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农学本科生论文2

青岛农业大学

毕业论文

题目：

保水剂对旱地小麦光合特性及产量的影响

姓名：

高旭

学院：

农学与植物保护学院

专业：

种子工程与科学

班级：

0801

学号：

20084977

指导教师：

石岩

2012年6月15日

目录

摘要1

Abstract.2

引言3

1材料与方法5

1.1实验地及供试材料5

1.2试验设计5

2结果与分析5

2.1不同处理对各生育期小麦蒸腾速率、光合速率及WUE的影响5

2.2不同处理对小麦分蘖成穗数及产量的影响7

3小结与讨论8

3.1保水剂对小麦光和特性的影响8

3.2保水剂对小麦产量的影响8

3.3对保水剂在农业中的应用及前景的分析8

致谢10

参考文献:

10

保水剂对旱地小麦光合特性及产量的影响种子工程与科学高旭

指导教师石岩摘要:

研究了冬小麦不同生育期（拔节、孕穗、灌浆）、不同用量保水剂处理下冬小麦的光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物产量。

结果表明:

整个生育期内,冬小麦的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）及水分利用效率（WUE）均表现为:

孕穗期>灌浆期>拔节期。

各生育期内,随保水剂用量的增加,光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均增大。

收获后,冬小麦水分生产效率各处理均优于对照。

田间小区试验结果表明:

多功能保水剂具有

良好的吸水性和保水性,能够显著提高小麦的单位面积穗数和千粒重从而增加单位面积产量。

关键词：

保水剂;冬小麦;净光合速率；千粒重;产量;

WaterretainingagentonWheatPhotosyntheticCharacteristicsandgrainyield.

StudentmajoringinSeedscienceandEngineeringgaoxu

SupervisorShiyan

Abstract：

StudyofdifferentgrowingstageofWinterWheat（jointing,grouting,booting）,differentamountofinsuranceagentonwinterwheatphotosyntheticrate,transpirationrate,wateruseefficiencyandcropwaterproductionefficiency.Theresultsshowedthat:

inthewholegrowthperiodofwinterwheat,netphotosyntheticrate（Pn）,transpirationrate（Tr）andwateruseefficiency（WUE）areasfollows:

bootingstage>>jointingstageofgrainfillingstage.Thegrowthperiod,alongwiththeincreaseoftheamountofwaterretentionagent,photosyntheticrate,transpirationrateandwateruseefficiencyincreased.Afterharvest,winterwheatwateruseefficiencyineachtreatmentwassuperiortothecontrol.Fieldtestresultsshowthat:

themultifunctionalwater-retainingagenthasgoodwaterabsorptionandwaterretention,cansignificantlyincreasethewheatspikenumberperunitareaandgrainweight.

Keywords:

Waterretainingagent;winterwheat;netphotosyntheticrate;grainyield;spike;

引言：

保水剂科技名词定义：

中文名称：

保水剂英文名称：

water-keepagent定义：

防止干耗的添加剂。

应用学科：

水产学（一级学科）；水产品保鲜及加工（二级学科），除此之外在花卉栽培与农业生产中的应用也越来越多。

保水剂使用的是高吸水性树脂，它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料。

无毒无害，反复释水、吸水，因此农业上人们把它比喻为"微型水库"。

同时，它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放，增加肥效、药效。

高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料；在工业方面可广泛应用于石油化工、电缆、造纸、传感器、灭火器具、纤维制品、化妆品、食品保鲜、膨胀玩具等。

吸水原理

　　保水剂的吸水原理相同于一般高吸水性树脂，是高分子电解质分子链在水中酰胺基和/或羧基团同性相斥使分子链扩张力和由于交联点的限制分子链的扩张力而相互作用而成的。

以聚丙烯酰胺为例，保水剂会有大量酰胺和羧基亲水基团，利用树脂内部离子和基团与水溶液相关成分的浓度之差产生的渗透压及高分子电解质与水的亲和力而可大量吸水直至浓度差消失为止。

