保水剂施用层次对草坪生长及土壤水肥的影响
李佳岭1, 李龙保1, 廖宗文2, 刘天增1, 张巨明1*,*
1.华南农业大学农学院,广东 广州 510642
2.华南农业大学资源环境学院,广东 广州510642
*通讯作者。E-mail:jimmzh@scau.edu.cn

作者简介:李佳岭(1989-),女,四川绵竹人,硕士。E-mail:846191995@qq.com

摘要

本研究利用多年生黑麦草草坪,探究保水剂在土壤中的最佳施放层次,以提高草坪土壤的水肥利用率。实验将保水剂分别施放在土壤表层以下0,5,10和15 cm处,采用正常浇水和大淋浇水两种不同灌水方式,定期观测黑麦草生长速度、土壤体积含水量、淋溶液养分淋失量、土壤养分变化以及草坪外观质量等指标。实验结果表明,黑麦草草坪7.5 cm浅层和20 cm深层土壤体积含水量、养分持有能力、草坪密度均受不同层次施用保水剂影响,保水剂在深层和浅层施用都能发挥保水作用,提高草坪肥料持有能力。土壤表层以下5 cm施用保水剂对土壤水分的保持能力最强,对N和P的保持能力最好,草坪密度最大,为施用保水剂的最佳层次。

关键词: 多年生黑麦草; 保水剂; 施放层次
中图分类号:S543+.6 文献标志码:A 文章编号:1004-5759(2014)04-0061-07
The effect of different super absorbent polymer applying layer on turf growth and soil water and fertility
LI Jia-ling1, LI Long-bao1, LIAO Zong-wen2, LIU Tian-zeng1, ZHANG Ju-ming1
1.College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
2.College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract

The study was conducted to research best layer which can be applied super absorbent polymer for increasing usage rate of water and fertilizer in perennial ryegrass turf medium. The treatment was applying SAP 5 cm under the soil horizon, 10 cm under the soil horizon, 15 cm under the soil horizon and blank control respectively. It adopted two different watering methods: normal irrigation and large leaching irrigation, and then we tested and analyzed turfgrass growth rate, soil water content, amount of leaching nutrient, change of soil nutrient and perennial ryegrass turfgrass apparent traits at regular intervals. The study illustrated that 20 cm deep and 7.5 cm shallow applied layer had different effects on soil water content, the capacity of retaining fertilizer, turf density, and SAP can improve the capacity of retaining fertilizer and play a role in water retention in perennial ryegrass turfgrass in different layers. Applying SAP at 5 cm under the soil horizon was considered the best layer in turf medium as this depth had the best capacity of water, N and P retention, as well as producing the maximum turf density.

Keyword: perennial ryegrass; super absorbent polymer (SAP); applying layer
引言

保水剂是利用强吸水性树脂制成的一种具有超强吸水保水能力的高分子聚合物。它具有反复吸水功能, 所吸持水分的85%~95%可缓慢释放, 供植物吸收利用。同时, 保水剂能增强土壤保水性, 改良土壤结构, 减少土壤水分养分流失, 提高水肥利用率[1, 2]。从20世纪中后期开始, 国外针对保水剂在草坪应用方面有较为系统和深入的研究[3, 4, 5, 6]。就保水剂对草坪草植株水分变化、肥料养分吸收与消耗等生理、草坪质量以及土壤结构等方面进行了研究[4, 5, 6]。我国草坪业起步较晚, 对保水剂的研究大多数都集中在农作物上, 在草坪上的研究并不多见, 进入20世纪末期才开始研究保水剂在草坪领域的应用[7]。目前国内外保水剂品种繁多, 应用效果又受多种因素的影响, 其中缺乏在不同节水灌溉制度、灌溉模式条件下草坪施用保水剂效果的研究, 对保水剂在草坪土壤中的最佳施用位置还不够明确[8, 9, 10, 11, 12]。多年生黑麦草作为草坪草在我国广泛种植, 且研究较多[13, 14]

