笔趣阁

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3页）

（二）植株不同器官磷素吸收

马铃薯生育前期，各器官磷浓度为同器官氮浓度的110，地下部根、地上茎和叶片中磷浓度的变化趋势相似，但磷素在马铃薯叶片中的分配以播种后60d为最高，此后逐渐下降（图2-7）。与不施保水剂处理相比，保水剂各处理马铃薯器官在生育前期均具有较高的磷素浓度，以施用微生物保水剂效果最为显著。

播种后60d，沃特保水剂地下部根全磷含量各处理差异不显著，N6处理显著高于其他各处理；播种后80d，M6处理显著高于M4和M2处理，微生物保水剂各处理间差异显著，以N6处理地下部根全磷含量最高（图2-7A）。生育前期地上茎全磷含量，M6、N4和N6处理均显著高于其它各处理，分别平均较CK处理显著高32。9%、30。5%和37。6%。播种后60d和80d，N4和N6处理叶片全磷含量显著高于其他各处理，而M2和N2处理差异显著，M2处理与CK不显著，N4和N6处理叶片全磷含量较CK处理高11。7%和17。9%。

（三）植株不同器官钾素吸收

马铃薯是需钾较多的作物，钾素营养对马铃薯生长具有重要作用。由图2-8可知，马铃薯植株各器官全钾含量以播种后60d最高，播种后80d开始下降，地上茎中钾含量高于叶片和地下部根，表明作为运输器官的地上茎需要更多的钾离子。播种后60d，保水剂M6、N4和N6处理地下部根全钾含量显著高于其他处理，较CK处理显著提高32。0%、36。6%和45。0%；播种后80d，除N6外，保水剂各处理间差异不显著，以N6处理地下部根全钾含量最高（图2-8A）。生育前期地上茎全钾含量，M6、N4和N6处理均显著高于其他各处理，M2、M4、N2处理与CK处理无显著差异。播种后60d和播种后80d，M6、N4和N6处理叶片中全钾含量均显著高于其他各处理，而M2、M4和N2处理与CK处理差异不显著。

第五节保水剂制成凝胶对马铃薯产量与水分利用效率的影响

一、马铃薯产量

由表2-6可知，不同保水剂施用量各处理均能不同程度地提高马铃薯的产量和商品薯率。大薯数沃特保水剂各处理均显著高于CK处理，中薯数2个保水剂各处理均显著高于对照处理，小薯数处理间无明显差异。总薯数不同保水剂施用处理均显著高于对照处理，以施用沃特保水剂各处理最为显著。主要原因是增施保水剂有利于增加马铃薯的生物量，而生物量的积累在生长后期有利于同化产物向块茎的转移运输，促进块茎的生长发育（刘殿红等，2008）。施用沃特保水剂马铃薯总产量均显著高于对照处理，增产幅度达34。6%~41。4%，而施用微生物保水剂不同施用量与CK相比，增产幅度仅为12。6%~24。7%。保水剂施用量各处理的马铃薯商品薯率较CK提高5。6%~21。1%，以M6处理马铃薯产量最高（23088。0kghm2），M4处理商品薯率最高（87。5%）。M2、M4、M6处理马铃薯产量分别较CK处理提高40。4%、34。6%和41。4%，商品薯率分别提高11。7%、21。1%和18。2%。可见，施用沃特保水剂60~90kghm2马铃薯增产和商品薯率最高。

二、马铃薯水分利用效率

由表2-7可知，施用保水剂能够改善土壤水分状况，降低农田蒸散量，从而提高作物的水分利用效率。M2、M4、M6、N4和N6处理农田蒸散量较CK处理降低13。5%~24。2%。两种保水剂不同施用量下马铃薯水分利用效率均高于不施保水剂处理，其作物水分利用效率高低顺序依次表现为M6>M4>M2>N6>N4>N2，而N2与CK、M2与M4处理间的水分利用效率差异未达显著水平。在施用同一种保水剂条件下，不同施用量间水分利用效率差异显著。与不施保水剂处理相比，施用保水剂处理作物水分利用效率增量大小顺序依次为M6>M2>M4>N6>N4>N2。其中，施用沃特保水剂M6处理作物水分利用效率增幅最高，M2、M4和M6处理分别较CK处理显著提高71。8%、68。1%和86。5%。

