保水劑用量對馬鈴薯生長和土壤水分的影響

穆俊祥，孟寧生，劉拴成，曹興明

(集寧師范學院生物系，內蒙古 烏蘭察布 012000)

馬鈴薯 ( Solanum tuberosum L. ) 是我國重要的糧食作物之一，目前，我國馬鈴薯種植面積大約400 萬hm2，占世界馬鈴薯種植面積的1/4，居世界首位[1]。在我國，馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量居第一的地級市是烏蘭察布市，該地區(qū)地理位置、氣候條件非常適宜馬鈴薯種植品種資源豐富，目前，已成為全國重要的種薯、商品薯和加工專用薯基地[2]。但此地區(qū)屬干旱半干旱地區(qū)，水資源嚴重短缺且分配不均，嚴重限制了馬鈴薯產(chǎn)量和品質。因此，如何充分利用有限的降水資源和節(jié)水保水技術是提高該地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質的重要途徑。已有大量研究表明，在農(nóng)作物生產(chǎn)中合理利用保水劑節(jié)水抗旱效果顯著[3-7]，但保水劑在不同地區(qū)、不同氣候、不同土壤應用效果差異較大，使得實際生產(chǎn)中保水劑的應用效果千差萬別[8-11]。而作為馬鈴薯主栽地區(qū)的烏蘭察布地區(qū)有關保水劑用量的研究卻未見報道，為探求該地區(qū)保水劑在馬鈴薯生產(chǎn)上的效果及最佳用量，本試驗通過研究不同用量保水劑對馬鈴薯的生長和土壤水分利用的影響，為烏蘭察布地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中節(jié)水抗旱和保水劑合理利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于集寧師范學院園藝實訓基地，地處陰山山脈灰騰梁南麓，海拔高度1 417 m，年平均氣溫4.4 ℃，年日照為3 130 h，年均降水量約370 mm，無霜期130 d，試驗地土壤類型為沙壤土，試驗地耕作層土壤理化性質測定結果為：有機質含量為0.91%、堿解氮含量為(93.16 ± 3.16) mg/kg、速效磷含量(23.23 ±1.56) mg/kg、速效鉀含量(183.65 ± 4.50) mg/kg、 pH 值為7.19±0.08、0～80 cm土層平均土壤密度為1.34 g/cm3。

1.2 試驗材料

本試驗供試馬鈴薯品種為克新1號(烏蘭察布市種子管理站提供)；保水劑為任丘市廣匯化工有限公司提供的白色晶體(主要成分為丙烯酸鹽聚合交聯(lián)物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物)。

1.3 試驗設計與方法

試驗采用單因素隨機區(qū)組設計，已有研究表明在不同地區(qū)、氣候下馬鈴薯生產(chǎn)中保水劑施用量不同，一般以45～60 kg/hm2為宜[3,12,13]。因此，本試驗共設置對照(不施保水劑)和40、55、70、85 kg/hm24種保水劑用量共5個處理，分別以CK、W40、W55、W70、W85表示，每個處理3次重復。

2015年5月12日播種，9月30日收獲。小區(qū)面積為4 m×5 m=20 m2，株行距分別為50 cm×50 cm，每小區(qū)80株；播種前施有機肥(腐熟羊糞)2 萬kg/hm2，施馬鈴薯專用復合肥(14-14-17，黑龍江愛農(nóng)復合肥料有限公司)200 kg/hm2。馬鈴薯出齊苗(7月5日)時在幼苗周圍5 cm挖15 cm穴撒入保水劑(苗期穴施)，生育期間不進行灌水，利用自然降水，該地區(qū)降水主要集中于7-9月，2015年全年降水量低于近年平均值，從播種到收獲累計降水約270 mm(烏蘭察布氣象局提供數(shù)據(jù))。

