保水剂(super absorbent或super absorbent polymer)是近年来迅速发展起来的一种新型高分子材料，能迅速吸收比自身质量大数百倍甚至上千倍的纯水(Devine et al., 2005; Arbona et al., 2005; Omidian et al., 2005)，而且有反复吸水功能，吸水后的水凝胶可缓慢释放供作物利用。国内从20世纪80年代开始研制和应用保水剂，目前已在蔬菜种植、园林绿化、育苗以及荒山造林中得到广泛应用。

关于保水剂的研究目前多是集中在水分利用效率、植物生长影响以及土壤理化性质改善上。大量试验证明保水剂可大大提高水分利用效率，增加土壤团聚体，改良土壤结构(Helalia et al., 1998)，提高土壤吸水能力，增加土壤含水率，减少水土流失(白文波等，2009)。保水剂可提高播种出苗率，提高苗木成活率，缩短移栽缓苗期(王乃江等，2008)，促进植物生长发育，增强作物抗寒性，提高作物的干物质积累和产量(Arbona et al., 2005)。

关于保水剂对肥料吸收作用的研究相对较少。有文献证明保水剂对NO₃^-和K⁺有较强的吸附作用(Magalhaes et al., 1987; Mikkelsen et al., 1993)，马焕成等(2004)研究认为保水剂可使NH₄⁺淋溶土柱中淋溶损失减少45%，尿素类氨态氮减少26%，Magalhaes等(1987)的研究也认为施用保水剂后土壤中K⁺的淋溶显著降低，也有研究发现废水中加入保水剂可以吸附溶液中的氮、磷和钾(Sojka et al., 2006; Haveroen et al., 2005; Walker et al., 2003)。这些研究多是在土壤中施用保水剂的室内模拟试验，从理论上揭示保水剂对养分吸收释放会产生一定的影响，但没有试验证实保水剂是否促进植物对养分的吸收，保水剂在育苗基质中对植物养分吸收影响的报道较少，且在生长周期内保水剂对植物干物质及不同营养元素动态积累特征影响的研究也未见报道。现阶段土壤中的养分背景值比较高，研究养分的吸收积累难以取得理想的试验结果，而基质的养分背景值低，外界条件易于控制，且保水剂在育苗中施用有着良好的效果。因此本研究利用容器育苗的人工基质，研究了保水剂对白蜡(Fraxinus chinensis)的生长及干物质和养分动态积累特征的影响，以期为植物育苗中保水剂及肥料的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 育苗基质

育苗采用的基质材料为草炭和蛭石，草炭来自吉林省梅河口市山城镇，蛭石为常用材料。按照体积比草炭:蛭石= 3 : 1的比例混合作为育苗基质。基质的密度为0.42 g·cm^-3; 全氮、全磷、全钾含量分别为17.24，1.65和6.85 g·kg^-1; pH值为5.34;总孔隙度、通气孔隙和持水孔隙度分别为84.2%，16.3%和67.9%，CEC值为488.62 mmol·kg^-1，EC值为1.55 mS·cm^-1，最大持水量为183.4%。

1.1.2 保水剂

保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸钾交联共聚物型(简称交联聚丙烯酰胺)。保水剂的阴离子度为12.3%，含水率为9.7%，表观密度为0.78 g·cm^-3，吸纯水倍数为350，吸1.0 × 10^-3 NaCl水溶液倍数为180。

1.1.3 肥料

尿素:有效氮含量为46%，过磷酸钙:有效磷含量为11.6%，氯化钾:有效钾含量为60.2%。

1.2 试验方法 1.2.1 试验处理

试验共设4个处理，分别为处理1:尿素、过磷酸钙和氯化钾混合的速效肥料(C); 处理2:保水剂+尿素、过磷酸钙和氯化钾混合的速效肥料(RC); 处理3:保水剂(R); 4:对照(CK)。其中尿素、过磷酸钙和氯化钾分别按照基质质量的0.25%，0.35%和0.10%添加，保水剂添加量为容器基质质量的0.3%。

1.2.2 育苗容器的制备

试验所用基质成型设备为山东省林业科学研究院研制的LKY -1型无纺布育苗成型机。将不同基质材料用0.1%多菌灵消毒，按照不同试验处理将基质材料和保水剂、肥料等混合均匀后，调节至适宜含水量，经混合器搅拌均匀，在成型器内初步成型，通过温度控制器将无纺布热合成育苗容器，经切割器切割后制备出无纺布容器基质，置专用带孔托盘于山东省林业科学研究院试验苗圃，浇水至饱和。育苗容器为圆柱形，高12 cm，直径9 cm。

