保水劑在煙草上的應(yīng)用研究進展

陳芳泉 邵惠芳 許自成 黃五星 范藝寬 張慢慢 趙蓉蓉

摘要：干旱嚴(yán)重限制煙草生長發(fā)育，影響煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。保水劑作為一種化學(xué)制品，已成為目前煙草栽培中節(jié)水增產(chǎn)增值研究的新方向。本文綜述了保水劑的作用機理及其對煙田土壤性狀和煙草生長的影響，并就保水劑在煙草應(yīng)用上出現(xiàn)的問題進行了分析和展望。

關(guān)鍵詞：煙草；保水劑；節(jié)水；土壤；應(yīng)用

中圖分類號：S572+S482.99文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2016）06-0156-04

近年來，水資源匱乏現(xiàn)象日趨明顯，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。在水分脅迫條件下，煙株會發(fā)生一系列非正常的生理生化反應(yīng)，影響煙株正常生長發(fā)育，降低煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。在此情況下，抗旱節(jié)水對煙葉優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)具有重要意義。

缺水情況下，傳統(tǒng)的耕作方式及農(nóng)業(yè)工程已經(jīng)無法滿足煙草對水分的需求。隨著科學(xué)的發(fā)展，在化肥、地膜等化學(xué)制品使用之后，保水劑也逐漸被研發(fā)利用。在干旱地區(qū)，保水劑相當(dāng)于小型土壤水庫[1]，起到保水持水、為煙株生長供水的作用。本文主要對保水劑的作用機理和其在煙草生產(chǎn)上的應(yīng)用效果之研究現(xiàn)狀進行綜述，并據(jù)此進行分析和展望，以期為煙草高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1保水劑的作用機理

保水劑是一種新型高分子吸水材料，由高分子三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及大量親水基團組成[2]，具有穩(wěn)定性好、高吸水保水等功能。在短時間內(nèi)，它能夠吸收其自身質(zhì)量幾百倍甚至上千倍的水分[3]。據(jù)馮浩等[4]研究，保水劑的吸水力最大為13～14 kg/cm2，而植物根系的吸水力一般是17～18 kg/cm2，故保水劑吸收的水分不但不易散失，而且在干旱時能緩慢釋放供作物吸收利用[5]。因此，保水劑在煙草生產(chǎn)上可起到改良土壤結(jié)構(gòu)、保持土壤含水等多種作用[6～9]。

2保水劑對煙田土壤性狀的影響

2.1對土壤含水量的影響

保水劑施入煙田后能將土壤中多余的水分及降水吸收，減少田間土壤蒸發(fā)，提高煙田土壤含水量。左廣玲等[10]研究表明，施用保水劑能夠有效抑制煙田土壤水分的散失，且隨保水劑用量的增大，抑制效果增強。另有研究得出，保水劑還能使土壤水分保持在近表層，降低水分向深層土壤的入滲[11～13]，利于煙苗移栽成活?？梢?，保水劑在土壤中扮演著“小型水庫”的角色，起到減少土壤水分深層滲漏、減少蒸發(fā)[14]、保蓄水分的作用。

2.2對土壤結(jié)構(gòu)的影響

保水劑能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增大土壤總孔隙度，減小土壤容重。有研究發(fā)現(xiàn)保水劑處理的砂姜黑土的土壤總孔隙度提高9.4%，容重下降13.5%[15]。保水劑混入土壤后，吸水成凝膠，能將土壤中的細小顆粒集結(jié)起來，形成較大的團聚體[16]，土壤基本物理性狀顯著改變[17]。同時，土壤施入保水劑后，經(jīng)過保水劑的吸水放水過程，使其變得更加疏松，毛管孔隙度變大，土壤團聚體增加[18]。曹麗花等[19]研究得出保水材料利于土壤形成大于0.25 mm的水穩(wěn)性團聚體。

綜上，保水劑通過改變土壤固液氣三相比例[20]，可以顯著降低土壤容重，增大土壤的總孔隙度，并提高土壤的通氣性能，但也有研究認為保水劑如果施用過多會引起土壤團粒含量下降，導(dǎo)致土壤板結(jié)[21]。

2.3對土壤pH值的影響

土壤pH值與土壤養(yǎng)分及作物生長息息相關(guān)。一般情況下，保水劑的使用會使土壤堿性化，隨著保水劑用量的增加，土壤pH值也逐漸變大[22]。不同保水劑的生產(chǎn)原料及生產(chǎn)程序的差異，也會導(dǎo)致土壤pH值變化情況的不同。楊逵[23]通過試驗表明，有機-無機復(fù)合保水劑對土壤pH值的影響不明顯，沒有打亂土壤的基本緩沖系統(tǒng)，對植株的正常生長也不會產(chǎn)生影響。劉春生等[24]研究了KD-1型抗旱保水劑對土壤pH值的影響，也得出相似結(jié)論。

