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第二章 不同保水剂制成凝胶对旱作土壤性状马铃薯产量及水分利用效率的影响（第1页）

马铃薯（SolanumtuberosumL。）是我国主要的粮食作物之一，其产量及种植面积仅次于小麦、玉米、水稻，在粮食生产中占有重要的地位（肖国举等，2015）。马铃薯性喜温凉、适应性强，与其它作物相比，具有较强的耐旱、耐贫瘠能力，在干旱半干旱区农作物布局中，占有举足轻重的地位（刘殿红，2006）。马铃薯作为宁夏回族自治区重要的粮食和经济作物，其种植面积占全区的80%以上，已成为该区“四大支柱产业”之一（廖佳丽等，2009）。宁夏中部半干旱偏旱区降水量少、分布不均、年际变化大，70%的降水集中在7~9月份，年蒸发量达1050mm，旱灾频发（杨金娟，2013）。旱灾严重影响作物的生长发育，造成作物减产，而马铃薯对水分亏缺非常敏感（王婷等，2010）。因此，提高单产的突破口在于水，其解决途径在于发展旱作节水种植技术（杜守宇和杜伟，2008），如何应用蓄水保墒措施来提高作物生产力，是提高该区马铃薯产量的技术关键。利用高分子聚合物为保水材料达到节水增产目的是近年来迅速发展的一项农业新技术（侯冠男等，2012）。

保水剂作为一种交联密度很低、不溶于水、高水膨胀性的吸水力强的新型高分子材料，是良好的土壤胶结剂，既能改善土壤结构，促进团粒的形成，又能蓄水保墒，同时对土壤水分具有较好的抑蒸效果，可调节季节性降水分配，改善旱区作物生长的土壤水分环境，提高作物产量（孙凤英等，2013；秦舒浩等，2013）。相关研究表明（杜社妮等，2008；刘殿红等，2007），在干旱、半干旱的黄土高原区，保水剂能够促进马铃薯和玉米不同生育阶段的干物质积累及提高其水分利用效率，改善作物地上和地下干物质量的分配，促进作物产量的提高。保水剂施用量越大，土壤含水量越高，增产增收的效果越显著。刘洋等（2015）研究表明，保水剂不同用量能够减缓土壤水分蒸发，增加土壤水分有效量，对干旱区或者土壤缺水条件下的植物生长具有重要作用。崔娜等（2011）在研究不同粒径保水剂对土壤物理性质的影响时发现，与干旱对照组相比，保水剂处理降低了土壤容重，提高了土壤总孔隙度。李继成等（2008）的研究发现，保水剂与肥料配施其土壤团聚体含量均较对照处理有显著提高，且保水剂用量越大，土壤团聚体含量越多。保水剂应用在马铃薯（卢会文等，2012）、黄瓜（陈海丽等，2006）等作物上可显著改善植株的农艺性状并且提高作物的产量和商品率。

干物质积累和养分的吸收直接影响作物的生长发育，从而影响产量。了解干物质与养分吸收动态变化规律，有助于采取有效措施调控作物生长发育、提高产量（SongandLi，2002）。关于对马铃薯植株体内氮磷钾吸收规律，也有较多的相关研究。刘克礼等（2003）认为，在整个生育期马铃薯各器官氮含量始终表现为叶片含量最高，其次为地上茎，块茎含量最低。高聚林等（2003）研究结果表明，磷元素在马铃薯植株中较为活跃，磷营养水平与马铃薯块茎膨大有密切关系，最终贮存在块茎中。盛晋华等（2003）研究发现，马铃薯对钾素的吸收速率在块茎增长期达到高峰。以上均是针对保水剂不同类型、保水剂不同施用方式或保水剂结合其他保墒措施的研究，而对保水剂不同类型和不同用量的研究鲜见报道。同时，保水剂在马铃薯的研究目前主要集中在对土壤水分、结构及生长方面，对马铃薯干物质积累和养分吸收等方面的研究尚未见报道。

沃特保水剂采用纳米材料，引入了有机-无机接枝共聚技术，是目前成本较低并具有较强吸水能力的保水剂，具有吸水性好、改善土壤的通透性、土壤水分含量减少时，可缓慢释放水分等性能，同时可提高作物30%的产量，应用前景广阔（杨永辉等，2006）。微生物保水剂是一种新型富含纳米级的生物菌种的多功能制剂，具有吸贮水分的性能，特别是与纳米级的微生物菌种高效复合，能降低肥料用量30%~50%，可有效提高肥料的利用率（杨逵，2008）。保水剂因种类、施用方式、施用量的不同，在不同地区保水剂对改善土壤物理性质和作物增产效果也不同，且目前保水剂结合当地气候和土壤等条件的使用技术还不够完善，使得实际应用中保水剂的保墒增产效果千差万别（杜社妮等，2012；黄伟等，2014）。本研究在同心县王团镇宁夏旱作节水高效农业科技园，以沃特保水剂和微生物保水剂不同施用量为对象，对2种土壤保水剂不同施用量改善土壤物理性状和增产效果进行对比研究，探寻适合马铃薯田的保水剂种类及最佳施用量，为宁夏中部干旱带马铃薯生产中合理施用保水剂提供科学参考。

第一节试验设计与测定方法

一、试验区概况

试验研究地点同心县王团镇位于宁夏回族自治区中南部（36°51N，105°59E），地处宁夏中部干旱带核心区（黄土高原与内蒙古高原交界地带），地势由南向北逐渐倾斜，以山地为主，地形复杂，属于中温带干旱大陆性气候，半干旱偏旱区。该区干旱少雨，海拔约1200m，年降水200~300mm，80%保证率，≥10℃的积温约3000℃，热量充足、昼夜温差大、蒸发量大。多年平均日照3024h，无霜期120~218d，平均日较差为31。2℃，适宜玉米、马铃薯、瓜果蔬菜等作物种植。根据该园区试验研究期间年降雨量可知，2013年降水量为191。2mm，其中马铃薯生育期降雨量为144。9mm，占全年的75。8%，可见，如何最大限度地保蓄生育期降水，是提高降水有效利用率和作物产量的关键。