本研究以保水剂在土壤中的施用层次作为切入点, 研究保水剂在不同施用层次、不同灌溉模式条件下对多年生黑麦草(Lolium perenne cv.Pinnacle)草坪土壤淋溶液养分淋失的影响以及对多年生黑麦草草坪外观质量性状的影响, 旨在找出保水剂在草坪土壤中的最佳施用层次, 从而为草坪合理利用保水剂, 提高保水剂的使用效果提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 试验地概况

试验地位于广州市天河区华南农业大学农学院草业科学系试验室楼层空旷处。试验地北纬23° 09', 东经113° 21', 属典型亚热带季风海洋气候, 雨热同期且雨量充沛; 2011年平均气温22℃, 最高温出现在8月, 最低温在1月; 年平均降水量1534.3 mm, 相对湿度79%。总气候特点是气温高, 降水多, 霜日少, 日照多, 雷暴频繁。

1.2 试验材料

试验草坪草种为多年生黑麦草“ 顶峰(Pinnacle)” , 发芽率为96.2%。保水剂为“ 安信” 牌农林抗旱保水剂, 干燥状态下为白色固体细微颗粒, pH值为6.0~8.0, 直径为0.4~1.0 mm, 吸水后膨大呈无色凝胶状。

1.3 试验设计

试验为盆栽试验。种植盆为高24 cm, 下窄上宽的塑料盆, 最宽处直径为25 cm, 土壤装盆时底部垫纱网。盆栽试验基质为85%的纯沙均匀混合15%的进口泥炭。每个处理设置3个重复, 共12盆, 随机排列。试验设置4个处理, 分别于距离土壤表面5, 10和15 cm处成层施放100%保水剂, 分别标记为T5、T10和T15, 同时设一个空白对照即不添加保水剂, 记为CK, 保水剂的施用量为5 g/m2。本研究于2011年3月13日播种, 播种量为300粒/盆。草坪于2011年4月10日成坪。成坪后开始测定黑麦草草坪不同土壤深度的保水能力, 试验时间为2011年4月10日至2011年5月5日。保水能力测定阶段结束后开始测定黑麦草草坪不同土壤深度的土壤保肥能力, 试验时间为2011年5月5日至2011年5月20日。

1.4 试验管理

灌水分为两种不同方式。一种是正常浇水, 即2 d浇水一次; 另一种是大淋浇水, 即5 d浇水一次。大淋浇水时每盆浇水1000 mL。正常浇水的灌水量根据期间蒸发皿的蒸散量确定:浇水量(mL)=蒸散量(mL)× 种植盆表面积(m2)/蒸发皿表面积(m2)试验在需要测定淋溶液的各项指标时, 就采用大淋模式灌水, 大淋后收集淋溶液, 在4℃冰箱保存待测定养分含量。自试验开始(2011年3月13日)正常浇水至2011年5月1日; 大淋浇水自2011年5月5日至2011年5月15日, 大淋3次, 取淋溶液3次。试验过程中不施肥。试验过程中当黑麦草株高达10 cm时修剪, 剪至4.5 cm, 如此循环, 直至实验结束。

1.5 观测项目与方法

1.5.1 草坪草成坪速度

草坪草出苗至草坪盖度达90%时认为草坪成坪, 所经历的时间记为成坪速度。

1.5.2 草坪草生长速度

剪草时, 随机选取5处测量株高, 再用锋利剪刀将草坪草整盆修剪至4.5 cm, 下次修剪时再随机选取5株进行株高测量, 再次修剪至4.5 cm。取5株测定平均值。根据剪前和剪后平均高度的变化算出生长速度。

1.5.3 土壤体积含水量

利用Feild Scout TDR-100土壤水分速测仪分别测定土层表面至土层以下7.5和20 cm处两个层次体积含水量, 每个测量层次在盆内随机选取3处进行测定。

