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保水剂新材料γ-聚谷氨酸的吸水性能和生物学效应的初步研究


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第 2 卷第 2 5 期 

中国农业气象 

20 年 5   04 月

保水剂新材料 一聚谷氨酸的吸水性能和  生物学效应的初步研究 
王传海 何都良 郑有飞 姚克敏 徐红  。 , , ,
(. 1南京气象 学院环境科学

系, 南京 20 4 2南京工业大学制药与生命科学学院) 1 4; . 0  

摘要: 初步研究了  聚谷氨酸 (- A 的 ) G ) 吸水性能和生物学效应。 ' P 结果表明:  聚谷氨酸的最大自 然吸水倍数  
可达到 1 8 倍, 前市售的聚丙烯酸盐类吸水树脂高 1 1 . 比目 04 倍以上, 对土壤水分的吸收倍数为 3 一 o 舳倍。 聚     谷氨酸的水浸液在土壤中具有一定的保水力 和较理想的释放效果, 有明显的抗旱促苗效应。在 02 M浓度的 .6 0    ̄G6 0 ( 0) 0 模拟渗透胁迫条件下,  聚谷氨酸仍有较强的吸水和保水能力, 可明显提高小麦和黑麦草的发芽率,   用其直 接拌种也能显著提高种子的发芽率。  

关键词 : 保水剂;  聚谷氨酸; 吸水率; 发芽率  

我国是水资源缺乏的国家 , 干旱、 半干旱地区约 

站和环境科学实验室内进行, 盆栽选用作物有玉米 

占国土面积的一半以上, 干旱是限制我国作物产量  ( 9 、 ( 苏育 号)小麦 宁麦 2 )多花黑麦草( 号 、 邦德)  。 .   进一步提高的重要因子之一, 由此造成的损失位于  供试保水材料为新一代生物聚合高效吸水剂—— 
各种自然灾害之首。自 2 世纪 6 年代末 , 0 0 利用保 

聚谷氨酸(-G ) TPA 。对照保水材料为市售聚丙烯酸  系列吸水树酯。  

水剂提高有限水资源的利用率受到国内外学者的重 

视, 已研制出百余种保水剂。保水剂是一种高效吸  1 保水剂吸水性能的测定  . 1
水性材料, 施人土壤后能吸收和保持 自身重量几百  111 -G 和聚丙烯酸吸水树酯的最大吸水倍数  ..  TPA

倍甚 至 几 千倍 的水 而生 成凝 胶 , 且水 分不 易 离  的测定: 用精度为 01g .n的电子天平秤取一定质量  r 析n] 0。保水剂在土壤中能减少土壤水分蒸发 , 并可  的保水剂材料, 密封于孔径为 04p . . 5m的微孔滤膜袋  以缓慢释放水分供植物利用_ J 3 。 。   主要集中于聚丙烯酸盐及其聚合体。南京工业大学  内, 该滤膜孔径可容许水分子通过, 而保水剂分子不  计算保水剂的自然吸水倍数。   将滤膜袋置于蒸馏水中, 充分吸水后秤重 ,   目前国内外的吸水树脂在抗旱节水方面的研究  能通过 ,

利用高科技新工艺研制的新一代生物聚合高效吸水  112 -G ..  TPA在土壤 中的吸水倍数的测定 : 在干土 
材料 聚谷氨酸(- A 具有优异的吸水性能和保  条件下模拟土壤湿度分别为 1%、0 yP ) G 0 2%和 3%, o 保水 

水性能, 材料具有高度可生物降解性, 且 不会造成环  剂置于微孔滤膜袋内, 3m 充分吸水后秤重 , 埋深 c , 计  境污染和不良的生态效果 , 其降解产物谷氨酸有利  算保水剂对土壤水分的吸水倍数。  
于土壤微生物和作物根系的吸收和利用。与 目前国 

