高吸水性樹脂(SAP)又稱保水劑，是一輕度交聯 的親水性聚合物，含有蒙脫土和多糖的吸水性復合物對彩葉草扦插生根能力的影響，可以吸收自身重量的幾百甚至到幾 千倍蒸餾水。和傳統吸水材料相比，SAP具有吸水能 力和保水能力強的優點，在農林園藝等領域具有廣闊 的應用前景11-41。SAP從原料來源上主要分為合成類和 半合成類。合成類主要是聚丙烯酸類、聚丙烯酰胺類; 半合成類產品是淀粉、纖維素等多糖和丙烯酸、丙烯酰 胺的接枝共聚物。但目前這2類產品山于價格較高， 其主要的消費領域在衛生用品方面，在農林園藝方面 的應用還未能得到大面積的推廣[51。

為了降低成本和改善吸水性能，近幾年來，使用價 格低廉的親水性粘土 (如蒙脫土、高嶺土等)和天然多 糖(淀粉、羧甲基纖維素鈉等)作為復合組分制備吸水 性聚合物成為國內外研究的熱點[6-81。室溫下聚合能耗 低，可簡化合成工藝，是降低生產成本的有效途徑，還 可減少熱污染，但目前報道的該類吸水性復合物大多 數是在60~90丈溫度范圍內合成，關于室溫聚合該類 SAP的研究報道很少。此外，目前大多數文獻探討的 是天然組分粘土和多糖的加入對產物吸水倍數的影響 規律，關于天然組分對該類SAP在農林園藝中應用的 影響還未見文獻報道。本課題組以丙烯酰胺(AM)、 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸鈉(AMPS)為聚合單體，蒙 脫土 (MMT)、羧甲基纖維素鈉(CMC)為添加組分，在室 溫下合成了聚(AMPS-AM)/CMC/MMT吸水性復合 物[91。與目前市面上農林園藝領域應用的保水劑相 比，該類保水劑的主要特點是在室溫下合成，能耗小， 工藝簡單，以價格低廉、對土壤無污染的天然組分 MMT和CMC為主要原料，成本低，屬環保型保水劑， 在園林節水應用中具有廣闊的應用前景。

彩葉草(Co/eusWwme/)為唇形科鞘蕊花屬草本植 物，株高一般30~50 cm，葉色豐富多彩，對高溫和光照 具有較強的忍耐力，園林應用非常廣泛。彩葉草通常 采用播種和扦插的方法繁殖，而且非常適合扦插法，尤 其是無性品種系列，但繁殖系數低，不能滿足城市綠化 美化的需求[10]。將聚(AMPS-AM)/CMC/MMT吸水性 復合物應用于彩葉草扦插繁殖生產中，提高其扦插生

根能力，是本研究的目標所在。

筆者在實驗室前期土壤節水試驗和土壤理化試驗 工作的基礎上，以彩葉草為試材，以扦插生根能力為優 化目標，使用正交試驗法研究天然組分MMT、CMC對 彩葉草扦插生根的成活率、根系質量、根系生長速度等 的影響規律，采用層次分析法篩選生根能力最佳時吸 水性復合物的合成條件，為該復合物在園林植物繁殖 應用上提供試驗數據。

1材料與方法 1.1試驗時間、地點

扦插試驗于2012年11月21 I丨至12月11 I丨在晉 城市園林科研所實驗室進行，通過干濕溫度計測得丨丨 平均溫度為21.5丈，空氣相對濕度為36.2°%。

1.2試驗材料

吸水性復合物的制備原料:MMT(浙江臨安膨潤 土有限公司）、CMC、AM、AMPS、過硫酸鉀（分析純，

天津市化學試劑一廠）。植物扦插材料為晉城市園林T

科研所苗圃基地盆栽彩葉草，扦插基質為河沙，扦插容 器為市售優質標準飲用水紙杯(上直徑、下直徑、高分 別為7.5 cm、5 cm、8 cm，底部扎孔）。

1.3試驗方法

1.3.1正交試驗法制備吸水性復合物天然組分MMT 和CMC不僅可以降低吸水性復合物成本，還可以改善 產物吸水性能和環境友好性。單體濃度和引發劑濃度 是影響產物吸水性能和轉化率的主要聚合參數。在前 期工作基礎上，選取MMT用量、CMC用量、單體濃度 和引發劑濃度4個因素（用量均以單體AMPS和AM 質量和為計量基準），每因素選擇3個水平，見表1，選 擇4因素3水平正交試驗設計，見表2。

