新型超吸水材料對(duì)馬鈴薯生長?產(chǎn)量和效益的影響

周琦 王蕾 徐也 鄧超超 常浩 蔡小斌 王育才 繆平貴 趙海鵬 張燕 張想平

摘要 [目的]為解決甘肅河西祁連山南部淺山區(qū)馬鈴薯各生育期干旱缺水問題提供科學(xué)依據(jù)。[方法]在甘肅武威涼州區(qū)張義鎮(zhèn)開展新型超吸水材料（保水劑）對(duì)馬鈴薯生長的影響的示范試驗(yàn)，以不施保水劑處理為對(duì)照（CK），采用單因素隨機(jī)區(qū)組方法設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)，研究不同用量保水劑（D1：45 kg/hm2，D2：75 kg/hm2，D3：105 kg/hm2，D4：135 kg/hm2）對(duì)馬鈴薯不同生育期土壤含水量、形態(tài)特征、葉綠素含量、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響。[結(jié)果]施用不同量的保水劑能不同程度地提高馬鈴薯生育期土壤含水量，尤其是10～20 cm深度的土層。施用保水劑能提高馬鈴薯生育期株高和株幅，以D2處理效果最佳;馬鈴薯葉綠素含量隨著生育期的推進(jìn)整體呈單峰曲線變化，在塊莖形成期達(dá)到峰值。不同生育期D2處理的葉綠素含量最高;各保水劑處理商品率均高于CK，增幅為2.26%～15.84%;D2處理可實(shí)現(xiàn)增收8 730.87元/hm2。[結(jié)論]綜合結(jié)果表明保水劑用量75 kg/hm2為最優(yōu)處理。

關(guān)鍵詞 保水劑;馬鈴薯;土壤含水量;產(chǎn)量;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào) S 482.99? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2022）12-0188-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.048

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Effect of New Superabsorbent Material on Potato Growth，Yield and Economic Benefits

ZHOU Qi，WANG Lei，XU Ye et al

（Gansu Academy of Agri-Engineering Technology，Wuwei，Gansu 733006）

Abstract [Objective]In order to provide scientific basis for solving the problem of drought and water shortage of potato in each growth period in the shallow mountain area of the southern Qilian Mountains in Hexi，Gansu Province.[Method]A demonstration experiment on the effect of new superabsorbent materials on potato growth was carried out in Zhangyi Town，Liangzhou District，Wuwei City ，Gansu Prov.This test was treated without a water retaining agent as CK，the influence of different amounts of water （D1：45 kg/hm2，D2：75 kg/hm2，D3：105 kg/hm2，D4：135 kg/hm2） of new superabsorbent materials （below referred to water retaining agent） on the soil water content，morphological characteristics，chlorophyll content，yield and economic benefits of different growth stages of potato was studied.[Result]The results showed that the application of different amounts of water retaining agent could increase the water content of the cultivated soil layer during the potato growth period，especially the soil layer with a depth of 10-20 cm.Application of water retaining agent could increase the plant height and plant width during the potato growth period，and the effect of D2 treatment was the best effect;the chlorophyll content of the potato increased as the growth period progressed.It changed in a single-peak curve and reached its peak during the tuber formation period.The chlorophyll content of D2 treatment in different growth periods was the highest;the commodity rate of each treatment with water retaining agent was higher than that of CK，the increase was 2.26%-15.84%.The D2 treatment could increase the income of 8 730.84 yuan/hm2.[Conclusion]The comprehensive results showed that 75 kg/hm2 of water retaining agent was the optimal treatment for potatoes.

Key words Water retaining agent;Potato;Soil water content;Yield;Economic benefits

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大重要的糧食作物，目前，我國馬鈴薯種植面積480余萬hm2。甘肅省是我國馬鈴薯生產(chǎn)大省之一，種植面積66.7萬hm2，因此提高馬鈴薯產(chǎn)量在保證糧食安全及脫貧增收方面扮演著重要角色[1-2]。

