海瑞达保水剂在我国旱作节水农业生产中的综合应用研究

吴 勇，水明海，张 赓，郭世乾，王丽红，张 艳

（1.全国农业技术推广服务中心，北京100000；2.甘肃海瑞达生态环境科技有限公司，兰州730000；3.甘肃省耕地质量建设保护总站，兰州730000）

0 引 言

我国是旱作农业大国，有近十亿亩的旱作农业耕地，随着我国工业及城市化建设的快速发展，水资源越来越紧缺，每年全社会水资源消耗约7 000亿m3，农业用水占全国总用水量的六成以上，其中约有90%用于各类农田灌溉[1,2]。随着我国社会的发展，农业种植技术、农业经营模式及农业经济形态发生了根本性的变化，农业经济也由注重数量向绿色高质量方向发展，节约利用农业水资源、化肥减量增效、治理农业环境污染等成为农业发展面临的重大课题。保水剂是一种以高分子材料为主的复合型、功能型产品，能吸收相当于自身重量成几百倍的水分，被誉为“微型水库”，可反复吸水、释水，具有明显的节水、保肥和土壤修复的功能，在旱作节水农业上开展其综合应用研究十分必要且意义重大。

保水剂作为一种重要的农业节水技术，已在各种植物种植中广泛应用。Karagoz Idris[3]研究了保水剂在观赏植物金银花栽培中的应用，研究发现保水剂可以有效平衡培养基的水分，降低了植株的水分胁迫，减少45%的植物用水量、节约48%的人工成本。Maryam Rezashateri[4]研究了水分胁迫下保水剂对蒿蒿生长的影响，结果表明，沙壤土中保水剂的使用效果最好，在水分胁迫条件下利用保水剂提高植物的生长和存活率是可行的。张袁[5]通过大田试验研究了保水剂的施用对黑龙江地区春玉米和大豆生长需水量及产量的影响，得出保水剂可以对农田土壤含水量进行有效调节，降低春玉米各生育阶段耗水量，提高水分利用效率。然而，有关保水剂节水、减肥、替代地膜和增产增效等综合应用研究的相关报道较少，本文通过使用保水剂进行大量的大田试验，旨在解决农业水资源消耗过大，因地膜覆盖、化肥过量使用造成的土壤板结、土壤质量安全以及白色污染问题，使我国农业向着绿色高质量方向发展。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

本文共开展49 项田间试验，试验地点基本情况见表1～表6。

表1 节水试验地点基本情况Tab.1 Basic information of water-saving test sites

表2 化肥减量试验地点基本情况Tab.2 Basic information of Fertilizer reduction test sites

表4 2019年马铃薯替代地膜试验地点基本情况Tab.4 Basic information of replace plastic film test sites about potato in 2019

表5 玉米替代地膜试验地点基本情况Tab.5 Basic information of replace plastic film test sites about corn

表6 药材增产试验地点基本情况Tab.6 Basic information of production test sites about herbs

1.2 试验材料

试验材料：海瑞达保水剂（由甘肃海瑞达生态环境科技有限公司提供）。

1.3 试验设计

1.3.1 节水试验设计

2018年在河南省、2019年在山西、河北、陕西省分别进行了冬小麦节水试验。试验设3 个处理，每个处理3 次重复，同一试验地点的其他田间管理措施均一致，处理1：常规（春浇2 次、每次900 m3/hm2）为对照；处理2：施用海瑞达保水剂（45 kg/hm2）＋春浇1 次（900 m3/hm2）；处理3：施用海瑞达保水剂（45 kg/hm2）＋不春浇。测定不同试验地点各处理小麦的产量。

1.3.2 化肥减量试验设计

2019年在甘肃省5个不同试验地点马铃薯种植中开展了保水剂化肥减量效果试验。试验设3 个处理，每个处理3 次重复，同一试验地点的其他田间管理措施均一致，处理1：常规施肥为对照；处理2：施用海瑞达保水剂（45 kg/hm2）+减施20%化肥；处理3：施用海瑞达保水剂（45 kg/hm2）+减施30%化肥。测定不同试验地点各处理马铃薯的产量。

1.3.3 替代地膜试验设计

2018年在甘肃省13 个试验地点、2019年在甘肃、河北、青海省8个试验地点进行海瑞达保水剂在马铃薯种植中替代地膜试验，在甘肃省8个试验地点进行海瑞达保水剂在玉米种植中替代地膜试验。试验均设2 个处理，每个处理3 次重复，同一试验地点的其他田间管理措施均一致，处理1：地膜覆盖种植；处理2：露地施用海瑞达保水剂（45 kg/hm2）。测定不同试验地点各处理马铃薯、玉米的产量。

