新型保水剂施用量对土壤水分和马铃薯生长特性的影响研究

王霞玲，郭凯先，黄佳盛，苑冬生

(1.青海省水利水电科学研究院有限公司，西宁 810001；2.青海省流域水循环与生态重点实验室，西宁 810001；3.青海省水资源高效利用工程技术研究中心，西宁 810001)

香日德位于高原，深居内陆，属大陆性气候，具有光照充足、辐射强烈、气候温和、热量条件好、日温差较大有利于作物果实积累等得天独厚的资源优势，适宜种植马铃薯等多种作物，但其降水稀少，属于干旱半干旱地区，可利用水资源有限，严重限制了马铃薯产量及品质，制约了马铃薯产业的发展[1-3]。因此，研究如何充分利用当地现有水资源和保水技术提高马铃薯产量、品质等成为近年来的研究关键所在。目前有不少研究表明，在农作物生产中，合理使用保水剂对农作物增产提质、节水抗旱产生显著有利影响[4-6],但不同保水剂在不同气候、不同土壤应用效果差异较大[7]。吉林省农业汇泉科技有限公司研制的“耕农抗旱宝”在东北地区广泛示范并推广，应用效果良好，但其在青海省应用研究却未见报道。因此，为探求“耕农抗旱宝”在青海省柴达木地区马铃薯生产上的应用效果及最佳施用量，本试验开展“耕农抗旱宝”不同施用量对马铃薯生长特性及产量品质等的影响，为该地区使用“耕农抗旱宝”提供一定的科学依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于青海省香日德试验站，该地区海拔2 984.6 m，东经97°47′，北纬36°3′，年平均降水量166.8 mm，多年平均气温为3.1～4.4 ℃，年蒸发量2 285.4 mm，属于干旱地区。土质以沙壤土为主，质地为壤质，土质适宜种植，作物种植一年一熟，属于灌溉农业区。0～100 cm土壤平均容重为1.50 g/cm3，耕作层田间持水量为25%，土壤平均养分含量：铵态氮为2.69 ppm，速效磷为26.89 mg/kg，速效钾为202.87 mg/kg，有机质18.7(%)，pH值为8.44，电导率为399。

1.2 试验材料

马铃薯种子选用当地常规品种“青薯6号”，保水剂选用吉林省汇泉农业科技有限公司研制的“耕农抗旱宝”。

1.3 试验设计

试验设置有对照组和试验组，其中对照组不施用“耕农抗旱宝”，试验组设置施用22.5、27、31.5 kg/hm23个水平，共4个处理，分别以CK、F1、F2和F3表示，每个处理3个重复，共12个小区，试验采用完全随机设计。

马铃薯于2018年4月8日种植，2018年9月29日收获，生长期为173 d。小区面积为2 m×3.3 m=6.6 m2，株行距分别为50、60 cm，每个小区在种植前1周施有机肥，种植时施二胺1斤，“耕农抗旱宝”伴底肥一起施入种植小区，最佳施用深度10～15 cm。灌水量取青海省地方标准灌水定额的50%，其他外界因素均一致。

1.4 测定项目及方法

(1)土壤含水率。在每次灌水前1 d、灌水后第1 d、第2 d、第4 d、第6 d、第9 d、第13 d，分别测定10、20、30、40、60、100 cm土层的土壤含水率。具体做法：在每个试验小区定点安装土壤水分探管，采用英国进口的PR216进行读数并记录。

(2)土壤容重-环刀法。马铃薯收获期，在小区合适的位置挖深度为40 cm的剖面，环刀取土带回实验室测定。

(3)马铃薯形态指标。在马铃薯苗期，从每个小区随机选取3～5株长势均匀的植株挂牌标记，并分别在其苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期测定其株高、径粗、叶片叶绿素含量和脯氨酸含量。株高利用0.1 cm的卷尺测量从土壤表面到作物生长点的拉伸高度；径粗用0.01 mm的电子游标卡尺测量；叶片叶绿素含量采用美国进口的CCM-200叶绿素测定仪测定；叶片脯氨酸含量：取叶片，装入自封袋标记，用液氮保存，带回实验室，采用“茚三酮”法进行测定。

(4)产量。待马铃薯成熟后，首先挖每个小区的标记株，数其株结数、称量单株产量；然后每个小区单挖单收，用量程为150 kg的电子秤称重，最后换算成公顷产量。

(5)品质。马铃薯成熟后，将每个小区标记株的马铃薯取回实验室，分别测定其水分、蛋白质和淀粉含量。

1.5 数据处理

采用Microsoft Office Excel 2013进行数据处理，DPS9.0进行相关数据方差分析，Origin9.0进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯地土壤含水率的影响

