河北省濱海沙地應(yīng)用保水劑對植被生長的影響

鄭振宇 王文成 李趙嘉

摘要 采用盆栽試驗，研究了不同保水劑施量對沙地土壤含水量、芙蓉葵植株生長、光合特性、干重、鮮重等的影響。結(jié)果表明，施保水劑1 800、2 250、2 700 kg/hm2的土壤含水量顯著高于未施保水劑處理，其中，施保水劑1 800 kg/hm2的土壤含水量最大。施保水劑的各處理的株高均顯著高于未施保水劑，其中，施保水劑2 700 kg/hm2的株高最高，而各施保水劑處理間差異不顯著。在土壤正常含水條件下，各處理的凈光合速率隨保水劑用量的增加大致呈先上升后下降的趨勢，其中，施保水劑1 800、2 250、3 150 kg/hm2顯著高于未施保水劑處理，施保水劑2 250 kg/hm2的凈光合速率最大。在土壤干旱脅迫條件下，各處理的凈光合速率隨保水劑用量的增加大致呈上升趨勢，施保水劑3 150 kg/hm2的凈光合速率最大，顯著高于未施保水劑處理。施保水劑的各處理干、鮮重均顯著高于未施保水劑處理，施保水劑的各處理間差異不顯著，其中，施保水劑2 250 kg/hm2的鮮重、干重均為最高。適量保水劑的施用顯著提高了沙地土壤含水量，促進(jìn)了植株的生長和光合能力的提高，顯著增加了植物干物質(zhì)的積累；正常土壤含水條件下保水劑的適宜用量為1 800～2 250 kg/hm2，在干旱脅迫條件下為3 150 kg/hm2。

關(guān)鍵詞 保水劑；土壤含水量；株高；凈光合速率；鮮重；干重；濱海沙地；河北省

中圖分類號 S152.7+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）10-0229-04

Effect of Water Retaining Agent on Growth of Plant in Sand Soil in Hebei Coastal Area

ZHENG Zhen-yu 1，2，3 WANG Wen-cheng 1，2，3 LI Zhao-jia 1，2，3 SUN Yu 1，2，3 HU Ai-shuang 1，2，3 XIAO Dan-dan 1，2，3

ZHANG Xiao-dong 1，2，3

（1 Institute of Coastal Agriculture，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Tangshan Hebei 063299； 2 Technial Center for Landscape Projects in Hebei Coastal Salt-alkali Region； 3 Tangshan Key Laboratory of Plant Salt Tolerance Research）

Abstract This paper studied the effects of different dosage of water retaining agent on soil moisture content in sand，growth parameters of plant of Hibiscus moscheutos L，photosynthetic characteristics，fresh weight and dry weight by pot experiments. The results showed that soil moisture content of applying water retaining agent 1 800，2 250，2 700 kg/hm2 was significantly higher than that of no water retaining agent，the soil moisture content of applying water retaining agent 1 800 kg/hm2 was the highest. The plant height of treatments with water retaining agent was higher than significantly that of no water retaining agent. The plant height of applying water retaining agent 2 700 kg/hm2 was the highest，and the difference was not obvious between the treatments with water retaining agent. Under the condition of normal soil moisture content，the net photosynthetic rate of all the treatments increased firstly and then decreased with the application quantity increasing of water retaining agent. The net photosynthetic rate of applying water retaining agent 1 800，2 250，3 150 kg/hm2 was significantly higher than that of no water retaining agent，applying water retaining agent 2 250 kg/hm2 was the best. Under the soil drought stress，the net photosynthetic rate of all the treatments showed an up tend，with the application quantity increasing of water retaining agent. Applying water retaining agent 3 150 kg/hm2 was the highest，and significantly higher than that of no water retaining agent. The fresh weight and dry weight of treatments with water retaining agent were significantly higher than that of no water reatining agent，while the difference was not obvious between the treatments with water retaining agent. Both the fresh and dry weight of applying water retaining agent 2 250 kg/hm2 were the highest. Through the results，a conclusion could be drawn that the application of appropriate amount of water retaining agent could increase the soil moisture content in sand significantly，promote plant growth，enhance photosynthetic capacity，and increase the dry weight accumulation significantly. Under the condition of normal soil moisture content，the suitable amount of water retaining agent was 1 800-2 250 kg/hm2，under the soil drought stress，the suitable amount of water retaining agent was 3 150 kg/hm2.

