Effect of super-absorbent polymer on irrigated kidney beans in greenhouse conditions

Abstract

Water scarcity and climate change are placing a serious strain on agricultural stability, particularly for shallow-rooted crops like kidney beans (Phaseolus vulgaris L.). This study investigated how different application rates of the commercial SAP hydrogel "HIDROSILO" affect the growth and yield of irrigated kidney beans under greenhouse conditions. Two experimental trials were conducted at the Federal University of Viçosa (UFV) in Brazil. The first experiment lasted for 63 days in Spring 2025 while the second experiment lasted for 57 days in Summer 2026, using a completely randomized design with five replicates. The kidney beans were grown in pots containing 10 kg of soil and treated with six SAP concentrations: 0 g (control), 10 g, 12 g, 14 g, 16 g, and 18 g. Morphological and yield traits were monitored and analyzed using the UFV statistical system. The regression models showed a significant effect on plant height, leaf count, node addition, and stem diameter across both trials (P < 0.01 and P < 0.1). Moderate doses of the polymer (7 –14 g) enhanced structural development and accelerated node emergence. However, higher doses led to growth inhibition due to soil over-saturation, decreased air-filled porosity, and root hypoxia. The total biomass and plant weights followed a parabolic trend. In the second experiment, the model indicated that the optimal dry plant weight was 16.05 g (a 45.3% increase compared to controls) at 7.42 g of SAP. Total dry biomass ranged from 30.67 g to 31.71 g with SAP dosages of 7.5–8.2 g. Interestingly, reproductive metrics peaked at lower SAP rates than those for vegetative growth. The ideal dry seed weight was found to be 4.74 g per plant at 6.96 g of SAP, while dry pod weight stabilized between 7.12 g and 7.54 g. The harvest index (HI) reached its highest point at 0.3461 with 6.31 g of SAP. The greenhouse conditions also played a role in how effective the polymer was. Lower SAP rates worked well during mild, humid periods, while higher rates were necessary in hotter, high-radiation conditions. Superabsorbent polymers are good subsurface hydro-buffers that help maintain cell turgor, enhance gas exchange, and boost resource-use efficiency. Therefore, for optimal bean crop development in the spring, the recommended hydrogel application rate is 7 to 14 grams per plant; for early summer, 7 to 12 grams per plant for pot- grown kidney beans under greenhouse conditions. Keywords: irrigation management ; water retention; grain; morphological components.A escassez de água e as mudanças climáticas estão colocando uma pressão séria sobre a estabilidade da agricultura, especialmente para culturas de raízes rasas como o feijão-carioca (Phaseolus vulgaris L.). Este estudo investigou como diferentes taxas de aplicação do hidrogel comercial SAP "HIDROSILO" afetam o crescimento e o rendimento do feijão-carioca irrigado em condições de ambiente protegido. Dois ensaios experimentais em casa de vegetação foram conduzidos na Universidade Federal de Viçosa (UFV), no Brasil.O primeiro experimento durou 63 dias na primavera de 2025, enquanto o segundo durou 57 dias no verão de 2026, usando um delineamento completamente casualizado com cinco repetições. Os feijões vermelhos foram cultivados em vasos contendo 10 kg de solo e tratados com seis concentrações de SAP: 0 g (controle), 10 g, 12 g, 14 g, 16 g e 18 g. As características morfológicas e de rendimento foram monitoradas e analisadas usando o sistema estatístico da UFV. Os modelos de regressão mostraram um efeito significativo na altura das plantas, número de folhas, adição de nós e diâmetro do caule em ambos os experimentos (P < 0,01 e P < 0,1). Doses moderadas do polímero (7–14 g) melhoraram o desenvolvimento estrutural e aceleraram o surgimento dos nós. No entanto, doses mais altas levaram à inibição do crescimento devido à saturação excessiva do solo, diminuição da porosidade preenchida com ar e hipóxia nas raízes. A biomassa total e o peso das plantas seguiram uma tendência parabólica. No segundo experimento, o modelo indicou que o peso seco ideal da planta era de 16,05 g (um aumento de 45,3% em comparação aos controles) com 7,42 g de SAP. A biomassa seca total variou de 30,67 g a 31,71 g com doses de SAP entre 7,5 e 8,2 g. Curiosamente, os indicadores reprodutivos atingiram o pico com taxas de SAP menores do que as para o crescimento vegetativo. O peso seco ideal de sementes foi de 4,74 g por planta com 6,96 g de SAP, enquanto o peso seco das vagens variou de 7,12 g a 7,54 g. O índice de colheita (HI) atingiu seu valor mais alto de 0,3461 com 6,31 g de SAP. As condições do viveiro também influenciaram na eficácia do polímero. Taxas mais baixas de SAP funcionaram bem durante períodos amenos e úmidos, enquanto taxas mais altas eram necessárias em condições mais quentes e com alta radiação. Polímeros superabsorventes são bons hidro-amortecedores subterrâneos que ajudam a manter o turgor celular, melhoram a troca gasosa e aumentam a eficiência no uso de recursos. Portanto, para o desenvolvimento ideal da cultura de feijão na primavera, a taxa recomendada de aplicação de hidrogel é de 7 a 14 gramas por planta; para o início do verão, 7 a 12 gramas por planta para feijão vermelho cultivados em vasos sob condições de ambiente protegido. Palavras-chave: gestão da irrigação; retenção de água; grãos; componentes morfológicos