保水剂对黄绵土、褐土及沙土物理特性影响研究

论文摘要

本研究针对目前我国农林保水剂应用领域不同类型保水剂基本性能揭示还不够全面和清楚,保水剂与土壤结合后对土壤性能的影响研究还不够完善,特别是土壤水分-能量关系研究和土壤保水保肥能力改善作用研究还很缺乏,保水剂使用长效性研究不足等现状,选取了我国北方地区三种具有典型代表意义的土壤类型和国内外市场上常见的若干种保水剂类型,通过室内试验精准测定和野外试验长期观测的结合,对保水剂对土壤物理特性的影响作了初步研究。探索保水剂在不同质地土壤中的作用规律,以期为实践生产中的品种遴选、浓度制定、综合评价等提供理论支持。本研究主要分为室内试验和野外试验两个部分。室内试验又分为两部分,第一部分是保水剂常规性能及影响因子测定,具体包括品种筛选和低温对保水剂性能的影响；第二部分是保水剂对黄绵土、褐土、沙土三种土壤特性的影响,具体包括不同保水剂品种、浓度对三种土壤水分能态的影响、对土壤主要物理性质的影响、对土壤保水保肥能力的影响。通过对比分析三种土壤持水释水性能、土壤水分有效性能,土壤容重、孔隙度、团粒结构等物理性质的变化,和土壤在淋溶试验中保水剂对氮肥、钾肥和磷肥的保持能力,来揭示保水剂在土壤中的作用机理,同时对不同品种保水剂、保水剂浓度等方面进行评比和分析,以其筛选出适合于不同土壤类型的保水剂,探索合适的保水剂使用浓度等具有争议性的前沿问题。野外试验分为三部分,即对保水剂在黄绵土地区、褐土地区、沙质土壤地区野外造林中的应用,主要考虑保水剂对苗木、草本植物生长的影响,通过测定株高、地径、光和作用等生长生理指标,来揭示保水剂对植物作用机理。主要初步研究结果如下：（1）保水剂的吸水倍率受溶液pH值和溶液离子浓度的影响较大：溶液酸（碱）性越强,保水剂的吸水倍率降低的越快；溶液离子特别是阳离子浓度越大,保水剂吸.水倍率越小,并且对于金属阳离子而言,离子的价态越高对保水剂吸水倍率的抑制作用越明显。基于土壤保水剂在我国北方寒冷地区越冬是否对其长效性产生影响作了初步研究,结果表明：-20℃低温冷冻对钾基—聚丙烯酸脂—聚丙烯酰胺三聚体保水剂吸水倍率造成明显降低,-15℃低温冷冻对聚丙烯酸盐C类保水剂吸水倍率造成降低。（2）保水剂施入土壤中之后,土壤含水量和植物可利用水分含量都显著提高了,但是二者之间并不呈现线性相关。植物可利用水分含量的提高程度在不同的土壤水吸力范围内表现出差异性,这种提高作用在低吸力段（<0.8 MPa）明显高于高吸力段（0.8～1.5 MPa）,且在0.05 MPa以下之间尤其显著。增加土壤中保水剂的浓度能明显提高土壤含水量和可利用水分含量,这种提高的趋势基本符合指数递减规律,即随着土壤水吸力的增大,土壤含水量增加的倍数逐渐减小。（3）保水剂能够有效改善土壤三相比例、增加总孔隙度和毛管孔隙度、降低土壤容重,促进土壤团粒结构的形成。对于黄绵土壤而言,保水剂对2-0.25mm粒径土壤团粒结构有明显的促进作用,且与浓度关系不大。对于北京褐土而言,保水剂在低浓度下（≤0.5%）主要促进了1-0.25mm粒径团聚体的形成,在高浓度段（≥0.75%）主要促进了2-0.5mm粒径段土壤团聚体的形成。（4）保水剂能够增加对肥料的吸附作用,减少肥料的淋失量,有利于植物营养元素的吸收和滞留。从保水剂对K肥的保持能力来看,对于试验的三种土壤基本都遵循丙烯酰胺与丙烯酸钾的共聚物（A）>钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物（B）>聚丙烯酸盐E类。从保水剂对土壤保持N肥能力来看,在偏粘性土壤中为丙烯酰胺与丙烯酸钾的共聚物（A）类>钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物（B）类>聚丙烯酸盐E类；而在偏粉粒性土壤中为聚丙烯酸盐E类保水剂>钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物（B）类>丙烯酰胺与丙烯酸钾的共聚物（A）类。