超吸水纤维(SAF)在农业土壤保水中的应用

孟婷婷 孔辉 陈亭亭

[摘 要] 超吸水纤维（SAF）是一种常用在工业上的保水剂，在农业土壤中鲜有应用。本文开展温室盆栽试验，将沙质土壤与不同量的SAF混合种植三叶草，探究SAF对土壤的保水性能以及对三叶草生长特性的影响。结果表明，不添加SAF处理的三叶草地上生物量随着时间的延长呈增加趋势，而2%SAF和4%SAF处理的三叶草地上生物量随着时间的延长呈降低趋势，3个月培养期内不添加SAF处理的三叶草地上生物量显著高于2%SAF和4%SAF处理。这表明SAF与土壤混和施用培育植物，达不到预期效果，建议后期试验验证时把SAF铺在土壤深层主根系下方，利于根系下扎。

[关键词] 超吸水纤维;三叶草;地上生物量;土壤板结

[中图分类号] S152 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）28-119-2

超吸水纤维（SAF）是一种吸液量大、吸液速度快的新型功能纤维，能吸收自身质量几十倍甚至上百倍的水，其是继高吸水性树脂（SAP）之后而发展起来的一种新型功能材料[1]。SAF不同于普通纤维的物理吸附，而是通过化学吸收原理吸水液体后，自身产生膨胀，而将液体封存于纤维内并难以挤压出来。目前，SAF主要被应用于工业、医疗、食品等领域。

人们对保水剂的保水、保肥效果和对土壤物理性质的影响进行了大量研究。结果表明，保水剂应用于节水农业，能起到抗旱保水、减少灌水量、改良土壤结构的作用，使水分利用效率得到大大提高[2-4]。市场上常见的传统保水剂在农业上应用较为广泛，但SAF作为纺织业的原材料在土壤水分保持方面应用较少。

林存峰等研究表明超吸水纤维美植袋能显著提高4种苗木的成活率，有效缓解林木种植后的土壤水分损失[5]。胡雅验证了SAF对沙壤土吸水及保水性能的影响，将风干土和一定量的SAF混合，按照容重1.45 g/cm3分层均匀填装到环刀中，测定其吸水倍率由高到低分别为10%SAF>5%SAF>CK，蒸发速率由大到小依次为CK>5%SAF>10%SAF，添加10%超吸水纤维的土壤释水过程稳定、保水性能较好[6]。基于以上研究，本文设置温室盆栽试验，进一步探究SAF及不同施用量对土壤保水性能及植物生长特性的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验所用土壤采自陕西省商洛市商州腰市镇土地整治项目0～30 cm土层褐土，土壤黏粒含量较低，沙壤质地，疏松多孔，通气良好，不易积水，供肥性快，不耐旱，保水保肥性能差。

1.2 供试植物

供试植物选择常见的经济作物三叶草。

1.3 试验设计

本研究选用南通江潮纤维制品有限公司生产的超吸水纤维（见图1），添加量分别为2%（W1），4%（W2），以不添加保水材料为对照（CK），每个处理重复3次。供试土壤经自然风干，过2 mm筛，SAF剪碎过2 mm筛，每盆装土+保水剂5 000 g，将保水剂按设定量依次加入底部带孔的花盆中，每盆施入氮肥4 g、磷肥和钾肥各1 g，与土、保水剂充分混匀。土壤水分保持在田间持水量的80%时，种植三叶草，之后置于温室内培养。每次等量灌水500～600 mL，使保水剂和土壤吸水充分，观察三叶草长势并定期测定地上生物量。

2 结果与分析

由图2可以看出，不同处理下三叶草均能出苗，但长势不同。施用2%SAF处理三叶草出苗正常，但是因为施用保水剂造成了土壤板结，透气性降低，后期三叶草逐渐发黄，长势不及CK长势。施用4%SAF的处理，由于保水剂吸水膨胀导致土壤呈果冻状，三叶草根系难以下扎，出苗困难;土壤干裂，透气性降低，三叶草长势不如CK及2%SAF处理。

如图3所示，CK处理下三叶草地上生物量随着时间的延长呈增加趋势，而2%SAF和4%SAF处理下三叶草地上生物量随着时间的延长呈降低趋势。3个月培养期内，三叶草地上生物量CK显著高于2%SAF和4%SAF处理。其原因是施用SAF的土壤虽然保水性能增加，但是混合土壤吸水后呈果冻状，且SAF与沙土混合存在吸水释水，使得三叶草根系难以下扎。同时，吸水释水过程的存在导致土壤孔隙度改变，也影响三叶草根系生长。因此，施用SAF的三叶草地上生物量低于空白处理，而且培养时间越长，土壤透气性越差，土壤越板结严重，造成三叶草地上生物量减少。

3 结语

保水剂SAF剪碎混合在土壤中，可以增加土壤的空隙度及保水性能，而在盆栽试验中，种植三叶草虽然保水性能增加，但是造成三叶草地上生物量减产，因此保水剂SAF剪碎混合在土壤用于保水达不到预期效果。建议将保水剂SAF平铺在耕层以下，使保水剂SAF分布在主根系以下，来验证SAF能否應用于农业土壤保水。

参考文献

[1]李强林，黄方千，蒋学军，等.超吸水纤维的研究进展及其应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2017（1）：195-200.

[2]田露，李立军，郭晓霞，等.不同保水材料对内蒙古黄土高原旱作玉米幼苗生长及土壤贮水特性的影响[J].干旱地区农业研究，2013（5）：54-60.

[3]杜社妮，郭胜利，王百群，等.保水剂粒径对秦巴山区土壤水分及烤烟生长的影响[J].水土保持通报，2018（6）：103-112.

[4]刘瑞凤，杨红善，李安，等.PAA-att复合保水剂对土壤物理性质的影响[J].土壤通报，2006（2）：231-235.

[5]林存峰，李东琴，李金云.超吸水纤维对荒漠区生态林营造成效的影响[J].林业科技通讯，2019（9）：91-92.

[6]胡雅.两种高吸水性聚合物吸水性能对比研究[J].农村实用技术，2019（12）：106-107.