该基地土壤质地为砂壤土，其土壤主要理化性质。马铃薯播种前耕层0-30cm土壤有机质含量为2。6gkg，碱解氮47。9mgkg，速效磷14。4mgkg，速效钾198。3mgkg，pH值为8。8，属低等肥力水平。

二、试验设计

（一）试验材料

保水剂因种类、施用方式、施用量的不同，在不同地区其对改善土壤性状和作物增产效果也不同。相关研究（杜社妮等，2007a；刘殿红等，2008；武继承等，2007）表明，在宁夏中部干旱区，沟施微生物多功能保水剂60kghm2对油葵生长及产量的促进效果最为明显，而在宁南半干旱区，穴施30kghm2沃特多功能保水剂，其经济效益显著，增产效果较好。不同作物施用保水剂的施用量不同，对旱地作物（特别是小麦和马铃薯）而言，保水剂施用量在45~60kghm2时作物增产效果最佳，为鉴定两种不同类型保水剂施用量在宁夏半干旱地区的保水效果，从而进一步指导农民种植马铃薯。保水剂：（1）沃特保水剂，产自胜利油田东营华业新材料有限公司，为有机-无机杂化保水剂，吸水倍率500~1000，pH值6。0~8。0。（2）微生物保水剂，产自长沙圣华科技发展有限公司，为生物菌种多功能制剂，pH值6。7，吸水倍率300~400。

马铃薯品种：冀张薯8号一级种，中晚熟，由固原天启薯业有限公司提供。

（二）试验设计

于2013年5月—2013年10月在宁夏回族自治区同心县王团镇高效节水农业科技园区进行。试验采样双因素随机区组设计。两种保水剂类型分别为沃特保水剂和微生物保水剂。保水剂施用量分别为30、60、90kghm2，以不施保水剂处理（CK）为对照，共7个处理，3次重复，小区面积为26m2（6。5m×4m）。

在不覆膜的基础上，保水剂按1:100比例与水制成凝胶，播种前1d用保水剂对马铃薯进行浸种穴施（切块后的种薯放入保水剂凝胶中浸泡12h），并凉晒。穴播的播种穴长、宽均为15cm，深10cm，不同处理的播种深度均为5~6cm。

（三）田间管理

试验田前茬作物为春玉米，马铃薯薯块用草木灰拌种后，采用单垄单行种植，种植密度为41670株hm2，行距60cm，株距40cm，播深15cm，用种量1800kghm2，于2013年5月1日播种、2013年10月3日收获；2014年5月3日播种，2014年10月6日收获。宁夏中部干旱区春播作物苗期极为干旱缺水，且马铃薯对水分极为敏感，为保证马铃薯在干旱条件下出好苗、保全苗、达到增产增收，因此在试验地播种前3月初进行1次春灌，作物生育期不灌水。按照常规施肥，且各处理小区生长期间追肥、除草等管理措施均相同。施肥：尿素（N≥46%）210kghm2、重过磷酸钙（总磷P2O5≥46%，有效磷P2O5≥44%）225kghm2、硫酸钾（K2O≥50%）120kghm2。追肥：于现蕾期追施尿素（N≥46%）90kghm2。田间管理：试验期间进行人工除草，并定苗结合中耕培土2次。

三、测定指标与方法

（一）土壤物理性状指标

土壤容重在试验处理前及试验最后一年马铃薯收获后，采用环刀法分别测定0~30cm和30~60cm层土壤容重，并计算土壤总孔隙度（鲍士旦，2003）；土壤总孔隙度（%）＝（1－土壤容重土壤比重）×100%，土壤比重取2。65gcm3。

土壤团聚体含量在试验处理前及试验最后一年马铃薯收获后，按S型5点取土法在0~30、30~60cm两个土层采集原状土样，带回实验室自然风干，沿土壤结构的自然剖面掰成直径约为1cm小团块并剔除有机残体和石块，利用干筛法测定机械稳定性团聚体的粒级分布及稳定性（KemperandRosenau，1986）。

＞0。25mm团聚体含量（鲍士旦，2003）：

式中：DR0。25为＞0。25mm土壤团聚体含量，%；Wi为对应粒级团聚体含量，%。

土壤水分在马铃薯播种期、关键生育期（7月20日初花期、8月20日块茎膨大期、9月20日成熟期）及收获期，利用烘干法分别测定0~100cm层土壤质量含水量。

土壤蓄水量（李儒等，2011）：W=h×a×b×10

式中：W为土壤蓄水量，mm；h为土层深度，cm；a是土壤容重，gcm3；b是土壤质量含水量，%。

作物耗水量（Wang，etal。，2009）：

ET=W1-W2+P

式中，ET为作物耗水量，mm；W1、W2分别为播种前和收获后土壤贮水量（mm）；P为作物生育期降水量（mm）。

作物水分利用效率（HussainandAl-Jaloud1995）：

WUE=YET

式中，WUE为作物水分利用效率，kg（hm2·mm），Y为作物产量（kghm2）；ET为作物耗水量（mm）。

（二）马铃薯生长指标

在马铃薯关键生育期（初花期、块茎膨大期、成熟期），每重复区随机选取5株测定作物株高和茎粗及地上部生物量。植株株高采用生理株高衡量，为地上茎基部到生长点的距离；主茎粗为近基部最粗处的直径。植株地上部生物量包括地上部茎、叶的总和。

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