81中文网

第一章 保水剂农业应用及其效应研究进展（第3页）

保水剂合理施用量可缩小地温的日较差，有利于马铃薯的出苗（赵永贵，1995）。前人通过其他作物的试验表明（王玉明等，2009），保水剂可提高发芽率和出苗率。李建玲（2006）研究表明，在不同保水剂处理下，马铃薯出苗天数比对照提前2~3天，并且出苗率比对照高1。1%~3。6%，不同处理下保水剂出苗率比对照高出的百分比不同。廖佳丽等（2009b）通过试验证明，当多功能保水剂施用量在30kghm2时，保水效果最好，且保水剂出苗最早为18天，比对照提前4天，并且幼苗的长势良好。黄伟等（2015）研究表明，穴施保水剂能够明显促进马铃薯早出苗、早成苗，其出苗率和成苗率较对照分别提高22。31%和3。91%。

（三）马铃薯生长及产量

在马铃薯水分亏缺条件下，保水剂吸收保存的水分可及时地供应到马铃薯根系，促进马铃薯的生长（介晓磊等，2000）。保水剂能够通过和氮肥的交互作用提高马铃薯的光合速率，延长光合时间，进而强化马铃薯的光合能力，增加干物质积累（俞满源等，2003）。黄伟等（2015）研究表明，不同方法下施用保水剂，块茎膨大期处理与块茎形成期同处理相比，单株干物质增加量为25%~54%，保水剂可以促使薯块质量增加，进而导致干物质积累增多，淀粉积累期保水剂对马铃薯的干物质积累也有一定的促进作用。保水剂增加马铃薯干物质的效果因保水剂的种类、用量及马铃薯的生育时期的不同而不尽一致。张扬等（2009）研究表明，在马铃薯苗期沃特保水剂在用量为60kghm2时可极显著地提高马铃薯的生物量，而在淀粉积累期聚丙烯酰胺施用量达到9kghm2时才会有显著增产效果，但施加量超过15kghm2时，其增产效果反而会降低。保水剂与氮肥共同施用有助于马铃薯产量的提高。俞满源等（2003）证明，保水剂的施用有助于提高马铃薯植株对氮肥的利用能力，保水剂与氮肥配施可使花期生物累积量增加46。7%~98。8%，马铃薯块茎产量增加75。0%~108。3%，延长马铃薯茎叶生育时期14~15天，促进马铃薯的根系生长，提高马铃薯光合利用率。而在马铃薯现蕾阶段，单独使用氮肥马铃薯干物质增加速度要高于保水剂与氮肥混合施用，说明保水剂对氮肥有缓慢释放的作用。

保水剂的作用同时体现在马铃薯干物质分配方面。干物质分配主要受马铃薯根土水肥环境的影响，保水剂作为一种土壤改良剂可以很好地协调土壤中这些环境因子的关系。研究表明（李建玲，2006），在适当的条件下施用保水剂能够提高地温并且起到保水作用，保水剂的施用对前期马铃薯营养生长特别有利并且能够优化马铃薯的根冠比，而在生育后期同样营造了良好的土壤环境，有利于后期马铃薯块茎的形成和产量的提高。

三、保水剂在玉米生产中的应用效果

在旱作玉米生产过程中，由于降水在年内分布极不均衡，生育前期干旱胁迫成为限制旱地玉米生产的主要因素；玉米生长后期降水相对充足但对产量影响较小。保水剂为高吸水性聚合物，能迅速吸收比自身重百倍甚至上千倍的水分，并且具有反复吸水的功能。在玉米前期缺水阶段可根据作物需求释放水分，缓解干旱胁迫，因此保水剂的应用成为提高旱地玉米产量的有效措施（刘礼等，2020）。

