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为探索和解决半干旱黄土高原区垄沟集雨种植红豆草的可持续性,寻求垄沟集雨种植红豆草的适宜生物炭覆盖类型和最佳垄宽,采用随机区组设计布设生物炭覆盖集雨垄径流试验（1）和生物炭覆盖垄沟集雨种植红豆草大田试验（2）。（1）生物炭覆盖集雨垄径流试验共设9个处理（3个垄宽×3种覆盖材料）,估算生物炭覆盖集雨垄的径流效率和临界产流降雨量;（2）生物炭覆盖垄沟集雨种植红豆草大田试验共设10个处理（3个垄宽×3种覆盖材料+1个平作）,以平作为对照,研究生物炭覆盖垄沟集雨种植对土壤水分、土壤温度、土壤养分、红豆草干草产量、水分利用效率和营养品质的影响,确定最佳生物炭覆盖垄沟集雨种植模式,主要结果如下:通过回归分析法,MCS30、MCS45、MCS60、MSB30、MSB45、MSB60、CDB30、CDB45和CDB60（MCS、MSB和CDB分别代表土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄,下标数字分别表示垄宽为30、45和60 cm）的平均径流效率分别27.3%、29.8%、32.1%、22.6%、27.7%、28.4%、22.0%、26.1%和27.3%,临界产流降雨量分别为4.4、4.2、3.9、4.3、5.0、4.6、5.0、5.3和4.9 mm。MCS、MSB和CDB平均径流效率分别为29.7%、26.2%和25.1%,临界产流降雨量分别为4.2、4.6和5.1 mm。径流效率随集雨垄宽度增加而增加。生物炭覆盖垄沟集雨种植增加红豆草根系层土壤含水量,明显缓解土壤干旱胁迫,土壤贮水量排列次序为土垄>玉米秸秆炭垄>牛粪炭垄>平作,土壤贮水量随集雨垄宽度增加而增加。与平作相比,就红豆草全生育期而言,MCS30、MCS45、MCS60、MSB30、MSB45、MSB60、CDB30、CDB45和CDB60的土壤贮水量分别增加17.4、24.2、33.7、17.3、23.2、33.7、15.1、19.0和23.9 mm。生物炭覆盖垄沟集雨种植明显增加垄上表层土壤温度,垄上白天积累热量传导于沟中,生物炭覆盖垄沟集雨种植增加春季和秋季沟中表层土壤温度,较高植株遮阴降低夏季沟中表层土壤温度。与平作相比,MCS30、MCS45、MCS60、MSB30、MSB45、MSB60、CDB30、CDB45和CDB60垄上表层土壤温度分别增加了0.9、1.4、2.0、1.5、1.9、2.5、1.5、2.0和2.6?C。生物炭覆盖垄沟集雨种植通过改善土壤水热条件,进而显著改善土壤养分状况,土壤pH和土壤养分随集雨垄宽度变化不显著;土垄种植改善土壤pH和土壤养分状况不显著。与平作相比,玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄的土壤pH分别增加0.5和0.5,有机质含量分别增加15.2%和18.4%,土壤全氮分别增加23.2%和24.7%,土壤速效磷含量分别增加15.0%和16.7%,土壤速效钾含量分别增加9.1%和10.6%。红豆草根系和根瘤主要分布于表层土壤（0-20 cm）,红豆草根系特征值和根瘤特征值随土层深度增加而减少,随集雨垄宽度增加而增加。适宜土壤含水量促进红豆草根干重、根瘤数量和根瘤重量提高;适宜土壤水分胁迫促进红豆草根长、根表面积和根体积值增加。生物炭覆盖垄沟集雨种植通过改善土壤水热条件,进而促进红豆草生长和产量形成,进一步提高水分利用效率。与平作相比,MCS30、MCS45、MCS60、MSB30、MSB45、MSB60、CDB30、CDB45和CDB60的水分利用效率分别提高11.0、13.5、16.1、20.2、28.4、33.5、16.8、22.1和25.5 kg ha-1 mm-1;MCS30、MCS45和MCS60的红豆草干草产量分别降低6.5%、12.1%和13.8%,MSB30、MSB45、MSB60、CDB30、CDB45和CDB60的红豆草干草产量分别提高19.7%、24.4%、22.5%、8.0%、8.9%和6.8%;在玉米秸秆炭覆盖垄沟集雨种植中,最佳垄宽为49 cm;在牛粪炭覆盖垄沟集雨种植中,最佳垄宽为41 cm。生物炭覆盖垄沟集雨种植提高红豆草单宁和粗蛋白含量,降低中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量,红豆草单宁、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维等含量随集雨垄宽度变化而不显著。与平作相比,土垄、玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄种植的红豆草单宁含量分别提高4.44%、13.97%和9.09%;粗蛋白含量分别提高30.81%、40.66%和39.33%;酸性洗涤纤维含量分别降低4.00%、11.15%、8.40%;中性洗涤剂纤维含量分别降低5.71%、13.34%和11.60%。土垄种植改善土壤钙和磷含量不显著。与平作相比,玉米秸秆炭垄和牛粪炭垄种植红豆草的钙含量分别提高31.20%和27.00%,磷含量分别提高23.15%和19.86%。根据灰色关联度分析,红豆草的综合品质排列次序为MSB60>MSB45>CDB60>MSB30>CDB45>CDB30>MCS60>MCS45>MCS30>FP。在半干旱区生物炭覆盖垄沟集雨种植中,玉米秸秆炭覆盖和牛粪炭覆盖可获得较高红豆草产量和营养品质,尤其秸秆生物炭覆盖。