而控制保水剂达到令人满意吸水程度的是橡胶弹力。

分子结构交联度越高，橡胶弹力越强，而橡胶弹力和吸水力的平衡点即是其表观吸水能力。

由于分子结构交联，分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出而起到保水作用。

由此，同样组成的聚合物交联度越低，吸水倍率相对越高，其保水性、稳定性和凝强度就越低，反之亦然。

所以，国际上对于使用周期较长的保水剂自然需要较高的交联度，并不追求高吸水倍率和速率。

以聚丙烯酰胺为例，其表观倍率并不高，吸水速率也依粒径不同差别很大，凝强度高的保水剂吸水后有一定形状，不易解体，利于土壤透气，吸放水可逆性好。

因为保水剂一般掺入地下5至15厘米，故国际上现在更强调加压下的吸水倍率。

依粒径不同，聚丙烯酰胺型吸纯水倍率150-300。

产品类别

目前国内外的保水剂共分为两大类，一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物（聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等）；另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物（淀粉接枝丙烯酸盐）。

聚丙烯酰胺--聚丙烯酰胺呈白色颗粒晶体状，主要成分为：

丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸钾23%-24%+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。

在国际上，法国、德国、日本、美国和比利时等国所生产的保水剂大多属于这类成分的产品。

该产品的特点是：

使用周期和寿命较长，在土壤中的蓄水保墒能力可维持4年左右，但其吸水能力会逐年降低。

据黄土区造林试验观察，使用该类保水剂造林后的当年，其吸水倍率维持在100-120倍，第二年吸水倍率降低20%-30%，第三年降低约40%-50%，第四年降低更多。

聚丙烯酸钠--聚丙烯酸钠为白色或浅灰色颗粒状晶体，主要成分有：

聚丙烯酸钠88%（其中含钠24.5%）+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。

国内生产的保水剂大多是这种成分的产品。

其主要特点是：

吸水倍率高，吸水速度快，但保水性能只能保持2年有效。

据造林试验观测，这类产品的吸水能力和吸水速率明显高于聚丙烯酰胺产品，在土壤中如遇充分给水，0.5-1.0小时后便迅速吸收自重的130-140倍的水分；但第二年的吸水倍率要降低约60%左右。

由于聚丙烯酸钠会造成土壤中钠离子含量的递增，林业和农业用保水剂的生产厂家大多改为生产聚丙烯酸钾或聚丙烯酸铵。

淀粉接枝丙烯酸盐--淀粉接枝丙烯酸盐为白色或淡黄色颗粒状晶体，主要成分为：

淀粉18%-27%+丙烯酸盐62%-71%+水10%+交联剂0.5%-1.0%。

这种产品在用于造林地蓄水保墒时，使用寿命一般只能维持1年多的时间，但吸水倍率和吸水速度等性状极佳。

据实验室对黄土浸提液的吸水对比试验，该类保水剂在遇水后的15-20分钟内即可吸收自重150-160倍的水分。

产品特性

　　1,无毒.安全环保,无毒无味,不污染植物,土壤和地下水,果树花卉,植树造林,无土栽培,植物保鲜运输,大田作物等.土壤保水剂和防水土流失剂到最终分解物为二氧化碳,水,氨态氮和钠或钾离子,无任何残留.2,保墒省水.可有效抑制水分蒸发,防止水土流失,即使在有灌溉的条件下,仍然可省水50%以上.　　3,改善土壤结构.使粘重土壤,漏水肥的沙土和次生盐碱土壤得以改良.同时促进土壤微生物发育,提高土壤有机物的周转利用效率.4,使用寿命长.集多种聚合物之特性,可反复吸水膨胀和释放收缩,在生产中使用寿命可达6年以上,是目前市场上使用寿命最长的土壤保湿产品.5,吸水速度快.一般自然水吸至饱和最长时间约为15-40分钟,最快0.4分钟.6,水肥利用率高.土地保水剂在土壤中形成的"小水库"接受施肥,灌溉（或降雨）造成淋溶流失的微量元素减少1/3,保护环境;当再次干旱时,吸足水的保水剂使周围的土壤保持潮湿,以供给植物根系水分.即使在沙漠地区和极端的干旱气候,在年降雨量达200mm时,也可种草植树.　　7,蓄水不烂根吸足似水的保水剂分子膨胀成为水凝胶晶体,即使紧靠植物根系也不会烂根.8,性能稳定即使是极端的干旱,也不会倒吸植物水分.