（一）玉米出苗

利用保水剂的保水和吸盐性能，在播种期墒情不好的情况下，施用保水剂能提高半干旱地区盐渍化土壤玉米出苗时间和出苗率（许紫峻等，2017；吴阳生等，2019）。冯金朝（1993）等研究发现，当施用浓度在0。1%-0。4%之间时，基本全部玉米种子都可萌发出苗，但当保水剂施用浓度大于0。5%时，对玉米种子萌发会有不利的影响。谭国波等（2005）研究发现，吉林省乾安县淡黑钙土表层0~7cm土壤持水量达到田间持水量的40%时，玉米出苗率达18。8%，当土壤持水量达到田间持水量的45%时，玉米出苗达到100%；但施用保水剂后，上述2种土壤上种植的玉米均不能出苗，这可能是由于玉米播种时采用坐水播种，土壤水分相对不足，保水剂在种床部位与种子争水，进而影响种子的出苗。保水剂能显著提高旱地玉米出苗率及幼苗成活率（王洪君等，2011；田露等，2013）。

（二）玉米生长

保水剂可促进玉米生长发育，对玉米株高、叶面积指数、光合能力以及地上部、根部生物量的累积等均具有明显的促进作用（Yazdani，etal。，2007；Egrinya，etal。，2013；Dorraji，etal。，2015），提高了玉米水肥利用效率（刘世亮等，2005；Jiang，etal。，2010；赵霞等，2013）。何腾兵等（1997）发现，当模拟干旱的条件下，施加保水剂会一定范围内影响玉米的主要经济性状，且不同土壤质地也会产生的不同的效果，当过量施加保水剂该效果将会减弱。Islam，etal。，（2011）发现，在亏缺灌溉条件下，施用保水剂的玉米株高和叶面积分别显著增加41。6%和79。6%。刘礼等（2020）研究表明，保水剂对玉米苗期和拔节期的形态和生理指标的影响显著，而对生育后期的影响不显著。这是因为施用保水剂能有效缓解玉米生长前期的干旱胁迫，有效地改善植物营养状态和玉米的光合能力，显著提高玉米苗期、拔节期的叶面积指数、叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率及地上部干物质累积量，同时玉米株高、穗位高、茎粗、单株叶面积、相对叶绿素含量、叶面积指数、穗位系数与茎粗系数均有不同程度的提高（金忱，2020）。

（二）玉米产量与水肥利用效率

胡芬和姜雁北（1994）等认为，保水剂（KH841）对玉米生长有促进作用，单株叶面积和干物重都比对照显著增加，产量提高19。6%~25%；水分利用效率提高23。1%~25。2%。但保水剂的使用量过多，会对玉米产量不利（刘效瑞等，1993）。冯金朝等（1993）研究发现，保水剂的施用范围在0。1%-0。3%浓度进行处理玉米增产效果明显，当在田间施用7。5kghm2、15kghm2保水剂条件下，玉米增产达到平均15。9%。张丽华等（2017）研究结果表明，保水剂处理能显著提高玉米株高、单穗质量、千粒质量和产量。在半干旱地区盐渍化土壤施加保水剂，能提高玉米出苗率，改善水分亏缺期土壤含水量、提高地上地下部分干物质质量、光合性状，促进玉米生长发育，改善产量构成因素，进而提高玉米产量和籽粒品质（吴阳生等，2019）。由于保水剂蓄水保肥的特性，其与氮、磷肥配施后对玉米的生物量、水肥利用效率明显提高（苟春林等，2011；李永胜等，2014）。迟永刚等（2005）研究结果表明，保水剂+泥炭在两种水分条件下均能复合应用，可有效促进玉米生长和提高水分利用效率。

综上，保水剂对玉米的生长有较明显的促进作用，主要表现为：（1）可以提高玉米出苗率、促进苗期的生长发育；（2）玉米抗旱能力提高，生长中萎蔫的出现时间得到延迟；（3）促进玉米植株地上部的生长，有机物的积累明显增加，株高增高，茎粗增加，光合作用面积增加，玉米整体保持在一个正常的新陈代谢水平；（4）对干旱地带的玉米生长有很明顯的促进作用。这是因为：一是保水剂促进了植株的生长，使其器官、组织具有忍受干旱的能力；二是保水剂吸收水分后，在土壤中形成一个具有水分调节能力的“水库”，对土壤中的水分含量起到了一定的缓冲作用，有利于植株体的生长（李云开等，2002）。