从保水剂对土壤保持P肥能力来看,三者相差不大。（5）保水剂评价：对于三种土壤保水剂的适用性排序为：在晋西黄绵土中为,钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物类（B）>聚丙烯酸盐E类>聚丙烯酸盐C类>丙烯酰胺与丙烯酸钾的共聚物类（A）>聚丙烯酸盐D类；在北京褐土中为,丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物（A）类≈钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物（B）类>聚丙烯酸盐E类>聚丙烯酸盐C类>聚丙烯酸盐D类；在东胜沙土中为,丙烯酰胺与丙烯酸钾的共聚物（A）>钾基—聚丙烯酸酯—聚丙烯酰胺共聚物（B）>聚丙烯酸盐C类>聚丙烯酸盐E类>聚丙烯酸盐D类。（6）野外试验表明,保水剂处理对于林木幼苗、草坪草各生长指标和光和效率具有明显的促进作用,有利于生物量的积累,但是合理的使用方式和施用量是前提条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前言
• 1.1 保水剂与节水农业
• 1.1.1 我国水资源状况
• 1.1.2 保水剂在节水农业上的应用
• 1.2 保水剂及其特性
• 1.2.1 保水剂与高级吸水树脂
• 1.2.2 保水剂分类
• 1.2.3 保水剂作用机理
• 1.2.4 保水剂应用领域
• 1.3 农林保水剂的应用现状
• 1.3.1 国外保水剂发展及应用现状
• 1.3.2 国内保水剂发展及应用现状
• 1.3.3 农林保水剂实用方法与技术
• 1.4 农林保水剂研究中存在的主要问题
• 1.4.1 保水剂基本性能研究
• 1.4.2 保水剂对土壤水分能量关系的研究
• 1.4.3 保水剂对土壤物理性质影响研究
• 1.4.4 保水剂对土壤保水保肥性能影响研究
• 1.4.5 保水剂应用效果研究
• 1.5 农林保水剂今后研究方向
• 2 研究内容与方法
• 2.1 研究目的
• 2.2 研究内容
• 2.3 关键技术
• 2.4 技术路线
• 2.5 试验内容及方法
• 3 保水剂的吸水性
• 3.1 试验设计
• 3.1.1 试验说明
• 3.1.1.1 试验时间及地点
• 3.1.1.2 试验药品及材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.2.1 吸水倍率测定
• 3.1.2.2 吸水速率测定
• 3.1.2.3 吸水强度测定
• 3.2 试验结果
• 3.2.1 吸水倍率
• 3.2.1.1 溶液pH值对保水剂性能的影响
• 3.2.1.2 常见离子对保水剂性能的影响
• 3.2.2 吸水速率
• 3.2.3 吸水强度
• 3.3 小结
• 4 低温对保水剂性能的影响
• 4.1 试验设计
• 4.2 试验结果
• 4.2.1 干燥状态下低温对保水剂吸水倍率的影响
• 4.2.2 饱和状态下低温对保水剂吸水倍率的影响
• 4.3 小结
• 5 保水剂对土壤水分能态的影响
• 5.1 试验材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.2 保水剂对黄绵上土壤水分有效性的影响
• 5.2.1 保水剂对土壤持水性的影响
• 5.2.1.1 保水剂浓度对土壤饱和含水量的影响
• 5.2.1.2 保水剂浓度对土壤含水量的影响
• 5.2.2 保水剂对上壤释水性的影响
• 5.2.2.1 保水剂对土壤水分特征曲线的影响
• 5.2.2.2 比水容量变化趋势
• 5.2.3 保水剂对土壤水分有效性的评价
• 5.3 不同保水剂对北京褐土水分有效性的影响
• 5.3.1 保水剂对土壤持水性的影响
• 5.3.1.1 保水剂浓度对土壤饱和含水量的影响
• 5.3.1.2 保水剂浓度对上壤含水量的影响
• 5.3.2 保水剂对土壤持水性的影响
• 5.3.2.1 保水剂对土壤水分特征曲线的影响
