曹遠博， 王百田， 魏婷婷， 王瑞君， 陳志豪

〔1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083； 2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院， 北京 100083〕

?

復(fù)合緩釋保水保肥材料對苗木生長的影響

曹遠博1， 王百田1， 魏婷婷2， 王瑞君1， 陳志豪1

〔1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083； 2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院， 北京 100083〕

摘要：[目的] 分析復(fù)合緩釋保水保肥材料對苗木生長的影響，探索適宜苗木生長的復(fù)合材料。[方法] (1) 選用4個實驗組和1個對照組的皂角樹進行盆栽試驗，對苗木的生長和生理指標進行測量分析。[結(jié)果] (1) 復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠顯著提高苗木的地徑，增加葉片數(shù)量和葉面積，增大新梢長度，增加苗木生物量； (2) 能夠顯著提高苗木的葉水勢以增強水分利用率，提高苗木對肥料的利用效率，維持苗木的葉片葉綠素含量(SPAD)長期處于較高的數(shù)值。[結(jié)論] 復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠顯著促進苗木生長。

關(guān)鍵詞：保水保肥材料； 盆栽； 生長指標； 差異性

土地的干旱貧瘠[1]嚴重制約著造林成活率和林木生長發(fā)育，人工造林與植被恢復(fù)技術(shù)是諸多學(xué)者一直深入研究的重要問題。近年保水劑在造林技術(shù)中的應(yīng)用研究成為研究熱點[2-4]，特別是以保水劑為基礎(chǔ)的多功能復(fù)合材料開發(fā)[5-7]。在干旱缺水地區(qū)，在幼苗期和苗木生長最旺盛期使用適量的保水劑材料能夠改善造林立地條件，為苗木抵御短期干旱或緩和干旱脅迫程度提供幫助，以達到提高造林苗木成活率、增強苗木抗逆能力的目的。新型節(jié)水材料保水劑與傳統(tǒng)的滴管噴灌和地膜等造林措施相比更加清潔[8-9]，但純施用保水劑不能最大程度的發(fā)揮水肥效果[10-11]。如果將保水劑與多種促進植物生長的物質(zhì)混合形成復(fù)合材料，可以達到水肥協(xié)調(diào)、促進植物生長的效果[12-13]，從而提高使用保水劑的經(jīng)濟效益。為研究復(fù)合緩釋保水保肥材料對苗木生長的效用，本文采用盆栽控水的方法對皂角樹在不同復(fù)合材料處理下的生長指標進行分析，以探索適宜其生長的復(fù)合材料。

1研究地概況

試驗在北京市西山鷲峰國家森林公園的北京林業(yè)大學(xué)試驗基地進行，試驗地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬寒夏熱，春季多風(fēng)，平均風(fēng)速4.1 m/s，年平均溫度12.2 ℃，極端最高溫41.6 ℃，極端最低溫-20 ℃；年均降水量630 mm，降水多集中在7—8月占全年降水量的70%以上，春季降水占全年的10%左右。春季蒸發(fā)量很大，其中5月份最高，達259 mm。植物生長期為220 d，無霜期180 d，晚霜在4月上旬，早霜在9月上旬[14]。

2試驗材料與研究方法

2.1　樣品的采集和處理

2.1.1試驗材料供試苗木選擇生長狀況良好的1年生皂角樹(Gleditsiasinensis)為了減少試驗誤差，盡量挑選生長情況一致的苗木。保水劑產(chǎn)自北京漢力淼新技術(shù)有限公司，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體，白色小顆粒(2～3 mm)，吸水倍率為250，70 min左右可以達到吸水飽和，在土壤中使用壽命可長達3～5 a。聚天門冬氨酸產(chǎn)自洛陽采潤環(huán)保材料有限公司。淡黃色固體顆粒，pH值6～8，分子量5 000～10 000。水溶性仿生聚合物，在農(nóng)業(yè)上作為植物養(yǎng)分吸收促進劑，可有效地促進植物對營養(yǎng)元素的吸收。無機復(fù)合肥購于北安河西口植物醫(yī)院,以尿素、磷銨、硫酸鉀為主要組成，尿素〔(NH2)2CO，含N46.65%〕，氯化鉀(KCl，含K52.35%)，磷酸銨〔(NH4)3PO4·3H2O，含P19.19%，含N20.67%〕。硝酸稀土為淺粉色的粉末，極易吸濕潮解，易溶于水，溶于乙醇。3-吲哚丁酸(IBA)購于北京市旭東化工廠，白色結(jié)晶固體，易溶于乙醇等有機溶劑，難溶于水，能促進植物主根的發(fā)育[15-17]。a-萘乙酸(NAA)購于北京市海淀區(qū)微生物培養(yǎng)基制品廠，白色結(jié)晶固體，易溶于乙醇等有機溶劑，難溶于水，能促進扦插枝條生根[18-19]。栽培基質(zhì)是在鷲峰林場就近取土和沙，按2∶1的比例混合而成，將保水劑、聚天門冬氨酸、硝酸稀土、復(fù)合肥按不同比例均勻混于土壤中(摻入保水劑、聚天門冬氨酸、硝酸稀土、復(fù)合肥之前的土稱為原土，原土的化學(xué)性質(zhì)詳見表1)。

