保水剂在不同类型土壤上的应用效果

马晓凡 邵蕾 孔凡克 王丽霞

摘要：通过盆栽试验探讨了保水剂在3种不同类型土壤上施用后对土壤理化性质和油菜生长的影响。结果表明：保水剂在盐碱土、风沙土、棕壤中均具有保水和保肥性能，降低了土壤容重，促进了油菜的生长，提高了产量。试验前期，施用保水剂的棕壤（Z1）土壤速效养分显著低于未施用保水剂的处理（Z0）；试验中后期，施用保水剂的土壤速效养分均高于未施用保水剂的处理；与未施用保水剂处理相比，棕壤施用保水剂后油菜产量提高18.67%，显著高于盐碱土（10.23%）和风沙土（10.85%）。因此，保水剂在棕壤中的应用效果优于盐碱土和风沙土。

关键词：保水剂；土壤类型；盐碱土；风沙土；棕壤；油菜

中图分类号：S156文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）04-0090-04

Abstract A pot experiment was conducted to study the effects of super absorbent polymer application （SAP） in different soil types on soil physicochemical properties and rape growth. The results showed that the SAP increased the capacity of water and nutrient preservation， decreased the soil bulk density， promoted the plant growth and raised the yield of rape in saline-alkali soil， aeolian sandy soil and brown soil. At the early stage of the experiment， the available nutrient in brown soil with SAP application（Z1） was significant lower compared with the treatment without SAP application（Z0）. At the middle and later stages， the available nutrients in Z1 were higher than that in Z0. Compared with Z0，the rape yield of （Z1） increased by 18.67%， and was significantly higher than that in saline-alkali soil （10.23%） and sandy soil （10.85%）. Therefore， the application effects of SAP in brown soil was superior to that in saline-alkali soil and sandy soil.

Keywords Super absorbent polymer； Soil type； Saline-alkali soil； Aeolian sandy soil； Brown soil； Rape

随着经济的快速发展和人口的增加，我国用水量急剧增长，水资源短缺问题日益显现；同时水污染不断加剧，水环境状况不断恶化，水资源面临着前所未有的巨大压力[1]。水资源供给能力严重制约着农业发展，对作物产量起着决定性作用[2]。我国又是一个干旱频繁发生的国家，农作物因旱受灾现象严重[3]。因此发展节水农业，提高水分有效利用率，是保证农业可持续发展的重要因素。保水剂（super absorbent polymers，简称SAP）是利用强吸水性树脂制成的具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，这种高聚物能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的水，而且能够反复吸水、释水，增强土壤的水分保持能力，以供植物吸收和利用[4]。

在农业生产中，施肥是增产的重要措施，施用化学肥料不仅能够增加农作物的产量， 而且能够改善农产品的品质[5]。目前我国化肥的当季利用率氮肥约为30%～35%，磷肥约为10%～25%，钾肥约为35%～50%，远低于世界发达国家水平，不仅增加了农业生产成本，同时带来了严重的环境污染[6]。而保水剂具有的活性基团可以和土壤颗粒表面的活性基团或离子发生相互作用，通过创建和稳定水稳性团粒结构，增加对养分的吸附作用而抑制其流失，因此土壤加入保水剂后可提高肥料利用效率，同时增加作物产量[7]。

保水剂的施用效果受土壤质地、pH值、离子浓度等因素影响；含盐的土壤溶液会降低保水剂的吸水能力。本试验以盆栽油菜为材料，研究保水剂在3种不同类型土壤中的保水保肥效果，以及对油菜生长状况的影响，以期为保水剂在生产上的实际应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物：苏州青油菜。

供试土壤：盐碱土（采自烟台辛安河边农田）、风沙土（采自烟台海边黑松林防护林间的苹果园）、棕壤（采自中国农业大学烟台研究院实验基地），理化性状见表1。盐碱土和风沙土的含盐量分别为棕壤的5.34倍和2.59倍。

供试肥料：尿素（N 46%）；磷酸二氢钾（P2O5 52%，K2O 34%）；硫酸钾（K2O 54%）；供试保水剂：聚丙烯酰胺保水剂（汉力淼新技术有限公司提供）；塑料盆：内口径27.5 cm，底部直径18 cm，高21 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