1材料与方法

1.1实验地及供试材料

试验在青岛农业大学试验地内进行，实验地设在山东青岛城阳，地处东经120°20′、北纬36°15′。

属温带季风气候，年平均温度在12.6℃左右，全年8月份气温最高，为25.1℃，1月份气温最低，为-1.2℃。

降水量年平均为775.6mm,春、夏、秋雨量较多，主要集中在7、8、9三个月。

年平均相对湿度73%，7月份最高位89%，12月份最低，为68%。

试验地土层深厚，含有机质1.24%，全氮1.04%，速效氮86.54mg/kg磷24.58mg/kg，速效钾85.72mg/kg。

实验材料为种植一年的济麦22，保水剂采用营养型抗旱保水剂,主要成分为:

聚丙烯酰胺,N、P、K营养物质,腐植酸有机物质和稀土等。

保水剂施用方法:

将保水剂与土混合后,开沟盖土,沟深5~10cm。

保水剂的施用时间为小麦出苗后第10天进行。

选择平整均匀的地块进行试验。

1.2试验设计

本研究设4个保水剂用量处理,其中,处理1,0kg/hm2（对照）;处理2,50.0kg/hm2;处理3,保水剂60.0kg/hm2;处理4,保水剂70.0kg/hm2。

小区面积10.5m（3m3.5m）,总共4﹡3=12个小区。

在田间采取随机设计,重复3次。

播种前用普通过磷酸钙（P2O534.5kg/hm2）作肥底,施氮肥（纯氮150kg/hm2）,分别在小区内均匀撒施，225万基本苗/hm2。

分别在冬小麦拔节期、孕穗期和灌浆期进行光合作用的测定在收货后测量产量性状。

2结果与分析

2.1不同处理对各生育期小麦蒸腾速率、光合速率及WUE的影响。

不同生育期小麦的需水特征表现不同,进而表现出蒸腾速率的差异,而保水剂通过影响土壤的水分状况,来影响小麦的蒸腾速率。

从表1中看出,各处理的蒸腾速率,孕穗期显著增大,而灌浆期和拔节期,除CK外,其蒸腾速率差异不显著,说明孕穗期相对于拔节和灌浆期需要水分强烈。

在拔节期，随保水剂用量的增加,小麦蒸腾速率增加,50.0kg/hm2处理增加不显著,而60.0kg/hm2和70.0kg/hm2的处理显著增加,但二者差异不显著。

表1不同处理各生育期的小麦蒸腾速率及差异性比较molH2O/（m2/s）

（kg/hm2）保水剂用量拔节期孕穗期灌浆期

0（CK）3.2Cc4.4Ab4.0Bb

50.03.5Bbc4.6Aab4.1Bab

60.53.8Bab4.8Aab4.4Bab

70.04.1Ba5.0Aa4.6Ba

注:

大写字母表示在同一行中P<0.05的显著水平,小写字母表示在同一列中P<0.05的显著水平,下同。

穗期和灌浆期,随保水剂用量的增加蒸腾速率增加,50.0kg/m和60.0kg/m的处理较对照增加不显著,而70.0kg/m的处理显著增加。

光合速率的大小反映了作物合成干物质能力的高低。

保水剂通过影响土壤的水分状况,来影响小麦的光合。

从表2中看出,各处理的光合速率,孕穗期显著增大，灌浆期次之,拔节期最低,且差异显著,说明孕穗期光合速率强烈。

在拔节期,随保水剂用量的增加,小麦光合速率显著增加，各处理间差异著。

在孕穗期,随保水剂用量的增加,60.0和70.0kg/hm2处理与50.0kg/hm2处理和CK处理差异显著,而60.0/hm2与70.0kg/hm2处理之间、50.0kg/hm2处理与CK之间差异不显著。