第六节讨论与结论

一、讨论

（一）土壤结构

崔娜等（2011）和汪亚峰等（2009）研究表明，施用保水剂能降低土壤容重，增加土壤的毛管持水量，同时土壤>0。25mm水稳性团聚体含量的提高，可使土壤的孔隙度特别是毛管孔隙度增大。本研究认为，沃特和微生物2种保水剂，相对于不施保水剂处理，均可有效降低耕层土壤容重，施用沃特保水剂能显著降低0~30cm土层土壤容重，而施用微生物保水剂对降低30~60cm土层土壤容重的效果较好。这主要由于沃特保水剂为有机-无机杂化保水剂，吸水倍率高，有较高的体积膨胀率，穴施可降低表层土壤容重（龙明杰等，2002），而微生物保水剂为生物菌种多功能制剂，能加强耕层中土壤微生物的活动，进一步改善了土壤的孔隙结构。保水剂对土壤团粒结构的形成有促进作用，特别是对土壤>0。25mm粒径的团粒形成影响显著。随着保水剂用量的增加，土壤中>0。25mm团粒总含量增大（杨红善等，2005）。本研究发现，0~60cm土层>0。25mm机械稳定性团聚体数量施用2种保水剂各处理均较不施保水剂处理显著提高，施用沃特保水剂效果优于微生物保水剂。这是因为沃特保水剂作为良好的土壤改良剂，有较高的体积膨胀率，施入土壤后和黏粒间相互作用，高分子聚合物的舒展性能越好，越有利于絮凝，形成团粒结构（卢会文等，2012）。

（二）土壤水分

保水剂具有快速吸水、保水、缓慢释水的特性，施用保水剂能减少土壤表面蒸发损失，降低水分深层渗漏，有效保持土壤中的水分（杨永辉等，2010），为马铃薯需水关键期储存必要的水分（秦舒浩等，2013）。秦舒浩等（2013）研究表明，施用保水剂可显著提高马铃薯田土壤贮水量及产量。杨永辉等（2010）研究发现，保水剂能提高作物不同生育阶段0~100cm土层土壤含水量。本研究结果表明，在马铃薯关键生育期，施用2种保水剂比不施用保水剂明显提高0~100cm层土壤水分含量，以沃特保水剂的保墒效果最佳。这是由于穴施保水剂可使土壤入渗性能随保水剂浓度的增加而增大，且保水剂对土壤水分向下运动的影响与保水剂自身的吸水倍率和膨胀性能密切相关（白文波等，2010a），沃特保水剂的吸水倍率和膨胀性能高于微生物保水剂，土壤水分的保蓄效果较好。本研究还发现，微生物保水剂能显著改善马铃薯生育前期土壤水分状况，而施用沃特保水剂对马铃薯生育后期的土壤水分保蓄效果较好。究其原因，沃特保水剂能保持较强的吸水倍率和膨胀性能，其蓄水和释水性能显著增强，而微生物保水剂是一种富含生物菌种的多功能制剂，随马铃薯生育期的推移，地温的升高，高分子吸水性树脂被细菌、霉菌等微生物作用，分解成为简单的有机物或无机物，被微生物消化吸收利用（崔亦华等，2007），这大大降低了微生物保水剂的保水、释水性能。本研究结果表明，在马铃薯关键生育期，施用沃特、微生物保水剂后，使土壤水分得到改善，0~100cm层土壤贮水量均高于对照，且施用量越大，土壤含水量越高，这是由于土壤中施入保水剂，土壤抑制蒸发能力增强，同时降水入渗土壤的性能随保水剂施用量的增加而增大（白文波等，2010a；李继成等，2008）。

