新型超吸水材料对马铃薯生长•产量和效益的影响

周琦 王蕾 徐也 邓超超 常浩 蔡小斌 王育才 缪平贵 赵海鹏 张燕 张想平

摘要 [目的]為解决甘肃河西祁连山南部浅山区马铃薯各生育期干旱缺水问题提供科学依据。[方法]在甘肃武威凉州区张义镇开展新型超吸水材料（保水剂）对马铃薯生长的影响的示范试验，以不施保水剂处理为对照（CK），采用单因素随机区组方法设计田间试验，研究不同用量保水剂（D1：45 kg/hm2，D2：75 kg/hm2，D3：105 kg/hm2，D4：135 kg/hm2）对马铃薯不同生育期土壤含水量、形态特征、叶绿素含量、产量及经济效益的影响。[结果]施用不同量的保水剂能不同程度地提高马铃薯生育期土壤含水量，尤其是10～20 cm深度的土层。施用保水剂能提高马铃薯生育期株高和株幅，以D2处理效果最佳;马铃薯叶绿素含量随着生育期的推进整体呈单峰曲线变化，在块茎形成期达到峰值。不同生育期D2处理的叶绿素含量最高;各保水剂处理商品率均高于CK，增幅为2.26%～15.84%;D2处理可实现增收8 730.87元/hm2。[结论]综合结果表明保水剂用量75 kg/hm2为最优处理。

关键词 保水剂;马铃薯;土壤含水量;产量;经济效益

中图分类号 S 482.99  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）12-0188-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.048

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effect of New Superabsorbent Material on Potato Growth，Yield and Economic Benefits

ZHOU Qi，WANG Lei，XU Ye et al

（Gansu Academy of Agri-Engineering Technology，Wuwei，Gansu 733006）

Abstract [Objective]In order to provide scientific basis for solving the problem of drought and water shortage of potato in each growth period in the shallow mountain area of the southern Qilian Mountains in Hexi，Gansu Province.[Method]A demonstration experiment on the effect of new superabsorbent materials on potato growth was carried out in Zhangyi Town，Liangzhou District，Wuwei City ，Gansu Prov.This test was treated without a water retaining agent as CK，the influence of different amounts of water （D1：45 kg/hm2，D2：75 kg/hm2，D3：105 kg/hm2，D4：135 kg/hm2） of new superabsorbent materials （below referred to water retaining agent） on the soil water content，morphological characteristics，chlorophyll content，yield and economic benefits of different growth stages of potato was studied.[Result]The results showed that the application of different amounts of water retaining agent could increase the water content of the cultivated soil layer during the potato growth period，especially the soil layer with a depth of 10-20 cm.Application of water retaining agent could increase the plant height and plant width during the potato growth period，and the effect of D2 treatment was the best effect;the chlorophyll content of the potato increased as the growth period progressed.It changed in a single-peak curve and reached its peak during the tuber formation period.The chlorophyll content of D2 treatment in different growth periods was the highest;the commodity rate of each treatment with water retaining agent was higher than that of CK，the increase was 2.26%-15.84%.The D2 treatment could increase the income of 8 730.84 yuan/hm2.[Conclusion]The comprehensive results showed that 75 kg/hm2 of water retaining agent was the optimal treatment for potatoes.

Key words Water retaining agent;Potato;Soil water content;Yield;Economic benefits

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第四大重要的粮食作物，目前，我国马铃薯种植面积480余万hm2。甘肃省是我国马铃薯生产大省之一，种植面积66.7万hm2，因此提高马铃薯产量在保证粮食安全及脱贫增收方面扮演着重要角色[1-2]。

水资源匮乏是制约甘肃农业生产的主要因素，祁连山南部浅山区为旱作农业区，靠雨水维系生产，常年种植作物有禾本科牧草、马铃薯、油菜等，雨水丰缺不均，产量高低不稳，节水是河西走廊永恒主题。该区水资源总量约78亿m3，农业用水占比高达88.4%，人均水资源量也仅有1 615 m3，以甘肃武威为例，石羊河流域人均水资源不足700 m3，仅为全省的1/2、全国的1/3，耕地水资源量仅3 300 m3/hm2，为全省的1/3、全国的1/9[3]。因此发展抗旱节水种植技术，实现马铃薯产业增产增收是农业节水研究的一种有效途径和方法。

