论文部分内容阅读
摘要[目的]探明不同干旱程度下，聚丙烯酰胺（PAM）施入土壤后对油菜生长及产量的影响，为PAM在农业抗旱增产中的推广应用提供数据及理论支持。[方法]在遮雨棚内进行盆栽试验，通过控制灌水时间及灌水量，模拟不旱、轻旱、中旱、重旱4种干旱程度，观测不同PAM施用量对油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积、一次有效分枝数、产量以及水分利用效率的影响。[结果]4种干旱（不旱、轻旱、中旱、重旱）条件下，施加PAM处理的油菜与未施加PAM相比，生长指标（株高、径粗、绿叶数、叶面积、一次有效分枝数）均有不同程度的提升，其中株高分别增加10.11%、2.03%、18.39%、13.70%，一次有效分枝数分别增加2.32%、27.91%、20.83%、8.97%，产量分别增加7.90%、39.47%、23.40%、21.95%，耗水量可最高减少29.09%、35.65%、49.02%、31.39%，水分利用效率可最高提升41.62%、81.31%、142.05%、49.31%。[结论]种植油菜时施入一定量的PAM能提升油菜产量及水分利用效率，但当PAM施加过量时会抑制油菜的生长以及降低经济效益。
关键词 聚丙烯酰胺；油菜；生理指标；产量；水分利用效率
中图分类号 S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）02-0017-05
Abstract[Objective] To investigate the effects of polyacrylamide （PAM） on the growth and yield of rape under different drought levels，and to provide data and theoretical support for the popularization and application of PAM in agricultural drought resistance and yield increase.[Method] The pot experiment was conducted to study the drought resistance of potted rape in canopy.By controlling the irrigation time and irrigation amount，the drought degree of no drought，light drought，moderate drought and heavy drought was simulated.The effects of different application rates of PAM on plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches，yield and water use efficiency （WUE） of rape were observed.[Result] Compared with the control without PAM，the growth indexes （plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches） of treatments with PAM under four drought conditions （no drought，light drought，moderate drought and heavy drought） were increased in different degrees，the increase rates of plant height were 10.11%，2.03%，18.39% and 13.70% respectively，those of the number of primary effective branches were 2.32%，27.91%，20.83% and 8.97% respectively，those of rape yield were 7.90%，39.47%，23.40%，21.95% respectively； the water consumption could be maximally reduced by 29.09%，35.65%，49.02%，31.39% respectively； the WUE could be maximally promoted by 41.62%，81.31%，142.05%，49.31% respectively.[Conclusion] The yield and WUE of rape can be improved by applying a certain amount of PAM when rape is planted，but when PAM is applied excessively，it inhibits the growth of rape and reduces the economic benefit.
