保水劑對基質育苗及沙培小油菜生長的影響

于明英，晏清洪，肖 娟，邱照寧，董榮澤(.太原理工大學水利科學與工程學院，太原 0004；.中國水利水電科學研究院水利研究所，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稱[1]。20世紀60年代美國首先研制和開發使用保水劑[2]，近年來保水劑得到了廣泛的推廣與應用。保水劑能夠吸水自身質量數百倍的水分[3],吸水后形成凝膠，可以在作物需水時緩慢釋水供作物利用，此外，還可以保肥、改善土壤團粒結構、影響理化性質等[4]。

基質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，基質本身的持水保水能力差，在基質中添加保水劑可以促進基質保水能力，促進幼苗生長[5,6]。目前保水劑在黃瓜、番茄[7]、生菜[8]、甜椒[9]基質育苗上的應用已有報道，本文在前人研究的基礎上，以小油菜為試驗對象，研究不同濃度保水劑對種子萌發及幼苗生長的影響，為保水劑在葉類蔬菜基質穴盤育苗中的應用提供參考。

我國有廣袤的沙漠、沙地面積，然而耕地面積甚少，利用沙地、沙漠進行作物栽培以解決耕地難題，具有廣闊的發展前景。沙培為無土栽培的一種，以沙粒作為基質，成本低，消毒徹底[10]，能夠改善種植環境[11],有效減少土壤連作問題的發生。但是沙土自身保水保肥能力差，將保水劑應用于沙培種植，可以有效彌補沙土自身缺陷，促進作物生長，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]，對于保水劑在沙培種植中的應用鮮見報道。本試驗研究不同保水劑濃度對沙培種植小油菜的影響，為保水劑應用于沙土栽培作物提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小油菜的品種為杭綠2號，由杭州市良種引進公司提供；保水劑為北京摩爾化學科技有限公司出品的農林保水劑，它由高吸水性樹脂制成。育苗基質為珍珠巖、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土，其中氮磷鉀2%～4%，有機質>42%，腐植酸>30%，pH值為5.5%～6.5%。

1.2 試驗設計

1.2.1 小油菜穴盤育苗試驗

試驗于2017年2月20日至2017年3月27日在北京市昌平區古將村的日光溫室大棚內進行。試驗將保水劑按照0、0.1%、0.2%、0.6%、1.4%(質量分數)的濃度梯度加入到育苗基質中，與基質充分混勻。選擇顆粒飽滿的小油菜種子若干，采用50孔穴盤進行育苗，每個孔穴中放2顆種子，每個處理1盤，重復3次。播種后澆足底水，以后每天采用稱重法確定基質含水量，當含水量降至55%時再次進行灌溉至飽和[15]，記錄整個周期內不同處理的澆水次數。種子萌發后每天測定發芽種子數，計算種子發芽率和發芽勢。發芽率(GR)=(發芽種子數/供試種子總數)×100%；發芽勢(GP)=(4 d內供試種子發芽數/供試種子數)×100%[16]。當幼苗第1片真葉展開后(第15 d)取樣，每個處理選擇5株，每隔5 d測定株高、葉片數；第35 d時，每個處理取樣3株幼苗，測定用網格法測定最大葉片面積、幼苗干和鮮重。

1.2.2 沙培種植小油菜試驗

試驗于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進行。大棚為鋼架結構的磚墻大棚，棚內每個畦寬1 m，長6 m，厚15 cm，以沙土為基質進行作物種植。沙土為河沙，密度為1.48 g/cm3，用環刀法測定其田間持水量為9.25%，其顆粒級配見表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，每個處理重復3次。在小油菜的整個生育期內，用滴灌帶進行灌水，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每天測定每畦的土壤含水量，當其降到田持的60%時進行灌溉，記錄整個生育期內不同處理的灌水總量；整個生育期內進行了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進行一次株高、葉片數的測定；采收時測量代表植株的葉長、葉寬，運用長寬系數法公式y=1.521 9x0.829 6計算最大葉片面積[17]，以及測定小油菜單株產量及每畦總產量等指標。

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

1.3 數據處理

利用Excel-2003和SPSS 19.0 軟件對試驗數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 小油菜穴盤育苗試驗結果與分析

2.1.1 保水劑濃度對種子萌發的影響

從圖1中可以看出，小油菜種子的發芽率與發芽勢隨著保水劑濃度的增加整體上呈下降的趨勢，且兩者均小于對照組；但是經過ANOVA單因素方差分析，保水劑濃度對發芽率和發芽勢的影響均不顯著(P>0.05)。除對照組外，小油菜種子的發芽勢隨著保水劑濃度的增大先增加后減小，保水劑濃度為0.6%時最高為73.7%，說明在添加保水劑的基質中，0.6%濃度的保水劑對發芽勢的影響相對較好。種子的發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%，說明當育苗基質中添加保水劑不會顯著抑制小油菜種子的萌發。

