河北省滨海沙地应用保水剂对植被生长的影响

郑振宇 王文成 李赵嘉

摘要 采用盆栽試验，研究了不同保水剂施量对沙地土壤含水量、芙蓉葵植株生长、光合特性、干重、鲜重等的影响。结果表明，施保水剂1 800、2 250、2 700 kg/hm2的土壤含水量显著高于未施保水剂处理，其中，施保水剂1 800 kg/hm2的土壤含水量最大。施保水剂的各处理的株高均显著高于未施保水剂，其中，施保水剂2 700 kg/hm2的株高最高，而各施保水剂处理间差异不显著。在土壤正常含水条件下，各处理的净光合速率随保水剂用量的增加大致呈先上升后下降的趋势，其中，施保水剂1 800、2 250、3 150 kg/hm2显著高于未施保水剂处理，施保水剂2 250 kg/hm2的净光合速率最大。在土壤干旱胁迫条件下，各处理的净光合速率随保水剂用量的增加大致呈上升趋势，施保水剂3 150 kg/hm2的净光合速率最大，显著高于未施保水剂处理。施保水剂的各处理干、鲜重均显著高于未施保水剂处理，施保水剂的各处理间差异不显著，其中，施保水剂2 250 kg/hm2的鲜重、干重均为最高。适量保水剂的施用显著提高了沙地土壤含水量，促进了植株的生长和光合能力的提高，显著增加了植物干物质的积累；正常土壤含水条件下保水剂的适宜用量为1 800～2 250 kg/hm2，在干旱胁迫条件下为3 150 kg/hm2。

关键词 保水剂；土壤含水量；株高；净光合速率；鲜重；干重；滨海沙地；河北省

中图分类号 S152.7+1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）10-0229-04

Effect of Water Retaining Agent on Growth of Plant in Sand Soil in Hebei Coastal Area

ZHENG Zhen-yu 1，2，3 WANG Wen-cheng 1，2，3 LI Zhao-jia 1，2，3 SUN Yu 1，2，3 HU Ai-shuang 1，2，3 XIAO Dan-dan 1，2，3

ZHANG Xiao-dong 1，2，3

（1 Institute of Coastal Agriculture，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Tangshan Hebei 063299； 2 Technial Center for Landscape Projects in Hebei Coastal Salt-alkali Region； 3 Tangshan Key Laboratory of Plant Salt Tolerance Research）

Abstract This paper studied the effects of different dosage of water retaining agent on soil moisture content in sand，growth parameters of plant of Hibiscus moscheutos L，photosynthetic characteristics，fresh weight and dry weight by pot experiments. The results showed that soil moisture content of applying water retaining agent 1 800，2 250，2 700 kg/hm2 was significantly higher than that of no water retaining agent，the soil moisture content of applying water retaining agent 1 800 kg/hm2 was the highest. The plant height of treatments with water retaining agent was higher than significantly that of no water retaining agent. The plant height of applying water retaining agent 2 700 kg/hm2 was the highest，and the difference was not obvious between the treatments with water retaining agent. Under the condition of normal soil moisture content，the net photosynthetic rate of all the treatments increased firstly and then decreased with the application quantity increasing of water retaining agent. The net photosynthetic rate of applying water retaining agent 1 800，2 250，3 150 kg/hm2 was significantly higher than that of no water retaining agent，applying water retaining agent 2 250 kg/hm2 was the best. Under the soil drought stress，the net photosynthetic rate of all the treatments showed an up tend，with the application quantity increasing of water retaining agent. Applying water retaining agent 3 150 kg/hm2 was the highest，and significantly higher than that of no water retaining agent. The fresh weight and dry weight of treatments with water retaining agent were significantly higher than that of no water reatining agent，while the difference was not obvious between the treatments with water retaining agent. Both the fresh and dry weight of applying water retaining agent 2 250 kg/hm2 were the highest. Through the results，a conclusion could be drawn that the application of appropriate amount of water retaining agent could increase the soil moisture content in sand significantly，promote plant growth，enhance photosynthetic capacity，and increase the dry weight accumulation significantly. Under the condition of normal soil moisture content，the suitable amount of water retaining agent was 1 800-2 250 kg/hm2，under the soil drought stress，the suitable amount of water retaining agent was 3 150 kg/hm2.

