保水剂节水机理及其抗旱造林效果研究

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'保水剂节水机理及其抗旱造林效果研究'
保水剂节水机理及其抗旱造林效果研究Study on water-saving mechanism and effects of anti- drought forestation of super absorbent polymer 学科专业:森林培育 研究方向:山地造林工程及技术减灾机理 研 究 生:陈宝玉 指导教师:黄选瑞 教授 河北 ? 保定主要内容 u1 引言 u2 保水剂吸水保水特性的研究 u3 保水剂对土壤、植物影响的研究 u4 保水剂在大田抗旱造林效果研究 u5 保水剂造林成本、经济效益分析评价 u6 结论与讨论1 引言 一方面,森林的严重不足制约着我国经济的发展和社会的繁荣稳定,加 快生态建设已成为我国的重要战略。然而要解决这个问题,就要解决在 干旱半干旱土地上的造林问题,进而就必须解决缺水状态下造林成活率 低的问题,所以,最终解决这个问题的瓶颈就是干旱和缺水。长期以来 各国科学家一直致力于研究对策和解决措施,其中很重要的途径是采取 农业化学方法,而保水剂就是应运而生的有效制剂和技术;另一方面, 生产保水剂的厂家众多,保水剂市场混乱,国家还没有出台保水剂产品 的统一的标准 。 因此本文对绿宝公司提供的三种类型的保水剂进行性能测试,针对 不同的树种、不同的立地类型、不同的用量、温室盆栽与田间试验相结 合设计了试验。并对保水剂的使用方法、使用效果、影响因子及其影响 机理进行系统的研究,不仅用量化的指标来为干旱半干旱地区的造林提 供实践指导,为保水剂国标的制定提供科学依据,而且对保水剂的研制 开发、生产、推广和销售有一定指导意义和应用价值。 保水剂节水效果试验田 室内试验间试验 特性测试 控水试验生 植 土 光 原 有长 溶 胀 度 、 物 壤 合 生 效指 吸 水 性 、 水 水 性 质 含 膜标 保 水 性 、 分 分 能 水 吸 水 次 数 透测 测 测 测 性 量 等测定定 定 定 定 测 测 定 定 保水剂效果比较,评价保水剂使用成本 指导造林和农业生产,充分发挥保水剂的抗旱节水作用 技术路线流程图2 保水剂保水特性的研究 Ø 2.1 实验材料:保水剂为西宁市“绿宝”公司提 供的“绿宝”土壤保水剂。有大颗粒、小颗粒、粉末三 种剂型,其主要成分为聚丙烯酰胺铰链物。 Ø 2.2 试验方法和内容: (1)保水剂一般特性的观察 (2)溶胀度的测定 (3)吸水性的测定 a 吸水倍率 b 吸水速率 (4)保水性的测定 (5)吸水次数 (实验方法详见论文)3 保水剂对土壤和植物的影响 3.1 试验材料 供试土壤:供试土壤为苗圃熟土与沙子按2:1的比例混合而 成,其间土壤过筛去除杂质和石砾,然后用福尔马林溶液 消毒,塑料薄膜覆盖一周后装桶备用。 注:*为每公斤干土保水剂所占的比例 供试植物:廊坊杨和爬山虎裸根苗,由林学院苗圃提供。 3.2 试验内容和方法Ø3.2.1保水剂对土壤影响的测定 (1)对土壤温度的影响 (2)对土壤膨胀率的影响 (3)对土壤水分常数的影响(环刀称重法) (4)对土壤PH值的影响 (PHSJ-4A型电位计测定 ) (5)对土壤水分的影响 a 对土壤蒸发的影响 (烘干称重法) b 土壤的水平运动 c 土壤水势的测定 (省农科院 压力锅法) (6) 对土壤硬度的影响(TG-IA型硬度计测定 ) 3.2.2 保水剂对植物影响的测定 (1)苗木的生长状况 (常规方法) (2)叶水势的测定 (压力室法) (3)原生质膜相对透性的测定(相对电导率) (4)光合速率和蒸腾速率及气孔阻力的测定 (CL—301PS光合作用测定仪测定 ) 4 保水剂在大田抗旱造林效果Ø 4.1 4.1.1 崇礼县二道营乡 4.1.2 康保县卢家营乡 Ø 4.2 两个试验区均选地 2,实验布置根据试验的地形设计而成(见论文 ~ 附表 ~ ) 3.3hm P55 58 A1 A4 实验苗木:崇礼为白榆、落叶松、云杉;康保为白榆、毛白杨、云杉。