王亮亮，宋偉杰，高志山，宋 濤,3*

(1.金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沭 276700；2.養(yǎng)分資源高效開發(fā)與綜合利用國家重點實驗室，山東 臨沭 276700；3.農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與新型肥料創(chuàng)制重點實驗室，山東 臨沭 276700)

水分是植物體的重要組成成分，植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運輸，以及光合、呼吸、蒸騰等生理作用，都必須在有水分的參與下才能進(jìn)行[1]。但是近年來水資源短缺日趨嚴(yán)重，干旱缺水成為制約農(nóng)作物產(chǎn)量乃至農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此如何高效利用有限水資源成為迫切需要解決的問題[2]。目前已有通過化學(xué)調(diào)控措施降低干旱脅迫對農(nóng)作物生長的研究，如保水劑、激素類等材料的應(yīng)用，對改善作物生長和生理代謝功能起了一定的作用[3-4]，但同時也帶來了相應(yīng)的問題，如保水劑吸水后約有20%的水分無法被作物利用，而且會導(dǎo)致局部的水分含量過高，甚至由于使用方式不當(dāng)而導(dǎo)致保水劑多停留于土壤表面，使土壤表面含水量過高，產(chǎn)生青苔等現(xiàn)象[5]；而激素類材料如若使用濃度不當(dāng)，則容易產(chǎn)生藥害，造成農(nóng)作物減產(chǎn)[6]，甚至可能殘留于植物體內(nèi)威脅人類健康[7]。

土壤滲透劑是一種表面活性劑，是具有降低水土界面張力、改善疏水化合物的親水性和土壤分散程度等性能的兩親性物質(zhì)[8]。目前表面活性劑主要用于葉面肥或者農(nóng)藥助劑來提高肥料或者農(nóng)藥的利用效率[9-10]，或者與其它螯合劑復(fù)配用于去除土壤重金屬等[11-12]。土壤滲透劑還可以通過降低水的表面張力，使水在土壤表面的浸潤角減小、表面延展性增加從而使水分能夠迅速而又均勻的穿透表層滲透到根部區(qū)域，可改善土壤表面的疏水性問題[5]，但并未見其是否具有提高土壤保水性能及能否促進(jìn)作物生長方面的報道。本文以盆栽番茄為研究對象，研究不同濃度滲透劑對土壤保水性能及番茄生長發(fā)育的影響，為滲透劑在旱地農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年8月2日至10月22日在金正大生態(tài)工程集團(tuán)股份有限公司智能玻璃溫室中進(jìn)行。以盆栽番茄為受試作物。供試土壤為棕壤，0～20 cm基本農(nóng)化性狀為有機(jī)質(zhì)345 mg/kg、堿解氮127 mg/kg、有效磷138 mg/kg、速效鉀128 mg/kg，pH值7.2。試驗在溫室苗床上的塑料盆中進(jìn)行，塑料盆上直徑20 cm，下直徑12 cm，高14 cm。所用底肥為17-17-17硝基復(fù)混肥，滲透劑為15%多元醇、45%嵌段聚合物和40%水的組合物。

1.2 試驗方法

1.2.1 滲透劑防澇及保水性能測試方法

采用自來水淋溶土壤，收集淋溶液并測定淋溶液體積進(jìn)行滲透劑防澇性能測試。根據(jù)使用滲透劑量的不同設(shè)置5個處理，即CK，空白對照；T1，0.6 g/t土；T2，1.2 g/t土；T3，1.8 g/t土；T4，2.4 g/t土。每個處理4個重復(fù)，每盆裝土2.5 kg，為保證滲透劑在土壤中分散均勻，先將不同用量的滲透劑溶于300 mL水中，然后將滲透劑溶液全部倒入土壤中，對照倒入300 mL清水，待水分全部滲入土壤后，再各澆水500 mL，收集淋溶液；通過每隔2 d用TZS-1K型土壤墑情速測儀測定土壤表層下8 cm的含水量對滲透劑保水性能進(jìn)行測試。

