抗旱保水材料蓄水保墒生态机制研究

随着全球气候变暖，干旱面积不断扩大，干旱缺水成为制约我国农业持续发展的重要因素。内蒙古是国家13个粮食主产省和6个粮食商品粮净调出省之一，旱作面积占农作物总面积的70%以上，旱作区粮食产量占全区粮食总产量的60％，其产量高低直接影响内蒙古粮食总产量及国家粮食安全。如何提高内蒙古旱农地区土壤蓄水保墒能力，以保证粮食稳产增产，是当前亟待解决的重大课题。本项目通过研究聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、腐殖酸、膨润土4种保水材料对不同生育时期与年限、不同土层土壤水分时空变化的影响，明确不同保水材料的保水效果；研究不同保水材料对土壤贮水量、蒸发量、入渗蓄墒率、团粒结构、入渗率、体积膨胀率等土壤物理性状、土壤养分及Ec值等化学性状、土壤酶和微生物量碳、氮、磷等生物学性状的影响及其与土壤水分的关系，揭示不同保水材料的蓄水保墒生态机制，为旱作地区保水材料的推广应用提供理论依据和技术支持。

本项目通过研究不同保水材料蓄水保墒的差异，来明确保水材料蓄水保墒效果，揭示其蓄水保墒生态机制，以为旱作区推广应用保水材料提供理论依据。结果表明：1）施用保水材料后，作物出苗率和干物质量分别提高了0.01-16.12个百分点和0.99%-85.82%，籽粒和生物产量分别增加了0.41%-23.00%和0-22.75%，籽粒蛋白、脂肪和纤维含量分别增加了0.01%-37.56%、0.84%-10.64%和0.29%-20.40%，作物水分利用效率提高了3.16%-28.79%；2）施用保水材料主要影响0-60cm土层土壤水分，土壤含水量提高了1.40%-27.40%，>0.25mm土壤团聚体含量增加了0.99%-38.73%。土壤孔隙度、水分入渗率和水分入渗蓄墒率分别增加了0.26%-7.16%、0-183.33%和0.22%-5.28%，蒸发量和土壤容重降低了19.28%-25.53%和0.01-0.09g/cm3；土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾增加了1.00%-18.91%、3.26%-20.46%、0.41%-18.93%和0.61%-24.15%，全氮、全磷和全钾增加了0.72%-18.64%、0.27%-21.16%和0.26%-20.82%，土壤pH和Ec值降低了0-2.99%和0.65%-33.50%。土壤微生物碳、氮、磷分别提高了0.59%-23.30%、0.3%-33.52%和1.81%-23.24%，土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性分别增加了0.63%-24.16%、0.78%-54.97%、0.24%-70.77%和1.29%-63.88%；3）保水材料在不同施入年限和生育时期的作用效果受天气和作物生长情况影响。在一定范围内，当干旱增加时保水材料的作用效果增强；在作物生长旺盛时其作用效果也增强；随着土层深度增加作用效果呈降低趋势；4）谷子以聚丙烯酸钾和聚丙烯酰胺连续施入4年效果较好，腐殖酸以连续施用5年效果较优，而燕麦以各保水材料连续施入5年效果较优，只施用1年的保水材料以膨润土效果较好；聚丙烯酰胺改良土壤物理性状效果优于聚丙烯酸钾，而其它性状聚丙烯酸钾效果较优；以膨润土的长效性为最好；5）除土壤孔隙度外，土壤水分与其它土壤性状指标间均呈显著关系；作物产量与各土壤性状指标均呈显著或极显著关系。