聚丙烯酰胺對油菜生長及產量的影響

謝文杰 姚娟 李卓

摘要[目的]探明不同干旱程度下，聚丙烯酰胺（PAM）施入土壤后對油菜生長及產量的影響，為PAM在農業抗旱增產中的推廣應用提供數據及理論支持。[方法]在遮雨棚內進行盆栽試驗，通過控制灌水時間及灌水量，模擬不旱、輕旱、中旱、重旱4種干旱程度，觀測不同PAM施用量對油菜株高、徑粗、綠葉數、葉面積、一次有效分枝數、產量以及水分利用效率的影響。[結果]4種干旱（不旱、輕旱、中旱、重旱）條件下，施加PAM處理的油菜與未施加PAM相比，生長指標（株高、徑粗、綠葉數、葉面積、一次有效分枝數）均有不同程度的提升，其中株高分別增加10.11%、2.03%、18.39%、13.70%，一次有效分枝數分別增加2.32%、27.91%、20.83%、8.97%，產量分別增加7.90%、39.47%、23.40%、21.95%，耗水量可最高減少29.09%、35.65%、49.02%、31.39%，水分利用效率可最高提升41.62%、81.31%、142.05%、49.31%。[結論]種植油菜時施入一定量的PAM能提升油菜產量及水分利用效率，但當PAM施加過量時會抑制油菜的生長以及降低經濟效益。

關鍵詞 聚丙烯酰胺；油菜；生理指標；產量；水分利用效率

中圖分類號 S634.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）02-0017-05

Abstract[Objective] To investigate the effects of polyacrylamide （PAM） on the growth and yield of rape under different drought levels，and to provide data and theoretical support for the popularization and application of PAM in agricultural drought resistance and yield increase.[Method] The pot experiment was conducted to study the drought resistance of potted rape in canopy.By controlling the irrigation time and irrigation amount，the drought degree of no drought，light drought，moderate drought and heavy drought was simulated.The effects of different application rates of PAM on plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches，yield and water use efficiency （WUE） of rape were observed.[Result] Compared with the control without PAM，the growth indexes （plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches） of treatments with PAM under four drought conditions （no drought，light drought，moderate drought and heavy drought） were increased in different degrees，the increase rates of plant height were 10.11%，2.03%，18.39% and 13.70% respectively，those of the number of primary effective branches were 2.32%，27.91%，20.83% and 8.97% respectively，those of rape yield were 7.90%，39.47%，23.40%，21.95% respectively； the water consumption could be maximally reduced by 29.09%，35.65%，49.02%，31.39% respectively； the WUE could be maximally promoted by 41.62%，81.31%，142.05%，49.31% respectively.[Conclusion] The yield and WUE of rape can be improved by applying a certain amount of PAM when rape is planted，but when PAM is applied excessively，it inhibits the growth of rape and reduces the economic benefit.

Key words Polyacrylamide（PAM）； Rape； Physiological indexes； Yield； Water use efficiency（WUE）

油菜是我國第一大油料作物，常年種植面積約733萬hm2，年均總產量約180萬t，面積和總產均居世界第一[1-3]。四川盆地丘陵山區地處溫、光、水、熱條件優越的長江上游，氣候溫和濕潤，相對濕度大，云霧和陰雨日多，冬季無嚴寒，利于秋播油菜生長[4]。因此，油菜一直是該區域的主要作物之一。但是，四川省季節性干旱中春旱的發生頻率極高，容易造成油菜在需水旺盛的季節缺水[5]。因此，四川油菜春旱是一個急需解決的問題。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，簡稱 PAM） 是一種高分子聚合物，是由丙烯酰胺（Acrylamide，簡稱AM）均聚或與其他單體共聚而成，含量在50%以上的線性水溶性高分子化學產品的總稱。作為一種新型材料，許多學者發現 PAM 對土壤性質有改進的作用，經 PAM 處理后土壤的入滲率要大得多，PAM 明顯地吸附著土壤表面的顆粒，起著類似于黏結物的作用，黏結土壤的單顆粒形成大的團聚體抵抗雨滴的破壞作用，使土壤表面的結構和高入滲得以維持，阻礙土壤結皮的形成， 減少土壤侵蝕[ 6-11] 。在灌溉試驗中，Lentz 等[12-13]將 PAM 用于防止溝灌土壤侵蝕和增加入滲，取得了很好的效果。已有研究表明， PAM 具有保水、保土、保肥、增產等效用[14-16]。

