新型生态保水剂施量对兰州新区土壤微环境及马铃薯产量效益的影响

邓超超, 张靖, 周琦, 宿翠翠, 王振龙, 施志国, 魏域斌, 周彦芳

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节水灌溉
节水灌溉 ›› 2024 ›› (12) : 12-18. DOI: 10.12396/jsgg.2024212
农业水土资源与生态环境

新型生态保水剂施量对兰州新区土壤微环境及马铃薯产量效益的影响

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The Impact of the Application Amount of New Ecological Water Retaining Agents on the Soil Microenvironment and Potato Yield Benefits of Newly Cultivated Land in Lanzhou New Area

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摘要

探索新型生态保水剂施量对兰州新区土壤微环境和马铃薯产量效益的影响，明确新型生态保水剂施用效果和筛选最佳施量。以新型生态保水剂为材料（中国科学院上海应用物理研究所研发），采用大田试验方法，按保水剂施量设4个处理（CK：0，B3：45 kg/hm2，B5：75 kg/hm2，B7：105 kg/hm2）研究滴灌模式下保水剂施量对兰州新区土壤水分、土壤酶活性、土壤呼吸速率的动态变化规律和马铃薯产量效益的影响。结果表明：与CK相比，施新型生态保水剂处理组显著提高了马铃薯生育期0~40 cm土层土壤体积含水量（5.24%~11.41%）；随新型生态保水剂施量递增，0~40 cm土层土壤体积含水量逐渐增加后趋于稳定，B5、B7处理间差异不显著。土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及土壤呼吸速率均随马铃薯生育时期推进呈“单峰”曲线变化，块茎膨大期达峰值；与CK比较，施用新型生态保水剂处理组0~40 cm土层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性分别提高10.40%~24.35%、3.98%~10.06%、3.15%~8.11%，呼吸速率增强23.32%~25.51%，B5、B7处理间差异不显著。施用保水剂能够显著提高马铃薯产量和商品薯率，降低小薯率；与CK比较，B5、B7处理马铃薯增产9.53%~10.15%，总产值提高15.23%~15.66%。综合不同施量新型生态保水剂在兰州新区马铃薯生产实际中的应用效果，认为生态保水剂施量75 kg/hm2可以达到灌溉水资源利用效率、土壤微环境和马铃薯产量效益的多重提升。

Abstract

To explore the effect of new ecological water-retaining agent on soil microenvironment and potato yield and benefit in Lanzhou New Area, and to clarify the application effect of new ecological water-retaining agent and screen the best application amount. The new ecological water-retaining agent was used as the material (developed by Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences). Four treatments（CK:0,B3:45 kg/hm2,B5:75 kg/hm2,B7:105 kg/hm2）were set up according to the amount of water-retaining agent to study the effects of water-retaining agent on the dynamic changes of soil moisture, soil enzyme activity, soil respiration rate and potato yield and benefit in Lanzhou New Area under drip irrigation mode. The results showed that: Compared with CK, the soil volumetric water content（5.24%~11.41%) in 0~40 cm soil layer during potato growth period was significantly increased by the application of new ecological water retaining agent. With the increase of the application amount of the new ecological water retaining agent, the soil volumetric water content in the 0-40 cm soil layer gradually increased and then stabilized, and the difference between B5 and B7 treatments was not significant. The activities of soil urease, sucrase, catalase and soil respiration rate showed a ' single peak ' curve with the growth period of potato, and reached the peak at the tuber expansion stage. Compared with CK, the activities of urease, sucrase and catalase in the 0~40 cm soil layer of the new ecological water retaining agent treatment group increased by 10.40%~24.35%, 3.98%~10.06% and 3.15%~8.11%, respectively, and the respiration rate increased by 23.32%~25.51%. There was no significant difference between B5 and B7 treatments.The application of water-retaining agent could significantly increase potato yield and commodity potato rate, and reduce the rate of small potato. Compared with CK, the potato yield of B5 and B7 treatments increased by 9.53%~10.15%, and the total output value increased by 15.23%~15.66%. Based on the application effect of new ecological water-retaining agent with different application rates in potato production in Lanzhou New Area, it is concluded that the application rate of 75 kg / hm2 of ecological water-retaining agent can achieve multiple improvement of irrigation water use efficiency, soil microenvironment and potato yield benefit.

