超吸水纖維(SAF)在農(nóng)業(yè)土壤保水中的應(yīng)用

孟婷婷 孔輝 陳亭亭

[摘 要] 超吸水纖維（SAF）是一種常用在工業(yè)上的保水劑，在農(nóng)業(yè)土壤中鮮有應(yīng)用。本文開展溫室盆栽試驗，將沙質(zhì)土壤與不同量的SAF混合種植三葉草，探究SAF對土壤的保水性能以及對三葉草生長特性的影響。結(jié)果表明，不添加SAF處理的三葉草地上生物量隨著時間的延長呈增加趨勢，而2%SAF和4%SAF處理的三葉草地上生物量隨著時間的延長呈降低趨勢，3個月培養(yǎng)期內(nèi)不添加SAF處理的三葉草地上生物量顯著高于2%SAF和4%SAF處理。這表明SAF與土壤混和施用培育植物，達不到預(yù)期效果，建議后期試驗驗證時把SAF鋪在土壤深層主根系下方，利于根系下扎。

[關(guān)鍵詞] 超吸水纖維;三葉草;地上生物量;土壤板結(jié)

[中圖分類號] S152 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）28-119-2

超吸水纖維（SAF）是一種吸液量大、吸液速度快的新型功能纖維，能吸收自身質(zhì)量幾十倍甚至上百倍的水，其是繼高吸水性樹脂（SAP）之后而發(fā)展起來的一種新型功能材料[1]。SAF不同于普通纖維的物理吸附，而是通過化學(xué)吸收原理吸水液體后，自身產(chǎn)生膨脹，而將液體封存于纖維內(nèi)并難以擠壓出來。目前，SAF主要被應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、食品等領(lǐng)域。

人們對保水劑的保水、保肥效果和對土壤物理性質(zhì)的影響進行了大量研究。結(jié)果表明，保水劑應(yīng)用于節(jié)水農(nóng)業(yè)，能起到抗旱保水、減少灌水量、改良土壤結(jié)構(gòu)的作用，使水分利用效率得到大大提高[2-4]。市場上常見的傳統(tǒng)保水劑在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用較為廣泛，但SAF作為紡織業(yè)的原材料在土壤水分保持方面應(yīng)用較少。

林存峰等研究表明超吸水纖維美植袋能顯著提高4種苗木的成活率，有效緩解林木種植后的土壤水分損失[5]。胡雅驗證了SAF對沙壤土吸水及保水性能的影響，將風(fēng)干土和一定量的SAF混合，按照容重1.45 g/cm3分層均勻填裝到環(huán)刀中，測定其吸水倍率由高到低分別為10%SAF>5%SAF>CK，蒸發(fā)速率由大到小依次為CK>5%SAF>10%SAF，添加10%超吸水纖維的土壤釋水過程穩(wěn)定、保水性能較好[6]。基于以上研究，本文設(shè)置溫室盆栽試驗，進一步探究SAF及不同施用量對土壤保水性能及植物生長特性的影響。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗所用土壤采自陜西省商洛市商州腰市鎮(zhèn)土地整治項目0～30 cm土層褐土，土壤黏粒含量較低，沙壤質(zhì)地，疏松多孔，通氣良好，不易積水，供肥性快，不耐旱，保水保肥性能差。

1.2 供試植物

供試植物選擇常見的經(jīng)濟作物三葉草。

1.3 試驗設(shè)計

本研究選用南通江潮纖維制品有限公司生產(chǎn)的超吸水纖維（見圖1），添加量分別為2%（W1），4%（W2），以不添加保水材料為對照（CK），每個處理重復(fù)3次。供試土壤經(jīng)自然風(fēng)干，過2 mm篩，SAF剪碎過2 mm篩，每盆裝土+保水劑5 000 g，將保水劑按設(shè)定量依次加入底部帶孔的花盆中，每盆施入氮肥4 g、磷肥和鉀肥各1 g，與土、保水劑充分混勻。土壤水分保持在田間持水量的80%時，種植三葉草，之后置于溫室內(nèi)培養(yǎng)。每次等量灌水500～600 mL，使保水劑和土壤吸水充分，觀察三葉草長勢并定期測定地上生物量。

2 結(jié)果與分析

由圖2可以看出，不同處理下三葉草均能出苗，但長勢不同。施用2%SAF處理三葉草出苗正常，但是因為施用保水劑造成了土壤板結(jié)，透氣性降低，后期三葉草逐漸發(fā)黃，長勢不及CK長勢。施用4%SAF的處理，由于保水劑吸水膨脹導(dǎo)致土壤呈果凍狀，三葉草根系難以下扎，出苗困難;土壤干裂，透氣性降低，三葉草長勢不如CK及2%SAF處理。

如圖3所示，CK處理下三葉草地上生物量隨著時間的延長呈增加趨勢，而2%SAF和4%SAF處理下三葉草地上生物量隨著時間的延長呈降低趨勢。3個月培養(yǎng)期內(nèi)，三葉草地上生物量CK顯著高于2%SAF和4%SAF處理。其原因是施用SAF的土壤雖然保水性能增加，但是混合土壤吸水后呈果凍狀，且SAF與沙土混合存在吸水釋水，使得三葉草根系難以下扎。同時，吸水釋水過程的存在導(dǎo)致土壤孔隙度改變，也影響三葉草根系生長。因此，施用SAF的三葉草地上生物量低于空白處理，而且培養(yǎng)時間越長，土壤透氣性越差，土壤越板結(jié)嚴重，造成三葉草地上生物量減少。

3 結(jié)語

保水劑SAF剪碎混合在土壤中，可以增加土壤的空隙度及保水性能，而在盆栽試驗中，種植三葉草雖然保水性能增加，但是造成三葉草地上生物量減產(chǎn)，因此保水劑SAF剪碎混合在土壤用于保水達不到預(yù)期效果。建議將保水劑SAF平鋪在耕層以下，使保水劑SAF分布在主根系以下，來驗證SAF能否應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤保水。

參考文獻

[1]李強林，黃方千，蔣學(xué)軍，等.超吸水纖維的研究進展及其應(yīng)用[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報，2017（1）：195-200.

[2]田露，李立軍，郭曉霞，等.不同保水材料對內(nèi)蒙古黃土高原旱作玉米幼苗生長及土壤貯水特性的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013（5）：54-60.

[3]杜社妮，郭勝利，王百群，等.保水劑粒徑對秦巴山區(qū)土壤水分及烤煙生長的影響[J].水土保持通報，2018（6）：103-112.

[4]劉瑞鳳，楊紅善，李安，等.PAA-att復(fù)合保水劑對土壤物理性質(zhì)的影響[J].土壤通報，2006（2）：231-235.

[5]林存峰，李東琴，李金云.超吸水纖維對荒漠區(qū)生態(tài)林營造成效的影響[J].林業(yè)科技通訊，2019（9）：91-92.

[6]胡雅.兩種高吸水性聚合物吸水性能對比研究[J].農(nóng)村實用技術(shù)，2019（12）：106-107.