保水劑施用層次對草坪生長及土壤水肥的影響

李佳嶺，李龍保，廖宗文，劉天增，張巨明＊

（1．華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，廣東 廣州510642；2．華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，廣東 廣州510642）

保水劑是利用強吸水性樹脂制成的一種具有超強吸水保水能力的高分子聚合物。它具有反復吸水功能，所吸持水分的85%～95%可緩慢釋放，供植物吸收利用。同時，保水劑能增強土壤保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤水分養(yǎng)分流失，提高水肥利用率［1－2］。從20世紀中后期開始，國外針對保水劑在草坪應用方面有較為系統(tǒng)和深入的研究［3－6］。就保水劑對草坪草植株水分變化、肥料養(yǎng)分吸收與消耗等生理、草坪質(zhì)量以及土壤結(jié)構(gòu)等方面進行了研究［4－6］。我國草坪業(yè)起步較晚，對保水劑的研究大多數(shù)都集中在農(nóng)作物上，在草坪上的研究并不多見，進入20世紀末期才開始研究保水劑在草坪領域的應用［7］。目前國內(nèi)外保水劑品種繁多，應用效果又受多種因素的影響，其中缺乏在不同節(jié)水灌溉制度、灌溉模式條件下草坪施用保水劑效果的研究，對保水劑在草坪土壤中的最佳施用位置還不夠明確［8－12］。多年生黑麥草作為草坪草在我國廣泛種植，且研究較多［13－14］。

本研究以保水劑在土壤中的施用層次作為切入點，研究保水劑在不同施用層次、不同灌溉模式條件下對多年生黑麥草（Loliumperennecv．Pinnacle）草坪土壤淋溶液養(yǎng)分淋失的影響以及對多年生黑麥草草坪外觀質(zhì)量性狀的影響，旨在找出保水劑在草坪土壤中的最佳施用層次，從而為草坪合理利用保水劑，提高保水劑的使用效果提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗地概況

試驗地位于廣州市天河區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院草業(yè)科學系試驗室樓層空曠處。試驗地北緯23°09′，東經(jīng)113°21′，屬典型亞熱帶季風海洋氣候，雨熱同期且雨量充沛；2011年平均氣溫22℃，最高溫出現(xiàn)在8月，最低溫在1月；年平均降水量1534．3mm，相對濕度79%?？倸夂蛱攸c是氣溫高，降水多，霜日少，日照多，雷暴頻繁。

1．2 試驗材料

試驗草坪草種為多年生黑麥草“頂峰（Pinnacle）”，發(fā)芽率為96．2%。保水劑為“安信”牌農(nóng)林抗旱保水劑，干燥狀態(tài)下為白色固體細微顆粒，pH值為6．0～8．0，直徑為0．4～1．0mm，吸水后膨大呈無色凝膠狀。

1．3 試驗設計

試驗為盆栽試驗。種植盆為高24cm，下窄上寬的塑料盆，最寬處直徑為25cm，土壤裝盆時底部墊紗網(wǎng)。盆栽試驗基質(zhì)為85%的純沙均勻混合15%的進口泥炭。每個處理設置3個重復，共12盆，隨機排列。試驗設置4個處理，分別于距離土壤表面5，10和15cm處成層施放100%保水劑，分別標記為T5、T10和T15，同時設一個空白對照即不添加保水劑，記為CK，保水劑的施用量為5g／m2。本研究于2011年3月13日播種，播種量為300粒／盆。草坪于2011年4月10日成坪。成坪后開始測定黑麥草草坪不同土壤深度的保水能力，試驗時間為2011年4月10日至2011年5月5日。保水能力測定階段結(jié)束后開始測定黑麥草草坪不同土壤深度的土壤保肥能力，試驗時間為2011年5月5日至2011年5月20日。

1．4 試驗管理

灌水分為兩種不同方式。一種是正常澆水，即2d澆水一次；另一種是大淋澆水，即5d澆水一次。大淋澆水時每盆澆水1000mL。正常澆水的灌水量根據(jù)期間蒸發(fā)皿的蒸散量確定：