1.3.4 增产试验设计

2019年在甘肃省11 个试验地点开展了海瑞达保水剂在药材种植中增加产量的试验。试验设2 个处理，每个处理3 次重复，同一试验地点的其他田间管理措施均一致，处理1：露地种植为对照；处理2：露地施用海瑞达保水剂（60 kg/hm2）。测定不同试验地点各处理药材的产量。

1.4 测定项目和方法

收获后，测定马铃薯、药材的产量；小麦、玉米进行室内考种。

1.5 数据处理

使用WPS Excel 2007 和Spss 19 进行数据统计分析及图表绘制。

2 结果与分析

2.1 节水试验

2018年在河南省、2019年在山西、河北、陕西省分别进行了冬小麦节水试验，不同处理下冬小麦产量见图1。与常规（春浇2 次）处理相比，保水剂＋春浇1 次处理，即每公顷节水900 m3条件下，4 个试验地点冬小麦产量仍有一定幅度的增产，平均增产13.77%，其中试验地点A-T2，增产幅度最大，为22.69%，其次为试验地点A-T3，增产22%；试验地点AT1、A-T2和A-T3冬小麦产量显著高于常规（春浇2次）处理（P＜0.05），试验地点A-T4 冬小麦产量与常规（春浇2 次）处理之间差异不显著（P＞0.05）。与常规（春浇2次）处理相比，保水剂＋不春浇处理，即每公顷节水1 800 m3条件下，除试验地点A-T4 外，其他3 个试验地点冬小麦产量仍有一定幅度的增产，其中试验地点A-T2，增产幅度最大，为7.9%，其次为试验地点A-T1，增产7.3%；试验地点A-T1 和A-T2 冬小麦产量显著高于常规处理（P＜0.05），试验地点A-T3 冬小麦产量与常规处理之间差异不显著（P＞0.05）；试验地点A-T4 冬小麦产量略低于常规处理但两者之间差异不显著（P＞0.05）。试验结果表明，施用海瑞达保水剂在每公顷节约灌溉用水900 m3和1 800 m3的同时，产量还有一定幅度的增加。

2.2 化肥减量试验

2019年在甘肃省5个不同试验地点马铃薯种植中开展了保水剂化肥减量效果试验，不同处理下马铃薯产量见图2。与常规施肥相比，保水剂＋减施20%化肥处理，即减少化肥使用量20%条件下，5 个试验地点中有4 个试验地点马铃薯产量仍有一定幅度的增产，平均增产12.48%，其中B-T2试验地点增产效果最明显，增加28.19%；试验地点B-T1 和B-T2 马铃薯产量显著高于常规施肥（P＜0.05），试验地点B-T3 和B-T4 马铃薯产量与常规施肥之间差异不显著（P＞0.05）；试验地点BT5 马铃薯产量低于常规施肥，但两者之间差异不显著（P＞0.05）。保水剂＋减施30%化肥处理，即减少化肥使用量30%条件下，5个试验地点马铃薯产量仍有一定幅度的增产，平均增产11.17%，其中试验地点B-T2 增产最高，为14.8%；试验地点B-T2、B-T4 和B-T5 马铃薯产量均显著高于常规施肥（P＜0.05）；试验地点B-T1和B-T3马铃薯产量与常规施肥处理之间差异均不显著（P＞0.05）。说明海瑞达保水剂可以提高肥料利用率，减少化肥使用量20%、30%后仍可实现一定程度的增产。

2.3 替代地膜试验

2.3.1 替代地膜试验-马铃薯

2018年总共在甘肃省13 个试验地点进行了海瑞达保水剂在马铃薯生产中替代地膜试验，不同处理下马铃薯产量见图3。13 个试验地点施用海瑞达保水剂处理的平均产量为140.06kg/hm2，地膜覆盖处理的平均产量为136.79 kg/hm2。13个试验地点中有7个试验地点施用保水剂的产量较覆盖地膜实现增产，平均增产11.18 kg/hm2，增幅为8.26%；其中试验地点C1-T13增产效果最为明显，产量增加了27.61 kg/hm2，增幅为19.04%；其次是试验地点C1-T2，产量增加了2.27 kg/hm2，增幅为15.47%，这2 个试验地点施用保水剂的产量显著高于地膜（P＜0.05），其他5 个试验地点马铃薯产量差异不显著（P＞0.05）。其余6个试验地点施用保水剂处理的产量低于地膜覆盖产量，但两者之间差异均不显著（P＞0.05）。因此，在甘肃省不同地区马铃薯种植中，海瑞达保水剂可以替代地膜，在保护生态环境的同时，产量有一定的增加。