表1　試驗用原土的化學(xué)性質(zhì)

2.1.2試驗方法試驗時間為2011年4—11月，盆栽前根據(jù)設(shè)計用不同濃度的3-吲哚丁酸(IBA)和a-萘乙酸(NAA)溶液對苗木蘸根處理(表2)，浸泡半小時后將苗木盆栽。先在盆中裝1/3的土，把不同類型的復(fù)合材料撒入花盆并與土攪拌均勻，然后將苗木栽入盆中，栽完后充分澆水，之后不再澆水。

表2　盆栽試驗設(shè)計

注：A1為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比5∶5:1∶5); A2為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比8∶3:1.5∶5); A3為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比10∶1:2∶5)； A4為保水劑。IBA為3-吲哚丁酸，NAA為a-萘乙酸。

2.2　數(shù)據(jù)處理

2.2.1數(shù)據(jù)采集地徑使用電子游標卡尺對苗木地徑進行南北方向、東西方向進行兩次測量取平均值；新梢長度采用鋼卷尺在苗木自然伸展情況下測量新梢長度；葉面積采用LI3100A葉面積儀(精度為0.01 cm2)對同一株植物的上中下3層葉片分別進行測量，同時要兼顧陰陽面的選?。蝗~片數(shù)按從上向下依次查數(shù)；四個生長指標的觀測時間在同一天內(nèi)，每月觀測一次[20]。葉水勢采用Wescor公司的Psypro露點水勢儀，于8月9日進行葉水勢觀測，觀測時間8：00—18：00，每2 h觀測1次。葉綠素采用SPAD-502葉綠素儀進行測定。試驗中使用葉片的SPAD值來代替葉片葉綠素的含量。

2.2.2數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析和作圖應(yīng)用SPSS 19.0， Excel， Origin 8.0軟件，統(tǒng)計方法為單因素方差分析和LSD多重比較。

3結(jié)果與分析

3.1　復(fù)合材料對苗木的生長指標影響差異性分析

地徑是衡量苗木生長狀況的重要指標。由圖1知，在一個生長周期，地徑增長的速度在月間存在顯著差異，其中以處理1和2處理在7—8月間的增長速度最快，增長率分別為28%和29%。一個生長周期后，各處理的地徑大小存在顯著性差異，大小順序為：2>1>4>3>CK，且2，1，4，3的地徑分別是CK的1.28，1.25，1.15，1.09倍。