关键词

兰州新区 / 生态保水剂 / 马铃薯 / 土壤水分 / 土壤微环境 / 土壤酶活性 / 土壤呼吸 / 产量效益

Key words

Lanzhou New Area / ecological water retention agent / potato / soil moisture / soil microenvironment / soil enzyme activity / soil respiration / yield benefits

基金

甘肃省民生科技专项—科技特派员（基地）专项(23CXNH0019)
甘肃省技术创新引导计划—区域科技合作与创新发展专项(21CX6QA026)
甘肃省2023年度重点人才项目(2023RCXM75)
甘肃省青年基金(23JRRH0018)

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邓超超 , 张靖 , 周琦 , 宿翠翠 , 王振龙 , 施志国 , 魏域斌 , 周彦芳. 新型生态保水剂施量对兰州新区土壤微环境及马铃薯产量效益的影响[J].节水灌溉, 2024(12): 12-18 https://doi.org/10.12396/jsgg.2024212
DENG Chao-chao , ZHANG Jing , ZHOU Qi , SU Cui-cui , WANG Zheng-long , SHI Zhi-guo , WEI Yu-bin , ZHOU Yan-fang. The Impact of the Application Amount of New Ecological Water Retaining Agents on the Soil Microenvironment and Potato Yield Benefits of Newly Cultivated Land in Lanzhou New Area[J].Water Saving Irrigation, 2024(12): 12-18 https://doi.org/10.12396/jsgg.2024212

0 引 言

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是重要的粮菜兼用作物。近年来，随着农业结构调整、产业化进程加快，马铃薯产业已由“口粮型”向“经济型”转变[1]。兰州新区属于温带干旱大陆气候，年均降水量仅300 mm，年蒸发量高达1 880 mm，发展高效节水灌溉是农业发展的永恒主题，因此如何高效利用有限灌溉水资源，调控灌溉水存留耕层中的时间是缓解兰州新区农业资源型缺水的关键[2, 3]。保水剂是近年来国内外专家高度重视的一种抗旱节水的材料，被称为“土壤微型水库”[4, 5]。保水剂在土壤水分充足时吸收水分，干旱时释放水分，并通过反复吸水，膨胀收缩，增强土壤透气性，疏松土壤，改良土壤物理性状，不造成环境污染和土壤板结，具有良好的生物安全性[6, 7]。目前关于保水剂在节水抗旱，作物生长，提高产量等方面[8, 9]的研究已屡见不鲜，但基本局限于作物苗期或某个生育时期，缺乏作物全生育期的系统研究，且研究区域多分布于干旱半干旱雨养农业区[10, 11]，关于兰州新区新垦农田滴灌条件下新型生态保水剂施用对马铃薯全生育期土壤水分、土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）、土壤呼吸速率动态变化及马铃薯产量效益的影响研究较少。因此，针对兰州新区降雨少，灌溉水资源利用低，新垦土壤蓄水保墒性能差等问题，本研究以马铃薯次残品和淀粉为主要原料经辐照改性而成的新型生态保水剂为材料（中国科学院上海应用物理研究所研发），探究新型生态保水剂施量对兰州新区新垦耕地土壤微环境及马铃薯产量效益的影响，明确保水剂施用效果和筛选最佳施量，以期为兰州新区马铃薯生产中节约灌溉水资源和新型生态保水剂合理施用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验田概况