Key words water retaining agent；soil moisture content；plant height；net photosynthetic rate；fresh weight；dry weight；sand soil in coastal area；Hebei Province

水是植物生长的“先天”环境条件。植物的一切正常生命活动，只有在一定的细胞水分含量状况下才能进行，否则植物的正常生命活动就会受阻，甚至停止。水分是植物对物质吸收和运输的溶剂，是细胞质的主要成分，在光合作用、呼吸作用、有机物质合成和分解的过程中，都有水分子参与，其保证了植物合成、代谢的正常进行。此外，水分还能维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺立，保持固有姿态便于充分接受光照和进行气体交换[1]。土壤中的水分是植物所需水分的主要供给源，一般情况下，植物根部从土壤中不断地吸收水分，并运输到植物体各个部分以满足正常生命活动的需要。

沙地土壤含水量低，且保水性差、损失量大、有效利用率低[2]，植被要想在沙地中成活、生长、发育，水分是主要的生态限制因子。合理有效利用有限水资源是沙地植被长期稳定和可持续发展的基础[3]。在沙地中，水分主要以土壤水形式存在[4]，其含量大小及其动态变化显著影响植被的生长发育[5-6]。

保水剂是利用强吸水性树脂制成的一种具有超高吸水保水能力的高分子化合物颗粒剂。该类物质含有大量结构特异的强吸水基团，可吸收自身重量数百倍至上千倍的水分[7]。综合前人研究成果来看，保水剂具有如下优点[8-9]，第一，吸水性好，保水剂吸水量大，且吸水、吸湿速度快；第二，保水性好，其能有效抑制水分蒸发，缓慢释水；第三，持续性好，保水剂能反复多次吸水、释水；第四，熱稳定性好，对环境温度要求低，适用范围广；第五，安全性好，保水剂安全无毒，且不改变土壤酸碱性。基于保水剂的5个优点，许多研究者认为可将其应用到沙土植被修复与建设中，经过相关试验发现，在沙土中施入保水剂能明显提高土壤含水量，增强土壤保水效果[10]，促进植株生长发育[11]，但并不是保水剂用量越大保水效果就越好，土壤含水量和土壤持水性能是在一定的保水剂施用量增加范围内才呈现出递增趋势[12-13]。因此，认为沙土中掺入适量保水剂具有明显的保水效果，而多施对土壤和植被无益。

在实践中，保水剂作用的发挥会受多种因素的制约，如土壤条件、养分条件、气候降水条件、地上植被种类、栽培措施等，正是由于这些因素的影响，不同区域、不同目标的保水剂施用量会有较大的差异。加之许多用户对保水剂产品了解不够，且没有根据实际情况来选择科学的施用方法和用量，导致保水剂作用不明显，造成了不同程度的浪费，使保水剂的应用和推广在不同程度上受到了阻碍，亟待科学的论证与指导。针对这一现状，本文将试验探讨保水剂在沙质土壤中的保水效果及其对地上植被生长发育的影响，以期为保水剂的研究提供理论依据，为保水剂的应用和推广提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植物材料：芙蓉葵（Hibiscus moscheutos Linn.）；土壤基质：河北省秦皇岛市北戴河区滨海沙土；保水剂：山东顺通环保材料有限公司提供的袋装保水剂。

1.2 试验设计

1.2.1 设计梯度。试验根据向土壤基质中掺入保水剂的比例，共设6个处理水平：CK为未加保水剂处理；T1为施保水剂1 350 kg/hm2（每盆掺入保水剂11.540 g）；T2为施保水剂1 800 kg/hm2（每盆掺入保水剂15.387 g）；T3为施保水剂2 250 kg/hm2（每盆掺入保水剂19.234 g）；T4为施保水剂2 700 kg/hm2（每盆掺入保水剂23.080 g）；T5为施保水剂3 150 kg/hm2（每盆掺入保水剂26.927 g）。每个处理重复4次，6个处理共计24盆，花盆按保水剂掺入量递增顺序排列。

