40a0.496aA0 . 068bAB56.0bB

撒施 BnoadcaFtibg0.23aA0.052aA1.25aA34.2b43. 64a0. 512aAft072aA51. 0cC

 

2. 4.2收获期对照小麦于7月8 -9日成熟，而 撒施、沟施、混施于11 一12日成熟，较对照延迟3~ 4 d〇

不同施用方式极显著提高了茎秆、叶片、颖片及 地上部总生物量，聚丙烯酰胺施用方式对土壤水热及春小麦生产的影响,其中撒施、沟施效果较强，混施较 弱。不同施用方式提高了籽粒产量及千粒质量，沟 施、混施、撒施较对照分别増产9. 11%、3. 94%和 28. 82%，沟施显著高于对照，撒施极显著高于对照 及沟施与混施(表4)。不同施用方式的经济系数均 显著高于对照，其中撒施、混施极显著高于对照。

2. 5不同施用方式对水分利用效率的影响

小麦生长期间有效降水56. 6 mm,灌水330. 0

mm。不同施用方式的耗水量较对照高10. 0~ 15.0 mm,但无显著差异(表5)。

沟施、混施、撒施的水分利用效率分别较对照提 高了 15. 01%、11. 43%、23. 53% ,均极显著高于对 照，且撒施显著高于沟施，极显著高于混施。沟施、 混施、撒施水分产出率较对照提高了 6. 00%、 1. 54%、24. 27%，其中撒施极显著高于沟施、混施及 对照，沟施显著高于对照。沟施、混施、撒施灌溉水 产出率较对照提高了 9. 11%、. 92%、28. 80%，撒施 极显著高于沟施、混施及对照，沟施显著高于对照 (表5)。不同处理中，撒施的水分利用效率、水分产 出率、灌溉水产出率最高。 

表4收获期不同处理的生物量 Table 4 Biomass of spriig 'wheat in harvest time

处理方式

Treatments茎杆

Stalk

/(g#m-2)叶片

Leaves

/(g#m-2)颖片

Glume

/(g#m-2)籽粒

Kernel

/(g#m-2)总生物量 Tota l biomass /(g#m-2)穗数

/ (个#m- 2) Spike number / (spikes# m- 2)无效蘖 / (个#m- 2)

Ineffective tillers

/ (tillers# m- 2)千粒质量

1000-kernel weight

/g经济系数 Economic co efficient

对照CK249. 87bB100. 55 bB216. 95 bB521.43cB1088. 80<C576a86aA28.31b0.29cB

沟施 Furrowibg287.54aA138. 29 aA294.32 aA568.95bB1289.10bAB561a62cC29. 39ab0. 31bAB

混施Mixing279.45aA132. 57288 . 23 aA541. 97bcB1242. 22bB569a77bB28.57ab0. 33aA

撒施 Broadcating289.38aA138. 08 aA295 . 87 aA671.69aA1395 . 02aA557a50dD29. 95a0. 33aA

表5不同处理的耗水量及水分利用效率

Table 5 Water consumption aiidwater use efficiency under different treatiments

处理方式

Treatments土壤水分/mm Soil moisture有效 降水量 Effective rainfall / mm灌水量

inigation water / mm耗水量

W ater

consumption / mm产量

Yield

/( kg# hm- 2)生物量 Biom ass /(kg# hm-2)水分利用效率 WLE

/ ( kg# mm- 1

# hm- 2)水分产出率 Water output rate

/ ( kg# mm- 1

# hm- 2)灌溉水产出率

irrigation water output rate / ( kg# mm- 1

# hm- 2)

播种前

Before

sowing收获期

Harvest

对照 CK298. 30283.26a56. 6330401.64a3233. 4cC1C888. 0cC27. 11cC12. 98cB15.80cB

沟施 Furrowing298. 30271. 50ab56. 6330413. 40a4122. 9bB12891.0bAB31. 18bAB13. 76bB17. 24bB

混施 Mixing298. 30273. 70ab56. 6330411.20a4098. 6bB12422. 2bB30.21bB13. 18bcB16. 42bcB

撒施 Broadcasting298. 30268. 32b56. 6330416. 58a4593. 7aA13950 . 2aA33.49aA16. 13aA20. 35aA

 