试验设三个重复, 每个重复10个小区,每小区为一个处理的一个梯度,小区面积60m2,按株行距1.5×2植 苗。实验小区按完全随机排列,小区设计表如表: 重复一 重复二 重复三 3* 7 8 3 9 5 9 1 2 1 1 10 5 6 7 5 3 7 8 2 10 4 8 2 4 10 9 6 6 4 注:*为小区号 4.3 观测内容和测量方法Ø 4.3.1 苗木的基径和苗高 苗木基径用游标卡尺来测量,树高用钢卷尺测量,每 小区随机选三株,计算时,同一保水剂处理的求平均值。Ø 4.3.2 造林成活率和保存率 所有小区都观测,计算时求同一保水剂处理的平均值。Ø 4.3.3 苗木生物量 每小区随机选三株,挖大坑,保存根的完整,带回实 验室,用水冲净,烘干称重。测量侧根数、侧根长、苗干重、 根重、地上部分重、根冠比等。 5 保水剂应用成本、经济效益分析Ø5.1 研究方法 主要是按工序记录利用保水剂造林的实际开支, 然后折合成单位面积造林投入的苗木、吸水剂购 置费、以及栽植前后苗木处理、苗木运输、整地 和栽植等的全部费用,与一般常规造林方法进行 比较。 6 结论与讨论(一) 绿宝保水剂是一种有很强吸水保水能力、 能够反复利用的高科技抗旱产品。(1)保水剂吸水后呈凝胶状态。(2)保水剂吸水能力与溶液中的离子浓度呈负相关, 且小颗粒吸水能力最强。(3)小颗粒的吸水速率最高、在室内外的保水性最 强。(4)经测定保水剂能反复吸水27次以上,使用寿命较 长。(二) 保水剂加入土壤后可以明显改善水分状况,缓解水分对植物的胁迫,调节干旱条件下植物的生理功能。(1)土壤中加入保水剂后能够显著降低自身的容重 ,调节土壤温度的变化,使土壤的昼夜温差减小 。对土壤水分的蒸发有明显的抑制效应,混剂土中的水分会向四周的干燥土壤扩散,其扩散距离是对照的二倍,硬度减小 。土壤中加入绿宝保水剂后,所保持的水分绝大部分为有效水,加入过量保水剂,对土壤和作物无益 。(2)保水剂盆栽处理均促进了廊坊杨和爬山虎的生长,其根系的长度、根的条数、基径粗、生物量和根冠比均比对照大,随水分胁迫的加剧,保水剂处理能明显的延缓水势的下降和电导率的升高,净光合速率下降(Pn)、气孔阻力(Rs)增加、蒸腾速率(TRN)增加 。(3)廊坊杨叶水势及电导率与土壤含水量的关系可用指数方程来拟合,而爬山虎的变化却呈周期性,土壤中加入保水剂后,改变了植物水分动力学和土壤水分动力学的关系,使土壤水势随土壤水分胁迫的加剧降低得缓慢,减少了水分的丧失,延长了有效水分供植物利用的时间,有力的证明了保水剂不会产生水分倒吸这一多数人们所关心的问题。 (三) 保水剂在造林上应用后可以促进苗木的生长发育,躲过造林的瓶颈‘卡脖旱’。 “绿宝”保水剂能显著的提高造林的成活率,使苗木的成活率达到90%以上,保存率达到70%~90%。根干物质的增加说明保水剂能加大苗木根贮存水分和养分的能力,使苗木能更有效的生长。在用保水剂进行造林时,并不是保水剂用量越多越好,而是有一定的适应比例。 (四) 使用保水剂能够提高造林成活率,减少补 植或重造的次数,相应的降低造林成本。(1)张家口地区用保水剂造林,其造林成本比一般常规方法造 林高。但用保水剂造林成活率高,可减少补植工作量或重造的 次数,也相应的降低造林成本。(2)使用0.5%处理造林两次,可降低造林成本18.0%~25.3%; 若用粉末1.0%或小颗粒10g造林两次,可降低造林成本11.3%。(3)只要掌握保水剂的使用方法及合理的施用量,保水剂造林 不仅效果好,而且经济上是可行的,这种效益在立地条件差的 地区更明显。图 小颗粒吸水前状态 图 小颗粒吸水后状态 B1 B2 图 大颗粒吸水前状态 图 大颗粒吸水后状态 B3 B4
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