海瑞達保水劑在我國旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的綜合應(yīng)用研究

吳 勇，水明海，張 賡，郭世乾，王麗紅，張 艷

（1.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京100000；2.甘肅海瑞達生態(tài)環(huán)境科技有限公司，蘭州730000；3.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)保護總站，蘭州730000）

0 引 言

我國是旱作農(nóng)業(yè)大國，有近十億畝的旱作農(nóng)業(yè)耕地，隨著我國工業(yè)及城市化建設(shè)的快速發(fā)展，水資源越來越緊缺，每年全社會水資源消耗約7 000億m3，農(nóng)業(yè)用水占全國總用水量的六成以上，其中約有90%用于各類農(nóng)田灌溉[1,2]。隨著我國社會的發(fā)展，農(nóng)業(yè)種植技術(shù)、農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟形態(tài)發(fā)生了根本性的變化，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟也由注重數(shù)量向綠色高質(zhì)量方向發(fā)展，節(jié)約利用農(nóng)業(yè)水資源、化肥減量增效、治理農(nóng)業(yè)環(huán)境污染等成為農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。保水劑是一種以高分子材料為主的復(fù)合型、功能型產(chǎn)品，能吸收相當(dāng)于自身重量成幾百倍的水分，被譽為“微型水庫”，可反復(fù)吸水、釋水，具有明顯的節(jié)水、保肥和土壤修復(fù)的功能，在旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)上開展其綜合應(yīng)用研究十分必要且意義重大。

保水劑作為一種重要的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，已在各種植物種植中廣泛應(yīng)用。Karagoz Idris[3]研究了保水劑在觀賞植物金銀花栽培中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)保水劑可以有效平衡培養(yǎng)基的水分，降低了植株的水分脅迫，減少45%的植物用水量、節(jié)約48%的人工成本。Maryam Rezashateri[4]研究了水分脅迫下保水劑對蒿蒿生長的影響，結(jié)果表明，沙壤土中保水劑的使用效果最好，在水分脅迫條件下利用保水劑提高植物的生長和存活率是可行的。張袁[5]通過大田試驗研究了保水劑的施用對黑龍江地區(qū)春玉米和大豆生長需水量及產(chǎn)量的影響，得出保水劑可以對農(nóng)田土壤含水量進行有效調(diào)節(jié)，降低春玉米各生育階段耗水量，提高水分利用效率。然而，有關(guān)保水劑節(jié)水、減肥、替代地膜和增產(chǎn)增效等綜合應(yīng)用研究的相關(guān)報道較少，本文通過使用保水劑進行大量的大田試驗，旨在解決農(nóng)業(yè)水資源消耗過大，因地膜覆蓋、化肥過量使用造成的土壤板結(jié)、土壤質(zhì)量安全以及白色污染問題，使我國農(nóng)業(yè)向著綠色高質(zhì)量方向發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

本文共開展49 項田間試驗，試驗地點基本情況見表1～表6。

表1 節(jié)水試驗地點基本情況Tab.1 Basic information of water-saving test sites

表2 化肥減量試驗地點基本情況Tab.2 Basic information of Fertilizer reduction test sites

表4 2019年馬鈴薯替代地膜試驗地點基本情況Tab.4 Basic information of replace plastic film test sites about potato in 2019

表5 玉米替代地膜試驗地點基本情況Tab.5 Basic information of replace plastic film test sites about corn

表6 藥材增產(chǎn)試驗地點基本情況Tab.6 Basic information of production test sites about herbs

1.2 試驗材料

試驗材料：海瑞達保水劑（由甘肅海瑞達生態(tài)環(huán)境科技有限公司提供）。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 節(jié)水試驗設(shè)計

2018年在河南省、2019年在山西、河北、陜西省分別進行了冬小麥節(jié)水試驗。試驗設(shè)3 個處理，每個處理3 次重復(fù)，同一試驗地點的其他田間管理措施均一致，處理1：常規(guī)（春澆2 次、每次900 m3/hm2）為對照；處理2：施用海瑞達保水劑（45 kg/hm2）＋春澆1 次（900 m3/hm2）；處理3：施用海瑞達保水劑（45 kg/hm2）＋不春澆。測定不同試驗地點各處理小麥的產(chǎn)量。