试验于2020年4月-2022年10月在甘肃省兰州新区火家湾村兰州润泽骏业农牧林科技发展有限公司试验基地开展（103°43′E，37°35′N）。该区属于温带大陆性干旱气候区，年均气温10.3 ℃，多年均降雨约300 mm，年均蒸发量约1 880 mm。试验田土壤pH 8.6，有机质含量13.22 g/kg，全氮含量0.82 g/kg，全磷含量1.41 g/kg，全钾含量1.62 mg/kg。

1.2 试验材料

新型生态保水剂以马铃薯次残品和淀粉为主要原料经辐照改性而成（中国科学院上海应用物理研究所研发）。
参试马铃薯品种为兰州新区主种品种“大西洋”，兰州润泽骏业农牧林科技发展有限公司提供脱毒种薯。

1.3 试验设计

试验设置4个生态保水剂施量水平（CK：0，B3：45 kg/hm2，B5：75 kg/hm2，B7：105 kg/hm2），共4个处理，3次重复，小区面积43.2m2（5.4 m×8.0 m），随机区组排列，试验田四周设保护行。
马铃薯种植采用“品”字形起垄穴播，垄宽80 cm，垄距20 cm，种植深度15~20 cm，株距35 cm，每个小区4垄8行。保水剂：细干土以l∶10比例均匀混合，穴施在距马铃薯种薯周围5~10 cm处，深度15~20c m，然后覆土。各处理播种前施尿素（含N 46%）225 kg/hm2，磷酸二铵（含N 16%，P 46%）375 kg/hm2，钾肥（K2O 52%）75 kg/hm2，一次性施入作底肥。马铃薯4月27日播种，10月13号收获，其他管理措施与当地大田管理措施一致。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 土壤体积含水量测定

便携式土壤水分速测仪TDR300（美国Spectrum）测定马铃薯播种—成熟期0~40 cm（0~10、10~20、和20~40 cm）各土层土壤体积含水量（2022年数据）。

1.4.2 土壤样品采集与分析

本试验土壤样品采集于2022年马铃薯苗期（06-08）、块茎形成期（07-15）、块茎膨大期（08-05）、淀粉积累期（08-20）和成熟期（09-28）。五点法采集每个小区0~40 cm（0~10、10~20和20~40 cm）各土层土样，去除根系等杂物后混匀预先过2.0 mm筛，4 ℃保存，用于土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）的测定。土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）测定分别参考国标（T/NAIA 011-2020、T/NAIA 010-2020、T/NAIA 013-2020）。
土壤呼吸测定：选择晴朗或少云天气，在9︰00-11︰00用土壤碳通量测量系统（LI-8100，LI-COR Inc，USA）测定。5月3日（播种后）开始第一次测定，15 d左右测定一次，10月16日（成熟期）最后一次测定。在测定的前一天，揭开测定圈内的地膜于圈外，排除膜内CO2，测定结束后，盖好地膜，在整个观测过程中测定圈埋设位置保持不变，并及时去除圈内杂草和内枯落物。

1.4.3 马铃薯产量、商品率、经济收益测算

在马铃薯成熟期，每个处理选取有代表性的马铃薯20株，称取每单株马铃薯产量，并按大薯（≥150 g）、中薯（75~150 kg）、小薯（≤75 g）分类称重，计算产量及商品薯率。
商品薯率=大+中薯块茎质量块茎总质量×100%
经济收益=试验组产值—试验组保水剂费用—对照组产值
除保水剂费用外其余农资投入相同，因此经济效益只考虑保水剂费用。

1.5 数据处理与分析

试验数据用Microsoft Excel 2020预整理，利用SPSS 19.0进行方差分析（P＜0.05）、多重比较和相关分析（P＜0.05或P＜0.01），最后用Microsoft Excel 2020进行作图和制表。