在灌浆期,随保水剂用量的增加光合速率增加,70.0、60.0kg/m处理较对照和50.0kg/m处理显著增大,且70.0kg/hm2处理与60.0kg/hm2处理之间差异显著,而50.0kg/hm2较对照差异不显著。

表2不同处理各生育期小麦光合速率及差异性比较molCO2/（m2/s）

保水剂用量拔节期孕穗期灌浆期（kg/hm2）

0（CK）5.4Cd10.0Ac7.4Bd50.06.5Cc11.0Abc7.7Bcd60.57.7Cb12.4Aa8.6Bb70.09.0Ba13.2Aa9.7Ba

表3不同处理各生育期小麦WUE及差异性比较

保水剂用量拔节期孕穗期灌浆期

（kg/hm2）

0（CK）1.71Bc2.28Ab1.91Ba

50.01.88Bbc2.38Aab1.91Ba

60.52.04Bab2.54Aa2.04Ba

70.02.21Ba2.56Aa2.25Ba

不同生育期小麦的蒸腾速率和光合速率差异显著,最终表现出水分利用效率的差异,而保水剂通过影响土壤的水分状况来影响小麦的水分利用效率。

从表3中看出,各处理的水分利用效率,孕穗期显著增大,而灌浆期和拔节期水分利用效率差异不显著。

拔节期随保水剂用量的增加,小麦水分利用效率增

加,60.0kg/hm2和70.0kg/hm2处理较CK显著增加,但两处理间差异不显著,50.0kg/hm2处理与CK差异不显著。

在孕穗期,60.0/hm2和70.0/hm2处理较对照显著增加,但50.0/hm2、70.0/hm2和60.0kg/hm2各处理间差异不显著,且50.0kg/hm2处理与CK差异不显著。

在灌浆期,随保水剂用量的增加水分利用效率增加,但差异均不显著。

2.2不同处理对小麦分蘖成穗数及产量的影响

作物受干旱或水分胁迫,其分蘖会受到重要影响。

作物生育期内群体动态的变化是水分利用效率生理生态机制研究的关键,也是提高作物产量和水分利用效率的基础。

从图3中可以看出,在保水剂施用条件下,不同生育期的群体变化具有不同的特征。

从整体来看,在整个生育期,随着小麦的生长发育,各处理的总群体都逐渐增加,在拔节期达到最高,灌浆期以后总体数不再增加。

就各处理之间比较而言,在整个生育期,除拔节期外,60.0kg/hm2处理的总群体最低,总群体和成穗数的高低顺序为:

70.0.0kg/hm2>60.0.0kg/hm2>50.0kg/hm2>CK。

说明,保水剂对小麦群体数和成穗数的提高产生重要作用。

表4不同处理对小麦产量的影响

保水剂用量hm2穗粒数小区产hm2比对照增

kg/hm2穗数（万（粒/穗量（kg产量（kg减（%

0（CK）45.7731.11164.87560.5-

50.046.1230.91172.67775.84.71

60.547.1231.91191.97810.215.2170.048.7632.11196.87880.917.70

3小结与讨论

3.1保水剂对小麦光和特性的影响

小麦的净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率表现为:

孕穗期>灌浆期>拔节期。

各生育期内,随保水剂用量的增加,光合速率、蒸腾速率和水分利用效率都增大。

施入保水剂50.0kg/hm2、60.0kg/hm2和70.0kg/hm2的小麦产量分别较对照提高了31%、45.2%、50.6%,且达极显著水平;水分生产效率分别比对照高6.4、7.5和11.4kg/hm2。

3.2保水剂对小麦产量的影响

多功能保水剂能够显著提高冬小麦的单位面积穗数和千粒重,每hm2施用50kg和60kg保水量分别比对照提高16.14%和21.67%。

保水剂提高小麦产量的主要原因是提高小麦分蘖能力，增加小麦的单位面积穗数和千粒重从而达到提高小麦单位面积产量的目的。

由于本实验在时间资金投入等方面的局限性没有对保水剂的最适用量做出研究，只是定性研究了保水剂对小麦光合速率，水分利用效率及产量的影响，如要确定其最适用量，还的做进一步研究。