试验观测马铃薯灌水后不同土层土壤含水率变化，不同“耕农抗旱宝”施用量状况下，各土层土壤含水率变化不一致，分别见图1-图6。图1-图6表明：10～100 cm土层，随着灌水后时间的延长，土壤含水率呈逐步下降趋势(除降雨影响)，但下降幅度不同：10 cm土层不同处理F1、F2、F3、CK降幅分别为2.47%、3.97%、1.99%、7.18%；20 cm土层4个处理降幅分别为3.04%、4.34%、3.64%、8.34%；30 cm土层4处理降幅分别为3.10%、4.61%、4.96%、7.39%；40 cm土层4处理降幅分别为2.69%、5.98%、4.40%、6.67%；60 cm土层4个处理降幅分别为3.62%、2.59%、3.94%、5.38%；100 cm土层4个处理降幅分别为1.36%、1.60%、1.18%、2.06%。总体来看，10～100 cm土层土壤含水率降幅均表现出对照组>试验组，这主要是由于“耕农抗旱宝”发挥保水效果引起的。并且在灌水前各处理土壤含水率基本相同，灌水后逐渐出现差别，可见，“耕农抗旱宝”发挥作用要以一定的水分为前提。

图1 10 cm土层含水率

图2 20 cm土层含水率

图3 30 cm土层含水率

图4 40 cm土层含水率

图5 60 cm土层含水率

图6 100 cm土层含水率

2.2 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯地土壤容重的影响

土壤容重与土壤孔隙结构有密切关系，“耕农抗旱宝”对土壤容重有一定的影响，不同处理土壤容重结果见表1。由表可知，马铃薯收获期的土壤容重表现为试验组<对照组，差值为0.048 g/cm3，0～30 cm土层土壤容重降低3.04%。试验结果表明：相对于不施“耕农抗旱宝”处理，施用“耕农抗旱宝”可有效降低土壤容重，改善土壤孔隙结构。

表1 土壤容重结果表(收获期) g/cm3

2.3 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯形态特征的影响

马铃薯株高、径粗是反映其地上部分生长情况的重要指标。由图7、8可知，马铃薯从苗期到淀粉积累期，随着生育期的推进，各处理的株高、径粗均呈上升趋势。不同处理对马铃薯各生育期的各指标影响程度不同。株高在苗期表现为F1>F3>CK>F2，块茎形成期表现为F1>F3>F2>CK，块茎膨大期表现为F3>F2>CK>F1，淀粉积累期表现为F3>F2>F1>CK，这说明“耕农抗旱宝”的施用对马铃薯的株高的生长有一定的促进作用，并随着生育期的推进，作用效果逐渐发挥，这可能与“耕农抗旱宝”具有先吸水后释水的特性有关；径粗在苗期表现为F1>F3>F2>CK，块茎膨大期表现为F1>CK>F3>F2，块茎形成期表现为F2>F3>CK>F1，淀粉积累期表现为F3>CK>F2>F1。说明“耕农抗旱宝”的施用可促进香日德马铃薯径粗的生长，但在各生育期影响程度不同，这主要可能与不同时期外界降雨对其产生影响不同有关。各时期各指标各处理间差异均未达到显著水平。

图7 “耕农抗旱宝”对不同生育期马铃薯株高的影响

图8 “耕农抗旱宝”对不同生育期马铃薯径粗的影响

2.4 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯叶片叶绿素含量和脯氨酸含量的影响

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，其含量的增加有利于维持马铃薯植株的光合效率，延缓植株衰老，增强对干旱逆境的适应[8]。由图9可知，马铃薯叶片叶绿素含量随着其生育期的推进呈单峰曲线变化，在块茎膨大期，各处理的叶片叶绿素含量高于其他生育期。苗期和块茎形成期叶片叶绿素含量表现为F1>CK>F2>F3，块茎膨大期表现为F1>F2>F3>CK，这说明适量的“耕农抗旱宝”施用可提高马铃薯的光合能力，促进马铃薯叶片中叶绿素的积累。各处理间叶绿素含量差异未达到显著水平。