1  T . - 2  

对种子出苗率的影响试验 

内正在干旱缺水地区推广应用的聚丙烯酸系列吸水  121 用盆栽试验方法直接测定 : .. 以玉米、 大豆、 小  树酯相比,-G y A的成本低, P 吸水性能好和可降解性  麦、 三叶草 4 种作物种子为试验材料 , 在干土条件下 
好。目前 )P A的应用主要在 医用材料方面 , 'G - 在抗  播种后 , 分别模 拟小 雨 (m )中雨 (5-) 雨  5 、 1nn大 a

旱节水方面的研究尚未见报道。本文研究了 y G   (0 m , 7 G - A P 3m )用 一 A材料 l拌土 10 面施 , P g 0g 以不拌土  的吸水和保水特性, 并初步研究了在干旱条件下  面施为对照 , 测定出苗率。   PA对作物种子发芽和幼苗生长的影响, G 为进一步  122 土壤 中直接使用 TP A水浸 液试验。为观  .. -G
研究和推广新型保水剂材料  聚谷氨酸提供参考。   测 TP A水浸液( yP A吸水达到饱和状态时的  -G 即 - G 胶体溶液) 的保水和释放效果, 以小麦  试验材料 ,  

1 试验材料与方法 

试验于 20 年在南京气象学院农业气象试验  分别施 用以 1 m、0m 和 50 lPt水浸液 , 02 5 l30l 0my G  0 - 深 
? 收稿 日 : 0 — 3 8 期 2 3 0 —1  O 基金项目: 国家83 6 课题资助项目“ 生物可降解型聚谷氨酸功能材料的制备”课题编号: 0A 373 ) ( 2 2A 200  0 作者简介: 王传海(96)安徽人 , 16-, 讲师, 硕士, 从事 U - VB及水分对植物影响的研究。  
? 

l ? 9  

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度 3m, c 以施用相同体积的水为对照, 测定出苗率和 

(1 .)吸水倍数和吸水速率显著降低。这显然是  1 4, 8 0

幼苗的生长指标。  

由于土壤颗粒对土壤水分的吸附力造成的。 供试土 

1 . 用PG .3 2 E 试剂 模拟渗透胁迫, 在恒温恒湿条件  壤为中壤土,种土壤湿度的农业水分常数大致分别  3
下, 将用粉末状的 7 G - A与玉米 、 P 小麦和黑麦草三种  为土壤凋萎 湿度、0 7%田间持水量和 田间持水量。  

作物种子直接拌种, 置于不同浓度的 PG试剂的培  由此说明 ,-G E 7 A在土壤中的实际吸水效率是随土  P
养皿内, 以不拌种为对照, 测定出苗率。  

壤水分含量而变化的, 约在 1 倍以内。 0 0  
表 2 " G 在不同土壤湿度下的吸水特性  / A - P 土壤湿 " G 施 吸水时 吸水重 吸水 吸水速率  / A - P
度(   用量() 间() 量() 倍数 (  h ) %) g   h   g   g     g
1  0 0 2 
3  0

2 结果与分析 
21 聚谷氨酸的吸水特性  .  
211 -G ..  7P A和聚丙烯酸吸水树酯的自然吸水特性 
的比较 

吸水倍数和吸水速率是保水剂吸水性能的重要 
指标,-G 和聚丙烯酸吸水树酯的平均最大吸水  7P A 倍数分别为 1 84和 478 前者是后者的 26  1. 0 1. 倍, . 5 倍。但 7P A吸水达到饱和的时间是聚丙烯酸吸水  -G

06  .1 0 4  .3
04   .4

5  6 5  6
6 5 

l .  8O l .  86
3 .  56

2. 95   4. 33  
8 9 0.  

O57 . 2  072 .7  
14 5 .  

