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添加复合保水剂对无土栽培基质保水性能的影响

时间:2014-08-18 08:57来源:未知 作者:admin 点击:
添加复合保水剂对无土栽培基质保水性能的影响
张璐, 孙向阳, 田赟, 龚小强
( 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室,北京100083)

水土资源不足是制约我国21 世纪农林业发展的两大自然因素. 发展节水型无土栽培,能够经济有效地利用我国有限的水土资源,是一项具有重大意义的研究课题. 保水剂( 又称吸水剂、持水剂) ,是近40 年来迅速发展的一种新型材料,具有特殊的抗旱、保水、节水等作用. 虽然保水剂对栽培基质持水性能、植物生长的影响研究已有较多报道,但多数集中于土壤中的应用研究. 有关保水剂应用于无土栽培基质的效果报道尚不多见,尤其是我国在这方面研究更少. 因此,保水时间长、易降解、对环境无毒无害且价格低廉的优质无土栽培基质保水剂是我国节水型无土栽培发展的重要方向[7]. 目前,虽然高分子保水剂可有效节水节肥,但对栽培基质的理化性质无调节作用. 而且,某些高分子保水剂pH 值普遍偏高,长时间施用易造成栽培基质碱性增强,此类保水剂的某些降解产物还可能对周围环境有毒害作用,导致基质和植物质量下降,不利于植物根系生长和对营养物质的吸收. 同时,高分子保水剂对生产工艺和原材料来源要求高,价格昂贵,在一定程度上限制了此类保水剂的推广. 所以,具有适宜pH、降解产物无毒无害且价格低廉等特性的保水剂应用于无土栽培是我国节水型农林业面向未来可持续发展的重要趋势. 文中的自制复合保水剂可有效改善栽培基质的持水性能,使用方法简便,用量易掌握. 同时,由于其含有营养物质和特殊微孔结构,长期使用对栽培基质理化性质和颗粒结构均有一定的调节和改良作用,提高植物品质和产量. 本文系统研究和比较添加不同用量的4 种自制复合保水剂和对照保水剂的栽培基质湿容重、最大持水量、水分蒸发速率和发芽试验,以期筛选出优质的无土栽培基质保水剂,为无土栽培生产中高效利用水资源和科学合理使用保水剂提供理论和实践依据,对促进节水型无土栽培的可持续发展具有深远意义.

1 材料与方法
1. 1 试验材料与制备
自制复合保水剂原材料( 表1) : β-环糊精、可溶性淀粉,分析纯AR; 羧甲基纤维素钠,化学纯CP; 竹炭粉,购于桂林新竹大自然生物材料有限公司,粒径0. 25mm; 玉米芯热解粉,自制,以农林废弃物玉米芯为原料,粉碎,调节玉米芯颗粒含水率( ≤10%) 后放入自主研发的炭化炉内进行高温热解处理,处理温度范围为160℃—220℃,约10—20min 后,收集固体产物,冷却过筛即得,粒径0. 25mm.
自制复合保水剂原材料的特性
自制复合保水剂制备方法: 按照原材料比例( 表2) ,称量一定量于烧杯中,加入适量去离子水,在65℃下水浴加热10—20min,其间不断搅拌至混合物呈胶体状,置于电热恒温鼓风干燥箱( 80℃) 中干燥后粉碎,过孔径为1mm 的土壤筛,即得粉末状自制复合保水剂.
自制复合保水剂原材料的特性
注: 溶胀度是衡量保水剂遇水溶胀时体积变化的量度,无量纲物理量
自制复合保水剂选择: β-环糊精+ 羧甲基纤维素钠+ 可溶性淀粉( β + CMC + K) 、β-环糊精+ 羧甲基纤维素钠+ 竹炭粉( β + CMC + Z) 、β-环糊精+ 羧甲基纤维素钠+ 可溶性淀粉+ 竹炭粉( β + CMC + K + Z) 、β-环糊精+ 羧甲基纤维素钠+ 可溶性淀粉+ 玉米芯热解粉( β + CMC + K + TD) .对照保水剂选择: 旱宝贝( CK) ,型号为MP3005KM,购于北京金元易生态工程技术中心,颗粒状.基质选择与预处理: 堆置园林废弃物,是将园林废弃物修剪的枝进行堆肥处理得到的产品[9],购于北京市京圃园生物工程有限公司. 对基质进行预处理,待基质干燥、粉碎后,过孔径为0. 25mm 的土壤筛,并将各保水剂与基质按质量比1 ∶ 5、1 ∶ 10、1 ∶ 20 混合均匀,使其吸水至饱和,待用.发芽试验: 供试种子品种为小白菜( Brassica rapa L. Chinensis Group.,小早1 号) ,购于
北京中蔬园艺良种研究开发中心.
1. 2 测定方法
基质( 添加保水剂) 湿容重: 称量经预处理的基质30g,风干,在其呈自然状态下,加满体积为100cm3 的环刀( 避免对环刀内基质施加外力,如挤压) 后将基质倒入100ml 烧杯( M1) ,加入适量去离子水,待其吸水至饱和,称重M2 .
根据公式: 湿容重= ( M2 - M1) /100,计算湿容重.
基质( 添加保水剂) 最大持水量: 称量经预处理的基质30g,待其水分自由沥干至不再滴水,称重M3,烘干,称重M4 . 根据公式: 最大持水量= ( M3 - M4) × 100% /M3,计算最大持水量.
基质( 添加保水剂) 水分蒸发速率: 称量经预处理的基质30g,放入100ml 烧杯内. 将烧杯置于电热恒温鼓风干燥箱中恒温鼓风干燥( 30℃) ,分别在时间间隔为0、24、48、72、96h 时称量总重Mb,根据公式: 蒸发速率= ( Mb - Mb + 1) /时间间隔,计算蒸发速率( Mb为Mb + 1前一次时间间隔称量的总重) .
发芽率( F) 和发芽指数( GI) : 在培养皿内放一张滤纸,将各保水剂与干燥基质( 未过筛、未粉碎) 按质量比1 ∶ 5、1 ∶ 10、1 ∶ 20 混合均匀,待其吸水至饱和后称取10g 均匀铺于滤纸上. 将10 粒小白菜种子均匀置于基质表面,放入种子发芽箱内. 模拟自然发芽状态,变温范围为20℃—25℃,低温保持10h 且光照度控制在0lx,高温保持14h 且光照度控制在3500lx. 培养过程中,向皿内加入适量去离子水,保证基质含水量为60%—70%,培养72h 后取出. 根据公式: F = ( 发芽种子粒数/10) × 100% 和GI = ( 自制复合保水剂的发芽率× 芽长) /( CK 的发芽率× 芽长) ,计算F 值和GI 值.
1. 3 数据处理
试验数据采用Excel 2007 和SPSS16. 0 数据处理软件,进行方差分析和多重比较.
 