1.2.2 育苗移栽。2017 年 4 月在河北省农林科学院滨海农业研究所玻璃温室中钵盘育苗，当株高达到12～15 cm时，选取长势良好且均匀一致的芙蓉葵小苗移栽到掺有保水剂的花盆中。本试验花盆规格为45 cm（上口直径）×33 cm（高）。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高的测定。用卷尺和游标卡尺每隔5 d测定1次。

1.3.2 土壤含水量的测定。使用土壤水分温度盐分测量仪（英国，WET型）每隔5 d测定1次土壤含水量。具体方法：垂直分3层（即表层土下0～8 cm、8～16 cm、16～24 cm）分别插入仪器探针进行测量。

1.3.3 光合参数的测定。测定于2017年7月（晴天）进行，使用便携式光合测定仪（美国，Li-6400型），于9：00—11：00测定光合参数。测定参数包括叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率。

1.3.4 鲜重、干重的测定。用电子天平称取植株的地上、地下鲜重；用干燥箱先在105 ℃条件下杀青植株，之后70 ℃烘干，最后用电子天平称取植株的地上、地下干重。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和SPSS 18.0等统计分析软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 不同保水剂处理对土壤含水量的影响

从土壤含水量调查情况（表1）可以看出，0～8 cm土层中含水量T2>T4>T5>T3>T1>CK，8～16 cm土层中含水量T2>T4>T5=T3>T1>CK，16～24 cm土层中含水量T4>T2>T3>T1>T5>CK。由此可见，施用保水剂的各处理各土层含水量均高于对照，其中，在0～8 cm和8～16 cm土层中T2的含水量最大，分别达到了16.4%、20.7%，比对照分别高出了3.5%、5.1%。

整个盆中土壤的平均含水量数据显示，T2>T4>T3>T1=T5>CK，可见施用保水剂的整个盆中的含水量均高于对照，其中T2、T3、T4的含水量显著高于对照（图1），T2的平均含水量最大，达到了23.4%，比对照高出了6.9个百分点。T1、T5与对照差异不显著。

综合分析各土层含水量数据、平均含水量数据和方差数据发现，保水剂具有较高的吸水、保水能力，适量使用保水剂，土壤含水量明显增加，T2和T4处理的保水剂施用量虽然有差异，但2个处理的土壤含水量差异不显著，并且高于其他处理。T2的保水剂施用量可作为生产实践的参考值。

2.2 不同保水剂处理对植株生长的影响

从株高调查结果（表2）可以看出，各处理的末次测定株高值为T4>T5>T1>T2>T3>CK，可以看出施用保水剂的各处理平均株高均高于对照，各处理平均株高比对照平均株高高24.8～26.5 cm。其中，T4的平均株高最高，达到46.6 cm，比CK的平均株高高出26.5 cm。从增长速度来看，T4>T5=T2>T1=T3>CK，各施保水剂处理的株高增速均高于对照，其中，T4日均增速最高，达到0.90 cm/d，比CK高0.61 cm/d。

从图2可以看出，施用保水剂的各处理株高均与未施保水剂的对照存在显著差异，而各施保水剂处理间差异不显著。综上可见，施用保水剂能够有效促进植株生长，保水剂的不同施用量对植株的生长影响差异不大。在实际推广生产中可以从节约成本角度考虑，在保水剂施用量上倾向于T1、T2处理，少量施入保水剂。

2.3 不同保水剂处理对植被光合特性的影响

从不同保水剂处理对芙蓉葵植株光合特性的影响（表3）可以看出，在土壤正常含水条件下，各处理的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均随保水剂用量的增加大致呈先上升后下降的趨势，胞间CO2浓度则随保水剂用量的增加大致呈下降趋势。在净光合速率数据中，T3>T5>T2>T4>T1>CK，其中，T2、T3、T5显著高于对照处理（图3），T3的净光合速率最大，达到21.96 μmol CO2/（m2·s），比对照高6.69 μmol CO2/（m2·s）。施保水剂的各处理的净光合速率均高于对照，其中T3效果最好。

