保水剂对基质育苗及沙培小油菜生长的影响

于明英，晏清洪，肖 娟，邱照宁，董荣泽(.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 0004；.中国水利水电科学研究院水利研究所，北京 00044；.沙帮科技有限公司，北京 00048)

0 引 言

保水剂(SAP)又称土壤保水剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂,是具有高分子吸水特性的高分子材料的统称[1]。20世纪60年代美国首先研制和开发使用保水剂[2]，近年来保水剂得到了广泛的推广与应用。保水剂能够吸水自身质量数百倍的水分[3],吸水后形成凝胶，可以在作物需水时缓慢释水供作物利用，此外，还可以保肥、改善土壤团粒结构、影响理化性质等[4]。

基质穴盘育苗能够提高出苗率及幼苗成活率，是目前较为普遍的育苗方式。但是，基质本身的持水保水能力差，在基质中添加保水剂可以促进基质保水能力，促进幼苗生长[5,6]。目前保水剂在黄瓜、番茄[7]、生菜[8]、甜椒[9]基质育苗上的应用已有报道，本文在前人研究的基础上，以小油菜为试验对象，研究不同浓度保水剂对种子萌发及幼苗生长的影响，为保水剂在叶类蔬菜基质穴盘育苗中的应用提供参考。

我国有广袤的沙漠、沙地面积，然而耕地面积甚少，利用沙地、沙漠进行作物栽培以解决耕地难题，具有广阔的发展前景。沙培为无土栽培的一种，以沙粒作为基质，成本低，消毒彻底[10]，能够改善种植环境[11],有效减少土壤连作问题的发生。但是沙土自身保水保肥能力差，将保水剂应用于沙培种植，可以有效弥补沙土自身缺陷，促进作物生长，增加我国耕地面积。目前保水剂在作物栽培上的研究多集中于土壤栽培[12-14]，对于保水剂在沙培种植中的应用鲜见报道。本试验研究不同保水剂浓度对沙培种植小油菜的影响，为保水剂应用于沙土栽培作物提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小油菜的品种为杭绿2号，由杭州市良种引进公司提供；保水剂为北京摩尔化学科技有限公司出品的农林保水剂，它由高吸水性树脂制成。育苗基质为珍珠岩、蛭石、腐熟秸秆和泥炭土等按照一定的比例配制而成的通用型营养土，其中氮磷钾2%～4%，有机质>42%，腐植酸>30%，pH值为5.5%～6.5%。

1.2 试验设计

1.2.1 小油菜穴盘育苗试验

试验于2017年2月20日至2017年3月27日在北京市昌平区古将村的日光温室大棚内进行。试验将保水剂按照0、0.1%、0.2%、0.6%、1.4%(质量分数)的浓度梯度加入到育苗基质中，与基质充分混匀。选择颗粒饱满的小油菜种子若干，采用50孔穴盘进行育苗，每个孔穴中放2颗种子，每个处理1盘，重复3次。播种后浇足底水，以后每天采用称重法确定基质含水量，当含水量降至55%时再次进行灌溉至饱和[15]，记录整个周期内不同处理的浇水次数。种子萌发后每天测定发芽种子数，计算种子发芽率和发芽势。发芽率(GR)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；发芽势(GP)=(4 d内供试种子发芽数/供试种子数)×100%[16]。当幼苗第1片真叶展开后(第15 d)取样，每个处理选择5株，每隔5 d测定株高、叶片数；第35 d时，每个处理取样3株幼苗，测定用网格法测定最大叶片面积、幼苗干和鲜重。