3.3对保水剂在农业中的应用及前景的分析

在全世界，干旱和半干旱地区的总面积约占陆地面积的30%以上。

在中国，干旱和半干旱地区约占国土面积的50%左右，大部分分布在北方和西北地区。

因此，干旱是制约这些地区农业生产的主要限制因素。

如果再加上其它非干旱地区的季节性干旱的影响，干旱对农业生产的影响就更加严重。

因此，从植物角度，如何提高植物的抗旱性，就成为未来发展旱地农业的一个重要研究课题。

保水剂是一种独具三维网状结构的有机高分子聚合物。

其本质是水的载体，作用是为植物提供水分：

施入土壤后能将遇到的流动水迅速吸收并保住，变为固态水而不流动不蒸发不渗失，90%以上可供植物利用。

长久保持局部恒湿、天旱时缓慢释放供植物利用。

具有反复吸、放水可逆性，施一次2-5年有效。

它特有的吸水、贮水、保水性能，在改善生态环境、防风固沙工程中起到决定成败的作用。

因其良好的透气性、透水性、保温性，可有效改良土壤、提高种子发芽率、出苗率和苗木移栽成活率；它与农药、化肥拌和使用，可增强药效肥效。

广泛用于土地荒漠化治理、种植农林作物、园林绿化等领域。

是世界公认为抗旱保墒最有效的微水灌溉用品，可节省大量紧缺的水源和浇灌养护投入。

保水剂是一种含有植物生长素等的高分子吸水树脂，吸水能力达到了400-1200倍，能在种子周围形成一个含植物生长素的“小蓄水库”为种子发芽生长提供必要的水分和生长物质。

土壤保水剂能改善土壤结构，调节土壤水、热、气状况和供水能力，提高土壤肥力和对天然降水的保蓄能力，增强根系吸收合成能力，维持作物正常生理代谢及光合生产能力，提高抗旱性，最终增加作物产量。

保水剂的主要功能:

1，保水剂不溶于水,但能吸收相当自身重量成百倍的水。

保水剂可有效抑制水分蒸发，土壤中渗入保水剂后,提高了土壤饱和含水量,降低了土壤的饱和导水率,从而减缓了土壤释放水的速度,减少了土壤水分的渗透和流失,达到保水的目的。

还可以刺激作物根系生长和发育，使根的长度增加、条数增多，在干旱条件下保持较好长势。

2保肥，因为保水剂具有吸收和保蓄水分的作用,因此可将溶于水中的化肥,农药等农作物生长所需要的营养物质固定其中,在一定程度上减少了可溶性养分的淋溶损失,达到了节水节肥,提高水肥利用率的效果。

3保温，保水剂具有良好的保温性能。

施用保水剂之后,可利用吸收的水分保持部分白天光照产生的热能调节夜间温度,使得土壤昼夜温差减小。

在砂壤土中混有0.1%～0.2%的保水剂,对10厘米土层的温度监测表明,对土温升降有缓冲作用,使昼夜温差减少为11～13.5℃,而没有保水剂的土壤为11～19.5℃.4,改善土壤结构.保水剂施入土壤中,随着吸水膨胀和失水收缩的规律性变化,可使周围土壤由紧实变为疏松,孔隙增大,从而在一定程度上改善土壤的通透状况。

综上所述对于保水剂的研究及应用将会对我国农业发展和粮食增产带来新的活力。

致谢

本研究及学位论文是在我的导师石岩教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。

感谢青岛农业大学为我提供了良好的学习环境和实验平台。

感谢农学与植物保护学院领导和老师给予的关心和鼓励。

感谢父母及其他亲人对我求学之路的全力支持。

石老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，石老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

一年多来，石老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向石老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

感谢他用实际行动教我的一切，这些将使我终身受益。

此外，还要感谢同实验组的游泽泉同学、赵营生同学、王佳佳同学等等的鼎力帮助！

写作毕业论文是一次再系统学习的过程，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始。

我将铭记我曾是一名青岛农业大学的学子，在今后的工作中把青岛农业大学的优良传统发扬光大。

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