改性膨潤(rùn)土對(duì)沙地土壤改良及紫花苜蓿生物效應(yīng)的影響

周春生，龔萍，劉偉，王岳，關(guān)海波，牟艷軍

改性膨潤(rùn)土對(duì)沙地土壤改良及紫花苜蓿生物效應(yīng)的影響

周春生1,2,3，龔萍1,2,3，劉偉1,2,3，王岳1,2,3，關(guān)海波1,2,3，牟艷軍1,2,3

（1.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院，呼和浩特 010070；2.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 祖國(guó)北疆資源利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展院士專家工作站，呼和浩特 010070；3.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 資源環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010070）

【】探索改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)沙地土壤結(jié)構(gòu)、紫花苜蓿（L）生物效應(yīng)的影響，為提高沙地土壤持水性能及生產(chǎn)能力、紫花苜蓿產(chǎn)量及品質(zhì)提供參考。采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，用高廟子膨潤(rùn)土改性后摻入沙土（采自烏蘭布和沙漠）中制成試驗(yàn)用土，研究了改性膨潤(rùn)土摻量（0、3%、5%、7%、9%、11%）對(duì)土壤持水性能、土壤硬度、呼吸強(qiáng)度及紫花苜蓿生物效應(yīng)的影響。不同摻量處理均能提高土壤持水性能、土壤硬度及呼吸強(qiáng)度，同時(shí)促進(jìn)苗期紫花苜蓿的生長(zhǎng)。與CK相比各摻量處理的平均日耗水量降低了18.3%、22.2%、28.1%、39.6%、40.2%，灌溉水量節(jié)約了21.7%、22.6%、28.3%、38.1%、38.3%。干物質(zhì)量增加了146.4%、198.5%、-15.9%、-20.1%、-34.2%。紫花苜蓿葉片數(shù)增加了99.8%～492.9%，葉周長(zhǎng)增加了3.6%～411.4%，葉、莖貢獻(xiàn)率增加了1.8%～5.4%、5.9%～9.8%；比葉面積降低了55.7%～96.4%，根貢獻(xiàn)率降低了10.1%～12.6%。改性膨潤(rùn)土可改善沙地土壤性狀、提高持水性能，降低平均日耗水量，節(jié)約灌溉用水，同時(shí)提高了紫花苜蓿的產(chǎn)量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.0%～5.0%的改性膨潤(rùn)土摻量為此試驗(yàn)沙地紫花苜蓿種植的適宜摻量。