由表2可知，不旱（H1）條件下P3（PAM=20 g）用量時，徑粗較對照提高41.76%；輕旱（H2）條件下P3（PAM=20 g）用量時，徑粗較對照提高50.39%；中旱（H3）條件下P2（PAM=10 g）用量時，徑粗較對照提高19.07%；重旱（H2）條件下P3（PAM=20 g）用量時，株高較對照提高17.89%。

2.1.3 對綠葉數的影響。

由圖3a可知，蕾薹期進行處理，在4種干旱情況下， PAM的施入均增加了油菜的綠葉數。由圖3b可知，開花期進行處理，H1、H2、H3在同一干旱處理下，施加的油菜綠葉數明顯比未施加PAM的油菜綠葉數多。而在特別干旱的H4水平下，出現綠葉數減少的現象，大量PAM自身吸持的無效水分量增加，同時可能是開花期溫度已較高，PAM吸持的水分釋放出來供給油菜利用的速度較低，不利于綠葉生長。

2.1.4 對葉面積的影響。

由圖4可知，4種干旱情況下施入PAM后的葉面積變化并不一致。H1條件下施入PAM后油菜葉面積較對照有所降低，在H2、H3、H4干旱條件下，施加PAM對增大油菜的葉面積有一定作用。總體來看，P3（PAM=20 g）時，對增大油菜葉面積作用效果最顯著。H4條件下，PAM施加量過高會抑制油菜葉片的生長。

2.1.5 對一次有效分枝數的影響。

由圖5可知，在H1（不旱）條件下，施加PAM對油菜一次有效分枝數無明顯影響。在H2和H3條件下，施入PAM會增加油菜的一次有效分枝數，用量越大，效果越顯著；而在特別干旱的H4條件下，PAM用量過高會抑制油菜一次分枝的生長，這與前面PAM對油菜株高、徑粗、綠葉數、葉面積的影響一致。隨著干旱程度的增加，油菜一次有效分枝數基本呈減小趨勢。

2.2 不同處理對油菜產量及水分利用效率的影響

2.2.1 對油菜產量的影響。

2.2.1.1 對莖稈鮮重的影響。莖稈鮮重一定程度上代表油菜的最終產量，莖稈鮮重越重，說明油菜長勢越好，產量也相應的越高。由圖6可知，H1、H2條件下施加PAM能增加油菜莖稈的鮮重，P3（PAM=20 g）時油菜莖稈鮮重明顯高于其他用量處理。H3、H4條件下施加PAM對油菜莖稈的生長影響不顯著。

2.2.1.2 對油菜角果數的影響。油菜角果是后期光合作用的重要器官，對籽粒的貢獻達70%，也是產量的關鍵部分，人們一直在努力尋找增加油菜角果數量和種子產量的方法[12-14]。由圖7可知，施加PAM處理油菜角果數量有所增加。隨著干旱程度由H1到H4的逐漸增加，角果數量呈明顯下降的趨勢。在重旱（H4）情況下，施加PAM對增加油菜角果數基本無效果，可能是因為特別干旱的情況下，PAM和作物存在用水競爭關系，而作物在嚴重缺水的階段依然得不到水分供應，造成作物生長遲緩。

2.2.1.3 對油菜籽粒重影響。由圖8可知，PAM施入土壤中，不同干旱水平處理下，油菜籽粒重都大致呈先增加后減少的趨勢。P3（PAM=20 g）處理油菜籽產量最高，P4時會導致減產，這和之前PAM對油菜株高、徑粗等的影響一致。在不旱和重旱的情況下，PAM增產作用不明顯，而在輕旱和中旱處理下，P2（PAM=10 g）、P3（PAM=20 g）處理有顯著的增產作用。

2.2.2 對油菜水分利用效率的影響。

油菜水分利用效率（Water Use Efficiency，簡稱WUE）是指油菜每消耗單位水量所能獲得的產量。它反映了作物在生產過程中的能量轉化效率，是一段時間內植物適應其生長環境的反映，因而與最終生產力之間的關系十分密切[17]。由表3、4可知，施加PAM

能不同程度地提高油菜的水分利用效率，PAM施用量過高，水分利用效率增加幅度反而有所下降；在H1水平下，各處理間差異不顯著；H2水平下，各處理間差異顯著；H3水平下，各處理間差異顯著；H4水平下，P2、P3、P4間差異不顯著，P1與 P2、P3、P4間差異顯著。