Key words Polyacrylamide（PAM）； Rape； Physiological indexes； Yield； Water use efficiency（WUE）
油菜是我國第一大油料作物，常年种植面积约733万hm2，年均总产量约180万t，面积和总产均居世界第一[1-3]。四川盆地丘陵山区地处温、光、水、热条件优越的长江上游，气候温和湿润，相对湿度大，云雾和阴雨日多，冬季无严寒，利于秋播油菜生长[4]。因此，油菜一直是该区域的主要作物之一。但是，四川省季节性干旱中春旱的发生频率极高，容易造成油菜在需水旺盛的季节缺水[5]。因此，四川油菜春旱是一个急需解决的问题。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称 PAM） 是一种高分子聚合物，是由丙烯酰胺（Acrylamide，简称AM）均聚或与其他单体共聚而成，含量在50%以上的线性水溶性高分子化学产品的总称。作为一种新型材料，许多学者发现 PAM 对土壤性质有改进的作用，经 PAM 处理后土壤的入渗率要大得多，PAM 明显地吸附着土壤表面的颗粒，起着类似于黏结物的作用，黏结土壤的单颗粒形成大的团聚体抵抗雨滴的破坏作用，使土壤表面的结构和高入渗得以维持，阻碍土壤结皮的形成， 减少土壤侵蚀[ 6-11] 。在灌溉试验中，Lentz 等[12-13]将 PAM 用于防止沟灌土壤侵蚀和增加入渗，取得了很好的效果。已有研究表明， PAM 具有保水、保土、保肥、增产等效用[14-16]。 目前，有关PAM在作物上的应用研究大多集中在玉米和小麦上，而对油菜进行PAM处理的研究较少。该研究采用盆栽油菜试验，通过控水模拟不同干旱条件，研究不同量PAM施入土壤对油菜的生长、产量以及水分利用效率的影响，以期为推广应用PAM缓解四川油菜春旱提供数据支持。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于南方丘区节水农业研究四川省重点实验室简阳试验站进行。土壤为四川盆地代表性的紫色土，肥力中等，土层0～20 cm，pH 6.22，有机质12.13 g/cm3，田间含水率θf 20.18%，体积质量1.45 g/cm3。
1.2 試验材料 盆栽用塑料桶，高30 cm，顶部直径30 cm，底部直径28 cm，底部有透水透气孔，盆栽试验在遮雨棚内进行，不接受天然降雨。油菜试验品种为绵油15，绵油15（原代号绵杂01-13）是绵阳市农业科学研究所用绵9A-2作母本，绵恢6号作父本配组育成的甘蓝型油菜中熟双高隐性核不育两系杂交种，具有产量高、适应性广、抗逆性强等特点，特别是芥酸含量高。氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。N、P2O5和K2O施用量分别为180、75、90 kg/hm2，换算后施入土壤，其中基肥占50%，腊肥和薹肥各占25%。油菜生育期划分为移苗日期10月24日，苗期10月24日—1月22日，蕾薹期1月23—2月21日，开花期2月22日—3月20日，角果期3月21日—4月17日，收获日期4月18日，累计天数为176 d。
1.3 试验设计
盆栽油菜采用移苗种植，移苗前挖取农田表层紫色土进行碾碎、风干，每个塑料桶中均匀装满22 kg紫色土。移苗后每盆定量灌水1 000 mL以保证每株油菜苗存活。采用称重法灌水，苗期保持土壤含水率为80%θf（田间持水量），蕾薹期、开花期、角果期分别为85%θf，85%θf，75%θf。
进入蕾薹期时，选取长势基本相同的油菜苗，施入不同量的PAM进行处理。试验采用2因素4水平设计，每个处理3次重复。试验因素为PAM用量和灌水间隔时间（d）。
（1）每个塑料桶中PAM施用量分别为P1（0）＼P2（10 g）＼P3（20 g）＼P4（30 g）。
（2）灌水间隔时间：H1，每隔5 d灌水1次；H2，每隔10 d灌水1次；H3，每隔15 d灌水1次；H4，每隔20 d灌水1次。每次灌水上限为：蕾薹期为田间持水率的85%，角果期为田间持水率的80%。进入蕾薹期之后开始控制灌水，4种灌水模式H1、H2、H3、H4分别模拟不旱、轻旱、中旱、重旱。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 水分利用效率的测定。在移苗前和收获油菜时分别用烘干法测定土壤含水量。根据水量平衡方程，各处理下油菜耗水量ETa=I±△W，水分利用效率WUE=Y/ETa。其中，I为灌水量（mm）；△W为△t时段内土壤水分的变化值（mm）；Y为产量（g/盆）；ETa为油菜总耗水量（kg）。
1.4.2 生长指标的测定。每隔3或7 d用卷尺测量油菜株高（从茎基部到叶顶端的距离），游标卡尺测量径粗（测定第1茎节的粗度，采用游标卡尺分2个方向（夹角90°）测量，取其平均值），完整记录油菜外部形态的变化过程。按一次有效分枝数将单株油菜分为上、中、下3层，每隔一段时间用叶绿素仪分层测定油菜叶绿素含量。在蕾薹期进行了1次油菜叶面积的测定，以便观察不同处理间的差异。对油菜生长过程中不同阶段的一次有效分枝数、绿叶数、黄叶数进行完整记录。
1.4.3 产量测定。油菜生育期结束后，分上、中、下3层统计有效角果数、茎秆鲜重、角果鲜重以及角果粒数、千粒重、菜籽总重。
1.5 数据处理 采用Excel、SPSS等软件进行数据的计算、绘图及统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理对油菜生长指标的影响
