保水剂对三种林木生长的影响

保水剂对三种林木生长的影响

作者：孟庆新，崔晓虎，王洪君，王楠，陈宝玉，张玉珍 来源：《湖北农业科学》2013年第04期

摘要：为了明确保水剂在干旱半干旱地区抗旱造林中的使用效果，试验对保水剂的保水性能及使用保水剂后3种造林树种植株的生长特征及根系生物量进行了测定。结果显示，保水剂能显著促进造林树种植株的生长发育，使植株的基径、树高、侧根数、侧根长、总干重、根干重等比不用保水剂的对照植株明显增加，根冠比增大。需要注意的是在使用保水剂进行造林时，要选择适宜的剂型和造林季节，这是保水剂抗旱造林的关键环节。 关键词：保水剂；吸水特性；林木；生长特征

中图分类号：O636.9；S157.9；S725.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）04-0850-04

Influence of Super Absorbent Polymer on Main Growth Characters of Three Kinds of Forest Trees

MENG Qing-xin1，CUI Xiao-hu2，WANG Hong-jun3，WANG Nan3，CHEN Bao-yu3，ZHANG Yu-zhen4

（1. Forest Bureau of Luannan County， Luannan 063500， Hebei， China； 2. New Energy Office of Leting County， Leting 063600，Hebei， China； 3. Jilin Academy of Agricultural Sciences， Changchun 130033， China； 4. College of Forestry， Agricultural University of Hebei， Baoding 071001， Hebei， China）

Abstract： In order to ensure the effect of super absorbent polymer in drought-resistant afforestation in arid and semi-arid region， the water retention ability of the super absorbent polymer， and the plant growth characteristics and root biomass of three kinds of afforestation trees after application of super absorbent polymer were tested. The results showed that the super absorbent polymer could significantly improve plant growth and development of afforestation tree species as plant base diameter， tree height， lateral root number， lateral root length， total dry weight， root dry weight， root-shoot ratio was obviously increased compared to control. It should be paid attention that suitable super absorbent polymer form and planting season should be chosen， as it was the key for drought-resistant afforestation with super absorbent polymer.

Key words： super absorbent polymer； water-holding property； forest trees； growth characters

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保水剂（Super absorbent polymers，SAP）是利用强吸水性树脂制成的一种具有超高吸水、保水能力的高分子聚合物，它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的纯水，而且具有反复吸水功能，吸水后的水分能够缓慢释放，以供植物充分利用[1，2]。保水剂施入土壤后，可在有水时蓄水、无水时供水，起到“水库”的调节作用[3]，所以能提高植物的抗旱性和水分的利用效率。运用以保水剂为中心的综合保水抗旱技术，可为干旱地区植树造林提高成活率开辟新途径。国内外研究表明，保水剂运用得当可延缓植物凋萎时间、缩短缓苗阶段、促进根系的发育、提高出苗率和移栽成活率等[4-6]。韩恩贤等[7]在渭北黄土高原沟壑区进行侧柏[Platycladus orientalis（L.）Franco]造林试验后发现，保水剂的运用对半干旱地区提高造林成活率起到了关键作用。张海忠等[8]在樟子松（Pinus sylvestris L. var. mongolica Litv.）造林应用吸水剂的试验中，发现使用吸水剂的樟子松苗木其成活率、苗高、基径及根系均比没有使用吸水剂的效果好。陈宝玉等[9]在河北省坝上地区进行保水剂节水抗旱造林试验时，发现保水剂能显著提高造林的成活率，使苗木成活率达到90%以上，保存率达到70%～90%。植物在生长发育过程里对水分的亏缺最为敏感，轻度的水分胁迫就会明显抑制植株生长；因此在土壤水分不足时，首先观测到的生理效应与形态变化就是生长缓慢，其原因是细胞的生长受到了显著的抑制[10，11]。而在干旱半干旱地区造林，提高造林成活率的关键就是要解决林木树种定植后的水分亏缺问题。为了加快推广保水剂造林技术，使基层技术推广工作者和造林户真正看到这项新技术带来的优势，就要检验它在规模造林应用上是否行之有效地解决了保水问题；为此试验研究了使用保水剂后对造林树木有关生长指标的影响，以期为有关方面了解保水剂的使用效果、提高保水剂技术的推广速度、加速其在农林业上的广泛应用提供技术支撑。 1 材料与方法 1.1 材料