• 5.3.2.2 比水容量变化趋势
• 5.3.3 保水剂对土壤水分有效性的评价
• 5.4 不同保水剂对东胜沙土水分有效性的影响
• 5.4.1 保水剂对土壤持水性的影响
• 5.4.1.1 保水剂浓度对土壤饱和含水量的影响
• 5.4.1.2 保水剂浓度对土壤含水量的影响
• 5.4.2 保水剂对土壤释水性的影响
• 5.4.2.1 保水剂对土壤水分特征曲线的影响
• 5.4.2.2 比水容量变化趋势
• 5.4.3 保水剂对土壤水分有效性的评价
• 5.5 保水剂改善土壤水分与用量之间的函数关系
• 5.6 小结
• 5.6.1 晋西黄土水分特征影响
• 5.6.2 北京褐土水分特征影响
• 5.6.3 东胜沙土水分特征影响
• 5.6.4 对比研究
• 6 保水剂对土壤物理性质的影响
• 6.1 试验材料与方法
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 试验方法
• 6.1.2.1 土壤容重、孔隙度的测定
• 6.1.2.2 土壤团粒结构的测定
• 6.2 保水剂对晋西黄土土壤物理性质的影响
• 6.2.1 保水剂对晋西黄土容重、孔隙度的影响
• 6.2.2 保水剂对晋西黄土团粒结构的影响
• 6.3 保水剂对北京褐土土壤物理性质的影响
• 6.3.1 保水剂对北京褐土容重、孔隙度的影响
• 6.3.2 保水剂对北京褐土团粒结构的影响
• 6.4 保水剂对东胜沙土上壤物理性质的影响
• 6.4.1 保水剂对东胜沙土容重、孔隙度的影响
• 6.4.2 保水剂对东胜沙土团粒结构的影响
• 6.5 小结
• 7 保水剂对土壤的保水保肥效应
• 7.1 试验材料与方法
• 7.1.1 试供材料
• 7.1.2 试验方法
• 7.2 试验结果与分析
• 7.2.1 不同土壤条件下淋溶液体积变化趋势
• 7.2.1.1 晋西黄土不同保水剂条件下淋溶液体积变化
• 7.2.1.2 北京褐土不同保水剂条件下淋溶液体积变化
• 7.2.1.3 东胜沙土不同保水剂条件下淋溶液体积变化
• 7.2.2 不同类型保水剂对N、P、K养分的保持效应
• 7.2.2.1 不同保水剂对K元素养分保持效应
• 7.2.2.2 不同保水剂对N元素养分保持效应
• 7.2.2.3 不同保水剂对P元素养分保持效应
• 7.3 小结
• 8 晋西黄土区保水剂应用效果
• 8.1 研究区概况
• 8.2 试验设计
• 8.3 试验结果与分析
• 8.3.1 保水剂对幼苗成活率的影响
• 8.3.2 保水剂对幼苗株高的影响
• 8.3.3 保水剂对幼苗地径的影响
• 8.3.4 保水剂对幼苗光和速率的影响
• 8.4 小结
• 9 北京褐土区保水剂应用效果
• 9.1 研究区概况
• 9.2 试验设计
• 9.2.1 试验草种材料选择
• 9.2.2 生长生理指标测定
• 9.3 结果与分析
• 9.3.1 保水剂对草坪草出苗率的影响
• 9.3.2 保水剂对草坪草株高的影响
• 9.3.3 保水剂对草坪草光和速率的影响
• 9.3.4 保水剂对草坪草生长量的影响
• 9.4 小结
• 10 沙土区保水剂应用效果
• 10.1 试验区概况
• 10.2 试验设计
• 10.3 试验结果与分析
• 10.3.1 保水剂对幼苗成活率的影响
• 10.3.2 保水剂对幼苗株高的影响
• 10.3.3 保水剂对幼苗胸径的影响
• 10.4 小结
• 11 结论
• 11.1 保水剂是改善土壤水分的有效手段,但受多种因素制约
• 11.2 保水剂改善土壤水分能态,增加土壤有效水分
• 11.3 保水剂改良土壤物理性质,优化土壤团粒分级
• 11.4 保水剂增强土壤保水保肥,促进营养元素吸收
• 11.5 保水剂促进植物光和效率,有利于生物量积累
• 12 讨论与建议
• 12.1 讨论
• 12.2 建议
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