不同材質(zhì)保水劑對玉米生長綜合效率的DEA模型分析

許紫峻, 汪溪遠, 師慶東, 陳嬌, 李 浩, 徐婉婷, 王 偉

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046;2.新疆綠洲生態(tài)重點實驗室, 烏魯木齊 830046; 3.中國科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 830046)

不同材質(zhì)保水劑對玉米生長綜合效率的DEA模型分析

許紫峻1,2, 汪溪遠1,2, 師慶東1,2, 陳嬌3, 李 浩1,2, 徐婉婷1,2, 王 偉1,2

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 烏魯木齊 830046;2.新疆綠洲生態(tài)重點實驗室, 烏魯木齊 830046; 3.中國科學(xué)院 新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 830046)

為進一步促進保水劑在干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)中的合理應(yīng)用，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(Data Envelopment Analysis，DEA)模型評價不同材質(zhì)保水劑施用在干旱區(qū)荒漠土壤時對生物生長促進的綜合效率，從而確定在該環(huán)境中最具效率的保水劑品種。本研究選取AA-AH，KCE和PAA3種保水劑，首先測試了3種保水劑在模擬當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境基本特征條件下的基本特性，其次將它們應(yīng)用于室內(nèi)玉米盆栽種植試驗，最后在上述試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上使用DEA模型分析了3種不同保水劑在荒漠土壤中對生物生長的促進作用，結(jié)果表明：(1) PAA的耐鹽性能較好，而AA-AH的環(huán)境持久性最好，AA-HA保水劑的施用對土壤的副作用最??；(2) 3種保水劑都有顯著提高玉米出苗率和土壤持水能力，其中AA-HA對增加土壤持水性能的效果最好，PAA促進玉米株高的效果最好，保水劑濃度的增加并不能顯著改善土壤持水性能，但不同保水劑功效在同等濃度下表現(xiàn)也不同，如KCE在20 g/m2濃度下增加玉米地面生物量的效果最好，而AA-AH則在40 g/m2下表現(xiàn)最佳。綜合評價表明3種保水劑在0.6 g濃度時玉米生長的綜合效率都達到DEA有效值，當(dāng)濃度增加到1.2 g時玉米生長的綜合效率均下降，降幅為：PAA>KCE>AA-HA，說明AA-HA在低濃度使用量下在荒漠土壤環(huán)境中使用時效率最佳的。綜上所述保水劑在干旱荒漠地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和荒漠生態(tài)修復(fù)方面有很好的應(yīng)用前景。面對品種繁多的保水劑產(chǎn)品，DEA模型可以用來分析評價最適合當(dāng)?shù)貞?yīng)用環(huán)境的品種，本研究為提高保水劑對植物生長綜合效率及合理選用保水劑提供了理論方法。

保水劑;DEA模型; 高溫反復(fù)吸水; 綜合效率

新疆地處亞歐大陸中部且深居內(nèi)陸，受氣候的影響降水少而蒸發(fā)量大，水資源已成為制約新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的限制性因素之一[1]。保水劑作為一種節(jié)水保墑技術(shù)在干旱區(qū)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，有關(guān)保水劑研制和應(yīng)用的研究日益增多[2-6]。保水劑又稱高吸水性聚合物(Super Absorbent Polymer，SAP)，是一種高分子材料。能吸納本身質(zhì)量幾百甚至上千倍的水，并具有反復(fù)吸水的功能[7]。大量研究表明，保水劑具有抗旱、改善土壤物理性質(zhì)、提高植物出苗率和促進植物生長等功效[8-14]，已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)保護中[15-20]。目前，有關(guān)保水劑吸水特性的研究多集中于不同水質(zhì)、不同pH值和低溫等情況的影響[21-22]，但關(guān)于高溫對保水劑持續(xù)吸水性能影響的研究尚不多見，也缺乏有關(guān)保水劑投入濃度對植物生長綜合效率評價的研究。同時，關(guān)于保水劑對植物生長的研究多集中于保水劑對植物生長某項指標(biāo)的影響，如田娜等[23]研究發(fā)現(xiàn)旱地寶保水劑對垂盆草的發(fā)芽率有促進作用但濃度超過1.5 g/L后增長不顯著，李興等[24]研究表明PAM-2100保水劑在0.05%濃度下能夠明顯促進梭梭和白梭梭種子的發(fā)芽率，但當(dāng)濃度為0.1%時對種子發(fā)芽率沒有明顯促進作用，蔣雅琴等[25]研究表明大粒徑保水劑濃度超過0.5%濃度時對增加幼苗株高、最大葉面積等指標(biāo)影響不顯著，小粒徑保水劑濃度超過1%時對增加幼苗株高、最大葉面積等指標(biāo)影響不明顯。且不同保水劑促進植物生長的指標(biāo)和最適濃度的對比效率研究較為缺乏。本文針對這種情況引入DEA模型評價不同保水劑之間的對植物的作用效率，為指導(dǎo)保水劑的選擇使用提供定量評價方法。