葉是植物光合作用的主要器官。葉片的數(shù)量一定程度上決定著植物物質(zhì)累積量(圖1)，葉片數(shù)表現(xiàn)為單峰增長，峰值出現(xiàn)在8月，最大值為處理2的190個，在生長周期中各處理的葉片數(shù)存在顯著性差異，大小順序依次為：2>1>4>3>CK，且分別是CK的1.96，1.65，1.44，1.08倍。處理組與對照組的葉片數(shù)在上中下3層也存在顯著差異性，處理組的葉片多集中于上層和中層，層間存在顯著的差異性，對照組的葉片數(shù)在上中下3層分布較為均勻；處理2與CK相對應(yīng)層的葉片數(shù)差異性最為顯著(表3)。葉面積的大小影響著植物的光合效率，5個處理的葉面積在5—8月快速增加，8月后的增長速度顯著下降，一個生長周期后，處理間葉面積存在顯著性差異，大小順序依次為：3>2>4>1>CK，且葉面積分別是CK的1.85，1.73，1.46，1.42倍。在一定的范圍內(nèi)，苗木的生物量隨葉面積指數(shù)(LAI=S總/K冠面)的增大而提高。單株苗木的葉面積由葉片數(shù)量和單葉面積共同決定。由表4可知，不同處理的單株葉面積指數(shù)隨時間有先增后減的變化趨勢，拐點在8月，且多數(shù)表現(xiàn)出顯著差異性(p<0.05)。在一個生長周期內(nèi)，處理2對苗木的生長影響最為顯著，其單株葉面積指數(shù)遠遠大于其他處理，最大值為8月的4.34，是CK的2.06倍；處理1，3，4單株葉面積指數(shù)也高于CK，特別是7—10月，各處理與CK存在顯著性差異。

圖1　不同處理下苗木生長指標變化

月份處理2下層中層上層CK下層中層上層5月20.2±0.1aA14.2±0.2bA11.2±0.3cA8.2±0.2aB10.0±0.1abA13.4±0.1bA6月25.0±0.1aA19.2±0.3bA31.4±04cA14.2±0.1aB15.2±0.2aB15.4±0.2aB7月34.6±0.3aA46.2±0.2bA50.2±0.5cA22.0±0.1aB21.2±0.3aB18.0±0.1bB8月48.2±0.4aA60.0±0.7bA82.0±0.6cA33.4±0.5aB35.4±0.4aB29.6±0.5bB9月32.2±0.1aA50.4±0.2bA77.6±03cA18.4±0.2aB22.2±0.1bB17.0±0.2aB10月26.4±0.6aA41.2±0.1bA53.6±0.2cA11.2±0.1abB12.2±0.0aB9.4±0.1bB

注：上標小寫字母表示同一試驗組不同層間的多重比較，上標大寫字母表示不同試驗組同層的多重比較(p<0.05)，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著；表中數(shù)字是由平均值±標準差組成。下同。

表4　不同處理單株葉面積指數(shù)隨時間的變化

新梢長度為生長周期內(nèi)苗高的新增高度，是體現(xiàn)苗木生長狀況最直觀的一個的指標。觀測結(jié)果表明，新梢在整個生長周期都在增長，增長速度較快的多集中于5—8月；處理2生長速度和增長量均大于其他處理，一個生長周期新梢增長量達到55 cm；一個生長周期后，各處理的新梢長度有大到小表現(xiàn)為：2>4>3>1>CK，且分別是CK的1.72，1.47，1.22，1.13倍。生物量是植物經(jīng)過一系列同化和異化過程后物質(zhì)的累積量，其數(shù)值能夠說明在所處環(huán)境的植物生產(chǎn)力。各處理生物量有大到小表現(xiàn)為：2>3>4>1>CK，除處理3和處理4外，其他處理間均存在顯著性差異(圖2)。

圖2　不同處理下的苗木生物量

3.2　復(fù)合材料對苗木的生理指標影響差異性

由圖3可以看出，5種處理下皂角葉水勢的日變化特征，在早上與傍晚葉水勢高于其他時間段，且在中午12∶00左右達到全天最低值，此結(jié)果與王文靜對山杏葉水勢研究一致[21],5種處理在白天的葉水勢變化趨勢表現(xiàn)為：早晨8：00的水勢最高，其后逐漸下降，中午時分達到一天的最低值，而后緩慢增高，18：00左右達到白天最高值。葉水勢大小順序依次為：2>4>3>1>CK，5個處理間存在顯著差異性，處理2全天都處于較高的葉水勢，CK最低且在測量時間段內(nèi)的最大葉水勢出現(xiàn)在8：00，在14：00后水勢回升速度明顯小于其他4種處理。

圖3　不同處理下苗木的葉水勢日變化

SPAD值是衡量一株植物葉綠素相對含量的一個參數(shù)，能夠準確的表達植物葉綠色狀態(tài)。由圖4可知，一個生長周期，5種處理的SPAD值表現(xiàn)出單峰趨勢，峰值均出現(xiàn)在8月，在峰值時大小順序表現(xiàn)為：2>3>1>4>CK。處理1，處理2與其他3種處理比較，除了5—8月具有快速增長的特點，在8—10月SPAD值的遞減速度也小于其他3種處理。