（三）马铃薯生长

施用保水剂可调节作物生长的土壤微环境，显著改善作物的生长状况（秦舒浩等，2013）。廖佳丽等（2009）的研究结果表明，施用多功能保水剂处理能有效促进马铃薯的生长发育，两种保水剂均能促进马铃薯生长发育，增加干物质积累，但是在不同生育时期促进作物生长的效果有所不同：PAM保水剂在前期效果显著，多功能保水剂在后期效果突出。这与本研究的结果“施用微生物保水剂能促进马铃薯生育前期植株的生长，施用沃特保水剂对马铃薯生育后期的生长作用效果显著”相似。这是一方面由于施用微生物保水剂在施用前期保肥效果显著，利于改善生育前期的土壤水肥状况，进一步促进马铃薯的生长发育（崔亦华等，2007），植株各器官干物质显著增加。另一方面，沃特保水剂的吸水倍率和膨胀性能高于微生物保水剂，但前期降水较少，对作物生长促进作用不明显（廖佳丽等，2009），然而可提高马铃薯后期土壤水分含量，促进了作物的生长，显著增加后期的干物质累积（侯贤清等，2015b）。

（四）马铃薯干物质累积及养分吸收

作物养分吸收量与干物质积累量同步增长，这种增长在作物生育营养阶段更加突出（MengelandKirkby，1987）。SongandLi（2002）研究表明，干物质增长快慢和养分的吸收多少虽有一定的联系，但并不具有同步性的特点，养分吸收最大速率出现在干物质积累最大速率之前。本研究发现，在生育前期微生物保水剂的保水保肥能力强于沃特保水剂，促进了植株对氮磷钾的吸收，使不同器官干物质量显著增加。但随作物生长期的推进，使植株体内的氮磷钾含量逐渐向块茎转移，表现出下降的趋势（白艳姝，2007；刘燕等，2012），成熟期沃特保水剂增产效果优于微生物保水剂。杜建军等（2007）研究结果表明，保水剂施入土壤后，能显著降低氮、磷、钾养分的淋溶损失，并随保水剂用量的增加效果更加明显。本研究结果也表明，在生育前期保水剂处理植株器官氮磷钾含量随施用量的增加而增加，以微生物保水剂N6处理植株养分吸收能力最强。这是由于微生物保水剂可与微生物菌种高效复合，在生育前期能增强植物根际微生物的活动，加快植物根际周围有机矿物质的分解，促进了植株对养分的吸收利用（崔亦华等，2007）。此外，沃特保水剂易受Ca2+的影响较大，与磷酸二氢钙肥料混施使沃特保水剂的保水吸肥性能有所降低（李杨，2012；宋影亮，2010）。

（五）马铃薯产量

张朝巍等（2011a）的研究发现，马铃薯穴施保水剂，可提高大薯率、降低小薯率，使薯块产量有所提高。本研究结果也表明，穴施保水剂能不同程度提高马铃薯的产量和商品薯率。沃特保水剂各处理大薯数均明显高于对照处理，中薯数两个保水剂各处理均明显高于对照处理，施用沃特保水剂马铃薯增产效果优于施用微生物保水剂，其主要原因：一方面，马铃薯块茎膨大期对水分敏感，沃特保水剂较强的保水能力将土壤水分吸附在根系周围，匍匐茎能够迅速吸收土壤中的水分，促进块茎的形成和膨大，因而块茎产量提高（杨永辉等，2010），而微生物保水剂的主要成分在生育中期可能部分开始被微生物降解，降低了保水剂的保水性能，根系周围的水分含量降低，匍匐茎阶段生长量较小，因而块茎产量较低。另一方面，微生物保水剂前期保肥效果显著，而后期保水效果较差（马铃薯生育后期微生物保水剂高分子吸水性树脂被微生物分解利用（崔亦华等，2007），降低了保水剂的保水性能），不利于改善后期干物质的积累，而沃特保水剂的吸水倍率和膨胀性能高于微生物保水剂，后期保水效果较好，利于马铃薯干物质的积累和产量的提高（侯贤清等，2015c）。