DEA模型是一種評價決策單元相對有效性的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法。它能夠分析不同決策單元的不同量綱指標(biāo)之間投入—產(chǎn)出效率的相對關(guān)系。例如鄧洪波等[26]利用DEA模型對安徽省城市旅游效率進行研究，韋浩華等[27]運用DEA方法對農(nóng)戶的林地經(jīng)營效率進行測算，許建偉等[28]采用DEA交叉評價模型測算甘肅省12個地級市的構(gòu)建城市效率。DEA模型已廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的效率比較測算，根據(jù)其計算原理,本文將該模型應(yīng)用于評價不同保水劑對植物生長影響的研究中,討論保水劑對植物生長的綜合效率，有助于保水劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的合理化利用。

本文以MP 3 005 KCE保水劑(以下簡稱KCE)與新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研制的PAA和AA-AH保水劑為研究對象，研究不同保水劑在不同狀態(tài)下吸水特性的變化趨勢和對玉米生長的綜合效率，并運用DEA模型分析3種保水劑在不同投入量下對玉米生長的綜合效率的影響。為合理選用不同保水劑在荒漠化治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土壤 本試驗為促進保水劑在研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理應(yīng)用，土壤樣品采自新疆大學(xué)阜康研究基地(位于新疆昌吉州阜康市滋泥泉子鎮(zhèn)，距阜康市東部46 km處)的荒漠土壤，該地區(qū)年均降水量為248.4 mm，而年均蒸發(fā)量為1 553.2 mm。供試土壤含水率為3.65%、pH值為9.21、有機質(zhì)為5.468 g/kg、全氮為0.54 g/kg、全磷為0.599 g/kg。

1.1.2 保水劑 本試驗所使用的3種保水劑均為市售產(chǎn)品，過40目標(biāo)準(zhǔn)篩，選取粒徑在40目篩下的部分作為試驗材料。其中AA-AH保水劑為新疆大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院生產(chǎn)，化學(xué)成分為含有腐植酸的丙烯酸聚合物；PAA保水劑為新疆大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院生產(chǎn)，化學(xué)成分為純丙烯酸聚合物；KCE保水劑為法國SNF(愛森)公司生產(chǎn)，化學(xué)成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。

1.2 試驗設(shè)計和方法

(1) 保水劑基本性能測試：保水劑吸水倍率的測試[1,24,29]：用電子天平準(zhǔn)確稱取各種粉狀保水劑0.1 g(m1)，放入1 000 ml的燒杯中，然后加入500 ml水溶液，使其靜置4個小時后，待樹脂充分溶脹，用100目的尼龍篩網(wǎng)濾瀝靜置20 min去除未吸附的游離水，然后稱出吸水凝膠的質(zhì)量m，按下式計算出吸水率Q：