保水剂能够吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分，它在增加土壤含水率，改良土壤团粒结构，改善作物生长微环境，提高肥料利用效率及调控光合等方面发挥着重要作用[4-9]。

保水剂在作物增产增收方面被广泛应用，侯贤清等[10]研究表明，微生物保水剂可改善马铃薯生育前期耕层土壤水分含量，促进马铃薯的生长，而沃特保水剂可提高马铃薯中后期深层土壤水分含量，对马铃薯干物质积累的促进效果显著，保水剂用量为60～90 kg/hm2时增产效果较好。黄伟等[11]研究发现，保水剂处理有利于提高马铃薯出苗率，其中以穴施处理效果最佳。穆俊祥等[12]研究认为，当保水剂用量为55 kg/hm2时，马铃薯产量、商品率、生物量和水分利用效率最高，分别比对照高出13.77%、24.63%、13.77%和18.68%。笔者研究了一种新型超吸水材料（保水剂）对祁连山南部浅山区马铃薯生长、产量及经济效益的影响，旨在为提高该地区马铃薯的产质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验地位于甘肃省武威市凉州区张义镇。张义镇属温带大陆性气候，平均海拔1 632 m，干旱少雨，日照充足，昼夜温差大，年均降雨量约200 mm，多集中在6—9月，年均气温7.7 ℃，日照时数2 568.2 h，≥0 ℃积温3 012 ℃，≥10 ℃积温2 485 ℃。试验地耕作层土壤理化性质：有机质含量22.80 g/kg，全氮含量1.32 g/kg，碱解氮含量102.0 mg/kg，速效磷含量20.1 mg/kg，速效钾含量205.0 mg/kg，pH为8.1。

1.2 供试材料

供试马铃薯为原种种薯，购于甘肃定西诚宏马铃薯专业合作社，品种名称为大西洋。保水剂是由中国农业科学院上海应用物理研究所提供的淀粉基超吸水材料，主要成分为低分子壳聚糖。

1.3 试验设计 采用单因素随机区组试验设计，保水剂用量设5个水平：CK（0 kg/hm2）、D1（45 kg/hm2）、D2（75 kg/hm2）、D3（105 kg/hm2）、D4（135 kg/hm2）。2020年4月8日播种，9月3日收获。生育期不灌水，利用自然降雨，于4月8日种植后开始统计降雨情况，播种后苗期旱情较严重，降雨极少，直到6月7日开始降雨，后期记录中雨及以上降雨情况，具体日期分别为6月10日、6月15—16日、6月30日、7月3日、7月16—17日、7月24—25日、8月16日、8月22日、8月29日。

小区设计：试验布局见图1，每个小区面积为10 m2（长5 m，宽2 m），每处理重复3次，共15个小区。小区采用随机区组排列，小区间距80 cm，保护行宽100 cm。

1.4 田间管理

栽培模式：垄作种植，每小区2垄。垄长5.0 m，垄宽0.8 m，垄距0.4 m。垄上种植穴呈“品”字型排列，密度为60 000株/hm2，株距33 cm，每垄30株，每小区60株。

保水剂用法：保水剂与土以l∶10比例混合均匀，在马铃薯起垄点播时撒在距马铃薯种子周围4 cm处，然后覆土。

施肥：尿素225 kg/hm2，磷酸二铵375 kg/hm2，钾肥75 kg/hm2均施作底肥，在种植前一次性施入。其他管理耕作措施同当地大田。

1.5 测定指标与方法

形态指标测定：苗期每处理选取长势一致的植株3株做好标记，于苗期（6月1日）、块茎形成期（6月24日）、块茎膨大期（7月12日）、淀粉积累期（8月3日）分别测定株高、株幅、叶绿素含量，用叶绿素速测仪测定SPAD值。