2.4對土壤養(yǎng)分的影響

保水劑具有吸附養(yǎng)分的能力，施入土壤后，可以減少養(yǎng)分的淋溶損失。國內(nèi)外有學(xué)者研究得出，保水劑與土混施可節(jié)約肥料30%[25，26]。員學(xué)鋒等[27]在淋溶試驗過程中發(fā)現(xiàn)加入保水劑的土壤淋溶液中的硝酸根離子、磷酸根離子、鉀離子含量均顯著少于對照。姚建武等[28]研究表明施入保水劑的0～30 cm土層在一定強度淋溶下，氮肥淋溶損失減少34.7%。Haverone、Walker、馬煥成等試驗證明施加保水劑對土壤養(yǎng)分氮磷鉀等營養(yǎng)元素有明顯的保蓄作用，這種作用隨保水劑用量的加大而增強[29～31]。

保水劑的保肥性在一定程度上可有效減少可溶性養(yǎng)分的淋失，從而顯著增加土壤的持肥能力[32]。另外，Sojka等[33]還發(fā)現(xiàn)保水劑能增加土壤中微生物的活躍度，增強微生物解鉀解磷固氮能力，提高土壤養(yǎng)分的利用率?？梢?，在土壤中加入保水劑有利于養(yǎng)分的保蓄及有效利用，在現(xiàn)代優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)上至關(guān)重要。

3保水劑對煙草生長的影響

3.1對煙株生長發(fā)育的影響

保水劑與土混勻并充分吸收水分后，在煙株根系周圍形成一個區(qū)域蓄水中心，改變田間小環(huán)境，能夠在較長時間內(nèi)為煙株提供水分，促進根系生長發(fā)育[34]，促進煙株生長[35]，顯著提高煙株干物質(zhì)積累量、生物量[20]及葉面積[36]等。

鐘秋瓚等[37]研究表明保水劑用量按1～3 g/株施用時，水分蒸發(fā)量最少，顯著促進烤煙根、莖、葉的生長，增加根、莖、葉干重。且有關(guān)研究顯示隨保水劑用量的增加，煙株的莖圍、高度、葉片數(shù)均呈上升趨勢[38]。

保水劑的使用對煙株光合特性也產(chǎn)生一定的影響。趙銘欽等[39]研究認為保水劑能夠調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度，進而增強煙葉光合能力，促進煙葉生理代謝，使煙株旺盛生長，且煙株光合能力與保水劑用量呈正相關(guān)。汪耀富等[40]研究證明土壤施入保水劑后煙株蒸騰速率變小，光合能力和水分利用效率均明顯提高，進而提升煙株的抗旱能力，利于干旱情況下的煙株生長。

3.2對煙葉經(jīng)濟性狀及煙葉品質(zhì)的影響

保水劑在一定條件下可以增大煙株最大葉長葉寬，提高單葉重，增加煙葉的產(chǎn)量、上等煙比例、均價和產(chǎn)值，協(xié)調(diào)煙葉化學(xué)成分[41]，提高煙葉品質(zhì)。

保水劑能有效增加煙葉中還原糖含量，降低煙堿含量，有利于煙葉品質(zhì)的改善[40]。劉世亮等[42]研究表明低用量時保水劑可使煙葉中總糖、還原糖和鉀的含量均增加，氯離子、煙堿及淀粉的含量明顯減少，當(dāng)保水劑用量在15～30 kg/hm2時煙葉產(chǎn)量產(chǎn)值顯著提高，煙草的經(jīng)濟效益最佳。彭菊等[43]通過試驗得出保水劑用量在37.5～45.0 kg/hm2范圍內(nèi)，煙葉產(chǎn)量最高，煙葉的經(jīng)濟效益和質(zhì)量等級最好。

劉毅等[44]研究表明使用保水劑增加了煙株生物量和煙葉產(chǎn)量，減少了煙堿的含量，使煙葉糖堿比更為協(xié)調(diào)，同時提高鉀的利用率，進而使煙葉鉀氯比、鉀含量顯著增加。可見保水劑對促進煙草旺盛生長和提高煙葉產(chǎn)量、產(chǎn)值、上等煙比例[45]及改善煙葉品質(zhì)尤為重要。

