聚丙烯酰胺对砂砾质滩涂红海榄幼苗生长及土壤养分的影响

摘要  ［目的］明确聚丙烯酰胺（PAM）对沿海困难立地砂砾质滩涂的改良作用。［方法］以红海榄胚轴为供试样本，通过室内潮汐模拟试验，研究不同PAM施用量（0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%，分别记为P1、P2、P3、P4、P5）与城市污泥发酵肥、复合生物菌剂混施对红树生长和土壤养分的影响。［结果］与CK相比，不同PAM施用量处理下红海榄幼苗树高、叶片数分别增加18.75%～48.82%、5.0%～55.0%，地径显著增加43.16%～71.43%；根系、茎部生物量分别增加16.41%～87.26%、14.91%～72.75%；叶片生物量显著增加64.36%～156.93%，根冠比显著降低15.62%～26.98%。施用PAM对土壤有机质、磷和钾的全量及速效养分影响较大，与CK相比，不同PAM施用量处理下土壤有机质、全磷、全钾分别显著增加623.47%～794.78%、114.49%～142.03%和145.90%～167.24%；速效磷、速效钾分别显著增加146.55%～268.12%、24.69%～61.74%。［结论］PAM与城市污泥发酵肥、复合生物菌剂混施可促进红海榄幼苗生长，保持土壤养分，可作为沿海困难立地砂砾质滩涂的土壤改良剂，推荐PAM施用量为0.75%。

关键词  聚丙烯酰胺；红海榄；砂砾质滩涂；土壤养分；土壤改良

中图分类号  S156.2  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0057-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.015

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Polyacrylamide on Rhizophora stylosa Seedlings Growth and Soil Nutrients in Sandy Beach

LI Ting1， CHEN Yu-jun2， WEI Jun-fa3 et al

（1.Institute of Eco-environmental and Soil Sciences，Guangdong Academy of Sciences/National-Regional Joint Engineering Research Center for Soil Pollution Control and Remediation in South China/Guangdong Key Laboratory of Integrated Agro-environmental Pollution Control and Management， Guangzhou， Guangdong 510650;2.Research Institute of Tropical Forestry， Chinese Academy of Forestry， Guangzhou， Guangdong 510520;3.Guangdong Senlin Greening Corporation， Guangzhou， Guangdong 510520）

Abstract  ［Objective］To clarify the improvement effect of polyacrylamide （PAM） on sandy gravel beach in coastal difficult sites.［Method］ Rhizophora stylosa was used as the research material to explore the effects of different PAM application rates （0.25%， 0.50%， 0.75%， 1.00%， 1.25%， respectively recorded as P1， P2， P3， P4， P5） mixed with silt and compound biological inoculants on plant growth and soil nutrients through tidal-simulation test.［Result］Compared with CK treatment， in different PAM application rates treatments， the tree heights and number of leaves increased to 18.75%-48.82% and 5.0%-55.0%， respectively;the ground diameters significantly increased to 43.16%-71.43%;the roots and stems biomass increased to 16.41%-87.26% and 14.91%-72.75%， respectively;the leaves biomass significantly increased to 64.36%-156.93%， and the root-shoot ratio significantly decreased to 15.62%-26.98%.The application of PAM had a greater impact on soil organic matter， the total and available nutrients of soil phosphorus and potassium， and the soil organic matter， total phosphorus and total potassium significantly increased to 623.47%-794.78%， 114.49%-142.03% and 145.90%-167.24%， respectively;the available phosphorus and available potassium significantly increased to 146.55%-268.12%， 24.69%-61.74%， respectively.［Conclusion］The mixed application of PAM with silt and compound biological inoculants can promote the growth of Rhizophora stylosa seedlings and improve soil nutrients. It can be used as soil conditioner for sandy gravel beach in coastal difficult sites and the recommended application rate of PAM is 0.75%.

Key words  Polyacrylamide;Rhizophora stylosa;Sandy gravel beach;Soil nutrient;Soil improvement

基金项目  广东省重点领域研发计划项目（2020B020214001）；海南省自然科学基金项目（421RC658）；国家自然科学基金项目（41771232）。

作者简介  李婷（1994—），女，四川达州人，硕士，从事土壤改良与生态修复研究。*通信作者，副研究员，硕士，从事土壤环境与区域生态研究。

收稿日期  2023-04-18

红树林是生长在25°N～25°S 的热带、亚热带潮间带独特的木本植物群落，其面积仅占全球沿海面积的0.5%，但贡献了10%～15%的碳储量［1-2］。由于红树林独特的生境，其对近海碳的生物地球化学循环乃至全球碳收支及平衡具有重要而独特的作用［1，3］。但由于土地利用类型变化、砍伐、水产养殖、填海造陆和围垦筑堤等人类活动，在过去的半个多世纪红树林的覆盖面积减少50%［4-6］。中国红树林总面积在历史上曾达2.5×105 hm2，至2019年，中国红树林约为2.4×104 hm2［7-8］。在全球气候变化的背景下，红树林生态系统已成为保护和恢复工作的重点，2020年国家提出至2025 年营造和修复红树林18 800 hm2，但由于多种人为或生物学原因，现存的尚未实现造林的潮间带滩涂基本上为沿海砂砾质海滩等困难立地，造林难度大［9］。另研究表明，红树林土壤通常缺乏养分，氮、磷和铁的低有效性被认为是海岸线上没有红树林的原因［10-11］。因此，如何提高沿海砂砾质海滩宜林性，提高该困难立地红树林造林成功率尚亟待解决。

聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）是一种水溶性线型高分子聚合物，水溶性好，无毒，具有很强的黏聚作用，在水中会分解为水、二氧化碳、氨态氮等对土壤有益的物质，能显著改善土壤的物理性状，农学价值良好［12-13］。王雪等［14］研究表明，PAM施用量为1.5～2.0 g/kg 时，对砂土具有良好的保水和改善土壤团粒结构的效果，而且对保持土壤氮、磷、钾养分以及减少肥料养分流失有显著作用；庞春花等［15］研究表明，新型改良剂PAM能显著改善盐碱土土壤性质，缓解盐碱胁迫，提升藜麦产量，且具有较好的经济效益。此外，PAM在坡地黄绵土、风沙土、尾矿复垦、盐化黏质耕作土等均有研究［16-19］，其对不同土壤的改良效果存在差异，对不同作物生长亦表现出不同的影响，适宜的PAM施用量对土壤物理性状、养分流失具有良好的改善作用，对作物生长表现出较好的促进作用［16-20］。但目前PAM在沿海困难立地砂砾质滩涂的应用鲜见相关研究报道，基于此，该研究开展了淹浸模拟试验，分析不同PAM施用量对沿海困难立地砂砾质滩涂的改良效果和红树生长的影响，确定PAM 在造林应用时最适宜用量，为提高沿海困难立地红树林造林及育苗提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料

供试土壤采自广东省茂名市电白区水东湾沿岸，基本理化性质：pH为5.93，有机质为2.36 g/kg，全氮为0.63 g/kg，全磷为0.74 g/kg，全钾为4.43 g/kg，碱解氮为29.40 mg/kg，速效磷为18.11 mg/kg，速效钾为252.25 mg/kg，质地为砂质土。供试红海榄胚轴均成熟发育良好、无病虫害，长度为（30.13±0.26）cm。供试聚丙烯酰胺（PAM），阴离子型，相对分子质量15万左右，购于巩义市振宇净水材料厂。供试菌剂为复合菌剂，主要菌种为巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌，有效活菌数≥1.0亿/g，购于河北闰沃生物技术有限公司；供试污泥发酵肥来自广东省科学院生态环境与土壤研究所，基本指标为pH 6.87、有机质423.5 g/kg、总有机碳175.2 g/kg、水溶性碳21.8 g/kg、总氮24.3 g/kg、水溶性氮7.8 g/kg、电导率3.18 mS/cm、种子发芽指数96.9%。

1.2  试验设置

采用室内淹浸模拟试验，在中国林业科学研究院热带林业研究所潮汐模拟实验室中进行，试验时间2021年9月3日—2022年11月22日，共445 d。风干过筛的土样充分混合后，分别称取1.5 kg置于口径13.5 cm、高10.7 cm内衬塑料袋的塑料盆中。

设置不同施用量PAM配施污泥发酵肥和复合生物菌剂，污泥发酵肥与土样按质量比5%进行混合，复合生物菌剂与土样按质量比0.2%均匀层施于4～5 cm处。其中，设5个PAM施用量梯度，即PAM施用量与土样按质量比0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%进行混合，分别记为P1、P2、P3、P4、P5；另设不加入改良剂（CK）、单施5%污泥发酵肥和0.2%复合生物菌剂（P0）作为对照处理。共7个处理，每处理重复3次，共21盆。

自动潮汐模拟槽装置分上槽和下槽，上槽为培养槽，下槽为储水槽，长×宽×高规格为1.20 m×0.70 m×0.45 m，最大淹水深度为0.4 m，海榄幼苗盆栽盆深0.17 m，幼苗地上部分淹水深度为0.3 m。使用水泵连接上下槽，水泵速率为12 L/min，定时器控制涨潮和退潮的时间。共设置21对模拟槽，槽内水由速溶海盐与自来水配制而成，盐度为10‰，每7 d对槽内水体盐度进行校正。试验模拟半日潮，每日幼苗淹水8 h。

1.3  测定指标与方法

植株地上部和地下部分别收获，洗净后105 ℃杀青30 min，70 ℃烘干至恒重，称重并记录干重。

供试土壤pH采用电位法（m∶V=1∶10），Sartorius PB-10型酸度计和Sartorius pH/ATC复合电极测定；有机质测定采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法；全氮测定采用硫酸消煮，碱解扩散法；全磷和全钾采用氢氧化钠熔融法，分别用钼锑抗比色法和火焰光度计测定；硝态氮采用紫外分光光度法测定，铵态氮采用靛酚蓝比色法测定；有效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠（pH 8.5，m∶V=1∶20）浸提，钼锑抗比色法测定；速效钾采用1.0 mol/L乙酸铵浸提，用火焰光度计测定［21］。