保水劑施用量對(duì)土壤水分利用及馬鈴薯生長(zhǎng)的影響

侯賢清, 李榮, 何文壽, 代曉華, 馬琨, 梁熠, 馬剛成

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 銀川750021)

保水劑施用量對(duì)土壤水分利用及馬鈴薯生長(zhǎng)的影響

侯賢清*, 李榮, 何文壽, 代曉華, 馬琨, 梁熠, 馬剛成

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 銀川750021)

針對(duì)寧夏中部半干旱偏旱區(qū),干旱少雨、土壤水分蒸發(fā)強(qiáng)烈、馬鈴薯低產(chǎn)等突出問(wèn)題,采用2種土壤保水劑(沃特保水劑和微生物保水劑),以不施用保水劑處理為對(duì)照,研究了保水劑不同施用量對(duì)旱作土壤水分、馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率的影響。結(jié)果表明:在馬鈴薯關(guān)鍵生育期,0～100 cm土層土壤貯水量隨保水劑施用量增加而增加,施用沃特保水劑60 kg/hm2和90 kg/hm2使土壤貯水量分別較對(duì)照(不施保水劑)顯著提高55.1%和62.1%;施用微生物保水劑可保蓄馬鈴薯生育前期土壤水分含量,而施用沃特保水劑可提高馬鈴薯生育后期土壤水分含量;施用微生物保水劑不同量可明顯促進(jìn)馬鈴薯初花期植株的生長(zhǎng),進(jìn)入塊莖膨大期施用沃特保水劑不同量對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的促進(jìn)作用效果顯著。與對(duì)照相比,施用沃特保水劑90 kg/hm2的增產(chǎn)和提高作物水分利用效率效果最佳,分別較對(duì)照提高41.4%和86.5%；而施用沃特保水劑60 kg/hm2的商品薯率最高(87.5%)。穴施保水劑可有效改善馬鈴薯關(guān)鍵生育期土壤水分狀況,促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育,提高作物的產(chǎn)量和水分利用效率,以施用沃特保水劑60～90 kg/hm2的增產(chǎn)和提高作物水分利用效率效果最佳。

保水劑; 土壤水分; 作物生長(zhǎng); 馬鈴薯產(chǎn)量; 水分利用效率

馬鈴薯是寧夏種植的四大作物之一,已成為其農(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。寧夏中部干旱區(qū),年降雨量為250 mm左右,降雨主要集中在7—9月份。水分不足和年降雨量分布不均嚴(yán)重限制了作物生長(zhǎng)[1]。由于土地貧瘠、氣候干旱、降雨分配不均勻,該地區(qū)馬鈴薯單產(chǎn)水平僅為全國(guó)的1/2[2]。因此,如何充分利用有限的降水資源,提高水分利用效率,已成為提高該區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的重要途徑。利用高分子聚合物為保水材料達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)目的是近年來(lái)迅速發(fā)展的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)新技術(shù)[3]。

保水劑是一種具有超強(qiáng)吸水保水能力的高分子聚合物,吸水后膨脹為水凝膠,且能反復(fù)吸水,在干燥條件下又能將水分緩慢釋放供作物利用,是較好的抗旱保水研究材料[4-7]。保水劑的使用具有較好的抑制土壤水分蒸發(fā)、調(diào)節(jié)降水的季節(jié)分配、改善旱區(qū)作物生長(zhǎng)的土壤水分環(huán)境,增強(qiáng)抗旱性,促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育,提高作物的干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和水分利用效率,并且對(duì)作物無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)不良反應(yīng)[8-10]。相關(guān)研究表明[11-13],在干旱、半干旱的黃土高原區(qū),保水劑能夠促進(jìn)馬鈴薯和玉米不同生育階段的干物質(zhì)積累及提高其水分利用效率,改善作物地上和地下部干物質(zhì)量的分配,促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高。保水劑施用量越大,土壤含水量越高,增產(chǎn)增收的效果越顯著。