2 结果与分析
2. 1 保水剂种类及用量对栽培基质湿容重的影响
无土栽培中常以容重衡量基质颗粒间排列的疏松程度. 反映在实际应用中,如无土栽培基质这类容重小且吸水多的基质,湿容重较干容重更能反映其实际情况.
不同保水剂处理的基质湿容重的比较
注: a,b,c 表示各水平p < 0. 05 多重比较,字母相同表示不显著,字母不同表示显著; 表中数字是由平均值± 标准差组成,下同.
由表3 可知,不同比例下,添加相同保水剂的基质湿容重随着保水剂用量减少逐渐减小. 相同比例下,各基质湿容重大小依次均是β + CMC + K + TD > β + CMC + Z > β + CMC +K > β + CMC + K + Z > CK. 通过方差分析和多重比较( p < 0. 05) ,比例为1 ∶ 5时,处理β +CMC + K + TD 基质湿容重最大,处理CK 最小,处理β + CMC + K + TD 和CK 与其它3 种处理均呈显著差异,其中,处理β + CMC + K 和β + CMC + K + Z 差异不显著. 比例为1 ∶ 10和1 ∶ 20 时,均是处理β + CMC + K + TD 最大,处理CK 最小,各比例下的5 种处理均呈显著差异. 随着保水剂用量增加,基质湿容重变大的原因是添加保水剂后其自身吸水膨胀,基质含水量增加,液相比例也随之增加,所以湿容重变大. 相同比例下添加复合保水剂尤其是添加β + CMC + K + TD 的基质湿容重均较CK 大,究其原因可能是复合保水剂原材料如可溶性淀粉是高分子化合物,其分子链上含大量亲水性羟基基团,使保水剂亲水基团种类和数量均有所增加,且其经高温水浴加热后含有效的三维空间网状结构增多,蓄水空间加大,吸水量也随之增加. 同时,由于添加竹炭粉和玉米芯热解粉的复合保水剂,使其自身具有特殊的微孔结构,改善基质紧实度,基质疏松多孔,提高基质通气透水性. 所以,随着复合保水剂吸水膨胀的规律性变化,基质颗粒间的排列也发生变化,单位体积的蓄水空间变大,分散的基质颗粒聚合呈团粒状,优化基质物理结构,有利于板结的基质结构良性发展. 所以,添加复合保水剂尤其是添加β + CMC + K + TD 的基质湿容重优于处理CK.
(责任编辑:admin)
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