【摘 要】
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干旱和水土流失是我国半干旱黄土高原农业生产和生态发展面临的主要环境问题,坡耕地是径流和土壤流失的主要策源地。垄沟集雨是1种缓解干旱和控制水土流失的节水耕作措施。随生态环境改善和环保要求提升,寻求环保覆盖材料成为当前垄沟集雨种植可持续发展研究重点。本研究科学假设生物炭施加垄沟集雨种植,尤其生物炭施加打结垄沟集雨覆盖种植有效增加土壤含水量、表层温度、紫花苜蓿品质、产量和水分利用效率,降低径流和泥沙沉积
【基金项目】
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国家自然基金（秸秆碎片-土壤结皮覆盖垄沟集雨种植减少土壤蒸发和侵蚀机理及模式（42061050））和（坡地生物炭垄沟集雨种植的系统效率和关键技术研究（41661059））；
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干旱和水土流失是我国半干旱黄土高原农业生产和生态发展面临的主要环境问题,坡耕地是径流和土壤流失的主要策源地。垄沟集雨是1种缓解干旱和控制水土流失的节水耕作措施。随生态环境改善和环保要求提升,寻求环保覆盖材料成为当前垄沟集雨种植可持续发展研究重点。本研究科学假设生物炭施加垄沟集雨种植,尤其生物炭施加打结垄沟集雨覆盖种植有效增加土壤含水量、表层温度、紫花苜蓿品质、产量和水分利用效率,降低径流和泥沙沉积。试验采用裂区设计,主区为2种生物炭施加模式(施加生物炭(3×10~4 kg ha-1)和不施加生物炭(0×10~4 kg ha-1)),副区为3种耕作措施（打结垄沟集雨种植（打结垄）、无打结垄沟集雨种植（开敞垄）和平作）,共设6个处理（2种生物炭施加模式×3种耕作措施）,重复3次,在主区中,不施加生物炭作为对照,在副区中,平作作为对照。研究坡地生物炭施加垄沟集雨种植对水土流失、紫花苜蓿营养品质、干草产量和水分利用效率等的影响机制,选择适宜坡地垄沟集雨种植模式,为解决垄沟集雨种植面临障碍提供新途径。主要结果如下:与平作相比,当施加生物炭时,开敞垄的土壤孔隙度、＞5mm粒径土壤团聚体、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别增加6.2%、10.6%、24.4%、25.5%、19.3%和5.2%,打结垄的土壤孔隙度、＞5mm粒径土壤团聚体、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别增加2.7%、9.4%、34.2%、33.6%、15.8%和11.7%;当不施加生物炭时,开敞垄的土壤孔隙度、＞5mm粒径土壤团聚体、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别增加3.9%、8.9%、18.5%、18.5%、14.4%和6.3%,打结垄的土壤孔隙度、＞5mm粒径土壤团聚体、全氮、全磷、全钾和有机质含量分别增加2.1%、6.7%、26.7%、21.0%、10.6%和8.9%。与不施加生物炭相比,施加生物炭的土壤孔隙度、＞5mm粒径土壤团聚体数量、土壤全氮、全磷、全钾和有机质含量分别提高13.91%、22.1%、13.6%、30.1%、31.1%和24.2%,土壤容重降低3.85%。与平作相比,当施加生物炭时,开敞垄和打结垄的0-200 cm平均土壤贮水量分别增加45.22和72.83 mm,表层土壤温度分别降低0.64℃和1.26℃;当不施加生物炭时,开敞垄和打结垄的0-200 cm平均土壤贮水量分别增加11.24和54.22 mm,表层土壤温度分别降低0.86℃和1.54℃。与不施加生物炭相比,施加生物炭的0-200 cm平均土壤贮水量增加42.93 mm,表层土壤温度降低0.53℃。与平作相比,当施加生物炭时,开敞垄的径流量、泥沙沉积量、全氮、全磷、全钾和有机质流失量分别降低26.1%、54.0%、53.6%、30.2%、20.6%和26.4%,打结垄的径流量、泥沙沉积量、全氮、全磷、全钾和有机质流失量分别降低55.6%、77.1%、70.8%、58.3%、36.7%和33.3%;当不施加生物炭时,开敞垄的径流量、泥沙沉积量、全氮、全磷、全钾和有机质流失量分别降低20.0%、55.0%、42.9%、31.25%、24.4%和30.5%,打结垄的径流量、泥沙沉积量、全氮、全磷、全钾和有机质流失量分别降低33.5%、62.1%、67.9%、53.3%、46.6%和49.5%。不施加生物炭的径流量、泥沙沉积量、全氮、全磷、全钾和有机质流失量分别是施加生物炭的1.48、1.94、1.50、1.18、1.22和1.42倍。与平作相比,当施加生物炭时,开敞垄的干草产量、水分利用效率、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加331 kg ha-1、17.46 kg ha-1 m-1、13.6%、42.1%、7.4%和5.9%,打结垄的干草产量、水分利用效率、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加387 kg ha-1、16.45 kg ha-1 m-1、15.7%、35.1%、7.2%、5.4%;当不施加生物炭时,开敞垄的干草产量、水分利用效率、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加203 kg ha-1、12.99 kg ha-1 m-1、14.7%、31.0%、13.6%和1.2%,打结垄的干草产量、水分利用效率、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加277kg ha-1、11.09 kg ha-1 m-1、19.7%、38.3%、15.7%和2.5%。与不施加生物炭相比,施加生物炭的干草产量、水分利用效率、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加95 kg ha-1、6.90 kg ha-1 m-1、9.3%、23.6%、12.3%、3.4%和13.8%。生物炭施加垄沟集雨种植,尤其生物炭施加打结垄沟集雨种植明显降低径流、泥沙沉积和养分流失,改善土壤理化性质,提高土壤含水量、紫花苜蓿品质、产量和水分利用效率,是我国半干旱黄土高原区控制水土流失和提高作物产量的适宜种植模式。未来研究将更关注生物炭施加垄沟集雨种植的水力学和机械特性。
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