在室溫下，以過硫酸鉀為引發劑，以正交試驗設計 為基礎，按照本課題組申請的發明專利中所述方法制 備吸水性復合物[9]，聚合產物經干燥粉碎后，過40~60 目篩備用。

1.3.2彩葉草扦插分別稱取自然風干的扦插基質 240 g和1~9號吸水性復合物(為基質質量含量0.3%)

均勻混合，成9個不同處理和1個空白對照(CK)，每處 理設置10個重復。含有蒙脫土和多糖的吸水性復合物對彩葉草扦插生根能力的影響，各處理攪拌均勻后，分別等量放入 

表1正交試驗所選的因素和水平%

因素

水平A(MMT 用M)B(CMC用量)C(單體濃度）D(引發劑濃度）

1256120.10

2309140.25

33512160.40

表2聚(AM-AMPS)/CMC/MMT吸水性復合物的含有6片小葉的彩葉草頂芽，扦插于每個紙杯中，采用

正交試驗設計順序錯位法[11]排列于實驗室中，順序錯位排列方式見表

試驗處理號MMT CMC 單體濃度引發劑濃度3,每1 1觀察，20天后挖取完整根系，蒸餾水清洗干凈，

11111測量統計，烘干稱重，扦插試驗統計數據如表4所示。

212221.3.3運用層次分析法確立彩葉草的綜合生根能力山

31333表4可知，不同組成保水劑對各種生根指標的影響不

42123一致，例如5號試樣生根數和總根長最高，而3號試樣

52231的生根率最高，需對不同組成保水劑的綜合生根能力

62312進行評價，從而優化出在彩葉草育苗中表現性能最好

73132時的保水劑組成配方。

83213層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美

93321國匹茨堡大學運籌學家薩迪于20世紀70年代初提出

紙杯中，給每處理澆水使之達到飽和。取規格均一的的一種系統分析法[12]，它是一種定量與定性相結合，將

表3順序錯位排列法

項目樣品號

重復I123456789 CK

重復n23456789CK 1

重復皿3456789 CK12

重復IV456789CK 123

重復V56789CK1234

重復VI6789CK12345

重復W789CK123456

重復W89CK1234567

重復K9CK12345678

重復XCK123456789

表4彩葉草扦插試驗統計數據

樣品號生根率/°%根干重/mg生根數/條總根長/cm最長根長/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

 

人的主觀判斷用數量形式表達和處理的方法，在客觀 上大大提高了評價結果的有效性、可靠性和可行 性[13-141。本研究根據彩葉草扦插生根特點建立遞階層 次結構評價模型，綜合表現生根能力的5種因素(生根 率、總根長、生根數、最長根長、根系干重)作為具體評 價指標，構成了一個多層次的分析結構模型，如表5所 示，試圖對不同組成吸水性復合物對彩葉草生根能力 的影響進行全面、客觀、綜合的評價。

根據生根能力綜合評價層次模型，結合相關資料 和專家經驗，建立2級判定矩陣，對2級判定矩陣作一 致性檢驗后，對2級矩陣權重值加權綜合，求出綜合權 重呢如表6所示。根據綜合權重W計算出不同組成 

表5彩葉草扦插生根能力綜合評判層次模型

目標層A彩葉草生根能力綜合評價A

約束層C成活比例C1根系質量C2根系生長速度C3

標準層P生根率P1根系干重P2平均根數P3 平均根長P4 最長根長P5平均根長P4 最長根長P5

最低層DD1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、DCK

 