1.1.1 保水剂及其配制 保水剂为聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）型，由青海绿宝实业集团有限公司提供，分为大颗粒（5～8 mm）、小颗粒（2～3 mm）、粉末状（小于0.1 mm）3种剂型。根据对3种剂型的性能测试，大颗粒、小颗粒和粉末状保水剂在去离子水中的吸水倍率分别为329倍、386倍和241倍。

1.1.2 树种 试验所用林木树种均为二年生乡土树种，分别是白榆（Ulmus pumila L.）、华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）和云杉（Picea asperata Mast.）。 1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验地位于河北省崇礼县县城东北12 km的二道营乡，试验区面积为3.3 hm2，根据当地的地形划分若干个试验区；2010年定植，白榆、华北落叶松、云杉各树种都安排30个试验小区，其中对照有3个小区，小区面积90 m2，株行距1.5 m×2.0 m。每个小区移栽树苗30株，3个重复，小区完全随机排列。分别用大颗粒、小颗粒和粉末状保水剂处理各树种。

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1.2.2 保水剂处理 ①粉末状保水剂蘸根处理，称量粉末状保水剂若干，用自来水按0.5%、1.0%和1.5%的比例配制若干桶（1桶约20 kg）保水剂稀释液，搅拌后使保水剂溶解均匀，在白榆、华北落叶松、云杉各树种定植前分别用不同比例的粉末状保水剂稀释液蘸根处理，然后定植；以不蘸根处理的为对照（CK1）。②小颗粒保水剂处理，在定植的各树种植株根部周围做成一个环状土沟，用土壤隔开保水剂和植株根系，防止保水剂吸水膨胀时架空根部周围的土壤。分别将10、20、30 g/株小颗粒保水剂均匀撒在各树种植株根部的环状土沟内，与土混匀，然后覆土压实；以不用小颗粒保水剂（只浇清水）处理的为对照（CK2）。③大颗粒保水剂处理，将大颗粒保水剂在使用之前先用水浸泡12～24 h，使其充分吸水变成凝胶状，然后分别将1、2、3 kg/株均匀撒在各树种植株根部周围，同小颗粒一样，凝胶状保水剂不要距离根系太近，也用土壤隔开；以不用大颗粒保水剂（只浇清水）处理的为对照（CK3）。 1.2.3 树木基径及树高测定 在造林定植第二年的秋季于林地测定白榆、华北落叶松、云杉各树种的基径和树高，各树种每处理每个小区随机选择3株，3次重复，每处理共取9株；树木基径用游标卡尺测量，树高用钢卷尺测量；计算同一水平保水剂处理的平均值。

1.2.4 树木生物量 造林定植第二年的秋季选取生长正常的植株，白榆、华北落叶松、云杉各树种每处理每个小区随机选择3株，3次重复，每处理共取9株；以定植前后不用上述保水剂处理（只浇清水）的为对照（CK4），保持样株根系的完整，带回实验室后用水冲净，晾干，烘干，称重。测定植株的侧根数、侧根长、全株干重、根干重、地上部分干重，计算根冠比。

