新型保水剂对祁连山典型乔灌木造林影响探讨

2022-07-01李润杰郭凯先连利叶陈建宏

节水灌溉 2022年6期

马玲，李润杰，3，郭凯先，连利叶，温军，陈建宏，王静

（1.青海师范大学地理科学学院青海省自然地理与环境过程重点实验室，西宁810008；2.青海省水利水电科学研究院有限公司流域水循环与生态重点实验室水资源高效利用工程技术研究中心，西宁810001；3.青海大学三江源生态与高原农牧国家重点实验室，西宁810000）

祁连山地区是西北重要的生态区[1]、水源涵养区[2]、西北荒漠区和青藏高原高寒区的过渡区。青海省祁连山地区生物多样性丰富、生态保护任务繁重、生态系统敏感而脆弱，是我国重要的生态屏障区。然而，由于过去传统理念的制约、自然资源粗放式的利用和社会经济活动的加快，导致了区域景观破碎、植被退化、各类生态服务功能降低等一系列突出的生态环境问题，严重影响了祁连山整体、长期的生态服务功能和生态屏障作用[3]。因此需要青海省祁连山地区生态治理工作向统筹山水林田湖草等生态要素方向发展，向努力增绿方面补齐生态短板方面持续推进。由于传统的栽种模式为自然条件下栽移并浇水，后续未有其他处理措施，使得成活率低，为提高植树造林的成活率和保苗率，经查阅大量资料后引进保水剂进行植树造林实验研究。

保水剂是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的有机高分子聚合物，它对水分有强烈的缔结作用，可以快速把水分保存起来，提供控肥缓释的物质条件，提高养分利用率，改善土壤结构。无毒无刺激性，安全使用，广泛应用于农林生产中[4]。保水剂在不同气候、不同土壤应用效果不同。吉林省农业汇泉科技有限公司研制的“耕农抗旱宝”在东北地区广泛示范并推广，应用效果良好，在青海省农业研究应用中也取得了不错的效果，王霞玲等[5]通过研究发现在柴达木盆地使用“耕农抗旱宝”可有效降低土壤容重和改善土壤孔隙结构，适量的“耕农抗旱保”对马铃薯产量和节水效益有很大的提升；邢永军等[6]研究发现“耕农抗旱宝”能提高土壤保水、储水能力，“耕农抗旱宝”可在青海农业中推广应用；越来越多的研究发现，保水剂用于农业生产，不但可以保水保肥，还能促进植物生长［7］。目前有不少研究表明保水剂在林业中的使用也取得到了不错效果，郑钰铟[8]研究不同保水处理对油茶起苗后苗木质量的影响；王琰研究保水剂施用量对杨树苗土壤物理性状与微生物活性的影响[9]，实验证明保水剂促进了幼苗成长[10]。在林业中研究保水剂对叶片叶绿素含量，土壤离子含量的研究很少有相关报道，因此，为探究“耕农抗旱宝”在青海省祁连地区对乔灌木的应用效果，提高造林的质量，本实验研究“耕农抗旱宝”对祁连地区的典型乔灌木的土壤含水率、乔灌木生长特性、叶片的叶绿素含量、土壤八大离子含量的影响，为该地区使用“耕农抗旱宝”提供一定的科学依据和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 实验区域概况

1.2 实验材料

保水剂选用吉林省农业汇泉科技有限公司研制的“耕农抗旱宝”。实验组和对照组的幼苗选取株高长势基本相同。进行移栽试验。

1.3 实验设计

实验设置有实验组（A）和对照组（B），其中对照组不施用“耕农抗旱宝”按照正常种植方法进行；实验组施用“耕农抗旱宝”，其用量是灌木（香茶藨、珍珠梅）8 g/株的“耕农抗旱宝”，乔木（祁连圆柏、青海云杉）25 g/株的“耕农抗旱宝”，均匀撒入填土中，填土与土球接触。分别以X、Z、Q、Y 表示香茶藨（Ribes odoratum）；珍珠梅( False spiraea)；祁连圆柏( Sabina przewalskii)；青海云杉（Picea crassifolia），每组做10 个重复。香茶藨、珍珠梅、祁连圆柏、青海云杉每种选长势正常、大小一致的幼苗于2020年7月12日进行移栽实验。

1.4 测定项目及方法

（1）土壤含水率。分别于2020年7月11日、2020年8月25日进行灌水前一天实验。在灌水前1 d、灌水后第1 d、第3 d、第6 d、第9 d、第15 d 分别测定0～20、20～40、40～60 cm土层的土壤含水率。具体操作方法是：在野外实验区用土钻取不同深度土，装入铝盒，称重，带回实验室进行烘干称重。每种树实验组和对照组随机各选取5棵树挂牌记录，土样取样点沿距离树干0.1 m的圆周上每隔120°设置1个点，每个点取3层土样，每棵树取9 个土样，每种树一次取90 个土样，取其平均值。

（2）林分调查。调查时间分别于2020年8月12日、2020年9月12日、2020年10月12日进行。栽种第30 d、60 d、90 d 后，分别进行一次林分调查。主要测量树高、胸径、冠幅、枝条、新发芽率等。株高等分别于栽种后不同生长期，每株作物挂牌记录其不同生长阶段的株高等变化，利用卷尺和电子游标卡尺测量林木的生长情况。