土壤改良；改性膨潤(rùn)土；苜蓿；生長(zhǎng)與產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】我國(guó)西北地區(qū)常年干旱少雨，土地沙化、退化嚴(yán)重，全國(guó)沙漠總面積的80%分布在西北地區(qū)的新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅。全國(guó)近40%的貧困縣、近25%的貧困人口分布在沙化、荒漠化地區(qū)，由沙化導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已嚴(yán)重影響著人們的生存與發(fā)展[1-2]。膨潤(rùn)土是火山剝離觸變形成的層狀礦物，主要成分為蒙脫石。我國(guó)膨潤(rùn)土儲(chǔ)量居世界第一位，主要分布在新疆、內(nèi)蒙古及東北三省。膨潤(rùn)土顆粒細(xì)小，粒徑小于0.002 mm的顆粒占30%～85%，吸水率高達(dá)240%，具有反復(fù)快速吸水、緩慢釋水的功能[3]。膨潤(rùn)土中富含動(dòng)植物所必需的常量及微量元素。將細(xì)粒徑量較高的膨潤(rùn)土摻入沙土中可有效增加沙土黏粒量，從根本上改善沙化土壤結(jié)構(gòu)、修復(fù)沙化土壤[4-5]。因此，開(kāi)展膨潤(rùn)土摻量對(duì)沙地土壤理化性質(zhì)、作物生物效應(yīng)影響的研究，對(duì)改善沙地土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力及生產(chǎn)能力，具有重要意義?！狙芯窟M(jìn)展】膨潤(rùn)土用于荒漠化治理，使荒漠土變成節(jié)水、節(jié)肥的植被土。膨潤(rùn)土可提高團(tuán)聚體數(shù)量及穩(wěn)定性，改善土壤理化性質(zhì)、增強(qiáng)土壤微生物及土壤酶活性，提高有機(jī)質(zhì)量及土壤肥力[6-7]。將膨潤(rùn)土、黏土按6%、15%混合摻入沙土中，發(fā)現(xiàn)其保水性、持水性最優(yōu)[8]。改性膨潤(rùn)土對(duì)豐富科爾沁沙地土壤微生物群落、細(xì)菌群落，降低真菌群落多樣性和豐度效果顯著[9]。膨潤(rùn)土使沙地玉米出苗率提高1.2%～8.8%，幼苗株高日增量提高0～23.5%，幼苗干物質(zhì)增長(zhǎng)率提高1.4%～34.6%。膨潤(rùn)土可作為天然改良劑，用于沙地退化土壤的快速修復(fù)[10-11]。在西北干旱、半干旱地區(qū)沙地僅第1年施用膨潤(rùn)土，5 a后，玉米籽粒和干物質(zhì)量、產(chǎn)量及水分利用率均提高50%[12-13]。膨潤(rùn)土可改善燕麥生物學(xué)性狀，提高燕麥產(chǎn)量，且具有長(zhǎng)效性，第2年、第3年較CK增產(chǎn)10.7%、11.5%，第5～6年達(dá)到最佳[14-15]?！厩腥朦c(diǎn)】膨潤(rùn)土修復(fù)土壤技術(shù)的發(fā)展為沙化土壤治理提供了有效途徑，因此，如何因地制宜地確定具體措施，尋求最佳摻量，仍需要在不同地區(qū)，結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)展深入研究。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】因此，本試驗(yàn)選用低成本、儲(chǔ)量豐富的膨潤(rùn)土材料進(jìn)行改性，研究其對(duì)荒漠沙地土壤理化性質(zhì)及紫花苜蓿生物效應(yīng)的影響，篩選出對(duì)沙地土壤結(jié)構(gòu)及紫花苜蓿生長(zhǎng)最佳的摻量，以期為荒漠化防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

供試紫花苜蓿品種為牧歌401+Z（L）。試驗(yàn)土壤取自烏蘭布和沙漠，取樣深度0～30 cm，混合均勻備用。試驗(yàn)用土粒徑分布如表1所示。供試沙土以細(xì)沙為主，0.05～0.25 mm的顆粒量占98.9%。供試膨潤(rùn)土取自內(nèi)蒙古興和縣高廟子膨潤(rùn)土礦，其物理性質(zhì)指標(biāo)如表2所示。該膨潤(rùn)土具有較大的比表面積及陽(yáng)離子交換量。供試煤矸石取自內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海雀兒山煤礦，將煤矸石粉碎后與膨潤(rùn)土按1∶8混合均勻，控制含水率為30%條件下陳化20 d，制成改性膨潤(rùn)土。改性膨潤(rùn)土含有植物生長(zhǎng)所需的常量和微量元素，通過(guò)與煤矸石混合陳化后，有機(jī)碳量增加，呼吸能力提高，土壤透氣性能增強(qiáng)。采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，盆高32.0 cm，盆口直徑28.5 cm，盆底直徑22.0 cm。于2018年9月22日播種，生育期內(nèi)平均室溫為22.3 ℃，平均濕度為41.2%。