水資源匱乏是制約甘肅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素，祁連山南部淺山區(qū)為旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，靠雨水維系生產(chǎn)，常年種植作物有禾本科牧草、馬鈴薯、油菜等，雨水豐缺不均，產(chǎn)量高低不穩(wěn)，節(jié)水是河西走廊永恒主題。該區(qū)水資源總量約78億m3，農(nóng)業(yè)用水占比高達(dá)88.4%，人均水資源量也僅有1 615 m3，以甘肅武威為例，石羊河流域人均水資源不足700 m3，僅為全省的1/2、全國的1/3，耕地水資源量僅3 300 m3/hm2，為全省的1/3、全國的1/9[3]。因此發(fā)展抗旱節(jié)水種植技術(shù)，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)增產(chǎn)增收是農(nóng)業(yè)節(jié)水研究的一種有效途徑和方法。

保水劑能夠吸收自身重量幾百倍甚至上千倍的水分，它在增加土壤含水率，改良土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善作物生長微環(huán)境，提高肥料利用效率及調(diào)控光合等方面發(fā)揮著重要作用[4-9]。

保水劑在作物增產(chǎn)增收方面被廣泛應(yīng)用，侯賢清等[10]研究表明，微生物保水劑可改善馬鈴薯生育前期耕層土壤水分含量，促進(jìn)馬鈴薯的生長，而沃特保水劑可提高馬鈴薯中后期深層土壤水分含量，對(duì)馬鈴薯干物質(zhì)積累的促進(jìn)效果顯著，保水劑用量為60～90 kg/hm2時(shí)增產(chǎn)效果較好。黃偉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，保水劑處理有利于提高馬鈴薯出苗率，其中以穴施處理效果最佳。穆俊祥等[12]研究認(rèn)為，當(dāng)保水劑用量為55 kg/hm2時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、生物量和水分利用效率最高，分別比對(duì)照高出13.77%、24.63%、13.77%和18.68%。筆者研究了一種新型超吸水材料（保水劑）對(duì)祁連山南部淺山區(qū)馬鈴薯生長、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響，旨在為提高該地區(qū)馬鈴薯的產(chǎn)質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于甘肅省武威市涼州區(qū)張義鎮(zhèn)。張義鎮(zhèn)屬溫帶大陸性氣候，平均海拔1 632 m，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大，年均降雨量約200 mm，多集中在6—9月，年均氣溫7.7 ℃，日照時(shí)數(shù)2 568.2 h，≥0 ℃積溫3 012 ℃，≥10 ℃積溫2 485 ℃。試驗(yàn)地耕作層土壤理化性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)含量22.80 g/kg，全氮含量1.32 g/kg，堿解氮含量102.0 mg/kg，速效磷含量20.1 mg/kg，速效鉀含量205.0 mg/kg，pH為8.1。

1.2 供試材料

供試馬鈴薯為原種種薯，購于甘肅定西誠宏馬鈴薯專業(yè)合作社，品種名稱為大西洋。保水劑是由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所提供的淀粉基超吸水材料，主要成分為低分子殼聚糖。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，保水劑用量設(shè)5個(gè)水平：CK（0 kg/hm2）、D1（45 kg/hm2）、D2（75 kg/hm2）、D3（105 kg/hm2）、D4（135 kg/hm2）。2020年4月8日播種，9月3日收獲。生育期不灌水，利用自然降雨，于4月8日種植后開始統(tǒng)計(jì)降雨情況，播種后苗期旱情較嚴(yán)重，降雨極少，直到6月7日開始降雨，后期記錄中雨及以上降雨情況，具體日期分別為6月10日、6月15—16日、6月30日、7月3日、7月16—17日、7月24—25日、8月16日、8月22日、8月29日。

小區(qū)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)布局見圖1，每個(gè)小區(qū)面積為10 m2（長5 m，寬2 m），每處理重復(fù)3次，共15個(gè)小區(qū)。小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間距80 cm，保護(hù)行寬100 cm。

1.4 田間管理

栽培模式：壟作種植，每小區(qū)2壟。壟長5.0 m，壟寬0.8 m，壟距0.4 m。壟上種植穴呈“品”字型排列，密度為60 000株/hm2，株距33 cm，每壟30株，每小區(qū)60株。

保水劑用法：保水劑與土以l∶10比例混合均勻，在馬鈴薯起壟點(diǎn)播時(shí)撒在距馬鈴薯種子周圍4 cm處，然后覆土。

施肥：尿素225 kg/hm2，磷酸二銨375 kg/hm2，鉀肥75 kg/hm2均施作底肥，在種植前一次性施入。其他管理耕作措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