澆水量（mL）＝蒸散量（mL）×種植盆表面積（m2）／蒸發(fā)皿表面積（m2）

試驗在需要測定淋溶液的各項指標時，就采用大淋模式灌水，大淋后收集淋溶液，在4℃冰箱保存待測定養(yǎng)分含量。自試驗開始（2011年3月13日）正常澆水至2011年5月1日；大淋澆水自2011年5月5日至2011年5月15日，大淋3次，取淋溶液3次。試驗過程中不施肥。試驗過程中當黑麥草株高達10cm時修剪，剪至4．5 cm，如此循環(huán)，直至實驗結(jié)束。

1．5 觀測項目與方法

1．5．1 草坪草成坪速度 草坪草出苗至草坪蓋度達90%時認為草坪成坪，所經(jīng)歷的時間記為成坪速度。

1．5．2 草坪草生長速度 剪草時，隨機選取5處測量株高，再用鋒利剪刀將草坪草整盆修剪至4．5cm，下次修剪時再隨機選取5株進行株高測量，再次修剪至4．5cm。取5株測定平均值。根據(jù)剪前和剪后平均高度的變化算出生長速度。

1．5．3 土壤體積含水量 利用Feild Scout TDR－100土壤水分速測儀分別測定土層表面至土層以下7．5和20 cm處兩個層次體積含水量，每個測量層次在盆內(nèi)隨機選取3處進行測定。

1．5．4 淋溶液測定指標 淋溶液養(yǎng)分淋失量測定指標包括電導率、全N含量、全P含量、全K含量。電導率采用電導率儀測定，全N含量采用過硫酸K氧化－紫外分光光度法測定，全P含量采用鉬酸銨分光光度法測定，全K 含量采用火焰光度計法測定［15－17］。

1．5．5 草坪外觀質(zhì)量 草坪外觀質(zhì)量包括密度、蓋度、顏色和均一性指標的測定與評價。

密度：采用實測法，制作10cm×10cm的樣方，將樣方置于待測草坪上，統(tǒng)計樣方內(nèi)的草坪草枝條數(shù)。在待測草坪隨機選取3處，重復3次，取平均值［18］。

蓋度：采用針刺法，制定10cm×10cm樣方并平均分成100個小格，將樣方置于待測草坪上，針刺每個節(jié)點，統(tǒng)計接觸到草坪草的節(jié)點數(shù)量，用接觸到節(jié)點數(shù)占總節(jié)點的百分數(shù)表示草坪的蓋度。在待測草坪隨機選取3處，重復3次，取平均值［18］，3人同時打分，取平均值。

顏色：采用9級制目測打分測定方法［19］。盆內(nèi)草坪或裸地為1分；有較多枯葉，較少量綠色為1～3分；有較多綠色植株，少量枯葉或盆內(nèi)基本由綠色植株組成但顏色較淺為5分；從淺綠到深綠等按照顏色不同色階為5～7分，深綠到墨綠7～9分，3人同時打分，取平均值。

均一性：采用9級制目測打分測定方法［19］。7～9分表示十分均勻，5～7分表示均勻，3～5分表示基本均勻，1～3分表示不均勻，1分表示雜亂，3人同時打分，取平均值［20］。

1．5．6 土壤營養(yǎng)指標 土壤營養(yǎng)指標包括土壤全N、有效N、速效P、速效K。土壤全N采用高氯酸－硫酸快速消化、擴散定N法測定，有效 N采用堿解擴散法測定，速效P采用0．05mol／L HCl－0．025mol／L H2SO4浸提－鉬銻抗分光光度法測定，速效K采用中性醋酸銨浸提土樣，再用火焰光度法測定浸出液測定［21］。

1．6 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，使用數(shù)據(jù)分析軟件DPS v7．05進行數(shù)據(jù)方差分析及處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2．1 土壤體積含水量

土壤體積含水量能夠直接反映出基質(zhì)中可供草坪草吸收利用水的情況。在正常澆水的條件下，土壤7．5與20cm深度處測得T5、T10、T15的土壤體積含水量均顯著高于CK處理體積含水量，且T5處土壤體積含水量顯著高于 T10和 T15（圖1）。

