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聚合物类保水剂对山杏水肥利用效应的影响



全 文 :第33卷第5期
2013年10月
水土保持通报
Buletin of Soil and Water Conservation
Vol.33,No.5
Oct.,2013
 
  收稿日期:2012-12-23       修回日期:2013-01-12
  资助项目:“十二五”规划项目“近期黄土丘陵沟壑区节水防蚀水土保持林研究与示范”(2011BAB38B0602)
  作者简介:王文静(1987—),女(汉族),河南南阳市人,硕士研究生,研究方向为水土保持及生态环境新技术。E-mail:wangwenjing668899@
163.com。
  通信作者:王百田(1958—),男(汉族),陕西省富平县人,教授,博士生导师,主要从事水土保持,生态环境工程及林业生态工程研究。E-mail:
wbaitian@bjfu.edu.cn。
聚合物类保水剂对山杏水肥利用效应的影响
王文静1,王百田1,2,吕 钊1,王明玉1,张文源1,舒 鑫1,刘金壮1
(1.北京林业大学 水土保持学院,北京100083;2.水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室,北京100083)
摘 要:研究了不同用量保水剂处理对干旱胁迫下山杏(Armeniaca sibirica)叶水势、根部氮磷钾及生物量
(地上部分生物量、地下部分生物量、总生物量)、根冠比的影响。结果表明,不同处理下叶水势受到不同程
度促进,且促进程度随保水剂用量增大而增大。山杏根部氮磷钾含量,因不同处理均有所变化,其中,氮含
量变化最显著,随保水剂用量增大而增大。保水剂20g下氮含量是对照的1.66倍,钾含量基本无变化,而
磷含量随保水剂用量增大而降低。处理可使山杏总生物量和地上部分生物量增大,而对照组的地下部分
生物量和根冠比最大。山杏叶水势和根部氮含量相关性显著。研究结果表明,保水剂和复合肥的混施显
著促进了山杏生长,其原因可能是其保水保肥及缓释的作用。
关键词:保水剂;干旱胁迫;山杏;叶水势;生物量;氮磷钾含量
文献标识码:A      文章编号:1000-288X(2013)05-0280-05  中图分类号:S157.3
Effects of Super Absorbent Polymer on Water and Fertilizer Use of Prunus Armeniaca
WANG Wen-jing1,WANG Bai-tian1,2,LZhao1,WANG Ming-yu1,
ZHANG Wen-yuan1,SHU Xin1,LIU Jin-zhuang1
(1.College of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry University,Beijing100083,China;2.Key Laboratory
of Soil and Water Conservation and Desertification Combating of the Ministry of Education,Beijing100083,China)
Abstract:The effects of different doses of super absorbent polymer(SAP)on leaf water potential,N,P and
K in root and biomass(ground biomass,underground biomass,total biomass),and root/shoot ratio of
Prunus armeniaca were investigated in the Jiufeng experimental base.Leaf water potential of Prunus arme-
niaca was stimulated by SAP in a dose-dependent manner.The contents of N,P and K varied with different
treatments.Specificaly,the content of N increased significantly with the increase of SAP;N level under
treatment of 20g SAP was 1.66times the contrast;K almost did not change;and the content of P was inhib-
ited by SAP treatment.Total biomass and ground biomass increased in SAP treatment,whereas the maxi-
mums of underground biomass and root/shoot ratio occurred in contrast test.The content of N had a positive
correlation with leaf water potential.The results suggest that the reason for good growth may be the water
and fertilizer conservation effects of SAP on Prunus armeniaca.
