保水剂是当前应用最为广泛的化学节水制剂之一,系统研究保水剂与土壤之间的水分交换关系及互作效应,明确保水剂-土壤多相体系中的水分交换机制,以及土壤团聚体对土壤水分运移的间接影响效应,对于保水剂的研发和合理应用具有重要意义。本研究利用全反射红外光谱和环境扫描电镜等现代分析技术,研究连续失水-复水条件下保水剂的分子结构和形态特征变化,以及保水剂对土壤物理参数和团聚体分布等的影响;结合盆栽试验,研究不同水分条件下保水剂对黄瓜根系形态、叶片气孔性状和叶绿素荧光参数等的影响,综合评价保水剂-土壤-根系之间的水分交换作用与机制,以期为农田水分管理提供理论和技术支撑。本文研究结果表明:1.保水剂与土壤混合后,土壤中的Si-O-Si键、-OH、蒙脱石矿物,以及无定形二氧化硅等矿物胶体会进入保水剂的三维网状结构中,使保水剂的膜结构产生不均匀的褶皱,甚至破裂。随着保水剂用量的增加和作用时间的延长,土壤中的矿物胶体对保水剂的化学影响逐渐加剧。由此直接证明了土壤矿物胶体与保水剂发生不同程度的反应是导致保水剂随使用时间延长吸持水性能降低的主要原因之一。2.保水剂能增加土壤液相比,有效地改善土壤的持水能力,使土壤田间持水量、土壤有效水含量、永久萎蔫点等水分常数有所增大;但土壤气相比也会随之减小,影响土壤的透气性,据此推断保水剂更适用于孔隙较大的土壤。3.保水剂对土壤供水能力的影响与其用量、粒径以及土壤水分状况等因素有关。极度干旱时,保水剂不仅不能增加土壤比水容量,反而会降低土壤供水能力;轻度干旱时,保水剂能显著提高土壤供水能力。保水剂使用初期,其粒径越小,对土壤供水能力的提升作用越明显。4.保水剂能够增强土壤团聚体的水稳性和平均粒径的团聚度。土壤中<0.053 mm的水稳性微团聚体受保水剂交联作用的影响,会黏结形成更加稳定的水稳性大团聚体,从而减弱因干湿交替对团聚体产生的破坏作用。试验所用保水剂用量为0.3%,粒径为0.3-0.45 mm时,对促进土壤团聚体稳定的作用最显著。5.当灌水量维持在田间持水量的55%~90%时,保水剂能提高黄瓜叶片的自由水含量,使束缚水的含量有所降低。结合叶绿素荧光参数和气孔性状变化可知,土壤处于轻度干旱时,保水剂可缓解黄瓜的受旱程度;但土壤处于中度干旱或极度干旱时,保水剂反而会加剧黄瓜的干旱胁迫。