Key words water retaining agent；soil moisture content；plant height；net photosynthetic rate；fresh weight；dry weight；sand soil in coastal area；Hebei Province

水是植物生長的“先天”環(huán)境條件。植物的一切正常生命活動，只有在一定的細(xì)胞水分含量狀況下才能進(jìn)行，否則植物的正常生命活動就會受阻，甚至停止。水分是植物對物質(zhì)吸收和運(yùn)輸?shù)娜軇羌?xì)胞質(zhì)的主要成分，在光合作用、呼吸作用、有機(jī)物質(zhì)合成和分解的過程中，都有水分子參與，其保證了植物合成、代謝的正常進(jìn)行。此外，水分還能維持細(xì)胞的緊張度（即膨脹），使植物枝葉挺立，保持固有姿態(tài)便于充分接受光照和進(jìn)行氣體交換[1]。土壤中的水分是植物所需水分的主要供給源，一般情況下，植物根部從土壤中不斷地吸收水分，并運(yùn)輸?shù)街参矬w各個部分以滿足正常生命活動的需要。

沙地土壤含水量低，且保水性差、損失量大、有效利用率低[2]，植被要想在沙地中成活、生長、發(fā)育，水分是主要的生態(tài)限制因子。合理有效利用有限水資源是沙地植被長期穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。在沙地中，水分主要以土壤水形式存在[4]，其含量大小及其動態(tài)變化顯著影響植被的生長發(fā)育[5-6]。

保水劑是利用強(qiáng)吸水性樹脂制成的一種具有超高吸水保水能力的高分子化合物顆粒劑。該類物質(zhì)含有大量結(jié)構(gòu)特異的強(qiáng)吸水基團(tuán)，可吸收自身重量數(shù)百倍至上千倍的水分[7]。綜合前人研究成果來看，保水劑具有如下優(yōu)點[8-9]，第一，吸水性好，保水劑吸水量大，且吸水、吸濕速度快；第二，保水性好，其能有效抑制水分蒸發(fā)，緩慢釋水；第三，持續(xù)性好，保水劑能反復(fù)多次吸水、釋水；第四，熱穩(wěn)定性好，對環(huán)境溫度要求低，適用范圍廣；第五，安全性好，保水劑安全無毒，且不改變土壤酸堿性。基于保水劑的5個優(yōu)點，許多研究者認(rèn)為可將其應(yīng)用到沙土植被修復(fù)與建設(shè)中，經(jīng)過相關(guān)試驗發(fā)現(xiàn)，在沙土中施入保水劑能明顯提高土壤含水量，增強(qiáng)土壤保水效果[10]，促進(jìn)植株生長發(fā)育[11]，但并不是保水劑用量越大保水效果就越好，土壤含水量和土壤持水性能是在一定的保水劑施用量增加范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出遞增趨勢[12-13]。因此，認(rèn)為沙土中摻入適量保水劑具有明顯的保水效果，而多施對土壤和植被無益。

在實踐中，保水劑作用的發(fā)揮會受多種因素的制約，如土壤條件、養(yǎng)分條件、氣候降水條件、地上植被種類、栽培措施等，正是由于這些因素的影響，不同區(qū)域、不同目標(biāo)的保水劑施用量會有較大的差異。加之許多用戶對保水劑產(chǎn)品了解不夠，且沒有根據(jù)實際情況來選擇科學(xué)的施用方法和用量，導(dǎo)致保水劑作用不明顯，造成了不同程度的浪費(fèi)，使保水劑的應(yīng)用和推廣在不同程度上受到了阻礙，亟待科學(xué)的論證與指導(dǎo)。針對這一現(xiàn)狀，本文將試驗探討保水劑在沙質(zhì)土壤中的保水效果及其對地上植被生長發(fā)育的影響，以期為保水劑的研究提供理論依據(jù)，為保水劑的應(yīng)用和推廣提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

植物材料：芙蓉葵（Hibiscus moscheutos Linn.）；土壤基質(zhì)：河北省秦皇島市北戴河區(qū)濱海沙土；保水劑：山東順通環(huán)保材料有限公司提供的袋裝保水劑。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 設(shè)計梯度。試驗根據(jù)向土壤基質(zhì)中摻入保水劑的比例，共設(shè)6個處理水平：CK為未加保水劑處理；T1為施保水劑1 350 kg/hm2（每盆摻入保水劑11.540 g）；T2為施保水劑1 800 kg/hm2（每盆摻入保水劑15.387 g）；T3為施保水劑2 250 kg/hm2（每盆摻入保水劑19.234 g）；T4為施保水劑2 700 kg/hm2（每盆摻入保水劑23.080 g）；T5為施保水劑3 150 kg/hm2（每盆摻入保水劑26.927 g）。每個處理重復(fù)4次，6個處理共計24盆，花盆按保水劑摻入量遞增順序排列。

