摘要：為了明確保水劑在干旱半干旱地區(qū)抗旱造林中的使用效果，試驗(yàn)對(duì)保水劑的保水性能及使用保水劑后3種造林樹(shù)種植株的生長(zhǎng)特征及根系生物量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果顯示，保水劑能顯著促進(jìn)造林樹(shù)種植株的生長(zhǎng)發(fā)育，使植株的基徑、樹(shù)高、側(cè)根數(shù)、側(cè)根長(zhǎng)、總干重、根干重等比不用保水劑的對(duì)照植株明顯增加，根冠比增大。需要注意的是在使用保水劑進(jìn)行造林時(shí)，要選擇適宜的劑型和造林季節(jié)，這是保水劑抗旱造林的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：保水劑；吸水特性；林木；生長(zhǎng)特征

中圖分類(lèi)號(hào)：O636.9；S157.9；S725.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）04-0850-04

Influence of Super Absorbent Polymer on Main Growth Characters of Three Kinds

of Forest Trees

MENG Qing-xin1，CUI Xiao-hu2，WANG Hong-jun3，WANG Nan3，CHEN Bao-yu3，ZHANG Yu-zhen4

（1. Forest Bureau of Luannan County， Luannan 063500， Hebei， China； 2. New Energy Office of Leting County， Leting 063600，Hebei， China； 3. Jilin Academy of Agricultural Sciences， Changchun 130033， China； 4. College of Forestry， Agricultural University of Hebei， Baoding 071001， Hebei， China）

Abstract： In order to ensure the effect of super absorbent polymer in drought-resistant afforestation in arid and semi-arid region， the water retention ability of the super absorbent polymer， and the plant growth characteristics and root biomass of three kinds of afforestation trees after application of super absorbent polymer were tested. The results showed that the super absorbent polymer could significantly improve plant growth and development of afforestation tree species as plant base diameter， tree height， lateral root number， lateral root length， total dry weight， root dry weight， root-shoot ratio was obviously increased compared to control. It should be paid attention that suitable super absorbent polymer form and planting season should be chosen， as it was the key for drought-resistant afforestation with super absorbent polymer.

Key words： super absorbent polymer； water-holding property； forest trees； growth characters

保水劑（Super absorbent polymers，SAP）是利用強(qiáng)吸水性樹(shù)脂制成的一種具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收比自身重?cái)?shù)百倍甚至上千倍的純水，而且具有反復(fù)吸水功能，吸水后的水分能夠緩慢釋放，以供植物充分利用[1，2]。保水劑施入土壤后，可在有水時(shí)蓄水、無(wú)水時(shí)供水，起到“水庫(kù)”的調(diào)節(jié)作用[3]，所以能提高植物的抗旱性和水分的利用效率。運(yùn)用以保水劑為中心的綜合保水抗旱技術(shù)，可為干旱地區(qū)植樹(shù)造林提高成活率開(kāi)辟新途徑。國(guó)內(nèi)外研究表明，保水劑運(yùn)用得當(dāng)可延緩植物凋萎時(shí)間、縮短緩苗階段、促進(jìn)根系的發(fā)育、提高出苗率和移栽成活率等[4-6]。韓恩賢等[7]在渭北黃土高原溝壑區(qū)進(jìn)行側(cè)柏[Platycladus orientalis（L.）Franco]造林試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，保水劑的運(yùn)用對(duì)半干旱地區(qū)提高造林成活率起到了關(guān)鍵作用。張海忠等[8]在樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）造林應(yīng)用吸水劑的試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)使用吸水劑的樟子松苗木其成活率、苗高、基徑及根系均比沒(méi)有使用吸水劑的效果好。陳寶玉等[9]在河北省壩上地區(qū)進(jìn)行保水劑節(jié)水抗旱造林試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)保水劑能顯著提高造林的成活率，使苗木成活率達(dá)到90%以上，保存率達(dá)到70%～90%。植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程里對(duì)水分的虧缺最為敏感，輕度的水分脅迫就會(huì)明顯抑制植株生長(zhǎng)；因此在土壤水分不足時(shí)，首先觀測(cè)到的生理效應(yīng)與形態(tài)變化就是生長(zhǎng)緩慢，其原因是細(xì)胞的生長(zhǎng)受到了顯著的抑制[10，11]。而在干旱半干旱地區(qū)造林，提高造林成活率的關(guān)鍵就是要解決林木樹(shù)種定植后的水分虧缺問(wèn)題。為了加快推廣保水劑造林技術(shù)，使基層技術(shù)推廣工作者和造林戶(hù)真正看到這項(xiàng)新技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，就要檢驗(yàn)它在規(guī)模造林應(yīng)用上是否行之有效地解決了保水問(wèn)題；為此試驗(yàn)研究了使用保水劑后對(duì)造林樹(shù)木有關(guān)生長(zhǎng)指標(biāo)的影響，以期為有關(guān)方面了解保水劑的使用效果、提高保水劑技術(shù)的推廣速度、加速其在農(nóng)林業(yè)上的廣泛應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 保水劑及其配制 保水劑為聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）型，由青海綠寶實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司提供，分為大顆粒（5～8 mm）、小顆粒（2～3 mm）、粉末狀（小于0.1 mm）3種劑型。根據(jù)對(duì)3種劑型的性能測(cè)試，大顆粒、小顆粒和粉末狀保水劑在去離子水中的吸水倍率分別為329倍、386倍和241倍。

