于明英，晏清洪，肖 娟，邱照寧，董榮澤(.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 0004；.中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 00044；.沙幫科技有限公司，北京 00048)

0 引 言

保水劑(SAP)又稱土壤保水劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑,是具有高分子吸水特性的高分子材料的統(tǒng)稱[1]。20世紀(jì)60年代美國首先研制和開發(fā)使用保水劑[2]，近年來保水劑得到了廣泛的推廣與應(yīng)用。保水劑能夠吸水自身質(zhì)量數(shù)百倍的水分[3],吸水后形成凝膠，可以在作物需水時(shí)緩慢釋水供作物利用，此外，還可以保肥、改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、影響理化性質(zhì)等[4]。

基質(zhì)穴盤育苗能夠提高出苗率及幼苗成活率，是目前較為普遍的育苗方式。但是，基質(zhì)本身的持水保水能力差，在基質(zhì)中添加保水劑可以促進(jìn)基質(zhì)保水能力，促進(jìn)幼苗生長[5,6]。目前保水劑在黃瓜、番茄[7]、生菜[8]、甜椒[9]基質(zhì)育苗上的應(yīng)用已有報(bào)道，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，以小油菜為試驗(yàn)對(duì)象，研究不同濃度保水劑對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，為保水劑在葉類蔬菜基質(zhì)穴盤育苗中的應(yīng)用提供參考。

我國有廣袤的沙漠、沙地面積，然而耕地面積甚少，利用沙地、沙漠進(jìn)行作物栽培以解決耕地難題，具有廣闊的發(fā)展前景。沙培為無土栽培的一種，以沙粒作為基質(zhì)，成本低，消毒徹底[10]，能夠改善種植環(huán)境[11],有效減少土壤連作問題的發(fā)生。但是沙土自身保水保肥能力差，將保水劑應(yīng)用于沙培種植，可以有效彌補(bǔ)沙土自身缺陷，促進(jìn)作物生長，增加我國耕地面積。目前保水劑在作物栽培上的研究多集中于土壤栽培[12-14]，對(duì)于保水劑在沙培種植中的應(yīng)用鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)研究不同保水劑濃度對(duì)沙培種植小油菜的影響，為保水劑應(yīng)用于沙土栽培作物提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小油菜的品種為杭綠2號(hào)，由杭州市良種引進(jìn)公司提供；保水劑為北京摩爾化學(xué)科技有限公司出品的農(nóng)林保水劑，它由高吸水性樹脂制成。育苗基質(zhì)為珍珠巖、蛭石、腐熟秸稈和泥炭土等按照一定的比例配制而成的通用型營養(yǎng)土，其中氮磷鉀2%～4%，有機(jī)質(zhì)>42%，腐植酸>30%，pH值為5.5%～6.5%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 小油菜穴盤育苗試驗(yàn)

試驗(yàn)于2017年2月20日至2017年3月27日在北京市昌平區(qū)古將村的日光溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)將保水劑按照0、0.1%、0.2%、0.6%、1.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的濃度梯度加入到育苗基質(zhì)中，與基質(zhì)充分混勻。選擇顆粒飽滿的小油菜種子若干，采用50孔穴盤進(jìn)行育苗，每個(gè)孔穴中放2顆種子，每個(gè)處理1盤，重復(fù)3次。播種后澆足底水，以后每天采用稱重法確定基質(zhì)含水量，當(dāng)含水量降至55%時(shí)再次進(jìn)行灌溉至飽和[15]，記錄整個(gè)周期內(nèi)不同處理的澆水次數(shù)。種子萌發(fā)后每天測(cè)定發(fā)芽種子數(shù)，計(jì)算種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)。發(fā)芽率(GR)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；發(fā)芽勢(shì)(GP)=(4 d內(nèi)供試種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù))×100%[16]。當(dāng)幼苗第1片真葉展開后(第15 d)取樣，每個(gè)處理選擇5株，每隔5 d測(cè)定株高、葉片數(shù)；第35 d時(shí)，每個(gè)處理取樣3株幼苗，測(cè)定用網(wǎng)格法測(cè)定最大葉片面積、幼苗干和鮮重。

1.2.2 沙培種植小油菜試驗(yàn)