采用盆栽试验，设6个处理（表2），每处理重复5次。

保水剂磨细过0.25 mm筛，土壤过5 mm筛，每盆施肥量按照N、P2O5、K2O为 400、200、200 mg/kg土计算。将肥料、保水剂与土充分混匀后装盆。每盆播种6粒饱满均匀的油菜种子，播深2 cm。播种后用去离子水加入土壤至100%田间持水量，在随后的管理过程中用称重法保持土壤水分在田间持水量的60%～80%。發芽后一周间苗，每盆保留生长较一致的幼苗2株。试验于2016年7月30日播种，2016年9月27日收获。

1.2.2 样品采集及处理 装盆后播种前测定土壤的田间持水量。播种前及从播种后第5天开始每隔7天取土样一次；取样时用一个直径2 cm的细管从表层插到底部。试验结束后，将盆倒扣，用水将根上的土冲净，以获得完整的根系，将地上部、地下部分开备用。

1.2.3 测定项目及方法 土壤基础肥力及土壤速效氮磷钾采用常规分析法测定；田间持水量采用环刀法；株高采用卷尺直接测量；收获后将油菜分地上和地下部分称重测产。

1.3 数据统计分析

试验数据采用 Microsoft Excel 2007、SPSS软件进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 保水剂对土壤理化性质的影响

2.1.1 土壤碱解氮含量的变化 土壤碱解氮表征土壤氮素供应情况，是土壤供肥能力的一个重要指标[8]。由图1看出，7月30日和8月3日Z0处理的土壤碱解氮显著高于其它处理，Z1处理土壤碱解氮含量最低，而Y1和Y0、S1和S0差异不显著。随着处理时间的延长，6个处理的土壤碱解氮含量均逐渐下降。8月24日至试验结束施用保水剂的3个处理均高于未施保水剂的3个处理。保水剂不仅可吸附水分，也可吸附土壤中的盐基离子，施肥后保水剂吸附氮素，所以土壤碱解氮含量低于未施用保水剂处理；随着处理时间的延长，保水剂吸附的养分逐渐释放到土壤中，土壤中碱解氮的含量则高于未施用保水剂处理。

保水剂在棕壤上施用对氮的缓释效果优于盐碱土和风沙土，7月30日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的碱解氮含量相对于未施用保水剂的土壤分别降低了10.00、10.38、80.15 mg/kg；施用保水剂的3种土壤间比较， 8月24日至试验结束Z1处理的土壤碱解氮含量高于Y1和S1；9月27日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的碱解氮含量相对于未施用保水剂的土壤分别提高了18.80、16.30、36.03 mg/kg。

2.1.2 土壤速效磷含量的变化 土壤速效磷是表征土壤供磷能力的重要指标[9]。土壤速效磷含量和土壤碱解氮含量的变化趋势相同：随着时间的延长，6个处理的土壤速效磷含量逐渐下降（图2）。施肥后前期施用保水剂的3个处理土壤速效磷含量低于未施用保水剂的3个处理；8月30日至试验结束则高于未施用保水剂的3个处理。

保水剂在棕壤上施用对磷的缓释效果优于盐碱土和风沙土，7月30日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的速效磷含量相对于未施用保水剂的土壤分别降低8.67、15.97、32.31 mg/kg； 8月17日至9月7日施用保水剂的Z1处理的土壤速效磷含量高于Y1和S1。9月27日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的速效磷含量相对于未施用保水剂的土壤分别提高19.75、9.00、20.14 mg/kg。

2.1.3 土壤速效钾含量的变化 土壤速效钾表征土壤的供钾能力。土壤速效钾含量和土壤碱解氮、速效磷含量的变化趋势相同：随着时间的延长，6个处理的土壤速效钾含量逐渐下降（图3）。7月30日和8月10日Z0处理的土壤速效钾显著高于Z1处理，而Y1和Y0、S1和S0之间差异不显著。8月17日至试验结束Z1处理土壤速效钾含量高于Z0处理，而Y1和S1处理8月24日至试验结束土壤速效钾含量高于Y0、S0处理。

保水剂在棕壤上施用对钾的缓释效果优于盐碱土和风沙土，7月30日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的速效钾含量相对于未施用保水剂的土壤分别降低5.99、8.65、34.97 mg/kg；施用保水剂的3种土壤间比较， 8月17日至9月7日Z1处理的土壤速效钾含量高于Y1和S1。9月27日，施用保水剂的盐碱土、风沙土和棕壤的土壤速效钾含量相对于未施用保水剂的土壤分别提高13.62、21.62、26.03 mg/kg。

2.1.4 供试土壤播种前田间持水量 3种土壤间比较，土壤田间持水量高低依次为棕壤>盐碱土>风沙土（表3）。施用保水剂显著提高了土壤的田间持水量：Y1比Y0提高了16.96%，S1比S0提高了19.61%，Z1比Z0提高了14.92%。