1.2.2 育苗移栽。2017 年 4 月在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所玻璃溫室中缽盤育苗，當(dāng)株高達(dá)到12～15 cm時，選取長勢良好且均勻一致的芙蓉葵小苗移栽到摻有保水劑的花盆中。本試驗花盆規(guī)格為45 cm（上口直徑）×33 cm（高）。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 株高的測定。用卷尺和游標(biāo)卡尺每隔5 d測定1次。

1.3.2 土壤含水量的測定。使用土壤水分溫度鹽分測量儀（英國，WET型）每隔5 d測定1次土壤含水量。具體方法：垂直分3層（即表層土下0～8 cm、8～16 cm、16～24 cm）分別插入儀器探針進(jìn)行測量。

1.3.3 光合參數(shù)的測定。測定于2017年7月（晴天）進(jìn)行，使用便攜式光合測定儀（美國，Li-6400型），于9：00—11：00測定光合參數(shù)。測定參數(shù)包括葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度和蒸騰速率。

1.3.4 鮮重、干重的測定。用電子天平稱取植株的地上、地下鮮重；用干燥箱先在105 ℃條件下殺青植株，之后70 ℃烘干，最后用電子天平稱取植株的地上、地下干重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 18.0等統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同保水劑處理對土壤含水量的影響

從土壤含水量調(diào)查情況（表1）可以看出，0～8 cm土層中含水量T2>T4>T5>T3>T1>CK，8～16 cm土層中含水量T2>T4>T5=T3>T1>CK，16～24 cm土層中含水量T4>T2>T3>T1>T5>CK。由此可見，施用保水劑的各處理各土層含水量均高于對照，其中，在0～8 cm和8～16 cm土層中T2的含水量最大，分別達(dá)到了16.4%、20.7%，比對照分別高出了3.5%、5.1%。

整個盆中土壤的平均含水量數(shù)據(jù)顯示，T2>T4>T3>T1=T5>CK，可見施用保水劑的整個盆中的含水量均高于對照，其中T2、T3、T4的含水量顯著高于對照（圖1），T2的平均含水量最大，達(dá)到了23.4%，比對照高出了6.9個百分點。T1、T5與對照差異不顯著。

綜合分析各土層含水量數(shù)據(jù)、平均含水量數(shù)據(jù)和方差數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，保水劑具有較高的吸水、保水能力，適量使用保水劑，土壤含水量明顯增加，T2和T4處理的保水劑施用量雖然有差異，但2個處理的土壤含水量差異不顯著，并且高于其他處理。T2的保水劑施用量可作為生產(chǎn)實踐的參考值。

2.2 不同保水劑處理對植株生長的影響

從株高調(diào)查結(jié)果（表2）可以看出，各處理的末次測定株高值為T4>T5>T1>T2>T3>CK，可以看出施用保水劑的各處理平均株高均高于對照，各處理平均株高比對照平均株高高24.8～26.5 cm。其中，T4的平均株高最高，達(dá)到46.6 cm，比CK的平均株高高出26.5 cm。從增長速度來看，T4>T5=T2>T1=T3>CK，各施保水劑處理的株高增速均高于對照，其中，T4日均增速最高，達(dá)到0.90 cm/d，比CK高0.61 cm/d。

從圖2可以看出，施用保水劑的各處理株高均與未施保水劑的對照存在顯著差異，而各施保水劑處理間差異不顯著。綜上可見，施用保水劑能夠有效促進(jìn)植株生長，保水劑的不同施用量對植株的生長影響差異不大。在實際推廣生產(chǎn)中可以從節(jié)約成本角度考慮，在保水劑施用量上傾向于T1、T2處理，少量施入保水劑。

2.3 不同保水劑處理對植被光合特性的影響

從不同保水劑處理對芙蓉葵植株光合特性的影響（表3）可以看出，在土壤正常含水條件下，各處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均隨保水劑用量的增加大致呈先上升后下降的趨勢，胞間CO2濃度則隨保水劑用量的增加大致呈下降趨勢。在凈光合速率數(shù)據(jù)中，T3>T5>T2>T4>T1>CK，其中，T2、T3、T5顯著高于對照處理（圖3），T3的凈光合速率最大，達(dá)到21.96 μmol CO2/（m2·s），比對照高6.69 μmol CO2/（m2·s）。施保水劑的各處理的凈光合速率均高于對照，其中T3效果最好。

在土壤干旱脅迫條件下，凈光合速率數(shù)據(jù)顯示，T5>T3>T4>T2>CK>T1，在干旱脅迫下施用保水劑的處理T5、T3、T4、T2均高于對照，只有T1低于對照。其中，T1、T5與對照存在顯著差異（圖3），T5的凈光合速率最大，達(dá)到12.15 μmol CO2/（m2·s），比對照高出3.78 μmol CO2/（m2·s），T2、T3、T4與對照差異不顯著。各處理的凈光合速率隨保水劑用量的增加大致呈上升的趨勢。保水劑施用量最多的T5凈光合速率最大，說明在干旱脅迫下加大保水劑施用量能提高植物光合速率。