試驗(yàn)于2017年3月30日至2017年4月24日在古將村的沙培日光溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。大棚為鋼架結(jié)構(gòu)的磚墻大棚，棚內(nèi)每個(gè)畦寬1 m，長6 m，厚15 cm，以沙土為基質(zhì)進(jìn)行作物種植。沙土為河沙，密度為1.48 g/cm3，用環(huán)刀法測(cè)定其田間持水量為9.25%，其顆粒級(jí)配見表1。將保水劑按照0、15、30、60、90 kg/hm2的濃度梯度溝施于地表下10 cm深度處。每個(gè)處理的間距為20 cm,占地面積6 m2(6 m×1 m)，小油菜株距19 cm，行距25 cm，每畦栽種128株(32×4株)；將每畦的保水劑均分3份，均勻地溝施于每畦等間距的3條溝中，每個(gè)處理重復(fù)3次。在小油菜的整個(gè)生育期內(nèi)，用滴灌帶進(jìn)行灌水，滴頭流量為1 L/h。3月30日定植后灌溉1次定植水，此后，用土壤水分溫度傳感器Takeme-10每天測(cè)定每畦的土壤含水量，當(dāng)其降到田持的60%時(shí)進(jìn)行灌溉，記錄整個(gè)生育期內(nèi)不同處理的灌水總量；整個(gè)生育期內(nèi)進(jìn)行了2次肥料灌溉。小油菜定植后每畦選3棵代表性植株，每5 d進(jìn)行一次株高、葉片數(shù)的測(cè)定；采收時(shí)測(cè)量代表植株的葉長、葉寬，運(yùn)用長寬系數(shù)法公式y(tǒng)=1.521 9x0.829 6計(jì)算最大葉片面積[17]，以及測(cè)定小油菜單株產(chǎn)量及每畦總產(chǎn)量等指標(biāo)。

表1 沙子的粒徑級(jí)配表Tab.1 Particle size distribution chart of sand

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel-2003和SPSS 19.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小油菜穴盤育苗試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 保水劑濃度對(duì)種子萌發(fā)的影響

從圖1中可以看出，小油菜種子的發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)隨著保水劑濃度的增加整體上呈下降的趨勢(shì)，且兩者均小于對(duì)照組；但是經(jīng)過ANOVA單因素方差分析，保水劑濃度對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響均不顯著(P>0.05)。除對(duì)照組外，小油菜種子的發(fā)芽勢(shì)隨著保水劑濃度的增大先增加后減小，保水劑濃度為0.6%時(shí)最高為73.7%，說明在添加保水劑的基質(zhì)中，0.6%濃度的保水劑對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響相對(duì)較好。種子的發(fā)芽率隨保水劑濃度的增加逐漸遞減，但是各處理之間相差不大，且均大于75%，說明當(dāng)育苗基質(zhì)中添加保水劑不會(huì)顯著抑制小油菜種子的萌發(fā)。

圖1 保水劑對(duì)發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)的影響Fig.1 Effects of SAP on the germination rate and germination potential

2.1.2 保水劑濃度對(duì)基質(zhì)保水性及小油菜幼苗生長的影響

小油菜播種后對(duì)每個(gè)穴盤澆足底水至飽和，當(dāng)基質(zhì)含水量降至55%時(shí)再次灌水至飽和，統(tǒng)計(jì)35 d中的累計(jì)澆水次數(shù)。從表2可以看出，基質(zhì)中添加保水劑可顯著提高其保水性，減少水分流失，減少灌溉次數(shù)。隨著保水劑濃度的增加，灌水次數(shù)先減少后增加，且均顯著低于對(duì)照組。保水劑濃度為0.6%時(shí)灌水次數(shù)最少，為34.0次，與其他3個(gè)實(shí)驗(yàn)組差異顯著，節(jié)水效果最好。

表2還表明，在基質(zhì)中混施保水劑可以顯著促進(jìn)小油菜幼苗的生長。最大葉片面積、鮮重、干重均隨著保水劑濃度的增加而遞增。最大葉片面積、幼苗鮮重在保水劑濃度為1.4%時(shí)達(dá)到最大值，且保水劑濃度為0.6%和1.4%的葉片面積明顯大于其他三個(gè)處理。幼苗干重在保水劑濃度為0.6%和1.4%相同，均為0.32 g，且明顯高于其他3個(gè)處理；綜合灌水次數(shù)，基質(zhì)中添加保水劑濃度為0.6%對(duì)小油菜幼苗生長的效果最好。