形態(tài)指標(biāo)測(cè)定：苗期每處理選取長勢(shì)一致的植株3株做好標(biāo)記，于苗期（6月1日）、塊莖形成期（6月24日）、塊莖膨大期（7月12日）、淀粉積累期（8月3日）分別測(cè)定株高、株幅、葉綠素含量，用葉綠素速測(cè)儀測(cè)定SPAD值。

土壤含水量測(cè)定：在苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期用TDR100水分速測(cè)儀在距離馬鈴薯植株附近10 cm區(qū)域的壟上分別測(cè)定每小區(qū)的土壤體積含水量。測(cè)定土壤深度為0～10、10～20、20～30 cm，各土層選3個(gè)點(diǎn)測(cè)定，結(jié)果取平均值。

馬鈴薯產(chǎn)量及商品率統(tǒng)計(jì)：在收獲期對(duì)各處理整個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，根據(jù)文獻(xiàn)[13]中馬鈴薯商品薯分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)靥匦裕瑔蝹€(gè)重量≥0.13 kg為商品薯，<0.13 kg為小薯。根據(jù)文獻(xiàn)[14]計(jì)算馬鈴薯商品薯率。

1.6 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 21.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，Microsoft Excel 2010 繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量保水劑對(duì)土壤含水量的影響

土壤含水量受當(dāng)?shù)亟涤炅俊ⅠR鈴薯生長及保水劑用量的影響較明顯。從圖2可見，播種前，各處理與CK相比均無顯著差異，且隨著土壤深度增加，土壤含水量升高，即下層土壤含水量增大。苗期，D1～D4處理 10～20 cm土層土壤含水量高于0～10 cm;20～30 cm土層的土壤含水量均低于CK。塊莖形成期，10～20 cm土層各處理的土壤含水量均高于CK，且各處理與CK相比差異顯著，D2、D3、D4處理20～30 cm土層的土壤含水量顯著高于CK。塊莖膨大期，10～20 cm土層各處理顯著高于CK，且分別較CK高出23.00%、30.12%、39.32%、53.55%;20～30 cm土層，D3處理土壤含水量最高，達(dá)到10.40%。淀粉積累期，0～10 cm土層，D4處理土壤含水量最高，達(dá)到8.80%，顯著高于CK 17.33%，不同保水劑處理之間無顯著差異;10～20 cm土層，不同保水劑處理均顯著高于CK，保水劑處理間無顯著差異;20～30 cm土層，各處理與CK處理間無顯著差異。

對(duì)不同處理0～10、10～20、20～30 cm土層土壤含水量平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。由表1可知，播種前土壤含水量在8.13%～8.41%，各處理間無顯著差異。苗期土壤含水量較播種前有所降低，降幅在3.81%～13.59%。塊莖形成期降雨量增加，土壤含水量增高，與苗期相比增長了15.01%～22.38%，且保水劑用量與土壤含水量呈正相關(guān)，即隨著保水劑施用量增加土壤含水量增大，且各處理與CK差異顯著。塊莖膨大期，各處理土壤含水量達(dá)到整個(gè)生育期最大值，且保水劑用量越大的處理，土壤含水量越高。淀粉積累期，相較于上一時(shí)期，各處理含水量稍有下降，D2、D3、D4處理顯著高于CK 19.06%、16.92%、19.44%，D3顯著高于CK，但與D1處理間差異不顯著。

2.2 不同用量保水劑對(duì)株高、株幅的影響

馬鈴薯株高和株幅是體現(xiàn)地上部分生長情況的關(guān)鍵指標(biāo)。由表2可知，隨著馬鈴薯生育期的推進(jìn)，各處理的株高和株幅整體呈增高趨勢(shì)。苗期，各處理間株高、株幅無顯著差異。塊莖形成期，各保水劑處理株高均顯著高于CK，其中D2處理最高，D1～D4分別高于CK 9.41%、24.50%、19.80%、10.90%;株幅均高于CK，D2、D3處理分別高于CK 12.07%、12.03%，且達(dá)到顯著差異水平，D1、D4高于CK 4.00%、5.48%，但與CK差異不顯著。塊莖膨大期和淀粉積累期，各保水劑處理株高、株幅均高于CK，隨著保水劑施用量的增加，株高、株幅的增加量先升高再降低。綜上可知，保水劑的施用可明顯促進(jìn)馬鈴薯株高和株幅的生長，但保水劑施用量過多，反而不利于馬鈴薯的生長。