表1 試驗(yàn)用土粒徑分布

表2 膨潤(rùn)土物理性質(zhì)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按改性膨潤(rùn)土質(zhì)量百分比設(shè)置6個(gè)處理（0、3%、5%、7%、9%、11%），每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。充分灌溉48 h后取樣，在（105±5）℃條件下烘干，參照田間持水率測(cè)試方法，計(jì)算土樣持水率FC，結(jié)合持水率設(shè)計(jì)灌水量，灌水處理上限80%FC，下限65%FC。按80%FC灌水，24 h后播種。選取顆粒飽滿的紫花苜蓿種子，75%乙醇種皮表面消毒30 s，10%次氯酸鈉滅菌5 min，滅菌后用蒸餾水沖洗3次后播種。播種密度30粒/盆，播種深度1.5 cm，播種后輕壓，密實(shí)土壤以利于種子與土壤充分接觸吸收水分。統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，計(jì)算出苗率，株高達(dá)到2.5 cm后進(jìn)行間苗，每盆留3株健壯、長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗。

1.3 指標(biāo)測(cè)量

采用稱質(zhì)量法控制不同處理含水量。每日18:00—19:00用電子秤稱質(zhì)量記錄，計(jì)算日耗水量和灌水量，含水率低于下限時(shí)灌水至上限。播種120 d后，整株取出沖凈，將根莖葉分離，裝入牛皮紙袋，置于105 ℃烘箱中殺青30 min，在65 ℃下烘干至質(zhì)量恒定[16]。用鋼卷尺測(cè)定株高，每盆測(cè)定3株，取平均值，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。測(cè)定時(shí)，齊地面測(cè)量至植株頂端，每10 d測(cè)定1次。選擇平整地面，將土壤硬度計(jì)SC900尖端部分緩慢勻速（速度小于2.54 cm/min）垂直向下推入土壤中（美國(guó)農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)），通過(guò)顯示屏讀取0、2.5、5.0 cm深處土壤硬度。每盆測(cè)定3個(gè)點(diǎn)，取平均值。用LA-S植物圖像分析系統(tǒng)對(duì)根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)、葉寬、葉長(zhǎng)、葉面積、葉周長(zhǎng)等指標(biāo)進(jìn)行掃描分析。CO2累積量用Soilbox-343土壤呼吸儀測(cè)定。比葉面積計(jì)算式為：

=/， （1）

式中：為比葉面積（cm2/g）；為葉面積（cm2）；為干葉片質(zhì)量（g）。

通過(guò)植物圖像分析儀掃描根系，得到BMP圖形文件，用根系分析軟件對(duì)之分析，在根系圖上繪制邊長(zhǎng)為的正方形，每個(gè)邊長(zhǎng)下根系穿過(guò)的正方形個(gè)數(shù)計(jì)為r，取lg和lgNr為橫縱坐標(biāo)作圖，其回歸方程為lgr=lg+lg，表示分形維數(shù)。分形維數(shù)越高，表示根系越發(fā)達(dá)，lg表示分形豐度，其值越大，表示根系在土壤中擴(kuò)展的體積越大[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用IBM SPSS Statistics 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用多重比較均值的方法檢驗(yàn)不同處理間差異的顯著性水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)土壤性能影響

2.1.1 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)土壤呼吸的影響

如圖1（a）所示，CO2累積量與改性膨潤(rùn)土摻量正相關(guān)，其線性擬合函數(shù)如表3所示。從表3可以看出，改性膨潤(rùn)土摻量與CO2累積量線性擬合相關(guān)系數(shù)均大于0.98，相關(guān)性較高。

表3 不同處理土壤CO2累積量線性擬合函數(shù)

隨著改性膨潤(rùn)土摻量的增加，CO2累積曲線斜率逐漸增大，改性膨潤(rùn)土摻量由0增至11.0%時(shí)，15 min內(nèi)CO2累積量增加了57.3%～121.1%。改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)CO2通量影響較顯著（＜0.05）圖1（b）（圖中不同小寫(xiě)字母表示處理間存在顯著差異（＜0.05），下同）。改性膨潤(rùn)土摻量由0增至11.0%，CO2通量增加了56.1%～421.0%。由圖1（c）可知，改性膨潤(rùn)土摻量為3.0%～11.0%時(shí)，15 min內(nèi)空氣濕度逐漸增大，最低為53.2%，最高為71.7%。由圖1（d）可知，土壤硬度與改性膨潤(rùn)土摻量呈正相關(guān)，改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)土壤硬度影響較顯著（＜0.05），縱深方向上，土壤硬度與縱深呈正相關(guān)。改性膨潤(rùn)土摻量由0增至11.0%時(shí)，5.0 cm土壤深度處土壤硬度較CK增加了184.4%～839.1%。