圖1 土壤7．5和20cm深度處各處理土壤體積含水量Fig．1 Soil volumetric water content of different treatments at depth of 7．5and 20cm

2．2 草坪生長速度

實驗開始各處理的黑麥草生長速度保持上升趨勢，當達到最高生長速度時，下降至最低，而后各處理黑麥草的生長速度均有所上升。4月16日至4月28日，各處理間黑麥草生長速度無顯著差異（P＞0．05），總體趨勢是施放保水劑處理比CK的生長速度快。5月10日，T10的生長速度最快達到1．99cm／d，T15最低只有1．78cm／d，差異達到顯著水平（P＜0．05）；5月16日和5月20日，T5生長速度均最快，顯著快于CK、T10、T15的生長速度（圖2）。

2．3 草坪土壤淋溶液養(yǎng)分變化

淋溶液電導率越小，說明從該處理的黑麥草草坪中淋溶出來的營養(yǎng)物質(zhì)越少，保肥能力越強；反之則越弱。淋溶液全N、全P、全K含量越小，說明從該處理的黑麥草草坪中淋溶出來的含N、P、K物質(zhì)就越少，保肥能力越強；反之則越弱。大淋階段，淋溶液電導率呈逐步減小趨勢。5月5日，淋溶液電導率T5＞T10，5月10日，5月15日，T5處理淋溶液電導率均為所有處理中最低（圖3A）。3次大淋處理中，CK處理的淋溶液全N含量均顯著高于有保水劑施用的全N含量。5月5日，全N含量T5與T15無顯著差異；5月10日，T5的淋溶液全N含量顯著低于T10和T15；5月15日，T5淋溶液全N含量顯著低于CK，顯著高于T10（圖3B）。CK處理保持P肥的能力比施用保水劑處理弱。5月5日和5月15日兩次大淋處理，有保水劑施用的3個處理之間溶液全P含量均無顯著差異；5月10日，T5處理淋溶液全P含量顯著低于T10和T15處理（圖3C）。有保水劑施用的3個處理中，T10處理的淋溶液全K含量，除去在5月5日顯著比T15高之外，均比其他兩個處理低。T15處理，無明顯規(guī)律。有保水劑處理淋溶液全K低于無保水劑處理，T10處理對K元素的保持能力強于其他3個處理（圖3D）。

圖3 不同施放深度處理對淋溶液電導率、全N、全P、全K含量的影響Fig．3 Effects of different applying layer on leaching solution conductivity，total nitrogen content，total phosphorus content and total potassium content

2．4 土壤全N、有效N、速效P、速效K變化

實驗結(jié)束時T5處理的土壤全N含量顯著高于其他3個處理，達到0．10%。施用保水劑處理土壤全N高于CK處理，T5處理對全N的保持能力最大（圖4A）。T5處理的土壤有效N含量顯著高于CK和T10處理，達到107mg／kg，土壤有效N含量最低的為T10處理，其含量為91mg／kg，顯著低于T5處理。CK、T10和T15這3個處理之間土壤有效N含量無顯著差異。顯然，整個實驗階段，T5處理的土壤有效N淋失量和消耗量顯著低于CK和T10處理（圖4B）。CK處理的土壤速效P含量顯著低于施用保水劑的3個處理，為4．3mg／kg。土壤速效P含量最高的為 T15處理，含量為5．1mg／kg，T5和T10次之，分別為4．9和4．8mg／kg。T5、T10和 T15這3個處理之間土壤速效P含量無顯著差異（圖4C）。土壤速效K含量最高的為T15處理，其含量為66．4mg／kg，顯著高于其他3個處理。T5和T10處理之間土壤速效K含量無顯著差異。施用保水劑處理土壤速效K高于CK處理，T15處理對速效K的保持能力最強（圖4D）。

2．5 草坪草外觀質(zhì)量

3個觀測時期中，T5處理的黑麥草草坪蓋度均為最大，分別達到87．7%，88．0%和87．3%，均顯著高于CK處理。在5月10日和5月15日T5處理的黑麥草草坪蓋度顯著高于T15處理。3個觀測時期中，T10和T15處理間的黑麥草草坪蓋度無顯著差異。T5相對于其他兩個處理更能夠有助于提高黑麥草草坪蓋度（圖5A）；T5處理的黑麥草草坪密度均為最大。3個觀測時期中，CK、T10、T15三個處理之間的黑麥草草坪密度無顯著差異（圖5B）；4個處理之間的黑麥草草坪色澤和均一性都無顯著性差異（圖5C，圖5D）。