1.5.4 淋溶液测定指标

淋溶液养分淋失量测定指标包括电导率、全N含量、全P含量、全K含量。电导率采用电导率仪测定, 全N含量采用过硫酸K氧化-紫外分光光度法测定, 全P含量采用钼酸铵分光光度法测定, 全K含量采用火焰光度计法测定[15, 16, 17]

1.5.5 草坪外观质量

草坪外观质量包括密度、盖度、颜色和均一性指标的测定与评价。

密度:采用实测法, 制作10 cm× 10 cm的样方, 将样方置于待测草坪上, 统计样方内的草坪草枝条数。在待测草坪随机选取3处, 重复3次, 取平均值[18]

盖度:采用针刺法, 制定10 cm× 10 cm样方并平均分成100个小格, 将样方置于待测草坪上, 针刺每个节点, 统计接触到草坪草的节点数量, 用接触到节点数占总节点的百分数表示草坪的盖度。在待测草坪随机选取3处, 重复3次, 取平均值[18], 3人同时打分, 取平均值。

颜色:采用9级制目测打分测定方法[19]。盆内草坪或裸地为1分; 有较多枯叶, 较少量绿色为1~3分; 有较多绿色植株, 少量枯叶或盆内基本由绿色植株组成但颜色较浅为5分; 从浅绿到深绿等按照颜色不同色阶为5~7分, 深绿到墨绿7~9分, 3人同时打分, 取平均值。

均一性:采用9级制目测打分测定方法[19]。7~9分表示十分均匀, 5~7分表示均匀, 3~5分表示基本均匀, 1~3分表示不均匀, 1分表示杂乱, 3人同时打分, 取平均值[20]

1.5.6 土壤营养指标

土壤营养指标包括土壤全N、有效N、速效P、速效K。土壤全N采用高氯酸-硫酸快速消化、扩散定N法测定, 有效N采用碱解扩散法测定, 速效P采用0.05 mol/L HCl-0.025 mol/L H2SO4 浸提-钼锑抗分光光度法测定, 速效K采用中性醋酸铵浸提土样, 再用火焰光度法测定浸出液测定[21]

1.6 数据分析

采用Excel 2010进行数据整理, 使用数据分析软件DPS v7.05进行数据方差分析及处理间多重比较。

2 结果与分析
2.1 土壤体积含水量

土壤体积含水量能够直接反映出基质中可供草坪草吸收利用水的情况。在正常浇水的条件下, 土壤7.5与20 cm深度处测得T5、T10、T15的土壤体积含水量均显著高于CK处理体积含水量, 且T5处土壤体积含水量显著高于T10和T15(图1)。

图1 土壤7.5和20 cm深度处各处理土壤体积含水量(图中同一日期用不同字母表示0.05水平差异显著。下同。)Fig.1 Soil volumetric water content of different treatments at depth of 7.5 and 20 cm(Different letters in the same date mean significant difference at P< 0.05 level.The same below.)

2.2 草坪生长速度

实验开始各处理的黑麦草生长速度保持上升趋势, 当达到最高生长速度时, 下降至最低, 而后各处理黑麦草的生长速度均有所上升。4月16日至4月28日, 各处理间黑麦草生长速度无显著差异(P> 0.05), 总体趋势是施放保水剂处理比CK的生长速度快。5月10日, T10的生长速度最快达到1.99 cm/d, T15最低只有1.78 cm/d, 差异达到显著水平(P< 0.05); 5月16日和5月20日, T5生长速度均最快, 显著快于CK、T10、T15的生长速度(图2)。