1.2.3 催芽、播种及管理

用0.5%的KMnO₄溶液浸泡种子30 min，用清水洗涤，把种子放在湿麻袋上，再盖上一条湿麻袋，保持温度在20 ℃左右，定时浇水，促其发芽。将催芽后的白蜡种子依要求的深度每杯播2粒于容器基质中。每处理24个育苗容器(一托盘)，重复3次，于出苗后第15天，每个育苗容器中定苗1株。

利用英国产便携式WET-2-K1型土壤水分/盐分/温度计于每天9: 00定时测量基质水分含量，如基质水分含量低于最大持水量的60%，则浇水至基质最大持水量的90%，使基质的水分含量始终保持在最大持水量的60% ~ 90%。其他按正常育苗管理。

1.2.4 样品采集及数据测定

各试验处理白蜡出苗率均为100%。白蜡出苗30天后开始测量苗高和地径，进行全样本调查。同时开始采集样品，每处理选取6株幼苗，采集其地上部分带回实验室，去离子水洗净后晾干，105 ℃烘箱内杀青15 min，然后于65 ℃烘干至恒量，称量后研磨，硫酸-混合加速剂消化后分别采用蒸馏法、钼锑抗比色法和火焰光度计法测定混合样品的全氮、全磷、全钾含量。以后每隔30天调查并取样1次，干物质的称量和养分含量的测定同上。白蜡停止生长后，分别采集根、茎和叶片样品带回实验室，用去离子水洗净、晾干，105 ℃杀青后于65 ℃烘箱内烘干至恒量，称量后将根、茎、叶混合粉碎，测定其养分含量，并计算总的养分吸收量。

1.3 统计分析

采用SAS 8.0统计分析软件进行方差分析，LSD法对白蜡的苗高、地径、生物量、养分含量及养分吸收量进行多重比较，运用回归分析对白蜡的干物质和地上部氮、磷和钾的动态积累进行Logistic模型拟合，并根据回归方程的系数计算其积累的特征值(崔党群，2005)。

2 结果与分析 2.1 白蜡的生长 2.1.1 苗高变化

出苗后各处理不同时间白蜡苗高变化规律并不一致(表 1)。出苗后第1个月，4个处理苗高生长基本相同，差异未达显著水平。出苗后的第2个月，处理C和RC显著高于R和CK，但处理C和RC，R和CK之间差异不显著。出苗后的第3个月，RC处理苗高最高，分别比处理C，R和CK高出14.23%，85.21%和103.11%，处理C又显著高于R和CK，但R和CK之间差异始终未达显著水平。到出苗后的第4，5个月，不同处理之间的苗高规律没有发生变化，但处理间差异继续增大。在第6个月，各处理对白蜡苗高的影响趋于稳定，此时，各处理对苗高生长影响顺序: RC＞C＞R = CK。试验结束时，处理RC的苗高达到了94.57 cm，比其他3个处理分别增加了15.92%，117.05%和120.85%。从不同时间处理平均值之间的变异系数可以看出，随着出苗时间的延长，处理间变异系数逐渐增大，到第5，6个月时趋于稳定，也从侧面反映不同处理对白蜡苗高变化影响随时间延长逐渐增加，最后趋于稳定。

2.1.2 地径变化

出苗后初期(第1个月)，4个处理的地径差异并不显著。随着时间的延长，处理间的差异开始显现出来，在第2个月时达显著水平。在第4个月时，RC处理地径显著高于其他3个处理，分别比C，R和CK处理增加了10.42%，83.8%和81.8%。此后，各处理对地径影响的规律趋于一致，均是RC＞C＞R = CK，但处理间的差距逐渐增加。至试验结束时，RC处理的地径达到6.37 mm，分别比其他3个处理高出11.2%，131.7%和125.9%，处理R和CK的地径差异始终未达显著水平。不同时间的地径平均数之间变异系数的变化规律也同苗高基本一致，出苗后初期的变异系数较小，随着时间延长，变异系数逐渐变大，最后趋于稳定。由此可见，保水剂对白蜡地径和对苗高的影响规律基本一致。

2.2 干物质积累的变化

各处理中干物质的积累过程的总体趋势是一致的，随着时间的增加生物量并未呈比例的增加。用Logistic生长函数对不同处理的白蜡干物质积累进行拟合，其拟合方程的线性相关系数均达极显著水平，可见，不同处理白蜡干物质积累的过程均呈不对称的S曲线形状增长。

