生物炭施加打结垄沟集雨对土壤水分动态和紫花苜蓿生长特征的影响

【目的】探究生物炭施加垄沟集雨种植模式对土壤水分时空动态和紫花苜蓿生长特征的影响。【方法】采用裂区试验设计,主区模式为施加生物炭和不施加,副区耕作措施为打结垄、开敞垄和平作,探究不同生物炭施加模式和不同垄沟集雨耕作措施的影响效应。【结果】施加生物炭明显提高了土壤总贮水量和空间水分含量,促进紫花苜蓿生长、提高紫花苜蓿产量和品质;打结垄显著增加土壤贮水量,促进紫花苜蓿生长,提高产量。与不施加生物炭相比较,施加生物炭的0~200 cm土层土壤贮水量、平均土壤含水量、干草产量、株高、分枝数、根颈粗、粗蛋白含量、酸性洗涤纤维含量和中性洗涤纤维含量分别增加39.38 mm、15.46%、95 kg/hm^(2)、25.19%、5.80%、29.24%、9.3%、12.3%和3.4%。与平作相比,打结垄的0~200 cm土层平均土壤贮水量、平均紫花苜蓿干草产量、平均株高、分枝数和根颈粗、平均粗蛋白、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量分别增加69.09 mm、332 kg/hm^(2)、24.0%、21.0%、14.2%、17.7%、7.7%和4.0%;开敞垄的分别增加26.16 mm、267 kg/hm^(2)、16.8%、10.2%、10.1%、14.2%、7.3%和3.4%。【结论】生物炭施加坡地打结垄沟集雨模式是雨养农业区紫花苜蓿种植的有效模式,也是雨养农业可持续种植饲草作物的推荐模式,该模式为我国西北黄土高原地区栽培饲草作物提供科学指导和理论依据。

坡地打结垄沟集雨对水土流失、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的影响

为寻求半干旱区控制水土流失和提高降水资源利用率的最佳坡地垄沟集雨种植方式,以传统平作为对照,在坡度5°和10°的坡地布置大田试验,研究打结方式(无打结垄和打结垄)对土壤贮水量、小区径流效率、径流量、泥沙流失量、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:在坡度5°时,与平作相比,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿全生育期土壤贮水量分别增加9.3,15.0mm,紫花苜蓿实际干草产量分别提高20.4%,8.9%,WUE分别提高4.78,4.58kg/(hm2·mm),而径流量分别降低21.9%,41.2%,泥沙流失量分别降低80.8%,83.3%。在坡度10°时,与平作相比,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿全生育期土壤贮水量分别增加11.2,16.2mm,紫花苜蓿实际干草产量分别提高22.4%,9.0%,WUE分别提高4.89,4.06kg/(hm2·mm),而径流量分别降低24.8%,36.4%,泥沙流失量分别降低74.5%,82.0%。采用平均径流法,坡度5°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为11.6%,9.2%,6.7%;坡度10°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为14.1%,10.0%,7.8%。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,坡度5°的平均土壤贮水量比坡度10°增加4.3mm,坡度5°的净干草产量、实际干草产量和WUE与坡度10°相差不明显。坡度10°的径流量、泥沙流失量和小区径流效率均是坡度5°的1.2倍。无打结垄和打结垄集雨种植具有较好水土保持和增产效果,其中无打结垄增产效果最为明显,打结垄水土保持效果最为明显。

坡地打结垄沟集雨种植对泥沙、养分流失和紫花苜蓿草产量的影响

为寻求控制水土流失适宜坡耕地利用方式,开展如下试验:1)采用完全随机设计,研究不同坡度(0°、5°和10°)集雨垄的径流效率和临界产流降水量;2)采用裂区设计,坡度(5°和10°)为主区,耕作模式(传统平作、开敞垄和打结垄)为副区,研究坡地打结垄沟集雨种植对土壤水分、径流、泥沙损失、养分损失、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率的影响。结果表明:0°、5°和10°集雨垄的临界产流降水量分别为1.55、1.33和1.00 mm,径流效率分别为88.2%、91.1%和92.7%;与传统平作相比,开敞垄和打结垄的小区径流量分别减少62.3%~67.9%和76.4%~79.9%,小区径流效率分别减少51.0%~54.5%和67.8%~68.2%;泥沙流失量分别减少95.6%~96.4%和98.4%,全氮流失量分别减少95.3%~96.2%和98.1%~98.2%,全磷流失量分别减少95.3%~96.1%和98.2%,有机质流失量分别减少94.1%~95.6%和97.8%~97.9%;开敞垄和打结垄明显增加浅层(0~60 cm)土壤剖面含水量;开敞垄和打结垄紫花苜蓿全年干草产量分别提高40.3%~50.4%和16.0%~18.7%,水分利用效率分别提高4.4~11.5 kg·hm-2·mm-1和2.0~5.3 kg·hm-2·mm-1。坡度10°的径流量、径流效率、小区泥沙流失量、全氮流失量、全磷流失量和有机质流失量分别是坡度5°的1.44、1.40、2.34、2.24、2.39和1.97倍;坡度5°的紫花苜蓿全生育期根系层(0~200 cm)土壤贮水量、紫花苜蓿全年干草产量和水分利用效率分别是坡度10°的1.05、1.28和1.41倍。开敞垄增加紫花苜蓿干草产量和水分利用效率效果最为明显,打结垄减少径流、泥沙流失和养分损失效果最为明显。