1.2.2 沙培种植小油菜试验

试验于2017年3月30日至2017年4月24日在古将村的沙培日光温室大棚内进行。大棚为钢架结构的砖墙大棚，棚内每个畦宽1 m，长6 m，厚15 cm，以沙土为基质进行作物种植。沙土为河沙，密度为1.48 g/cm3，用环刀法测定其田间持水量为9.25%，其颗粒级配见表1。将保水剂按照0、15、30、60、90 kg/hm2的浓度梯度沟施于地表下10 cm深度处。每个处理的间距为20 cm,占地面积6 m2(6 m×1 m)，小油菜株距19 cm，行距25 cm，每畦栽种128株(32×4株)；将每畦的保水剂均分3份，均匀地沟施于每畦等间距的3条沟中，每个处理重复3次。在小油菜的整个生育期内，用滴灌带进行灌水，滴头流量为1 L/h。3月30日定植后灌溉1次定植水，此后，用土壤水分温度传感器Takeme-10每天测定每畦的土壤含水量，当其降到田持的60%时进行灌溉，记录整个生育期内不同处理的灌水总量；整个生育期内进行了2次肥料灌溉。小油菜定植后每畦选3棵代表性植株，每5 d进行一次株高、叶片数的测定；采收时测量代表植株的叶长、叶宽，运用长宽系数法公式y=1.521 9x0.829 6计算最大叶片面积[17]，以及测定小油菜单株产量及每畦总产量等指标。

表1 沙子的粒径级配表Tab.1 Particle size distribution chart of sand

1.3 数据处理

利用Excel-2003和SPSS 19.0 软件对试验数据进行处理与分析。

2 结果与分析

2.1 小油菜穴盘育苗试验结果与分析

2.1.1 保水剂浓度对种子萌发的影响

从图1中可以看出，小油菜种子的发芽率与发芽势随着保水剂浓度的增加整体上呈下降的趋势，且两者均小于对照组；但是经过ANOVA单因素方差分析，保水剂浓度对发芽率和发芽势的影响均不显著(P>0.05)。除对照组外，小油菜种子的发芽势随着保水剂浓度的增大先增加后减小，保水剂浓度为0.6%时最高为73.7%，说明在添加保水剂的基质中，0.6%浓度的保水剂对发芽势的影响相对较好。种子的发芽率随保水剂浓度的增加逐渐递减，但是各处理之间相差不大，且均大于75%，说明当育苗基质中添加保水剂不会显著抑制小油菜种子的萌发。

图1 保水剂对发芽率和发芽势的影响Fig.1 Effects of SAP on the germination rate and germination potential

2.1.2 保水剂浓度对基质保水性及小油菜幼苗生长的影响

小油菜播种后对每个穴盘浇足底水至饱和，当基质含水量降至55%时再次灌水至饱和，统计35 d中的累计浇水次数。从表2可以看出，基质中添加保水剂可显著提高其保水性，减少水分流失，减少灌溉次数。随着保水剂浓度的增加，灌水次数先减少后增加，且均显著低于对照组。保水剂浓度为0.6%时灌水次数最少，为34.0次，与其他3个实验组差异显著，节水效果最好。

表2还表明，在基质中混施保水剂可以显著促进小油菜幼苗的生长。最大叶片面积、鲜重、干重均随着保水剂浓度的增加而递增。最大叶片面积、幼苗鲜重在保水剂浓度为1.4%时达到最大值，且保水剂浓度为0.6%和1.4%的叶片面积明显大于其他三个处理。幼苗干重在保水剂浓度为0.6%和1.4%相同，均为0.32 g，且明显高于其他3个处理；综合灌水次数，基质中添加保水剂浓度为0.6%对小油菜幼苗生长的效果最好。

表2 保水剂对基质育苗的影响Tab.2 Effects of SAP on the grow seedlings in substrate

注：不同字母表示不同处理间差异显著(p<0.05)，下同。

2.1.3 不同保水剂浓度下的小油菜幼苗生长模型

小油菜幼苗株高的变化呈“先快后慢”的趋势，以第一片真叶展开后(第15 d)为时间零点，根据测得的20 d的株高、叶片数数据，对幼苗株高(y, cm)与叶片数(y,片)和时间(x,d)进行相关性分析，分别用指数函数y=aebx和线性函数y=ax+b进行拟合,见表3。从表3中可以看出，各处理株高与时间的相关系数R2在0.789 3～0.913 3之间，且随着保水剂浓度的增加而增大，相关性越来越好。各处理叶片数与时间相关系数R2均大于0.95，相关性较好，可以用线性函数模型对不同保水剂浓度下幼苗的叶片数进行预测。