1.1.2 樹(shù)種 試驗(yàn)所用林木樹(shù)種均為二年生鄉(xiāng)土樹(shù)種，分別是白榆（Ulmus pumila L.）、華北落葉松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）和云杉（Picea asperata Mast.）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)地位于河北省崇禮縣縣城東北12 km的二道營(yíng)鄉(xiāng)，試驗(yàn)區(qū)面積為3.3 hm2，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦蝿澐秩舾蓚€(gè)試驗(yàn)區(qū)；2010年定植，白榆、華北落葉松、云杉各樹(shù)種都安排30個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，其中對(duì)照有3個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積90 m2，株行距1.5 m×2.0 m。每個(gè)小區(qū)移栽樹(shù)苗30株，3個(gè)重復(fù)，小區(qū)完全隨機(jī)排列。分別用大顆粒、小顆粒和粉末狀保水劑處理各樹(shù)種。

1.2.2 保水劑處理 ①粉末狀保水劑蘸根處理，稱(chēng)量粉末狀保水劑若干，用自來(lái)水按0.5%、1.0%和1.5%的比例配制若干桶（1桶約20 kg）保水劑稀釋液，攪拌后使保水劑溶解均勻，在白榆、華北落葉松、云杉各樹(shù)種定植前分別用不同比例的粉末狀保水劑稀釋液蘸根處理，然后定植；以不蘸根處理的為對(duì)照（CK1）。②小顆粒保水劑處理，在定植的各樹(shù)種植株根部周?chē)龀梢粋€(gè)環(huán)狀土溝，用土壤隔開(kāi)保水劑和植株根系，防止保水劑吸水膨脹時(shí)架空根部周?chē)耐寥?。分別將10、20、30 g/株小顆粒保水劑均勻撒在各樹(shù)種植株根部的環(huán)狀土溝內(nèi)，與土混勻，然后覆土壓實(shí)；以不用小顆粒保水劑（只澆清水）處理的為對(duì)照（CK2）。③大顆粒保水劑處理，將大顆粒保水劑在使用之前先用水浸泡12～24 h，使其充分吸水變成凝膠狀，然后分別將1、2、3 kg/株均勻撒在各樹(shù)種植株根部周?chē)?，同小顆粒一樣，凝膠狀保水劑不要距離根系太近，也用土壤隔開(kāi)；以不用大顆粒保水劑（只澆清水）處理的為對(duì)照（CK3）。

1.2.3 樹(shù)木基徑及樹(shù)高測(cè)定 在造林定植第二年的秋季于林地測(cè)定白榆、華北落葉松、云杉各樹(shù)種的基徑和樹(shù)高，各樹(shù)種每處理每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇3株，3次重復(fù)，每處理共取9株；樹(shù)木基徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，樹(shù)高用鋼卷尺測(cè)量；計(jì)算同一水平保水劑處理的平均值。

