保水剂提高设施农业作物抗寒性能的研究

保水剂提高设施农业作物抗寒性能的研究
摘要着重就保水剂物理保水特性对作物出苗及对地温的影响进行探讨。结果
表明：保水剂对土壤具有良好的膨胀性，能减少蒸发，特别是改变水分特征曲线，
增加土壤有效水，提高地温，对促进作物出苗作用尤为突出。加入保水剂后西红
柿的成活率大大提高，空白试验成活率仅为37.50%，而加入保水剂的实验成活
率达83.33%。植物根系周围加入保水剂其根系周围土壤温度比空白高出2～4℃。

关键词保水剂；设施农业；抗寒性能
我国是严重缺水的国家，干旱、半干旱耕地面积相当大，提高有限水资源利
用率和降水增产潜力一直受国内外学者所重视。保水剂由于具有特殊抗旱、节水、
保水等作用，在作物保苗、抗旱增产、城市花木生产等方面得到了应用。保水剂
源于20世纪60年代末，之后逐步发展到今天的百余种。因高吸水性树脂原料不
同，制法各异，虽性能、效果有所差别，但原材料都是采用各种人工合成或亲水
聚合物类材料。我国保水剂研制和生产起步较晚，系统的应用效果研究是从“七
五”开始，之后有了迅速发展，尤其在农业上应用，已取得了可喜的结果。保水
剂在农业上应用是一种新型的农业节水技术，具有立体效应，不但保水节水，还
能保肥提高肥料利用率，改良土壤，提高产量。

哈密地处西北内陆，年降水量只有34.6mm，而蒸发量为3 092mm，为降水
量的近100倍，哈密地区农业种植面积达5万余公顷，其中中低产田占85%，在
低产成因中，无水源保证的占1/3 。采用传统的地面灌溉技术年定额1.335×104
m3/hm2，个别地区达2.841×104m3/hm2，再加上20世纪90年代末大面积开发
土地，地下水位下降很快，局部地区以1m/a的速度下降，而水的利用率只有30%
左右（发达国家达80%以上）。由于水资源的匮乏，水已成为制约哈密工农业经
济发展的重要因素。虽喷滴灌能提高水的利用率，但投资大，耗能较高，农民朋
友难以接受，只有在经济效益较好的葡萄、哈密瓜和设施栽培中应用。为促进哈
密地区农林业的发展，解决本地区水资源短缺的问题，作为广东省科技厅援疆保
水剂应用实验研究项目，由仲恺农学院、哈密地区科技局承担，在哈密农校试验
基地建立了以保水、节水为基础的农业科技示范园区，应用研究由仲恺农学院绿
色化工研究所利用生物有机质腐殖酸与交联聚丙烯酸盐类物质接枝聚合研发的
土壤保水剂，此保水剂吸水能力强，保水释水性能优良，同时可以改良土壤，提
高水肥的利用率，提高作物的品质。

近几年，保水剂应用效果报道也逐渐增多，然而对保水剂保水基础物理参数
测定、保水剂对土壤物理特性的影响以及对作物生长影响的报道相对较少，特别
是在设施农业中对作物的生长影响就更少。本着哈密地区重点发展设施农业的方
向，我们在温室大棚中对保水剂的应用进行了试验研究。

1材料与方法
保水剂是我们自行研究开发对作物无毒、生物降解、pH值中性的聚合物。
试验在温室大棚内进行。种植两茬作物为法国黄瓜和西红柿。大棚面积为450m2，
分成2个大区，每个区进行7个对照、3个重复，按照随机排列进行试验（见表
1）。保水剂采用穴施，保水剂穴内土壤按2‰比例混匀。作物生长供水采用定量
滴灌带供应。土壤取样深度为40cm。称重法测定土壤持水、脱水性能，对作物
种子发芽进行了测定。土壤情况分析见表2、表3。

2结果与讨论
2.1保水剂对土壤膨胀的影响
本试验结果统计表明：①保水剂具有很强的膨胀作用。本试验用的纯保水剂
吸水倍率达480倍，体积膨胀率可达吸水前体积的数百倍。②保水剂施入土壤后
随保水剂用量增加，土壤体积膨胀明显存在差异。本试验用量范围内，当土壤中
含保水剂达1.2%时，土壤的膨胀率可达自身膨胀后湿体积的54%。③膨胀率（SR）
与保水剂用量（%）（X）间并非线性正相关，而是呈二次抛物曲线（见图1），
保水剂用量增加到一定比例后，膨胀率增加速度迅速减缓。这种膨胀效应非常有
利于调节土壤通气性，改良土壤紧实度和土壤团粒结构的形成。