（3）叶绿素。测定时间分别于2020年8月10日、2021年5月10日进行。测定叶片叶绿素含量，采用国内浙江托普云农科技有限公司的TYS-4N 型植物营养测定仪。叶绿素测定仪可以即时测量植物的叶绿素相对含量或“绿色程度”，从而可以及时了解植物真实的硝基需求量，并且可以掌握土壤硝基的缺乏程度或是否过多地施加了氮肥等情况，每组取50 个值，最终取平均值。

（4）土壤八大离子含量。取土时间为2020年8月25日、2021年5月25日取样带回实验室进行实验。按化学分析的方法测定不同土壤深度的八大离子含量，CO32－、HC03－用双指示剂中和法，Cl－用AgNO3滴定法，S042－、Ca2＋、Mg2＋用EDTA 容量法，K＋、Na＋用火焰光度计法［11］。其实验误差按《土壤理化分析》一书中的实验允许误差执行［12］，土样取样点沿距离树干0.1 m 的圆周上每隔180°设置1 个，每个点取3 层土样，每棵树取6 个土样，实验组和对照组各选3 棵树，取其平均值。

1.5 数据处理

通过Microsoft Office Excel 2003 和SPSS 23.0 进行数据分析处理，Origin 9.0进行相关图表绘制。

对于相邻双侧边盖驱动方腔流动, 在Reynolds数小于1 000的范围内, 还可以找到两对线性不稳定行波模态, 每一对模态在不同Reynolds数下的线性时间增长率曲线在图6(a)和图7(a)中给出.

2 结果与分析

2.1 保水剂对乔灌木土壤含水率的影响

本实验通过研究珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉不同土层深度的土壤含水率，各层土壤含水率变化情况见图1。图1 表明：0～20、20～40、40～60 cm 土层随着灌水后时间的延长，土壤含水率呈逐步下降趋势(除降雨影响外)。根据实验数据分析下降幅度为：0～20 cm 层ZA、ZB、XA、XB、QA、QB、YA、YB 的降幅分别为：10.2%、13.1%、9.4%、13.8%、12.7%、15.4%、14.7%、14.8%；20～40 cm 层4 个树种降幅分别为：10.9%、16.0%、9.6%、15.6%、17.0%、18.8%、15.5%、16.0%；40～60 cm 层4 个树种的降幅分别为：8.9%、15.6%、7.5%、14.8%、15.8%、18.7%、10.6%、14.7%。总体来看，0～60 cm 层土壤含水率降幅均表现为对照组>实验组，这主要原因是“耕农抗旱宝”发挥土壤保水和储水效果引起的。在灌水前各处理土壤含水率基本相同，灌水后逐渐出现差别，可见，保水剂发挥其保水蓄水的能力。研究发现对照组与实验组的土壤含水率差（为3 层土壤的平均值）珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉分别为2.33%、3.62%、2.33%、2.94%。

如图2所示珍珠梅实验组含水率60 cm 处土壤含水率最大、20 cm 处土壤含水率最小。实验组的含水率整体高于对照组；香茶藨各层土壤含水率均高于对照组，且实验组整体的降幅小于对照组整体的降幅；祁连圆柏各层实验组的土壤含水率均高于对照组，在灌水后1 d，40 cm、60 cm 层的土壤含水率高于20 cm 层的土壤含水率，在灌水后第9 d 明显发现实验组的含水率整体高于对照组；青海云杉土壤含水率同样是实验组的含水率高于对照组，在灌水后第3天就明显的发现实验组的各层土壤含水率均高于对照组。综上所述，通过实验组与对照组可以发现“耕农抗旱宝”对乔灌木的保水作用明显，起到保水的效果，在干旱半干旱区植树造林中起到重要意义。

图2 珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉的土壤含水率Fig.2 Soil moisture content of False spiraea,Ribes odoratum,Sabina przewalskii,Picea crassifolia

2.2 保水剂对乔灌木生长情况的影响

在林分调查中树高、胸径、冠幅、枝条、新发芽率、生长量等都是衡量树木的重要指标，根据以上指标结合实验观测结果分析，可以发现栽种后树的生长情况及不同树种在卓尔山地区适宜情况，根据本实验研究乔灌木生长情况如表1所示。研究发现实验组比对照组的平均树高、冠幅、新发芽长度、生长量的观测结果好，说明“耕农抗旱宝”促进了乔灌木幼苗的生长，其中灌木比乔木的各项指标变幅大，说明“耕农抗旱宝”对于灌木的保水作用比乔木效果明显。实验证明“耕农抗旱宝”对祁连卓尔山乔灌木保苗具有较好的结果。

表1 样树生长信息Tab.1 Sample tree growth information

2.3 保水剂对乔灌木叶绿素植物营养的影响

叶绿素是植物进行光合作用的重要物质基础，叶绿素含量越高，则植物叶片光合作用能力越强，越有利于植物生长及干物质积累[13]。叶绿素总量都有所增加，即光合作用能力增强[14]。叶绿素是植物进行光合作用时必须的催化剂，其含量的增加有利于乔灌木叶面的光合效率，增强对干旱环境的适应［15］。