2.1.1 对株高的影响。
由图1可知，H1（不旱）条件下PAM用量的增加一定程度上对油菜的生长有促进作用，P3（PAM=20 g）时促进作用最明显；但用量过高，施用PAM会长时间蓄水，导致土壤中水分含量过高，抑制根的呼吸作用从而抑制油菜的生长。在H2（轻旱）条件下PAM用量对油菜株高影响的差异不大。在H3（中旱）时PAM的施用均会促进油菜生长，其中P1（PAM=10 g）时促进作用最明显。在H4（重旱）条件下，施用10、20 g PAM均会促进油菜生长， PAM用量为10 g时，土壤和保水剂都吸收了灌水中的大量水分，PAM能减少蒸发从而保证水分持续供给油菜的时间更久，因而比不加PAM的油菜生长的更好[7]。而PAM用量过高，达到30 g时，会导致灌入桶中的水分基本都被PAM吸收，PAM与油菜之间形成竞争用水关系，在外界温度较高的情况下会导致PAM中保持的水量还未释放给油菜吸收就被蒸发掉，因而油菜吸收的水分很少，对油菜生长没有帮助，反而很大程度上抑制油菜的生长。P3（PAM=20 g）和无保水剂的情况对油菜的影响大致相同，验证了过高的PAM用量会抑制油菜的生长。
从表1可以看出，不旱（H1）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照可提高10.11%；轻旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照增加2.03%；中旱（H3）条件下P2（PAM=10 g）用量时，株高较对照提高18.39%；重旱（H4）条件下P2（PAM=10 g）用量时，株高较对照增加13.70%。
2.1.2 对径粗的影响。由图2可知， 4种干旱条件下，施加PAM的油菜径粗均较对照增加。整体上看，同一干旱处理下，随着PAM用量的增加，径粗变化规律为先增大后减小。当PAM用量为20 g（P3）时对油菜根的促进作用最明显，根径最粗。在干旱期，PAM 减少了表层土壤中的盐含量，促进了作物根系生长发育和作物生长。 由表2可知，不旱（H1）条件下P3（PAM=20 g）用量时，径粗较对照提高41.76%；轻旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，径粗较对照提高50.39%；中旱（H3）条件下P2（PAM=10 g）用量时，径粗较对照提高19.07%；重旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照提高17.89%。
2.1.3 对绿叶数的影响。
由图3a可知，蕾薹期进行处理，在4种干旱情况下， PAM的施入均增加了油菜的绿葉数。由图3b可知，开花期进行处理，H1、H2、H3在同一干旱处理下，施加的油菜绿叶数明显比未施加PAM的油菜绿叶数多。而在特别干旱的H4水平下，出现绿叶数减少的现象，大量PAM自身吸持的无效水分量增加，同时可能是开花期温度已较高，PAM吸持的水分释放出来供给油菜利用的速度较低，不利于绿叶生长。
2.1.4 对叶面积的影响。
由图4可知，4种干旱情况下施入PAM后的叶面积变化并不一致。H1条件下施入PAM后油菜叶面积较对照有所降低，在H2、H3、H4干旱条件下，施加PAM对增大油菜的叶面积有一定作用。总体来看，P3（PAM=20 g）时，对增大油菜叶面积作用效果最显著。H4条件下，PAM施加量过高会抑制油菜叶片的生长。
2.1.5 对一次有效分枝数的影响。
由图5可知，在H1（不旱）条件下，施加PAM对油菜一次有效分枝数无明显影响。在H2和H3条件下，施入PAM会增加油菜的一次有效分枝数，用量越大，效果越显著；而在特别干旱的H4条件下，PAM用量过高会抑制油菜一次分枝的生长，这与前面PAM对油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积的影响一致。随着干旱程度的增加，油菜一次有效分枝数基本呈减小趋势。
2.2 不同处理对油菜产量及水分利用效率的影响
2.2.1 对油菜产量的影响。
2.2.1.1 对茎秆鲜重的影响。茎秆鲜重一定程度上代表油菜的最终产量，茎秆鲜重越重，说明油菜长势越好，产量也相应的越高。由图6可知，H1、H2条件下施加PAM能增加油菜茎秆的鲜重，P3（PAM=20 g）时油菜茎秆鲜重明显高于其他用量处理。H3、H4条件下施加PAM对油菜茎秆的生长影响不显著。
2.2.1.2 对油菜角果数的影响。油菜角果是后期光合作用的重要器官，对籽粒的贡献达70%，也是产量的关键部分，人们一直在努力寻找增加油菜角果数量和种子产量的方法[12-14]。由图7可知，施加PAM处理油菜角果数量有所增加。随着干旱程度由H1到H4的逐渐增加，角果数量呈明显下降的趋势。在重旱（H4）情况下，施加PAM对增加油菜角果数基本无效果，可能是因为特别干旱的情况下，PAM和作物存在用水竞争关系，而作物在严重缺水的阶段依然得不到水分供应，造成作物生长迟缓。
2.2.1.3 对油菜籽粒重影响。由图8可知，PAM施入土壤中，不同干旱水平处理下，油菜籽粒重都大致呈先增加后减少的趋势。P3（PAM=20 g）处理油菜籽产量最高，P4时会导致减产，这和之前PAM对油菜株高、径粗等的影响一致。在不旱和重旱的情况下，PAM增产作用不明显，而在轻旱和中旱处理下，P2（PAM=10 g）、P3（PAM=20 g）处理有显著的增产作用。