图2 草坪生长速度变化Fig.2 The change of turf growth rate

2.3 草坪土壤淋溶液养分变化

淋溶液电导率越小, 说明从该处理的黑麦草草坪中淋溶出来的营养物质越少, 保肥能力越强; 反之则越弱。淋溶液全N、全P、全K含量越小, 说明从该处理的黑麦草草坪中淋溶出来的含N、P、K物质就越少, 保肥能力越强; 反之则越弱。大淋阶段, 淋溶液电导率呈逐步减小趋势。5月5日, 淋溶液电导率T5> T10, 5月10日, 5月15日, T5处理淋溶液电导率均为所有处理中最低(图3A)。3次大淋处理中, CK处理的淋溶液全N含量均显著高于有保水剂施用的全N含量。5月5日, 全N含量T5与T15无显著差异; 5月10日, T5的淋溶液全N含量显著低于T10和T15; 5月15日, T5淋溶液全N含量显著低于CK, 显著高于T10(图3B)。CK处理保持P肥的能力比施用保水剂处理弱。5月5日和5月15日两次大淋处理, 有保水剂施用的3个处理之间溶液全P含量均无显著差异; 5月10日, T5处理淋溶液全P含量显著低于T10和T15处理(图3C)。有保水剂施用的3个处理中, T10处理的淋溶液全K含量, 除去在5月5日显著比T15高之外, 均比其他两个处理低。T15处理, 无明显规律。有保水剂处理淋溶液全K低于无保水剂处理, T10处理对K元素的保持能力强于其他3个处理(图3D)。

图3 不同施放深度处理对淋溶液电导率、全N、全P、全K含量的影响Fig.3 Effects of different applying layer on leaching solution conductivity, total nitrogen content, total phosphorus content and total potassium content

2.4 土壤全N、有效N、速效P、速效K变化

实验结束时T5处理的土壤全N含量显著高于其他3个处理, 达到0.10%。施用保水剂处理土壤全N高于CK处理, T5处理对全N的保持能力最大(图4A)。T5处理的土壤有效N含量显著高于CK和T10处理, 达到107 mg/kg, 土壤有效N含量最低的为T10处理, 其含量为91 mg/kg, 显著低于T5处理。CK、T10和T15这3个处理之间土壤有效N含量无显著差异。显然, 整个实验阶段, T5处理的土壤有效N淋失量和消耗量显著低于CK和T10处理(图4B)。CK处理的土壤速效P含量显著低于施用保水剂的3个处理, 为4.3 mg/kg。土壤速效P含量最高的为T15处理, 含量为5.1 mg/kg, T5和T10次之, 分别为4.9和4.8 mg/kg。T5、T10和T15这3个处理之间土壤速效P含量无显著差异(图4C)。土壤速效K含量最高的为T15处理, 其含量为66.4 mg/kg, 显著高于其他3个处理。T5和T10处理之间土壤速效K含量无显著差异。施用保水剂处理土壤速效K高于CK处理, T15处理对速效K的保持能力最强(图4D)。

图4 实验起始-结束阶段土壤全N、有效N、速效P、速效K含量变化Fig.4 The change of total nitrogen rate, available nitrogen content, available phosphorus content, available potassium content at the start and end time of the experiment

2.5 草坪草外观质量

3个观测时期中, T5处理的黑麦草草坪盖度均为最大, 分别达到87.7%, 88.0%和87.3%, 均显著高于CK处理。在5月10日和5月15日T5处理的黑麦草草坪盖度显著高于T15处理。3个观测时期中, T10和T15处理间的黑麦草草坪盖度无显著差异。T5相对于其他两个处理更能够有助于提高黑麦草草坪盖度(图5A); T5处理的黑麦草草坪密度均为最大。3个观测时期中, CK、T10、T15三个处理之间的黑麦草草坪密度无显著差异(图5B); 4个处理之间的黑麦草草坪色泽和均一性都无显著性差异(图5C, 图5D)。这可能是施用层次较深的保水剂能吸附保持来自土壤上层的重力水的缘故。

图5 保水剂不同施放深度处理对草坪密度、盖度、均一性、色泽的影响Fig.5 Effects of different applying layers on turf density, turf coverage, turf uniformity and turf color