目前,保水劑在多種作物上均有應(yīng)用報(bào)道,但是結(jié)合應(yīng)用方法對(duì)保水劑效應(yīng)作用機(jī)制的研究還很少,使得實(shí)際應(yīng)用效果也千差萬(wàn)別[14-16]。有研究表明,水分是影響馬鈴薯生產(chǎn)的重要因素[17],施用保水劑能調(diào)節(jié)土壤水分狀況,增加馬鈴薯的產(chǎn)量[18],但是不同的保水劑施用方式、用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響不同[19-21]。至今寧夏中部干旱區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)上施用保水劑的研究還未見報(bào)道。為此，本研究在寧夏回族自治區(qū)同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園,采用沃特保水劑和微生物保水劑,研究2種土壤保水劑不同施用量對(duì)土壤保水效果及對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響,探尋適合馬鈴薯地的保水劑種類及最佳施用量,為促進(jìn)寧夏中部干旱帶馬鈴薯合理施用保水劑提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)研究地點(diǎn)同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)位寧夏回族自治區(qū)中南部(36°51′N,105°59′E),地處黃土高原與內(nèi)蒙古高原交界地帶,地勢(shì)由南向北逐漸傾斜(南高北低),以山地為主,地形復(fù)雜,屬中溫帶干旱大陸性氣候。該區(qū)干旱少雨,海拔約1 200 m,年降水200～300 mm,無(wú)霜期120～218 d,年平均氣溫8.6 ℃,≥10 ℃的積溫約3 000 ℃,熱量充足、晝夜溫差大、水分蒸發(fā)快。2013年降水總量為191.2 mm,其中馬鈴薯生育期降雨量為144.9 mm,占全年的75.8%(圖1)。由此可見,如何最大限度地保蓄生育期降水,是提高降水有效利用率和作物產(chǎn)量的技術(shù)關(guān)鍵。該園區(qū)土壤類型為砂壤土,馬鈴薯播種前0～30 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量為2.6 g/kg,堿解氮47.9 mg/kg,速效磷14.4 mg/kg,速效鉀198.3 mg/kg,pH為8.8,屬低等肥力水平。

圖1 2013年試驗(yàn)期降水量及日平均氣溫Fig.1 Precipitation and daily mean temperature in the experimental area in 2013

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采樣雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。保水劑種類分別為勝利油田東營(yíng)華業(yè)新材料有限公司生產(chǎn)的沃特保水劑(有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化保水劑,吸水倍率500～600,pH6.0～8.0)和長(zhǎng)沙圣華科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的微生物保水劑(生物菌種多功能制劑,吸水倍率300～400,pH6.7).相關(guān)研究[10,16,22]表明,不同作物施用保水劑的施用量不同,對(duì)旱地作物(特別是小麥和馬鈴薯)而言,保水劑施用量在45～60 kg/hm2時(shí)作物增產(chǎn)效果最佳。因此,本試驗(yàn)研究設(shè)30、60和90 kg/hm23種保水劑施用水平。以不施保水劑處理為對(duì)照(CK),共7個(gè)處理,3次重復(fù),小區(qū)面積為6.5 m×4 m=26 m2(表1)。

保水劑按1∶100比例與水制成凝膠,播種前1 d用保水劑對(duì)馬鈴薯進(jìn)行浸種穴施(切塊后的種薯放入保水劑凝膠中浸泡12 h),并晾曬。穴播的播種穴長(zhǎng)、寬均為15 cm,深10 cm,不同處理的播種深度均為5～6 cm。整個(gè)試驗(yàn)為不覆蓋。耕作方式采用連喜1GQN-350S旋耕機(jī)進(jìn)行旋耕,耕作深度為20 cm。馬鈴薯供試品種為冀張薯8號(hào),前茬作物為春玉米。播前對(duì)馬鈴薯薯塊用草木灰拌種,種植方法采用單壟單行,馬鈴薯種植密度41 670株/hm2,行距60 cm,株距40 cm,用種量1 800 kg/hm2,于2013年5月1日播種、2013年10月3日收獲。馬鈴薯從播種到收獲不灌水,按照常規(guī)施肥,且各處理小區(qū)生長(zhǎng)期間追肥、除草等管理措施均相同。施肥：尿素(N≥46%)210 kg/hm2、重過(guò)磷酸鈣(總磷P2O5≥46%,有效磷P2O5≥44%)225 kg/hm2、硫酸鉀(K2O≥50%)120 kg/hm2。追肥：于現(xiàn)蕾期追施尿素(N≥46%)90 kg/hm2。田間管理：試驗(yàn)期間進(jìn)行人工除草,并定苗結(jié)合中耕培土2次。