2.2.2 对油菜水分利用效率的影响。
油菜水分利用效率（Water Use Efficiency，简称WUE）是指油菜每消耗单位水量所能获得的产量。它反映了作物在生产过程中的能量转化效率，是一段时间内植物适应其生长环境的反映，因而与最终生产力之间的关系十分密切[17]。由表3、4可知，施加PAM
能不同程度地提高油菜的水分利用效率，PAM施用量过高，水分利用效率增加幅度反而有所下降；在H1水平下，各处理间差异不显著；H2水平下，各处理间差异显著；H3水平下，各处理间差异显著；H4水平下，P2、P3、P4间差异不显著，P1与 P2、P3、P4间差异显著。
3 结论与讨论
（1）PAM施入土壤对干旱具有一定的缓解作用。4种干旱（不旱，轻旱，中旱，重旱）条件下，施加PAM处理的油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积、一次有效分枝数与对照相比，最大提升幅度分别可达18.39%、50.39%、14.17%、32.85%、27.91%。
（2）在土壤中施加一定量的PAM能显著提高油菜的茎秆鲜重、角果数以及油菜籽粒重。在不同干旱条件下，施加PAM处理后的最高油菜产量比对照处理分别提高7.90%、39.47%、23.40%、21.95%，PAM施用量过高反而会减少油菜产量，降低经济效益。这与Kawai[18]、Bologna等[19]通过试验指出保水剂PAM的应用不会降低土壤质量与植物品质的结果一致。
（3）在不同干旱条件下，施加PAM各处理的油菜籽粒重都较对照明显增加，但耗水量有所下降，油菜水分利用效率比对照最高分别提高41.62%、81.31%、142.05%、49.31%。证明高分子聚合物聚丙烯酰胺能降低水分的无效蒸腾量，减少灌水量，从而提高油菜水分利用效率。
参考文献
[1] 王汉中.入世后的中国油菜产业[J].中国油料作物学报，2002，24（2）：82-86.
[2] 王汉中，官春云，张春雷.中国的油菜生产与栽培科学技术研究（英文）[C]//第十二届国际油菜大会论文集.武汉：第十二届国际油菜大会筹备委员会，2007：2-7，173.
[3] 李迎春，郭子荣，罗传浩，等.四川盆地丘陵山区油菜生产现状、问题及发展对策[J].陕西农业科学，2008，54（5）：128-130.
[4] 王汉中.中国油料产业发展的现状、问题与对策[J].中国油料作物学报，2005，27（4）：100-105. [5] 朱钟麟，赵燮京，王昌桃，等.西南地区干旱规律与节水农业发展问题[J].生态环境，2006，15（4）：876-880.
[6] 唐泽军.PAM 增加入渗减少土壤侵蚀及稀土元素示踪土壤侵蚀过程的试验研究[D].北京： 中国农业大学，2002.
[7] GAL M，ARCAN L，SHAINBERG L，et al.Effect of exchangeable sodium and phosphogypsum on crust structure：Scanning electron microscope observations[J].Soil Sci Soc Am，1984，48：872-878.
[8] LEVY G J，LEVIN J，GAL M，et al.Polymers′ effects on infiltration and soil erosion during consecutive simulated sprinkler irrigations[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：902-907.
[9] MCLNTYRE D S.Permeability measurements of soil crust formed by raindrop impact[J].Soil Sci，1958，85： 813-817.
[10] BENHUR M，LETEY J，SHAINBERG I.Polymer effect on erosion under laboratory rainfall simulator conditions[J].Soil Sci Soc Am，1990，54： 1092-1094.
[11] LENTZ R D，SHAINBERG I，SOJKA R E，et al.Preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：1926-1932.
[12] 蔣定生.黄土高原水土流失与治理模式[M].北京：中国水利水电出版社，1997.
[13] LENTZ R D，SOJKA R E.Applying polymers to irrigation water： Evaluating strategies for furrow erosion control[J].Trans ASAE，2000，43：1561-1568.
[14] 员学锋，汪有科，吴普特，等.PAM 对土壤物理性状影响的试验研究及机理分析[J].水土保持学报，2005，19（2）：37-40.
[15] 庄文化，冯 浩，吴普特.高分子保水剂农业应用研究进展[J].农业工程学报，2007，23（6）：265-270.
[16] 员学锋，吴普特，冯浩.聚丙烯酰胺（PAM）的改土及增产效应[J].水土保持研究，2002，9（2）：55-58.