2019年在甘肃、河北、青海省总共8个试验地点进行了海瑞达保水剂在马铃薯生产中替代地膜试验，不同处理下马铃薯产量见图4。8 个试验地点施用海瑞达保水剂处理的平均产量为229.45 kg/hm2，地膜覆盖处理的平均产量为217.40 kg/hm2。8个试验地点中有5个试验地点施用保水剂的产量高于地膜覆盖的处理，平均增产21.59 kg/hm2，平均增幅为11.52%；其中试验地点C2-T4 产量增加了79.80 kg/hm2，增幅最大，为44.02%，产量显著高于地膜（P＜0.05）；其他4 个试验地点马铃薯产量差异不显著（P＞0.05）。其余3 个试验地点施用保水剂处理的产量低于地膜覆盖产量，但两者之间差异均不显著（P＞0.05）。进一步验证了海瑞达保水剂在马铃薯种植中替代地膜可行，产量最高可以增加44.02%。

2.3.2 替代地膜试验-玉米

2018-2019年总共在甘肃省8 个试验地点进行了海瑞达保水剂在玉米生产中替代地膜试验，不同处理下玉米产量见图5。8 个试验地点施用海瑞达保水剂处理的平均产量为54.66 kg/hm2，地膜覆盖处理的平均产量为53.44 kg/hm2。8 个试验地点中有5个试验地点施用保水剂的产量高于地膜覆盖，但两者之间差异均不显著（P＞0.05）。其余3 个试验地点施用保水剂处理的产量低于地膜覆盖产量，但两者之间差异均不显著（P＞0.05）。

2.4 增产试验

2019年在甘肃省11 个试验地点施用海瑞达保水剂进行药材增产试验，不同处理下药材的产量见图6。所有试验地点施用海瑞达保水剂处理的产量均高于露地处理，11 个试验地点平均增产31.34%，产量平均增加了13.83 kg/hm2。11 个试验地点中有8 个试验地点施用保水剂的产量显著高于地膜（P＜0.05），其中，E-T4 试验点增产了14.18 kg/hm2，增幅为46.64%，效果最优；其次是E-T6 试验点，增产了25.53 kg/hm2，增幅为45.98%。其余3 个试验地点施用保水剂处理的产量与地膜处理的产量之间差异不显著（P＞0.05）。因此，海瑞达保水剂在药材种植中增产效果显著。

3 结 论

海瑞达保水剂在华北冬小麦节水试验中，在每公顷节约900 m3灌溉水的情况下实现小麦平均增产13.77%，最大可达到22.69%的增产。马铃薯作物采用保水剂拌肥底施，在减少20%、30%的化肥施用量的情况下还有一定幅度的增产，平均增产分别为12.48%和11.17%，最大增产28.19%。在药材的增产增效种植试验中，产量增幅最高可达46.64%；这与孙国龙等[6]的研究结论基本一致，其研究发现，在旱作雨养区使用海瑞达保水剂增产效果明显，并指出海瑞达保水剂在解决地下水超采问题的同时，还可以保证作物增产增收。马铃薯种植中，21 个试验地点中有12 个试验地点使用保水剂组别的产量高于地膜覆盖组别，产量最高可以增加44.02%，其余9 个试验地点产量相当；玉米种植中，8个试验地点施用保水剂的产量与地膜覆盖产量相当。这与高飞、崔增团等[7-9]研究结果相似，在马铃薯和玉米种植中，保水剂可以替代地膜。使用海瑞达保水剂可以达到节约灌溉用水、减少化肥用量和增产增效等效果，马铃薯、玉米种植中可以替代地膜，为从源头上解决地膜造成的白色污染问题提供了一种可行的方法，以达到节水减肥、土壤修复和农业污染治理的目的。

保水剂产业作为环境新材料行业未来最重要的产业，国内市场规模巨大，可以带动培育新材料产业集群，为经济社会发展做出积极贡献；可以提高农业种植水平、提升经济效益，利于脱贫攻坚战略的实施；可以为全国农业节水减肥、绿色发展战略实施做出贡献，为全国农业节水、化肥减量及农膜污染治理培育出方案；该产品在荒漠化治理、植树造林

方面作用也非常明显，可以成为环境修复、荒漠化治理工程实施最为重要的技术手段，对于大力发展戈壁农业也将起到积极作用。目前由于以往保水剂施用中存在很多认识上的偏差，认为保水剂的作用就是保水，只要施用在地里即可，导致在使用的过程中使用方法不规范。因此，不同作物、不同土壤、不同耕播技术、不同气候条件的使用方法的标准化还需要进一步的研究与完善。