表2 保水劑對(duì)基質(zhì)育苗的影響Tab.2 Effects of SAP on the grow seedlings in substrate

注：不同字母表示不同處理間差異顯著(p<0.05)，下同。

2.1.3 不同保水劑濃度下的小油菜幼苗生長模型

小油菜幼苗株高的變化呈“先快后慢”的趨勢(shì)，以第一片真葉展開后(第15 d)為時(shí)間零點(diǎn)，根據(jù)測(cè)得的20 d的株高、葉片數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)幼苗株高(y, cm)與葉片數(shù)(y,片)和時(shí)間(x,d)進(jìn)行相關(guān)性分析，分別用指數(shù)函數(shù)y=aebx和線性函數(shù)y=ax+b進(jìn)行擬合,見表3。從表3中可以看出，各處理株高與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)R2在0.789 3～0.913 3之間，且隨著保水劑濃度的增加而增大，相關(guān)性越來越好。各處理葉片數(shù)與時(shí)間相關(guān)系數(shù)R2均大于0.95，相關(guān)性較好，可以用線性函數(shù)模型對(duì)不同保水劑濃度下幼苗的葉片數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表3 小油菜幼苗生長模型Tab.3 The seedling growth model of rape

2.2 沙培小油菜試驗(yàn)結(jié)果分析

小油菜定植后每天測(cè)定每畦的土壤含水量，當(dāng)其降到田間持水量的60%及以下時(shí)進(jìn)行計(jì)算分析，再次進(jìn)行灌水至田間出水量，統(tǒng)計(jì)整個(gè)生育期內(nèi)(25 d)的灌水總量，見表4。表4顯示，保水劑濃度對(duì)小油菜單株日均灌水量、最大葉片面積、單株平均產(chǎn)量影響顯著，說明沙土中溝施保水劑可以減少灌水量，節(jié)約用水，促進(jìn)小油菜的生長。小油菜的單株日均灌水量隨保水劑濃度的增加而減少，但前4個(gè)處理差異不明顯；第5個(gè)處理保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)的單株日均灌水量最少，為69.86 mL，與前4個(gè)處理之間差異顯著，說明沙土中保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)，沙培種植小油菜的節(jié)水效果最好。小油菜代表植株的最大葉片面積隨保水劑濃度的增加而遞增，溝施保水劑濃度為15、30 kg/hm2的兩個(gè)處理與對(duì)照組無明顯差異，保水劑濃度為60、90 kg/hm2的兩個(gè)處理之間差異顯著，且均與對(duì)照組差異顯著，說明沙土中溝施保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)，最適宜小油菜葉片的生長。不同處理中小油菜的單株平均產(chǎn)量均高于對(duì)照組，但前4個(gè)處理之間無顯著差異，處理5的單株平均產(chǎn)量最大，為51.12 kg/hm2，且顯著高于其他4個(gè)處理，4個(gè)實(shí)驗(yàn)組相對(duì)于對(duì)照組的單株平均產(chǎn)量分別增長了19.6%、30.7%、15.9%和71.5%，說明沙土中溝施保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)，對(duì)小油菜產(chǎn)量積累最為有利。

表4 保水劑對(duì)沙培小油菜生長的影響Tab.4 Effects of SAP on the growth of rape in sand

由圖2可以看出，隨著保水劑濃度的逐漸增大，沙培小油菜的株高和葉片數(shù)的變化不規(guī)律，但總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，兩者均在保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)達(dá)到最大值，且明顯高于對(duì)照組，因此在沙土中溝施保水劑濃度為90 kg/hm2時(shí)最適宜沙培小油菜的生長。