[17] 刘世亮，寇太记，介晓磊，等.保水剂对玉米生长和土壤养分转化供应的影响研究[J].河南农业大学学报，2005，39（2）：146-150.
[18] KAWAI F.Bacterial degradation of acrylic oligomers and polymers[J].Appl Microbiol Biotech，1993，39：382-385.
[19] BOLOGNA L S，ANDRAWES F F，BARVENIK F W，et al.Analysis of residual acrylamide in field crops[J].Chromat Sci，1999，3
7（7）：240-244.
关键词 聚丙烯酰胺；油菜；生理指标；产量；水分利用效率
中图分类号 S634.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）02-0017-05
Abstract[Objective] To investigate the effects of polyacrylamide （PAM） on the growth and yield of rape under different drought levels，and to provide data and theoretical support for the popularization and application of PAM in agricultural drought resistance and yield increase.[Method] The pot experiment was conducted to study the drought resistance of potted rape in canopy.By controlling the irrigation time and irrigation amount，the drought degree of no drought，light drought，moderate drought and heavy drought was simulated.The effects of different application rates of PAM on plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches，yield and water use efficiency （WUE） of rape were observed.[Result] Compared with the control without PAM，the growth indexes （plant height，stem diameter，number of green leaves，leaf area，number of primary effective branches） of treatments with PAM under four drought conditions （no drought，light drought，moderate drought and heavy drought） were increased in different degrees，the increase rates of plant height were 10.11%，2.03%，18.39% and 13.70% respectively，those of the number of primary effective branches were 2.32%，27.91%，20.83% and 8.97% respectively，those of rape yield were 7.90%，39.47%，23.40%，21.95% respectively； the water consumption could be maximally reduced by 29.09%，35.65%，49.02%，31.39% respectively； the WUE could be maximally promoted by 41.62%，81.31%，142.05%，49.31% respectively.[Conclusion] The yield and WUE of rape can be improved by applying a certain amount of PAM when rape is planted，but when PAM is applied excessively，it inhibits the growth of rape and reduces the economic benefit.
Key words Polyacrylamide（PAM）； Rape； Physiological indexes； Yield； Water use efficiency（WUE）