表1 土壤保水劑不同施用量試驗(yàn)設(shè)計(jì)

Table 1 Experimental design of super absorbents in different dosages

區(qū)組設(shè)計(jì)Blockdesign保水劑施用量Dosageofsuperabsorbent/(kg/hm2)306090沃特保水劑(M)Wotesuperabsorbent(M)M2M4M6微生物保水劑(N)Microbesuperabsorbent(N)N2N4N6不施用保水劑NosuperabsorbentapplyingCK

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水分 在馬鈴薯關(guān)鍵生育期(7月20日初花期、8月20日塊莖膨大期、9月20日成熟期),按每處理小區(qū)20 cm土層分層取樣,分別測(cè)定0～100 cm土層土壤水分含量,并計(jì)算土壤貯水量[23]：W=h×a×b×10，式中:W為土壤貯水量,mm;h為土層深度,cm;a為土壤體積質(zhì)量,g/cm3;b為土壤含水量,%.0～100 cm土層土壤貯水量為0～20,20～40,…,80～100 cm土層土壤貯水量之和;據(jù)測(cè)定0～20,20～40,…,80～100 cm土層土壤平均體積質(zhì)量分別為1.43、1.52、1.55、1.62和1.58 g/cm3。農(nóng)田蒸散量[24]：ETa=W1-W2+P,式中:ETa為農(nóng)田蒸散量,mm;W1為播前土壤貯水量,mm;W2為收獲后土壤蓄水量,mm;P為生育期內(nèi)降雨量,mm.土壤貯水量及農(nóng)田蒸散量均以1 m土層含水量計(jì)算。水分利用效率(water use efficiency,WUE)[25]：WUE=Y/ETa,式中:WUE為水分利用效率,kg/(hm2·mm);Y為作物產(chǎn)量,kg/hm2;ETa為農(nóng)田蒸散量,mm。

1.3.2 馬鈴薯生長(zhǎng)指標(biāo) 在馬鈴薯初花期、塊莖膨大期和成熟期,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn),選取5株測(cè)定與作物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的株高、莖粗和生物量等生長(zhǎng)指標(biāo)。植株株高采用生理株高來(lái)衡量,為地上莖基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離;主莖粗為近基部最粗處的直徑;植株生物量即干物質(zhì)量(地上部莖、葉的總和)。干物質(zhì)量在105 ℃殺青30 min,80 ℃烘干至恒重。收獲期測(cè)定馬鈴薯小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量,分別記錄單薯[大薯(>150 g)、中薯(75～150 g)、小薯(<75 g)]的個(gè)數(shù)及質(zhì)量,并計(jì)算其商品薯率。商品薯率/%=單薯75 g以上的產(chǎn)量/馬鈴薯總產(chǎn)×100[26]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SAS 8.0分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并用Excel 2003作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑施用量對(duì)馬鈴薯地0～100 cm土層土壤水分狀況的影響

2.1.1 不同保水劑施用量下馬鈴薯關(guān)鍵時(shí)期土壤貯水量變化 圖2是馬鈴薯關(guān)鍵生育期不同處理0～100 cm土層土壤貯水量變化。在馬鈴薯初花期,施用不同保水劑0～100 cm土層土壤貯水量均高于對(duì)照,以施用微生物保水劑各處理增幅最為顯著。N2、N4和N6處理土壤貯水量較對(duì)照分別顯著增加12.4%、20.1%和27.8%。

圖上不同小寫字母表示同一生育時(shí)期不同處理間在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 Different lowercase letters above the columns indicate significant difference of the different growth stages of the same growth stage among different treatments at the 0.05 probability level.圖2 不同保水劑施用量對(duì)馬鈴薯關(guān)鍵生育期土壤蓄水量的影響Fig.2 Effects of super absorbent dosages on water storage of soil for potato at critical growth stages

8月中旬,馬鈴薯進(jìn)入塊莖膨大期,氣溫逐漸升高,土壤水分蒸發(fā)日益增多,耗水增加,降水相對(duì)偏少,各處理土壤貯水量有所降低。不同保水劑施用量相對(duì)于不施保水劑處理能明顯提高0～100 cm土層土壤貯水量。施用沃特保水劑M2、M4和M6處理土壤貯水量分別較CK顯著提高17.1%、26.4%和34.4%。施用微生物保水劑N2、N4和N6處理土壤貯水量較CK分別提高8.9%、12.3%和18.1%。施用沃特保水劑M6處理和微生物保水劑N6處理對(duì)提高0～100 cm土層土壤貯水量效果最為顯著。

