保水劑對土壤水熱及馬鈴薯產量的影響

郭欣欣，張 蓉，孫長紅，張立彭

（甘肅省通渭縣農業技術推廣中心，甘肅 通渭 743300）

在我國農業生產中，北方干旱半干旱地區的農業生產對保障我國糧食安全意義重大。黃土高原旱作區由于存在降水時空分布不均、干旱頻發以及水資源不足等缺點，導致馬鈴薯單產水平偏低[1,2]，這也是該地區農業基礎生產設施薄弱、經濟發展滯后的主要原因。此外，該區較低的機械化水平以及粗放的耕作栽培方式也制約了馬鈴薯的生產[3]。目前，在西北半干旱區農業生產中，地膜覆蓋是一種被廣泛應用的節水保墑增產技術，但由于存在地膜污染不利于產業健康發展以及農田可持續生產的問題，因此在西北半干旱地區研發包括減少土壤棵間蒸發、提高有限降水利用率、增加農田生產力和土壤蓄水、改造基礎地力以及增強環境保護為核心的旱地農業技術，是實現持續高效生產的關鍵[4]。

通渭縣作為典型寒旱雨養農業區，研究如何在馬鈴薯種植區高效利用天然降雨，是當地旱作農業可持續發展的方向。近些年，得益于地膜覆蓋栽培技術在馬鈴薯上的推廣應用，通過應用地膜覆蓋栽培技術大幅度提高了馬鈴薯產量，但隨之而來的問題是土壤環境被破壞，為農業可持續發展帶來嚴峻挑戰。保水劑是近年來在旱作農業生產中應用的新產品之一，具有蓄水保墑的作用。作為一種高分子聚合物，其特點包括不溶于水、高水膨脹性、交聯密度很低、吸水力強，可起到改善土壤結構、促進團粒形成、蓄水保墑的作用，可于土壤干旱時供給水分供作物吸收利用，進而提高水分利用率和作物產量[5，6]。因此，在旱作區引進保水劑開展馬鈴薯保水劑應用試驗，旨在探索替代地膜的新產品，篩選出適宜旱作區使用的保水劑，為當地保水劑應用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于通渭縣馬營鎮黑燕村，海拔2 200 m，年均氣溫7.2℃，生育期內降水量268 mm。土壤為山旱地黃麻土，有機質11.36 g/kg、全氮量0.85 g/kg、有效磷5.3 mg/kg、全鉀14.15 g/kg，前茬作物為小麥。

1.2 供試材料

海瑞達保水劑（甘肅海瑞達生態環境科技公司），聚乙烯白色及黑色地膜（甘肅宏鑫農業科技公司），馬鈴薯品種為青薯9號原種（甘肅愛蘭薯業有限公司提供）。

1.3 試驗設計

試驗共設6個處理，a:聚乙烯黑色地膜；b:秸稈覆蓋；c:聚乙烯白色地膜；d:保水劑溝施（45 kg/hm2)；e:保水劑撒施（45 kg/hm2）；f:露地（CK），隨機區組排列，3次重復，小區面積10 m×6.66 m=66.6 m2。播種方法:黑色地膜和白色地膜覆蓋模式均按全膜雙壟溝栽培模式，即大壟70 cm、小壟40 cm起壟覆膜，點種于大壟兩側，行距70 cm，株距40 cm，每小區保苗300株。秸稈栽培模式為起壟栽培，大壟70 cm、小壟40 cm（起壟覆蓋秸稈），馬鈴薯則點種于大壟兩側，行距70 cm，株距40 cm，每小區保苗300株。露地和保水劑撒施模式也是起壟栽培，即大壟70 cm、小壟40 cm，于大壟兩側點種，行距70 cm，株距40 cm，每小區保苗300株。保水劑溝施模式為起壟栽培，即大壟70 cm、小壟40 cm，開溝后先撒保水劑，再點播種子，行距70 cm，株距40 cm，每小區保苗300株。于2020年4月17日起壟，4月25日播種。施肥量各處理相同，起壟覆膜前施優質農家肥52 500 kg/hm2、馬鈴薯專用肥750 kg/hm2，全部肥料于整地前一次性施入，田間管理同大田。

田間觀察記載各處理出苗期、開花期、株高和生育期。根據不同模式按成熟期分別收獲，各小區單收計產。對試驗結果進行方差分析，并進行F檢驗和多重比較。

1.4 測定指標

1.4.1 株高 每試驗小區通過隨機選取的方式選出30株馬鈴薯植株測量株高。

1.4.2 產量 收獲時稱量各小區產量，折合成公頃產量。

1.4.3 土壤含水率 在馬鈴薯播種前1 d、出苗期、開花期、成熟期，按0～60 cm每20 cm為1個層次，共3個土層，于小區馬鈴薯種植行間采集土樣，土壤含水量采用烘干法測定[7]。

1.4.4 土壤地溫 每個小區地溫是通過曲管地溫表測定，測定時期分別為播種期、出苗期、開花期、膨大期、成熟期。測定時間為晴天上午11:00沿馬鈴薯種植行向相鄰馬鈴薯植株間距離相等位置測定土層深度分別為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm共5個層次的地溫[8]。

1.5 數據處理

數據處理和分析通過Excel 2010軟件進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理的物候期及生育期變化

