高吸水樹脂對栽培基質(zhì)保肥性能及辣椒養(yǎng)分吸收的影響研究

范如芹　張振華　羅佳

摘要：針對農(nóng)業(yè)廢棄物原料基質(zhì)保水、保肥性差的缺陷，選用淀粉基高吸水樹脂（SAP）為調(diào)控劑，研究其對基質(zhì)保水和保肥性能的影響，并觀測基質(zhì)栽培辣椒的養(yǎng)分吸收與產(chǎn)量變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與不添加SAP的基質(zhì)相比，0.8、1.0 g/L 的SAP添加可顯著提高基質(zhì)的孔隙度和持水性，最大持水量由59.5%提高至81.3%;在干旱條件下，0.8、1.0 g/L 的SAP添加比例之間鮮質(zhì)量沒有顯著差異，但均顯著高于對照（干旱無SAP添加）（P<0.05）。施肥后，辣椒果實N含量，莖葉中N、P、K含量，根部的N、P含量均隨SAP比例的增加而升高。說明SAP添加對基質(zhì)中的養(yǎng)分具有吸附固持作用，并促進了辣椒的養(yǎng)分利用，0.8 g/L添加比例不僅提高了基質(zhì)保水功能，而且養(yǎng)分增效效果和青椒增產(chǎn)效果最佳。

關(guān)鍵詞：高吸水樹脂;栽培基質(zhì);保肥性;養(yǎng)分吸收;產(chǎn)量

中圖分類號： S641.304? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）03-0107-03

高吸水性樹脂（super absorben polymer，SAP），亦稱作超強吸水性聚合物，是一種具有超強吸水和保水能力的新型高分子材料，因自身具有特殊的物理結(jié)構(gòu)和大量親水基團，能夠迅速吸收相當于自身質(zhì)量幾十倍乃至幾千倍的液態(tài)水，保水性能極強，故多年來在工業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、環(huán)保及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。SAP作為保水劑在土壤中的應(yīng)用已經(jīng)屢見不鮮，對栽培基質(zhì)的保水效果也初見端倪[4-6]，被證明是提高基質(zhì)保水性能的有效措施之一。然而，SAP作為保肥增效劑對作物養(yǎng)分吸收和干物質(zhì)積累方面的作用卻少有報道，尤其在基質(zhì)研究中更為少見。Liu等報道了一種SAP對森林苗木幼苗養(yǎng)分吸收與干物質(zhì)積累的影響，研究發(fā)現(xiàn)SAP添加后使得肥料中氮（N）與鉀（K）的吸收率分別增加9.31%和10.44%[7]。但對于基質(zhì)蔬菜栽培中SAP的保肥作用則罕見報道。另一方面，因SAP分子具有較強的吸附性能，在提高土壤及基質(zhì)水分含量的同時，是否會對養(yǎng)分吸收造成負面影響仍未可知，因此，為了驗證SAP是否對基質(zhì)養(yǎng)分具有強烈吸附作用而阻礙作物養(yǎng)分吸收，即SAP對作物養(yǎng)分吸收的影響，有必要展開深入研究。

基于秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物原料的無土栽培基質(zhì)往往存在保水、保肥性差的缺陷，大大限制了其推廣應(yīng)用。因此，本研究著重探討了不同比例SAP添加對廢棄物原料基質(zhì)保肥性能和對養(yǎng)分吸收的影響，旨在為促進秸稈資源化利用，提高基質(zhì)性能及作物產(chǎn)量提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