馬鈴薯成熟期,不同處理土壤水分狀況有所恢復(fù)。沃特保水劑不同施用量各處理相對(duì)于不施保水劑處理顯著提高了0～100 cm土層土壤貯水量。M2、M4和M6處理分別較CK提高12.0%、20.8%和31.2%,以M6處理提高幅度最大。由圖2可知,施用微生物保水劑改善了馬鈴薯生育前期土壤貯水量,沃特保水劑改善了生育中后期0～100 cm土層土壤水分狀況,且隨保水劑施用量增加而增加,以施用沃特保水劑90 kg/hm2保水保墑效果最為顯著。

2.1.2 不同保水劑施用量下馬鈴薯關(guān)鍵時(shí)期土壤含水量垂直變化特征 馬鈴薯初花期,除M6處理外，2種保水劑其他各處理耕層(0～40 cm)土壤含水量與對(duì)照差異較大,40～100 cm土層土壤含水量與其他各處理的差異隨土層的加深逐漸減小(圖3A)。0～40 cm土層土壤平均含水量N2、N4和N6處理分別較CK顯著增加43.5%、46.2%和57.6%,而沃特保水劑各處理與對(duì)照無(wú)明顯差異。40～100 cm土層土壤含水量2種保水劑高于對(duì)照,但與對(duì)照相比差異無(wú)顯著性。

8月20日測(cè)定馬鈴薯塊莖膨大期不同處理下0～100 cm土層土壤水分垂直變化(圖3B),各處理0～100 cm土層土壤含水量隨土層的加深呈先降低后升高的趨勢(shì)。沃特保水劑各處理0～100 cm土層土壤含水量顯著高于CK,而微生物保水劑各處理0～40 cm土層含水量明顯降低,60～100 cm土層含水量與對(duì)照無(wú)差異。M2、M4和M6處理60～100 cm土層土壤平均含水量分別較CK顯著增加57.5%、60.8%和72.9%。馬鈴薯成熟期,不同處理0～60 cm土層土壤水分含量隨土層的加深而降低,60～100 cm土層土壤含水量有所回升(圖3C)。其中,沃特保水劑各處理0～100 cm土層土壤平均含水量均顯著高于對(duì)照,而微生物保水劑各處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。M2、M4和M6處理0～100 cm土層土壤平均含水量分別較CK顯著增加48.4%、50.6%和58.3%。

2.2 保水劑對(duì)馬鈴薯生物學(xué)性狀的影響

表2為不同保水劑施用量對(duì)馬鈴薯生物學(xué)性狀的影響,在不同處理下馬鈴薯關(guān)鍵生育期株高的變化呈先升高后降低的趨勢(shì)。在馬鈴薯初花期,施用微生物保水劑各處理與對(duì)照相比差異顯著,N4和N6處理株高分別較CK提高34.5%和43.8%；而在馬鈴薯塊莖膨大后期施用沃特保水劑各處理與對(duì)照相比差異顯著，M2、M4和M6處理在塊莖膨大后期植株平均株高分別較CK提高21.9%、29.5%和28.1%。

A:初花期;B:塊莖膨大期;C:成熟期.A:Early florescence; B: Tuber expansion period; C: Maturity period.圖3 馬鈴薯關(guān)鍵生育期不同處理下0～100 cm土層土壤含水量的垂直變化Fig.3 Water content variation of soil at the depth of 0-100 cm under different treatments for potato at critical growth stages

表2 不同保水劑施用量對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

Values within a column followed by different lowercase letters show significantly differences at the 0.05 probability level.