4分析與展望

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對保水劑進行深入研究后認為，保水劑通過自身的特殊構(gòu)型，一方面可以吸水放水，改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤保水能力，減弱干旱對煙草的不利影響；另一方面也可減少養(yǎng)分的淋溶損失，提高養(yǎng)分利用率，且在減少養(yǎng)分浪費的同時更利于促進煙草生長。但是由于市場上可用于生產(chǎn)保水劑的原料種類、粒徑大小及使用技術(shù)的不同，其對煙草生長也會產(chǎn)生不同的影響[46]。因此，在生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)健全保水劑對煙葉生產(chǎn)的集成調(diào)控體系，從經(jīng)濟環(huán)保、優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)等角度，選用更適合現(xiàn)代煙草發(fā)展的類型及技術(shù)。

未來還需著重研究：①長期使用保水劑對煙草田間病害及煙田土壤微生物的影響。②由于保水劑可以在作物根系周圍建立保蓄球囊，加之保水劑的保肥功能，所以可以嘗試與不同肥料或農(nóng)藥配施，利用保水劑、水分、肥料的三者結(jié)合實現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。③力爭從分子層面發(fā)掘保水劑影響煙株生長的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生理機理等。④研究不同保水劑原料及其使用方法對不同品種煙草的影響，研發(fā)生態(tài)環(huán)?？山到馇页杀痉限r(nóng)民需求易普遍推廣的產(chǎn)品。

參考文獻：

[1]黃占斌，朱書全，張鈴春，等. 保水劑在農(nóng)業(yè)改土節(jié)水中的效應(yīng)研究[J]. 水土保持研究，2004，11（3）：57-60.

[2]鄒新禧. 超強吸水劑[M]. 第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]Janardan S，Singh J. Effect of stockosorb polymers and potassium levels on potato and onion[J]. J. Potassium Res.，1998，4（1）：78-82.

[4]馮浩，吳普特，吳淑芳，等. 一種土壤保水保肥劑及其制備方法[P]. CN，doi：CN101481280 B，2011.

[5]尤晶，李永勝，朱國鵬，等. 保水劑農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究現(xiàn)狀與展望[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2012（12）：76-79.

[6]肖伯萍，謝丁興，李鑫. 保水劑對干旱牧區(qū)苜蓿生長的影響[J]. 節(jié)水灌溉，2012（1）： 25-27.

[7]毛思帥，Islam M R，賈鵬飛，等. 保水劑和施肥量對沙地燕麥生產(chǎn)的影響[J]. 麥類作物學(xué)報，2011，31（2）：308-313.

[8]李晶晶，白崗栓. 保水劑在水土保持中的應(yīng)用及研究進展[J]. 中國水土保持科學(xué)， 2015，10（1）：114-120.

[9]李振，王百田，曹曉陽，等. 不同水分脅迫下保水劑與肥料混合對苗木蒸騰速率的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（24）：50-53.

[10]左廣玲，葉紅勇，杜朝軍，等. 大豆秸稈基保水劑對南陽煙田土壤物理性狀及煙葉生長的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012，27（2）：15-19.

[11]謝伯承，薛緒掌，王紀(jì)華，等. 保水劑對土壤持水性狀的影響[J]. 水土保持通報， 2004，23（6）：44-46.

[12]王宇，葉建仁. 保水劑種類及含量對土壤水分蒸發(fā)的影響[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，32（4）：95-97.

[13]楊直毅，汪有科，趙穎娜，等. 樹枝覆蓋與保水劑對土壤水分的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報，2010，29（1）： 97-99.

[14]莊文化，馮浩，吳普特. 高分子保水劑農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2007， 23（6）：265-270.

[15]何傳龍，李布青，殷雄，等. 新型抗旱保水劑對土壤改良和作物抗旱節(jié)水作用的初步研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，30（5）：771-773.

[16]劉瑞鳳，張俊平，鄭欣，等. PAA-atta復(fù)合保水劑對土壤物理性質(zhì)的影響[J]. 土壤，2006，37（2）：231-235.

[17]蘇文強，楊磊，楊冬梅. 高吸水樹脂在土壤改良中的效應(yīng)[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2004，32（5）：35-36.

[18]陸榮，蔡磊，張峰. 高吸水樹脂的農(nóng)業(yè)應(yīng)用[J]. 山東化工， 2015（3）：95-97.

[19]曹麗花，劉合滿，趙世偉. 不同改良劑對黃綿土水穩(wěn)性團聚體的改良效果及其機制[J]. 中國水土保持科學(xué)，2011，9（5）：37-41.

[20]劉世亮，寇太記，介曉磊，等. 保水劑對玉米生長和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化供應(yīng)的影響研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005，39（2）：146-150.