土壤含水量测定：在苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期用TDR100水分速测仪在距离马铃薯植株附近10 cm区域的垄上分别测定每小区的土壤体积含水量。测定土壤深度为0～10、10～20、20～30 cm，各土层选3个点测定，结果取平均值。

马铃薯产量及商品率统计：在收获期对各处理整个小区进行测产，根据文献[13]中马铃薯商品薯分级标准，结合当地特性，单个重量≥0.13 kg为商品薯，<0.13 kg为小薯。根据文献[14]计算马铃薯商品薯率。

1.6 数据分析 采用SPSS 21.0软件对试验结果进行方差分析，Microsoft Excel 2010 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 不同用量保水剂对土壤含水量的影响

土壤含水量受当地降雨量、马铃薯生长及保水剂用量的影响较明显。从图2可见，播种前，各处理与CK相比均无显著差异，且随着土壤深度增加，土壤含水量升高，即下层土壤含水量增大。苗期，D1～D4处理 10～20 cm土层土壤含水量高于0～10 cm;20～30 cm土层的土壤含水量均低于CK。块茎形成期，10～20 cm土层各处理的土壤含水量均高于CK，且各处理与CK相比差异显著，D2、D3、D4处理20～30 cm土层的土壤含水量显著高于CK。块茎膨大期，10～20 cm土層各处理显著高于CK，且分别较CK高出23.00%、30.12%、39.32%、53.55%;20～30 cm土层，D3处理土壤含水量最高，达到10.40%。淀粉积累期，0～10 cm土层，D4处理土壤含水量最高，达到8.80%，显著高于CK 17.33%，不同保水剂处理之间无显著差异;10～20 cm土层，不同保水剂处理均显著高于CK，保水剂处理间无显著差异;20～30 cm土层，各处理与CK处理间无显著差异。

对不同处理0～10、10～20、20～30 cm土层土壤含水量平均值进行统计分析，结果见表1。由表1可知，播种前土壤含水量在8.13%～8.41%，各处理间无显著差异。苗期土壤含水量较播种前有所降低，降幅在3.81%～13.59%。块茎形成期降雨量增加，土壤含水量增高，与苗期相比增长了15.01%～22.38%，且保水剂用量与土壤含水量呈正相关，即随着保水剂施用量增加土壤含水量增大，且各处理与CK差异显著。块茎膨大期，各处理土壤含水量达到整个生育期最大值，且保水剂用量越大的处理，土壤含水量越高。淀粉积累期，相较于上一时期，各处理含水量稍有下降，D2、D3、D4处理显著高于CK 19.06%、16.92%、19.44%，D3显著高于CK，但与D1处理间差异不显著。

2.2 不同用量保水剂对株高、株幅的影响

马铃薯株高和株幅是体现地上部分生长情况的关键指标。由表2可知，随着马铃薯生育期的推进，各处理的株高和株幅整体呈增高趋势。苗期，各处理间株高、株幅无显著差异。块茎形成期，各保水剂处理株高均显著高于CK，其中D2处理最高，D1～D4分别高于CK 9.41%、24.50%、19.80%、10.90%;株幅均高于CK，D2、D3处理分别高于CK 12.07%、12.03%，且达到显著差异水平，D1、D4高于CK 4.00%、5.48%，但与CK差异不显著。块茎膨大期和淀粉积累期，各保水剂处理株高、株幅均高于CK，随着保水剂施用量的增加，株高、株幅的增加量先升高再降低。综上可知，保水剂的施用可明显促进马铃薯株高和株幅的生长，但保水剂施用量过多，反而不利于马铃薯的生长。