如表2所示，实验组使用“耕农抗旱宝”的叶绿素含量均高于对照组，其中珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉实验组与对照组的极差为：3.5、1.1、1.4、1.2。从实验数据分析，实验组的叶绿素均高于对照组的含量。从而发现，“耕农抗旱宝”对于叶绿素的含量有影响，实验组的叶绿素含量高于对照组，结合表1“耕农抗旱宝”对实验树种生长情况的影响，可以发现“耕农抗旱宝”对于植物的光合作用具有促进作用。

表2 不同树种的叶绿素含量SPADTab.2 Chlorophyll content of different tree species

2.4 保水剂对乔灌木不同土壤深度相关离子含量的影响

图3为珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉实验组与对照组不同土壤深度八大离子含量柱状图，从图3分析发现不同土壤深度八大离子含量各不相同，其中珍珠梅对照组10、20、30、50 cm处Cl-、K++Na+的含量高于实验组，且其他离子的含量无显著性差异；香茶藨中不同土壤深度中Cl-、K++Na+的含量均高于其他离子含量；祁连圆柏不同土壤深度均呈现对照组K++Na+的含量高于实验组，其30cm 处对照组中Cl-、K++Na+的含量最高；青海云杉10、20、30、50 cm 处对照组Cl-、K++Na+的含量高于实验组，且实验组40 cm 处Cl-、K++Na+的含量高于对照组。

图3 不同土壤深度珍珠梅、香茶藨、祁连圆柏、青海云杉离子含量Fig.3 Ion content of False spiraea,Ribes odoratum,Sabina przewalskii,Picea crassifolia at different soil depths

表3 为乔灌木的Cl-、K++Na+含量均大于0.5 g/kg，除珍珠梅实验组为0.475 g/kg；祁连圆柏的实验组与对照组SO42-含量均大于0.5 g/kg；其余含量小于0.5 g/kg；且实验组Cl-、K++Na的含量均小于对照组。通过显著性分析发现：香茶藨土壤中Cl-呈显著性，祁连圆柏和青海云杉土壤中K++Na+呈显著性。

表3 不同树种的八大离子含量 g/kgTab.3 Content of eight ions in different tree species

3 讨论

（1）实验组使用“耕农抗旱宝”与自然对照组的土壤含水率变化情况可以直观反应土壤水分的变化，本研究中，实验组“耕农抗旱宝”的土壤含水率高于对照组，从时间尺度研究发现，灌水日后1 d、3 d、6 d、9 d、15 d，使用保水剂的土壤含水率均高于对照组。综合本实验乔木灌木不同树种实验结果均相同，李雪林［16］等对保水剂在植树造林中的研究均证明了此结论。

在同层土壤含水率降幅表现为对照组高于实验组，乔木的土壤含水率降幅高于灌木的土壤含水率；在一个观测周期内，第一次灌水前，各处理间土壤含水率基本一致，灌水后逐渐出现差异；可见，“耕农抗旱宝”发挥节水抗旱蓄水的作用，其发挥作用要以一定的水分为前提，该结果与王霞玲、邢永军等人的研究结果一致；随着灌水后时间的延长，实验组高于对照组的土壤含水率，这与保水剂具有先吸水、保水，后缓慢释水的特性相吻合，该研究结果与王慧勇［17］等研究结果一致。

（2）影响乔灌木的生长条件包括水分、气温、光照等，在干旱半干旱区水分是乔灌木生长的关键因素。“耕农抗旱宝”的蓄水保墒效果在植树造林中发挥重要作用，王韡烨测定和比较土壤含水率、土壤的养分结构及容重、林木成活率、林木高生长等指标［18］，与本研究结果“耕农抗旱宝”对乔灌木的结论相一致。

（3）叶绿素是植物进行光合作用的重要物质基础，叶绿素含量越高，则植物叶片光合作用能力越强，越有利于植物生长，与顾博文研究叶绿素对植物的影响相一致［19］。叶绿素是植物进行光合作用时必须的催化剂，其含量的增加有利于乔灌木叶面的光合效率，增强对干旱环境的适应。“耕农抗旱宝”提高了植物的呼吸。从而发现，“耕农抗旱宝”对于植物的光合作用具有促进作用，提高了植物叶片光合作用能力，有利于植物生长。

（4）王泽林研究了八大离子对棉花产量的影响［20］，岑睿研究了保水剂对土壤水盐运移［21］，具有一定的理论意义。经查阅资料资料发现Cl-、Na+含量较高对植物造成危害，其一是当植物吸收进较多的Cl-、Na+时就会改变细胞膜的结构和功能，其二是提高了土壤的渗透压，给植物根的吸收作用造成了阻力，使植物吸水发生困难，K+过多时，氮的吸收受阻，抑制营养生长，影响产量，影响钙、镁、硼、的吸收。实验组Cl-、K++Na+明显比对照组含量低，说明“耕农抗旱宝”降低了Cl-、K++Na+的含量。