表6標準層(P)對于目標層(A)的總排序

層次成活比例C1根系質量C2根系生長速度C3綜合權重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

吸水性復合物處理的綜合生根能力，見表7。山表7可 知，5號試樣的綜合生根能力最強，是對照試樣的18.4 倍，7號試樣的綜合生根能力相對較差，為對照試樣的 5.3 倍。

2結果與分析

2.1吸水性復合物對彩葉草生根能力的影響

圖1是施加1~9號保水劑和對照試樣(CK)中生了 根的彩葉草照片。山圖1可知，施加吸水性復合物后，

彩葉草的生根率、根長等直觀的生根形態指標均不同 程度地明顯高于對照試樣。在10個重復中，對照僅有 1株生根，生根率僅為10%，施加3號試樣后的生根率 達到了 90%。山表4中扦插試驗的具體統計數據可 知，對照(CK)的各種生根指標最差，綜合生根效果最 好的5號試樣，生根率、生根數、總根長、最長根長和根 系干重分別是對照的6、20、22、2.3和7.2倍。

山于彩葉草插穗扦插是脫離母體后進行的，在不 定根形成之前，只能從切口吸收水分，但山于插穗及其 葉片的蒸騰作用仍在進行，土壤水分含量小，極易造成 插穗水分不平衡，導致插穗死亡，而土壤含水量過大， 則土壤通氣條件變差，易造成插穗切口因缺氧而腐爛， 影響生根成活。因而基質是影響插穗成活的一個重要 因素，基質只有保持良好的持水性和透水性，才能保證 不定根的形成[151。扦插基質河沙保水能力差，在其中 加入吸水性復合物后，吸水性復合物自身強的吸水和 保水能力除了可增加河沙的保水性，還可通過溶脹時 

表7層次分析法分析的彩葉草綜合生根能力

樣品號CK123456789

綜合生根能力1.9625.510.832.519.53624.110.314.418.8

 

 

降低沙中大孔的孔徑來降低沙中水分蒸發速度[161，從 而很大程度提高了河沙的持水性。保水劑在土壤中體 積的膨脹(吸水后)和收縮(失水后)過程有利于提高土 壤中空氣的含量，提高了河沙的透氣性。另外，使用保 水劑能促進植株根系生長，增強根系吸收和合成的能 力[171，提高了根系活力。鑒于保水劑加入到土壤中可 提高土壤的有效水含量、增強植物的水分利用率[18-211， 吸水性復合物加入到河沙中彩葉草生根能力的明顯提 高可能和其提高了彩葉草的水分利用率、改善了彩葉 草的生根環境有關。

2.2正交試驗結果的極差分析

表4所示的扦插試驗數據說明保水劑的組成和合 成條件對彩葉草的生根影響很大。含有蒙脫土和多糖的吸水性復合物對彩葉草扦插生根能力的影響，采用正交極差分析 對影響彩葉草生根能力的因素進行分析，以探明天然 組分含量、聚合條件對各種生根指標的影響強弱。根 據表2所示的正交試驗表和表4的扦插試驗結果，分別 算出表1中各相應水平的3次試驗結果性質指標之和 H ^和其平均值夂、2、以及極差仏計算結果見 表 8~9。

表8和表9中的極差數據表明，各種因素對不同指 標的影響程度不一致。生根率是評價生根能力性狀和 效果的重要指標，各因素對生根率的影響次序為B (CMC用量）>A(MMT用量）=D(引發劑濃度）>C(單 體濃度），CMC用量對生根率的影響最大，MMT次之， 說明天然組分CMC和MMT的含量對生根率的影響 極顯著，調整復合物中CMC和MMT的含量是提高彩 葉草扦插生根率的有效途徑。

由表8和表9中的極差數據可知，各因素對綜合生 根能力的影響次序為A>D>C>B，對生根數、總根長和 最長根長的影響強弱次序同綜合生根能力一致;各因 素對根干重的影響次序稍微不同于綜合生根能力，為 D>A>C>B，即MMT含量的影響稍次于引發劑濃 

表8生根率、根干重和生根數的正交極差分析

生根率/%根'1 重/mg生根數/條

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總根長、最長根長和AHP綜合生根能力的正交極差分析

 