Keywords:super absorbent polymer(SAP);drought stress;Prunus armeniaca;leaf water potential;biomass;
the contents of N,P and K
  干旱缺水和土地退化是制约我国农林业持续发
展的重要因素[1]。近年来,随着全球气候变暖,干旱
加剧,干旱面积不断扩大,因此抗旱节水、保肥保土已
成为我国农林业面向未来持续发展的必然选择。保
水剂又称保湿剂,是用强吸水性树脂制成的一种超高
吸水保水能力的高分子聚合物[2],它能迅速吸收和保
持比自身重量高几百甚至几千倍的水分,可缓慢释放
供作物吸收利用,在旱地保水农林业应用中已有多
年。因此,以使用保水剂为基础的水肥一体化调控技
术成为研究的热点,大量研究表明,保水剂能提高肥
料利用率,吸附氮磷钾营养元素,减少肥素淋失[3-8]。
李长荣等[9]研究表明尿素与保水剂复配是水肥耦合
的最佳选择,二者同时使用保水保肥效果都能充分发
挥。值得注意的是,国内外对保水剂与肥料的利用多
DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2013.05.054
是以直接混合为主,而肥料盐分对保水剂的吸水、保
水性能有较大影响[10]。
大量研究表明,我国农田化肥的当季利用率氮肥
仅为30%~35%,磷肥为10%~20%,钾肥为35%
~50%,化肥损失是个严重的问题,不但造成巨大经
济损失,更严重的是还加剧了温室气体排放和水体富
营养化[11],因此提高肥料利用率成为当前研究的热
点。保水剂表面分子有吸附、交换离子作用,肥料中
的氨离子等官能团能被保水剂上的离子交换,并以
“包裹”的方式包裹起来,减少肥素淋失,提高肥料利
用率,但同时混合不当会降低保水剂的保水能力[12]。
目前,对保水剂在提高植物光和速率、叶面积、果树坐
果率、土壤含水量等方面研究较多[13-16],而在保水剂
与肥料混合使用方面的研究还不多。因此,本文以山
杏为研究对象,研究不同量保水剂与复合肥混施对山
杏生长的影响,并进一步揭示山杏叶水势与根部氮磷
钾含量的相关性,以考察水肥调控的机理,为保水剂
与复合肥料的使用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
研究于2011年4—10月在北京市西山鹫峰国家
森林公园实验站进行,该区属于华北大陆性季风气
候,年平均气温12.2℃,最高气温39.7℃,最低气温
-19.6℃。试验苗木来自北京园林绿化小汤山苗
圃,选择长势基本相同1年生山杏(Armeniaca sibir-
ica)幼苗25株,以免造成非试验因子差异。供试保
水剂(法国爱森公司SNF提供)白色颗粒状干粉,颗
粒大小0.8~1.0mm,主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙
烯酰胺共聚体。复合肥(中国农业大学蓝弋化工)中尿
素((NH2)2CO,含 N 46.65%),氯 化 钾 (KCl,含 K
52.35%),磷 酸 铵 〔(NH4)3PO4 · 3H2O,含 P
19.19%〕,均为化学分析纯。栽培基质:在鹫峰林场
取土和沙按2∶1混合而成,其理化性质见表1。
表1 栽培基质各项理化性质
全氮质量分数/
(g·kg-1)
全磷质量分数/
(g·kg-1)
全钾质量分数/
(g·kg-1)
pH值
碱解氮质量分数/
(mg·kg-1)
速效磷质量分数
速效钾质量分数/
(mg·kg-1)
0.139  0.151  0.601  7.520  29.010  15.790  16.562
1.2 试验设计
本试验共5个处理,每处理5个重复,共25盆
(表2)。用口径40cm,深40cm的塑料桶,桶底开5
个直径为1cm的孔,每桶装入混好的基质20kg。于
2011年4月20栽植山杏幼苗,并将配好的处理材料
均匀放入距土壤表面10cm处。栽植后按常规作物进
行管理,苗木健康生长之后尽量少浇水,让栽植苗木靠
天然降水生长,模拟干旱环境。8月9日测定植物叶水
势日变化,从早上8点开始到晚上6点结束,每2h测
1次。10月15日把植物挖出并保持根部完整性,测
定根部营养元素,测定植株生物量。
表2 试验设计
处理 植物 重复/盆 保水剂/g 复合肥/g
1 山杏 5  20  5
2 山杏 5  15  5
3 山杏 5  10  5
4 山杏 5  5  5
CK 山杏 5  0  5
1.3 测定指标
叶水势测定。使用 Wescor公司的Psypro露点
水势仪,于苗木生长最快、最旺盛的8月的一个晴天