2.3 不同用量保水劑對(duì)葉片葉綠素含量的影響

葉綠素含量的增加有利于維持植株的光合效率，增強(qiáng)對(duì)干旱逆境脅迫的適應(yīng)。從圖3可見，馬鈴薯葉綠素含量隨著生育期的推進(jìn)整體呈單峰曲線變化，各處理的葉綠素含量在塊莖形成期達(dá)到峰值。苗期，各處理葉綠素含量差異不顯著。塊莖形成期，D2處理葉綠素含量最高，較CK顯著提高16.30%，其他處理與CK差異不顯著。塊莖膨大期，各保水劑處理（D1～D4）葉綠素含量顯著高于CK 8.48%、13.10%、9.44%、12.41%，各保水劑處理間葉綠素含量無顯著差異。淀粉積累期，各處理均高于CK，D2、D3處理與CK差異顯著，D2處理葉綠素含量顯著高于D1、D4處理。

2.4 不同用量保水劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及商品率的影響 由表3可知，

保水劑不同用量均不同程度地提高了馬鈴薯產(chǎn)量與商品率。與CK相比，D1、D2、D3、D4處理總產(chǎn)量分別高出8.19%、26.99%、18.75%、16.69%，且各處理的總產(chǎn)量均與CK差異顯著。D2處理馬鈴薯總產(chǎn)量最高，達(dá)39 339.60 kg/hm2;保水劑處理商品率與均高于CK，增幅為2.26%～15.84%。其中D2、D3處理的商品率與CK差異顯著，D1、D4處理與CK差異不顯著。

按照增產(chǎn)收入與投入支出計(jì)算保水劑不同施用量對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響（表4），結(jié)果表明，不同用量保水劑處理均能不同程度地提高總產(chǎn)量和商品薯產(chǎn)量，D1～D4處理產(chǎn)量分別比CK增產(chǎn)2 537.85、8 360.70、5 809.35、5 169.15 kg/hm2，商品薯增產(chǎn)2 267.70、9 578.10、6 136.20、3 931.95 kg/hm2，增收

2 948.01、12 451.53、7 977.06和5 111.54元/hm2。保水劑價(jià)格以35元/kg計(jì)，D1～D4處理分別增收1 616.15、8 730.87、4 007.89、1 500.02元/hm2。綜上可知，75 kg/hm2（D2處理）保水劑施用量能在提高產(chǎn)量的同時(shí)，最大程度地提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 討論

該研究結(jié)果表明，

施用保水劑能提高馬鈴薯生育期土壤耕層含水量，尤其是10～20 cm深度的土層，這與楊永輝等[15]的研究結(jié)果基本一致。D2處理（75 kg/hm2）可滿足馬鈴薯生長所需的土壤保水用量。苗期土壤含水量較播種前有所降低，主要是因?yàn)樵诓シN后至6月1日以前缺少自然降雨，馬鈴薯生長還需從土壤吸收水分所致，但施保水劑的各處理含水量均顯著高于CK，說明保水劑在極端干旱的條件下發(fā)揮了保水作用。株高和株幅是體現(xiàn)地上部分生長情況的重要指標(biāo)，前期地上部分生長量對(duì)后期塊莖膨大至關(guān)重要，D2處理對(duì)株高和株幅來講為最佳用量。

施保水劑處理與CK相比均不同程度地提高了馬鈴薯產(chǎn)量與商品率。前人研究表明，施用保水劑能提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率，降低小薯率[16-17]。該研究施保水劑的各處理商品率均高于CK，增幅為2.26%～15.84%，其中D2處理最高，且與CK差異顯著。上述研究結(jié)果可能是保水劑通過與氮肥的交互作用提高馬鈴薯的光合速率，延長光合時(shí)間，強(qiáng)化馬鈴薯的光合能力，增加干物質(zhì)積累，從而提高了馬鈴薯的產(chǎn)量[18]。

