王文靜，王百田，2，呂 釗，王明玉，張文源，舒 鑫，劉金壯

（1.北京林業(yè)大學 水土保持學院，北京100083；2.水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，北京100083）

干旱缺水和土地退化是制約我國農(nóng)林業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素［1］。近年來，隨著全球氣候變暖，干旱加劇，干旱面積不斷擴大，因此抗旱節(jié)水、保肥保土已成為我國農(nóng)林業(yè)面向未來持續(xù)發(fā)展的必然選擇。保水劑又稱保濕劑，是用強吸水性樹脂制成的一種超高吸水保水能力的高分子聚合物［2］，它能迅速吸收和保持比自身重量高幾百甚至幾千倍的水分，可緩慢釋放供作物吸收利用，在旱地保水農(nóng)林業(yè)應用中已有多年。因此，以使用保水劑為基礎的水肥一體化調(diào)控技術成為研究的熱點，大量研究表明，保水劑能提高肥料利用率，吸附氮磷鉀營養(yǎng)元素，減少肥素淋失［3－8］。李長榮等［9］研究表明尿素與保水劑復配是水肥耦合的最佳選擇，二者同時使用保水保肥效果都能充分發(fā)揮。值得注意的是，國內(nèi)外對保水劑與肥料的利用多是以直接混合為主，而肥料鹽分對保水劑的吸水、保水性能有較大影響［10］。

大量研究表明，我國農(nóng)田化肥的當季利用率氮肥僅為30%～35%，磷肥為10%～20%，鉀肥為35%～50%，化肥損失是個嚴重的問題，不但造成巨大經(jīng)濟損失，更嚴重的是還加劇了溫室氣體排放和水體富營養(yǎng)化［11］，因此提高肥料利用率成為當前研究的熱點。保水劑表面分子有吸附、交換離子作用，肥料中的氨離子等官能團能被保水劑上的離子交換，并以“包裹”的方式包裹起來，減少肥素淋失，提高肥料利用率，但同時混合不當會降低保水劑的保水能力［12］。目前，對保水劑在提高植物光和速率、葉面積、果樹坐果率、土壤含水量等方面研究較多［13－16］，而在保水劑與肥料混合使用方面的研究還不多。因此，本文以山杏為研究對象，研究不同量保水劑與復合肥混施對山杏生長的影響，并進一步揭示山杏葉水勢與根部氮磷鉀含量的相關性，以考察水肥調(diào)控的機理，為保水劑與復合肥料的使用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

研究于2011年4—10月在北京市西山鷲峰國家森林公園實驗站進行，該區(qū)屬于華北大陸性季風氣候，年平均氣溫12.2℃，最高氣溫39.7℃，最低氣溫－19.6℃。試驗苗木來自北京園林綠化小湯山苗圃，選擇長勢基本相同1年生山杏（Armeniaca sibirica）幼苗25株，以免造成非試驗因子差異。供試保水劑（法國愛森公司SNF提供）白色顆粒狀干粉，顆粒大小0.8～1.0mm，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。復合肥（中國農(nóng)業(yè)大學藍弋化工）中尿素（（NH2）2CO，含 N 46.65%），氯 化 鉀 （KCl，含 K 52.35%），磷 酸 銨 〔（NH4）3PO4· 3H2O，含 P 19.19%〕，均為化學分析純。栽培基質(zhì)：在鷲峰林場取土和沙按2∶1混合而成，其理化性質(zhì)見表1。

表1 栽培基質(zhì)各項理化性質(zhì)

1.2 試驗設計

本試驗共5個處理，每處理5個重復，共25盆（表2）。用口徑40cm，深40cm的塑料桶，桶底開5個直徑為1cm的孔，每桶裝入混好的基質(zhì)20kg。于2011年4月20栽植山杏幼苗，并將配好的處理材料均勻放入距土壤表面10cm處。栽植后按常規(guī)作物進行管理，苗木健康生長之后盡量少澆水，讓栽植苗木靠天然降水生長，模擬干旱環(huán)境。8月9日測定植物葉水勢日變化，從早上8點開始到晚上6點結束，每2h測1次。10月15日把植物挖出并保持根部完整性，測定根部營養(yǎng)元素，測定植株生物量。

表2 試驗設計

1.3 測定指標

葉水勢測定。使用Wescor公司的Psypro露點水勢儀，于苗木生長最快、最旺盛的8月的一個晴天（8月9日）進行葉水勢觀測，觀測時間8：00—18：00，每2h觀測1次。選擇各處理植株中上部形狀完好、長勢相近的功能葉片［17］，每株2片葉子每片葉子測3次，取其平均值。