油菜是我國第一大油料作物，常年种植面积约733万hm2，年均总产量约180万t，面积和总产均居世界第一[1-3]。四川盆地丘陵山区地处温、光、水、热条件优越的长江上游，气候温和湿润，相对湿度大，云雾和阴雨日多，冬季无严寒，利于秋播油菜生长[4]。因此，油菜一直是该区域的主要作物之一。但是，四川省季节性干旱中春旱的发生频率极高，容易造成油菜在需水旺盛的季节缺水[5]。因此，四川油菜春旱是一个急需解决的问题。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，简称 PAM） 是一种高分子聚合物，是由丙烯酰胺（Acrylamide，简称AM）均聚或与其他单体共聚而成，含量在50%以上的线性水溶性高分子化学产品的总称。作为一种新型材料，许多学者发现 PAM 对土壤性质有改进的作用，经 PAM 处理后土壤的入渗率要大得多，PAM 明显地吸附着土壤表面的颗粒，起着类似于黏结物的作用，黏结土壤的单颗粒形成大的团聚体抵抗雨滴的破坏作用，使土壤表面的结构和高入渗得以维持，阻碍土壤结皮的形成， 减少土壤侵蚀[ 6-11] 。在灌溉试验中，Lentz 等[12-13]将 PAM 用于防止沟灌土壤侵蚀和增加入渗，取得了很好的效果。已有研究表明， PAM 具有保水、保土、保肥、增产等效用[14-16]。 目前，有关PAM在作物上的应用研究大多集中在玉米和小麦上，而对油菜进行PAM处理的研究较少。该研究采用盆栽油菜试验，通过控水模拟不同干旱条件，研究不同量PAM施入土壤对油菜的生长、产量以及水分利用效率的影响，以期为推广应用PAM缓解四川油菜春旱提供数据支持。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于南方丘区节水农业研究四川省重点实验室简阳试验站进行。土壤为四川盆地代表性的紫色土，肥力中等，土层0～20 cm，pH 6.22，有机质12.13 g/cm3，田间含水率θf 20.18%，体积质量1.45 g/cm3。
1.2 試验材料 盆栽用塑料桶，高30 cm，顶部直径30 cm，底部直径28 cm，底部有透水透气孔，盆栽试验在遮雨棚内进行，不接受天然降雨。油菜试验品种为绵油15，绵油15（原代号绵杂01-13）是绵阳市农业科学研究所用绵9A-2作母本，绵恢6号作父本配组育成的甘蓝型油菜中熟双高隐性核不育两系杂交种，具有产量高、适应性广、抗逆性强等特点，特别是芥酸含量高。氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素、过磷酸钙和氯化钾。N、P2O5和K2O施用量分别为180、75、90 kg/hm2，换算后施入土壤，其中基肥占50%，腊肥和薹肥各占25%。油菜生育期划分为移苗日期10月24日，苗期10月24日—1月22日，蕾薹期1月23—2月21日，开花期2月22日—3月20日，角果期3月21日—4月17日，收获日期4月18日，累计天数为176 d。
1.3 试验设计
盆栽油菜采用移苗种植，移苗前挖取农田表层紫色土进行碾碎、风干，每个塑料桶中均匀装满22 kg紫色土。移苗后每盆定量灌水1 000 mL以保证每株油菜苗存活。采用称重法灌水，苗期保持土壤含水率为80%θf（田间持水量），蕾薹期、开花期、角果期分别为85%θf，85%θf，75%θf。
进入蕾薹期时，选取长势基本相同的油菜苗，施入不同量的PAM进行处理。试验采用2因素4水平设计，每个处理3次重复。试验因素为PAM用量和灌水间隔时间（d）。
（1）每个塑料桶中PAM施用量分别为P1（0）＼P2（10 g）＼P3（20 g）＼P4（30 g）。
（2）灌水间隔时间：H1，每隔5 d灌水1次；H2，每隔10 d灌水1次；H3，每隔15 d灌水1次；H4，每隔20 d灌水1次。每次灌水上限为：蕾薹期为田间持水率的85%，角果期为田间持水率的80%。进入蕾薹期之后开始控制灌水，4种灌水模式H1、H2、H3、H4分别模拟不旱、轻旱、中旱、重旱。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 水分利用效率的测定。在移苗前和收获油菜时分别用烘干法测定土壤含水量。根据水量平衡方程，各处理下油菜耗水量ETa=I±△W，水分利用效率WUE=Y/ETa。其中，I为灌水量（mm）；△W为△t时段内土壤水分的变化值（mm）；Y为产量（g/盆）；ETa为油菜总耗水量（kg）。
1.4.2 生长指标的测定。每隔3或7 d用卷尺测量油菜株高（从茎基部到叶顶端的距离），游标卡尺测量径粗（测定第1茎节的粗度，采用游标卡尺分2个方向（夹角90°）测量，取其平均值），完整记录油菜外部形态的变化过程。按一次有效分枝数将单株油菜分为上、中、下3层，每隔一段时间用叶绿素仪分层测定油菜叶绿素含量。在蕾薹期进行了1次油菜叶面积的测定，以便观察不同处理间的差异。对油菜生长过程中不同阶段的一次有效分枝数、绿叶数、黄叶数进行完整记录。
1.4.3 产量测定。油菜生育期结束后，分上、中、下3层统计有效角果数、茎秆鲜重、角果鲜重以及角果粒数、千粒重、菜籽总重。
1.5 数据处理 采用Excel、SPSS等软件进行数据的计算、绘图及统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理对油菜生长指标的影响
2.1.1 对株高的影响。