穆俊祥等[12]研究表明，保水劑用量為75 kg/hm2時(shí)，馬鈴薯的商品率最高，增產(chǎn)效果顯著，保水劑用量過大，反而會(huì)使馬鈴薯減產(chǎn)，原因是保水劑施用量過大，干旱情況下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(duì)加大，最終導(dǎo)致植株膜透性和膜損傷程度增大，進(jìn)而影響產(chǎn)量的增加。該研究結(jié)果表明，施用保水劑75 kg/hm2為甘肅省武威市張義鎮(zhèn)馬鈴薯種植最佳用量。保水劑增產(chǎn)效果與當(dāng)?shù)赝寥婪柿?、氣候因素、肥料間的相互作用密切相關(guān)，彼此間的偶聯(lián)關(guān)系及相關(guān)機(jī)理還需進(jìn)行大量的科學(xué)試驗(yàn)。

4 結(jié)論

綜上，在甘肅省武威市張義鎮(zhèn)保水劑用量為75 kg/hm2時(shí)，馬鈴薯生長及節(jié)水抗旱效果最佳，能在提高產(chǎn)量的同時(shí)，最大程度地提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]

徐寧，張洪亮，張榮華，等.中國馬鈴薯種植業(yè)現(xiàn)狀與展望[J].中國馬鈴薯，2021，35（1）：81-96.

[2] 第紅君，劉悅善，張宇，等.甘肅省馬鈴薯產(chǎn)量調(diào)查及生產(chǎn)建議[J].中國蔬菜，2021（9）：107-111.

[3] 王偉軍，趙雪雁，張明軍，等.西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域公眾的水資源感知及節(jié)水意向：以甘肅省河西走廊地區(qū)為例[J].中國人口·資源與環(huán)境，2019，29（11）：148-157.

[4] 魏云浩，李宇鵬，李進(jìn)，等.保水劑的發(fā)展前景[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究，2019（3）：52-54.

[5] 張萌，魏全全，徐永康，等.保水劑用量對(duì)貴州旱作覆膜馬鈴薯生長及土壤肥力的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2019，32（5）：1087-1091.

[6] 劉洋，龍鳳，李紹才，等.保水劑和PAM對(duì)人工土壤顆粒水分蒸發(fā)的影響[J].中國水土保持，2015（2）：44-47，69.

[7] HAN Y G，YU X X，YANG P L，et al.Dynamic study on water diffusivity of soil with super-absorbent polymer application[J].Environmental earth sciences，2013，69（1）：289-296.

[8] YANG L L，HAN Y G，YANG P L，et al.Effects of superabsorbent polymers on infiltration and evaporation of soil moisture under point source drip irrigation[J].Irrigation & drainage，2015，64（2）：275-282.

[9] 包開花，蒙美蓮，陳有君，等.覆膜方式和保水劑對(duì)旱作馬鈴薯土壤水熱效應(yīng)及出苗的影響[J].作物雜志，2015（4）：102-108.

[10] 侯賢清，李榮，何文壽，等.保水劑對(duì)旱作馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2018，32（5）：1016-1022.

[11] 黃偉，張俊花，朱貴鵬，等.保水劑不同施用方式對(duì)馬鈴薯生長和產(chǎn)量的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（1）：1-8.

[12] 穆俊祥，孟寧生，劉拴成，等.保水劑用量對(duì)馬鈴薯生長和土壤水分的影響[J].節(jié)水灌溉，2017（2）：44-47.

[13] 呂文河，馬子竣，李瑩，等.馬鈴薯4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系總產(chǎn)和商品薯產(chǎn)量比較[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，45（10）：1-9.

[14] 謝奎忠，楊棪，陸立銀，等.氮磷鉀肥施用量對(duì)莊薯3號(hào)商品薯率的影響[J].長江蔬菜，2010（10）：52-55.

[15] 楊永輝，吳普特，武繼承，等.保水劑對(duì)冬小麥不同生育階段土壤水分及利用的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（12）：19-26.

[16] 李倩，巴圖，劉景輝，等.保水劑施用方式對(duì)土壤酶活性及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，45（5）：116-122.

[17] 林葉春，胡躍高，曾昭海.不同節(jié)水措施對(duì)馬鈴薯生長及水分利用的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2010，28（1）：54-60.

[18] 彭菊，王文華，林煥新，等.施用不同用量保水劑對(duì)煙草農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].耕作與栽培，2014（5）：4-5，33.