相关研究表明，在北方旱作区，30~60kghm2是马铃薯作物的最宜保水剂施用量。廖佳丽等（2009）和刘殿红等（2008）研究认为，施用多功能保水剂30kghm2使马铃薯产量和商品薯分别比对照显著提高，较适宜在宁南半干旱区采用。杜社妮等（2007a）认为，在陕北黄土丘陵沟壑区，马铃薯生产应用中穴施沃特保水剂以30~45kghm2为宜。武继承等（2007）在豫西旱作区研究结果表明，在不灌水条件下施用保水剂小麦可增产8。4%~22。8%，以60kghm2和45kghm2处理较好。而本研究认为，在宁夏半干旱偏旱区，穴施沃特保水剂60~90kghm2的马铃薯产量和商品薯率最高。

（六）马铃薯水分利用效率

施用保水剂能够降低土壤蒸发和作物的无效蒸腾，从而促进作物水分利用率的提高，但不同地区保水剂施用方式、用量对马铃薯水分利用效率的提高效果不同（黄占斌等，2004；王志玉等，2004）。杜社妮等（2007a）在陕北黄土丘陵沟壑区研究结果表明，穴施沃特、PAM保水剂60kghm2对提高马铃薯干物质量及水分利用效率效果最好，而张扬等（2009）在宁南山区的研究发现，施用沃特保水剂15kghm2和PAM保水剂9kghm2的作物水分利用效率最高。本研究发现，在宁夏中部半干旱偏旱区，施用微生物和沃特两种保水剂均能提高作物的水分利用效率，且随施用量的增加而提高，以穴施沃特保水剂60~90kghm2的提高产量和作物水分利用效率效果最佳。

二、结论

1、保水剂能有效降低耕层土壤容重，改善土壤孔隙状况，施用沃特保水剂90kghm2的0~30cm土层土壤容重比不施保水剂处理显著降低，施用微生物保水剂90kghm2的30~60cm土层土壤孔隙度显著增加。施用微生物保水剂处理0~30cm土层>0。25mm机械稳定性团聚体数量均较不施保水剂处理显著提高，施沃特保水剂处理30~60cm土层>0。25mm机械稳定性团聚体数量比不施保水剂处理显著提高。

2、施用保水剂能明显改善马铃薯关键生育期土壤水分状况，随保水剂施用量的增加而增加，以施用沃特保水剂60kghm2和90kghm2保水保墒效果最为显著。施用微生物保水剂可改善马铃薯生育前期耕层土壤水分含量，而施用沃特保水剂可提高马铃薯生育中后期土壤水分含量。

3、施用微生物保水剂能有效促进马铃薯初花期植株的生长，进入块茎膨大期施用沃特保水剂对马铃薯生长的促进效果显著。在马铃薯生育前期，施用微生物保水剂各处理器官氮磷钾含量均高于施用沃特保水剂处理，施用微生物保水剂90kghm2各器官养分含量和干物质积累量分别较不施保水剂处理显著提高。

4、两种保水剂施用量均能不同程度提高马铃薯的产量和商品薯率，与不施保水剂处理相比，施用沃特保水剂90kghm2的增产和提高作物水分利用效率效果最佳，而施用沃特保水剂60kghm2的商品薯率最高。

三、建议

保水剂对马铃薯增产效应在南方红壤、北方黄土丘陵区不同，除与保水剂自身吸水保水特性有关外，更重要的是与保水剂对土壤的直接效应和间接效应（如改良土壤结构，以及保水剂施用方式对土壤水分下移造成的植物根际水分不均衡分布等）有关。鉴于本研究仅一年试验结果，在不同水文年型（丰水、平水和缺水年），穴施沃特保水剂60~90kghm2是否会起到增产效果，有待于进一步研究。