树酯的 3 , 倍 吸水速率分别为 6 .和 6 . gh 两  2  7 00 98 - ~, g’ . . 2 聚谷氨酸对作物种子发芽及幼苗生长的影响   种材料的吸水速率差异较小( 1。 表 )   221 盆栽模拟干旱条件下 7PA直接拌种对作  .. -G
表 1 "I A p? 和聚丙烯酸吸水树酯的自然吸水特性的比较  G

物种子发芽及幼苗生长的影响  表3 结果表明 ,- A拌土面施对作物种子的出 7P G  

材料名称 材料用 饱和吸水 吸水重  吸水 吸水速率  
… …   量() 时间() 量() 倍数 ( ’ ) g h  g   路一h  

薯 .  0 2 1  


s ? 6     9 . . 、   s s    
1  8 2 60 1 .   10 .  184 6 .  00

苗有比较明显的效果。其中小麦和玉米等出土能力   较强的单子叶植物在低降水条件 下的效果最 为明 
显, 如小麦在模拟 5 m降水量的条件下 , 土面施  m 拌 7G - A的出苗率比对照高 1倍 , P 4 玉米的出苗率也高 
4%, 3 株高增加幅度相对较小; 在模拟降水量较低 

PA G  

02   .0

21  7 .. - 2 聚谷氨酸对土壤水分的 吸水特性 

7 G 拌土面施对双子叶植物和小粒种子 的效  - 7PA在不同土壤湿度下的吸水倍数试验结果  时 , PA -G 但在模拟降水量为 3m 0 m时也有一定的  ( 2显示 , 表 ) 随土壤水分含量增加吸水率明显提高 , 果相对较小 ,  
  但与实验室内用蒸馏水测定的 自然吸水倍数 相比  效果。
表 3 /P A直接拌种对 4 -G 种植物的出苗率和苗高的影响 

222 聚谷氨酸水浸液的保水和释放效果试验结果  ..  
为试验 7P A吸收水分后的保水和释放能 力, - G  

小麦出苗率为 8%, 0 比浇相当于 83 m水的小麦出 . m  

苗率提高 4.%; 55 由于出苗提前 , 苗高增加 5.   57 %,
的增加 , 出苗率、 苗高、 根系最大深度和根数也呈增 

进行了在干土中直接施用 7PA水浸液对小麦发芽  根系的最大深度增加 1.%。随 7P A水浸液用量  -G 56 -G
及幼苗生长的影响, 施用量分别 为 1 m、0m 和  5 l 0l 0 3 50 l 当于 5 m、0 m和 1.m 0m , 相 m 1 m 65 m降水量 , 结果  加的趋势。证明了 7 G - A水浸液具有较强的保水能  P

( ) 表4表明, 施用相 当于 5 m 日降水量的水浸液的  m
?

力, 在土壤中能缓慢释放, 提高土壤水分的有效性。  

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表4 - A  7 G 水浸液对小麦发芽率和幼苗生长的影响 P  

.1 黑麦草是对照的 80 , .倍 在  223 E ..  PG试剂模拟干旱条件下 7FA直接拌种对  出苗率是对照的 29 倍, - ' G 作物种子发芽及幼苗生长的影响  042 .1M的 PG浓度下, E 对照已无法从溶液中吸收水 

聚乙二醇(E ) PG 是一种植物根系不能吸收的大  分而不能发芽, 而用 7FA拌种的小麦和黑麦草种  -G '
分子试剂 , 化学性能稳定, P G配制的不同浓度的  子仍具有一 定的吸 水力, 由 E 分别有 9 %和 7 %的发芽  溶液可以模拟干旱的渗透胁迫  。用 P G 60 ) J E (00 配  率, 说明在较低的水势条件下,-G 7' FA仍可有一定的 

制了 002 068 6 . ~ . M的 个系列浓度等级 , 5 1 进行了 

吸水能力。玉米的 7 ' -G FA拌种效果不明显的原因可 

PA G 拌种和不拌 种(K 2℃恒温恒湿箱内发芽试  能是由于玉米种子较光滑 , c )o 不易粘着 7PA粉末造  - G
验, 结果 ( 1 表明 : 玉米 外 , 图 ) 除 小麦和黑 麦草在  成的。所以,- A粉末的种子包衣技术是需要进  7F ' G

01 M的 PG浓度下 , 7FA拌种的植物出苗率  .3 0 E 用 -G '
已明显高于对照, 026 在 . M的 P G浓度时, 0 E 小麦的 
10 0 
8  0



步研究的课题 。  

l0 o  8  0
6) 《  



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P 浓度 0)   t  

PG E浓度 ()   