由表1可知，各處理的物候期不盡相同。在播種時期相同的條件下，白色地膜覆蓋模式出苗最早，為5月16日，比露地栽培模式早出苗3 d，秸稈覆蓋模式和黑色地膜覆蓋比露地分別遲出苗3 d和5 d。開花期亦不盡相同，保水劑和露地同時開花，開花最早的是白色地膜覆蓋模式，開花最遲的是黑色地膜覆蓋模式。株高最高的為黑色地膜覆蓋模式，最矮的是露地栽培模式。成熟期在9月17日—10月2日，成熟最早的是白色地膜覆蓋模式，其次是露地栽培模式，生育期分別為145 d和147 d；成熟最遲的是秸稈覆蓋模式，生育期160 d。

表1 各栽培模式的物候期及生育期

2.2 不同處理對耕層土壤含水量的影響

由圖1可知，通過使用不同的栽培方式會使馬鈴薯栽培土壤的不同耕層含水量產生明顯差異。播種期耕層土壤含水量以黑色地膜覆蓋栽培模式最高，平均為12.2%，比露地栽培模式高16.99%；其次是保水劑溝施模式，平均為11.7%，比露地栽培模式高12.18%。出苗期以黑色地膜覆蓋模式、保水劑溝施和白色地膜覆蓋模式最高，平均為11.7%，比露地栽培模式高3.83%。開花期以黑色地膜覆蓋栽培模式最高，平均為13.2%，比露地栽培模式高11.00%；其次是白色地膜覆蓋模式，平均為13.0%，比露地栽培模式高9.00%。成熟期以黑色地膜覆蓋模式和白色地膜覆蓋模式最高，平均為12.3%，比露地栽培模式高9.82%；其次是秸稈覆蓋，平均為12.2%，比露地栽培模式高8.92%。

圖1 不同處理不同時期對土壤0～60 cm耕層含水量變化的影響

2.3 不同處理對土壤溫度的影響

由圖2可知，不同栽培模式會對土壤溫度產生較大影響，以黑色地膜覆蓋處理保溫效果為最好，白色地膜覆蓋處理次之，露地處理（CK）最差。播種期以黑色地膜覆蓋處理為最高，平均為11.88℃，較秸稈覆蓋、保水劑溝施、白色地膜覆蓋、保水劑撒施以及露地處理（CK）分別高出0.9℃、0.72℃、0.32℃、0.98℃、1.32℃；出苗期還是黑色地膜覆蓋處理保溫效果為最好，平均為15.8℃，較秸稈覆蓋、保水劑溝施、白色地膜覆蓋、保水劑撒施以及露地處理（CK）分別高出2.52℃、2.34℃、0.56℃、3.2℃、3.08℃；開花期黑色地膜覆蓋處理地溫平均為18.5℃，較秸稈覆蓋、保水劑溝施、白色地膜覆蓋、保水劑撒施以及露地處理（CK）分別高出2.76℃、2.72℃、0.78℃、2.94℃、4.02℃；成熟期黑色地膜覆蓋處理地溫平均為17.7℃，較秸稈覆蓋、保水劑溝施、白色地膜覆蓋、保水劑撒施以及露地處理（CK）分別高出4℃、3.84℃、2.3℃、4.42℃、5.02℃。

圖2 不同處理對土壤溫度的影響 單位:℃

2.4 不同處理對產量的影響

由表2可知，在5個栽培模式中，黑色地膜覆蓋對馬鈴薯的增產效果最明顯，產量為34840.5 kg/hm2，比露地栽培增產53.62%；秸稈覆蓋栽培次之，產量為34260 kg/hm2，比露地栽培增產51.06%；白色地膜栽培模式產量為29440.5 kg/hm2，比露地栽培增產29.81%；保水劑溝施栽培產量為27645 kg/hm2，比露地栽培增產21.89%；保水劑撒施栽培產量為24319.5 kg/hm2，比露地栽培增產7.23%；露地栽培產量最低，為22680 kg/hm2。

表2 各栽培模式產量結果和多重比較

3 討論與結論

通渭縣馬鈴薯常年播種面積在2萬hm2以上，在確保糧食安全和農業農村經濟中占有重要地位。目前，由于馬鈴薯產業發展受限于干旱缺水的現狀，研究如何對降水資源高效利用，從而開發并推動節水農業的發展對干旱半干旱地區農業有著極為重要的意義[9]。在干旱與半干旱地區，自然降水可通過覆蓋栽培的方式進行有效利用[10]，同時旱作區農作物增產與農業節水可通過選擇適宜的覆蓋方式來實現對土壤水熱的高效利用[11]。為可持續發展旱作農業，開發出能兼顧保墑增溫增產同時又能避免農業污染的覆蓋技術是十分緊迫的問題。

近年來，保水劑已成為一種十分重要的抗旱節水增產技術[12]。本研究通過對比保水劑、秸稈覆蓋以及露地栽培技術的優缺點，發現在馬鈴薯關鍵生育期施用保水劑能一定程度上改善土壤的水分狀況及地溫情況，為馬鈴薯植株提供較優的生育環境，且白色地膜覆蓋栽培與保水劑溝施栽培產量相當，產量分別為29 440.5 kg/hm2和27645 kg/hm2，增幅分別為29.81%和21.89%。保水劑溝施栽培模式能增加馬鈴薯產量，可在當地示范推廣。

由于在當年試驗中的馬鈴薯生長期內雨水充足，在一定程度上影響了保水劑的增產效果。因此，對于保水劑對馬鈴薯產量的增產效果還有待進一步試驗研究。