2.3 不同用量保水剂对叶片叶绿素含量的影响

叶绿素含量的增加有利于维持植株的光合效率，增强对干旱逆境胁迫的适应。从图3可见，马铃薯叶绿素含量随着生育期的推进整体呈单峰曲线变化，各处理的叶绿素含量在块茎形成期达到峰值。苗期，各处理叶绿素含量差异不显著。块茎形成期，D2处理叶绿素含量最高，较CK显著提高16.30%，其他处理与CK差异不显著。块茎膨大期，各保水剂处理（D1～D4）叶绿素含量显著高于CK 8.48%、13.10%、9.44%、12.41%，各保水剂处理间叶绿素含量无显著差异。淀粉积累期，各处理均高于CK，D2、D3处理与CK差异显著，D2处理叶绿素含量显著高于D1、D4处理。

2.4 不同用量保水剂对马铃薯产量及商品率的影响 由表3可知，

保水剂不同用量均不同程度地提高了马铃薯产量与商品率。与CK相比，D1、D2、D3、D4处理总产量分别高出8.19%、26.99%、18.75%、16.69%，且各处理的总产量均与CK差异显著。D2处理马铃薯总产量最高，达39 339.60 kg/hm2;保水剂处理商品率与均高于CK，增幅为2.26%～15.84%。其中D2、D3处理的商品率与CK差异显著，D1、D4处理与CK差异不显著。

按照增产收入与投入支出计算保水剂不同施用量对马铃薯经济效益的影响（表4），结果表明，不同用量保水剂处理均能不同程度地提高总产量和商品薯产量，D1～D4处理产量分别比CK增产2 537.85、8 360.70、5 809.35、5 169.15 kg/hm2，商品薯增产2 267.70、9 578.10、6 136.20、3 931.95 kg/hm2，增收

2 948.01、12 451.53、7 977.06和5 111.54元/hm2。保水剂价格以35元/kg计，D1～D4处理分别增收1 616.15、8 730.87、4 007.89、1 500.02元/hm2。综上可知，75 kg/hm2（D2处理）保水剂施用量能在提高产量的同时，最大程度地提高经济效益。

3 讨论

该研究结果表明，

施用保水剂能提高马铃薯生育期土壤耕层含水量，尤其是10～20 cm深度的土层，这与杨永辉等[15]的研究结果基本一致。D2处理（75 kg/hm2）可满足马铃薯生长所需的土壤保水用量。苗期土壤含水量较播种前有所降低，主要是因为在播种后至6月1日以前缺少自然降雨，马铃薯生长还需从土壤吸收水分所致，但施保水剂的各处理含水量均显著高于CK，说明保水剂在极端干旱的条件下发挥了保水作用。株高和株幅是体现地上部分生长情况的重要指标，前期地上部分生长量对后期块茎膨大至关重要，D2处理对株高和株幅来讲为最佳用量。

施保水剂处理与CK相比均不同程度地提高了馬铃薯产量与商品率。前人研究表明，施用保水剂能提高马铃薯产量和商品薯率，降低小薯率[16-17]。该研究施保水剂的各处理商品率均高于CK，增幅为2.26%～15.84%，其中D2处理最高，且与CK差异显著。上述研究结果可能是保水剂通过与氮肥的交互作用提高马铃薯的光合速率，延长光合时间，强化马铃薯的光合能力，增加干物质积累，从而提高了马铃薯的产量[18]。

穆俊祥等[12]研究表明，保水剂用量为75 kg/hm2时，马铃薯的商品率最高，增产效果显著，保水剂用量过大，反而会使马铃薯减产，原因是保水剂施用量过大，干旱情况下与马铃薯争夺部分水分，从而使植株受干旱胁迫的程度相对加大，最终导致植株膜透性和膜损伤程度增大，进而影响产量的增加。该研究结果表明，施用保水剂75 kg/hm2为甘肃省武威市张义镇马铃薯种植最佳用量。保水剂增产效果与当地土壤肥力、气候因素、肥料间的相互作用密切相关，彼此间的偶联关系及相关机理还需进行大量的科学试验。

4 结论

综上，在甘肃省武威市张义镇保水剂用量为75 kg/hm2时，马铃薯生长及节水抗旱效果最佳，能在提高产量的同时，最大程度地提高经济效益。

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