Logistic生长函数模型的特征值可反映白蜡生长过程中的一些特征，根据模型系数求得白蜡生长过程的2个拐点、最大增长速率及出现日期(崔党群，2005)，结果如表 3所示。可以看出，不同处理的Logistic模型特征值并不相同，说明试验处理对白蜡干物质的积累产生一定的影响。特征系数中的T_a可反应白蜡干物质迅速积累的开始时期(始盛期)，T_b可表示白蜡干物质迅速积累的结束时期(盛末期)。RC处理和C处理白蜡干物质积累的始盛期分别为出苗后的第55天和第54天，时间基本一致，但2处理白蜡干物质积累的盛末期分别为出苗后的第102天和第94天，RC处理结束日期延长8天。此外，RC处理的干物质积累的最大速率也比C处理提高6.62% (V_m)，且出现时间较晚(T_m)。T_b-T_a可反应白蜡干物质迅速积累的时间，其值越大，说明白蜡干物质迅速积累的时间越长，干物质积累越多。可以看出，RC处理的白蜡干物质迅速积累时期明显延长。处理R和CK的特征参数值基本一致。

2.3 养分积累的变化

用Logistic生长函数对不同处理的白蜡营养元素积累量进行拟合，3种营养元素积累回归方程的线性相关系数均达极显著水平，可见，白蜡营养元素含量的积累同干物质积累的过程相似，也呈不对称的S曲线增长。根据方程系数求得其营养元素积累的2个拐点、最大增长速率及出现日期，结果如表 4所示。可以看出，不同处理的特征值并不一致，由此可见，不同处理对营养元素的吸收积累产生影响。

氮积累的Logistic模型特征值可以看出，RC处理氮养分积累始盛期为出苗后第64天，C处理为第62天，时间基本一致。但RC处理中，氮养分积累盛末期为出苗后第111天，比C处理晚9天。RC处理的白蜡氮快速积累时间为47天(T_b -T_a)，比C处理延长7天。可见保水剂的加入延长白蜡氮快速积累的时间。此外，RC处理白蜡氮积累最大速率为6.525 mg·plant^-1 d^-1，比C处理增加16.61%，且最大积累速率出现时间有所推迟。不同处理间钾积累Logistic模型特征值的规律与氮基本一致，RC处理的快速积累时期比C处理延长8天，最大增长速率增加7.52%，出现时间延迟。此外，在不加入养分的情况下，加入保水剂对氮和钾积累的Logistic模型特征值影响不大。

磷积累的Logistic模型特征值中，RC处理同C处理相比，T_a和T_b值差别不大，表明白蜡磷快速积累时间基本一致，保水剂的加入并没有延长白蜡磷的快速积累时间。RC处理磷最大增长速率为2.633 mg·plant^-1 d^-1，比C处理增加9.03%，最大增长速率出现时间基本一致。同氮和钾的积累规律一样，在没有养分加入的情况下，保水剂的加入也没有影响到磷积累的Logistic模型特征值。

2.4 生物量及养分吸收量

从表 5可以看出，同C处理相比，RC处理根、茎、叶的生物量分别增加15.71%，7.13%和3.46%，差异达显著水平。同CK处理相比，R处理根的生物量增加10.29%，差异显著，茎和叶的生物量差异均未达显著水平。由此可见，单独施用保水剂对白蜡根系生长有一定促进作用，而养分同保水剂混合施用增加了白蜡干物质量。

从白蜡的养分含量来看，处理RC白蜡的含氮量最高，其次为处理C，处理R和CK含氮量最低，处理间含氮量差异显著。钾含量与氮含量规律相同。施用保水剂不同程度地提高了白蜡的氮和钾的含量，与C处理相比，氮、钾含量分别提高8.33%和4.24%。可见在加入养分的情况下，保水剂的加入增加了白蜡氮和钾的含量，尤其是氮含量提高幅度最为明显。处理R和CK之间差异不显著，说明单独加入保水剂，对白蜡氮和钾含量影响较小。此外，从白蜡磷的含量来看，处理RC和C含磷量显著高于其他2个处理，但2处理间差异并不显著，CK和R处理差异也未达显著水平，这显示无论基质中加入或不加入肥料，加入保水剂对白蜡磷含量影响较小。