保水劑可逆性的測試：稱取相同質(zhì)量0.1 g的3種保水劑[30]，放置在100目的尼龍濾袋中，然后使其充分浸入去離子水中，待其充分吸水4 h后懸掛靜止20 min除去未吸附的游離水后稱其質(zhì)量，并記錄。再放入鼓風(fēng)干燥箱中進行烘干，溫度設(shè)置為70℃，再將烘干后的濾袋繼續(xù)浸入去離子水中吸水，反復(fù)吸水20次。

(2) 室內(nèi)盆栽植物試驗：通過玉米種植試驗探究保水劑對土壤和植株的影響，采用花盆(d=19.5 cm，h=16.0 cm)進行種植，保水劑分別按20 g/m2，40 g/m2兩種濃度梯度進行設(shè)置(對應(yīng)每盆為0.6 g和1.2 g)，其中1盆不加保水劑作為空白組，將保水劑和土壤及添加劑充分混合，每個花盆中12顆玉米種子。由于土壤的堿性過高，每個花盆澆入1 L濃度為0.5 g/L的硫酸鐵溶液。以后每隔五天澆水500 ml(不再添加硫酸鐵)，澆水兩次后再不澆水，記錄植物的生長狀況。通過測定玉米種子的出苗率、地面生物量、株高、枯萎天數(shù)[31]，土壤含水率和pH值[32-33]，分析不同保水劑在不同濃度下對土壤和植株的影響，得出保水劑對哪些指標(biāo)有更明顯作用。

(3) 保水劑DEA評價分析：數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法[26]選取決策單位(Decision Making Unit,DMU)多項投入、產(chǎn)出數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型求解得到效率邊界線的點，構(gòu)成所謂的數(shù)據(jù)包絡(luò)線。凡是落在邊界上的DMU，則被認(rèn)為具有最有效的投入產(chǎn)出組合，效率值標(biāo)定為1，而不在邊界上的DMU 則被認(rèn)定為無效率，并給予1個相對的效率值指標(biāo)(大于0而小于(1)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Microsoft Office Excel 2007和SPSS 17.0進行方差分析和多重比較，Origin 7.5對數(shù)據(jù)進行畫圖處理，Deap 2.1進行DEA模型的處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種保水劑基本性能測試結(jié)果與分析

2.1.1 3種保水劑不同溶液中吸水倍率結(jié)果與分析 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中保水劑吸取溶液的種類并不單一。選取去離子水、0.9%NaCl溶液、弱堿性水(pH值7.5～8.5)，自來水、井水和土壤浸提液(土樣與去離子水1∶5混合，充分震蕩后靜置24 h取上清液)6種不同溶液，測試AA-HA、KCE和PAA3種保水劑在6種不同溶液中的吸水倍率(圖1)。3種保水劑在6種溶液中的吸水倍率大小均為PAA>AA-AH>KCE，AA-AH和KCE兩種保水劑在6種溶液中的吸水倍率相差并不明顯(p>0.05)。0.9%Nacl溶液中PAA保水劑的吸水倍率較其他兩種保水劑增加明顯，說明PAA保水劑的耐鹽性較其他兩種保水劑好(p<0.05)。

注：同組柱形圖上不同小寫字母表示不同處理下差異達顯著水平(p<0.05)。

圖13種保水劑在不同溶液中的吸水倍率

2.1.2 3種保水劑吸水力比結(jié)果與分析 保水劑混入土壤后，水分充足時(降水、灌溉)會吸水膨脹，干燥時水分慢慢釋放，再遇水又會吸水膨脹。在反復(fù)吸水、干燥過程中，保水劑的吸水能力逐漸降低。最后在日照、高溫、細菌等作用下被分解為無毒物質(zhì)殘留在土壤中[30]。干旱區(qū)高溫干燥且日照強烈施用保水劑時應(yīng)關(guān)注其持久性，選取AA-HA、KCE和PAA3種保水劑在70℃下反復(fù)干燥、吸水20次測試保水劑的持久性(圖2)。試驗表明隨著吸水和干燥次數(shù)的增加3種保水劑的吸水力比降低，3種保水劑均在第一次吸水干燥時吸水力比達到最大值，第20次時吸水力比達到最小值。吸水力比降幅為PAA>KCE>AA-HA，說明AA-HA保水劑在干旱高溫環(huán)境中其吸水能力的耐久性和持續(xù)性較其他兩種保水劑好。