所用基質(zhì)配方：發(fā)酵床墊料堆肥+蛭石+珍珠巖+泥炭（體積比3 ∶ 2 ∶ 3 ∶ 2）。發(fā)酵床墊料堆肥來自江蘇省農(nóng)業(yè)科學院六合有機肥廠，由基于水稻秸稈的豬圈發(fā)酵床墊料圈內(nèi)腐解（2年）及出圈后經(jīng)過再次堆肥（1個月）制成。蛭石、珍珠巖和泥炭的最大持水量分別為53.9%、31.4%和31.7%?；|(zhì)總氮、磷、鉀及速效氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別為24.2、862、10.1、1.94、2.41、5.99 g/kg。SAP是江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所自主研發(fā)產(chǎn)品，以改性后的可溶性玉米淀粉為主要原料，丙烯酸和丙烯酰胺為接枝單體，采用水溶液聚合法制得的鉀型丙烯酸類高吸水樹脂，外觀為白色粉末，粒度為 60～100目，吸去離子水量為800～1 000 g/g，吸水速率小于30 s，電導(dǎo)率（EC值）為4.0～5.0 dS/m，pH值6.9～7.3。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗于2015年4月2號在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院玻璃溫室開始實施。根據(jù)前期栽培試驗的結(jié)果，SAP添加量等于或小于1.0 g/L下保水效果顯著且沒有副作用[1]，本試驗SAP添加比例設(shè)置為0.8、1.0 g/L，以無SAP添加為對照。測定上述基質(zhì)的基本理化性質(zhì)，并進行溫室空心菜栽培試驗。利用盆缽（60 cm×50 cm×15 cm）進行辣椒（蘇椒15號）栽培。每個盆裝基質(zhì)深度為12 cm，選取長勢一致的辣椒幼苗進行移栽，每盆4株。首次澆水基質(zhì)含水量控制在最大持水量的80%，每個處理又分為正常供水和干旱脅迫處理（供水頻率降低一半）以及施肥與不施肥處理，每個處理3次重復(fù)，共計36盆。移栽4個月后進行收獲。試驗期間玻璃溫室光照充足，為防止溫室內(nèi)溫度過高，5—7月份正午開窗通風散熱。4、5、6、7月份溫室內(nèi)最高/最低氣溫分別為24/15、27/15、31/18、36/23 ℃。收獲后測定辣椒產(chǎn)量以及果實、莖葉及根的鮮質(zhì)量及干質(zhì)量。風干基質(zhì)樣品磨碎后用硫酸和過氧化氫進行消煮，全氮含量采用凱氏定氮儀測定;全磷含量采用鉬銻抗比色法測定;全鉀含量采用火焰光度法測定。速效氮含量采用堿解擴散-稀硫酸滴定法測定;速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定;速效鉀含量采用醋酸銨浸提，火焰光度法測定。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS 12.0軟件LSD顯著性差異檢驗對不同SAP添加比例下辣椒生長指標進行均值比較，利用配對樣本t檢驗對相同SAP添加條件下干旱與正常澆水處理進行均值比較。采用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 SAP添加對基質(zhì)基本理化性質(zhì)的影響

由表1可知，不同SAP添加比例下，基質(zhì)容重變化不明顯。SAP增加后，總孔隙度、通氣孔隙度表現(xiàn)出明顯上升趨勢，最大持水量上升最為顯著，由59.5%顯著提高至81.3%，其中不同SAP添加量最大持水量均顯著高于對照（P<0.05）。pH值與EC值變化趨勢不顯著。SAP添加比例較高時，速效磷含量明顯降低，速效鉀含量變化不顯著。

2.2 SAP添加對辣椒鮮質(zhì)量及養(yǎng)分吸收的影響

不同處理下辣椒鮮質(zhì)量如圖1所示。除干旱條件下的對照處理（無SAP）外，其他處理均表現(xiàn)為施肥顯著增加了辣椒鮮質(zhì)量，增加量13.7%～19.6%。對比不同SAP添加比例及不同澆水處理可知，干旱條件下，0.8、1.0 g/L的SAP添加比例之間鮮質(zhì)量沒有顯著差異，但均顯著高于對照（干旱無SAP添加）（P<0.05）。而正常澆水條件下則表現(xiàn)為0.8 g/L處理鮮質(zhì)量顯著高于1.0 g/L處理和對照（P<0.05）。施肥和不施肥處理下均表現(xiàn)出此規(guī)律。

由表2可知，施肥顯著提高了辣椒果實、莖葉及根部的N含量，但果實與莖葉內(nèi)P與K的含量沒有明顯變化，根部N、P、K含量均顯著提高。不同SAP添加比例對養(yǎng)分分配產(chǎn)生明顯影響，其中在施肥條件下，辣椒果實N含量隨SAP添加的增加而增加，不施肥時無顯著差異;莖葉中K含量亦呈此趨勢，且N、P含量在施肥與不施肥處理中均隨SAP比例的增加而增加;辣椒根部各養(yǎng)分含量受施肥與SAP的影響較果實與莖葉更為明顯，3種養(yǎng)分均表現(xiàn)為施肥處理顯著高于不施肥處理（P<0.05）。

由表3可知，干旱條件下施肥導(dǎo)致無SAP添加處理的辣椒果實與植株干質(zhì)量顯著低于不施肥處理（P<0.05）;無論施肥與否，果實干質(zhì)量隨SAP的添加而顯著增加（P<0.05），但SAP不同添加量之間無顯著差異;莖葉和根部干質(zhì)量受SAP添加的影響不明顯。無SAP添加處理中每株辣椒吸收的N含量受施肥影響不顯著，而0.8、1.0 g/L SAP添加處理，施肥顯著提高了N吸收量（P<0.05）。植株對P和K吸收量均表現(xiàn)為無SAP添加條件下施肥處理顯著低于不施肥處理（P<005），0.8、1.0 g/L SAP添加基質(zhì)中則相反，施肥處理顯著高于不施肥處理（P<0.05）。無論施肥與否，每株辣椒對3種養(yǎng)分的吸收量受SAP的影響規(guī)律一致，即無SAP添加處理低于有SAP處理，而0.8、1.0 g/L SAP添加量之間無顯著差異。