1.2.4 樹(shù)木生物量 造林定植第二年的秋季選取生長(zhǎng)正常的植株，白榆、華北落葉松、云杉各樹(shù)種每處理每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇3株，3次重復(fù)，每處理共取9株；以定植前后不用上述保水劑處理（只澆清水）的為對(duì)照（CK4），保持樣株根系的完整，帶回實(shí)驗(yàn)室后用水沖凈，晾干，烘干，稱(chēng)重。測(cè)定植株的側(cè)根數(shù)、側(cè)根長(zhǎng)、全株干重、根干重、地上部分干重，計(jì)算根冠比。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑對(duì)樹(shù)木基徑和樹(shù)高生長(zhǎng)的影響

保水劑對(duì)白榆、華北落葉松、云杉的基徑和樹(shù)高生長(zhǎng)的影響結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，保水劑處理的樹(shù)木基徑絕大多數(shù)高于對(duì)照。其中小顆粒保水劑處理的3個(gè)樹(shù)種均以30 g/株處理的基徑最大，云杉、白榆和華北落葉松分別比對(duì)照2高出了36.7%、31.5%和15.1%；大顆粒保水劑處理的白榆和云杉以3 kg/株處理的基徑最大，分別比對(duì)照3高出了58.3%、20.3%，華北落葉松則是2 kg/株處理的基徑最大，比對(duì)照3高出了9.3%；粉末保水劑稀釋液蘸根處理的3個(gè)樹(shù)種均以1.5%稀釋液處理的基徑最大，白榆、云杉和華北落葉松分別比對(duì)照1高出了56.3%、30.9%和3.8%。3個(gè)樹(shù)種中，華北落葉松基徑最高值出現(xiàn)在小顆粒保水劑10 g/株和30 g/株處理中，為0.61 cm；白榆和云杉則以粉末保水劑1.5%稀釋液蘸根處理的基徑最大，分別為1.00、0.89 cm；反映出在一定的人為控制條件下，使用保水劑的劑量適當(dāng)，加上水分充足，才能對(duì)樹(shù)木的生長(zhǎng)有利。由表1還可知，各保水劑處理的樹(shù)高絕大多數(shù)比對(duì)照高，其中小顆粒保水劑10 g/株處理、大顆粒保水劑3 kg/株處理和粉末保水劑1.0%稀釋液蘸根處理的白榆樹(shù)高最高，比對(duì)照都高出了30 cm以上。分析顯示，借助保水劑造林并不是保水劑使用量越多越好，而是有一定用量范圍的；例如小顆粒保水劑處理后，10 g/株處理的白榆就比其他白榆處理的要高，達(dá)到了105.70 cm；而在華北落葉松則是30 g/株處理的最高，為37.40 cm；云杉則以大顆粒保水劑 1 kg/株處理的最高，為28.69 cm。這個(gè)結(jié)果可以為大面積人工造林節(jié)省造林成本、加快成林速率等方面提供參考。