圖2 3種保水劑吸水力比圖

2.2 室內(nèi)盆栽植物試驗

2.2.1 3種保水劑對土壤含水率和pH值影響結(jié)果與分析 土壤pH值和含水率是土壤的重要屬性，它不僅直接影響植物的生長，同時也影響到土壤肥力和其他一些性質(zhì)[34]。分別測定玉米在AA-HA、KCE和PAA3種保水劑0.6 g和1.2 g兩種濃度作用下20 d時土壤pH值和含水率(見圖3)。3種保水劑的加入均使土壤的pH值升高，且隨著保水劑的濃度增加而升高，影響作用依次為：KCE>PAA>AA-HA，AA-AH保水劑作用于土壤后pH值升高的程度較其他兩種保水劑小，因AA-AH復(fù)合型保水劑中有腐殖酸的成分起到中和的作用。3種保水劑的保水性隨濃度增加而增加，在0.6 g濃度下保水能力大小為：KCE >AA-HA>PAA，在1.2 g濃度下則為AA-HA>KCE>PAA。

圖3 土壤pH值和含水率圖

2.2.2 保水劑對玉米出苗率和土壤持水性能結(jié)果與分析 干旱地區(qū)的年降水量與蒸發(fā)量[1]，作物的生長受到極大的挑戰(zhàn)，如何增加作物的發(fā)芽率和土壤持水性能至關(guān)重要，選取AA-HA 、KCE和PAA 3種保水劑并設(shè)置0.6 g和1.2 g兩個濃度，測試保水劑對玉米的發(fā)芽率和土壤持水性能的影響結(jié)果見表1。

加入保水劑后，玉米的出苗率和枯萎天數(shù)較空白組都明顯增加(p<0.05)，就發(fā)芽率來看加入3種保水劑后玉米的發(fā)芽率較空白組均增加了17%，保水劑對增加玉米的發(fā)芽率有顯著作用(p<0.05)。AA-HA保水劑在0.6 g濃度下玉米枯萎天數(shù)較空白組增加61.5%；KCE保水劑增加7.7%；PAA保水劑增加23.1%。AA-HA保水劑在1.2 g濃度時玉米枯萎天數(shù)較空白組增加69.2%；KCE保水劑增加11.5%；PAA保水劑增加23.1%。保水劑增加土壤持水性能大小為AA-HA>PAA >KCE，AA-HA保水劑增加土壤持水性能較其他兩種保水劑好，3種保水劑的濃度超過1.2 g后玉米的枯萎天數(shù)較0.6 g時沒有顯著增加(p<0.05)。

表1 不同濃度保水劑對作物抗旱性影響

注：同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示不同處理下差異達顯著水平(p<0.05)。

2.2.3 保水劑對玉米生長狀況影響結(jié)果與分析 株高和地上生物量是描述作物生長狀況好壞的重要指標(biāo)，株高是水分響應(yīng)的的主要體現(xiàn)，而地上生物量則是描述植株地上干物質(zhì)量積累的過程[35]。分別測量玉米種子在AA-HA、KCE和PAA3種保水劑0.6 g和1.2 g兩種濃度梯度作用下20 d時株高(圖4)，并測定玉米在枯萎后玉米的地面生物量(圖5)。加入3種保水劑后玉米的株高較對照組均有明顯增加且隨保水劑濃度的增加而增加，保水劑在0.6 g濃度下，AA-HA保水劑處理組較對照組株高增加11.1%，KCE保水劑處理組增加13.9%，PAA保水劑處理組株高增加50%。在1.2 g濃度下，AA-HA保水劑處理組較對照組株高增加44.7%，KCE保水劑處理組株高增加53.4%，PAA保水劑處理組保水劑株高增加63.2%。PAA保水劑對玉米株高的促進作用較其他兩種保水劑好，促進植株株高生長能力的大小為：PAA>KCE>AA-HA。保水劑施用后玉米的地面生物量較對照組有明顯增加，玉米的地面生物量隨保水劑的濃度增加而增加，在0.6 g濃度下增加玉米地上生物量的大小為：KCE>PAA>AA-HA，在1.2 g濃度下增加玉米地上生物量的大小為：AA-HA>KCE>PAA。