从白蜡养分吸收量的多重比较结果来看，处理RC白蜡的养分吸收总量最高，其次为处理C，处理R和CK养分吸收量最低，3种营养元素的规律基本一致，复合肥料中加入保水剂提高了营养元素的吸收量，但增加幅度不同。同C处理相比，RC处理的氮、磷和钾吸收量分别增加了16.56%，8.25%和12.75%，氮增加幅度最大，其次为钾，磷增加幅度最小。处理R和处理CK的3种营养元素吸收量差异不显著。

3 结论和讨论 3.1 植物生长

保水剂对植物生长影响的研究报道很多，大量试验研究证明施用保水剂可促进植物生长。庄文化等(2008)研究认为聚丙烯酸钠能够促进小麦(Triticum aestivum)生长，提高小麦叶绿素含量和产量。俞满源等(2003)试验结果表明保水剂使马铃薯(Solanum tuberosum)的冠幅面积增加11.8% ~ 54.8%，保水剂结合氮肥，可以提高不同阶段马铃薯叶片的光合速率，增加花期生物积累量46.7% ~ 98.8%，增加马铃薯块茎产量75.0% ~ 108.3%。方锋等(2004)施用保水剂对辣椒(Capsicam annuum)生长及水分利用效率有明显促进作用，辣椒叶面积、叶数、株高、生物量和水分利用效率均优于未施保水剂处理。以上研究探讨保水剂对植物生长的结果影响，但关于保水剂对植物生长动态变化的研究较少。本保水剂对白蜡生长影响的研究结果可分为2部分:一部分是保水剂同速效养分混合施用，另一部分是在育苗基质中直接加入保水剂。保水剂同速效养分混合施用，提高了白蜡苗高及地径的生长，这与前人研究规律基本一致。本试验结果还表明保水剂对白蜡的促进作用在生长初期较小，随着时间的延长促进作用逐渐明显，最后趋于稳定。在不施用肥料的情况下，育苗基质中加入保水剂与不加保水剂处理的白蜡长势基本一致，在生长期间的苗高和地径差异始终未达显著水平，这与前人研究结论并不完全吻合，其原因可能是本试验在育苗基质中进行，基质中的养分背景值低，且育苗管理过程中水分供应充足，并没有将保水剂本身的功效发挥出来。

3.2 养分、干物质动态积累及养分吸收量

Logistic回归方程有着良好的生物学理论基础，广泛用于动植物生长发育或繁殖过程的研究(崔党群，2005; 李春明等，2010)，本试验结果证实白蜡干物质积累也符合该方程。通过干物质积累的Logistic方程的几个特征系数，可以揭示白蜡生长过程中干物质积累的特征。通过干物质积累的Logistic模型特征值可以得出:同单独施用速效肥料相比，加入保水剂白蜡干物质最大积累速率增大，时间有所推迟，干物质快速积累时期可延长8天。但是在育苗基质中直接加入保水剂，白蜡的干物质积累没有明显变化。这说明速效养分同保水剂一起施用可以促进白蜡干物质的积累，但在低养分含量的情况下，加入保水剂对干物质积累影响不大。

养分积累的Logistic模型显示保水剂对养分的动态积累有一定影响，但不同营养元素影响不同。3种不同营养元素Logistic方程特征系数显示:速效养分同保水剂混合施用，氮和钾的快速积累时间有所延长。最大积累速率增加，尤其是氮，最大积累速率增加了16.61%。刘晓莉(2006)通过室内模拟试验认为保水剂的施用可增强土壤对钾和氮2种养分的吸附、固定及解吸能力。正是由于保水剂增强了对氮和钾的吸附作用，从而延长养分的释放时间，增加白蜡的吸收时间。刘晓莉(2006)同时认为保水剂能提高土壤对磷的解吸能力，减弱土壤对磷的固定作用，从而提高磷的有效性，而本试验结果得出加入保水剂对磷吸收影响较小，快速积累总时间没有明显变化，这可能与研究方法、供试植物、肥料种类等的不同有关。此外，单独施用保水剂对白蜡养分的动态吸收几乎没有影响，其原因可能是基质养分背景值非常低，保水剂对养分的吸附、解吸及活化作用有限。

育苗的目的就是为了移栽造林，增加移栽苗体内的氮含量将会提高苗木造林后的成活率及早期生长(陈琳等, 2010, Heiskanen et al., 2009; Rikala et al., 2004)。同速效肥料处理相比，加入保水剂对白蜡体内不同营养元素含量的影响不同，其中对氮吸收的影响最大，白蜡体内氮含量增加幅度最大。因此，育苗容器基质中加入保水剂不仅可促进育苗植物的生长和养分的吸收，对育苗植物移栽造林后的早期生长也将有着积极的作用。