3 结论与讨论

国外许多研究表明, 施用保水剂可以提高植物根区的有效含水量, 且保水剂施入层附近含水率变化明显低于表层及深层, 使土壤的失水过程显著减慢, 从而减缓干旱胁迫, 延缓植物凋萎[5, 6, 22, 23, 24, 25, 26]。然而本研究结果表明, 按照蒸散量正常灌溉条件下, 不论浅层(7.5 cm)或深层(20 cm)的土壤体积含水量均是5 cm深处施用保水剂处理较高, 显著高于10和15 cm施用处理。但是在大淋, 即大量灌溉情况下, 在土层以下15 cm处施用保水剂对水分的保持能力最强。

本研究结果也表明, 在不浇水的情况下, 施用保水剂处理的草坪萎蔫速度明显慢于未施保水剂处理。郑群英等[27]的研究表明, 保水剂使用早期可促进冷季型草坪草的生长, 尤其是对抗旱性强的草种。但是本研究的结果表明, 保水剂使用早期对黑麦草草坪的生长速度没有明显促进作用。原因可能是本研究按照蒸散量2 d一次的灌水模式不会导致黑麦草缺水, 保水剂的作用没有得到发挥。

目前的大多研究均表明, 保水剂对草坪草生长影响不显著[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 28]。只有McGuire等[29]发现Labofina PAM保水剂对草坪草密度影响显著, 密度增加了25.5%。本研究中的保水剂在黑麦草草坪上的施放深度研究表明, 保水剂施用后期才对黑麦草草坪的生长速度有明显促进作用, 在草坪外观表现方面, 保水剂的施用仅仅对盖度有显著影响, 对密度、颜色、均一性无显著影响。

本研究发现, 在大量灌溉的情况下, 土壤养分会大量淋失。施用保水剂, 能显著减小土壤养分的淋失, 加入保水剂后土壤中N、P、K 3种养分的残留量都比不加保水剂的空白对照土壤显著高, 表明保水剂具有显著的保肥效果, 可以提高土壤的保肥能力, 减少养分淋失, 土壤N、P、K 3种养分的淋失量大小顺序为:K> N> P, 与刘晓莉[30]的研究结果一致。

