王亮亮，宋伟杰，高志山，宋 涛,3*

(1.金正大生态工程集团股份有限公司，山东 临沭 276700；2.养分资源高效开发与综合利用国家重点实验室，山东 临沭 276700；3.农业部植物营养与新型肥料创制重点实验室，山东 临沭 276700)

水分是植物体的重要组成成分，植物对营养物质的吸收和运输，以及光合、呼吸、蒸腾等生理作用，都必须在有水分的参与下才能进行[1]。但是近年来水资源短缺日趋严重，干旱缺水成为制约农作物产量乃至农业发展的重要因素。因此如何高效利用有限水资源成为迫切需要解决的问题[2]。目前已有通过化学调控措施降低干旱胁迫对农作物生长的研究，如保水剂、激素类等材料的应用，对改善作物生长和生理代谢功能起了一定的作用[3-4]，但同时也带来了相应的问题，如保水剂吸水后约有20%的水分无法被作物利用，而且会导致局部的水分含量过高，甚至由于使用方式不当而导致保水剂多停留于土壤表面，使土壤表面含水量过高，产生青苔等现象[5]；而激素类材料如若使用浓度不当，则容易产生药害，造成农作物减产[6]，甚至可能残留于植物体内威胁人类健康[7]。

土壤渗透剂是一种表面活性剂，是具有降低水土界面张力、改善疏水化合物的亲水性和土壤分散程度等性能的两亲性物质[8]。目前表面活性剂主要用于叶面肥或者农药助剂来提高肥料或者农药的利用效率[9-10]，或者与其它螯合剂复配用于去除土壤重金属等[11-12]。土壤渗透剂还可以通过降低水的表面张力，使水在土壤表面的浸润角减小、表面延展性增加从而使水分能够迅速而又均匀的穿透表层渗透到根部区域，可改善土壤表面的疏水性问题[5]，但并未见其是否具有提高土壤保水性能及能否促进作物生长方面的报道。本文以盆栽番茄为研究对象，研究不同浓度渗透剂对土壤保水性能及番茄生长发育的影响，为渗透剂在旱地农业中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年8月2日至10月22日在金正大生态工程集团股份有限公司智能玻璃温室中进行。以盆栽番茄为受试作物。供试土壤为棕壤，0～20 cm基本农化性状为有机质345 mg/kg、碱解氮127 mg/kg、有效磷138 mg/kg、速效钾128 mg/kg，pH值7.2。试验在温室苗床上的塑料盆中进行，塑料盆上直径20 cm，下直径12 cm，高14 cm。所用底肥为17-17-17硝基复混肥，渗透剂为15%多元醇、45%嵌段聚合物和40%水的组合物。

1.2 试验方法

1.2.1 渗透剂防涝及保水性能测试方法

采用自来水淋溶土壤，收集淋溶液并测定淋溶液体积进行渗透剂防涝性能测试。根据使用渗透剂量的不同设置5个处理，即CK，空白对照；T1，0.6 g/t土；T2，1.2 g/t土；T3，1.8 g/t土；T4，2.4 g/t土。每个处理4个重复，每盆装土2.5 kg，为保证渗透剂在土壤中分散均匀，先将不同用量的渗透剂溶于300 mL水中，然后将渗透剂溶液全部倒入土壤中，对照倒入300 mL清水，待水分全部渗入土壤后，再各浇水500 mL，收集淋溶液；通过每隔2 d用TZS-1K型土壤墒情速测仪测定土壤表层下8 cm的含水量对渗透剂保水性能进行测试。

1.2.2 渗透剂盆栽效果试验方法

按照上述使用渗透剂量的不同设置5个处理，每个处理4个重复，每盆装土2.5 kg，底肥用量为3 g/盆，全部底肥装土时与土壤混合均匀后一次性施入土壤。8月20日每盆移栽已长至4片真叶且长势大小一致番茄苗1棵，缓苗1周后按照试验设计加入不同用量渗透剂。渗透剂加入方式与上述方法相同。试验周期内浇水时间定为T4处理开始进入干旱期为宜，浇水间隔时间随温室中温、湿度的不同而有变化。浇水方式为用小杯定量浇灌。各处理的浇水方式及浇水时间相同。9月30日追施(冲施)17-17-17硝基复混肥0.5 g/盆。

1.3 测定项目与方法

采用TTC法[13]测定番茄根系活力；SPAD值用SPAD—502Plus型叶绿素仪测定[14]；用百分之一天平测定各处理植株鲜重；干重测定采用烘干法[15]。

2 结果与分析

2.1 渗透剂对土壤淋溶液体积的影响

从图1可以看出，因土壤持水量有限，当过量水分淋溶土壤后各处理均出现不同程度的水分流失，且淋溶液体积随着渗透剂浓度的增大而增大，各处理淋溶液体积均高于CK，T3、T4处理与CK差异达显著水平。试验过程中还发现，同等时间条件下，含渗透剂处理的淋溶液体积比CK处理大。由此说明，渗透剂有助于水分在土壤中快速下渗，可避免土壤表面致密层对水分的截留造成的水分流失，还可避免过多水分引起的涝害。