1.3.2 化肥減量試驗設(shè)計

2019年在甘肅省5個不同試驗地點馬鈴薯種植中開展了保水劑化肥減量效果試驗。試驗設(shè)3 個處理，每個處理3 次重復(fù)，同一試驗地點的其他田間管理措施均一致，處理1：常規(guī)施肥為對照；處理2：施用海瑞達保水劑（45 kg/hm2）+減施20%化肥；處理3：施用海瑞達保水劑（45 kg/hm2）+減施30%化肥。測定不同試驗地點各處理馬鈴薯的產(chǎn)量。

1.3.3 替代地膜試驗設(shè)計

2018年在甘肅省13 個試驗地點、2019年在甘肅、河北、青海省8個試驗地點進行海瑞達保水劑在馬鈴薯種植中替代地膜試驗，在甘肅省8個試驗地點進行海瑞達保水劑在玉米種植中替代地膜試驗。試驗均設(shè)2 個處理，每個處理3 次重復(fù)，同一試驗地點的其他田間管理措施均一致，處理1：地膜覆蓋種植；處理2：露地施用海瑞達保水劑（45 kg/hm2）。測定不同試驗地點各處理馬鈴薯、玉米的產(chǎn)量。

1.3.4 增產(chǎn)試驗設(shè)計

2019年在甘肅省11 個試驗地點開展了海瑞達保水劑在藥材種植中增加產(chǎn)量的試驗。試驗設(shè)2 個處理，每個處理3 次重復(fù)，同一試驗地點的其他田間管理措施均一致，處理1：露地種植為對照；處理2：露地施用海瑞達保水劑（60 kg/hm2）。測定不同試驗地點各處理藥材的產(chǎn)量。

1.4 測定項目和方法

收獲后，測定馬鈴薯、藥材的產(chǎn)量；小麥、玉米進行室內(nèi)考種。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用WPS Excel 2007 和Spss 19 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)水試驗

2018年在河南省、2019年在山西、河北、陜西省分別進行了冬小麥節(jié)水試驗，不同處理下冬小麥產(chǎn)量見圖1。與常規(guī)（春澆2 次）處理相比，保水劑＋春澆1 次處理，即每公頃節(jié)水900 m3條件下，4 個試驗地點冬小麥產(chǎn)量仍有一定幅度的增產(chǎn)，平均增產(chǎn)13.77%，其中試驗地點A-T2，增產(chǎn)幅度最大，為22.69%，其次為試驗地點A-T3，增產(chǎn)22%；試驗地點AT1、A-T2和A-T3冬小麥產(chǎn)量顯著高于常規(guī)（春澆2次）處理（P＜0.05），試驗地點A-T4 冬小麥產(chǎn)量與常規(guī)（春澆2 次）處理之間差異不顯著（P＞0.05）。與常規(guī)（春澆2次）處理相比，保水劑＋不春澆處理，即每公頃節(jié)水1 800 m3條件下，除試驗地點A-T4 外，其他3 個試驗地點冬小麥產(chǎn)量仍有一定幅度的增產(chǎn)，其中試驗地點A-T2，增產(chǎn)幅度最大，為7.9%，其次為試驗地點A-T1，增產(chǎn)7.3%；試驗地點A-T1 和A-T2 冬小麥產(chǎn)量顯著高于常規(guī)處理（P＜0.05），試驗地點A-T3 冬小麥產(chǎn)量與常規(guī)處理之間差異不顯著（P＞0.05）；試驗地點A-T4 冬小麥產(chǎn)量略低于常規(guī)處理但兩者之間差異不顯著（P＞0.05）。試驗結(jié)果表明，施用海瑞達保水劑在每公頃節(jié)約灌溉用水900 m3和1 800 m3的同時，產(chǎn)量還有一定幅度的增加。

