中国水资源缺乏,是世界上13个贫水国之一,人均水资源占有量2300m3,仅为世界人均水平的1/4;每公顷平均水资源占有量27000m3,仅为世界平均水平的2/3,其中干旱半干旱地区总面积为455万hm2,占国土总面积的47%,且在空间和时间上分布极为不均匀,南多北少、东多西少;夏秋多、冬春少,使水资源短缺已成为限制农业可持续发展的瓶颈。保水剂(又称土壤保水剂、高吸水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂)是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子聚合物,它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分,而且具有反复吸水功能,吸水后膨胀为水凝胶,可缓慢释放水分供作物吸收利用[1],能增强土壤保水性,提高水分利用率[2],改良土壤结构[3],减少土壤养分流失[4]。由于其操作简便、投入少、见效快、易于推广,从而在农林园艺、水土保持等方面得到了广泛的应用。目前关于保水剂在土壤栽培上应用的报道较多,而在无土栽培中应用的报道较少[5-6],该试验目的在于研究不同用量保水剂应用于无土栽培中的效果,为合理、高效利用水资源提供理论和实践依据,以促进节水型无土栽培的发展。
1材料与方法
1.1试验材料
供试品种为黑美人西瓜,保水剂由北京汉力葆科贸中心提供,为聚丙烯酰胺型,供试基质为复合基质(60%木屑+40%煤炉渣,V/V)。
1.2试验方法
试验在仲恺农业技术学院校内温室内进行,盆栽试验,共设9个处理(具体处理见表1),其中CK每次营养液淋灌量以保持基质最大持水量的70%为准(称重法),视天气及植株生长状况每天淋营养液1~2次,其它处理则以CK的水肥用量为基数按各自比例淋营养液,营养液中NO3-为11.5mmol/L,PO43-为1.0mmol/L,K+为6.0mmol/L,Ca2+为3.5mmol/L,Mg2+为1.0mmol/L,EC值为2.39ms/cm,pH为6.7。西瓜苗于2005年4月12日定植,每个处理12株,3个重复,随机区组排列,每个重复装复合基质2.92kg,盆口径25cm,盆高20cm,容积8L,每盆栽1株,西瓜整枝方式为双干整枝,收1个果,于坐瓜期测定植株茎粗及株高,并测定中部叶片叶面积(第15叶片)和叶绿素含量(第15叶片),采收后称重,并测定西瓜的可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、可滴定酸含量。西瓜叶面积用画纸称重法测定[7],叶绿素含量用丙酮乙醇等量混合浸提法测定[8],西瓜果实的维生素C含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量则分别用2,6-二氯酚靛酚滴定法[9]、蒽酮比色法[9]
及酸碱滴定法[10]测定。
2结果与分析
2.1保水剂对西瓜生长的影响
从表2可以看出,在不施用保水剂时,各处理的叶绿素含量与对照无显著差异,而株高、叶面积和茎粗则都显著低于对照。施用0.6%保水剂时,除了100%水肥处理的株高显著高于对照,70%水肥处理的株高显著低于对照外,其它处理的株高、叶面积、茎粗和叶绿素都与对照无显著差异,而施用1.2%保水剂时,各处理的株高、叶面积、茎粗和叶绿素都与对照无显著差异。
以上结果说明,在水肥充足的条件下保水剂对西瓜的生长无明显影响,而在水肥条件不足时适宜用量保水剂的施用能够弥补水肥用量不足的影响,确保西瓜的正常生长,综合保水剂价格、肥料价格等经济因素考虑,其中以85%水肥+0.6%保水剂处理的应用效果较好。
2.2保水剂对西瓜产量的影响
由表3可知,不施用保水剂时,各处理的产量都显著低于对照。在施用保水剂情况下,当水肥相对用量为100%时,各处理的产量都显著低于对照,且CK>T3>T6,即随着保水剂施用量的增加,产量有逐渐降低的趋势;在施用0.6%保水剂情况下,85%水肥+0.6%保水剂处理的产量不仅比对照的高8.08%,差异显著,同时比T1处理(不加保水剂,85%水肥)的产量高出20.22%,而75%水肥+0.6%保水剂处理的产量虽然与对照无显著差异,但也比T2处理(不加保水剂,75%水肥)提高了11.63%,差异显著;在施用1.2%保水剂情况下,T7处理及T8处理的产量与对照都无显著差异,而且T7处理的产量比T1处理的提高了16.85%,T8处理的产量与T2处理的产量相比提高了17.44%,差异都达到显著水平。由此可知,在缺水缺肥的条件下,保水剂的施用可以起到很好的增产作用,而且随着保水剂施用水平的提高其增产作用效应也越加明显,综合保水剂价格、产量等经济因素考虑,其中以85%水肥+0.6%保水剂处理的效益最高。值得注意的是,在水肥充足条件下,施用保水剂不但没有起到增产的效果,反而有降低产量的负效应。
2.3保水剂对西瓜品质的影响
从表4可以看出,在不施用保水剂的情况下,当水肥同减时,除了各处理的维生素C含量和70%水肥处理的可溶性固形物含量显著低于对照外,其他处理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量都与对照无显著差异;在施用保水剂的情况下,水肥相对用量为100%时,除了0.6%保水剂处理的可滴定酸含量与对照无显著差异外,其他处理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、维生素C含量和可滴定酸含量都显著低于对照;水肥相对用量为85%时,除了1.2%保水剂处理的维生素C含量和可滴定酸含量显著低于对照外,其他处理的均与对照无显著差异;水肥相对用量为70%时,除了各处理的维生素C含量显著低于对照外,其他指标都与对照无显著差异。
以上结果说明,在水肥充足的条件下,保水剂的施用会降低西瓜的品质,但在水肥条件不充足的条件下,保水剂的适量施用对于维持西瓜的品质有一定的作用,其中以85%水肥+0.6%保水剂处理的效果最为明显。
3结论与讨论
唐广等[11]研究表明,在大田生产西瓜时施用保水剂时有节水及增产的效果,从该试验结果可以看出,在西瓜无土栽培中通过适量地施用保水剂可以保证西瓜在缺水、缺肥下能够正常生长,同时有一定的增产效果,并且可以维持其品质,达到了节水及节肥的效果,综合保水剂价格、产量、品质等经济因素考虑,其中以85%水肥+0.6%保水剂处理的效果最好,与正常肥水管理(对照)相比,不仅能达到节约15%水肥的效果,而且产量还能提高8.08%,与不施保水剂的处理(85%水肥)相比更是增产20.22%。另外,值得注意的是,在水肥充足条件下,施用保水剂对西瓜的生长不仅没有起到增产的效果,反而有降低产量及品质的负效应。
至于施用保水剂节肥的原因,可能在于保水剂在吸水的同时,也对溶液中的肥料分子或者离子有吸持作用。保水剂一般都含有微孔,可让一些小分子或离子扩散进入,进入到聚合物分子内部的养分分子或离子,可以暂时被溶涨的聚合物包裹起来,或被带电基团激活作定向排列,若是阳离子还可以与聚合物内部的阳离子发生交换吸附,而被固定下来延缓养分的释放[12]。李永胜等的研究也表明[13],保水剂对营养液中的氮和磷有一定的吸持作用,特别是对氮的吸持作用较为明显。目前,前人有关保水剂在无土栽培中作用效应的研究结果较为零散,缺乏深入系统的研究,为促进保水剂在无土栽培中的大范围推广应用,对于保水剂的保水性能与保肥功效的合理优化,保水剂与不同肥料的混合使用比例、使用方法等课题还待进一步深入研究,以便确定保水剂的合理使用。