1.4 測定項目和方法

馬鈴薯形態(tài)指標測定：苗期選取長勢一致植株3株做好標記，于苗期(7月8日)、塊莖形成期(7月26日)、塊莖膨大期(8月13日)、淀粉積累期(9月4日)分別測定馬鈴薯株高、株幅、葉片脯氨酸含量和葉綠素含量，測定脯氨酸含量和葉綠素含量時取植株倒四葉20g用冰盒帶回實驗室測定，其中脯氨酸含量用茚三酮法，葉綠素測定用乙醇丙酮混合液法。

土壤含水量和水分利用效率測定：在馬鈴薯播種時、苗期施用保水劑前和后、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期和收獲期按每處理小區(qū)20 cm土層分層取樣，用烘干法測定分別測定0～80 cm土層土壤含水量，并根據(jù)土壤密度計算土壤貯水量：

W=10hab

(1)

式中：W為土壤貯水量，mm；h為土層深度，cm；a為土壤密度，g/cm3；b為土壤含水量，%。

馬鈴薯田間耗水量計算公式為：

ET=P+W1-W2

(2)

式中：ET為田間耗水量，mm；P為生育期內降雨量，mm；W1為播種時土壤貯水量，mm；W2為收獲后土壤蓄水量，mm。

水分利用效率計算公式為：

WUE=B/ET

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/(mm·hm2)；B為總生物量，kg/hm2[14]。

產(chǎn)量、生物量、商品率測定：馬鈴薯成熟后每小區(qū)將3株馬鈴薯取回實驗室沖洗，濾紙吸水，按葉片、地上莖、地下莖、塊莖將各器官分開，取小樣于在105 ℃殺青30 min 80 ℃烘干至恒重，稱重換算成單位面積生物量，同時按小區(qū)測定并換算產(chǎn)量和商品率(薯塊重量≥60 g為商品薯)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19.0和Excel 2003進行分析，方差分析采用單因素方差分析，多重比較采用新復極差法(Duncan法)。

2 結果與分析

2.1 不同保水劑用量對馬鈴薯地土壤水分的影響

土壤含水量受當?shù)亟邓?、馬鈴薯生長及保水劑影響，在不同生育時期變化較大。如表1所示，在馬鈴薯播種之前，各處理間土壤含水量無顯著差異，但苗期沒施保水劑之前的土壤含水量與播前相比有所降低，這是由于在此期間降水量少而馬鈴薯生長還需從土壤吸水造成。施用保水劑后，降水量有所增加，所有處理的0～80 cm土層平均土壤含水量隨著生育期的推進到塊莖膨大期逐漸升高，和對照相比，施用保水劑處理的土壤含水量顯著提高，這表明保水劑的施用發(fā)揮其保水的作用。同時使用保水劑的各個處理間土壤含水量也存在顯著差異，在本試驗條件下隨著保水劑用量的增加，土壤含水量顯著增加。在馬鈴薯塊莖形成期和塊莖膨大期W70和W85兩個處理間土壤含水量無顯著差異，但顯著高于W40和W55，其中W55處理土壤含水量顯著高于W40。由于淀粉積累期降水量降低，加之地表蒸發(fā)加劇，土壤含水量整體降低，但各處理差別不大?？梢姡Ｋ畡┑淖饔靡砸欢ǖ慕邓疄榍疤岵拍馨l(fā)揮其作用。

表1 馬鈴薯全生育期0～80 cm土層平均土壤含水量變化 %

注：7月3日和7月10日是分別施用保水劑之前和之后測得的土壤含水量；表1中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差，同列不同字母表示新復極差法多重比較時差異顯著(P﹤0.05)。下同。