在馬鈴薯關(guān)鍵生育期測(cè)定其主莖粗,不同生長(zhǎng)階段其莖粗表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)(表2)。在初花期,施用微生物保水劑N2、N4和N6處理明顯高于CK9.6%、10.2%和11.0%;在塊莖膨大期和成熟期,施用沃特保水劑M2、M4和M6處理分別較CK增加14.1%、15.5%和17.6%?？梢?施用微生物保水劑能明顯促進(jìn)馬鈴薯初花期植株的生長(zhǎng),進(jìn)入塊莖膨大期施用沃特保水劑對(duì)馬鈴薯的生長(zhǎng)作用效果顯著。

在馬鈴薯初花期至成熟期,在不同處理下馬鈴薯生物量(干物質(zhì)積累量)的變化均呈逐漸上升的趨勢(shì),在馬鈴薯成熟期達(dá)到最大(表2)。馬鈴薯初花期,施用微生物保水劑各處理均顯著高于對(duì)照,而在馬鈴薯生育后期施用沃特保水劑對(duì)提高馬鈴薯干物質(zhì)積累量效果顯著。在初花期,N2、N4和N6處理干物質(zhì)積累量分別較CK提高28.0%、28.9%和39.9%;馬鈴薯成熟期,M2、M4和M6處理分別較CK干物質(zhì)積累量提高39.9%、43.1%和46.3%。這表明,施用保水劑能顯著提高作物干物質(zhì)積累量,為作物后期生長(zhǎng)保存大量的養(yǎng)分,有利于馬鈴薯薯塊產(chǎn)量的提高。

2.3 保水劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.3.1 保水劑施用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響 表3表明,不同保水劑施用量各處理均能不同程度地提高馬鈴薯的產(chǎn)量和商品薯率。沃特保水劑各處理大薯數(shù)均明顯高于對(duì)照,中薯數(shù)2個(gè)保水劑處理均明顯高于對(duì)照,小薯數(shù)處理間無(wú)明顯差異?？偸頂?shù)不同保水劑施用處理均顯著高于對(duì)照。主要原因是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(zhǎng)后期有利于同化產(chǎn)物向塊莖的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸,促進(jìn)塊莖的生長(zhǎng)發(fā)育[16]。施用保水劑各處理的馬鈴薯總產(chǎn)量和商品薯率均明顯高于不施保水劑處理,以M6處理馬鈴薯產(chǎn)量最高(23 088.00 kg/hm2),M4處理商品薯率最高(87.5%)。M2、M4和M6處理馬鈴薯產(chǎn)量分別較CK提高40.4%、34.6%和41.4%,商品薯率分別提高11.7%、21.1%和18.2%。可見,施用沃特保水劑60～90 kg/hm2馬鈴薯的商品薯率最高,且增產(chǎn)效果顯著。

2.3.2 保水劑施用量對(duì)馬鈴薯水分利用效率的影響 由表4可知,施用保水劑能夠改善土壤水分狀況,降低農(nóng)田蒸散量,從而提高作物的水分利用效率。M2、M4、M6、N4和N6處理農(nóng)田蒸散量較CK降低13.5%～24.2%。2種保水劑不同施用量下馬鈴薯水分利用效率均高于不施保水劑處理,其作物水分利用效率高低的順序依次表現(xiàn)為M6>M4>M2>N6>N4>N2,而N2與CK、M2與M4處理間的水分利用效率差異未達(dá)顯著水平。在施用同一種保水劑條件下,不同施用量間水分利用效率差異達(dá)到顯著水平。與不施保水劑處理相比,施用保水劑處理作物水分利用效率增量大小的順序依次表現(xiàn)為M6>M2>M4>N6>N4>N2。其中,施用沃特保水劑M6處理的作物水分利用效率增幅最高,M2、M4和M6處理分別較CK顯著提高71.8%、68.1%和86.5%。

表3 不同保水劑施用量對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量性狀的影響

同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

Values within a column followed by different lowercase letters show significantly differences at the 0.05 probability level.

表4 不同保水劑施用量對(duì)馬鈴薯地水分利用效率的影響

同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在P<0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

Values within a column followed by different lowercase letters show significantly differences at the 0.05 probability level.