圖4玉米20d株高

圖5地面生物量

2.3 DEA模型結(jié)果與分析

以保水劑投入量為投入指標(biāo)，以出苗率、枯萎天數(shù)、地面生物量、株高、土壤含水率和pH值為產(chǎn)出指標(biāo)。利用Deap2.1軟件對保水劑的投入產(chǎn)出效率進行測算，其測算結(jié)果見表2。根據(jù)DEA模型，效率值為1即表示DEA有效，由表2中的保水劑投入產(chǎn)出效率可以看出，AA-HA 、KCE和PAA 3種保水劑的投入產(chǎn)出的綜合效率值總體上較高。其中保水劑DEA綜合效率值為1的有0.6 gAA-HA保水劑、0.6 gKCE保水劑和0.6 gPAA保水劑處于DEA有效的狀態(tài)，另外3種保水劑處于DEA無效狀態(tài)，其中1.2 gPAA保水劑的綜合效率最低為0.545。在DEA模型中，由于綜合效率=技術(shù)效率×規(guī)模效率，因3種保水劑的材質(zhì)不同導(dǎo)致其自身性質(zhì)不同，遂只考慮3種保水劑不同投入量下玉米生長的綜合效率，并未考慮3種保水劑其自身技術(shù)特性，所以從表2可以看出主要是保水劑的規(guī)模效率影響其綜合效率。3種保水劑在投入0.6 g時都達到DEA有效狀態(tài)，但當(dāng)投入量增加到1.2 g時，其綜合效率都有不同程度的下降，降幅為PAA>KCE>AA-HA。發(fā)芽率、枯萎天數(shù)、地面生物量、株高、土壤含水率和pH值6個指標(biāo)雖然隨著保水劑的濃度增加而增加，但對玉米生長的總效率卻在下降，其中AA-HA保水劑的綜合效率降幅最小，為0.244。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，不僅要關(guān)注保水劑會促進作物哪些指標(biāo)的增長，也要考慮保水劑的綜合效率，即投入、產(chǎn)出最優(yōu)化，有利于資源的合理配置。

表2 保水劑綜合效率

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

(1) 現(xiàn)代高分子化學(xué)研究認(rèn)為，保水劑大多是高分子電解質(zhì)，其溶脹力和吸水倍率受溶液中鹽類的影響。當(dāng)保水劑在濃鹽溶液中水合時，與它們在無鹽溶液中的水合相比，其膨脹能力降低[2-3]，這與PAA，KCE和AA-HA3種保水劑在0.9%Nacl溶液中的吸水倍率較去離子水中的吸水倍率下降的試驗結(jié)果相符。

(2) 種子萌發(fā)期和幼苗期是整個植物生長周期中最重要的階段，而水分是干旱區(qū)最重要的限制因素[36]，試驗表明保水劑的加入對玉米的出苗率有明顯的提高，表明保水劑的加入有助于提高玉米的出苗率，與李興、譚國波和王洪君等[22,24,33]研究發(fā)現(xiàn)保水劑有利于植物出苗率的提高的結(jié)論相一致；隨著保水劑的加入玉米的地面生物量、株高和土壤持水性能都有一定程度的增加，這與田娜、毛思帥、趙敏和楊浩[19,23,37-38]等研究結(jié)果相符，說明保水劑有促進植物生長的作用。試驗表明3種保水劑的加入均會造成土壤pH值的升高，且隨著濃度的增加而增加，與楊紅善和李興等[21,39]研究結(jié)果一致。