2.2 不同保水劑施用量對馬鈴薯形態(tài)特征的影響

馬鈴薯株高和株幅是反映其地上部分生長情況的重要指標，如表2所示，隨著馬鈴薯生育時期的推進，各處理的株高和株幅都呈上升趨勢，但在苗期，各處理間株高、株幅無顯著差異，這是由于此時保水劑還未起作用；從塊莖形成期到淀粉積累期，施用保水劑處理的株高、株幅都高于對照，且隨著保水劑施用量的增加馬鈴薯株高、株幅的增加量先升高再降低，其中W55和W70的株高、株幅在各時期都顯著大于其他處理， 且W55和W70間無顯著差異，這說明保水劑的施用可明顯促進馬鈴薯株高和株幅的生長，但保水劑用量過多，也不利于馬鈴薯的生長，這可能是由于保水劑用量太多會使馬鈴薯根系附近通氣不良抑制馬鈴薯的生長，總體來講在本試驗條件下最適合馬鈴薯株高、株幅生長的保水劑用量是55～70 kg/hm2。

2.3 不同保水劑施用量對馬鈴薯葉片脯氨酸含量和葉綠素含量的影響

2.3.1 不同保水劑施用量對馬鈴薯葉片脯氨酸含量的影響

植物體內脯氨酸含量在一定程度上反映了其抗逆性，在水分虧缺或水分過量的情況下植物體內脯氨酸的含量會顯著增加。如圖1所示，馬鈴薯葉片脯氨酸含量隨生育期的推進逐漸增加；苗期時，和對照相比只有W85的脯氨酸含量顯著升高，其他處理無顯著變化，這可能是由于W85所施保水劑較多與馬鈴薯幼苗搶奪水分從而使其干旱脅迫加重導致；從馬鈴薯塊莖形成期到淀粉積累期，各處理間脯氨酸含量差異顯著，且隨著保水劑用量的增加馬鈴薯葉片脯氨酸含量先降低后升高，其中在塊莖形成期W55和W70處理的脯氨酸含量較低，在塊莖膨大期和淀粉積累期W55處理的脯氨酸含量積累最少且顯著低于其他處理，這說明保水劑的施用可以明顯緩解馬鈴薯的干旱脅迫，而且保水劑用量為55 kg/hm2左右時植株受到干旱脅迫的程度較小。但保水劑用量過大，也會使得馬鈴薯葉片膜透性增大，膜損傷程度增大，滲透調節(jié)物質脯氨酸含量大量增加，以減輕逆境脅迫。

表2 保水劑用量對馬鈴薯株高、株幅的影響 cm

圖1 保水劑用量對不同生育期馬鈴薯葉片脯氨酸含量的影響Fig.1 Effect of super absorbent polymer dosage on proline content of potato in different stage

2.3.2 不同保水劑施用量對馬鈴薯葉片葉綠素含量的影響

葉綠素含量的增加有利于維持馬鈴薯植株的光合效率，延緩植株衰老，增強對干旱逆境的適應[11]。如圖2所示，馬鈴薯葉綠素含量隨生育時期的推進呈單峰曲線變化，施用保水劑各處理的葉綠素含量在塊莖形成期達峰值，而對照峰值推遲到塊莖膨大期。苗期各處理葉綠素含量無顯著差異，在塊莖形成期和塊莖膨大期施用保水劑各處理葉綠素含量顯著高于對照，但保水劑不同用量的處理間葉綠素含量也有顯著差異，其中以W55和W70最高，這說明保水劑的使用大大提高了馬鈴薯光合能力且以保水劑用量為55～70 kg/hm2為宜；淀粉積累期時，各處理葉綠素含量差異變小，對照和W70的葉綠素含量相對較多，其他處理葉綠素含量值較小。

圖2 保水劑用量對不同生育期馬鈴薯葉綠素含量的影響Fig.2 Effect of super absorbent polymer dosage on chlorophyll content of potato in different stage