2.2 化肥減量試驗

2019年在甘肅省5個不同試驗地點馬鈴薯種植中開展了保水劑化肥減量效果試驗，不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量見圖2。與常規(guī)施肥相比，保水劑＋減施20%化肥處理，即減少化肥使用量20%條件下，5 個試驗地點中有4 個試驗地點馬鈴薯產(chǎn)量仍有一定幅度的增產(chǎn)，平均增產(chǎn)12.48%，其中B-T2試驗地點增產(chǎn)效果最明顯，增加28.19%；試驗地點B-T1 和B-T2 馬鈴薯產(chǎn)量顯著高于常規(guī)施肥（P＜0.05），試驗地點B-T3 和B-T4 馬鈴薯產(chǎn)量與常規(guī)施肥之間差異不顯著（P＞0.05）；試驗地點BT5 馬鈴薯產(chǎn)量低于常規(guī)施肥，但兩者之間差異不顯著（P＞0.05）。保水劑＋減施30%化肥處理，即減少化肥使用量30%條件下，5個試驗地點馬鈴薯產(chǎn)量仍有一定幅度的增產(chǎn)，平均增產(chǎn)11.17%，其中試驗地點B-T2 增產(chǎn)最高，為14.8%；試驗地點B-T2、B-T4 和B-T5 馬鈴薯產(chǎn)量均顯著高于常規(guī)施肥（P＜0.05）；試驗地點B-T1和B-T3馬鈴薯產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理之間差異均不顯著（P＞0.05）。說明海瑞達保水劑可以提高肥料利用率，減少化肥使用量20%、30%后仍可實現(xiàn)一定程度的增產(chǎn)。

2.3 替代地膜試驗

2.3.1 替代地膜試驗-馬鈴薯

2018年總共在甘肅省13 個試驗地點進行了海瑞達保水劑在馬鈴薯生產(chǎn)中替代地膜試驗，不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量見圖3。13 個試驗地點施用海瑞達保水劑處理的平均產(chǎn)量為140.06kg/hm2，地膜覆蓋處理的平均產(chǎn)量為136.79 kg/hm2。13個試驗地點中有7個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量較覆蓋地膜實現(xiàn)增產(chǎn)，平均增產(chǎn)11.18 kg/hm2，增幅為8.26%；其中試驗地點C1-T13增產(chǎn)效果最為明顯，產(chǎn)量增加了27.61 kg/hm2，增幅為19.04%；其次是試驗地點C1-T2，產(chǎn)量增加了2.27 kg/hm2，增幅為15.47%，這2 個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量顯著高于地膜（P＜0.05），其他5 個試驗地點馬鈴薯產(chǎn)量差異不顯著（P＞0.05）。其余6個試驗地點施用保水劑處理的產(chǎn)量低于地膜覆蓋產(chǎn)量，但兩者之間差異均不顯著（P＞0.05）。因此，在甘肅省不同地區(qū)馬鈴薯種植中，海瑞達保水劑可以替代地膜，在保護生態(tài)環(huán)境的同時，產(chǎn)量有一定的增加。

2019年在甘肅、河北、青海省總共8個試驗地點進行了海瑞達保水劑在馬鈴薯生產(chǎn)中替代地膜試驗，不同處理下馬鈴薯產(chǎn)量見圖4。8 個試驗地點施用海瑞達保水劑處理的平均產(chǎn)量為229.45 kg/hm2，地膜覆蓋處理的平均產(chǎn)量為217.40 kg/hm2。8個試驗地點中有5個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量高于地膜覆蓋的處理，平均增產(chǎn)21.59 kg/hm2，平均增幅為11.52%；其中試驗地點C2-T4 產(chǎn)量增加了79.80 kg/hm2，增幅最大，為44.02%，產(chǎn)量顯著高于地膜（P＜0.05）；其他4 個試驗地點馬鈴薯產(chǎn)量差異不顯著（P＞0.05）。其余3 個試驗地點施用保水劑處理的產(chǎn)量低于地膜覆蓋產(chǎn)量，但兩者之間差異均不顯著（P＞0.05）。進一步驗證了海瑞達保水劑在馬鈴薯種植中替代地膜可行，產(chǎn)量最高可以增加44.02%。

2.3.2 替代地膜試驗-玉米

2018-2019年總共在甘肅省8 個試驗地點進行了海瑞達保水劑在玉米生產(chǎn)中替代地膜試驗，不同處理下玉米產(chǎn)量見圖5。8 個試驗地點施用海瑞達保水劑處理的平均產(chǎn)量為54.66 kg/hm2，地膜覆蓋處理的平均產(chǎn)量為53.44 kg/hm2。8 個試驗地點中有5個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量高于地膜覆蓋，但兩者之間差異均不顯著（P＞0.05）。其余3 個試驗地點施用保水劑處理的產(chǎn)量低于地膜覆蓋產(chǎn)量，但兩者之間差異均不顯著（P＞0.05）。