生物量測定。分為地上和地下兩部分，于10月15日將植物帶根挖出（避免根系受損）去掉泥土測地上和地下鮮重。將根系和地上部分用水清洗干凈后，于110℃殺青15min，在75℃下烘干至恒重，測干重［18］。采用上海精科生產(chǎn)的 YP 600型（精度0.01g）電子天平稱量根部營養(yǎng)元素，將處理好的根系生物量用粉碎機粉碎，過100目篩送到實驗室檢測全氮、全磷、全鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析應用SPSS 18.0軟件及Excel軟件處理，完成單因素方差分析顯著差異后進行LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同處理對山杏葉水勢日變化的影響

通過分析5種不同處理山杏水勢日變化特征，發(fā)現(xiàn)不同處理下山杏葉水勢的日變化均表現(xiàn)出早晨和傍晚較大、中午前后較小的基本規(guī)律。山杏葉水勢在12：00—14：00出現(xiàn)明顯的全天最低值（圖1），中午前后出現(xiàn)水勢曲線拐點。

圖1 不同處理山杏葉水勢日變化

在處理1，2，3和4的條件下，上午8：00水勢最高，之后，隨著氣溫的升高，水勢開始下降，到中午水勢降到全天最低值，午后水勢又開始回升，18：00為白天最高值，其中處理1的葉水勢始終高于處理2，3，4的葉水勢，但是使用保水劑的4組處理始終高于沒有使用保水劑的對照組。對照與處理組相比差異顯著，山杏葉水勢在午后基本沒有回升現(xiàn)象，一致維持在低水平上。

水勢是反映植物組織水分狀況和從周圍環(huán)境吸水能力的一個重要生理指標［19］，水勢高低可以用來判斷植物的受旱程度和抗旱能力［20］。植物葉水勢反映植物水分狀況更直接，大量的水分脅迫影響函數(shù)用葉水勢來反映對水分脅迫的響應［21］。大量試驗表明植物葉水勢與土壤含水量有良好的線性相關性［22］，因此，可以根據(jù)苗木葉水勢的高低判斷哪種處理有較好的蓄水保墑與水分吸收利用效果。通過觀察不同處理山杏葉水勢日變化趨勢，發(fā)現(xiàn)隨著保水劑用量的增加，山杏葉水勢日變化的單峰形態(tài)越不明顯，水勢日變化振幅越小，葉水勢維持較高水平，說明一定量的保水劑應用可以使土壤有更充足的水分及時彌補山杏植株蒸騰損失的水分，植株受土壤水分脅迫的程度降低。

2.2 不同處理對山杏根部氮磷鉀含量的影響

作物生長對肥料養(yǎng)分需求比較大的是氮（N）、磷（P）、鉀（K）三種肥料，根部是作物重要吸收、合成、固定和支持器官，土壤中水分和養(yǎng)分主要通過作物根系被吸收［23］。氮是植物體內(nèi)氨基酸的組成部分，也是植物進行光合作用起決定作用的葉綠素的組成部分。磷肥能促進作物根系發(fā)達，增強抗旱能力，并促進糖分和淀粉的生成，但過量使用對生長不利。鉀對作物的主要作用是平衡氮、磷和其他營養(yǎng)元素，調(diào)節(jié)植物的官能作用［24］。

高含量保水劑處理1（保水劑20g）的促進作用最明顯，山杏根部氮含量為1.43g／kg，是同樣復合肥含量對照組的1.66倍；而低含量保水劑處理4（保水劑5g）也出現(xiàn)明顯促進作用，是對照組的1.17倍。促進作用隨保水劑含量增高增大，表現(xiàn)為處理1（保水劑20g）＞處理2（保水劑15g）＞處理3（保水劑10g）＞處理4（保水劑5g）＞CK（保水劑0g）。此外，不同處理對山杏根部磷含量有一定的抑制作用，其中，在處理2下（保水劑15g）磷含量達最低值0.23g／kg，是對照組的61%。不同處理對山杏根部鉀含量的影響沒有顯著差異，各處理下根部鉀含量基本一致。

顯然山杏根部的N有不同程度的提高，且提高程度隨保水劑含量增多而增大，呈現(xiàn)出較明顯的含量—效應關系，K的含量基本一致沒有明顯變化，而P的含量與對照相比略有降低。無論哪一種處理，山杏根部N，P，K含量比例相近，N＞K＞P。這些表明在改善水分脅迫程度后，山杏根部吸收氮的能力得到顯著改善，對K的吸收基本沒有太大的改善，而對于P的吸收有少量抑制作用，呈現(xiàn)出保水劑使用量多的根部P的含量較低的趨勢。