2 结果与分析

2.1 保水剂施量对马铃薯生育期土壤含水量的影响

马铃薯生育期0~40 cm耕层不同处理土壤体积含水量动态变化情况见图1。马铃薯全生育期0~40 cm各土层土壤含水量随保水剂施量的递增逐渐提升后趋于稳定。0~10 cm土层，马铃薯各生育时期B5和B7处理土壤体积含水量显著高于CK处理，B5和B7处理间差异不显著。10~20 cm和20~40 cm土层马铃薯各生育时期B5和B7处理土壤体积含水量也呈现显著高于CK处理，B5和B7处理间差异不显著。
图1 马铃薯全生育期各处理下土壤体积含水量变化
注：不同小写字母表示不同处理在P＜0.05水平上差异显著。SS表示苗期；TFS表示块茎形成期；TBS表示块茎膨大期；SAS表示淀粉积累期，MS表示成熟期；下同。

Fig.1 Changes of soil volumetric water content under different treatments during the whole growth period of potatoes

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保水剂施量对0~40 cm耕层土壤含水量具有显著影响（表1）。与CK相比，B5和B7处理马铃薯全生育期0~10、10~20、20~40 cm平均土壤体积含水量分别提高10.80%和11.38%、13.06%和12.76%、6.79%和8.62%。B3、B5、B7处理与CK相比马铃薯全生育期0~40 cm平均土壤体积含水量分别显著提高5.24%、10.24%、11.41%，B5和B7处理间差异不显著。表明生态保水剂的施用可以调控灌溉水在土壤中的存留时间，提高灌溉水利用率，达到蓄水保墒的效果，为作物生长发育提供良好的水分环境。
表1 保水剂施量对马铃薯生育期0~40 cm土层土壤体积含水量的影响（均值）

Fig.1 The effect of water retaining agent application on soil volume moisture content in the 0~40 cm soil layer during potato growth period (mean)

处理 土层深度 0~40 cm均值
0~10 cm 10~20 cm 20~40 cm
CK 13.79±0.38c 15.65±0.20c 17.71±0.26b 16.21±0.21c
B3 14.58±0.25b 16.94±0.12b 18.36±0.34ab 17.06±0.23b
B5 15.46±0.37a 18.00±0.15a 19.00±0.33a 17.87±0.24a
B7 15.56±0.23a 17.94±0.26a 19.38±0.20a 18.06±0.18a

2.2 保水剂施量对马铃薯生育期土壤脲酶活性的影响

由图2可知，随土层深度递增，土壤脲酶活性大小为10~20 cm＞0~10 cm＞20~40 cm，不同处理下各土层土壤脲酶活性随马铃薯生育时期的推进呈“单峰”曲线动态变化规律，在块茎膨大期达到峰值。不同保水剂施量下土壤脲酶活性存在较大差异，施入保水剂处理组的土壤脲酶活性均显著高于CK，且整体表现为B7≈B5＞B3＞B0。0~10 cm土层中，B3、B5、B7处理马铃薯各生育时期土壤脲酶活性显著高于CK处理，B5和B7处理间差异不显著，10~20 cm和20~40 cm土层马铃薯各生育时期土壤脲酶活性也呈现B5和B7处理显著高于CK处理。可见，施用保水剂可以提高土壤脲酶活性。
图2 马铃薯全生育期各处理下土壤脲酶活性变化

Fig.2 Changes in soil urease activity under different treatments during the entire growth period of potatoes

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分析不同保水剂施量下马铃薯全生育期（苗期至收获期）0~10、10~20和20~40 cm土层平均土壤脲酶活性（表2）。结果表明，B5和B7处理0~10、10~20和20~40 cm土层平均土壤脲酶活性较CK分别显著提高17.85%和18.16%、16.20%和16.84%、16.20%和16.84%，B5与B7处理间差异不显著。B3、B5、B7处理马铃薯全生育期0~40 cm平均土壤土壤脲酶活性分别较CK处理显著提高10.40%、23.40%、24.35%，B5和B7处理间差异不显著。
表2 保水剂施量对马铃薯生育期0~40 cm土层土壤脲酶活性的影响（均值）

Fig.2 The effect of water retaining agent application on soil urease activity in the 0~40 cm soil layer during potato growth period(mean)

