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含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响

发布日期:2015-02-11 15:32:57

含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响和彩叶草

含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,为了提高彩叶草的生根能力,笔者在能耗低的室温下合成了含有天然产物蒙脱土 (MMT)和羧甲 基纤维素钠(CMC)的环境友好型吸水性复合物。采用正交试验法研究了吸水性复合物的组成和合成条 件对彩叶草生根指标的影响规律,运用层次分析法(AHP)筛选出了综合生根能力最佳时的吸水性复合 物。结果表明所合成的吸水性复合物均不同程度地提高了彩叶草的生根能力,但不同组成复合物间的 差别很大。吸水性复合物中天然组分含量对彩叶草生根影响显著,其中粘土类天然产物MMT对彩叶 草根系的形成后期(根系质量及生长速度)影响最大,多糖类天然产物CMC对彩叶草插穗的根系形成前 期(促进插穗伤口愈合和生根)影响最大。施用综合生根能力最佳的吸水性复合物,彩叶草的生根率、生 根数、总根长、最长根长、根系干重和综合生根能力分别是对照试样的6、20、22、2.3、7.2和18.4倍,这对 提高彩叶草等草花的繁殖系数有重要意义,为该类吸水性复合物在园林扦插繁殖中的应用提供了试验 依据。

高吸水性树脂(SAP)又称保水剂,是一轻度交联 的亲水性聚合物,含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,可以吸取自身重量的几百甚至到几 千倍蒸馏水。和传统吸水材料相比,SAP具有吸水能 力和保水能力强的优点,在农林园艺等领域具有广阔 的应用前景11-41。SAP从原料来源上主要分为合成类和 半合成类。合成类主要是聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类; 半合成类产品是淀粉、纤维素等多糖和丙烯酸、丙烯酰 胺的接枝共聚物。但目前这2类产品山于价格较高, 其主要的消费领域在卫生用品方面,在农林园艺方面 的应用还未能得到大面积的推广[51。
为了降低成本和改善吸水性能,近几年来,使用价 格低廉的亲水性粘土 (如蒙脱土、高岭土等)和天然多 糖(淀粉、澳门威利斯人88038等)作为复合组分制备吸水 性聚合物成为国内外研究的热点[6-81。室温下聚合能耗 低,可简化合成工艺,是降低生产成本的有效途径,还 可减少热污染,但目前报道的该类吸水性复合物大多 数是在60~90丈温度范围内合成,关于室温聚合该类 SAP的研究报道很少。此外,目前大多数文献探讨的 是天然组分粘土和多糖的加入对产物吸水倍数的影响 规律,关于天然组分对该类SAP在农林园艺中应用的 影响还未见文献报道。本课题组以丙烯酰胺(AM)、 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠(AMPS)为聚合单体,蒙 脱土 (MMT)、澳门威利斯人88038(CMC)为添加组分,在室 温下合成了聚(AMPS-AM)/CMC/MMT吸水性复合 物[91。与目前市面上农林园艺领域应用的保水剂相 比,该类保水剂的主要特点是在室温下合成,能耗小, 工艺简单,以价格低廉、对土壤无污染的天然组分 MMT和CMC为主要原料,成本低,属环保型保水剂, 在园林节水应用中具有广阔的应用前景。
彩叶草(Co/eusWwme/)为唇形科鞘蕊花属草本植 物,株高一般30~50 cm,叶色丰富多彩,对高温和光照 具有较强的忍耐力,园林应用非常广泛。彩叶草通常 采用播种和扦插的方法繁殖,而且非常适合扦插法,尤 其是无性品种系列,但繁殖系数低,不能满足城市绿化 美化的需求[10]。将聚(AMPS-AM)/CMC/MMT吸水性 复合物应用于彩叶草扦插繁殖生产中,提高其扦插生
根能力,是本研究的目标所在。
笔者在实验室前期土壤节水试验和土壤理化试验 工作的基础上,以彩叶草为试材,以扦插生根能力为优 化目标,使用正交试验法研究天然组分MMT、CMC对 彩叶草扦插生根的成活率、根系质量、根系生长速度等 的影响规律,采用层次分析法筛选生根能力最佳时吸 水性复合物的合成条件,为该复合物在园林植物繁殖 应用上提供试验数据。
1材料与方法 1.1试验时间、地点
扦插试验于2012年11月21 I丨至12月11 I丨在晋 城市园林科研所实验室进行,通过干湿温度计测得丨丨 平均温度为21.5丈,空气相对湿度为36.2°%。
1.2试验材料
