由图2a（略）可知，在烘干25 h 后，各处理土壤含水率的大小顺序为A2( 生物炭基保水剂B) ＞A3( 凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂) ＞A1( 生物炭基保水剂A) ＞CK，生物炭基保水剂A 和B 处理下土壤含水率分别较对照提高了332． 41% 和758%，说明添加生物炭基保水剂能够减缓土壤水分蒸发; 相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂处理，添加生物炭基保水剂B 处理的土壤相对含水率提高了44．36%，但生物炭基保水剂A 处理却降低了27．25%，说明保水剂中生物炭的添加比例对其作用效果有重要影响。另外，从各处理达到永久萎蔫系数时的土壤含水率所耗时间看( 潮土按15%计算) ［21］，添加生物炭基保水剂B 相对对照延迟10 h 到达( 减缓66．7%) ，相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂延长5 h 到达( 减缓25%) ，进一步说明添加生物炭基保水剂能够增强土壤的保水效果。由图2 b (略) 可知，土壤水分蒸发速率随着蒸发时间的延长，呈先降低后升高再降低再稳定的变化趋势，不同处理间存在差异，从初始到达到永久萎蔫系数土壤含水率，生物炭基保水剂B 平均水分蒸发速率最低，为0．016 g /( g·h) ，相对对照0．024 g /( g·h) ，土壤水分蒸发速率降低31．98%，相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂土壤水分蒸发速率0．021 g /( g·h) 降低22．42%，生物炭基保水剂能够有效降低土壤水分蒸发速率。

生物炭基保水剂能够提高土壤饱和含水率、降低土壤水分蒸发速率与其结构密切相关。已有的研究结果显示，生物炭比表面积越大，孔隙率越高，吸水性能越好［10］。生物炭、凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂、生物炭基保水剂的微观结构见图3（略），生物炭具有良好的多孔结构和网络状空间结构，凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂含有丰富的吸水颗粒，两者结合，吸水颗粒均布在生物炭孔隙结构间，形成互穿的网络空间结构，提高了保水剂的结构稳定性。这样既改善了生物炭保水效果不佳的缺陷，又弥补了凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂的吸水效果。

2．2 生物炭基保水剂对油菜地上生物量的影响

由图4 可知，与对照相比，施用生物炭基保水剂处理，油菜地上生物量增加了27．3% ～ 50．1%，其中生物炭基保水剂B 处理增加了30% ～50．1%，保水剂用量越多效果越好。方差分析显示，生物炭基保水剂处理与对照处理存在显著差异，说明施用生物炭基保水剂能够促进油菜生长，提高产量; 相同施用量条件下，生物炭基保水剂A处理与B 处理差异不显著，说明生物炭的添加比例对作物增产影响不显著。相对于B2 处理凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂，生物炭基保水剂A 处理与B 处理在低添加量下时，差异不显著; 但在高添加量时，生物炭基保水剂处理与凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂处理存在显著差异，添加高量生物炭基保水剂A 处理和B 处理油菜地上生物量分别增加了23．1%和26．9%，说明增加生物炭基保水剂的用量能够提高作物产量。

2．3 生物炭基保水剂对水分利用效率的影响

由图5（略） 可知，与对照相比，施用生物炭基保水剂处理，水分利用效率提高率在48．7%～ 110．9%，其中生物炭基保水剂B 处理相对对照提高了56．7%～110．9%，高添加量处理优于低量处理; 生物炭基保水剂处理与对照存在显著差异，说明生物炭基保水剂能够有效降低提高灌溉水利用效率，节约农业用水。相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂处理，在相同施用量条件下时，差异不显著; 在高添加量时，生物炭基保水剂处理与凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂处理存在显著差异，添加高量生物炭基保水剂A 处理和B 处理水分利用效率分别提高了27．7%和42．4%，说明增加保水剂的用量能够提高水分利用效率。

3 讨论

3．1 生物炭基保水剂对土壤持水保水能力的影响

保水剂对土壤的持水保水性能提升是衡量其性能优劣的重要指标，主要通过土壤饱和含水率和土壤水分蒸发速率等指标反映。

在对土壤饱和含水率影响方面，已有的研究结果显示，施用生物炭或生物炭基保水剂可以提高土壤饱和含水率，但只有在达到一定施用量( 土壤干重的1．6% ～ 6%) 时才会发生作用，在低施用量( 土壤干重的0．1%～ 0．8%) 时作用效果不明显，严重影响了生物炭在实际生产中的推广应用［11， 22］。本研究显示，将生物炭与腐植酸、凹凸棒土－聚丙烯酰胺复合制成的生物炭基保水剂，即使在较低的施用水平( 土壤干重的0． 1% ～0．2%) 时，也表现出较好的作用效果，与对照相比，土壤饱和含水率提高13．31% ～ 13．54%，这对降低生物炭的施用成本，促进生物炭在农业上的推广应用具有重要意义。

在对土壤水分蒸发速率影响方面，已有的研究结果显示，施用保水剂会延长第一阶段水分蒸发时间［8］。本研究结果显示，相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂，施用生物炭基保水剂能够缩短第一阶段水分蒸发时间，降低土壤水分蒸发速率，土壤水分蒸发速率降低22．41%。相对空白对照，施用高添加比例生物炭基保水剂能够土壤水分蒸发速率降低31．98%，表现出较好的保水性能; 但在低添加比例时，相对空白对照，却提高了土壤水分蒸发速率，这有待进一步深入研究。

3．2 生物炭基保水剂对植物生长和水分利用效率的影响

保水剂对植物生长的影响是衡量其能否推广应用的重要指标。已有研究显示，施用保水剂能够提高作物产量［23］。本研究显示施用生物炭基保水剂能够提高油菜产量，施用量0．1% ～ 0．2%时，油菜产量比对照提高27．3% ～ 50．1%，且生物炭基保水剂用量越高，增产效果越好，这可能是因为生物炭具有良好的物理化学性质和养分调控作用［10］，将生物炭制成保水剂施用于土壤，既发挥了生物炭改善土壤团粒结构、增进土壤养分的吸附和保持、促进作物生长的功效，又满足了植物生长对水分的需求。

保水剂对土壤水分利用效率的提升是衡量其性能的又一关键指标，已有的研究表明，施用保水剂能够提高作物的水分利用效率，具体提高幅度与所施用的土壤类型、作物品种及干旱程度有关［24～ 26］。本研究结果显示添加生物炭基保水剂可提高土壤水分利用效率，较对照提高48．7% ～110．9%，且施用量越高，效果越好; 相对凹凸棒土－聚丙烯酰胺保水剂，在同等施用量条件下，作用效果相当，这对发低成本、高效保水剂，实现保水剂在低经济效益作物上的应用提供了可能，具有重要的现实意义。

程红胜1，沈玉君1， 孟海波1* ， 湛世界1，2

( 1．农业部规划设计研究院，农业部农业废弃物能源化利用重点实验室，北京;2．华中农业大学工学院，武汉)