2.3 不同處理對山杏生物量的影響

生物量是植物有機物的積累量，對一年苗木的生長情況能有一個總體的度量，是衡量苗木生長狀況的重要指標。對山杏生物量進行單因素方差分析和LSD多重比較結果如表3所示。山杏的總生物量在處理1下最高，對照總生物量最低。不同處理之間山杏總生物量隨保水劑用量的依次減少而降低。此外，在不同處理之間，地上部分生物量和地下部分生物量呈現(xiàn)出與總生物量相似的變化規(guī)律。根冠比反映了生物量在地上地下之間分配的關系，分析不同處理間根冠比發(fā)現(xiàn)對照與4組處理有顯著的差異，對照的根冠比顯著高于處理組的。這一方面反映了干旱時植株受到水分脅迫根系生長的干物質(zhì)增多，這是植物對干旱的一種適應性機制，另一方面說明保水劑的保水作用明顯，在同樣的降雨條件下山杏受水分脅迫的程度減弱?？傮w來說，保水劑的應用對山杏生物量累積有顯著的效用，其中處理1是對照的1.63倍。

2.4 山杏葉水勢與根部氮磷鉀含量的相關性

植物葉水勢更能直接反映植物水分情況，大量的水分脅迫試驗用葉水勢來反映植物對干旱程度的響應而不是土壤含水量，因此這里分析了植物平均葉水勢與根部氮、磷、鉀含量的關系，以探明水肥的關系。通過對葉水勢與根部氮、磷、鉀含量的相關性分析發(fā)現(xiàn)，葉水勢與氮含量相關性非常顯著（R＝0.95），而與磷和鉀含量的沒有太好的相關性，相關系數(shù)分別為0.06和0.76，因此對葉水勢和氮含量進行曲線擬合。圖2中顯示，根部氮含量與葉水勢總體上呈現(xiàn)很好的線性相關，即隨著葉水勢的升高，根部氮含量也呈升高趨勢。

表3 不同處理對山杏地上生物量、地下生物量、總生物量及根冠比的影響

圖2 山杏葉水勢與根部氮含量的關系

3 討論

水肥是農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的兩個重要因子，之間的作用機制較為復雜。在干旱區(qū)，水分缺乏限制了作物生產(chǎn)力的提高，養(yǎng)分不足制約著作物對水分的高效利用。葉水勢代表植物水分運動的能量水平，是衡量植物抗旱的重要生理指標。本研究中，在處理1（保水劑20g，復合肥5g）下，山杏葉水勢最高，且各處理山杏葉水勢均高于對照，說明在減輕植物受干旱脅迫方面，處理1的效果最好。保水劑改變了土壤供水方式，提高了水分利用率，在提高葉水勢方面效果顯著，這與張曉艷［25］，王婷［26］的研究結果一致。此外，與對照相比，各處理山杏葉水勢午后都開始明顯回升，而對照組并沒有回升趨勢，可能是由于干旱脅迫下植物的生理活動受到了影響，崔建恒等［27］的研究也有這樣的報道。此外，土壤因干旱沒有足夠的水分及時彌補白天植物蒸騰損失的水分，受旱程度則越大。不同處理下的山杏根部氮磷鉀含量有明顯差異，同一種處理中氮含量顯著高于磷鉀含量，而不同處理之間氮含量也明顯高于對照，且隨保水劑用量增大而增大，此外，磷的含量隨保水劑量增大反而降低。對鉀含量的影響并不明顯，各處理之間沒有太大變化。說明在水分條件允許的情況下，植物對氮的需求量更大，此外，保水劑促進了氮肥的吸收利用［28－29］。土壤水分的虧缺影響了土壤養(yǎng)分的運輸，而磷肥含量的增加可能由于根系的伸長促進了磷肥的吸收。不同處理間的生物量差異顯著，4種處理下地上和地下部分的生長顯著提高了山杏總生物量和地上部分生物量，而對照組地下部分生物量和根冠比也明顯增高，因此，干旱脅迫導致作物干物質(zhì)向根的分配比例升高，根冠比增大。

目前關于土壤含水量與氮磷鉀營養(yǎng)元素的吸收的研究表明，氮磷鉀的吸收與土壤含水量有良好相關性，土壤水分與葉水勢有良好的線性關系，而對植物葉水勢與氮磷鉀含量的關系還鮮有報道。本研究發(fā)現(xiàn)山杏葉片水勢與根部氮含量有顯著相關性，隨著葉水勢升高，氮含量有明顯升高趨勢。

4 結論

（1）保水劑與復合肥混施提高了山杏葉水勢，且在本試驗用量范圍內(nèi)隨保水劑增大而增高。

（2）保水劑的應用顯著提高了山杏根部氮，對鉀的含量基本無影響，對磷的含量有少量抑制作用；氮含量隨保水劑用量的增多顯著提高，在每株應用20g保水劑的條件下山杏根部氮含量是對照組的1.66倍。

（3）應用保水劑后山杏生物量有了顯著增加，呈現(xiàn)隨用量增加的趨勢；對照組根冠比顯著高與處理組。

（4）山杏葉水勢與根部氮含量呈顯著線性相關。

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