總根長/cm最長根長/cm綜合生根能力

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）。這說明保水劑中MMT的含量對彩葉草綜合生 根能力的影響最大，CMC含量盡管對生根率影響很 大，但對生根數、總根長等生根性狀的影響相對較小。

以上分析說明CMC對彩葉草插穗的根系形成前 期（促使插穗傷口愈合和促進生根）影響較大，MMT

對彩葉草根系的形成后期(根系質量及根系生長速度) 影響較大。

綜合生根能力的最優處理為A2B3C3D1，但考慮 到CMC含量對綜合生根能力的影響最小，但用量過多 時聚合體系過于粘稠，不利于MMT的均勻分散，CMC

用量確定取水平2即綜合生根能力的最優處理確定 為A2B2C3D1,為表4中的5號試樣。

2.3保水劑中天然組分含量對彩葉草生根能力的影響

山以上討論可知，保水劑中天然組分MMT和 CMC的加入對彩葉草生根能力影響很大。為了更直 觀的分析天然組分的含量對生根能力的影響規律，以 MMT和CMC的水平數為橫坐標，各指標的平均數允、 fc、為縱坐標，將MMT和CMC的統計分析結果繪成 趨勢圖進行分析。

在扦插試驗中，MMT對彩葉草生根的影響有2個 方面，一方面，MMT是一種親水性的硅酸鹽粘土，其 表面含有的親水性羥基可以和聚合物發生化學反應， 提高保水劑的吸水性能[221，從而有利于生根。另一方 面，MMT具有陽離子交換特性，研究表明MMT加入 到土壤中能改善土壤的離子交換能力，提高植物對營 養成分尤其是鉀的吸收率[231，這一因素也有利于彩葉 草的生根。

a 70

45

圖2是保水劑中MMT含量對各種生根指標的影 響規律圖。山圖2可知，除了生根率隨著MMT用量的 增加呈下降趨勢外，綜合生根能力和其他生根性狀指 標均在MMT用量適中時最佳，這是因為MMT用量過 高時，大部分MMT以物理填充的方式填充在聚合物 基體中，不利于吸水性能的提高[231，因而也不利于生 根。

CMC是一種陰離子多糖，具有親水性、分散穩定 性等性質，生物降解性好。圖3是CMC含量對各種生 根指標的影響規律圖。山圖可見，除了根干重隨著 CMC用量的增加呈單峰形變化趨勢外，包括綜合生根 能力在內的其他生根指標均在CMC用量取最大值時 (12%)性能最佳。而筆者的前期研究表明，在本聚合體 系中加入CMC后可以提高吸水性能，CMC用量取水 平2(9%)時吸水性能最佳，過量CMC的加入不利于吸 水性能的提高[241。可見，保水劑的吸水倍數和生根性 能并不完全一致，CMC除了增加保水劑的保水性外，

3

80 

4

1

10

 

圖2 MMT含量對彩葉草生根能力的影響 

 

其自身對彩葉草的生根也有促進作用。有文獻報道 CMC可以提高土壤的有效憐養分含量，提高水稻的生 物量和產量[251，CMC對彩葉草生根能力的促進作用可 能與CMC能提高有效養分的含量有關。

3結論

(1)聚(AM-AMPS)/CMC/MMT吸水性復合物能

顯著提高彩葉草的生根能力，施用生根能力最佳時的 吸水性復合物后，含有蒙脫土和多糖的吸水性復合物對彩葉草扦插生根能力的影響，彩葉草的生根率、生根數、總根長、最 長根長和根系干重分別是對照試樣的6、20、22、2.3和 7.2倍；AHP分析的綜合生根能力是對照試樣的18.4 倍，這對提高彩葉草的繁殖系數具有重要意義，對該吸 水性復合物在園林中的推廣應用具有重要價值。