2 结果与分析

2.1 保水剂对树木基径和树高生长的影响

保水剂对白榆、华北落叶松、云杉的基径和树高生长的影响结果见表1。由表1可知，保水剂处理的树木基径绝大多数高于对照。其中小颗粒保水剂处理的3个树种均以30 g/株处理的基径最大，云杉、白榆和华北落叶松分别比对照2高出了36.7%、31.5%和15.1%；大颗粒保水剂处理的白榆和云杉以3 kg/株处理的基径最大，分别比对照3高出了58.3%、20.3%，华北落叶松则是2 kg/株处理的基径最大，比对照3高出了9.3%；粉末保水剂稀释液蘸根处理的3个树种均以1.5%稀释液处理的基径最大，白榆、云杉和华北落叶松分别比对照1高出了56.3%、30.9%和3.8%。3个树种中，华北落叶松基径最高值出现在小颗粒保水剂10 g/株和30 g/株处理中，为0.61 cm；白榆和云杉则以粉末保水剂1.5%稀释液蘸根处理的基径最大，分别为1.00、0.89 cm；反映出在一定的人为控制条件下，使用保水剂的剂量适当，加上水分充足，才能对树木的生长有利。由表1还可知，各保水剂处理的树高绝大多数比对照高，其中小颗粒保水剂10 g/株处理、大颗粒保水剂3 kg/株处理和粉末保水剂1.0%稀释液蘸根处理的白榆树高最高，比对照都高出了30 cm以上。分析显示，借助保水剂造林并不是保水剂使用量越多越好，而是有一定用量范围的；例如小颗粒保水剂处理后，10 g/株处理的白榆就比其他白榆处理的要高，达到了105.70 cm；而在华北落叶松则是30 g/株处理的最高，为37.40 cm；云杉则

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以大颗粒保水剂 1 kg/株处理的最高，为28.69 cm。这个结果可以为大面积人工造林节省造林成本、加快成林速率等方面提供参考。 2.2 保水剂对树木根系生长及生物量的影响

保水剂对树木生长的促进作用除表现在生长指标外，还表现在植株干物质的积累上。在干旱胁迫发生时，由于根系受到水分胁迫，使植株的各项生理活动都减弱，造成干物质的积累也相对较少。但如果用保水剂减缓根系的水分胁迫，则将在干物质积累、根长生长、根的发生数量等方面有所体现。保水剂处理对白榆根系生长及生物量（干重，下同）的影响结果见表2。对云杉根系生长及生物量的影响结果见表3。对华北落叶松根系生长及生物量的影响结果见表4。分析可知，保水剂处理过的植株在侧根数、生物量、根冠比等方面均与不用保水剂处理的有明显差异，3树种利用保水剂吸收的水分使自身安全度过了缓苗期，完成了新根的发育。由于白榆属于易生根、易成活的树种，所以比其他树种侧根多，根系也较长（表2）；并且保水剂创造的湿润环境正好满足了云杉对大肥、大水的需求，故云杉生长的侧根也较多（表3），这与试验出现的云杉成活率较高是相吻合的。试验结果还表明粉末保水剂稀释液蘸根处理和小颗粒保水剂使用量高的处理白榆植株生长较好，各项生长指标、生物量指标均较高；但大颗粒保水剂处理则不然，如大颗粒保水剂3 kg/株处理的白榆植株侧根数平均为13.7条，仅比对照4高出1.4条（表2）。由此说明，白榆在土壤含水量较高的条件下，根系的生长反而受到抑制。此现象在比较耐干旱的华北落叶松上表现得尤为明显，其小颗粒保水剂10 g/株处理的侧根数较多，根最长（表4）；粉末保水剂稀释液蘸根处理中以1.0%处理的为最优；而大颗粒保水剂处理虽然根系也在生长，但明显受到水分过多的抑制，其2 kg/株和3 kg/株处理的植株侧根长虽然比对照4长一点，但侧根数却比对照少。

在干旱胁迫下，根系生物量是植物适应干旱环境的重要形态标志，其变化在根冠比上尤为明显。由于干旱胁迫使植株地上部分生物量积累相应减少，迫使植株通过降低植物叶片表面的水分蒸腾来保障地上部分生理代谢与生长发育的基本所需；而根系生物量却相应增加，通过贮存养分和水分来维持全株的生长需求[12-14]。由表2、表3、表4可知，由于加入保水剂调节了土壤水分平衡，因此保水剂处理的植株生物量均比对照4高得多。从云杉植株总干重的分析可知，小颗粒保水剂10 g/株处理的植株总干重（26.3 g/株）比对照（11.8 g/株）高出1.23倍，比20 g/株、30 g/株处理的植株总干重（分别为17.8 g/株和13.6 g/株）分别高出0.48倍和0.93倍；粉末保水剂以1.0%稀释液蘸根处理的植株生物量（29.4 g/株）最高，比对照高出1.49倍，比0.5%、1.5%处理的植株总干重（分别为20.1 g/株和20.7 g/株）分别高出0.46倍和0.42倍；大颗粒保水剂以2 kg/株处理的植株总干重（24.4 g/株）最高，比对照高出1.07倍，比1 kg/株、3 kg/株处理的植株总干重（分别为16.8 g/株和16.0 g/株）分别高出0.42倍和0.36倍。而云杉根系总干重的测定结果表明根系的发育情况相对于地上部分比较弱。白榆植株总干重在小颗粒保水剂处理中最高的是20 g/株处理（45.9 g/株），比对照（17.3 g/株）高出1.65倍；在粉末保水剂处理中植株总干重最高的是1.5%稀释液蘸根处理（48.0 g/株），比对照高出1.77倍；在大颗粒保水剂处理中植株总干重最高的是1 kg/株处理（43.1 g/株），比对照高出1.49倍。白榆根系总干重的测定结果表明其根系的发育情况相对于云杉要好得多，是3种林木里根系发育最充分的。华北落叶松植株总干重与对照的差异更明显，小颗粒保水剂以10 g/株处理