圖2 保水劑對(duì)株高和葉片數(shù)的影響Fig.2 Effects of SAP on plant height and leaf number

3 結(jié) 語

(1)保水劑濃度對(duì)基質(zhì)穴盤育苗小油菜種子萌發(fā)及幼苗生長的灌水次數(shù)、幼苗最大葉片面積、幼苗干重與鮮重影響顯著。隨著基質(zhì)中添加保水劑濃度的增加，苗盤澆水次數(shù)先減少后增加，即基質(zhì)保水效果先增強(qiáng)后減弱，保水劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，基質(zhì)保水效果最好。這說明當(dāng)保水劑超過一定濃度時(shí)會(huì)抑制基質(zhì)的保水性，其原因可能為保水劑濃度過大，基質(zhì)板結(jié)，保水性變差。不同保水劑濃度下種子的發(fā)芽指標(biāo)表明，基質(zhì)中添加保水劑對(duì)小油菜種子的萌發(fā)有抑制作用，但與對(duì)照組相比差異不顯著。此外，本試驗(yàn)綜合各處理灌水量的不同，認(rèn)為保水劑濃度為0.6%時(shí)最優(yōu)利于小油菜幼苗葉面積的增長和干、鮮重的積累。

(2)保水劑在土壤作物栽培中的應(yīng)用較為廣泛，本試驗(yàn)在沙土栽培基質(zhì)10 cm深度處溝施發(fā)現(xiàn)，保水劑濃度對(duì)沙培小油菜的單株日均灌水量、最大葉片面積、單株平均產(chǎn)量影響顯著。隨著保水劑濃度的增大，小油菜的單株日均灌水量減少，株高、葉片數(shù)、最大葉片面積和單株平均產(chǎn)量呈增大的趨勢(shì)，且均在保水劑施用量為90 kg/hm2時(shí)達(dá)到最優(yōu)。

[1] 王亞飛,畢紅梅. 保水劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2006,(5):77-80.

[2] 田 巍,李天一,白福臣,等. 保水劑研究進(jìn)展及應(yīng)用[J]. 化工新型材料,2009,(2):11-14.

[3] 劉瑞鳳,楊紅善,李 安,等. PAA-atta復(fù)合保水劑對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響[J]. 土壤通報(bào),2006,(2):2 231-2 235.

[4] 李 希,劉玉榮,鄭袁明,等. 保水劑性能及其農(nóng)用安全性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué),2014,(1):394-400.

[5] 肖海華,張毅功,方 正,等. 不同保水劑對(duì)基質(zhì)保水性和黃瓜幼苗生長的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2002,(3):45-48,53.

[6] 王 越,王宇欣,時(shí)光營. 纖維素保水劑對(duì)基質(zhì)特性和黃瓜幼苗生長的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,(1):162-169.

[7] 蔣雅琴,李文嘉,康德賢,等. 不同保水劑對(duì)果菜類蔬菜育苗的影響[J]. 中國蔬菜,2014,(6):40-43.

[8] 于 茜,姜小堂,盛 偉,等. 保水劑對(duì)生菜穴盤育苗的影響[J]. 長江蔬菜,2016,(2):26-28.

[9] 董傳遷,尹程程,魏 珉,等. 添加保水劑對(duì)甜椒穴盤育苗效果及水肥利用效率的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,(10):134-139.

[10] 趙云霞,裴紅霞,高晶霞,等.日光溫室蔬菜沙培技術(shù)研究進(jìn)展[J].北方園藝,2013,24:203-206.

[11] 楊 飛,高艷明,李建設(shè).寧夏設(shè)施沙培辣椒引種試驗(yàn)[J].北方園藝,2013,(10):44-47.

[12] 黃 偉,張俊花,朱貴鵬,等. 保水劑不同施用方式對(duì)馬鈴薯生長和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志,2015,(1):1-8.

[13] 張麗華,閆偉平,譚國波,等. 保水劑不同施用深度對(duì)玉米產(chǎn)量及土壤水分利用效率的影響[J]. 玉米科學(xué),2016,(1):110-113.

[14] 楊永輝,吳普特,武繼承,等. 保水劑對(duì)冬小麥不同生育階段土壤水分及利用的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2010,(12):19-26.

[15] 于 茜,姜小堂,盛 偉,等. 保水劑對(duì)基質(zhì)保水性和芹菜幼苗生長的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,(10):208-210.

[16] 李德寧. 保水劑在銅鉛脅迫下對(duì)檸條種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[D]. 北京:北京林業(yè)大學(xué),2016.

[17] 崔世鋼,次丹妮,吳興利,等. 對(duì)植物生長柜中油菜葉片面積測(cè)定的初步研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,(18):4 591-4 592,4 595.