处理 土层深度 0~40 cm均值
0~10 cm 10~20 cm 20~40 cm
CK 4.28±0.13c 5.07±0.21c 3.78±0.09c 4.23±0.15c
B3 4.73±0.14b 5.51±0.19b 4.21±0.11b 4.67±0.23b
B5 5.21±0.16a 6.05±0.13a 4.81±0.14a 5.22±0.17a
B7 5.23±0.12a 6.10±0.13a 4.85±0.07a 5.26±0.13a

2.3 保水剂施量对马铃薯生育期土壤蔗糖酶活性的影响

土壤蔗糖酶活性随土层深度的递增呈先升后降的趋势。随马铃薯生育时期的推进，不同处理下各土层土壤蔗糖酶活性均呈“单峰”曲线动态变化，块茎膨大期达峰值（图3）。0~10 cm土层，B5和B7处理马铃薯各生育时期土壤蔗糖酶活性显著高于CK处理，B5与B7处理间差异不显著；10~20 cm和20~40 cm土层马铃薯各生育时期土壤蔗糖酶活性也呈现B5和B7处理显著高于CK处理。表明保水剂施用能提高土壤蔗糖酶活性。
图3 马铃薯全生育期各处理下土壤蔗糖酶活性变化

Fig.3 Changes in soil sucrase activity under different treatments throughout the entire growth period of potatoes

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分析不同保水剂施量下马铃薯全生育期（苗期至收获期）0~10、10~20和20~40 cm土层平均土壤蔗糖酶活性（表3）。结果表明，B5和B7处理0~10 cm土层平均土壤蔗糖酶活性较CK分别显著提高8.03%和8.88%，B5与B7处理间差异不显著；B3、B5、B7处理10~20 cm和20~40 cm土层平均土壤蔗糖酶活性较CK分别显著提高3.50%、7.69%、8.04%和4.40%、10.65%、11.81%，B3与B5、B7处理间差异显著，B5与B7处理间差异不显著；B3、B5、B7处理马铃薯全生育期0~40 cm平均土壤土壤蔗糖酶活性分别较CK处理显著提高3.98%、9.22%、10.06%，B5与B7处理间差异不显著。
表3 保水剂施量对马铃薯生育期0~40 cm土层土壤蔗糖酶活性的影响（均值）

Fig.3 Effects of water-retaining agent application rate on average soil sucrase activity in 0~40 cm soil layer during potato growth period (mean)

处理 土层深度 0~40 cm均值
0~10 cm 10~20 cm 20~40 cm
CK 4.73±0.09b 5.72±0.13c 4.32±0.08c 4.77±0.08c
B3 4.88±0.11b 5.92±0.11b 4.51±0.12b 4.96±0.06b
B5 5.11±0.16a 6.16±0.16a 4.78±0.09a 5.21±0.13a
B7 5.15±0.15a 6.18±0.06a 4.83±0.11a 5.25±0.11a

2.4 保水剂施量对马铃薯生育期土壤过氧化氢酶活性的影响

由图4可知，土壤过氧化氢酶活性随着土层深度的递增呈先升后降的趋势；随马铃薯生育时期的推进不同处理下各土层土壤过氧化氢酶活性呈“单峰”曲线变化，块茎膨大期达峰值。较CK相比，B5和B7处理0~10、10~20和20~40 cm土壤过氧化氢酶活性显著提高，B5与B7处理间差异不显著。
图4 马铃薯全生育期各处理下土壤过氧化氢酶活性变化

Fig.4 Changes in soil catalase activity under different treatments throughout the entire growth period of potatoes

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分析不同保水剂施量下马铃薯全生育期（苗期至收获期）0~40 cm土层平均土壤过氧化氢酶活性（表4）。结果表明：B5和B7处理0~10、10~20和20~40 cm土层平均土壤过氧化氢酶分别较CK处理显著提高9.43%、7.14%、7.31%和9.91%、6.72%、8.22%；B3、B5、B7处理马铃薯全生育期0~40 cm平均土壤过氧化氢酶活性分别较CK处理显著提高3.15%、7.66%、8.11%，B3与B5、B7处理间差异显著，B5与B7处理间差异不显著。
表4 保水剂施量对马铃薯生育期0~40 cm土层土壤过氧化氢酶活性的影响（均值）