2.1.2 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)日耗水量的影響

由圖2、圖3可知，生育期內(nèi)平均日耗水量、灌水總量與改性膨潤(rùn)土摻量成負(fù)相關(guān)，改性膨潤(rùn)土對(duì)平均日耗水量、灌水總量有顯著影響，摻入改性膨潤(rùn)土后，生育期內(nèi)平均日耗水量、灌水總量顯著低于CK（<0.05）。改性膨潤(rùn)土摻量由3.0%增加至11.0%時(shí)，紫花苜蓿平均日耗水量、灌水總量較CK降低了18.3%～40.2%、21.7%～38.3%?？傮w上看，隨著改性膨潤(rùn)土摻量的增加，沙土平均日耗水量、灌水總量逐漸降低，且變化幅度逐漸減小。改性膨潤(rùn)土摻量由3.0%至11.0%時(shí)，平均日耗水量較CK分別降低了18.3%、22.2%、28.0%、39.6%、40.2%、灌水總量較CK降低了21.7%、22.6%、28.3%、38.2%、38.3%。改性膨潤(rùn)土摻量由9.0%到11.0%，平均日耗水量降幅僅變化了0.5%。灌水總量降幅僅變化了0.1%。從保水性、持水性、經(jīng)濟(jì)可行方面分析，3.0%～9.0%的改性膨潤(rùn)土摻量為較優(yōu)摻量。

綜上所述，摻入改性膨潤(rùn)土可有效改善沙土性狀，提高土壤保水、持水能力，有效節(jié)約灌溉用水。

圖2 生育期內(nèi)平均日耗水量

2.2 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿生物學(xué)性狀的影響

2.2.1 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿出苗率及株高影響

由圖4可見(jiàn)，改性膨潤(rùn)土不同程度提高了紫花苜蓿出苗率。改性膨潤(rùn)土摻量為3.0%～11.0%時(shí)，紫花苜蓿出苗率提高了21.6%～48.6%。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性膨潤(rùn)土摻量為11.0%時(shí)，表層土壤出現(xiàn)板結(jié)，因改性膨潤(rùn)土摻量的增加，土中黏粒量增加，可能會(huì)導(dǎo)致土壤中毛細(xì)孔隙減少，通氣、透水性變差。出苗期前后，室溫20 ℃左右，相對(duì)濕度37%，因空氣干燥，表層蒸發(fā)量較大，造成土壤表層板結(jié)。但此時(shí)含水量仍未至下限（65%FC）。板結(jié)的土壤表層可能阻礙了紫花苜蓿的出苗，因此改性膨潤(rùn)土摻量為11.0%時(shí)，出苗率有所降低。由圖5可看出，紫花苜蓿植株生長(zhǎng)大致分為2個(gè)階段，出苗至20 d為第一階段，該階段植株生長(zhǎng)速度快，不同處理間差異不顯著（>0.05）。20 d后植株生長(zhǎng)速度減緩。株高與改性膨潤(rùn)土摻量成正比，但差異較小。

