保水剂对土壤水热及马铃薯产量的影响

郭欣欣，张 蓉，孙长红，张立彭

（甘肃省通渭县农业技术推广中心，甘肃 通渭 743300）

在我国农业生产中，北方干旱半干旱地区的农业生产对保障我国粮食安全意义重大。黄土高原旱作区由于存在降水时空分布不均、干旱频发以及水资源不足等缺点，导致马铃薯单产水平偏低[1,2]，这也是该地区农业基础生产设施薄弱、经济发展滞后的主要原因。此外，该区较低的机械化水平以及粗放的耕作栽培方式也制约了马铃薯的生产[3]。目前，在西北半干旱区农业生产中，地膜覆盖是一种被广泛应用的节水保墒增产技术，但由于存在地膜污染不利于产业健康发展以及农田可持续生产的问题，因此在西北半干旱地区研发包括减少土壤棵间蒸发、提高有限降水利用率、增加农田生产力和土壤蓄水、改造基础地力以及增强环境保护为核心的旱地农业技术，是实现持续高效生产的关键[4]。

通渭县作为典型寒旱雨养农业区，研究如何在马铃薯种植区高效利用天然降雨，是当地旱作农业可持续发展的方向。近些年，得益于地膜覆盖栽培技术在马铃薯上的推广应用，通过应用地膜覆盖栽培技术大幅度提高了马铃薯产量，但随之而来的问题是土壤环境被破坏，为农业可持续发展带来严峻挑战。保水剂是近年来在旱作农业生产中应用的新产品之一，具有蓄水保墒的作用。作为一种高分子聚合物，其特点包括不溶于水、高水膨胀性、交联密度很低、吸水力强，可起到改善土壤结构、促进团粒形成、蓄水保墒的作用，可于土壤干旱时供给水分供作物吸收利用，进而提高水分利用率和作物产量[5，6]。因此，在旱作区引进保水剂开展马铃薯保水剂应用试验，旨在探索替代地膜的新产品，筛选出适宜旱作区使用的保水剂，为当地保水剂应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于通渭县马营镇黑燕村，海拔2 200 m，年均气温7.2℃，生育期内降水量268 mm。土壤为山旱地黄麻土，有机质11.36 g/kg、全氮量0.85 g/kg、有效磷5.3 mg/kg、全钾14.15 g/kg，前茬作物为小麦。

1.2 供试材料

海瑞达保水剂（甘肃海瑞达生态环境科技公司），聚乙烯白色及黑色地膜（甘肃宏鑫农业科技公司），马铃薯品种为青薯9号原种（甘肃爱兰薯业有限公司提供）。

1.3 试验设计

试验共设6个处理，a:聚乙烯黑色地膜；b:秸秆覆盖；c:聚乙烯白色地膜；d:保水剂沟施（45 kg/hm2)；e:保水剂撒施（45 kg/hm2）；f:露地（CK），随机区组排列，3次重复，小区面积10 m×6.66 m=66.6 m2。播种方法:黑色地膜和白色地膜覆盖模式均按全膜双垄沟栽培模式，即大垄70 cm、小垄40 cm起垄覆膜，点种于大垄两侧，行距70 cm，株距40 cm，每小区保苗300株。秸秆栽培模式为起垄栽培，大垄70 cm、小垄40 cm（起垄覆盖秸秆），马铃薯则点种于大垄两侧，行距70 cm，株距40 cm，每小区保苗300株。露地和保水剂撒施模式也是起垄栽培，即大垄70 cm、小垄40 cm，于大垄两侧点种，行距70 cm，株距40 cm，每小区保苗300株。保水剂沟施模式为起垄栽培，即大垄70 cm、小垄40 cm，开沟后先撒保水剂，再点播种子，行距70 cm，株距40 cm，每小区保苗300株。于2020年4月17日起垄，4月25日播种。施肥量各处理相同，起垄覆膜前施优质农家肥52 500 kg/hm2、马铃薯专用肥750 kg/hm2，全部肥料于整地前一次性施入，田间管理同大田。

田间观察记载各处理出苗期、开花期、株高和生育期。根据不同模式按成熟期分别收获，各小区单收计产。对试验结果进行方差分析，并进行F检验和多重比较。

1.4 测定指标

1.4.1 株高 每试验小区通过随机选取的方式选出30株马铃薯植株测量株高。

1.4.2 产量 收获时称量各小区产量，折合成公顷产量。

1.4.3 土壤含水率 在马铃薯播种前1 d、出苗期、开花期、成熟期，按0～60 cm每20 cm为1个层次，共3个土层，于小区马铃薯种植行间采集土样，土壤含水量采用烘干法测定[7]。

1.4.4 土壤地温 每个小区地温是通过曲管地温表测定，测定时期分别为播种期、出苗期、开花期、膨大期、成熟期。测定时间为晴天上午11:00沿马铃薯种植行向相邻马铃薯植株间距离相等位置测定土层深度分别为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm共5个层次的地温[8]。