3讨论

聚丙烯酰胺可促进土壤水分入渗[16]，増加可供 作物利用的水分117]。聚丙烯酰胺施用方式对土壤水热及春小麦生产的影响,河套灌区沟施、混施、撒施聚 丙烯酰胺，提高了土壤水分，特别是提高了小麦水分 临界期的土壤水分，为小麦生长提供了相对良好的 土壤环境，促进小麦生长，提高小麦产量。沟施、混 施、撒施的效果不同，主要与聚丙烯酰胺的性质与河 套灌区的土壤质地密切相关。聚丙烯酰胺撒施于地 表，灌溉时可促进水分快速入渗，提高深层土壤水分 含量，且灌水后在土壤表层形成一层薄膜，阻碍水分 蒸发。聚丙烯酰胺沟施、混施于土壤，由于聚丙烯酰 胺在絮凝土壤的同时，长链尾部会堵塞土壤颗粒间 的孔隙，减少土壤水分入渗，从而减少土壤水分含 量。河套灌区土壤中的Na+、K+、Mg2+、Ca2+等阳离 子含量较高，特别是土壤中的Mg2+、Ca2+等金属阳 离子，可降低聚丙烯酰胺的吸水倍率117]。沟施、混 施的聚丙烯酰胺与土壤密切接触，特别是混施，将聚 丙烯酰胺均匀地分散于土壤中，降低了聚丙烯酰胺 的保水性。聚丙烯酰胺施入土壤，对创建粒径为0. 25~ 4.00 mm的土壤团粒结构有利，可显著提高土 壤的膨胀率和土壤的保温性[13]，因而土壤的最高温 度降低，最低温度升高，日温差缩小，日均温降低。 聚丙烯酰胺撒施于土壤表面，可在土壤表层吸收、聚 集较多的水分，且聚丙烯酰胺遇水溶解形成的薄膜 有利于土壤温度保持在相对稳定的状态，因而对地 表温度影响较大。沟施、混施的聚丙烯酰胺在0~ 6 cm 土层保持了较多的水分，因此对10 cm 土层土壤 温度的影响大于撒施;沟施与混施相比保水层相对 集中且较深，因而对10 cm 土层土壤温度影响大于 混施。不同施用方式的保水层主要在0~ 6 cm，故 对20 cm 土层土壤温度影响相对较小。春小麦产量 以主茎为主，大穗、壮穗是丰产的基础[15]。撒施聚 丙烯酰胺提高了土壤水分，降低了日温差，减少了无 效蘖，延长了生长期，促进春小麦生长，特别是在缺 水的开花期提高了土壤水分，利于开花授粉和充分 灌浆;聚丙烯酰胺可显著吸附土壤中有机质、碱解 氮、速效磷和速效钾等，提高土壤养分^，故其

籽粒产量、千粒重、水分利用效率、水分产出率、灌溉 水产出率显著提高。沟施、混施也提高了土壤水分 及改善了土壤温度，但单位面积穗数、无效蘖増多， 影响了田间通风透光状况，与撒施相比不利于大穗、 壮穗及饱粒、满粒的形成，特别是混施，无效蘖较多， 降低了产量及水分利用效率。聚丙烯酰胺不同施用

及形态不同有关[21]。

4结论

1)沟施、混施、撒施聚丙烯酰胺提高了土壤水 分，尤其是在缺乏灌溉的开花期显著提高了土壤水 分，为小麦増产打下了基础。不同施用方式中，撒施 的保水效果较强，混施较弱。

2)聚丙烯酰胺不同施用方式对土壤温度的影 响表现为降低最高温度，聚丙烯酰胺施用方式对土壤水热及春小麦生产的影响,提高最低温度，缩小曰温 差，降低日均温。撒施对表层土壤温度影响较大，沟 施对10 cm 土层土壤温度影响较大。

3)聚丙烯酰胺増加了春小麦地上部及根系生 物量，促进根系向深层土壤分布，减少无效蘖，延长 生长期。沟施、混施、撒施较对照分别増产了

9.11%、3. 94% 和 28 . 82%。

4)沟施、混施、撒施聚丙烯酰胺提高了水分利 用效率、水分产出率和灌溉水分产出率，其中撒施效 果最为显著，沟施、混施较弱。

聚丙烯酰胺撒施于土壤表层，操作简单、方便， 増产量大，可作为河套灌区聚丙烯酰胺在春小麦生 产中的最佳施用方式。