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的植株总干重（6.2 g/株）最高，比对照（2.1 g/株）高出1.95倍；粉末保水剂以1.0%稀释液蘸根处理的植株总干重（5.6 g/株）最高，比对照高出1.67倍；不过大颗粒保水剂吸收的水分过于充足，对华北落叶松根系生长产生了抑制作用，所以根系总干重和植株总干重都很小。 根冠比是分析植株地上部分与根系生长协调性的重要指标，从表2、表3、表4可见，白榆的根冠比与对照的差异最大，其中大颗粒保水剂1 kg/株处理和粉末保水剂0.5%稀释液蘸根处理的根冠比达到了1；云杉与对照的差异较明显，而华北落叶松与对照的差异相对小一些。这个结果说明施用保水剂可以调节土壤水分，但在水分胁迫严重时，植物还是可以启动自身的抗旱调节能力，如减小地上部分比例、增大根系范围、保存体内水分和营养物质等。而此时保水剂提供了它们度过干旱所必需的水分，这对抗旱能力较弱的树种如白榆、云杉无疑是“雪中送炭”，甚至对造林不易成活的抗旱树种华北落叶松也起到了很大帮助作用。这个试验结果也进一步说明保水剂虽然对植物的生长有促进作用，但不是越多越好，选用合适的使用量，保水剂才能发挥最佳的效用。 3 小结与讨论

河北省北部地区属于干旱和半干旱地区，尤其是在春、秋季节，降水量少、风沙大，加之土壤贫瘠、土壤保墒能力差，是影响造林成活的主要因素。因此试验在试验区设置时充分考虑了地形的多样性，兼顾了高山梯田和干旱阳坡等造林地分布的特殊性；并且试验树种选用乡土树种，具有一定的代表性、多样性、适应性，同时考虑了造林树种中针叶与阔叶类型对保水剂的不同适应性。

通过观测和数据分析，我们认为聚丙烯酰胺型保水剂能显著促进造林树种白榆、华北落叶松、云杉植株的生长发育。在植株受到水分胁迫时，保水剂能持续供给植株水分，使植株的基径、树高、侧根数、侧根长、总干重、根干重等比不用保水剂的对照植株明显增加，根冠比增大。根系干物质的增加说明保水剂能加大植株根系贮存水分和养分的能力，这对于造林树种缩短缓苗期、促进根系发育、提高移栽成活率具有积极影响。在应用聚丙烯酰胺型保水剂进行造林时，并不是保水剂用量越多越好，而是有一定适宜用量的，试验中粉末保水剂以1.0%稀释液蘸根处理与小颗粒保水剂以10 g/株处理的造林效果较好。

总体比较而言，小颗粒保水剂的造林效果相对于大颗粒和粉末保水剂的效果要好，但这也是具有前提条件的；小颗粒保水剂的作用发挥只有在降水充裕的环境下才能体现出来。崇礼县是在春季造林，冬季大量的降雪弥补了土壤中的水分亏缺，可满足小颗粒保水剂功效发挥所需的条件。所以在选用保水剂造林时，要因地而异，结合造林季节选择合适的保水剂剂型是使用保水剂造林的关键所在。 参考文献：

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