圖3 生育期內(nèi)灌水總量

2.2.2 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿生物量累積影響

圖6為紫花苜蓿生物量。從圖6（a）可以看出，不同處理苗期紫花苜蓿干物質(zhì)量總體較低，但不同處理間干物質(zhì)量差異較大。改性膨潤(rùn)土摻量為3.0%、5.0%時(shí)，地上、地下干物質(zhì)量較CK分別增加了355.9%、459.6%，67.4%、99.9%。總干物質(zhì)量較CK增加了146.1%、198.1%。3.0%～5.0%的改性膨潤(rùn)土摻量為試驗(yàn)沙地紫花苜蓿增產(chǎn)適宜摻量。圖6（b）為紫花苜蓿干物質(zhì)量分配圖，由圖6（b）可知，紫花苜蓿根貢獻(xiàn)率＞葉貢獻(xiàn)率＞莖貢獻(xiàn)率，隨著改性膨潤(rùn)土摻量的增加，根貢獻(xiàn)率逐漸降低。改性膨潤(rùn)土摻量為11.0%時(shí)，根貢獻(xiàn)率較CK減小了12.5%；莖、葉貢獻(xiàn)率較CK增加了8.6%、4.1%。由圖6（c）、圖6（d）可知，改性膨潤(rùn)土的摻入，使紫花苜蓿葉莖比呈不同程度增大，根冠比呈不同程度減小，改性膨潤(rùn)土摻量為11.0%時(shí)，紫花苜蓿葉莖比較CK增加了36.5%，根冠比較CK降低了24.4%。

圖4 紫花苜蓿出苗率

圖5 紫花苜蓿株高

圖6 紫花苜蓿生物量

2.2.3 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿葉片形態(tài)的影響

由表4可知，施入改性膨潤(rùn)土后，紫花苜蓿葉片數(shù)、葉周長(zhǎng)顯著高于CK（＜0.05），改性膨潤(rùn)土摻量為0～11.0%時(shí)，葉片數(shù)增加了80.0%～453.3%；葉片長(zhǎng)增加了3.4%～56.5%；葉片寬降低了1.8%～35.0%；葉面積增加了7.4%～136.3%；葉周長(zhǎng)增加了3.6%～411.3%；比葉面積降低了53.7%～96.4%。改性膨潤(rùn)土摻量為5.0%時(shí)，紫花苜蓿長(zhǎng)勢(shì)較好，葉片數(shù)較CK增加了453.3%；葉片長(zhǎng)增加了56.5%；葉片寬降低了10.7%；葉面積增加了101.8%；葉周長(zhǎng)增加了411.3%；比葉面積降低了96.4%。

2.2.4 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿根系發(fā)育的影響

由表5可知，改性膨潤(rùn)土對(duì)紫花苜蓿根長(zhǎng)、根表面積、分叉數(shù)、根尖數(shù)、根體積及分形維數(shù)影響相似，大體上呈先增加后減小，施入改性膨潤(rùn)土，紫花苜蓿根長(zhǎng)顯著高于CK（<0.05）。與CK相比，改性膨潤(rùn)土摻量5.0%～11.0%時(shí)，根長(zhǎng)減小了50.9%～60.1%；根表面積減小了31.8%～43.2%；分叉數(shù)降低了29.2%～48.3%；根尖數(shù)降低了34.0%～51.0%；平均直徑降低了14.1%～29.8%；根體積降低了21.7～36.8%。3.0%～11.0%的改性膨潤(rùn)土摻量，均不同程度改變了紫花苜蓿根系形態(tài)指數(shù)。

表4 紫花苜蓿葉性狀指數(shù)

注 表中數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；數(shù)值后不同小寫(xiě)字母表示處理間存在顯著差異（＜0.05），下同。

表5 紫花苜蓿根系形態(tài)指數(shù)