3 結論與討論

（1）PAM施入土壤對干旱具有一定的緩解作用。4種干旱（不旱，輕旱，中旱，重旱）條件下，施加PAM處理的油菜株高、徑粗、綠葉數、葉面積、一次有效分枝數與對照相比，最大提升幅度分別可達18.39%、50.39%、14.17%、32.85%、27.91%。

（2）在土壤中施加一定量的PAM能顯著提高油菜的莖稈鮮重、角果數以及油菜籽粒重。在不同干旱條件下，施加PAM處理后的最高油菜產量比對照處理分別提高7.90%、39.47%、23.40%、21.95%，PAM施用量過高反而會減少油菜產量，降低經濟效益。這與Kawai[18]、Bologna等[19]通過試驗指出保水劑PAM的應用不會降低土壤質量與植物品質的結果一致。

（3）在不同干旱條件下，施加PAM各處理的油菜籽粒重都較對照明顯增加，但耗水量有所下降，油菜水分利用效率比對照最高分別提高41.62%、81.31%、142.05%、49.31%。證明高分子聚合物聚丙烯酰胺能降低水分的無效蒸騰量，減少灌水量，從而提高油菜水分利用效率。

參考文獻

[1] 王漢中.入世后的中國油菜產業[J].中國油料作物學報，2002，24（2）：82-86.

[2] 王漢中，官春云，張春雷.中國的油菜生產與栽培科學技術研究（英文）[C]//第十二屆國際油菜大會論文集.武漢：第十二屆國際油菜大會籌備委員會，2007：2-7，173.

[3] 李迎春，郭子榮，羅傳浩，等.四川盆地丘陵山區油菜生產現狀、問題及發展對策[J].陜西農業科學，2008，54（5）：128-130.

[4] 王漢中.中國油料產業發展的現狀、問題與對策[J].中國油料作物學報，2005，27（4）：100-105.

[5] 朱鐘麟，趙燮京，王昌桃，等.西南地區干旱規律與節水農業發展問題[J].生態環境，2006，15（4）：876-880.

[6] 唐澤軍.PAM 增加入滲減少土壤侵蝕及稀土元素示蹤土壤侵蝕過程的試驗研究[D].北京： 中國農業大學，2002.

[7] GAL M，ARCAN L，SHAINBERG L，et al.Effect of exchangeable sodium and phosphogypsum on crust structure：Scanning electron microscope observations[J].Soil Sci Soc Am，1984，48：872-878.

[8] LEVY G J，LEVIN J，GAL M，et al.Polymers′ effects on infiltration and soil erosion during consecutive simulated sprinkler irrigations[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：902-907.

[9] MCLNTYRE D S.Permeability measurements of soil crust formed by raindrop impact[J].Soil Sci，1958，85： 813-817.

[10] BENHUR M，LETEY J，SHAINBERG I.Polymer effect on erosion under laboratory rainfall simulator conditions[J].Soil Sci Soc Am，1990，54： 1092-1094.

[11] LENTZ R D，SHAINBERG I，SOJKA R E，et al.Preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：1926-1932.

[12] 蔣定生.黃土高原水土流失與治理模式[M].北京：中國水利水電出版社，1997.

[13] LENTZ R D，SOJKA R E.Applying polymers to irrigation water： Evaluating strategies for furrow erosion control[J].Trans ASAE，2000，43：1561-1568.

[14] 員學鋒，汪有科，吳普特，等.PAM 對土壤物理性狀影響的試驗研究及機理分析[J].水土保持學報，2005，19（2）：37-40.

[15] 莊文化，馮 浩，吳普特.高分子保水劑農業應用研究進展[J].農業工程學報，2007，23（6）：265-270.

[16] 員學鋒，吳普特，馮浩.聚丙烯酰胺（PAM）的改土及增產效應[J].水土保持研究，2002，9（2）：55-58.

[17] 劉世亮，寇太記，介曉磊，等.保水劑對玉米生長和土壤養分轉化供應的影響研究[J].河南農業大學學報，2005，39（2）：146-150.

[18] KAWAI F.Bacterial degradation of acrylic oligomers and polymers[J].Appl Microbiol Biotech，1993，39：382-385.

[19] BOLOGNA L S，ANDRAWES F F，BARVENIK F W，et al.Analysis of residual acrylamide in field crops[J].Chromat Sci，1999，3

7（7）：240-244.