研究结果同时显示, 保水剂的持肥能力不但受灌水量的影响, 也受施用深度的影响。在大淋, 即大量灌溉的情况下, 在土壤表面以下10 cm处施用保水剂对土壤中的K元素保持能力稍强, 在土壤表面以下5 cm处施用保水剂对土壤中N元素和P元素的保持能力要优于10和15 cm两个处理。这可能与3种营养元素在土壤中的吸附、固定及其移动性有关。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 吴德瑜. 保水剂与农业[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 1991. [本文引用:1]
[2] 赵永贵. 保水剂的开发及应用进展[J]. 中国水土保持, 1999, (5): 52-54. [本文引用:1]
[3] Rubio H O, Wood M K, Cardenas M, et al. Effect of polyacrylamide on seedling emergence of three grass species[J]. Soil Science, 1989, 148(5): 356-360. [本文引用:1] [JCR: 1.051]
[4] Green R L, Kim K S, Beard J B. Effects of flurprimidol, mefluidide, and soil moisture on St. Augustinegrass evapotranspiration rate[J]. HortScience, 1990, 25(4): 439-441. [本文引用:2] [JCR: 0.938]
[5] Shainberg I, Levy G J. Organic polymers and soil sealing in cultivated soils[J]. Soil Science, 1994, 158(4): 267-273. [本文引用:4] [JCR: 1.051]
[6] Levin J, Ben-Hur M, Gal M, et al. Rain energy and soil amendments effects on infiltration and erosion of three different soil types[J]. Soil Research, 1991, 29(3): 455-465. [本文引用:4] [JCR: 0.822]
[7] 芦海宁, 韩烈保, 苏德荣. 保水剂在草坪中的应用研究进展[J]. 节水灌溉, 2005, (1): 14-18. [本文引用:2]
[8] Jiang Y, Huang B. Effects of calcium on antioxidant activities and water relations associated with heat tolerance in two cool-season grasses[J]. Journal of Experimental Botany, 2001, 52: 341-349. [本文引用:2] [JCR: 5.242]
[9] Jenkins M. Water conservat ion legal limbo[J]. Lawn & Land scape, 2002, 23(10): 112-113. [本文引用:2]
[10] 李晶晶, 白岗栓. 保水剂在水土保持中的应用及研究进展[J]. 中国水土保持科学, 2012, (1): 114-120. [本文引用:2]
[11] 赵晓军, 李生军. 保水剂对草坪草生长及生理指标的影响[J]. 饲草与饲料, 2012, (9): 90-93. [本文引用:2]
[12] 郑群英. 保水剂对草坪草生长发育和节水效果的研究[D]. 兰州: 甘肃农业大学, 2003. [本文引用:2]
[13] 李杰勤, 王丽华, 詹秋文, . 20个黑麦草品系的SRAP遗传多样性分析[J]. 草业学报, 2013, 22(2): 158-164. [本文引用:2]
[14] 刘建新, 王金成, 王瑞娟, . 外源-氧化氮对渗透胁迫下黑麦草幼苗光合和生物发光特性的影响[J]. 草业学报, 2013, 22(1): 210-216. [本文引用:1]
[15] GB/T 11893-89. 水质总P的测定钼酸铵分光光度法B/T 11893-89. 水质总P的测定钼酸铵分光光度法[S]. 1989. [本文引用:1]
[16] 郭彩华. 土壤溶液常规分析中离子含量和电导率之间的关系[J]. 科技情报开发与经济, 2006, 16(14): 153-154. [本文引用:1]
[17] 钱宇红, 邱燕. 过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定水中总N方法的研究[J]. 环境研究与监测, 2007, 20(2): 32-33. [本文引用:1]
[18] 李龙保, 林世通, 黎瑞君, . 广州亚运会足球场草坪质量的综合评价[J]. 草业科学, 2011, 28(7): 1246-1252. [本文引用:2]
[19] 孙吉雄. 草坪学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003. [本文引用:2]
[20] 刘晓静. 草坪质量评价新方法[J]. 甘肃农业大学学报, 2004, 12(6): 651-655. [本文引用:1]
[21] 鲍士旦. 土壤农化分析(第3版)[M]. 北京: 中国农业出版社, 2008. [本文引用:1]
[22] Moslemi Z, Habibi D, Asgharzadeh A, et al. Effects of super absorbent polymer and plant growth promoting rhizobacteria on yield and yield components of maize under drought stress and normal conditions[J]. African Journal of Agricultural Research, 2011, 6(19): 4471-4476. [本文引用:1] [JCR: 0.263]
[23] Ben-Hur M, Faris J, Malik M, et al. Polymers as soil conditioners under consecutive irrigations and rainfall[J]. Soil Science Society of America Journal, 1989, 53(4): 1173-1177. [本文引用:1] [JCR: 1.821]
[24] Gehring J M, Lewis Iii A J. Effect of hydrogel on wilting and moisture stress of bedding plants[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 1980, 105(4): 511-513. [本文引用:1] [JCR: 1.122]
[25] Johnson M S. The effects of gel-forming polyacrylamides on moisture storage in sand y soils[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1984, 35(11): 1196-1200. [本文引用:1] [JCR: 1.759]
[26] Johnson M S, Veltkamp C J. Structure and functioning of water-storing agricultural polyacrylamides[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1985, 36(9): 789-793. [本文引用:1] [JCR: 1.759]
[27] 郑群英, 汪玺, 刘自学, . 草坪建植中使用保水剂的节水效果[J]. 四川草原, 2005, (10): 23-28. [本文引用:1]
[28] 濮阳雪华, 戴子云, 高晨浩, . 高尔夫球场生态环境健康评价研究[J]. 草业学报, 2013, 22(4): 266-274. [本文引用:1]
[29] McGuire E, Carrow R N, Troll J. Chemical soil conditioner effects on sand soils and turfgrass growth[J]. Agronomy Journal, 1978, 70(2): 317-321. [本文引用:1] [JCR: 1.518]
[30] 刘晓莉. 保水剂的保肥性能研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2006. [本文引用:1]