图1 不同处理土壤淋溶液体积注：图中不同小写字母表示在0.05水平差异显著，下同。

2.2 渗透剂对土壤保水性能的影响

由图2可以看出，灌水后前期CK较所有含渗透剂处理土壤含水量高，随着时间的延长，所有处理土壤含水量均下降，但8月8日起，T1、T2处理土壤含水量反超CK，且在8月11日时T1、T2处理均与CK差异达显著水平；8月11日起，T3、T4处理土壤含水量与CK无显著差异，但与T1、T2处理达显著差异，这可能是因为渗透剂浓度过高时，土壤淋溶过多所致。上述结果表明，适当浓度渗透剂在有助于水分下渗的同时，还具有一定的保水性能。

图2 不同处理土壤含水量

2.3 不同处理的番茄叶绿素含量、株高及茎粗

光合作用是植物生长发育的基础，也是作物产量和品质构成的决定性因素[16-17]，SPAD值在一定程度上代表了植株的光合作用[18]。从表1可以看出，各处理的番茄叶片SPAD值均高于CK，其中T2处理在3个调查时期均达显著水平，分别较CK提高5.41%、3.06%、2.55%，说明T2处理渗透剂浓度更有助于提高番茄叶片的光合作用。

土壤渗透剂同样有助于番茄株高及茎粗的生长，不同处理的番茄在收获时株高及茎粗随着渗透剂浓度的增大增长趋势类似，均在T2浓度时达到最大值，且均显著高于CK，株高及茎粗分别较CK增大5.09%、15.19%。

表1 不同处理的番茄叶绿素含量、株高及茎粗

注：不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。

2.4 不同处理的番茄根系活力

根系活力是根系的吸收、合成、氧化和还原能力等，是反应根系生命活动的一项综合指标[19]，直接影响植株的抗逆性及地上部茎叶的生长和作物产量[20]。由图3可以看出，各浓度渗透剂均不同程度的增强了番茄的根系活力。其中T3、T4处理与对照差异不显著，较对照分别提高10.09%、12.96%，而T1、T2处理均与对照差异显著，分别较对照提高17.27%、28.67%，T1、T3、T4处理间差异不显著，但T2处理显著高于其它处理，分别较T1、T3、T4处理提高9.73%、16.88%、13.92%，说明T2处理渗透剂浓度最有利于增强番茄的根系活力。

图3 不同处理的番茄根系活力

2.5 不同处理的番茄根系及地上部鲜重及干重

图4及图5表明番茄收获后根系及地上部鲜重及干重。与CK相比，各处理对番茄根系及地上部鲜重和干重的增加均有一定的促进作用。其中在根系鲜、干重方面，各处理促进效果从大到小依次为T2、T3、T1、T4，干重分别较CK增加11.52%、6.91%、4.84%及2.53%；在地上部鲜、干重方面，各处理促进效果从大到小依次为T2、T1、T3、T4，干重分别较CK增加29.61%、17.68%、9.92%及5.18%。说明渗透剂随着浓度的增大，对番茄根系鲜重、干重和地上部鲜重、干重的促进作用先增大后减小，且均在T2处理渗透剂浓度时促进效果最佳。

图4 不同处理的番茄根系质量

图5 不同处理的番茄地上部质量

3 结论与讨论

保水剂可通过其特殊的活性基团与土壤颗粒表面的活性基团或离子发生相互作用，通过创建和稳定水稳性团粒结构，增加对水分、养分的吸附而抑制其流失[21]。罗华等得出施用保水剂显著减少了淋溶液体积[14]。本研究发现，施用土壤渗透剂增大了淋溶液体积，但适宜浓度渗透剂仍具有保水性能，这可能与渗透剂本身的结构有关，因为渗透剂的非极性部分基团能够与土壤颗粒表面的有机质等其他疏水性物质发生吸附，并将极性亲水部分暴露在外，在原本疏水的土壤颗粒外，通过渗透剂的包裹，使之形成亲水能力较好的土壤颗粒[5]，从而起到了保水的效果。本研究还发现，在保证作物正常需水量条件下，渗透剂可通过加快水分渗透速率及增加土壤淋溶液体积，避免水量过多时引发的涝害。

水分胁迫会使叶绿素的生物合成过程减弱，并导致叶绿素分解加快，叶绿素含量降低[22]，同时还会影响根系活力[19]，进而影响作物的正常生长[23]。渗透剂能够通过提高土壤含水量减缓水分胁迫给植株带来的损害，从而间接提高植株叶片中叶绿素含量及根系活力，同时土壤中的水为多数物质的有效载体，可将其周围的肥料等养分运输给作物使用，使作物生长更加健壮，而且渗透剂与养分粒子的结合可以减少养分被土壤的固定，提高肥料利用效率，这就可以解释渗透剂为什么能提高番茄叶片叶绿素含量及根系活力，同时提高番茄根系及地上部生物量。但是从试验数据也可以看出，当渗透剂浓度大于1.2 g/t土时，番茄的各生长指标均有不同程度的下降趋势，这可能是因为渗透剂浓度过大，导致养分随渗透剂下渗，而根系生长速度有限，还未来得及吸收相应土层的养分，造成养分流失，植株所需养分不足所致，后续研究会对施入渗透剂后不同土层深度的养分含量作进一步探讨。

综上所述，渗透剂浓度为1.2 g/t土时具有一定的保水性能，显著提高了番茄叶片叶绿素含量及根系活力，同时健壮了番茄植株并提高了番茄根系及地上部生物量，具有推广和使用价值。