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

2.2 沙培小油菜试验结果分析

小油菜定植后每天测定每畦的土壤含水量，当其降到田间持水量的60%及以下时进行计算分析，再次进行灌水至田间出水量，统计整个生育期内(25 d)的灌水总量，见表4。表4显示，保水剂浓度对小油菜单株日均灌水量、最大叶片面积、单株平均产量影响显著，说明沙土中沟施保水剂可以减少灌水量，节约用水，促进小油菜的生长。小油菜的单株日均灌水量随保水剂浓度的增加而减少，但前4个处理差异不明显；第5个处理保水剂浓度为90 kg/hm2时的单株日均灌水量最少，为69.86 mL，与前4个处理之间差异显著，说明沙土中保水剂浓度为90 kg/hm2时，沙培种植小油菜的节水效果最好。小油菜代表植株的最大叶片面积随保水剂浓度的增加而递增，沟施保水剂浓度为15、30 kg/hm2的两个处理与对照组无明显差异，保水剂浓度为60、90 kg/hm2的两个处理之间差异显著，且均与对照组差异显著，说明沙土中沟施保水剂浓度为90 kg/hm2时，最适宜小油菜叶片的生长。不同处理中小油菜的单株平均产量均高于对照组，但前4个处理之间无显著差异，处理5的单株平均产量最大，为51.12 kg/hm2，且显著高于其他4个处理，4个实验组相对于对照组的单株平均产量分别增长了19.6%、30.7%、15.9%和71.5%，说明沙土中沟施保水剂浓度为90 kg/hm2时，对小油菜产量积累最为有利。

表4 保水剂对沙培小油菜生长的影响Tab.4 Effects of SAP on the growth of rape in sand

由图2可以看出，随着保水剂浓度的逐渐增大，沙培小油菜的株高和叶片数的变化不规律，但总体上呈现增大的趋势，两者均在保水剂浓度为90 kg/hm2时达到最大值，且明显高于对照组，因此在沙土中沟施保水剂浓度为90 kg/hm2时最适宜沙培小油菜的生长。

图2 保水剂对株高和叶片数的影响Fig.2 Effects of SAP on plant height and leaf number

3 结 语

(1)保水剂浓度对基质穴盘育苗小油菜种子萌发及幼苗生长的灌水次数、幼苗最大叶片面积、幼苗干重与鲜重影响显著。随着基质中添加保水剂浓度的增加，苗盘浇水次数先减少后增加，即基质保水效果先增强后减弱，保水剂的质量分数为0.6%时，基质保水效果最好。这说明当保水剂超过一定浓度时会抑制基质的保水性，其原因可能为保水剂浓度过大，基质板结，保水性变差。不同保水剂浓度下种子的发芽指标表明，基质中添加保水剂对小油菜种子的萌发有抑制作用，但与对照组相比差异不显著。此外，本试验综合各处理灌水量的不同，认为保水剂浓度为0.6%时最优利于小油菜幼苗叶面积的增长和干、鲜重的积累。

(2)保水剂在土壤作物栽培中的应用较为广泛，本试验在沙土栽培基质10 cm深度处沟施发现，保水剂浓度对沙培小油菜的单株日均灌水量、最大叶片面积、单株平均产量影响显著。随着保水剂浓度的增大，小油菜的单株日均灌水量减少，株高、叶片数、最大叶片面积和单株平均产量呈增大的趋势，且均在保水剂施用量为90 kg/hm2时达到最优。

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