吸水性复合物的制备原料:MMT(浙江临安膨润 土有限企业)、CMC、AM、AMPS、过硫酸钾(分析纯,
天津市化学试剂一厂)。植物扦插材料为晋城市园林T
科研所苗圃基地盆栽彩叶草,扦插基质为河沙,扦插容 器为市售优质标准饮用水纸杯(上直径、下直径、高分 别为7.5 cm、5 cm、8 cm,底部扎孔)。
1.3试验方法
1.3.1正交试验法制备吸水性复合物天然组分MMT 和CMC不仅可以降低吸水性复合物成本,还可以改善 产物吸水性能和环境友好性。单体浓度和引发剂浓度 是影响产物吸水性能和转化率的主要聚合参数。在前 期工作基础上,选取MMT用量、CMC用量、单体浓度 和引发剂浓度4个因素(用量均以单体AMPS和AM 质量和为计量基准),每因素选择3个水平,见表1,选 择4因素3水平正交试验设计,见表2。
在室温下,以过硫酸钾为引发剂,以正交试验设计 为基础,按照本课题组申请的发明专利中所述方法制 备吸水性复合物[9],聚合产物经干燥粉碎后,过40~60 目筛备用。
1.3.2彩叶草扦插分别称取自然风干的扦插基质 240 g和1~9号吸水性复合物(为基质质量含量0.3%)
均匀混合,成9个不同处理和1个空白对照(CK),每处 理设置10个重复。含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,各处理搅拌均匀后,分别等量放入 
表1正交试验所选的因素和水平%
因素
水平A(MMT 用M)B(CMC用量)C(单体浓度)D(引发剂浓度)
1256120.10
2309140.25
33512160.40
表2聚(AM-AMPS)/CMC/MMT吸水性复合物的含有6片小叶的彩叶草顶芽,扦插于每个纸杯中,采用
正交试验设计顺序错位法[11]排列于实验室中,顺序错位排列方式见表
试验处理号MMT CMC 单体浓度引发剂浓度3,每1 1观察,20天后挖取完整根系,蒸馏水清洗干净,
11111测量统计,烘干称重,扦插试验统计数据如表4所示。
212221.3.3运用层次分析法确立彩叶草的综合生根能力山
31333表4可知,不同组成保水剂对各种生根指标的影响不
42123一致,例如5号试样生根数和总根长最高,而3号试样
52231的生根率最高,需对不同组成保水剂的综合生根能力
62312进行评价,从而优化出在彩叶草育苗中表现性能最好
73132时的保水剂组成配方。
83213层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)是美
93321国匹茨堡大学运筹学家萨迪于20世纪70年代初提出
纸杯中,给每处理浇水使之达到饱和。取规格均一的的一种系统分析法[12],它是一种定量与定性相结合,将
表3顺序错位排列法
项目样品号
重复I123456789 CK
重复n23456789CK 1
重复皿3456789 CK12
重复IV456789CK 123
重复V56789CK1234
重复VI6789CK12345
重复W789CK123456
重复W89CK1234567
重复K9CK12345678
重复XCK123456789
表4彩叶草扦插试验统计数据
样品号生根率/°%根干重/mg生根数/条总根长/cm最长根长/cm
CK101.274.51.5
1706.79074.92.5
2402.94725.32.6
3906.113684.22.8
4504.48646.63.5
5608.714198.83.5
6605.19764.23.1
7402.25120.91.5
8504.56135.32.1
9603.98543.92.9
 
人的主观判断用数量形式表达和处理的方法,在客观 上大大提高了评价结果的有效性、可靠性和可行 性[13-141。本研究根据彩叶草扦插生根特点建立递阶层 次结构评价模型,综合表现生根能力的5种因素(生根 率、总根长、生根数、最长根长、根系干重)作为具体评 价指标,构成了一个多层次的分析结构模型,如表5所 示,试图对不同组成吸水性复合物对彩叶草生根能力 的影响进行全面、客观、综合的评价。
根据生根能力综合评价层次模型,结合相关资料 和专家经验,建立2级判定矩阵,对2级判定矩阵作一 致性检验后,对2级矩阵权重值加权综合,求出综合权 重呢如表6所示。根据综合权重W计算出不同组成 
表5彩叶草扦插生根能力综合评判层次模型
目标层A彩叶草生根能力综合评价A
约束层C成活比例C1根系质量C2根系生长速度C3
标准层P生根率P1根系干重P2平均根数P3 平均根长P4 最长根长P5平均根长P4 最长根长P5
最低层DD1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、DCK
 