3 討論

保水劑具有快速吸水、保水、緩慢釋水的特性,施用保水劑能減少土壤表面水分蒸發(fā)損失,降低水分深層滲漏,有效保持土壤中的水分[21],為馬鈴薯需水關(guān)鍵期儲(chǔ)存必要的水分[18]。本研究結(jié)果表明,在馬鈴薯關(guān)鍵生育期,施用沃特、微生物保水劑后,使土壤水分得到改善,0～100 cm土層土壤貯水量均高于對(duì)照,且施用量越大,土壤水分含量越高,這是由于土壤中施入保水劑后,土壤抑制水分蒸發(fā)能力增強(qiáng),同時(shí)自然降水入滲土壤的性能隨保水劑施用量的增加而增大[27-28]。同時(shí)也發(fā)現(xiàn),微生物保水劑能改善馬鈴薯生育前期的土壤水分,在生育期中后期沃特保水劑保水效果顯著;施用微生物保水劑保水效果不及沃特保水劑,施用沃特保水劑可提高深層土壤水分含量,而施用微生物保水劑對(duì)土壤水分保水效果較差。分析其原因：一方面,沃特保水劑能保持較強(qiáng)的吸水倍率和膨脹性能,其蓄水和釋水性能顯著增強(qiáng),而微生物保水劑是一種富含生物菌種的多功能制劑,在施用初期保水保肥效果顯著,但隨著馬鈴薯生育進(jìn)程的推移和地溫的升高,使得高分子吸水性樹脂被細(xì)菌、真菌等微生物作用,分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物或無(wú)機(jī)物,被微生物消化吸收利用[29],這大大降低了微生物保水劑的保水、釋水性能;另一方面,穴施保水劑對(duì)土壤水分向下運(yùn)動(dòng)的影響與保水劑自身的吸水倍率和膨脹性能密切相關(guān)[27],沃特保水劑的吸水倍率和膨脹性能高于微生物保水劑,施用沃特保水劑可提高深層土壤水分含量。

施用保水劑可調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)的土壤微環(huán)境,顯著改善作物的生長(zhǎng)狀況[18]。廖佳麗等[1]的研究結(jié)果表明,施用多功能保水劑處理能有效促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育,2種保水劑均能促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育,增加干物質(zhì)積累,但是在不同生育時(shí)期促進(jìn)作物生長(zhǎng)的效果有所不同：PAM保水劑在前期效果顯著,多功能保水劑在后期效果突出。這與本研究的結(jié)果“施用微生物保水劑能促進(jìn)馬鈴薯生育前期植株的生長(zhǎng),施用沃特保水劑對(duì)馬鈴薯生育后期的生長(zhǎng)作用效果顯著”相似。這是由于施用微生物保水劑改善了馬鈴薯初花期土壤水分狀況,而施用沃特保水劑提高馬鈴薯后期土壤水分含量,促進(jìn)了作物的生長(zhǎng),顯著增加后期的干物質(zhì)累積。

施用保水劑可顯著提高馬鈴薯地的土壤貯水量、產(chǎn)量及改善部分產(chǎn)量性狀,這種改善隨保水劑種類的不同而異[2,18,20,30]。張朝巍等[31]的研究結(jié)果表明,馬鈴薯地穴施保水劑,能提高薯塊產(chǎn)量和商品薯率,杜社妮等[10]研究發(fā)現(xiàn),施用沃特、PAM保水劑能提高馬鈴薯塊莖產(chǎn)量,且隨施用量的增大,塊莖產(chǎn)量增高,以穴施沃特、PAM保水劑30～45 kg/hm2為宜。而本研究結(jié)果表明,與不施保水劑處理相比,施用2種保水劑均可明顯提高馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率,馬鈴薯塊莖產(chǎn)量隨保水劑施用量的增加而提高,其中施用沃特保水劑60～90 kg/hm2馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率最高。

施用保水劑能夠降低土壤水分蒸發(fā)和作物的無(wú)效蒸騰,從而促進(jìn)作物水分利用率的提高,但不同地區(qū)保水劑施用方式、用量對(duì)馬鈴薯水分利用效率的提高效果不同[32-33]。杜社妮等[10]在陜北黃土丘陵溝壑區(qū)研究結(jié)果表明,穴施沃特、PAM保水劑60 kg/hm2對(duì)提高馬鈴薯干物質(zhì)量及水分利用效率效果最好;而張揚(yáng)等[2]在寧南山區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),施用沃特保水劑15 kg/hm2和PAM保水劑9 kg/hm2的作物水分利用效率最高。本研究發(fā)現(xiàn),在寧夏中部半干旱偏旱區(qū),施用微生物和沃特2種保水劑均能提高作物的水分利用效率,且隨施用量的增加而提高,以穴施沃特保水劑60～90 kg/hm2提高產(chǎn)量和作物水分利用效率效果最佳。鑒于本研究?jī)H1年試驗(yàn)結(jié)果,在不同的水文年型(豐水、平水和缺水年),穴施沃特保水劑60～90 kg/hm2是否會(huì)起到增產(chǎn)效果,還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