3 討論

3.1 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)灌水量及土壤性狀的影響

在西北干旱、半干旱地區(qū)，施加膨潤(rùn)土可有效節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉水量，同時(shí)提高土壤肥力，特別是在砂質(zhì)土、砂壤土質(zhì)中表現(xiàn)明顯。施用膨潤(rùn)土明顯提高了風(fēng)沙地土壤微生物、碳、氮、磷量以及土壤酶活性[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，改性膨潤(rùn)土提高了沙土持水性能，紫花苜蓿生育期內(nèi)平均日耗水量、灌總水量顯著降低；土壤CO2累積量、CO2通量增大，土壤硬度增加。將改性膨潤(rùn)土摻入沙土后，含交換性鈉離子的黏粒量增加，土壤粒徑級(jí)配較均勻。因此，干燥后，土壤表層出現(xiàn)結(jié)皮，形成固結(jié)層，土壤黏結(jié)性增強(qiáng)。表層結(jié)皮可有效減小土壤水分蒸發(fā)，有利于土壤儲(chǔ)存水分，有效提高起沙風(fēng)速臨界值，對(duì)于防風(fēng)固沙有重要作用，該研究結(jié)論與前人研究結(jié)果一致[19]。CO2初始值隨著觀測(cè)順序而增大，最小值為711.7 mg/m3，最高值為738.6 mg/m3，CO2初始值反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)CO2量，可能是實(shí)驗(yàn)室密閉，觀測(cè)人員呼吸使室內(nèi)CO2量逐漸升高。隨后CO2值為土壤呼吸產(chǎn)生。不同處理在155s左右相交，CO2量756 mg/m3。由圖1（a）還可以看出，隨著改性膨潤(rùn)土摻量的增加，CO2累積量、CO2通量增大。原因是摻入的改性膨潤(rùn)土為烏海雀兒山煤礦煤矸石與興和縣高廟子膨潤(rùn)土1∶8混合陳化改性制成。隨著改性膨潤(rùn)土摻量的增加，煤矸石量增大，因此，土壤呼吸測(cè)試主要是以土壤中的有機(jī)或無(wú)機(jī)碳為主的異養(yǎng)呼吸，即改性膨潤(rùn)土可促進(jìn)土壤呼吸，有效提高土壤肥力。

3.2 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿葉片、根系發(fā)育的影響

本研究表明，改性膨潤(rùn)土促進(jìn)了紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育，葉片數(shù)增多，葉片長(zhǎng)增加，葉片寬變窄，葉面積增大，葉周長(zhǎng)增大，比葉面積減小。主要原因可能是摻入改性膨潤(rùn)土后土壤團(tuán)聚體量增加，供植物生長(zhǎng)所需的常量和微量元素量增加，土壤持水能力增強(qiáng)，有利于紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育。另外，可能是室內(nèi)盆栽通風(fēng)效果相對(duì)不良，葉片窄長(zhǎng)。

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，也最先對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境變化做出反應(yīng)。根系形態(tài)、生理特性、發(fā)育情況可通過(guò)根系分形維數(shù)反映，根系分形維數(shù)越高，側(cè)根、細(xì)根數(shù)量越多，根系越發(fā)達(dá)[20-22]。本研究表明，CK紫花苜蓿根長(zhǎng)較長(zhǎng)，分叉、側(cè)根較多，根表面積較大，地下生物量較大。摻入改性膨潤(rùn)土后，紫花苜蓿根長(zhǎng)、根表面積、分叉數(shù)、根尖數(shù)均不同程度降低，平均根直徑則不同程度增加。不同改性膨潤(rùn)土摻量處理的盆栽紫花苜蓿根系分形維數(shù)在1.234～1.337之間，改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿根系分形維數(shù)影響不顯著。3.0%～5.0%的改性膨潤(rùn)土摻量有效修復(fù)了沙地土壤結(jié)構(gòu)，提高了土壤肥力，為紫花苜蓿根系發(fā)育提供了有利條件，根系向更深更廣方向發(fā)展的優(yōu)先秩序改變，因此根長(zhǎng)、根表面積、分叉數(shù)、根尖數(shù)均呈不同程度降低，分形維數(shù)減小。

