张 端，李德富，柳 燕，马煜婷，李 昂

(兰州城市学院 地理与环境工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 引言

我国西北地区日照强烈、干旱少雨，年均降雨量不足400 mm，且多为无效降雨。水资源严重短缺造成该区植被稀疏、土壤贫瘠，地表风蚀沙化和盐碱问题日趋严重[1]。如何提高降水在土壤中的存留时间和调控缺水时期的土壤水分，以及提高降水和水资源的利用率，已成为该地区近年来生态修复和提高旱作农田产量的热点问题[2]。

保水剂作为一种具有超强吸水和保水能力的高分子聚合物，可吸持超自身重量数百倍的水分，并能够促进土壤团粒形成，改善土壤结构，提高土壤的保水和保肥能力[2～4]。当植物需水时，保水剂又能缓慢释放所吸持水分，保证植物正常生长。在干旱、半干旱地区，水分是限制植物生长和分布的主要限制因素，运用保水剂可提高土壤含水量，并能在植物生长的关键时期为其提供必要的水分。如李兴等研究发现[5]，施用保水剂可促进梭梭和白梭梭种子萌发和幼苗根系生长；杨永辉等研究发现[6]，施用保水剂可降低冬小麦根系质膜透性和可溶性糖含量，提高根系活力。许多保水剂使用说明经常提到要合理使用，过少达不到抗旱、保水作用，过多会造成浪费、起不到更好使用效果。干旱地区使用保水剂可提高土壤含水率，但长期过量使用将使土壤中存有大量保水剂，这对植物种子萌发有何影响却鲜有文献报道。为此，本文研究了生态修复保水剂过量使用对植物种子萌发的影响，据此为荒漠植被恢复和旱作农田建设提供参考依据。

2 材料与方法

2.1 材料

供试生态修复保水剂RQ-350、绿豆和小麦种子均为市场供应商品，购于兰州市安宁区种子市场。为减小保水剂粒径影响，试验前研磨保水剂并过0.5 mm土样筛。试验在兰州城市学院地理与环境工程学院生态与微生物实验室进行。

2.2 方法

2.2.1 保水剂对水分蒸发的影响

试验设4种保水剂质量浓度处理，即质量浓度分别为0.00%(CK)、0.67%、3.33%和6.00%。具体操作步骤为：取300 g蒸馏水若干份，分别添加0、2、10和18 g生态修复保水剂，制成质量浓度为0.00%(CK)，0.67%，3.33%和6.00%混合液，分别装于直径160 mm、高80 mm塑料盘中。每个处理重复2次，随机放置在实验室试验台上。间隔数天称重并计算每个处理的水分蒸发量。

2.2.2 保水剂对种子萌发的影响

小麦和绿豆种子萌发试验分别设2种处理，即不添加保水剂处理(CK)和添加保水剂处理。具体操作步骤为：首先将保水剂和水配成0.00%(CK)和6.00%质量浓度混合液，分别装于直径120 mm、高15 mm塑料盘中，然后将50粒小麦(或绿豆)种子均匀撒在盘内，最后在种子表层覆盖3层消毒纸巾。每个处理重复3次，随机放置在实验室试验台上。种子萌发以胚根出现为标志，每24 h观测1次，并记录发芽种子数。试验持续至3 d萌发总数没有变化为止。

3 结果与分析

3.1 水分蒸发量间差异

从图1可以看出，随着时间的推移，不同处理的水分蒸发率均呈逐渐增加趋势，至第16 d，水分蒸发率在47.2%～52.4%间变化。就添加保水剂处理而言，其水分蒸发率较不添加保水剂处理低，并随着保水剂含量的增加呈显著降低趋势。如到第12 d，保水剂质量浓度为0.67%、3.33%和6.00%混合液的水分蒸发率较对照减少了1.94%、6.78%和7.26%；第16 d分别降低了2.48%、6.73%和9.92%；单因素方差分析显示，不同处理间差异显著(p<0.05)。

图1 不同处理水分蒸发变化动态

3.2 种子萌发率间差异

以往研究表明，添加保水剂可提高种子萌发率[5]。就小麦种子发芽率而言(图2)，在不添加保水剂处理中，小麦种子发芽率达94%，而在保水剂质量浓度为6.00%处理中，小麦种子发芽率仅为6%，单因素方差分析显示，二者间差异极显著(p<0.01)。就绿豆种子发芽率而言(图3)，在添加保水剂处理中，绿豆种子的发芽率仅为8%，而在不添加保水剂处理中，绿豆种子发芽率达54%，方差分析显示，处理间也存在极显著的差异。综合以上，当生态修复保水剂质量浓度达到6.00%时，将对小麦和绿豆种子的萌发造成极显著的抑制作用。

4 讨论及结论

目前，人类面临诸多环境问题，其中持续性干旱已成为制约生态修复和农业发展的主要问题之一。我国西北地区严重缺水，造成许多耕地退化和土壤荒漠化，严重影响该区农业发展和生态环境建设。近年来，保水剂作为一种化学抗旱节水增产技术受到广泛重视。保水剂被称为“微型土壤水库”，在水分充足条件下能够吸收自重数百倍甚至上千倍水分；当土壤干旱缺水条件时，可缓慢释放所吸持水肥、并为植物提供必要水肥[2]。相关研究显示，耕地施用保水剂后，可实现“供水、节水、防蒸、促成活”的一措多效结果[4]。周客等研究也显示[3]，保水剂层施量越大，上层含水率越高。本研究也显示，随着保水剂量的增加，水溶液的蒸发率呈显著降低趋势，表明施用保水剂可防止水分蒸发。这与前人研究结果相一致[4]。

图2 不同处理对小麦种子萌发的影响

图3 不同处理对绿豆种子萌发的影响

种子萌发期和幼苗期是植物整个生活周期中最重要的阶段，是植物群落建成的关键阶段，提高农作物出苗率和成苗率是农田作物稳产、高产的基础[5]。干旱、半干旱地区限制植被生长的主要因子是水分。保水剂具有高吸水性，能够吸附大量水分并在干旱条件下缓慢释放。相关研究表明施用保水剂可提高小麦出苗率，有利于小麦生长发育，增产幅度可达19.20%[2]。也有研究表明，0.25%浓度保水剂可提高种子发芽率，但当浓度超过0.5%时将会抑制种子萌发[7,8]。本研究也显示，当生态修复保水剂浓度较高时，将会严重抑制种子萌发。这可能是由于农林业广泛使用的多为聚丙烯酸-无机矿物复合型保水剂[8]，其中含有大量无机盐离子；当保水剂施用量过多后，水溶液中可溶性盐离子浓度过高，将使种子受到盐胁迫(图4)，从而抑制种子萌发。大田试验(图5)也显示，小麦地施用过量保水剂将抑制小麦生长。

图4 不同处理盐离子析出对比

图5 小麦施用保水剂效果

综合以上可知，施用生态修复保水剂可减弱水分蒸发速率，过量施用生态修复保水剂将抑制种子萌发。为了满足生产实际需要，推广使用保水剂前还需结合当地气候、土壤等条件，进行必要的深入研究。