保水劑在無土栽培西瓜中的應用效果研究

中國水資源缺乏,是世界上13個貧水國之一,人均水資源佔有量2300m3,僅為世界人均水平的1/4;每公頃平均水資源佔有量27000m3,僅為世界平均水平的2/3,其中乾旱半乾旱地區總面積為455萬hm2,佔國土總面積的47%,且在空間和時間上分佈極為不均勻,南多北少、東多西少;夏秋多、冬春少,使水資源短缺已成為限制農業可持續發展的瓶頸。保水劑(又稱土壤保水劑、高吸水劑、保濕劑、高吸水性樹脂、高分子吸水劑)是利用強吸水性樹脂製成的一種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數百倍甚至上千倍的去離子水、數十倍至近百倍的含鹽水分,而且具有反覆吸水功能,吸水後膨脹為水凝膠,可緩慢釋放水分供作物吸收利用[1],能增強土壤保水性,提高水分利用率[2],改良土壤結構[3],減少土壤養分流失[4]。由於其操作簡便、投入少、見效快、易於推廣,從而在農林園藝、水土保持等方面得到了廣泛的應用。目前關於保水劑在土壤栽培上應用的報道較多,而在無土栽培中應用的報道較少[5-6],該試驗目的在於研究不同用量保水劑應用於無土栽培中的效果,為合理、高效利用水資源提供理論和實踐依據,以促進節水型無土栽培的發展。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試品種為黑美人西瓜,保水劑由北京漢力葆科貿中心提供,為聚丙烯酰胺型,供試基質為複合基質(60%木屑+40%煤爐渣,V/V)。

1.2試驗方法

試驗在仲愷農業技術學院校內温室內進行,盆栽試驗,共設9個處理(具體處理見表1),其中CK每次營養液淋灌量以保持基質最大持水量的70%為準(稱重法),視天氣及植株生長狀況每天淋營養液1~2次,其它處理則以CK的水肥用量為基數按各自比例淋營養液,營養液中NO3-為11.5mmol/L,PO43-為1.0mmol/L,K+為6.0mmol/L,Ca2+為3.5mmol/L,Mg2+為1.0mmol/L,EC值為2.39ms/cm,pH為6.7。西瓜苗於2005年4月12日定植,每個處理12株,3個重複,隨機區組排列,每個重複裝複合基質2.92kg,盆口徑25cm,盆高20cm,容積8L,每盆栽1株,西瓜整枝方式為雙幹整枝,收1個果,於坐瓜期測定植株莖粗及株高,並測定中部葉片葉面積(第15葉片)和葉綠素含量(第15葉片),採收後稱重,並測定西瓜的可溶性固形物、可溶性糖、維生素C、可滴定酸含量。西瓜葉面積用畫紙稱重法測定[7],葉綠素含量用丙酮乙醇等量混合浸提法測定[8],西瓜果實的維生素C含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量則分別用2,6-二氯酚靛酚滴定法[9]、蒽酮比色法[9]

及酸鹼滴定法[10]測定。

2結果與分析

2.1保水劑對西瓜生長的影響

從表2可以看出,在不施用保水劑時,各處理的葉綠素含量與對照無顯著差異,而株高、葉面積和莖粗則都顯著低於對照。施用0.6%保水劑時,除了100%水肥處理的株高顯著高於對照,70%水肥處理的株高顯著低於對照外,其它處理的株高、葉面積、莖粗和葉綠素都與對照無顯著差異,而施用1.2%保水劑時,各處理的株高、葉面積、莖粗和葉綠素都與對照無顯著差異。

以上結果説明,在水肥充足的條件下保水劑對西瓜的生長無明顯影響,而在水肥條件不足時適宜用量保水劑的施用能夠彌補水肥用量不足的影響,確保西瓜的正常生長,綜合保水劑價格、肥料價格等經濟因素考慮,其中以85%水肥+0.6%保水劑處理的應用效果較好。