四、保水剂在农业应用研究中存在的问题与研究展望

保水剂因其独有的特性，吸水倍率大。保水能力强，无毒、无刺激等而在农业上得到了广泛的应用，发挥着保持水土、防风固沙、抗旱节水、改良土壤、保肥增效等多种功能。保水剂作为一种有效的农艺节水措施具有广泛应用前景，因其理化性质和吸水性能特殊，对农业抗旱节水有很大帮助。但保水剂不是万能的，也不能将保水剂视为造水剂，必须在一定水分条件下进行使用。保水剂不是万能的，不能认为施用了保水剂就可以不用灌溉。因为保水剂必须在有水的情况下才能发挥作用。而且保水剂的用量也不是越多越好，必须控制在一定的用量范围之内，否则反而会适得其反。因此，保水剂的应用研究方面，还存在以下几个方面的问题需要进一步研究和阐述。

（一）保水剂成本较高，缺乏统一标准

保水剂的研发，在生产中，各类企业采取的原料、技术方式和生产工艺均不相同，塑造的保水剂产品分子质量相差较大，保水性能和耐用时间也大相径庭。国家对保水剂的生产和售卖也缺乏统一的标准，有些甚至没有国家相关专利，因此市面上的保水剂质量良莠不齐。此外，保水剂生产技术虽然已经发展成熟，但在市面生产销售较多的一般仍为聚丙烯酸盐类保水剂，生产原料多为丙烯酸和淀粉以及其他成分，导致生产成本较大，流程长，产品价格较其他农资产品偏高。在农业生产上，成本较高，农户难以应用，且宣传推广力度较差，因此推广具有局限性，很难合理使用和大面积推广。因此，对于科学研究来说，一方面是需要研制出吸水速率更高，保水能力更强，耐用度更高，适应范围更广泛的保水剂产品，另一方面是减少生产中保水剂的无效原料和成本。

（二）缺乏对保水剂的系统综合研究

保水剂必须具备一定的降雨量或者灌水量才可发挥效果，在干旱较为严重（年降水量小于300mm）的地方单纯使用保水剂效果并不理想，需配合其他农业灌溉设施进行配套使用。在农业实际应用中，保水剂的施用效果因当地气候特点不同，土壤质地、水分、盐分、离子类型存在差异，灌溉水量、降雨量不同的地区也不尽相同，以及保水剂自身的类型和特性、施用的农作物的种类都会影响其保水性能，这导致影响保水剂实际效果的差异。

针对不同作物、不同的气候土壤类型、农业生产条件、灌水模式等系统的研究较少。而对于保水剂应用来说，多因素综合影响研究也较少，而且对适用保水剂的温度、降水量、地温相关的指标测定也尚不充分。有些地区因降水量低，土壤砂质、瘠薄，蒸发较快，单使用保水剂一种节水措施效果较差，必须结合旱作农业节水设施（喷灌、滴灌、覆膜灌溉等）配套使用效果较好；有些地区降雨量中等偏上，适合雨养农业，可单施保水剂就可以达到节水增产的效果。当前，保水剂种类繁杂，应用效果受不同环境制约，很难取得一致具有代表性的结论。因此对上述因素进行系统研究是今后应用研究的重点，应结合不同地区，气候土壤差异，不同的保水剂和施用条件，配套的农业节水设施、灌水模式、不同的作物类型进行广泛应用试验，探究适合当地气候和土壤类型、水肥条件、作物类型、灌水模式，且探究适合不同地区、不同作物类型的保水剂施用量、施用方法以及与不同的农艺措施、灌溉措施结合的研究，形成针对不同保水剂、不同地区和作物类型适合的应用范围和应用节水技术规范，这对今后保水剂的应用推广和不同旱作农业措施的结合方面提供理论指导，也对农业抗旱节水发展具有重要意义。