圖4　不同處理下苗木的SPAD變化趨勢

4結(jié)論與討論

(1) 在干旱區(qū)造林遇到最大困難就是水肥的有效供給[14]，水分的缺失制約著苗木的成活率，肥料的流失影響著苗木的“生長質(zhì)量”，本試驗配置的4種復(fù)合緩釋保水保肥材料能夠提高苗木對干旱脅迫的抗性，并有效地提高了苗木的各項生長生理指標。

(2) 復(fù)合緩釋保水保肥材料對苗木的生長指標具有顯著的促進作用，最優(yōu)處理組的地徑、葉片數(shù)、葉面積、新梢長度、生物量分別是CK的1.28，1.96，1.85，1.72，1.88倍，且5種處理下皂角的生長指標多數(shù)存在顯著差異性，在自然條件相同的情況下，只有復(fù)合材料存在差異，表明影響苗木生長指標差異性的是復(fù)合材料。在幾項生長指標中，除葉面積之外，處理2的生長優(yōu)勢最明顯，可以認為復(fù)合材料A2更適合施用于皂角。A2為保水劑+聚天門冬氨酸+硝酸稀土+復(fù)合肥(質(zhì)量比8∶3∶1.5∶5)，與其他復(fù)合材料相比，并非越高的保水劑含量對苗木的生長促進越大，也并非施用肥料越多，苗木的生長越旺盛。通過對生物量差異性分析可以進一步說明復(fù)合材料可以提高苗木的生長優(yōu)勢，且處理2最適于皂角樹。

(3) 復(fù)合緩釋保水保肥材料不能改變苗木的葉水勢日變化整體趨勢，但是可以通過改變土壤供水方式從而提高了水分利用率，在結(jié)果上表現(xiàn)為施用復(fù)合材料的試驗組在日變化范圍相對減小并全天的葉水勢顯著高于對照組。午后，處理組的葉水勢回升速度顯著高于對照組，處理組在應(yīng)對干旱脅迫具有更強烈的“敏銳性”，其應(yīng)對機制更加迅速，這與崔建恒[22]等的研究結(jié)果一致。復(fù)合材料不僅減少了水分從土壤表層的蒸發(fā)量[23]，而且在增大苗木葉水勢的同時增加有效蒸發(fā)，提高了水分的利用效率。苗木的SPAD值能夠準確的描述苗木葉綠狀態(tài)[24]，SPAD值越高，說明試驗材料對苗木的作用效果更優(yōu)，或者說苗木對肥料的利用效率更高(SPAD-502葉綠素儀工作原理)。處理組的SPAD值在整個生長周期始終高于對照組，表明復(fù)合材料能夠促進苗木對肥料吸收。

(4) 分析結(jié)果表明，試驗設(shè)計的復(fù)合材料具有改善苗木生長環(huán)境、促進水肥利用效率、提高生長生理優(yōu)勢的作用。

[參考文獻]

[1]岳征文,王百田,王紅柳，等.復(fù)合營養(yǎng)長效保肥保水劑應(yīng)用及其緩釋節(jié)肥效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(8):56-62.

[2]劉瑞鳳,張俊平,王愛勤. PAM-atta復(fù)合保水劑的保水性能及影響因素研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(9):47-50.

[3]左廣玲,葉紅勇,杜朝軍,等.大豆秸稈基保水劑對南陽煙田土壤物理性狀及煙葉生長的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(2):15-19.

[4]李海燕,張芮,王福霞.保水劑對注水播種玉米土壤水分運移及水分生產(chǎn)效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(3):37-42.

[5]李云開,楊培嶺,劉洪祿.保水劑農(nóng)業(yè)應(yīng)用及其效應(yīng)研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(2):182-187.

[6]莊文化,馮浩,吳普特.高分子保水劑農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2007,23(6):265-270.

[7]何緒生,廖宗文,黃培釗,等.保水緩/控釋肥料的研究進展[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2006,22(5):184-190.

[8]白文波,宋吉青,李茂松,等.保水劑對土壤水分垂直入滲特征的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(2):18-23.