表6标准层(P)对于目标层(A)的总排序
层次成活比例C1根系质量C2根系生长速度C3综合权重w
0.49340.31080.1958—
P11——0.493
P2—0.3636—0.113
P3—0.3637—0.113
P4—0.18180.6670.187
P5—0.09090.3330.094
吸水性复合物处理的综合生根能力,见表7。山表7可 知,5号试样的综合生根能力最强,是对照试样的18.4 倍,7号试样的综合生根能力相对较差,为对照试样的 5.3 倍。
2结果与分析
2.1吸水性复合物对彩叶草生根能力的影响
图1是施加1~9号保水剂和对照试样(CK)中生了 根的彩叶草照片。山图1可知,施加吸水性复合物后,
彩叶草的生根率、根长等直观的生根形态指标均不同 程度地明显高于对照试样。在10个重复中,对照仅有 1株生根,生根率仅为10%,施加3号试样后的生根率 达到了 90%。山表4中扦插试验的具体统计数据可 知,对照(CK)的各种生根指标最差,综合生根效果最 好的5号试样,生根率、生根数、总根长、最长根长和根 系干重分别是对照的6、20、22、2.3和7.2倍。
山于彩叶草插穗扦插是脱离母体后进行的,在不 定根形成之前,只能从切口吸取水分,但山于插穗及其 叶片的蒸腾作用仍在进行,土壤水分含量小,极易造成 插穗水分不平衡,导致插穗死亡,而土壤含水量过大, 则土壤通气条件变差,易造成插穗切口因缺氧而腐烂, 影响生根成活。因而基质是影响插穗成活的一个重要 因素,基质只有保持良好的持水性和透水性,才能保证 不定根的形成[151。扦插基质河沙保水能力差,在其中 加入吸水性复合物后,吸水性复合物自身强的吸水和 保水能力除了可增加河沙的保水性,还可通过溶胀时 
表7层次分析法分析的彩叶草综合生根能力
样品号CK123456789
综合生根能力1.9625.510.832.519.53624.110.314.418.8
 
 
降低沙中大孔的孔径来降低沙中水分蒸发速度[161,从 而很大程度提高了河沙的持水性。保水剂在土壤中体 积的膨胀(吸水后)和收缩(失水后)过程有利于提高土 壤中空气的含量,提高了河沙的透气性。另外,使用保 水剂能促进植株根系生长,增强根系吸取和合成的能 力[171,提高了根系活力。鉴于保水剂加入到土壤中可 提高土壤的有效水含量、增强植物的水分利用率[18-211, 吸水性复合物加入到河沙中彩叶草生根能力的明显提 高可能和其提高了彩叶草的水分利用率、改善了彩叶 草的生根环境有关。
2.2正交试验结果的极差分析
表4所示的扦插试验数据说明保水剂的组成和合 成条件对彩叶草的生根影响很大。含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,采用正交极差分析 对影响彩叶草生根能力的因素进行分析,以探明天然 组分含量、聚合条件对各种生根指标的影响强弱。根 据表2所示的正交试验表和表4的扦插试验结果,分别 算出表1中各相应水平的3次试验结果性质指标之和 H ^和其平均值夂、2、以及极差仏计算结果见 表 8~9。
表8和表9中的极差数据表明,各种因素对不同指 标的影响程度不一致。生根率是评价生根能力性状和 效果的重要指标,各因素对生根率的影响次序为B (CMC用量)>A(MMT用量)=D(引发剂浓度)>C(单 体浓度),CMC用量对生根率的影响最大,MMT次之, 说明天然组分CMC和MMT的含量对生根率的影响 极显著,调整复合物中CMC和MMT的含量是提高彩 叶草扦插生根率的有效途径。
由表8和表9中的极差数据可知,各因素对综合生 根能力的影响次序为A>D>C>B,对生根数、总根长和 最长根长的影响强弱次序同综合生根能力一致;各因 素对根干重的影响次序稍微不同于综合生根能力,为 D>A>C>B,即MMT含量的影响稍次于引发剂浓 
表8生根率、根干重和生根数的正交极差分析
生根率/%根'1 重/mg生根数/条
ABCDABCDABCD
20016018019011.713.316.319.3273227248316
K17015015014018.216.111.210.2324249218195
K15021019019010.615.11715197318328283
66.753.36063.33.94.435.436.43917683105
k256.7505046.66.15.363.733.4108837365
fc507063.363.33.535.035.6756610610994
D16.72013.316.72.570.931.943.0342303640
表9总根长、最长根长和AHP综合生根能力的正交极差分析
 