綜合以上分析可知，適量保水劑可以調(diào)節(jié)植株水分代謝，顯著提高植株凈光合速率，增強(qiáng)植株光合能力，從而促進(jìn)光合同化產(chǎn)物的積累，為植株生長發(fā)育提供更充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.4 不同保水劑處理對植株鮮重與干重的影響

從不同處理植株干重、鮮重調(diào)查結(jié)果（表4）可知，地上鮮重T3>T2>T4>T1>T5>CK，地下鮮重T3>T1>T5>T2>T4>CK，地上干重T3>T4>T2>T5>T1>CK，地下干重T3>T1>T2>T4>T5>CK。施用保水劑的各處理的地上、地下鮮重和地上、地下干重均高于對照，各處理的地上、地下鮮重高出對照52.40～61.45 g。各處理的地上、地下干重比對照高出12.63～16.26 g。

由圖4可知，施用保水劑的各處理總鮮重和總干重均顯著高于對照，施保水劑的各處理間差異不顯著。其中，T3的鮮重、干重均為最高，分別達(dá)87.38、20.53 g，比CK的鮮重、干重分別高61.45、16.26 g。由此可以看出，施用保水劑能夠有效促進(jìn)植株水分和有機(jī)物的積累。

3 討論

保水劑具有較高吸水、保水能力，在沙地土壤中應(yīng)用保水劑能顯著提高土壤含水量，減緩?fù)寥浪终舭l(fā)，提高土壤水分及養(yǎng)分利用率，促進(jìn)植被生長發(fā)育，有效降低植物因干旱脅迫而產(chǎn)生的損害。

本研究結(jié)果表明，施用保水劑的處理均不同程度地提高了土壤含水量，顯著減緩了土壤水分的蒸發(fā)，為植被的生長發(fā)育提供了有效水分。施保水劑的各個處理中，T2的土壤含水量最大，并且保水劑的施用量相對較少，保水效果最好。施用保水劑的各處理的株高均與未施保水劑的對照存在顯著差異，而各處理間差異不顯著。由此可以看出，施用保水劑能夠有效促進(jìn)植株生長，保水劑的不同施用量對株高的影響差異不大。在實際推廣生產(chǎn)中，可以從節(jié)約成本角度考慮，在保水劑施用量上傾向于T2處理的保水劑施用量。

光合作用是植物合成有機(jī)物的基礎(chǔ)，在缺水條件下，植株會關(guān)閉氣孔，氣孔導(dǎo)度下降，二氧化碳進(jìn)入氣孔受到阻礙，造成葉片光合速率降低。保水劑能夠改善植株土壤水分環(huán)境，從而提高植株光合能力，使其生理代謝旺盛。本研究發(fā)現(xiàn)，在土壤正常含水條件下，隨保水劑用量的增加，各處理的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度大致呈先上升后下降的趨勢，胞間二氧化碳濃度基本呈緩慢下降趨勢，說明適量施用保水劑提高了植被的凈光合速率，增強(qiáng)了其水分代謝能力和二氧化碳利用能力，促進(jìn)了植被地上、地下干物質(zhì)的積累。從光合速率和干物質(zhì)積累角度看，施用保水劑的T3處理效果最好，可以將其保水劑的施用量作為生產(chǎn)實踐參照。

水分虧缺還會使光合產(chǎn)物輸出變慢，生長受抑，葉面積擴(kuò)展受到限制，對光的吸收減少；嚴(yán)重缺水還會使葉綠體變形，片層結(jié)構(gòu)破壞，光合機(jī)構(gòu)受損，進(jìn)而降低植物光合速率。此次研究在土壤中施入保水劑后，提高了土壤保水性，土壤持水量明顯增加，保障了植物的正常生理代謝，進(jìn)而保證了植物的光合作用順利進(jìn)行。研究還發(fā)現(xiàn)，在土壤干旱脅迫條件下，隨著保水劑用量的加大，植物的凈光合速率不斷提高，說明在干旱脅迫下加入更大量的土壤保水劑能夠有效的提高土壤的含水量，保證植物的光合作用，進(jìn)而使植株維持正常的生命活動。

綜合以上研究分析認(rèn)為，沙地土壤施用適量保水劑能夠有效提高土壤含水量，促進(jìn)植物光合速率的提高，加大植株干物質(zhì)的積累，促進(jìn)植物生長發(fā)育。正常土壤含水條件下保水劑的適宜用量為1 800～2 250 kg/hm2，在干旱脅迫條件下，保水劑的適宜用量為3 150 kg/hm2。

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