1.2.2 滲透劑盆栽效果試驗方法

按照上述使用滲透劑量的不同設(shè)置5個處理，每個處理4個重復(fù)，每盆裝土2.5 kg，底肥用量為3 g/盆，全部底肥裝土?xí)r與土壤混合均勻后一次性施入土壤。8月20日每盆移栽已長至4片真葉且長勢大小一致番茄苗1棵，緩苗1周后按照試驗設(shè)計加入不同用量滲透劑。滲透劑加入方式與上述方法相同。試驗周期內(nèi)澆水時間定為T4處理開始進(jìn)入干旱期為宜，澆水間隔時間隨溫室中溫、濕度的不同而有變化。澆水方式為用小杯定量澆灌。各處理的澆水方式及澆水時間相同。9月30日追施(沖施)17-17-17硝基復(fù)混肥0.5 g/盆。

1.3 測定項目與方法

采用TTC法[13]測定番茄根系活力；SPAD值用SPAD—502Plus型葉綠素儀測定[14]；用百分之一天平測定各處理植株鮮重；干重測定采用烘干法[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透劑對土壤淋溶液體積的影響

從圖1可以看出，因土壤持水量有限，當(dāng)過量水分淋溶土壤后各處理均出現(xiàn)不同程度的水分流失，且淋溶液體積隨著滲透劑濃度的增大而增大，各處理淋溶液體積均高于CK，T3、T4處理與CK差異達(dá)顯著水平。試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，同等時間條件下，含滲透劑處理的淋溶液體積比CK處理大。由此說明，滲透劑有助于水分在土壤中快速下滲，可避免土壤表面致密層對水分的截留造成的水分流失，還可避免過多水分引起的澇害。

圖1 不同處理土壤淋溶液體積注：圖中不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

2.2 滲透劑對土壤保水性能的影響

由圖2可以看出，灌水后前期CK較所有含滲透劑處理土壤含水量高，隨著時間的延長，所有處理土壤含水量均下降，但8月8日起，T1、T2處理土壤含水量反超CK，且在8月11日時T1、T2處理均與CK差異達(dá)顯著水平；8月11日起，T3、T4處理土壤含水量與CK無顯著差異，但與T1、T2處理達(dá)顯著差異，這可能是因為滲透劑濃度過高時，土壤淋溶過多所致。上述結(jié)果表明，適當(dāng)濃度滲透劑在有助于水分下滲的同時，還具有一定的保水性能。

圖2 不同處理土壤含水量

2.3 不同處理的番茄葉綠素含量、株高及莖粗

光合作用是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，也是作物產(chǎn)量和品質(zhì)構(gòu)成的決定性因素[16-17]，SPAD值在一定程度上代表了植株的光合作用[18]。從表1可以看出，各處理的番茄葉片SPAD值均高于CK，其中T2處理在3個調(diào)查時期均達(dá)顯著水平，分別較CK提高5.41%、3.06%、2.55%，說明T2處理滲透劑濃度更有助于提高番茄葉片的光合作用。

土壤滲透劑同樣有助于番茄株高及莖粗的生長，不同處理的番茄在收獲時株高及莖粗隨著滲透劑濃度的增大增長趨勢類似，均在T2濃度時達(dá)到最大值，且均顯著高于CK，株高及莖粗分別較CK增大5.09%、15.19%。

表1 不同處理的番茄葉綠素含量、株高及莖粗

注：不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著。

2.4 不同處理的番茄根系活力

根系活力是根系的吸收、合成、氧化和還原能力等，是反應(yīng)根系生命活動的一項綜合指標(biāo)[19]，直接影響植株的抗逆性及地上部莖葉的生長和作物產(chǎn)量[20]。由圖3可以看出，各濃度滲透劑均不同程度的增強了番茄的根系活力。其中T3、T4處理與對照差異不顯著，較對照分別提高10.09%、12.96%，而T1、T2處理均與對照差異顯著，分別較對照提高17.27%、28.67%，T1、T3、T4處理間差異不顯著，但T2處理顯著高于其它處理，分別較T1、T3、T4處理提高9.73%、16.88%、13.92%，說明T2處理滲透劑濃度最有利于增強番茄的根系活力。