(2)正交極差分析法表明，在各種影響因素中，粘 土類天然產物MMT對除生根率外的其他生根指標的 影響最顯著，各指標在MMT用量適中時最佳(生根率 除外）。多糖類天然組分CMC對生根率的影響最顯 著，對其他生根性狀的影響相對較小，各生根性能指標 在CMC用量最大時最佳（根干重除外）。這可能與 CMC、MMT可以提高吸水性復合物的吸水性能和能 促進有效養分的吸收有關，還可能與二者自身的組成 成分對植物生長的影響作用有關，有待進一步研究求 證。

(3)天然組分含量對彩葉草的生根影響很大，其中 CMC對彩葉草插穗的根系形成前期(促使插穗傷口愈 合及促進生根)影響較大，MMT對彩葉草根系形成后 期(根系質量及根系生長速度）影響較大，可以通過調 整保水劑中天然組分CMC和MMT的含量來提高植 物扦插生根的綜合水平。

4討論

目前市場上應用較廣的聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等 合成類保水劑是以生物降解性差的石油化工產品為原 料制備的，價格相對較高，生物降解性差，在農林園藝

中長期施用會對土壤造成污染，關于該類保水劑對植 物生根能力和持水性能的研究目前國內外有一些報 道nrnm，但含有天然組分的復合保水劑對植物生根能 力的影響以及該類保水劑的低能耗合成還未見文獻報 道。本文所合成的保水劑在能耗低的室溫下聚合，其 中價格低廉的天然產物粘土和多糖總加入量達到40% 左右，不僅降低了保水劑的合成成本，而且減輕了其多 次施用對土壤的污染，提高了合成類保水劑的環境友 好性，非常適用于農林園藝中。應用含天然組分的保 水劑來提高彩葉草扦插生根能力，對彩葉草及其他花 卉苗木的扦插繁殖具有重要意義。

筆者的研究表明，保水劑強的吸水和保水性能對 植物的生根能力有促進作用，這一點和前人的研究結 果一致[17]。本課題組的前期研究表明，7號試樣的吸水 倍數最高[241，但彩葉草生根能力最強的是5號試樣，其 綜合生根能力達36,而吸水倍數最高的7號試樣的綜 合生根能力只有10.3，說明保水劑吸水倍數的高低和 其所對應的彩葉草生根能力的強弱并不是一致的，在 實際應用中，僅僅以吸水倍數的高低作為選擇保水劑 時的性能指標是片面的，應根據不同使用目的選擇合 適吸水倍數的保水劑。

MMT和CMC對彩葉草的各種生根指標有不同程 度的影響和促進作用：多糖CMC的加入對彩葉草插穗 的根系形成前期影響顯著，其用量山6%提高至12% 時，彩葉草的生根率山53.3%提高至70%;粘土 MMT 對彩葉草根系的形成后期影響顯著，適量MMT的加 入可以很大程度提高根系質量及生長速度，其用量山 25%提高至30%時，根干重山3.9 mg提高至6.1 mg，提 高了 56.4%，生根數、總根長、最長根長和綜合生根能 力分別提高了 18.7%、13.5%、30.8%、15.7%，但 MMT 用量進一步增加至35%時，以上各生根指標明顯下 降。這為實際生產中根據植物生根指標的需求調整保 水劑中天然產物的組成配方提供了實驗依據。

施加生根性能最好的保水劑后，彩葉草的綜合生 根能力是對照的18.4倍，含有蒙脫土和多糖的吸水性復合物對彩葉草扦插生根能力的影響，這種生根能力的大幅度提高 除了與保水劑強的吸水和保水性能有關外，天然組分 MMT和CMC自身對彩葉草生根能力的促進作用也是 主要因素之一。文獻報道表明單獨將MMT和CMC 加入到土壤中能分別提高植物對鉀的吸收率1231和土壤 的有效磷養分含量[251。作為天然組分的CMC和MMT 加入到保水劑中后，其對植物根系的促進作用機理是 否與二者能促進植物對有效養分的吸收有關，二者在 對植物生根上是否有協同作用，還需要設計試驗進行 進一步的驗證，以提供更多的理論支撐。另外，彩葉草 生根能力的強弱與保水劑吸水性能高低的相關性，隨 MMT用量的增多生根率降低的原因也需進一步探

究。