[21]左廣玲，葉紅勇，杜朝軍，等. 大豆秸稈基保水劑對煙田土壤水分及煙草生長的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，40（1）：79-81.

[22]任巖巖，武繼承. 保水劑對土壤性質(zhì)及土壤微生物的影響研究進展[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2009（4）：13-15.

[23]楊逵. 有機-無機復(fù)合保水劑的保水性能和對土壤理化性質(zhì)的影響[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2008.

[24]劉春生，楊吉華，馬玉增，等. 抗旱保水劑在果園中的應(yīng)用效應(yīng)研究[J]. 水土保持學(xué)報，2003，17（2）：134-136.

[25]Kumazawa K. Nitrogen fertilization and for sustainable agriculture nitrate pollution in groundwater in Japan：present status and measures for sustainable agriculture[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems，2002， 63（2/3）：129-137.

[26]杜建軍，茍春林，崔英德，等. 保水劑對氮肥氨揮發(fā)和氮磷鉀養(yǎng)分淋溶損失的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2007，26（4）：1296-1301.

[27]員學(xué)鋒，汪有科，吳普特，等. 聚丙烯酰胺減少土壤養(yǎng)分的淋溶損失研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2005，24（5）：929-934.

[28]姚建武，王艷紅，唐明燈，等. 施用保水劑對旱地赤紅壤持水能力及氮肥淋失的影響[J]. 水土保持學(xué)報，2010，24（5）：191-194.

[29]Haverone M E，MacKinon M D，F(xiàn)edorak P M. Polyacrylamide added as a nitrogen source stimulates methanogenesis in consortia from various wastwaters[J]. Water Research，2005，39（14）：3333-3341.

[30]Walker P，Kelley T. Solids，organic load and nutrient concentration reductions in swine waste slurry using a polyacrylamide（PAM）-aided solids flocculation treatment[J]. Bioresource Technology，2003，90（2）：151-158.

[31]馬煥成，羅質(zhì)斌，陳義群，等. 保水劑對土壤養(yǎng)分的保蓄作用[J]. 浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報， 2004（4）：404-407.

[32]范富，張慶國，侯迷紅，等. 保水劑對不同質(zhì)地土壤保肥性影響的研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31（6）：115-120.

[33]Sojka R E，Entry J A，F(xiàn)uhrman J J. The influence of high application rates of polyacrylamide on microbial metabolic potential in an agricultural soil[J]. Applied Soil Ecology，2006，32：243-252.

[34]杜太生，康紹忠，魏華. 保水劑在節(jié)水農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與展望[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2000，21（5）：317-320.

[35]王丹，宋湛謙，商士斌，等. 高分子材料在化學(xué)固沙中的應(yīng)用[J]. 生物質(zhì)化學(xué)工程， 2006，40（3）：44-47.

[36]Woodhouse J，Johnson M S，黨秀麗. 超吸水性多聚物對作物幼苗存活和生長的影響[J]. 水土保持應(yīng)用技術(shù)，2001（3）：17-19.

[37]鐘秋瓚，郭偉，肖先儀，等. 保水劑對烤煙生長及產(chǎn)量的影響[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2014（19）：18-22.

[38]馬煥成，Elke Nelles-Swhelm. 保水劑在干熱河谷造林中的應(yīng)用研究[M]. 昆明：云南科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[39]趙銘欽，趙進恒，張迪，等. 保水劑對烤煙光合特性日變化的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010，43（6）：1265-1273.

[40]汪耀富，韓富根，劉國順，等. 聚丙烯酰胺對旱區(qū)烤煙生理特性及煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2004，38（3）：263-266.

[41]許志強，朱衛(wèi)星，徐鋼，等. 土壤保水劑用量對烤煙生長發(fā)育和產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 作物研究，2012，26（4）：371-373.

[42]劉世亮，劉芳，化黨領(lǐng)，等. 抗旱保水劑對烤煙生長及品質(zhì)的影響研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25（4）：109-113.

[43]彭菊，王文華，林煥新，等. 施用不同用量保水劑對煙草農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 耕作與栽培，2014（5）：4-5.

[44]劉毅，胡義強，申昌優(yōu)，等. 保水劑在煙葉生產(chǎn)上的應(yīng)用研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2011，23（7）：47-52.

[45]楊正敏，李春林，李翠萍. 不同保水劑對云縣烤煙品質(zhì)及經(jīng)濟性狀的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：199-202.

[46]黃占斌. 農(nóng)用保水劑應(yīng)用原理與技術(shù)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.