3 結(jié)論與討論

國外許多研究表明，施用保水劑可以提高植物根區(qū)的有效含水量，且保水劑施入層附近含水率變化明顯低于表層及深層，使土壤的失水過程顯著減慢，從而減緩干旱脅迫，延緩植物凋萎［5－6，22－26］。然而本研究結(jié)果表明，按照蒸散量正常灌溉條件下，不論淺層（7．5cm）或深層（20cm）的土壤體積含水量均是5cm深處施用保水劑處理較高，顯著高于10和15cm施用處理。但是在大淋，即大量灌溉情況下，在土層以下15cm處施用保水劑對水分的保持能力最強。這可能是施用層次較深的保水劑能吸附保持來自土壤上層的重力水的緣故。

圖4 實驗起始－結(jié)束階段土壤全N、有效N、速效P、速效K含量變化Fig．4 The change of total nitrogen rate，available nitrogen content，available phosphorus content，available potassium content at the start and end time of the experiment

圖5 保水劑不同施放深度處理對草坪密度、蓋度、均一性、色澤的影響Fig．5 Effects of different applying layers on turf density，turf coverage，turf uniformity and turf color

本研究結(jié)果也表明，在不澆水的情況下，施用保水劑處理的草坪萎蔫速度明顯慢于未施保水劑處理。鄭群英等［27］的研究表明，保水劑使用早期可促進冷季型草坪草的生長，尤其是對抗旱性強的草種。但是本研究的結(jié)果表明，保水劑使用早期對黑麥草草坪的生長速度沒有明顯促進作用。原因可能是本研究按照蒸散量2d一次的灌水模式不會導致黑麥草缺水，保水劑的作用沒有得到發(fā)揮。

目前的大多研究均表明，保水劑對草坪草生長影響不顯著［5－13，28］。只有 McGuire等［29］發(fā)現(xiàn) Labofina PAM保水劑對草坪草密度影響顯著，密度增加了25．5%。本研究中的保水劑在黑麥草草坪上的施放深度研究表明，保水劑施用后期才對黑麥草草坪的生長速度有明顯促進作用，在草坪外觀表現(xiàn)方面，保水劑的施用僅僅對蓋度有顯著影響，對密度、顏色、均一性無顯著影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，在大量灌溉的情況下，土壤養(yǎng)分會大量淋失。施用保水劑，能顯著減小土壤養(yǎng)分的淋失，加入保水劑后土壤中N、P、K 3種養(yǎng)分的殘留量都比不加保水劑的空白對照土壤顯著高，表明保水劑具有顯著的保肥效果，可以提高土壤的保肥能力，減少養(yǎng)分淋失，土壤N、P、K 3種養(yǎng)分的淋失量大小順序為：K＞N＞P，與劉曉莉［30］的研究結(jié)果一致。

研究結(jié)果同時顯示，保水劑的持肥能力不但受灌水量的影響，也受施用深度的影響。在大淋，即大量灌溉的情況下，在土壤表面以下10cm處施用保水劑對土壤中的K元素保持能力稍強，在土壤表面以下5cm處施用保水劑對土壤中N元素和P元素的保持能力要優(yōu)于10和15cm兩個處理。這可能與3種營養(yǎng)元素在土壤中的吸附、固定及其移動性有關。

［1］吳德瑜．保水劑與農(nóng)業(yè)［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1991．

［2］趙永貴．保水劑的開發(fā)及應用進展［J］．中國水土保持，1999，（5）：52－54．

［3］Rubio H O，Wood M K，Cardenas M，etal．Effect of polyacrylamide on seedling emergence of three grass species［J］．Soil Science，1989，148（5）：356－360．

［4］Green R L，Kim K S，Beard J B．Effects of flurprimidol，mefluidide，and soil moisture on St．Augustinegrass evapotranspiration rate［J］．HortScience，1990，25（4）：439－441．