(8月9日)进行叶水势观测,观测时间8:00—18:00,
每2h观测1次。选择各处理植株中上部形状完好、
长势相近的功能叶片[17],每株2片叶子每片叶子测3
次,取其平均值。
生物量测定。分为地上和地下两部分,于10月
15日将植物带根挖出(避免根系受损)去掉泥土测地
上和地下鲜重。将根系和地上部分用水清洗干净后,
于110℃杀青15min,在75℃下烘干至恒重,测干
重[18]。采用 上 海 精 科 生 产 的 YP 600 型 (精 度
0.01g)电子天平称量根部营养元素,将处理好的根
系生物量用粉碎机粉碎,过100目筛送到实验室检测
全氮、全磷、全钾含量。
1.4 数据处理
数据分析应用SPSS 18.0软件及Excel软件处
理,完成单因素方差分析显著差异后进行LSD多重
比较。
2 结果与分析
2.1 不同处理对山杏叶水势日变化的影响
通过分析5种不同处理山杏水势日变化特征,发
现不同处理下山杏叶水势的日变化均表现出早晨和
傍晚较大、中午前后较小的基本规律。山杏叶水势在
12:00—14:00出现明显的全天最低值(图1),中午前
后出现水势曲线拐点。
182第5期       王文静等:聚合物类保水剂对山杏水肥利用效应的影响
图1 不同处理山杏叶水势日变化
在处理1,2,3和4的条件下,上午8:00水势最
高,之后,随着气温的升高,水势开始下降,到中午水
势降到全天最低值,午后水势又开始回升,18:00为
白天最高值,其中处理1的叶水势始终高于处理2,3,
4的叶水势,但是使用保水剂的4组处理始终高于没
有使用保水剂的对照组。对照与处理组相比差异显
著,山杏叶水势在午后基本没有回升现象,一致维持
在低水平上。
水势是反映植物组织水分状况和从周围环境吸
水能力的一个重要生理指标[19],水势高低可以用来
判断植物的受旱程度和抗旱能力[20]。植物叶水势反
映植物水分状况更直接,大量的水分胁迫影响函数用
叶水势来反映对水分胁迫的响应[21]。大量试验表明
植物叶水势与土壤含水量有良好的线性相关性[22],
因此,可以根据苗木叶水势的高低判断哪种处理有较
好的蓄水保墒与水分吸收利用效果。通过观察不同
处理山杏叶水势日变化趋势,发现随着保水剂用量的
增加,山杏叶水势日变化的单峰形态越不明显,水势
日变化振幅越小,叶水势维持较高水平,说明一定量
的保水剂应用可以使土壤有更充足的水分及时弥补
山杏植株蒸腾损失的水分,植株受土壤水分胁迫的程
度降低。
2.2 不同处理对山杏根部氮磷钾含量的影响
作物生长对肥料养分需求比较大的是氮(N)、磷
(P)、钾(K)三种肥料,根部是作物重要吸收、合成、固
定和支持器官,土壤中水分和养分主要通过作物根系
被吸收[23]。氮是植物体内氨基酸的组成部分,也是
植物进行光合作用起决定作用的叶绿素的组成部分。
磷肥能促进作物根系发达,增强抗旱能力,并促进糖
分和淀粉的生成,但过量使用对生长不利。钾对作物
的主要作用是平衡氮、磷和其他营养元素,调节植物
的官能作用[24]。
高含量保水剂处理1(保水剂20g)的促进作用最
明显,山杏根部氮含量为1.43g/kg,是同样复合肥含
量对照组的1.66倍;而低含量保水剂处理4(保水剂
5g)也出现明显促进作用,是对照组的1.17倍。促进
作用随保水剂含量增高增大,表现为处理1(保水剂
20g)>处理2(保水剂15g)>处理3(保水剂10g)>
处理4(保水剂5g)>CK(保水剂0g)。此外,不同处
理对山杏根部磷含量有一定的抑制作用,其中,在处
理2下(保水剂15g)磷含量达最低值0.23g/kg,是
对照组的61%。不同处理对山杏根部钾含量的影响
没有显著差异,各处理下根部钾含量基本一致。
显然山杏根部的 N有不同程度的提高,且提高
程度随保水剂含量增多而增大,呈现出较明显的含
量—效应关系,K的含量基本一致没有明显变化,而
P的含量与对照相比略有降低。无论哪一种处理,山
杏根部N,P,K含量比例相近,N>K>P。这些表明
在改善水分胁迫程度后,山杏根部吸收氮的能力得到
显著改善,对K的吸收基本没有太大的改善,而对于
P的吸收有少量抑制作用,呈现出保水剂使用量多的
根部P的含量较低的趋势。
2.3 不同处理对山杏生物量的影响
生物量是植物有机物的积累量,对一年苗木的生
长情况能有一个总体的度量,是衡量苗木生长状况的
重要指标。对山杏生物量进行单因素方差分析和
LSD多重比较结果如表3所示。山杏的总生物量在
处理1下最高,对照总生物量最低。不同处理之间山
杏总生物量随保水剂用量的依次减少而降低。此外,
在不同处理之间,地上部分生物量和地下部分生物量
呈现出与总生物量相似的变化规律。根冠比反映了
生物量在地上地下之间分配的关系,分析不同处理间