2.2 保水劑對(duì)樹(shù)木根系生長(zhǎng)及生物量的影響

保水劑對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)的促進(jìn)作用除表現(xiàn)在生長(zhǎng)指標(biāo)外，還表現(xiàn)在植株干物質(zhì)的積累上。在干旱脅迫發(fā)生時(shí)，由于根系受到水分脅迫，使植株的各項(xiàng)生理活動(dòng)都減弱，造成干物質(zhì)的積累也相對(duì)較少。但如果用保水劑減緩根系的水分脅迫，則將在干物質(zhì)積累、根長(zhǎng)生長(zhǎng)、根的發(fā)生數(shù)量等方面有所體現(xiàn)。保水劑處理對(duì)白榆根系生長(zhǎng)及生物量（干重，下同）的影響結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)云杉根系生長(zhǎng)及生物量的影響結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)華北落葉松根系生長(zhǎng)及生物量的影響結(jié)果見(jiàn)表4。分析可知，保水劑處理過(guò)的植株在側(cè)根數(shù)、生物量、根冠比等方面均與不用保水劑處理的有明顯差異，3樹(shù)種利用保水劑吸收的水分使自身安全度過(guò)了緩苗期，完成了新根的發(fā)育。由于白榆屬于易生根、易成活的樹(shù)種，所以比其他樹(shù)種側(cè)根多，根系也較長(zhǎng)（表2）；并且保水劑創(chuàng)造的濕潤(rùn)環(huán)境正好滿足了云杉對(duì)大肥、大水的需求，故云杉生長(zhǎng)的側(cè)根也較多（表3），這與試驗(yàn)出現(xiàn)的云杉成活率較高是相吻合的。試驗(yàn)結(jié)果還表明粉末保水劑稀釋液蘸根處理和小顆粒保水劑使用量高的處理白榆植株生長(zhǎng)較好，各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)、生物量指標(biāo)均較高；但大顆粒保水劑處理則不然，如大顆粒保水劑3 kg/株處理的白榆植株側(cè)根數(shù)平均為13.7條，僅比對(duì)照4高出1.4條（表2）。由此說(shuō)明，白榆在土壤含水量較高的條件下，根系的生長(zhǎng)反而受到抑制。此現(xiàn)象在比較耐干旱的華北落葉松上表現(xiàn)得尤為明顯，其小顆粒保水劑10 g/株處理的側(cè)根數(shù)較多，根最長(zhǎng)（表4）；粉末保水劑稀釋液蘸根處理中以1.0%處理的為最優(yōu)；而大顆粒保水劑處理雖然根系也在生長(zhǎng)，但明顯受到水分過(guò)多的抑制，其2 kg/株和3 kg/株處理的植株側(cè)根長(zhǎng)雖然比對(duì)照4長(zhǎng)一點(diǎn)，但側(cè)根數(shù)卻比對(duì)照少。

在干旱脅迫下，根系生物量是植物適應(yīng)干旱環(huán)境的重要形態(tài)標(biāo)志，其變化在根冠比上尤為明顯。由于干旱脅迫使植株地上部分生物量積累相應(yīng)減少，迫使植株通過(guò)降低植物葉片表面的水分蒸騰來(lái)保障地上部分生理代謝與生長(zhǎng)發(fā)育的基本所需；而根系生物量卻相應(yīng)增加，通過(guò)貯存養(yǎng)分和水分來(lái)維持全株的生長(zhǎng)需求[12-14]。由表2、表3、表4可知，由于加入保水劑調(diào)節(jié)了土壤水分平衡，因此保水劑處理的植株生物量均比對(duì)照4高得多。從云杉植株總干重的分析可知，小顆粒保水劑10 g/株處理的植株總干重（26.3 g/株）比對(duì)照（11.8 g/株）高出1.23倍，比20 g/株、30 g/株處理的植株總干重（分別為17.8 g/株和13.6 g/株）分別高出0.48倍和0.93倍；粉末保水劑以1.0%稀釋液蘸根處理的植株生物量（29.4 g/株）最高，比對(duì)照高出1.49倍，比0.5%、1.5%處理的植株總干重（分別為20.1 g/株和20.7 g/株）分別高出0.46倍和0.42倍；大顆粒保水劑以2 kg/株處理的植株總干重（24.4 g/株）最高，比對(duì)照高出1.07倍，比1 kg/株、3 kg/株處理的植株總干重（分別為16.8 g/株和16.0 g/株）分別高出0.42倍和0.36倍。而云杉根系總干重的測(cè)定結(jié)果表明根系的發(fā)育情況相對(duì)于地上部分比較弱。白榆植株總干重在小顆粒保水劑處理中最高的是20 g/株處理（45.9 g/株），比對(duì)照（17.3 g/株）高出1.65倍；在粉末保水劑處理中植株總干重最高的是1.5%稀釋液蘸根處理（48.0 g/株），比對(duì)照高出1.77倍；在大顆粒保水劑處理中植株總干重最高的是1 kg/株處理（43.1 g/株），比對(duì)照高出1.49倍。白榆根系總干重的測(cè)定結(jié)果表明其根系的發(fā)育情況相對(duì)于云杉要好得多，是3種林木里根系發(fā)育最充分的。華北落葉松植株總干重與對(duì)照的差異更明顯，小顆粒保水劑以10 g/株處理的植株總干重（6.2 g/株）最高，比對(duì)照（2.1 g/株）高出1.95倍；粉末保水劑以1.0%稀釋液蘸根處理的植株總干重（5.6 g/株）最高，比對(duì)照高出1.67倍；不過(guò)大顆粒保水劑吸收的水分過(guò)于充足，對(duì)華北落葉松根系生長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制作用，所以根系總干重和植株總干重都很小。