對SAP添加處理、澆水處理、施肥處理3個因素進行3因因素方差分析（表4）可知，3個因素均對辣椒產(chǎn)量有顯著影響，SAP添加為首要影響因素，各因素兩兩之間存在顯著交互作用。施肥處理是影響N、P、K養(yǎng)分吸收量的首要因素，不同SAP添加量也對養(yǎng)分吸收產(chǎn)生顯著影響，二者對P和K吸收具有顯著交互作用。3個因素之間交互作用不顯著。

3 討論與結(jié)論

理化性能優(yōu)良的基質(zhì)培育蔬菜壯苗是蔬菜高產(chǎn)的基礎(chǔ)[8]，根據(jù)理想基質(zhì)的標準[9-10]，基質(zhì)最大持水量、通氣孔隙度和總孔隙度分別在60%～100%、20%～30%和85%范圍內(nèi)更適宜植物生長。不添加SAP的對照處理中，最大持水量和總孔隙度均低于標準值，0.8 g/L的SAP添加后，上述3個指標均明顯提升至標準范圍之內(nèi)。尤其基質(zhì)持水量隨SAP增加而顯著增加，對于基質(zhì)性能的提升作用最為可觀，為干旱脅迫下辣椒的生長提供了保障。上述結(jié)果與Farrell等的所報道的SAP可有效增加基質(zhì)含水量、延長植株萎蔫發(fā)生時間等結(jié)果[11]一致。AP添加處理中基質(zhì)速效P含量低于對照處理，這可能與SAP的較強吸附能力有關(guān)。

SAP添加的情況下，施肥顯著增加了辣椒鮮質(zhì)量，說明SAP添加對基質(zhì)中的養(yǎng)分吸附固持作用并未對辣椒的養(yǎng)分利用造成負面影響。辣椒對N、P、K 3個養(yǎng)分的吸收均表現(xiàn)為施肥處理明顯高于不施肥處理，且N、P含量均隨SAP添加量的增加而明顯增加，也說明了SAP可起到增進肥效的作用，這與Liu等對森林苗木的研究結(jié)果[7]一致。

本研究淀粉基高吸水性樹脂SAP不僅具有水分保蓄作用，因其自身特殊的分子結(jié)構(gòu)，可對基質(zhì)養(yǎng)分起到暫時的吸附固持作用，可明顯提高辣椒對養(yǎng)分的利用能力，提高辣椒產(chǎn)量?？梢哉f，合適的添加比例下，SAP具有養(yǎng)分增效劑的作用。0.8 g/L添加比例不僅對基質(zhì)理化性能起到有效的改善作用，辣椒養(yǎng)分利用及產(chǎn)量也為最佳，對實際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]范如芹，羅 佳，劉海琴，等. 淀粉基高吸水性樹脂對基質(zhì)理化性質(zhì)及小青菜生長的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報，2015，38（4）：617-623.

[2]宋寶興，劉建睿，郭天文，等. 不同分散相結(jié)構(gòu)吸水材料對土壤水分富集效應(yīng)的研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25（4）：100-104.

[3]李景生，黃韻珠. 土壤保水劑的吸水保水性能研究動態(tài)[J]. 中國沙漠，1996，16（1）：86-91.

[4]Fan R Q，Luo J，Yan S H，et al. Effects of biochar and super absorbent polymer on substrate properties and water spinach growth[J]. Pedosphere，2015，25（5）：737-748.

[5]鄧琦子，汪 天. 高吸水性樹脂在無土栽培中的應(yīng)用與展望[J]. 中國農(nóng)學通報，2013，29（13）：90-94.

[6]肖海華，張毅功. 不同保水劑對基質(zhì)保水性和黃瓜幼苗生長的影響[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學學報，2002，25（3）：45-48.

[7]Liu F C，Ma H L，Xing S J，et al. Effects of super-absorbent polymer on dry matter accumulation and nutrient uptake of Pinus pinaster container seedlings[J]. Journal of Forest Research，2013，18（3）：220-227.

[8]薛書浩，王忠紅，關(guān)志華，等. 林牧有機廢棄物配方基質(zhì)在黃瓜穴盤育苗中的應(yīng)用效果[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2017，45（5）：122-125.

[9]Abad M，Noguera P，Burés S. National inventory of organic wastes for use as growing media for ornamental potted plant production：case study in Spain[J]. Bioresource Technology，2001，77（2）：197-200.

[10]Boodt M D，Verdonck O. The physical properties of substrates in horticulture[J]. Acta Horticulture，1972，26：37-44.

[11]Farrell C，Ang X Q，Rayner J P. Water-retention additives increase plant available water in green roof substrates[J]. Ecological Engineering，2013，52（6）：112-118.王景飛，符瑞侃，任軍方，等. 瀕危水生植物水角的離體培養(yǎng)技術(shù)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2019，47（3）：110-113.