圖3 不同處理的番茄根系活力

2.5 不同處理的番茄根系及地上部鮮重及干重

圖4及圖5表明番茄收獲后根系及地上部鮮重及干重。與CK相比，各處理對番茄根系及地上部鮮重和干重的增加均有一定的促進(jìn)作用。其中在根系鮮、干重方面，各處理促進(jìn)效果從大到小依次為T2、T3、T1、T4，干重分別較CK增加11.52%、6.91%、4.84%及2.53%；在地上部鮮、干重方面，各處理促進(jìn)效果從大到小依次為T2、T1、T3、T4，干重分別較CK增加29.61%、17.68%、9.92%及5.18%。說明滲透劑隨著濃度的增大，對番茄根系鮮重、干重和地上部鮮重、干重的促進(jìn)作用先增大后減小，且均在T2處理滲透劑濃度時促進(jìn)效果最佳。

圖4 不同處理的番茄根系質(zhì)量

圖5 不同處理的番茄地上部質(zhì)量

3 結(jié)論與討論

保水劑可通過其特殊的活性基團(tuán)與土壤顆粒表面的活性基團(tuán)或離子發(fā)生相互作用，通過創(chuàng)建和穩(wěn)定水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加對水分、養(yǎng)分的吸附而抑制其流失[21]。羅華等得出施用保水劑顯著減少了淋溶液體積[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤滲透劑增大了淋溶液體積，但適宜濃度滲透劑仍具有保水性能，這可能與滲透劑本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因為滲透劑的非極性部分基團(tuán)能夠與土壤顆粒表面的有機(jī)質(zhì)等其他疏水性物質(zhì)發(fā)生吸附，并將極性親水部分暴露在外，在原本疏水的土壤顆粒外，通過滲透劑的包裹，使之形成親水能力較好的土壤顆粒[5]，從而起到了保水的效果。本研究還發(fā)現(xiàn)，在保證作物正常需水量條件下，滲透劑可通過加快水分滲透速率及增加土壤淋溶液體積，避免水量過多時引發(fā)的澇害。

水分脅迫會使葉綠素的生物合成過程減弱，并導(dǎo)致葉綠素分解加快，葉綠素含量降低[22]，同時還會影響根系活力[19]，進(jìn)而影響作物的正常生長[23]。滲透劑能夠通過提高土壤含水量減緩水分脅迫給植株帶來的損害，從而間接提高植株葉片中葉綠素含量及根系活力，同時土壤中的水為多數(shù)物質(zhì)的有效載體，可將其周圍的肥料等養(yǎng)分運輸給作物使用，使作物生長更加健壯，而且滲透劑與養(yǎng)分粒子的結(jié)合可以減少養(yǎng)分被土壤的固定，提高肥料利用效率，這就可以解釋滲透劑為什么能提高番茄葉片葉綠素含量及根系活力，同時提高番茄根系及地上部生物量。但是從試驗數(shù)據(jù)也可以看出，當(dāng)滲透劑濃度大于1.2 g/t土?xí)r，番茄的各生長指標(biāo)均有不同程度的下降趨勢，這可能是因為滲透劑濃度過大，導(dǎo)致養(yǎng)分隨滲透劑下滲，而根系生長速度有限，還未來得及吸收相應(yīng)土層的養(yǎng)分，造成養(yǎng)分流失，植株所需養(yǎng)分不足所致，后續(xù)研究會對施入滲透劑后不同土層深度的養(yǎng)分含量作進(jìn)一步探討。

綜上所述，滲透劑濃度為1.2 g/t土?xí)r具有一定的保水性能，顯著提高了番茄葉片葉綠素含量及根系活力，同時健壯了番茄植株并提高了番茄根系及地上部生物量，具有推廣和使用價值。