P 浓 度 () 陬; M 

a小麦  :

b玉米  :

c黑麦草  :

图 1 模拟渗透势对作物种子发芽率的影响 

3 结论 
J. 2 03 3: ~ . 0 4 5 5 1 7 谷氨 酸的最 大 自然吸 水倍数 可达 到  应用[] 河南农业大学学报 , 0 , ()25 29  )- 聚

1 84 , 1 .倍 显著高于目前市售的聚丙烯酸盐类吸水  0
树脂, 对土壤水分的吸收倍数为 3 ~ O   O 8 倍。

[] 2王一鸣 . 保水剂在我国农业中的试验研究与应用[] J.  
中国农业气象, 0 ,11: ~ 3 2 02 ()4 5 . 0 9  

27聚谷氨酸的水浸液在土壤中有一定的保水  )-
力和较理想的释放效果, 有明显的抗旱促苗效应。  

[] 3尉庆丰, 张英利, 臧延生. 一植物体系中综合保水技  土壤 术的增产效应[]干旱地区农业研究, 9 ,11:4 2 . J. 1 31()2 ~ 7 9   [] 4 张富仓, 康绍忠.B P保水剂及其对土壤与作物的效应 
[]农业工程学报,99 1()7 ~ 8 J. 1 , 2: 7. 9 5 4  

3在 026 ) . M浓度的 P ( 0) 0 G 0 E 6 0条件下, 聚谷   
氨酸仍有较强的吸水和保水能力, 可明显提高干旱 

条件下小麦和黑麦草的发芽率。  
参考文献 :  
[] 1杜尧东, 王丽娟, 刘作新 . 保水剂及其在节水农业上的 

[] 5 黄占斌, 保水剂特性测定及其在农业中的应用[] 等. J.  
农业工程学报 , 0 , ()2 ~ 6 2 21 1: 2 . 0 8 2  

[] 6孙建华, 王彦荣 , 余玲, 聚乙二醇引发对几种牧草种  等. 子发芽率和活力的影响[]草业学报, 9 ,()3 ~ 2 J. 1 982 : 4. 9 4  

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第 2 卷第 2 5 期 

中国农业气象 

2O 年 5   O4 月

北京市参考作物蒸散量的时空分布特征 
段永红, 陶澍, 李本纲 
( 北京大学环境学院地表过程分析与模拟教育部重点实验室, 北京 1 81 0 7) 0  

摘要: 利用北 京市各气象站点的长期观测资料, FO 使用 A 推荐的Pm n M tt法, e i —  ̄e ra i 计算了各站点逐月参考  h
作物蒸散量 Eo 在此基础上使用插值生 Eo T。 成 T 的灰度分布图与等值线图, 分析了 Eo T 的时空分布特征。研究  结果发现, 北京市 Eo T 分布具有 2 个常年稳定的 低蒸发中心及多 个随季节变化的高 蒸发中心。 区域内海拔高度 
与地形变化造成地表温度和热量平衡变化是导致 E o T 时空变化特征的主导因素; 、 风速 日照时数和相对湿度等  气象因素及其综合作用对 Eo T 也有较大的影响。  

关键词 : na MI 法; P nI 0e e l一 l 1 t 参考作物蒸散量Eo地理信息系统  T;