Fig.4 Effect of water retaining agent application on soil catalase activity in the 0~40 cm soil layer during potato growth period (mean)

处理 土层深度 0~40 cm均值
0~10 cm 10~20 cm 20~40 cm
CK 2.12±0.05c 2.38±0.04b 2.19±0.03c 2.22±0.03c
B3 2.20±0.05b 2.44±0.02b 2.25±0.04b 2.29±0.05b
B5 2.32±0.04a 2.55±0.05a 2.35±0.04a 2.39±0.03a
B7 2.33±0.04a 2.54±0.03a 2.37±0.03a 2.40±0.02a

2.5 保水剂施量对马铃薯生育期土壤呼吸速率的影响

由图5可知，随着马铃薯生育期的推进，土壤呼吸速率呈现先升后降的趋势，新型生态保水剂的添加对土壤呼吸速率季节变化规律无影响。施用保水剂处理土壤呼吸速率显著提高，其中B5、B7处理显著高于CK处理，B5与B7处理间差异不显著。表明适量的保水剂施用能够提高土壤呼吸速率。
图5 马铃薯全生育期各处理下土壤土壤呼吸速率季节性变化
注：图上方垂直棒的长度表示LSD值。

Fig.5 Seasonal variation of soil respiration rate under different treatments during the entire growth period of potatoes

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分析不同保水剂施量下马铃薯全生育期（苗期-收获期）土壤呼吸速率均值（表5）。结果表明CK与B3处理间差异不显著，B5与B7处理间差异不显著，B5与B7处理马铃薯全生育期土壤呼吸速率均值较CK处理显著提高23.32%和25.51%。
表5 保水剂施量对马铃薯生育期土壤呼吸速率的影响（均值）

Fig.5 Effect of application amount of water retaining agent on potato yield

处理 CK B3 B5 B7
呼吸速率 3.19±0.08b 3.35±0.09b 3.93±0.12a 4.00±0.07a

2.6 保水剂施量对马铃薯产量和经济效益的影响

由表6可知，与CK比较，施用保水剂能显著提高马铃薯产量，各处理产量大小：B7 (31 495.74 kg/hm2)＞B5 (31 320.65 kg/hm2)＞B3 (30 370.18 kg/hm2)＞CK (28 594.29 kg/hm2)，B7与B5处理间差异不显著，B7、B5、B3处理较CK处理马铃薯产量分别提高10.15%、9.53%、6.21%。同时施用保水剂处理组马铃薯商品薯（大+中）率均显著高于CK处理，马铃薯商品薯（大+中）率大小顺序为B7＞B5＞B3＞CK，B7与B5处理间差异不显著。各处理马铃薯小薯率大小顺序与商品薯率大小正好相反，即B7＜B5＜B3＜CK，B7与B5处理间差异不显著。表明保水剂适量施用可以提高马铃薯产量和商品薯率，降低小薯率。
表6 保水剂施量对马铃薯产量的影响

Fig.6 The effect of water retaining agent application on potato yield

处理 产量/（kg•hm-2） 增产比例/% 商品薯（大+中）率/% 小薯率/%
CK 28 594.29 c — 81.23% c 18.77% a
B3 30 370.18 b 6.21% 84.17% b 15.83% b
B5 31 320.65 a 9.53% 87.81% a 12.19% c
B7 31 495.74 a 10.15% 87.56% a 12.44% c
施用生态保水剂能显著提高马铃薯产值效益（表7）。随着保水剂用量增加，马铃薯总产值和商品薯产值表现为B7≈B5＞B3＞CK。B3、B5、B7处理马铃薯总产值和商品薯产值均显著高于CK处理，B5与B7处理间差异不显著，B5和B7处理马铃薯总产值分别较CK提高15.23%和15.66%。随生态保水剂用量及成本费用的增加，经济效益表现为B5>B7>B3>CK，以B5处理经济效益增加最高，为3 448.05元/hm2。
表7 保水剂施量对马铃薯经济效益的影响 (元/hm2)