总根长/cm最长根长/cm综合生根能力
ABCDABCDABCD
K184.4142.4174.4217.67.97.57.78.968.855.36480.3
K209.6159.4115.8110.410.18.297.279.661.249.145.2
K100.1192.3203.9166.16.58.87.88.443.575.478.866.4
fc61.547.558.172.52.62.52.73.022.918.421.326.8
fc69.853.138.636.83.42.73.02.426.520.416.415.1
fc33.464.16855.32.22.92.62.814.525.126.322.1
D36.416.629.435.71.20.40.40.6126.79.911.7
 
度)。这说明保水剂中MMT的含量对彩叶草综合生 根能力的影响最大,CMC含量尽管对生根率影响很 大,但对生根数、总根长等生根性状的影响相对较小。
以上分析说明CMC对彩叶草插穗的根系形成前 期(促使插穗伤口愈合和促进生根)影响较大,MMT
对彩叶草根系的形成后期(根系质量及根系生长速度) 影响较大。
综合生根能力的最优处理为A2B3C3D1,但考虑 到CMC含量对综合生根能力的影响最小,但用量过多 时聚合体系过于粘稠,不利于MMT的均勻分散,CMC
用量确定取水平2即综合生根能力的最优处理确定 为A2B2C3D1,为表4中的5号试样。
2.3保水剂中天然组分含量对彩叶草生根能力的影响
山以上讨论可知,保水剂中天然组分MMT和 CMC的加入对彩叶草生根能力影响很大。为了更直 观的分析天然组分的含量对生根能力的影响规律,以 MMT和CMC的水平数为横坐标,各指标的平均数允、 fc、为纵坐标,将MMT和CMC的统计分析结果绘成 趋势图进行分析。
在扦插试验中,MMT对彩叶草生根的影响有2个 方面,一方面,MMT是一种亲水性的硅酸盐粘土,其 表面含有的亲水性羟基可以和聚合物发生化学反应, 提高保水剂的吸水性能[221,从而有利于生根。另一方 面,MMT具有阳离子交换特性,研究表明MMT加入 到土壤中能改善土壤的离子交换能力,提高植物对营 养成分尤其是钾的吸取率[231,这一因素也有利于彩叶 草的生根。
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图2是保水剂中MMT含量对各种生根指标的影 响规律图。山图2可知,除了生根率随着MMT用量的 增加呈下降趋势外,综合生根能力和其他生根性状指 标均在MMT用量适中时最佳,这是因为MMT用量过 高时,大部分MMT以物理填充的方式填充在聚合物 基体中,不利于吸水性能的提高[231,因而也不利于生 根。
CMC是一种阴离子多糖,具有亲水性、分散稳定 性等性质,生物降解性好。图3是CMC含量对各种生 根指标的影响规律图。山图可见,除了根干重随着 CMC用量的增加呈单峰形变化趋势外,包括综合生根 能力在内的其他生根指标均在CMC用量取最大值时 (12%)性能最佳。而笔者的前期研究表明,在本聚合体 系中加入CMC后可以提高吸水性能,CMC用量取水 平2(9%)时吸水性能最佳,过量CMC的加入不利于吸 水性能的提高[241。可见,保水剂的吸水倍数和生根性 能并不完全一致,CMC除了增加保水剂的保水性外,
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图2 MMT含量对彩叶草生根能力的影响 
 