根冠比是分析植株地上部分與根系生長(zhǎng)協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)，從表2、表3、表4可見(jiàn)，白榆的根冠比與對(duì)照的差異最大，其中大顆粒保水劑1 kg/株處理和粉末保水劑0.5%稀釋液蘸根處理的根冠比達(dá)到了1；云杉與對(duì)照的差異較明顯，而華北落葉松與對(duì)照的差異相對(duì)小一些。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明施用保水劑可以調(diào)節(jié)土壤水分，但在水分脅迫嚴(yán)重時(shí)，植物還是可以啟動(dòng)自身的抗旱調(diào)節(jié)能力，如減小地上部分比例、增大根系范圍、保存體內(nèi)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。而此時(shí)保水劑提供了它們度過(guò)干旱所必需的水分，這對(duì)抗旱能力較弱的樹(shù)種如白榆、云杉無(wú)疑是“雪中送炭”，甚至對(duì)造林不易成活的抗旱樹(shù)種華北落葉松也起到了很大幫助作用。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)一步說(shuō)明保水劑雖然對(duì)植物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，但不是越多越好，選用合適的使用量，保水劑才能發(fā)揮最佳的效用。

3 小結(jié)與討論

河北省北部地區(qū)屬于干旱和半干旱地區(qū)，尤其是在春、秋季節(jié)，降水量少、風(fēng)沙大，加之土壤貧瘠、土壤保墑能力差，是影響造林成活的主要因素。因此試驗(yàn)在試驗(yàn)區(qū)設(shè)置時(shí)充分考慮了地形的多樣性，兼顧了高山梯田和干旱陽(yáng)坡等造林地分布的特殊性；并且試驗(yàn)樹(shù)種選用鄉(xiāng)土樹(shù)種，具有一定的代表性、多樣性、適應(yīng)性，同時(shí)考慮了造林樹(shù)種中針葉與闊葉類(lèi)型對(duì)保水劑的不同適應(yīng)性。

通過(guò)觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析，我們認(rèn)為聚丙烯酰胺型保水劑能顯著促進(jìn)造林樹(shù)種白榆、華北落葉松、云杉植株的生長(zhǎng)發(fā)育。在植株受到水分脅迫時(shí)，保水劑能持續(xù)供給植株水分，使植株的基徑、樹(shù)高、側(cè)根數(shù)、側(cè)根長(zhǎng)、總干重、根干重等比不用保水劑的對(duì)照植株明顯增加，根冠比增大。根系干物質(zhì)的增加說(shuō)明保水劑能加大植株根系貯存水分和養(yǎng)分的能力，這對(duì)于造林樹(shù)種縮短緩苗期、促進(jìn)根系發(fā)育、提高移栽成活率具有積極影響。在應(yīng)用聚丙烯酰胺型保水劑進(jìn)行造林時(shí)，并不是保水劑用量越多越好，而是有一定適宜用量的，試驗(yàn)中粉末保水劑以1.0%稀釋液蘸根處理與小顆粒保水劑以10 g/株處理的造林效果較好。

總體比較而言，小顆粒保水劑的造林效果相對(duì)于大顆粒和粉末保水劑的效果要好，但這也是具有前提條件的；小顆粒保水劑的作用發(fā)揮只有在降水充裕的環(huán)境下才能體現(xiàn)出來(lái)。崇禮縣是在春季造林，冬季大量的降雪彌補(bǔ)了土壤中的水分虧缺，可滿足小顆粒保水劑功效發(fā)揮所需的條件。所以在選用保水劑造林時(shí)，要因地而異，結(jié)合造林季節(jié)選擇合適的保水劑劑型是使用保水劑造林的關(guān)鍵所在。

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