根冠比发现对照与4组处理有显著的差异,对照的根
冠比显著高于处理组的。这一方面反映了干旱时植
株受到水分胁迫根系生长的干物质增多,这是植物对
干旱的一种适应性机制,另一方面说明保水剂的保水
作用明显,在同样的降雨条件下山杏受水分胁迫的程
度减弱。总体来说,保水剂的应用对山杏生物量累积
有显著的效用,其中处理1是对照的1.63倍。
2.4 山杏叶水势与根部氮磷钾含量的相关性
植物叶水势更能直接反映植物水分情况,大量的
水分胁迫试验用叶水势来反映植物对干旱程度的响
应而不是土壤含水量,因此这里分析了植物平均叶水
势与根部氮、磷、钾含量的关系,以探明水肥的关系。
通过对叶水势与根部氮、磷、钾含量的相关性分析发
现,叶水势与氮含量相关性非常显著(R=0.95),而
与磷和钾含量的没有太好的相关性,相关系数分别为
0.06和0.76,因此对叶水势和氮含量进行曲线拟合。
图2中显示,根部氮含量与叶水势总体上呈现很好的
线性相关,即随着叶水势的升高,根部氮含量也呈升
高趋势。
282                    水土保持通报                     第33卷
表3 不同处理对山杏地上生物量、地下生物量、总生物量及根冠比的影响
处理 地上部分生物量/g 地下部分生物量/g 总生物量/g 根冠比
1  46.28±2.31a 34.05±0.47a 80.33±1.96a 0.74±0.04d
2  40.85±1.44b 30.63±0.71bc  71.48±0.85b 0.75±0.04d
3  30.97±1.29c 27.60±0.86d 58.57±1.09c 0.89±0.06b
4  29.20±1.34c 27.50±0.96d 56.70±2.27ce  0.94±0.02b
CK  23.01±1.14d 32.56±1.36ac  55.57±0.72de  1.42±0.13a
  注:表中数据是平均值±标准差,同一列相同字母差异不显著(p>0.05),不同字母差异显著(p<0.05)。
图2 山杏叶水势与根部氮含量的关系
3 讨 论
水肥是农林业生产中的两个重要因子,之间的作
用机制较为复杂。在干旱区,水分缺乏限制了作物生
产力的提高,养分不足制约着作物对水分的高效利
用。叶水势代表植物水分运动的能量水平,是衡量植
物抗旱的重要生理指标。本研究中,在处理1(保水剂
20g,复合肥5g)下,山杏叶水势最高,且各处理山杏
叶水势均高于对照,说明在减轻植物受干旱胁迫方
面,处理1的效果最好。保水剂改变了土壤供水方
式,提高了水分利用率,在提高叶水势方面效果显著,
这与张晓艳[25],王婷[26]的研究结果一致。此外,与对
照相比,各处理山杏叶水势午后都开始明显回升,而
对照组并没有回升趋势,可能是由于干旱胁迫下植物
的生理活动受到了影响,崔建恒等[27]的研究也有这样
的报道。此外,土壤因干旱没有足够的水分及时弥补
白天植物蒸腾损失的水分,受旱程度则越大。不同处
理下的山杏根部氮磷钾含量有明显差异,同一种处理
中氮含量显著高于磷钾含量,而不同处理之间氮含量
也明显高于对照,且随保水剂用量增大而增大,此外,
磷的含量随保水剂量增大反而降低。对钾含量的影
响并不明显,各处理之间没有太大变化。说明在水分
条件允许的情况下,植物对氮的需求量更大,此外,保
水剂促进了氮肥的吸收利用[28-29]。土壤水分的亏缺
影响了土壤养分的运输,而磷肥含量的增加可能由于
根系的伸长促进了磷肥的吸收。不同处理间的生物
量差异显著,4种处理下地上和地下部分的生长显著
提高了山杏总生物量和地上部分生物量,而对照组地
下部分生物量和根冠比也明显增高,因此,干旱胁迫
导致作物干物质向根的分配比例升高,根冠比增大。
目前关于土壤含水量与氮磷钾营养元素的吸收
的研究表明,氮磷钾的吸收与土壤含水量有良好相关
性,土壤水分与叶水势有良好的线性关系,而对植物
叶水势与氮磷钾含量的关系还鲜有报道。本研究发
现山杏叶片水势与根部氮含量有显著相关性,随着叶
水势升高,氮含量有明显升高趋势。
4 结 论
(1)保水剂与复合肥混施提高了山杏叶水势,且
在本试验用量范围内随保水剂增大而增高。
(2)保水剂的应用显著提高了山杏根部氮,对钾
的含量基本无影响,对磷的含量有少量抑制作用;氮含
量随保水剂用量的增多显著提高,在每株应用20g保
水剂的条件下山杏根部氮含量是对照组的1.66倍。
(3)应用保水剂后山杏生物量有了显著增加,呈
现随用量增加的趋势;对照组根冠比显著高与处
理组。
(4)山杏叶水势与根部氮含量呈显著线性相关。
[ 参 考 文 献 ]
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