（三）缺乏保水剂对作物生长发育相关的研究

保水剂所吸收保持的水分是否可供给作物吸收，还受制于保水剂对水分的吸附能力和植物自身的水分生理特征。因此，要实现增产增效的目标，必须系统研究关于保水剂对植物的生长发育影响因素，以及施加保水剂对作物肥料和水分利用效率的影响。并综合当地的气候自然条件，作物对温度水分的要求进行进一步阐明，以此确定保水剂的用量和适用范围。目前，针对植物不同生育期，对水分的需求、形态特征、光合特性、根系特性以及水分利用效率、肥料利用效率、产物转化分配以及对作物产量品质综合影响的研究较少。因此在不同地区、温度、降水、土壤环境下，针对不同作物类型施加保水剂进行应用研究试验尤为重要，也是保水剂应用研究需要解决的问题。

（四）缺乏保水剂经济作用范围研究

保水剂根据其特性决定其自身具有一定的经济效益使用范围。当保水剂用量过少时，无法达到预期的节水增产的效果，但如果施用量过大不但会增加生产成本，同时在土壤水分不足时保水剂会争夺作物的水分，导致水分供应的不足。保水剂可吸收保持水分，但无法制造水分，因此只能在一定土壤和水分条件下才可发挥保水剂本身的保水作用。在施用时，保水剂对当地的降水量或灌溉水量有一定的需求，如果当地过于湿润，施用保水剂与不施用作物产量收益相差不大，并不经济；如果过于干旱，单纯施用保水剂并无法达到抗旱效果，反而投入过大，同样会造成成本亏损，甚至还有可能导致供水不足作物减产造成更大的经济损失。因此在保水剂对农业的应用研究中，只针对保水剂的施用量、施用方式等研究是局限的，对使用效果较好的保水剂进行成本核算以及经济效益分析，估算其经济施入量，制定适宜投放区（可通过等降水量线进行划分区域）的相关规范，可对保水剂的推广使用提供科学依据。

（五）缺乏可降解保水剂经济作用范围研究

以天然高分子为原料的可降解性保水剂已越来越受到人们的重视，但我国目前市场上的保水剂仍然集中在合成类上。同时也存在着降解缓慢或难以降解的问题。缺少对不同类型的保水剂与肥料问的相互关系的研究，导致对保水剂的应用只注重其保水性能，而忽视其作为缓释膜的应用。国外已做了不少相关的研究。如海藻酸钠类、聚氨基酸类、微生物等，而国内对这方面的研究还很少。因此，加强天然可生物降解的保水剂已成为当务之急。

（六）保水剂的生态安全性问题评价

在保水剂的生产制造过程中，部分保水剂所使用的反应物和溶剂可能存在一定毒性，因此在长期使用过程中，对环境和生物是否产生危害，以及长期使用之后对生态环境是否存在破坏性。保水剂不易降解，长期在土壤中积累是否会造成不利的影响。目前相关研究和报道较为缺乏，存在一定争议。在粮食作物，蔬菜、水果等园艺作物上使用保水剂，也尚未出现不良影响，且也未发现保水剂对人、畜、作物产生安全隐患。当今，国家大力支持绿色、有机、生态农业开发，对粮食安全、食品安全越发重视。之后应对于保水剂的生产、应用研究、环境生态安全、对人和作物的安全性、产品质量需进行系统性的研究和制定相关评价标准。

解决以上的关键问题，将会使保水剂这项节水技术得到更好的推广，从而形成以保水剂为中心的综合保水节水技术体系，也将会大大缓解我国目前农业水资源严重缺乏的问题。而且保水剂还可以防止土壤退化和荒漠化，提高粮食以及其他作物的产量，从而在一定程度上缓解粮食危机。