其自身对彩叶草的生根也有促进作用。有文献报道 CMC可以提高土壤的有效憐养分含量,提高水稻的生 物量和产量[251,CMC对彩叶草生根能力的促进作用可 能与CMC能提高有效养分的含量有关。
3结论
(1)聚(AM-AMPS)/CMC/MMT吸水性复合物能
显著提高彩叶草的生根能力,施用生根能力最佳时的 吸水性复合物后,含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,彩叶草的生根率、生根数、总根长、最 长根长和根系干重分别是对照试样的6、20、22、2.3和 7.2倍;AHP分析的综合生根能力是对照试样的18.4 倍,这对提高彩叶草的繁殖系数具有重要意义,对该吸 水性复合物在园林中的推广应用具有重要价值。
(2)正交极差分析法表明,在各种影响因素中,粘 土类天然产物MMT对除生根率外的其他生根指标的 影响最显著,各指标在MMT用量适中时最佳(生根率 除外)。多糖类天然组分CMC对生根率的影响最显 著,对其他生根性状的影响相对较小,各生根性能指标 在CMC用量最大时最佳(根干重除外)。这可能与 CMC、MMT可以提高吸水性复合物的吸水性能和能 促进有效养分的吸取有关,还可能与二者自身的组成 成分对植物生长的影响作用有关,有待进一步研究求 证。
(3)天然组分含量对彩叶草的生根影响很大,其中 CMC对彩叶草插穗的根系形成前期(促使插穗伤口愈 合及促进生根)影响较大,MMT对彩叶草根系形成后 期(根系质量及根系生长速度)影响较大,可以通过调 整保水剂中天然组分CMC和MMT的含量来提高植 物扦插生根的综合水平。
4讨论
目前市场上应用较广的聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等 合成类保水剂是以生物降解性差的石油化工产品为原 料制备的,价格相对较高,生物降解性差,在农林园艺
中长期施用会对土壤造成污染,关于该类保水剂对植 物生根能力和持水性能的研究目前国内外有一些报 道nrnm,但含有天然组分的复合保水剂对植物生根能 力的影响以及该类保水剂的低能耗合成还未见文献报 道。本文所合成的保水剂在能耗低的室温下聚合,其 中价格低廉的天然产物粘土和多糖总加入量达到40% 左右,不仅降低了保水剂的合成成本,而且减轻了其多 次施用对土壤的污染,提高了合成类保水剂的环境友 好性,非常适用于农林园艺中。应用含天然组分的保 水剂来提高彩叶草扦插生根能力,对彩叶草及其他花 卉苗木的扦插繁殖具有重要意义。
笔者的研究表明,保水剂强的吸水和保水性能对 植物的生根能力有促进作用,这一点和前人的研究结 果一致[17]。本课题组的前期研究表明,7号试样的吸水 倍数最高[241,但彩叶草生根能力最强的是5号试样,其 综合生根能力达36,而吸水倍数最高的7号试样的综 合生根能力只有10.3,说明保水剂吸水倍数的高低和 其所对应的彩叶草生根能力的强弱并不是一致的,在 实际应用中,仅仅以吸水倍数的高低作为选择保水剂 时的性能指标是片面的,应根据不同使用目的选择合 适吸水倍数的保水剂。
MMT和CMC对彩叶草的各种生根指标有不同程 度的影响和促进作用:多糖CMC的加入对彩叶草插穗 的根系形成前期影响显著,其用量山6%提高至12% 时,彩叶草的生根率山53.3%提高至70%;粘土 MMT 对彩叶草根系的形成后期影响显著,适量MMT的加 入可以很大程度提高根系质量及生长速度,其用量山 25%提高至30%时,根干重山3.9 mg提高至6.1 mg,提 高了 56.4%,生根数、总根长、最长根长和综合生根能 力分别提高了 18.7%、13.5%、30.8%、15.7%,但 MMT 用量进一步增加至35%时,以上各生根指标明显下 降。这为实际生产中根据植物生根指标的需求调整保 水剂中天然产物的组成配方提供了实验依据。
施加生根性能最好的保水剂后,彩叶草的综合生 根能力是对照的18.4倍,含有蒙脱土和多糖的吸水性复合物对彩叶草扦插生根能力的影响,这种生根能力的大幅度提高 除了与保水剂强的吸水和保水性能有关外,天然组分 MMT和CMC自身对彩叶草生根能力的促进作用也是 主要因素之一。文献报道表明单独将MMT和CMC 加入到土壤中能分别提高植物对钾的吸取率1231和土壤 的有效磷养分含量[251。作为天然组分的CMC和MMT 加入到保水剂中后,其对植物根系的促进作用机理是 否与二者能促进植物对有效养分的吸取有关,二者在 对植物生根上是否有协同作用,还需要设计试验进行 进一步的验证,以提供更多的理论支撑。另外,彩叶草 生根能力的强弱与保水剂吸水性能高低的相关性,随 MMT用量的增多生根率降低的原因也需进一步探
究。
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