(3) DEA模型分析結(jié)果表明玉米生長的綜合效率隨保水劑濃度的增大而降低與李興、田娜、和韓旭等[23-24,40]研究證明保水劑濃度過高抑制側(cè)根生長、降低根系活力并使幼苗的根冠比都有先增加后降低的趨勢的結(jié)論相佐證，說明DEA模型在評價保水劑對玉米綜合效率方面有一定的適用性，目前保水劑的種類繁多但缺乏較好的評價方法，DEA模型可根據(jù)不同地區(qū)的不同種植模式，選取適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)對保水劑進行評價，即DEA模型在評價保水劑對生物效能方面有一定應(yīng)用性。

3.2 結(jié) 論

(1) 3種保水劑在去離子水、0.9%NaCl溶液、弱堿性水、自來水、井水和土壤水中的吸水能力均表現(xiàn)為PAA>AA-AH>KCE；PAA耐鹽性較其他兩種保水劑好(p<0.05)；3種保水劑在70℃高溫下進行反復(fù)吸水，隨著反復(fù)次數(shù)的增加3種保水劑的吸水力比均開始下降，其降幅為PAA>KCE>AA-AH，考慮干旱區(qū)的氣候條件等因素可以選擇AA-AH保水劑；保水劑有利于保持土壤水分，抑制水分的蒸發(fā)，并隨保水劑濃度的增加而增加，在0.6 g濃度下保水能力大小為：KCE>AA-HA>PAA，在1.2 g濃度時則為AA-HA>KCE>PAA，施用3種保水劑均會造成土壤的pH值隨著保水劑濃度的增加而升高，其增幅大小為：KCE>PAA>AA-HA，說明AA-HA保水劑的施用對土壤的副作用最小。

(2) 玉米的出苗率、枯萎天數(shù)隨著保水劑的濃度增加而增加，其中保水劑增加土壤持水性能的大小為：AA-HA>PAA >KCE，說明AA-HA保水劑增加土壤持水性能最好，但當(dāng)3種保水劑濃度為1.2 g時其枯萎天數(shù)沒有明顯增加(p<0.05)；增加玉米株高的大小為：PAA>KCE>AA-HA，說明PAA保水劑對增加玉米株高有明顯作用；3種保水劑在0.6 g濃度下增加玉米地面生物量的大小為：KCE>PAA>AA-HA，在1.2 g濃度下增加玉米地面生物量的大小為：AA-HA>KCE>PAA，綜合來看AA-HA保水劑對增加玉米生物量作用更好。

(3) 通過DEA模型分析得出，3種保水劑的投入量為0.6 g時其綜合效率都達到DEA有效值和資源合理利用的最優(yōu)狀態(tài)，保水劑濃度為1.2 g時，3種保水劑的綜合效率的降幅為：PAA>KCE>AA-HA，其中AA-HA保水劑綜合效率下降的最少，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中保水劑并非施用越多越好，保水劑的其綜合效率隨用量增加而降低，在確定保水劑的用量時應(yīng)考慮綜合效率高的濃度，達到資源合理利用的較優(yōu)狀態(tài)。

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AnalysisofImpactofDifferentSuperAbsorbentPolymeronComprehensiveEfficiencyofMaizeGrowthBasedontheDEAModel

XU Zijun1,2, WANG Xiyuan1, SHI Qingdong1,2, CHENG Jiao3,LI Hao1,2, XU Wanting1,2, WANG Wei1,2

(1.Collegeofresourcesandenvironmentalscience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China; 2.KeyLaboratoryofXinjiangOasisEcology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;3.XingjiangInstituteofE-cologyandGeograpHy，ChinaAcademyofSciences，Urumqi830046，China)