由图1可知，H1（不旱）条件下PAM用量的增加一定程度上对油菜的生长有促进作用，P3（PAM=20 g）时促进作用最明显；但用量过高，施用PAM会长时间蓄水，导致土壤中水分含量过高，抑制根的呼吸作用从而抑制油菜的生长。在H2（轻旱）条件下PAM用量对油菜株高影响的差异不大。在H3（中旱）时PAM的施用均会促进油菜生长，其中P1（PAM=10 g）时促进作用最明显。在H4（重旱）条件下，施用10、20 g PAM均会促进油菜生长， PAM用量为10 g时，土壤和保水剂都吸收了灌水中的大量水分，PAM能减少蒸发从而保证水分持续供给油菜的时间更久，因而比不加PAM的油菜生长的更好[7]。而PAM用量过高，达到30 g时，会导致灌入桶中的水分基本都被PAM吸收，PAM与油菜之间形成竞争用水关系，在外界温度较高的情况下会导致PAM中保持的水量还未释放给油菜吸收就被蒸发掉，因而油菜吸收的水分很少，对油菜生长没有帮助，反而很大程度上抑制油菜的生长。P3（PAM=20 g）和无保水剂的情况对油菜的影响大致相同，验证了过高的PAM用量会抑制油菜的生长。
从表1可以看出，不旱（H1）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照可提高10.11%；轻旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照增加2.03%；中旱（H3）条件下P2（PAM=10 g）用量时，株高较对照提高18.39%；重旱（H4）条件下P2（PAM=10 g）用量时，株高较对照增加13.70%。
2.1.2 对径粗的影响。由图2可知， 4种干旱条件下，施加PAM的油菜径粗均较对照增加。整体上看，同一干旱处理下，随着PAM用量的增加，径粗变化规律为先增大后减小。当PAM用量为20 g（P3）时对油菜根的促进作用最明显，根径最粗。在干旱期，PAM 减少了表层土壤中的盐含量，促进了作物根系生长发育和作物生长。 由表2可知，不旱（H1）条件下P3（PAM=20 g）用量时，径粗较对照提高41.76%；轻旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，径粗较对照提高50.39%；中旱（H3）条件下P2（PAM=10 g）用量时，径粗较对照提高19.07%；重旱（H2）条件下P3（PAM=20 g）用量时，株高较对照提高17.89%。
2.1.3 对绿叶数的影响。
由图3a可知，蕾薹期进行处理，在4种干旱情况下， PAM的施入均增加了油菜的绿葉数。由图3b可知，开花期进行处理，H1、H2、H3在同一干旱处理下，施加的油菜绿叶数明显比未施加PAM的油菜绿叶数多。而在特别干旱的H4水平下，出现绿叶数减少的现象，大量PAM自身吸持的无效水分量增加，同时可能是开花期温度已较高，PAM吸持的水分释放出来供给油菜利用的速度较低，不利于绿叶生长。
2.1.4 对叶面积的影响。
由图4可知，4种干旱情况下施入PAM后的叶面积变化并不一致。H1条件下施入PAM后油菜叶面积较对照有所降低，在H2、H3、H4干旱条件下，施加PAM对增大油菜的叶面积有一定作用。总体来看，P3（PAM=20 g）时，对增大油菜叶面积作用效果最显著。H4条件下，PAM施加量过高会抑制油菜叶片的生长。
2.1.5 对一次有效分枝数的影响。
由图5可知，在H1（不旱）条件下，施加PAM对油菜一次有效分枝数无明显影响。在H2和H3条件下，施入PAM会增加油菜的一次有效分枝数，用量越大，效果越显著；而在特别干旱的H4条件下，PAM用量过高会抑制油菜一次分枝的生长，这与前面PAM对油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积的影响一致。随着干旱程度的增加，油菜一次有效分枝数基本呈减小趋势。
2.2 不同处理对油菜产量及水分利用效率的影响
2.2.1 对油菜产量的影响。
2.2.1.1 对茎秆鲜重的影响。茎秆鲜重一定程度上代表油菜的最终产量，茎秆鲜重越重，说明油菜长势越好，产量也相应的越高。由图6可知，H1、H2条件下施加PAM能增加油菜茎秆的鲜重，P3（PAM=20 g）时油菜茎秆鲜重明显高于其他用量处理。H3、H4条件下施加PAM对油菜茎秆的生长影响不显著。
2.2.1.2 对油菜角果数的影响。油菜角果是后期光合作用的重要器官，对籽粒的贡献达70%，也是产量的关键部分，人们一直在努力寻找增加油菜角果数量和种子产量的方法[12-14]。由图7可知，施加PAM处理油菜角果数量有所增加。随着干旱程度由H1到H4的逐渐增加，角果数量呈明显下降的趋势。在重旱（H4）情况下，施加PAM对增加油菜角果数基本无效果，可能是因为特别干旱的情况下，PAM和作物存在用水竞争关系，而作物在严重缺水的阶段依然得不到水分供应，造成作物生长迟缓。
2.2.1.3 对油菜籽粒重影响。由图8可知，PAM施入土壤中，不同干旱水平处理下，油菜籽粒重都大致呈先增加后减少的趋势。P3（PAM=20 g）处理油菜籽产量最高，P4时会导致减产，这和之前PAM对油菜株高、径粗等的影响一致。在不旱和重旱的情况下，PAM增产作用不明显，而在轻旱和中旱处理下，P2（PAM=10 g）、P3（PAM=20 g）处理有显著的增产作用。
2.2.2 对油菜水分利用效率的影响。
油菜水分利用效率（Water Use Efficiency，简称WUE）是指油菜每消耗单位水量所能获得的产量。它反映了作物在生产过程中的能量转化效率，是一段时间内植物适应其生长环境的反映，因而与最终生产力之间的关系十分密切[17]。由表3、4可知，施加PAM
能不同程度地提高油菜的水分利用效率，PAM施用量过高，水分利用效率增加幅度反而有所下降；在H1水平下，各处理间差异不显著；H2水平下，各处理间差异显著；H3水平下，各处理间差异显著；H4水平下，P2、P3、P4间差异不显著，P1与 P2、P3、P4间差异显著。
3 结论与讨论