2.1.5 油菜收获时土壤容重 土壤容重反映土壤的松紧状况。施用保水剂显著降低了土壤容重：Y1比Y0降低5.04%，S1比S0降低3.82%，Z1比Z0降低5.37%。土壤容重降低大小的顺序为棕壤>盐碱土>风沙土（表3）。

2.2 保水剂对油菜生长及产量的影响

从表4可以看出，施加保水剂后3种土壤处理的株高、地上部鲜重、地下部鲜重均显著高于不施用保水剂处理，说明施用保水剂可显著促进作物的生长和产量的提高。施用保水剂后棕壤和风沙土处理的株高和地下部鲜重无差异，但显著高于盐碱土；地上部鲜重的顺序为Z1>S1>Y1，且三者间差异显著。与未施用保水剂处理相比，棕壤施用保水剂增产18.67%，盐碱土和风沙土的增产率分别为10.23%、10.85%，说明棕壤施用保水剂后产量提高效果最好，显著高于盐碱土和风沙土，而后两者差异不显著。

3 讨论与结论

保水剂在盐碱土、风沙土、棕壤中均具有明显的保水和保肥性能，同时有效降低了土壤容重，改善了土壤物理性状，有利于作物的生长。保水剂的活性基团可以和土壤颗粒表面的活性基团或离子发生作用，通过创建和稳定水稳性团粒结构，增加对养分的吸附作用[10]。施肥后短期内不施用保水剂处理的土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量显著高于施用保水剂处理；试验中后期施用保水剂处理的土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量均高于不施用保水剂处理。作物发芽期、幼苗期养分需要量少，旺盛生长期养分需要量大；保水剂可吸附土壤中养分，在作物生长期内缓慢释放，从而提高氮磷钾肥的生物有效性和利用率，促进作物生长和提高作物产量[11-13]。

本试验所用3种土壤的质地、含盐量和pH值不同，保水剂的保肥能力也不同：施肥后，施用保水剂对棕壤土壤养分的吸附效果优于在盐碱土和风沙土上的施用效果；试验中后期，施用保水剂土壤速效氮磷钾含量高于未施用保水剂处理，保证了养分的持续供应；3种土壤比较，棕壤施用保水剂后产量提高18.67%，显著高于盐碱土（10.23%）和风沙土（10.85%）。因此，本试验中保水剂在棕壤中的应用效果优于盐碱土和风沙土。

参 考 文 献：

[1] 郦建强，王建生，颜勇. 我国水资源安全现状与主要存在问题分析[J]. 中国水利，2011（23）：42-51.

[2] 黄初龙，邓伟，杨建锋. 我国农业水资源可持续利用研究进展[J]. 农业系统科学与综合研究，2005（2）：141-145.

[3] 吕娟. 我国干旱问题及干旱灾害管理思路转变[J]. 中国水利，2013（8）：7-13.

[4] 李杨. 保水剂与肥料及土壤的互作机理研究[D].北京：北京林业大学，2012.

[5] 王留好. 我国农业可持续发展与科学施肥[J]. 陕西农业科学，2007（6）：116-120，146.

[6] 邵蕾，王丽霞，张民，等. 控释肥类型及氮素水平对氮磷钾利用率的影响[J]. 水土保持学报，2009，25（4）：170-175.

[7] 杜建军，苟春林，崔英德，等. 保水剂对氮肥氨挥发和氮磷钾养分淋溶损失的影响[J]. 农业环境科学学报，2007，26（4）：1296-1301.

[8] 西南农业大学主编.土壤学 [M]. 第二版.北京：农业出版社，1986：104.

[9] 崔双双. 淀粉系保水剂的保水性及其磷肥有效性研究[D].武汉：华中农业大学，2015.

[10]陈钦程，徐福利，王渭玲，等. 秦岭北麓不同林龄华北落叶松土壤速效钾变化规律[J]. 植物营养与肥料学报，2014，20（5）：1243-1249.

[11]郭建芳，李成学，谢春琼，等. 保水剂对尿素缓释效果研究[J]. 中国农学通报，2013，29（18）：103-108.

[12]罗华，宋涛，刘辉. 施用保水剂对生菜生长发育的影响[J]. 中国土壤与肥料，2014（2）：72-76.

[13]韓玉玲，徐刚，高文瑞，等. 保水剂对水分胁迫下辣椒生长及光合作用的影响[J]. 西北植物学报，2012，32（6）：1191-1197.