Fig.7 The effect of water retaining agent application on the economic benefits of potatoes

处理 总产值 商品薯产值 小薯产值 保水剂费用

经济

收益
CK 39 840.43 c 37 157.00 c 2 683.44 a — —
B3 42 876.13 b 40 496.18 b 2 379.94 b 1 575.00 1 460.69
B5 45 913.49 a 44 005.08 a 1 908.41 c 2 625.00 3 448.05
B7 46 090.76 a 44 132.02 a 1 958.74 c 3 675.00 2 575.33
注：商品薯价格为1.60 元/kg；小薯价格为0.50 元/kg；保水剂价格为35.0 元/kg。

2.7 马铃薯生育期土壤水分、酶活性、土壤呼吸速率、产量间的相关性分析

马铃薯生育期土壤体积含水量、土壤酶活性（脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶）、马铃薯生育期土壤呼吸速率均值、马铃薯产量间相关性分析见表8。结果显示，土壤体积含水量与土壤脲酶活性（0.966**）、土壤蔗糖酶活性（0.860*）、土壤过氧化氢酶活性（0.965**）、土壤呼吸速率（0.919**）、产量（0.975**）均达到极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）水平正相关；土壤酶活性（土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤过氧化氢酶活性）指标间也达到显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）水平正相关；土壤呼吸速率与土壤脲酶活性（0.902**）、土壤蔗糖酶活性（0.848*）、土壤过氧化氢酶活性（0.904**）均达到极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）水平正相关；马铃薯产量与土壤脲酶活性（0.888**）、土壤蔗糖酶活性（0.926**）、土壤过氧化氢酶活性（0.877*）、土壤呼吸速率（0.810*）均达到极显著（P<0.01）或显著（P<0.05）水平正相关。表明生态保水剂适量不仅有利于提高作物耕层土壤水分含量，而且可以促进新垦耕地土壤酶活性提高和增强土壤呼吸速率，为马铃薯增产奠定基础。
表8 土壤微环境指标与马铃薯产量间的相互分析

Fig.8 Correlation analysis between soil microenvironmental indicators and potato yield

指标 土壤脲酶活性 土壤蔗糖酶活性 土壤过氧化氢酶活性 土壤呼吸速率 产量
土壤含水量 0.966** 0.860* 0.965** 0.919** 0.975**
土壤脲酶活性 0.899** 0.984** 0.902** 0.888**
土壤蔗糖酶活性 0.883* 0.848* 0.926**
土壤过氧化氢酶活性 0.904** 0.877*
土壤呼吸速率 0.810*
注：*表示P<0.05水平上显著相关；**表示P<0.01水平上显著相关。

3 讨 论

3.1 保水剂施量对土壤含水量的影响

适宜用量的保水剂能够对土壤含水率起到一定的“缓冲作用”，提高作物生育期土壤持水能力和供水能力，降低土壤水分流失与蒸发，提高土壤水分利用率[12, 13]。本研究结果显示：施用生态保水剂能显著提高马铃薯全生育期0~40 cm耕层土壤体积含水量，各土层土壤含水量随保水剂用量递增呈逐渐增加后趋于稳定。与对照（CK）相比，施保水剂处理组马铃薯全生育期0~40 cm土壤体积含水量提高5.24%~11.41%，B5与B7处理间差异不显著。这与邹超煜[14]、康永亮[12]研究结论一致，其原因是保水剂施入土壤后，通过自身吸收膨胀等特性，部分灌溉水贮存在保水剂施用层范围，使土壤耕层保持较高的含水量，以供作物生长发育利用[14, 15]。