（1）PAM施入土壤对干旱具有一定的缓解作用。4种干旱（不旱，轻旱，中旱，重旱）条件下，施加PAM处理的油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积、一次有效分枝数与对照相比，最大提升幅度分别可达18.39%、50.39%、14.17%、32.85%、27.91%。
（2）在土壤中施加一定量的PAM能显著提高油菜的茎秆鲜重、角果数以及油菜籽粒重。在不同干旱条件下，施加PAM处理后的最高油菜产量比对照处理分别提高7.90%、39.47%、23.40%、21.95%，PAM施用量过高反而会减少油菜产量，降低经济效益。这与Kawai[18]、Bologna等[19]通过试验指出保水剂PAM的应用不会降低土壤质量与植物品质的结果一致。
（3）在不同干旱条件下，施加PAM各处理的油菜籽粒重都较对照明显增加，但耗水量有所下降，油菜水分利用效率比对照最高分别提高41.62%、81.31%、142.05%、49.31%。证明高分子聚合物聚丙烯酰胺能降低水分的无效蒸腾量，减少灌水量，从而提高油菜水分利用效率。
参考文献
[1] 王汉中.入世后的中国油菜产业[J].中国油料作物学报，2002，24（2）：82-86.
[2] 王汉中，官春云，张春雷.中国的油菜生产与栽培科学技术研究（英文）[C]//第十二届国际油菜大会论文集.武汉：第十二届国际油菜大会筹备委员会，2007：2-7，173.
[3] 李迎春，郭子荣，罗传浩，等.四川盆地丘陵山区油菜生产现状、问题及发展对策[J].陕西农业科学，2008，54（5）：128-130.
[4] 王汉中.中国油料产业发展的现状、问题与对策[J].中国油料作物学报，2005，27（4）：100-105. [5] 朱钟麟，赵燮京，王昌桃，等.西南地区干旱规律与节水农业发展问题[J].生态环境，2006，15（4）：876-880.
[6] 唐泽军.PAM 增加入渗减少土壤侵蚀及稀土元素示踪土壤侵蚀过程的试验研究[D].北京： 中国农业大学，2002.
[7] GAL M，ARCAN L，SHAINBERG L，et al.Effect of exchangeable sodium and phosphogypsum on crust structure：Scanning electron microscope observations[J].Soil Sci Soc Am，1984，48：872-878.
[8] LEVY G J，LEVIN J，GAL M，et al.Polymers′ effects on infiltration and soil erosion during consecutive simulated sprinkler irrigations[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：902-907.
[9] MCLNTYRE D S.Permeability measurements of soil crust formed by raindrop impact[J].Soil Sci，1958，85： 813-817.
[10] BENHUR M，LETEY J，SHAINBERG I.Polymer effect on erosion under laboratory rainfall simulator conditions[J].Soil Sci Soc Am，1990，54： 1092-1094.
[11] LENTZ R D，SHAINBERG I，SOJKA R E，et al.Preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers[J].Soil Sci Soc Am，1992，56：1926-1932.
[12] 蔣定生.黄土高原水土流失与治理模式[M].北京：中国水利水电出版社，1997.
[13] LENTZ R D，SOJKA R E.Applying polymers to irrigation water： Evaluating strategies for furrow erosion control[J].Trans ASAE，2000，43：1561-1568.
[14] 员学锋，汪有科，吴普特，等.PAM 对土壤物理性状影响的试验研究及机理分析[J].水土保持学报，2005，19（2）：37-40.
[15] 庄文化，冯 浩，吴普特.高分子保水剂农业应用研究进展[J].农业工程学报，2007，23（6）：265-270.
[16] 员学锋，吴普特，冯浩.聚丙烯酰胺（PAM）的改土及增产效应[J].水土保持研究，2002，9（2）：55-58.
[17] 刘世亮，寇太记，介晓磊，等.保水剂对玉米生长和土壤养分转化供应的影响研究[J].河南农业大学学报，2005，39（2）：146-150.
[18] KAWAI F.Bacterial degradation of acrylic oligomers and polymers[J].Appl Microbiol Biotech，1993，39：382-385.
[19] BOLOGNA L S，ANDRAWES F F，BARVENIK F W，et al.Analysis of residual acrylamide in field crops[J].Chromat Sci，1999，3
7（7）：240-244.