圖1 保水劑對發芽率和發芽勢的影響Fig.1 Effects of SAP on the germination rate and germination potential

2.1.2 保水劑濃度對基質保水性及小油菜幼苗生長的影響

小油菜播種后對每個穴盤澆足底水至飽和，當基質含水量降至55%時再次灌水至飽和，統計35 d中的累計澆水次數。從表2可以看出，基質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。隨著保水劑濃度的增加，灌水次數先減少后增加，且均顯著低于對照組。保水劑濃度為0.6%時灌水次數最少，為34.0次，與其他3個實驗組差異顯著，節水效果最好。

表2還表明，在基質中混施保水劑可以顯著促進小油菜幼苗的生長。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%時達到最大值，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個處理；綜合灌水次數，基質中添加保水劑濃度為0.6%對小油菜幼苗生長的效果最好。

表2 保水劑對基質育苗的影響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，以第一片真葉展開后(第15 d)為時間零點，根據測得的20 d的株高、葉片數數據，對幼苗株高(y, cm)與葉片數(y,片)和時間(x,d)進行相關性分析，分別用指數函數y=aebx和線性函數y=ax+b進行擬合,見表3。從表3中可以看出，各處理株高與時間的相關系數R2在0.789 3～0.913 3之間，且隨著保水劑濃度的增加而增大，相關性越來越好。各處理葉片數與時間相關系數R2均大于0.95，相關性較好，可以用線性函數模型對不同保水劑濃度下幼苗的葉片數進行預測。

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

2.2 沙培小油菜試驗結果分析

小油菜定植后每天測定每畦的土壤含水量，當其降到田間持水量的60%及以下時進行計算分析，再次進行灌水至田間出水量，統計整個生育期內(25 d)的灌水總量，見表4。表4顯示，保水劑濃度對小油菜單株日均灌水量、最大葉片面積、單株平均產量影響顯著，說明沙土中溝施保水劑可以減少灌水量，節約用水，促進小油菜的生長。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個處理差異不明顯；第5個處理保水劑濃度為90 kg/hm2時的單株日均灌水量最少，為69.86 mL，與前4個處理之間差異顯著，說明沙土中保水劑濃度為90 kg/hm2時，沙培種植小油菜的節水效果最好。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的兩個處理與對照組無明顯差異，保水劑濃度為60、90 kg/hm2的兩個處理之間差異顯著，且均與對照組差異顯著，說明沙土中溝施保水劑濃度為90 kg/hm2時，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量均高于對照組，但前4個處理之間無顯著差異，處理5的單株平均產量最大，為51.12 kg/hm2，且顯著高于其他4個處理，4個實驗組相對于對照組的單株平均產量分別增長了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，對小油菜產量積累最為有利。

表4 保水劑對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的變化不規律，但總體上呈現增大的趨勢，兩者均在保水劑濃度為90 kg/hm2時達到最大值，且明顯高于對照組，因此在沙土中溝施保水劑濃度為90 kg/hm2時最適宜沙培小油菜的生長。

圖2 保水劑對株高和葉片數的影響Fig.2 Effects of SAP on plant height and leaf number

3 結 語

(1)保水劑濃度對基質穴盤育苗小油菜種子萌發及幼苗生長的灌水次數、幼苗最大葉片面積、幼苗干重與鮮重影響顯著。隨著基質中添加保水劑濃度的增加，苗盤澆水次數先減少后增加，即基質保水效果先增強后減弱，保水劑的質量分數為0.6%時，基質保水效果最好。這說明當保水劑超過一定濃度時會抑制基質的保水性，其原因可能為保水劑濃度過大，基質板結，保水性變差。不同保水劑濃度下種子的發芽指標表明，基質中添加保水劑對小油菜種子的萌發有抑制作用，但與對照組相比差異不顯著。此外，本試驗綜合各處理灌水量的不同，認為保水劑濃度為0.6%時最優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用較為廣泛，本試驗在沙土栽培基質10 cm深度處溝施發現，保水劑濃度對沙培小油菜的單株日均灌水量、最大葉片面積、單株平均產量影響顯著。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、最大葉片面積和單株平均產量呈增大的趨勢，且均在保水劑施用量為90 kg/hm2時達到最優。

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