2.2保水劑對西瓜產量的影響

由表3可知,不施用保水劑時,各處理的產量都顯著低於對照。在施用保水劑情況下,當水肥相對用量為100%時,各處理的產量都顯著低於對照,且CK>T3>T6,即隨着保水劑施用量的增加,產量有逐漸降低的趨勢;在施用0.6%保水劑情況下,85%水肥+0.6%保水劑處理的產量不僅比對照的高8.08%,差異顯著,同時比T1處理(不加保水劑,85%水肥)的產量高出20.22%,而75%水肥+0.6%保水劑處理的產量雖然與對照無顯著差異,但也比T2處理(不加保水劑,75%水肥)提高了11.63%,差異顯著;在施用1.2%保水劑情況下,T7處理及T8處理的產量與對照都無顯著差異,而且T7處理的產量比T1處理的提高了16.85%,T8處理的產量與T2處理的產量相比提高了17.44%,差異都達到顯著水平。由此可知,在缺水缺肥的條件下,保水劑的施用可以起到很好的增產作用,而且隨着保水劑施用水平的提高其增產作用效應也越加明顯,綜合保水劑價格、產量等經濟因素考慮,其中以85%水肥+0.6%保水劑處理的效益最高。值得注意的是,在水肥充足條件下,施用保水劑不但沒有起到增產的效果,反而有降低產量的負效應。

2.3保水劑對西瓜品質的影響

從表4可以看出,在不施用保水劑的情況下,當水肥同減時,除了各處理的維生素C含量和70%水肥處理的可溶性固形物含量顯著低於對照外,其他處理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量都與對照無顯著差異;在施用保水劑的情況下,水肥相對用量為100%時,除了0.6%保水劑處理的可滴定酸含量與對照無顯著差異外,其他處理的可溶性固形物含量、可溶性糖含量、維生素C含量和可滴定酸含量都顯著低於對照;水肥相對用量為85%時,除了1.2%保水劑處理的維生素C含量和可滴定酸含量顯著低於對照外,其他處理的均與對照無顯著差異;水肥相對用量為70%時,除了各處理的維生素C含量顯著低於對照外,其他指標都與對照無顯著差異。

以上結果説明,在水肥充足的條件下,保水劑的施用會降低西瓜的品質,但在水肥條件不充足的條件下,保水劑的適量施用對於維持西瓜的品質有一定的作用,其中以85%水肥+0.6%保水劑處理的效果最為明顯。

3結論與討論

唐廣等[11]研究表明,在大田生產西瓜時施用保水劑時有節水及增產的效果,從該試驗結果可以看出,在西瓜無土栽培中通過適量地施用保水劑可以保證西瓜在缺水、缺肥下能夠正常生長,同時有一定的增產效果,並且可以維持其品質,達到了節水及節肥的效果,綜合保水劑價格、產量、品質等經濟因素考慮,其中以85%水肥+0.6%保水劑處理的效果最好,與正常肥水管理(對照)相比,不僅能達到節約15%水肥的效果,而且產量還能提高8.08%,與不施保水劑的處理(85%水肥)相比更是增產20.22%。另外,值得注意的是,在水肥充足條件下,施用保水劑對西瓜的生長不僅沒有起到增產的效果,反而有降低產量及品質的負效應。

至於施用保水劑節肥的原因,可能在於保水劑在吸水的同時,也對溶液中的肥料分子或者離子有吸持作用。保水劑一般都含有微孔,可讓一些小分子或離子擴散進入,進入到聚合物分子內部的養分分子或離子,可以暫時被溶漲的聚合物包裹起來,或被帶電基團激活作定向排列,若是陽離子還可以與聚合物內部的陽離子發生交換吸附,而被固定下來延緩養分的釋放[12]。李永勝等的研究也表明[13],保水劑對營養液中的氮和磷有一定的吸持作用,特別是對氮的吸持作用較為明顯。目前,前人有關保水劑在無土栽培中作用效應的研究結果較為零散,缺乏深入系統的研究,為促進保水劑在無土栽培中的大範圍推廣應用,對於保水劑的保水性能與保肥功效的合理優化,保水劑與不同肥料的混合使用比例、使用方法等課題還待進一步深入研究,以便確定保水劑的合理使用。