2.2保水剂抑制土壤水分蒸发的作用
土壤加入保水剂后，降低了土壤的导水率。土壤蒸发是由土壤的导水率控制，
导水率降低，则蒸发量自然减少。土壤的化学特性如pH值、阳离子交换量、氧
化还原电位等影响土壤对作物物质供给能力和物理性能，由于保水剂是一种高分
子电解质，含有羟基、羧基等离子基团，能吸附与其电性相反的基团，影响土壤
中物质的运移包括水物质。另外，其无规则网状结构和高渗透复合作用的吸水基
团具有很强吸附水分能力，可使非饱和土壤毛管悬着水分配和持水力有所改变。
研究表明在各处理从相同含水量开始进行恒温蒸发失水，结果（图2）可以看出：
保水剂抑制水分蒸发作用有随保水剂用量加大而增大的趋势，但在土壤含水量
3%以下或高于饱和含水量43%以上，保水剂用量对抑制水分蒸发效果的差异逐
渐减小，在试验第十八天，1.2%处理含水量比空白对照高出6倍，与其他各处理
相比高出1.5～4.0倍。各处理保水剂失水速率符合指数下降规律。图中B为空
白对照土壤含保水剂0%，C为土壤含保水剂0.2%，D为土壤含保水剂0.6%，E
为土壤含保水剂0.8%，F为土壤含保水剂1.2%。
2.3保水剂对黄瓜出苗率的影响
保水剂对植物的效应，主要是保水剂应用于土壤后改变了植物根系的水分环
境，改变了植物的水分代谢与环境的关系。同时，土壤中加入保水剂后，土壤通
透性的改善促进土壤微生物的活动和总量，土壤酶活性也有一定量的增加，土壤
有机质分解加快，营养物质累积含量增加，因而也促进了作物的生长。

研究表明，在限水条件下，保水剂具有促进种子发芽、提前出苗、提高出苗
率、延迟作物枯萎时间等作用，尤其对旱作作物抗旱、保苗、增产有着良好的作
用。表3表明，保水剂试验用量范围内能使黄瓜提前出苗1～4d，出苗率大大提
高。结果表明，未加保水剂的空白试验出苗提前3.7d，出苗率仅为57.89%，使
用保水剂后出苗率达89.47%，随着保水剂的用量增加出苗率提高，而腐殖酸改
性的保水剂对黄瓜的出苗率影响较大，在效果一样的情况下，保水剂用量大大减
少，说明腐殖酸改性的保水剂具有功能性。

2.4保水剂对西红柿作物抗寒能力的影响
土壤中加入一定量的保水剂，土壤温度状况明显改善。研究表明，由于水分
子具有较高的比热，因此保水剂吸水后对土壤温度升降有明显的缓冲作用，使昼
夜温差变幅减小，表明保水剂具有较好的保温性，从而相对提高了作物的抗寒性
能。

冬季大棚种植西红柿，环境和土壤温度对其成活率和生长具有很大的影响，
当温度低于10℃，西红柿可能停止生长甚至被冻死，保水剂的加入能提高地温。
由表4可看出，加入保水剂后西红柿的成活率大大提高，空白试验成活率仅为
37.50%，而加入保水剂的实验成活率达83.33%。复合多功能的保水剂效果更好。
由于腐殖酸是一种生物活性物质，能促进植物根系的发育和生长。由表5可知，
保水剂加入土壤后土壤体积膨胀，使土壤毛管增大增多，有利于环境温度向土壤
传递，同时保水剂吸水后土壤水分增加，能储存热量，使加入保水剂后的土壤温
度提高。试验表明，植物根系周围加入保水剂，其根系周围土壤温度比空白高出
2~4℃（见表5），因此可以增强作物的抗寒能力，提高成活率。

3小结
（1）保水剂吸水后具有很强的膨胀作用，在本试验用量范围内，膨胀率最
高可达54%，增加量符合指数关系，这有利于调节土壤通气状况，易促进土壤团
粒结构的形成。
（2）使用保水剂可明显减少土壤蒸发失水量，起到保水作用；可改变土壤
水分特征，增加土壤持水容量和提高作物可用水分范围及有效利用量。

（3）保水剂具有吸水快而释水慢的特征，避免水分大量损失；在限水情况
下，保水剂还具有保苗、提高出苗率的作用和降低作物因缺水死亡的危险。

（4）保水剂有诸多特殊的物理特性，可提高土壤温度，使植物具有抗寒能
力。

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