作物需水预测对合理和节约用水, 缓解水资源  气象条件 和相近高程下单一均匀区域 的 Eo分布  - T 的供需矛盾具有重要意义。作物需水预测中的关键  图, 在此基础上分析 Eo T - 的时空分布规律 , 为进一步  参数是参考作物蒸散量 mo ' 。该参数受多重因素影  准确地预测作物需水与从总体上把握作物需水的地  响, 在较大区域范围内实际测定有较大难度 , 通常可  区差异提供依据。   以采用模型进行估算。Pn a-ott法是 F O最  l 资料与方法  emnM n l eh A 新推荐的方法…。相对而言 , 该方法有较充分的理  从北京市 2 个气象站点多年(99 90 气  0 1 ~1 年) 5 8 论依据, 目前计算 Eo 是 T - 最可靠的手段。所计算的  象资料中选取月均最高与最低温度、 相对湿度、 风  参考作物蒸散量 Eo仅受制于 当地气候条件 , -, T 与作  速、 日 平均 照时数、 降雨量等常规气象要素的统计数  物种类、 土壤类型等无关 。目前应用该模型进行  据及各站的海拔高度, j 使用 Pn a- ott em n n i M eh方程计  作物蒸散量预测时常用特定点的测定值代表其周围   算出各气象站点各月平均 日参考作物蒸散量 m'  o 。 区域, 并假定这些区域为均匀的。然而 , 这一假设对  然后利用 Ace ri vw空间模块的插值分析功能 , 生成北  许多气候要素和地形条件来说是不真实的 , 从而在  京市各月mo '分布的灰度图, 叠加北京市行政区划   估计作物需水中引入了较大的误差  。 j   图后 , 研究该区域 Eo T 的时空变化。最后通过对典  本文的目的就是利用气象站的常规观测资料和  型区域典型时段 m'影响因素的比较 , o 分析了北京  GS I的空间分析功能, 以北京市为例, 生成近似均匀  市影响蒸散的主要因素。  
* 收稿 日 : 0 — 3 1    期 2 3 0 —8 0 基金项 目: 国家自然科学基金( 011, 040) 4 3004 2 11资助  0 0 作者简介 : 段永红(97 , 1 一)山西榆社人 , 6 博士生, 副教授 , 主要从事 GS R 在资源环境领域的应用性研究工作。 I及 S  

A  rl n r   td   n W ae   s r t n P o e t sa d B oo i l P e mia y s u y o   trAb o p i   r p ri  n   ilgc   i o e a E e t o    w W a e — odn   e t丫 P l  u a t  f cs fa Ne   trh li gAg n 一 oy Gltmae  

W N  ha— i H  u lg; H,  o一 ; A  e rn ; UHn  A GCun a; ED —itZ FGYu  Y Ol — i X  o h  n N 【 ug e
(. eat n oEvo n t c n s Nni  ste f e o l y Nnn 204, i ; .oee f 1 Dpr et f nim e aSi c , ajg nito M tro , a k m    r nl e e n It   u e og j g 104 Qla 2Clg    f l l o Pa ay n i  ics N nI  dsy n ei ) hr c a L e e e, ajgnut  i rt   m  d fS n c i I r U vsy l

A s at 1e a rbo tnp pr s n io c fc   一pl g t a  ̄P A e   vs a d b rc:1   t  s po r e e ad o ga eeto 7 o   u m t -G )wr i e gt . t 1w e a ri o t   b li l s f i y la e( en t e   i
E  o l bob 3  o8   lpeo ae    ia dt 1 8.  lpeo w tr hc   a n   m  ih rh n ta    GA cuda sr 0 t 0mut l fw t i s l n   l 0 4mut l f ae .w ihw so et ehg e  a   t i rno   o i i t h o f p l arlt. oy cyae    cl i ou o     P   a  ah rp r c f c   n h lig a d rla i   ae n si.I tu  n  ol dslt no o i f GA h d rte ef te e t o   odn    eesn w tri ol t h se . e s n g  

h n e   e ̄o g te i ac    rp se l g .r1  -GA o dsgic n yi rv  eg r n t np re tg     h a  a c dt h uh  s tn eo co  edi s I e7 P r s f n 1 cu  i f a t   o et  emia o  e cna eo w e t l ni l mp h i f

n   e a e nnt   ni n s u t ad ygs.e   e od o   m le uh s   o026  E ( 0) r r s v i h c t o i a d ̄ gtm f . M PG 6 0 . i f   0 0  
Ke  r s Wae-odn  g n; - oygua t; tra srt npo et G r n t n p re tg  y Wo d : trh lig ae ty p l ltmae Wae b opi   rp r   o y; emia o   ec na e i

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