在土壤干旱胁迫条件下，净光合速率数据显示，T5>T3>T4>T2>CK>T1，在干旱胁迫下施用保水剂的处理T5、T3、T4、T2均高于对照，只有T1低于对照。其中，T1、T5与对照存在显著差异（图3），T5的净光合速率最大，达到12.15 μmol CO2/（m2·s），比对照高出3.78 μmol CO2/（m2·s），T2、T3、T4与对照差异不显著。各处理的净光合速率随保水剂用量的增加大致呈上升的趋势。保水剂施用量最多的T5净光合速率最大，说明在干旱胁迫下加大保水剂施用量能提高植物光合速率。

综合以上分析可知，适量保水剂可以调节植株水分代谢，显著提高植株净光合速率，增强植株光合能力，从而促进光合同化产物的积累，为植株生长发育提供更充足的物质基础。

2.4 不同保水剂处理对植株鲜重与干重的影响

从不同处理植株干重、鲜重调查结果（表4）可知，地上鲜重T3>T2>T4>T1>T5>CK，地下鲜重T3>T1>T5>T2>T4>CK，地上干重T3>T4>T2>T5>T1>CK，地下干重T3>T1>T2>T4>T5>CK。施用保水剂的各处理的地上、地下鲜重和地上、地下干重均高于对照，各处理的地上、地下鲜重高出对照52.40～61.45 g。各处理的地上、地下干重比对照高出12.63～16.26 g。

由图4可知，施用保水剂的各处理总鲜重和总干重均显著高于对照，施保水剂的各处理间差异不显著。其中，T3的鲜重、干重均为最高，分别达87.38、20.53 g，比CK的鲜重、干重分别高61.45、16.26 g。由此可以看出，施用保水剂能够有效促进植株水分和有机物的积累。

3 讨论

保水剂具有较高吸水、保水能力，在沙地土壤中应用保水剂能显著提高土壤含水量，减缓土壤水分蒸发，提高土壤水分及养分利用率，促进植被生长发育，有效降低植物因干旱胁迫而产生的损害。

本研究结果表明，施用保水剂的处理均不同程度地提高了土壤含水量，显著减缓了土壤水分的蒸发，为植被的生长发育提供了有效水分。施保水剂的各个处理中，T2的土壤含水量最大，并且保水剂的施用量相对较少，保水效果最好。施用保水剂的各处理的株高均与未施保水剂的对照存在显著差异，而各处理间差异不显著。由此可以看出，施用保水剂能够有效促进植株生长，保水剂的不同施用量对株高的影响差异不大。在实际推广生产中，可以从节约成本角度考虑，在保水剂施用量上倾向于T2处理的保水剂施用量。

光合作用是植物合成有机物的基础，在缺水条件下，植株会关闭气孔，气孔导度下降，二氧化碳进入气孔受到阻碍，造成叶片光合速率降低。保水剂能够改善植株土壤水分环境，从而提高植株光合能力，使其生理代谢旺盛。本研究发现，在土壤正常含水条件下，随保水剂用量的增加，各处理的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度大致呈先上升后下降的趋势，胞间二氧化碳浓度基本呈缓慢下降趋势，说明适量施用保水剂提高了植被的净光合速率，增强了其水分代谢能力和二氧化碳利用能力，促进了植被地上、地下干物质的积累。从光合速率和干物质积累角度看，施用保水剂的T3处理效果最好，可以将其保水剂的施用量作为生产实践参照。

水分亏缺还会使光合产物输出变慢，生长受抑，叶面积扩展受到限制，对光的吸收减少；严重缺水还会使叶绿体变形，片层结构破坏，光合机构受损，进而降低植物光合速率。此次研究在土壤中施入保水剂后，提高了土壤保水性，土壤持水量明显增加，保障了植物的正常生理代谢，进而保证了植物的光合作用顺利进行。研究还发现，在土壤干旱胁迫条件下，随着保水剂用量的加大，植物的净光合速率不断提高，说明在干旱胁迫下加入更大量的土壤保水剂能够有效的提高土壤的含水量，保证植物的光合作用，进而使植株维持正常的生命活动。

综合以上研究分析认为，沙地土壤施用适量保水剂能够有效提高土壤含水量，促进植物光合速率的提高，加大植株干物质的积累，促进植物生长发育。正常土壤含水条件下保水剂的适宜用量为1 800～2 250 kg/hm2，在干旱胁迫条件下，保水剂的适宜用量为3 150 kg/hm2。

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