图9 “耕农抗旱宝”对不同生育期马铃薯叶片叶绿素含量的影响

脯氨酸是植物细胞质中一种游离氨基酸，可以维持细胞内酶的结构，减少细胞内蛋白质的降解[9]，在正常条件下，其含量较低，但在逆境条件下，游离脯氨酸的含量增加，并与逆境的强度和植物的抗逆性有关[10]。由图10可知，马铃薯叶片脯氨酸含量随生育期的推进逐渐增加，各时期均表现出对照组>试验组，苗期、块茎形成期和块茎膨大期叶片脯氨酸含量均表现为CK>F1>F3>F2，在苗期各处理间差别较大，到块茎形成期和块茎膨大期，处理间差别较小；淀粉积累期表现为CK>F3>F1>F2；这说明“耕农抗旱宝”的施用可减小脯氨酸的积累，增强其抗逆性，在一定程度上缓解马铃薯的干旱胁迫，但用量过大时，反而减轻其逆境胁迫，这可能是因为“耕农抗旱宝”用量过大，使得马铃薯叶片膜透性增大，膜损伤程度增大，渗透调节物脯氨酸含量增加所致。

图10 “耕农抗旱宝”对不同生育期马铃薯叶片脯氨酸含量的影响

2.5 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯产量的影响

如表2所示，在香日德大田试验下，“耕农抗旱宝”不同处理对灌溉马铃薯产量构成因素及产量存在着不同的影响。各处理下马铃薯株结数表现为CK>F3>F2>F1，单株重量表现为F3>F2>CK>F1，F3的单株产量大于其他处理，与对照组相比，F3、F2的单株产量分别高出25.6%、12.0%；产量表现为F2>F1>F3>CK，F2处理产量为45 150 kg/hm2，较对照组增产13.2%，F1处理产量为43 850 kg/hm2，较对照组增产9.9%，F3处理产量为41 425 kg/hm2，较对照组增产3.8%；从显著性来看，各处理间差异均未达到显著水平。据此，可判断对柴达木地区而言，马铃薯种植时“耕农抗旱宝”施用量以F2为最好。

表2 “耕农抗旱宝”对香日德马铃薯产量构成要素及产量的影响

2.6 不同“耕农抗旱宝”施用量对马铃薯品质的影响

马铃薯中的蛋白质和淀粉是衡量马铃薯品质的重要指标。如表3所示，“耕农抗旱宝”不同处理对灌溉马铃薯品质有不同影响。马铃薯水分表现为F2>F3>CK>F3，各处理间无显著差异；蛋白质含量表现为F1>F2>CK>F3，各处理间无显著差异；淀粉含量表现为F2>F1>CK>F3，处理F2和F1的淀粉含量高于对照组，分别高52.26%、1.95%，处理间差异达到显著水平。对于食用马铃薯，其食用价=蛋白质含量/淀粉含量×100，食用价越高，其营养价值越高，通过计算，处理F1的食用价为17.05，高于F2。

表3 “耕农抗旱宝”对马铃薯品质的影响

3 结 语

综合上述试验结果和分析，得出如下结论：

(1)随着土层深度的增加，土壤含水率增大，下降幅度各有不同。在“耕农抗旱宝”施用层，同层土壤含水率降幅表现为对照组>试验组。在一个观测周期内，第一次灌水前，各处理间土壤含水率基本一致，灌水后逐渐出现差别，可见，“耕农抗旱宝”发挥作用要以一定的水分为前提，该结果与穆俊祥[11]等人的研究结果一致；随着灌水后时间的延长，试验组与对照组降幅差距逐渐减小，这可能与“耕农抗旱宝”具有先吸水、保水，后缓慢释水的特性导致的，该研究结果与张朝伟、王慧勇[12,13]等研究结果一致。

(2)“耕农抗旱宝”的施用对土壤容重有一定的影响，相对于不施“耕农抗旱宝”，施用“耕农抗旱宝”可有效降低土壤容重，改善土壤孔隙结构。这一研究结果与侯贤清、李沼鹈[14-15]等人的研究结果一致。

(3)“耕农抗旱宝”的施用对马铃薯株高、径粗的生长有促进作用，其施用量为31.5 kg/hm2时更加有利于马铃薯地上部分的积累，但与27 kg/hm2间未产生显著差异。

(4)在马铃薯不同生育期，“耕农抗旱宝”施用量为22.5 kg/hm2时，叶片叶绿色含量最最高，有利于维持马铃薯植株的光合效率，延缓植株衰老；施用量为27 kg/hm2时，叶片脯氨酸含量最低，有利于缓解干旱胁迫。

(5)在本试验条件下，“耕农抗旱宝”施用有助于马铃薯产量的增加和品质的提升，但并非施用量越大越好。施用量为27 kg/hm2时，马铃薯产量最高，较对照组增产13.2%；蛋白质含量以22.5 kg/hm2时最高，淀粉含量以27 kg/hm2时最高，食用营养价值以22.5 kg/hm2时最高。