[9]張富倉,康紹忠. BP保水劑及其對土壤與作物的效應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1999,15(2):74-78.

[10]劉曉莉.保水劑的保肥性能研究[D].安徽 合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[11]李常亮.保水劑保水持肥特征及作物效應(yīng)研究[D].陜西 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2010.

[12]楊永輝.營養(yǎng)型抗旱保水劑與氮肥配施對土壤與作物的效應(yīng)研究[D]. 陜西 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué),2011.

[13]孫哲,畢軍,夏光利,等.保水肥料對溫室黃瓜生長與產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(31):252-255.

[14]王婷,王百田,王紅,等.保水劑與外源物質(zhì)復(fù)合配方對苗木蒸騰速率和葉水勢的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(2):692-696.

[15]李慧娟,高日,廉美蘭,等. IBA,NAA和蔗糖濃度對東北刺人參不定根增殖生長的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(05):281-283.

[16]宮彥章,吳彩瓊,曹武艷. IBA+NAA、國光生根劑對香樟根系的影響[J].廣東林業(yè)科技,2011,27(4):46-49.

[17]張亞莉,王宏宇,劉桂芹,等.沼液和保水劑配合蘸根對黃瓜生長發(fā)育的影響[J].北方園藝,2011(8):36-37.

[18]張雨.幾種園林植物扦插繁殖技術(shù)研究[D].內(nèi)蒙古 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[19]趙曉杰. IBA,NAA、光質(zhì)對匍枝筋骨草生長及β-蛻皮甾酮含量的影響[D].黑龍江 哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué),2011.

[20]高俊萍,牟鵬,霍勤,等.葡萄新梢長度與葉面積的關(guān)系[J].果樹學(xué)報,2004,21(1):70-72.

[21]王文靜,王百田,呂釗,等.聚合物類保水劑對山杏水肥利用效應(yīng)的影響[J].水土保持通報,2013,33(5):280-284.

[22]崔建恒,周海燕,張銅會.沙地春玉米葉片水勢與土壤水肥關(guān)系的研究[J].中國沙漠,2000(20)：64-65.

[23]王百田,馬豐斌,張府娥,等.凝膠狀保水劑使用效果研究[J].水土保持學(xué)報,2005,19(2):65-68.

[24]吳良歡,陶勤南.水稻葉綠素計診斷追氮法研究[J].浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999,25(2):135-138.

Effects of Nutrient and Super Absorbent Polymer Compound on Seedling Growth

CAO Yuanbo1, WANG Baitian1, WEI Tingting2, WANG Ruijun1, CHEN Zhihao1

〔1.CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;

2.CollegeofGeoscienceandSurveyingEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China〕

Abstract：[Objective] This paper aimed to understand the effects of a slow release fertilizer that was mainly made of super water and nutrients absorbent polymer compound on seeding growth, in order to find the suitable polymer compound for seedling growth. [Methods] An experiment with four treatments and one control of potted Honey locust tree experiment was carried out. The seedling growth and its physiological indexes were measured and analyzed. [Results] (1) The nutrient and super absorbent polymer compound significantly improved the ground diameter of seedlings, and also the leaf number, leaf area, the length of new tip shoot and the biomass of seedlings were also increased; (2) The compound significantly improved the leaf water potential which may potentially increase the water use efficiency and the nutrient use efficiency. Both may help to maintain a long period of higher seedling leaf chlorophyll content(SPAD) value. [Conclusion] The nutrient and super absorbent polymer compound can significantly promote seedling growth.

Keywords:nutrient and super absorbent polymer compound; bonsai; growth indexes; variation

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0068-05

中圖分類號：S143.5, S147.5

通信作者：王百田(1958—),男(漢族),陜西省富平縣人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事水土保持、生態(tài)環(huán)境工程,林業(yè)生態(tài)工程教學(xué)和科研工作。E-mail:wbaitian@bjfu.edu.cn。

收稿日期：2014-04-01修回日期：2014-04-03

資助項目：中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項“暖溫帶落葉闊葉混交林區(qū)域山西中部森林固碳現(xiàn)狀、速率和潛力研究”(XDAO5050203-04-01)

第一作者：曹遠博(1986—),男(漢族),新疆自治區(qū)昌吉州人,博士研究生,研究方向為水土保持。E-mail:411653109@qq.com。