2.4 增產(chǎn)試驗

2019年在甘肅省11 個試驗地點施用海瑞達保水劑進行藥材增產(chǎn)試驗，不同處理下藥材的產(chǎn)量見圖6。所有試驗地點施用海瑞達保水劑處理的產(chǎn)量均高于露地處理，11 個試驗地點平均增產(chǎn)31.34%，產(chǎn)量平均增加了13.83 kg/hm2。11 個試驗地點中有8 個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量顯著高于地膜（P＜0.05），其中，E-T4 試驗點增產(chǎn)了14.18 kg/hm2，增幅為46.64%，效果最優(yōu)；其次是E-T6 試驗點，增產(chǎn)了25.53 kg/hm2，增幅為45.98%。其余3 個試驗地點施用保水劑處理的產(chǎn)量與地膜處理的產(chǎn)量之間差異不顯著（P＞0.05）。因此，海瑞達保水劑在藥材種植中增產(chǎn)效果顯著。

3 結(jié) 論

海瑞達保水劑在華北冬小麥節(jié)水試驗中，在每公頃節(jié)約900 m3灌溉水的情況下實現(xiàn)小麥平均增產(chǎn)13.77%，最大可達到22.69%的增產(chǎn)。馬鈴薯作物采用保水劑拌肥底施，在減少20%、30%的化肥施用量的情況下還有一定幅度的增產(chǎn)，平均增產(chǎn)分別為12.48%和11.17%，最大增產(chǎn)28.19%。在藥材的增產(chǎn)增效種植試驗中，產(chǎn)量增幅最高可達46.64%；這與孫國龍等[6]的研究結(jié)論基本一致，其研究發(fā)現(xiàn)，在旱作雨養(yǎng)區(qū)使用海瑞達保水劑增產(chǎn)效果明顯，并指出海瑞達保水劑在解決地下水超采問題的同時，還可以保證作物增產(chǎn)增收。馬鈴薯種植中，21 個試驗地點中有12 個試驗地點使用保水劑組別的產(chǎn)量高于地膜覆蓋組別，產(chǎn)量最高可以增加44.02%，其余9 個試驗地點產(chǎn)量相當(dāng)；玉米種植中，8個試驗地點施用保水劑的產(chǎn)量與地膜覆蓋產(chǎn)量相當(dāng)。這與高飛、崔增團等[7-9]研究結(jié)果相似，在馬鈴薯和玉米種植中，保水劑可以替代地膜。使用海瑞達保水劑可以達到節(jié)約灌溉用水、減少化肥用量和增產(chǎn)增效等效果，馬鈴薯、玉米種植中可以替代地膜，為從源頭上解決地膜造成的白色污染問題提供了一種可行的方法，以達到節(jié)水減肥、土壤修復(fù)和農(nóng)業(yè)污染治理的目的。

保水劑產(chǎn)業(yè)作為環(huán)境新材料行業(yè)未來最重要的產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)市場規(guī)模巨大，可以帶動培育新材料產(chǎn)業(yè)集群，為經(jīng)濟社會發(fā)展做出積極貢獻；可以提高農(nóng)業(yè)種植水平、提升經(jīng)濟效益，利于脫貧攻堅戰(zhàn)略的實施；可以為全國農(nóng)業(yè)節(jié)水減肥、綠色發(fā)展戰(zhàn)略實施做出貢獻，為全國農(nóng)業(yè)節(jié)水、化肥減量及農(nóng)膜污染治理培育出方案；該產(chǎn)品在荒漠化治理、植樹造林

方面作用也非常明顯，可以成為環(huán)境修復(fù)、荒漠化治理工程實施最為重要的技術(shù)手段，對于大力發(fā)展戈壁農(nóng)業(yè)也將起到積極作用。目前由于以往保水劑施用中存在很多認識上的偏差，認為保水劑的作用就是保水，只要施用在地里即可，導(dǎo)致在使用的過程中使用方法不規(guī)范。因此，不同作物、不同土壤、不同耕播技術(shù)、不同氣候條件的使用方法的標準化還需要進一步的研究與完善。