3.2 保水剂施量对土壤微环境的影响

土壤酶活性不仅能表征土壤物质能量代谢旺盛程度，而且可作为评价土壤肥力高低、土壤微环境优劣的重要指标。本研究结果显示：与对照相比，施保水剂处理马铃薯全生育期0~40 cm土层平均土壤脲酶活性、土壤蔗糖酶活性和土壤过氧化氢酶活性分别提高10.40%~24.35%，3.98%~10.06%和3.15%~8.11%。这与李倩[15]、车明超[16]等的研究结果一致。而曲贵伟[17]等的研究结果表明，施用保水剂对土壤脲酶活性有显著的抑制作用，与本研究结果略有差异。分析其原因，可能与土壤类型、土壤质地及保水剂类型不同有关。本研究结果还表明，土壤酶活性随马铃薯生育时期的推进，呈“单峰”动态曲线变化规律，且0~20 cm土层土壤酶活性高于20~40 cm土层。这是因为生态保水剂施入深度为表层（0~20 cm）土壤，生态保水剂在反复吸水、释放水的过程中自身体积不断膨胀、缩小，引起了土壤三相比例的动态变化，改善了土壤性状，给土壤微生物的活动与发育奠定优越环境，有利于土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶等相关类群微生物的生长，从而0~20 cm土层的土壤酶活性较高，相关性分析土壤酶活性与土壤水分显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）正相关也验证了这一点。
土壤呼吸大小是衡量土壤微生物活性和土壤健康状态的重要指标之一，土壤壤酶类别和活性大小影响土壤生物学过程，土壤生物学过程有决定土壤呼吸大小，因此土壤酶活性与土壤呼吸具有密切联系[18]。本研究中，随马铃薯生育期的推进各处理土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均呈“单峰”曲线动态变化，在马铃薯块茎膨大期达到峰值，土壤呼吸速率也呈先升后降的趋势；相关性分析也表明土壤呼吸速率与土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性呈显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）正相关，这与罗安焕[19]，李倩等[20]的研究结果一致。究其原因是施用保水剂通过改善土壤水分状况，为土壤微生物生存奠定了良好的微环境基础，直接影响了土壤酶活性的高低，进而影响了土壤呼吸[21]。

3.3 保水剂施量对马铃薯产量效益的影响

马铃薯商品率是衡量马铃薯生产效益的一个重要指标[22]。李荣等[21]研究表明，在大田玉米生产中施用保水剂不仅可以增产，也可增加经济效益。邹超煜等[14]研究结果显示，保水剂施用可显著增加多种作物经济收益。本研究结果中，与CK处理比较，施用保水剂处理不仅显著提高了马铃薯产量（6.21%~10.15%）和商品薯率，而且显著降低了小薯率。这与李倩等[15]的研究结果一致。即施用保水剂提高了马铃薯产量和商品薯率，降低了马铃薯小薯率。同时本研究表明随着保水剂用量增加，马铃薯总产值和商品薯产值表现为增加后稳定的趋势，其中B5和B7处理马铃薯总产值分别较CK分别提高15.23%和15.66%；B5处理经济效益增加最高，为3 448.05元/hm2。因此在农业生产中合理施用保水剂够蓄水保墒，可提高水分利用效率，且通过自身体积不断膨胀、缩小，改善土壤理化性状，促进土壤酶活性和土壤呼吸增强，促进了根系的呼吸，调节作物地下和地上部分2者协调生长，使农作物的产量和经济效益得到提高[23, 24]。

4 结 论

兰州新区新垦耕地滴灌模式马铃薯栽培中配施75 kg/hm2新型生态保水剂，一方面能调控灌溉水存留耕层时间，减少灌溉水分流失与蒸发，提高灌水资源的利用率，为马铃薯生长发育奠定良好的土壤水分环境；另一方面通过自身吸附、释放性能改善土壤结构，提高土壤酶活性和增强土壤呼吸，调节马铃薯地下地上协调生长，达到产量效益的提升。

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