In order to further promote the reasonable application of super absorbent polymer r(SAP) in the agricultural production and ecological restoration in arid areas, using the DEA model, we evaluated the comprehensive efficiency of biological growth when different SAPs were applied to desert soil in arid area to promote biological growth, thus the most efficient SAPs were determined. This study selected three SAPs (AA-AH, KCE and PAA )， the basic properties of three SAPs were tested firstly， then SAPs were applied to the experiment of maize planting. The results were analyzed by DEA model. The results are as follows. (1) The salt tolerance of PAA is the best, the environmental persistence of AA-AH is the best, and the side effect of AA-AH ton the soil is the fewest. (2) All three SAPs can significantly improve the sprouting rate of maize and the water retention of soil, the AA-AH has the best effect on the water retention and PAA has the best effect on increasing maize plant height. Higher concentrations of SAPs cannot improve the soil water retention significantly, but different SAPs have different performance in the same concentration, KCE has the best effect on increasing the ground biomass of maize in the concentration of 20 g/m2and AA-AH has the best effect he concentration of 40 g/m2. The comprehensive evaluation proved that the comprehensive efficiency of all three SAPs could reach DEA effective value in the concentration of 0.6 g, the growth efficiency of maize all decreased when the concentration of three types of SAPs reached 1.2 g, reduced rate decreased in the order: PAA>KCE>AA-AH. The result shows that AA-AH has the best effect in desert soil under low concentration. Conclusion demonstrated that the SAP has good application prospect in the agricultural production and ecological restoration in arid areas. DEA model can analyze and evaluate the most suitable one from large variety of SAPs, this study provides theoretical basis for increasing the comprehensive efficiency of SAPs on plant growth and the reasonable application of SAPs. The absorption capacity of PAA in deionized water, 0.9% NaCl solution, alkali water, tap water, well water and soil leaching liquor were better than the other two super absorbent polymer. The suction force ratio of three super absorbent polymers decreased with repeated suction increase under 70 celsius system, the repeated suction capacity of AA-AH is the best. The water retention of super absorbent polymers increased with the concentration, the water retention of KCE in the concentration of 0.6 g is the best, and the water retention of AA-AH in the concentration of 1.2 g is the best. the pH of soil increases with the super absorbent polymers concentration, the sequence is KCE>PAA>AA-HA. The germination rate of maize and drought resistance significantly increased (p<0.05), which AA-HA super absorbent polymer increased capacity of drought resistant maize (p<0.05), but the best three kinds of super absorbent polymers concentration is more than 1.2 g after the drought resistance of maize does not significantly increase at the concentration of 0.6 g (p>0.05). The PAA increased maize height more than the other two super absorbent polymers significantly; KCE at the concentration of 0.6 g had the best effect on increasing maize ground biomass, AA-AH at the concentration of 1.2 g had the best effect on increasing maize ground biomass; when the three kinds of super absorbent polymers were at the concentration of 0.6 g, maize growth comprehensive efficiency could achieve the effective value of DEA, when the concentration increased to comprehensive the efficiency of 1.2 g the growth of maize decreased, a decline sequence was: PAA>MP 3005 KCE>AA-HA. This study provides theoretical basis for the research of DEA model in the evaluation of the comprehensive efficiency of super absorbent polymers on plant growth and the reasonable application of super absorbent polymers in arid area.

super absorbent polymers; DEA; high temperature repeatedly absorbing water; comprehensive efficiency

S482.8

A

1005-3409(2017)06-0160-07

2016-06-16

2016-09-26

科技支疆項目(20139911105);國家科技支撐計劃項目(2014BAC15B01)

許紫峻(1993—),男,新疆維吾爾自治區(qū),烏魯木齊市人,碩士研究生,研究方向為環(huán)境演變和環(huán)境修復(fù)。E-mail:928608285@qq.com

汪溪遠(1977—),男,江蘇徐州市人,講師,主要從事廢棄物資源化利用應(yīng)用研究。E-mail:1076135474@qq.com