［5］Shainberg I，Levy G J．Organic polymers and soil sealing in cultivated soils［J］．Soil Science，1994，158（4）：267－273．

［6］Levin J，Ben－Hur M，Gal M，etal．Rain energy and soil amendments effects on infiltration and erosion of three different soil types［J］．Soil Research，1991，29（3）：455－465．

［7］蘆海寧，韓烈保，蘇德榮．保水劑在草坪中的應用研究進展［J］．節(jié)水灌溉，2005，（1）：14－18．

［8］Jiang Y，Huang B．Effects of calcium on antioxidant activities and water relations associated with heat tolerance in two coolseason grasses［J］．Journal of Experimental Botany，2001，52：341－349．

［9］Jenkins M．Water conservat ion legal limbo［J］．Lawn ＆ Landscape，2002，23（10）：112－113．

［10］李晶晶，白崗栓．保水劑在水土保持中的應用及研究進展［J］．中國水土保持科學，2012，（1）：114－120．

［11］趙曉軍，李生軍．保水劑對草坪草生長及生理指標的影響［J］．飼草與飼料，2012，（9）：90－93．

［12］鄭群英．保水劑對草坪草生長發(fā)育和節(jié)水效果的研究［D］．蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2003．

［13］李杰勤，王麗華，詹秋文，等．20個黑麥草品系的SRAP遺傳多樣性分析［J］．草業(yè)學報，2013，22（2）：158－164．

［14］劉建新，王金成，王瑞娟，等．外源－氧化氮對滲透脅迫下黑麥草幼苗光合和生物發(fā)光特性的影響［J］．草業(yè)學報，2013，22（1）：210－216．

［15］GB／T 11893－89．水質(zhì)總P的測定鉬酸銨分光光度法［S］．1989．

［16］郭彩華．土壤溶液常規(guī)分析中離子含量和電導率之間的關系［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，16（14）：153－154．

［17］錢宇紅，邱燕．過硫酸鉀氧化－紫外分光光度法測定水中總N方法的研究［J］．環(huán)境研究與監(jiān)測，2007，20（2）：32－33．

［18］李龍保，林世通，黎瑞君，等．廣州亞運會足球場草坪質(zhì)量的綜合評價［J］．草業(yè)科學，2011，28（7）：1246－1252．

［19］孫吉雄．草坪學［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003．

［20］劉曉靜．草坪質(zhì)量評價新方法［J］．甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2004，12（6）：651－655．

［21］鮑士旦．土壤農(nóng)化分析（第3版）［M］．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008．

［22］Moslemi Z，Habibi D，Asgharzadeh A，etal．Effects of super absorbent polymer and plant growth promoting rhizobacteria on yield and yield components of maize under drought stress and normal conditions［J］．African Journal of Agricultural Research，2011，6（19）：4471－4476．

［23］Ben－Hur M，F(xiàn)aris J，Malik M，etal．Polymers as soil conditioners under consecutive irrigations and rainfall［J］．Soil Science Society of America Journal，1989，53（4）：1173－1177．

［24］Gehring J M，Lewis Iii A J．Effect of hydrogel on wilting and moisture stress of bedding plants［J］．Journal of the American Society for Horticultural Science，1980，105（4）：511－513．

［25］Johnson M S．The effects of gel－forming polyacrylamides on moisture storage in sandy soils［J］．Journal of the Science of Food and Agriculture，1984，35（11）：1196－1200．

［26］Johnson M S，Veltkamp C J．Structure and functioning of water－storing agricultural polyacrylamides［J］．Journal of the Science of Food and Agriculture，1985，36（9）：789－793．

［27］鄭群英，汪璽，劉自學，等．草坪建植中使用保水劑的節(jié)水效果［J］．四川草原，2005，（10）：23－28．

［28］濮陽雪華，戴子云，高晨浩，等．高爾夫球場生態(tài)環(huán)境健康評價研究［J］．草業(yè)學報，2013，22（4）：266－274．

［29］McGuire E，Carrow R N，Troll J．Chemical soil conditioner effects on sand soils and turfgrass growth［J］．Agronomy Journal，1978，70（2）：317－321．

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