2.4 不同保水劑施用量對馬鈴薯產(chǎn)量及商品率的影響

如表3所示，施用保水劑各處理可不同程度地提高馬鈴薯的產(chǎn)量和商品率，其中以W55處理產(chǎn)量最高，但與W70處理間無顯著差異，而W55和W70產(chǎn)量顯著高于其他處理，分別比對照增產(chǎn)13.77%和12.64%，這是由于增施保水劑有利于增加馬鈴薯的生物量，而生物量的積累在生長后期有利于同化產(chǎn)物向塊莖的轉移運輸促進塊莖的生長發(fā)育[3]，W40和W85處理的產(chǎn)量稍高于對照但與對照無顯著差異，保水劑施量過大，不會使馬鈴薯增產(chǎn)甚至可能減產(chǎn)。對于商品率，施用保水劑的處理顯著高于對照，但不同保水劑用量處理間馬鈴薯商品率差異顯著，其中以W55和W70間無顯著差異，且顯著高于W40和W85，比對照分別增加24.63%和20.82%?？梢娛┯帽Ｋ畡?5 kg/hm2馬鈴薯的商品薯率最高且增產(chǎn)效果顯著。

表3 保水劑用量對馬鈴薯產(chǎn)量及商品率的影響Tab.3 Effect of super absorbent polymer dosage on potato yields and commodity potato rate

2.5 不同保水劑施用量下馬鈴薯水分利用效率比較

收獲時各處理馬鈴薯的生物量和水分利用效率如表4所示，馬鈴薯生育期總耗水量表現(xiàn)為W55、W70和W85處理顯著低于對照和W40，這說明增施保水劑有利于馬鈴薯耗水量的降低，隨著保水劑用量的增加各處理馬鈴薯生物量比對照提高了2.83%，13.77% ，12.65%和5.64%，同時隨著保水劑用量的增加馬鈴薯水分利用效率先增加后降低，各處理分別比對照增加了2.13%、18.67% 、17.85%和10.11%，這說明適量施用保水劑在提高土壤含水量的同時，促進了馬鈴薯水分利用效率的提高。

表4 保水劑用量對馬鈴產(chǎn)量水分利用效率的影響Tab.4 Effect of super absorbent polymer dosage on water use efficiency of potato

3 結 語

本研究結果表明，施用保水劑能明顯改善馬鈴薯生育期土壤水分狀況，且施用量越大0～60 cm土層土壤平均含水量量越高，這是由于保水劑具有快速吸水、保水、緩慢釋水的特性引起，該研究結果與張朝巍、郝東寧等[15-17]研究結果一致。在馬鈴薯生育期保水劑用量為55～70 kg/hm2時馬鈴薯株高、株幅增幅顯著高于對照，更加有利于馬鈴薯生物量的積累。

試驗結果表明，保水劑用量為55 kg/hm2左右時馬鈴薯葉片脯氨酸含量最低，可以明顯緩解馬鈴薯生育期的干旱脅迫；保水劑用量為55～70 kg/hm2時馬鈴薯塊莖形成期和膨大期葉綠素含量最高，有利于維持馬鈴薯植株的光合效率，延緩植株衰老，增強對干旱逆境的適應。

在本試驗條件下保水劑用量為55 kg/hm2馬鈴薯的商品率最高且增產(chǎn)效果最顯著，且保水劑用量過大，可能會引起馬鈴薯減產(chǎn)。這是由于保水劑施量過多時，且在干旱情況下容易與馬鈴薯爭奪部分水分，從而使植株受干旱脅迫的程度相對較大，使得膜透性和膜損傷程度增大，影響產(chǎn)量增加。同時劉殿紅研究結果[3]顯示保水劑施用量以30 kg/hm2最佳，杜社妮等[9]研究則發(fā)現(xiàn)施用沃特、PAM保水劑時以30～45 kg/hm2為宜，但是侯賢清等[4]研究施用沃特保水劑時60～90 kg/hm2馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率最高。這可能是研究時試驗地區(qū)氣候條件、土壤類型或保水劑類型不同引起，可見對于不同地區(qū)尋找適合自己地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)的保水劑最佳用量尤為重要。而對于本研究1 a的試驗結果，在不同年限、降水量亦有差別的情況下能否會起到穩(wěn)定增產(chǎn)效果還需進一步研究。

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