1.5 数据处理

数据处理和分析通过Excel 2010软件进行。

2 结果与分析

2.1 不同处理的物候期及生育期变化

由表1可知，各处理的物候期不尽相同。在播种时期相同的条件下，白色地膜覆盖模式出苗最早，为5月16日，比露地栽培模式早出苗3 d，秸秆覆盖模式和黑色地膜覆盖比露地分别迟出苗3 d和5 d。开花期亦不尽相同，保水剂和露地同时开花，开花最早的是白色地膜覆盖模式，开花最迟的是黑色地膜覆盖模式。株高最高的为黑色地膜覆盖模式，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盖模式，其次是露地栽培模式，生育期分别为145 d和147 d；成熟最迟的是秸秆覆盖模式，生育期160 d。

表1 各栽培模式的物候期及生育期

2.2 不同处理对耕层土壤含水量的影响

由图1可知，通过使用不同的栽培方式会使马铃薯栽培土壤的不同耕层含水量产生明显差异。播种期耕层土壤含水量以黑色地膜覆盖栽培模式最高，平均为12.2%，比露地栽培模式高16.99%；其次是保水剂沟施模式，平均为11.7%，比露地栽培模式高12.18%。出苗期以黑色地膜覆盖模式、保水剂沟施和白色地膜覆盖模式最高，平均为11.7%，比露地栽培模式高3.83%。开花期以黑色地膜覆盖栽培模式最高，平均为13.2%，比露地栽培模式高11.00%；其次是白色地膜覆盖模式，平均为13.0%，比露地栽培模式高9.00%。成熟期以黑色地膜覆盖模式和白色地膜覆盖模式最高，平均为12.3%，比露地栽培模式高9.82%；其次是秸秆覆盖，平均为12.2%，比露地栽培模式高8.92%。

图1 不同处理不同时期对土壤0～60 cm耕层含水量变化的影响

2.3 不同处理对土壤温度的影响

由图2可知，不同栽培模式会对土壤温度产生较大影响，以黑色地膜覆盖处理保温效果为最好，白色地膜覆盖处理次之，露地处理（CK）最差。播种期以黑色地膜覆盖处理为最高，平均为11.88℃，较秸秆覆盖、保水剂沟施、白色地膜覆盖、保水剂撒施以及露地处理（CK）分别高出0.9℃、0.72℃、0.32℃、0.98℃、1.32℃；出苗期还是黑色地膜覆盖处理保温效果为最好，平均为15.8℃，较秸秆覆盖、保水剂沟施、白色地膜覆盖、保水剂撒施以及露地处理（CK）分别高出2.52℃、2.34℃、0.56℃、3.2℃、3.08℃；开花期黑色地膜覆盖处理地温平均为18.5℃，较秸秆覆盖、保水剂沟施、白色地膜覆盖、保水剂撒施以及露地处理（CK）分别高出2.76℃、2.72℃、0.78℃、2.94℃、4.02℃；成熟期黑色地膜覆盖处理地温平均为17.7℃，较秸秆覆盖、保水剂沟施、白色地膜覆盖、保水剂撒施以及露地处理（CK）分别高出4℃、3.84℃、2.3℃、4.42℃、5.02℃。

图2 不同处理对土壤温度的影响 单位:℃

2.4 不同处理对产量的影响

由表2可知，在5个栽培模式中，黑色地膜覆盖对马铃薯的增产效果最明显，产量为34840.5 kg/hm2，比露地栽培增产53.62%；秸秆覆盖栽培次之，产量为34260 kg/hm2，比露地栽培增产51.06%；白色地膜栽培模式产量为29440.5 kg/hm2，比露地栽培增产29.81%；保水剂沟施栽培产量为27645 kg/hm2，比露地栽培增产21.89%；保水剂撒施栽培产量为24319.5 kg/hm2，比露地栽培增产7.23%；露地栽培产量最低，为22680 kg/hm2。

表2 各栽培模式产量结果和多重比较

3 讨论与结论

通渭县马铃薯常年播种面积在2万hm2以上，在确保粮食安全和农业农村经济中占有重要地位。目前，由于马铃薯产业发展受限于干旱缺水的现状，研究如何对降水资源高效利用，从而开发并推动节水农业的发展对干旱半干旱地区农业有着极为重要的意义[9]。在干旱与半干旱地区，自然降水可通过覆盖栽培的方式进行有效利用[10]，同时旱作区农作物增产与农业节水可通过选择适宜的覆盖方式来实现对土壤水热的高效利用[11]。为可持续发展旱作农业，开发出能兼顾保墒增温增产同时又能避免农业污染的覆盖技术是十分紧迫的问题。

近年来，保水剂已成为一种十分重要的抗旱节水增产技术[12]。本研究通过对比保水剂、秸秆覆盖以及露地栽培技术的优缺点，发现在马铃薯关键生育期施用保水剂能一定程度上改善土壤的水分状况及地温情况，为马铃薯植株提供较优的生育环境，且白色地膜覆盖栽培与保水剂沟施栽培产量相当，产量分别为29 440.5 kg/hm2和27645 kg/hm2，增幅分别为29.81%和21.89%。保水剂沟施栽培模式能增加马铃薯产量，可在当地示范推广。

由于在当年试验中的马铃薯生长期内雨水充足，在一定程度上影响了保水剂的增产效果。因此，对于保水剂对马铃薯产量的增产效果还有待进一步试验研究。