施用保水劑能明顯改善馬鈴薯關(guān)鍵生育期土壤水分狀況,隨保水劑施用量的增加而增產(chǎn),以施用沃特保水劑60 kg/hm2和90 kg/hm2保水保墑效果最為顯著。施用微生物保水劑可改善馬鈴薯生育前期耕層土壤水分含量,而施用沃特保水劑可提高馬鈴薯生育中后期土壤水分含量。施用微生物保水劑能有效促進(jìn)馬鈴薯初花期植株的生長(zhǎng),進(jìn)入塊莖膨大期施用沃特保水劑者對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的促進(jìn)效果顯著。與不施保水劑處理相比,施用沃特保水劑90 kg/hm2的增產(chǎn)和提高作物水分利用效率效果最佳,而施用沃特保水劑60 kg/hm2的商品薯率最高。

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Effects of super absorbent dosage on water use of soil and growth of potato.

Hou Xianqing*, Li Rong, He Wenshou, Dai Xiaohua, Ma Kun, Liang Yi, Ma Gangcheng

(SchoolofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

The semi-arid area in middle of Ningxia has suffered from dry climate, which causes intensive evaporation of soil and low yield of potato. Therefore, a field study was conducted to determine the effects of super absorbent dosage on water status of dryland soil, growth and yield of potato, and water use efficiency (WUE), by comparing two different types of super absorbents (Wote and Microbe). Two super absorbents were diluted in ratio of 1∶100 before bunch planting at different application rates. Two super absorbents in different dosage in the experiments were set as follows: Wote super absorbent of 30 kg/hm2(M2), Wote super absorbent of 60 kg/hm2(M4), Wote super absorbent of 90 kg/hm2(M6), Microbe super absorbent of 30 kg/hm2(N2), Microbe super absorbent of 60 kg/hm2(N4), and Microbe super absorbent of 90 kg/hm2(N6). The treatment with no super absorbent applying was marked as the control.

The results showed that, the application of Wote or Microbe super absorbent had greatly improved the water storage of soil layers at 0-100 cm from early florescence stage to maturity stage of potato, and the effects increased along with the applying dosage. The M4and M6treatments had better effect on water conservation, and water storage of soil layers at 0-100 cm were 55.1% and 62.1% higher than that of the control, respectively. The soil water contents of Microbe super absorbent treatments were significantly higher than that of the control in the early stage of potato. However, the Wote super absorbent treatments significantly improved soil water content at expansion-maturity stage.

The application of Microbe super absorbent significantly promoted the growth in the early florescence stage of potato, with plant height, stem diameter and biomass of potato significantly higher than the control. In contrast, the application of Wote super absorbent significantly promoted the growth at expansion-maturity stage of potato, with plant height, stem diameter and biomass of potato significantly higher than the control.

Higher yield and WUE were also achieved by the application of Wote and Microbe super absorbents, with optimum dosage of 90 kg/hm2for Wote super absorbent, and the yield and WUE of potato were increased by 41.4% and 86.5%, comparing with the control, respectively. Meanwhile, the commodity rate was the highest (87.5%) with optimum dosage of 60 kg/hm2for Wote super absorbent.

In conclusion, the soil super absorbents could not only improve the water status of soil and WUE, but also promote the growth and yield of potato. The potato yield, WUE and commodity rate were the highest in the treatments of Wote super absorbent of 60-90 kg/hm2.

super absorbent; soil water; crop growth; potato yield; water use efficiency

Journal of Zhejiang University (Agric. & Life Sci.), 2015,41(5)：558-566

寧夏大學(xué)人才引進(jìn)科研啟動(dòng)基金(BQD2012007);國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD29B07-05)。

2015-01-28;接受日期(Accepted)：2015-04-10;網(wǎng)絡(luò)出版日期(Published online)：2015-09-18

S 532； S 156

A

*通信作者(Corresponding author)：侯賢清(http://orcid.org/0000-0002-8821-2571),E-mail:houxianqing1981@126.com

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.s.20150918.1758.014.html