3.3 改性膨潤(rùn)土摻量對(duì)紫花苜蓿生物量的影響

葉莖比是反應(yīng)紫花苜蓿品質(zhì)的指標(biāo)之一，葉莖比越大，紫花苜蓿節(jié)間越短，莖質(zhì)量越小，適口性越好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[23-24]。本研究紫花苜蓿干物質(zhì)量累積總體較低，可能是烏蘭布和沙漠沙土貧瘠，缺乏植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)土壤水分、脅迫程度、盆栽根系發(fā)育空間等因素抑制了紫花苜蓿生長(zhǎng)，導(dǎo)致生物量累積較低。摻入改性膨潤(rùn)土后，紫花苜蓿葉莖發(fā)育及貢獻(xiàn)率均有不同程度提高，根貢獻(xiàn)率不同程度降低。改性膨潤(rùn)土有較強(qiáng)的吸水性能，因此土壤持水能力增強(qiáng)，土壤團(tuán)聚體、土壤微生物量增加，土壤酶活性及土壤肥力增強(qiáng)，為紫花苜蓿的生長(zhǎng)發(fā)育提供了有利條件，因此，摻入改性膨潤(rùn)土后，紫花苜蓿葉片變長(zhǎng)、葉面積增大，根系發(fā)育優(yōu)先程度降低，根系貢獻(xiàn)率減小，葉莖貢獻(xiàn)率增加，產(chǎn)量增加。

4 結(jié)論

1）改性膨潤(rùn)土有效促進(jìn)了土壤呼吸，提高了沙地土壤持水率，平均日耗水量和灌水總量隨改性膨潤(rùn)土摻量的增加而降低。改性膨潤(rùn)土摻量為3.0%～11.0%時(shí)，平均日耗水量較CK降低了18.3%～40.2%，生育期內(nèi)灌水總量降低了21.7%～38.3%。

2）改性膨潤(rùn)土可促進(jìn)沙地紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育，提高沙地紫花苜蓿產(chǎn)量。改性膨潤(rùn)土摻量為3.0%～5.0%時(shí)，紫花苜蓿干物質(zhì)量增加了146.1%～198.1%。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，改性膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.0%～5.0%為此試驗(yàn)沙地紫花苜蓿種植的適宜摻量。

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Amending Sandy Soils with Modified Bentonite to Improve Its Physical Properties and Crop Growth

ZHOU Chunsheng1,2,3, GONG Ping1,2,3, LIU Wei1,2,3, WANG Yue1,2,3, GUAN Haibo1,2,3, MOU Yanjun1,2,3

(1. College of Resources and Environmental Economics, Inner Mongolia University of Finance and Economics, Hohhot 010070, China; 2. Academician & Expert Workstation of Inner Mongolia University of Finance and Economics on Coordinated Development of Resource Utilization and Environmental Protection, Hohhot 010070, China; 3. Resources and Environment Monitoring Laboratory of Inner Mongolia University of Resources and Economics, Hohhot 010070, China)

【】Sandy soil is less fertile and poor in water-holding capacity. The objective of this paper is to experimentally investigate the efficacy of amending it with modified bentonite to improve its physical properties and yield of alfalfa ().【】 The experiment was conducted in pots packed with sandy soil taken from the Ulan Buhdesert which was amended with the modified bentonite at ratios (weight/weight) ranging from 0 to11%. For each treatment, we measured the change in water-holding capacity, soil hardness, soil respiration, and the development and ultimate yield of the alfalfa【】Adding modified bentonite to the soil increased its water holding capacity, hardness and respiration, as well as alfalfa growth, regardless of the amending ratios. Compared with CK without bentonite amendment, the amendment at ratio of 3%, 5%, 7%, 9% and 11% reduced daily water consumption of the alfalfa by 18.3%, 22.2%, 28.1%, 39.6% and 40.2%, respectively, saved irrigation water by 21.7%, 22.6%, 28.3%, 38.1% and 38.3% respectively, and increased dry mass of the alfalfa by 146.4%, 198.5%, -15.9%, -20.1%, -34.2% respectively. Benitoite amendment also increased the leaf numbers of the crop by between 99.8% and 492.9%, leaf circumference between 3.6% and 411.4%, depending on the amending ratio. We also found that bentonite amendment altered the composition of biomass of the alfalfa with the contribution from leaves and stems increasing from 1.8% to 5.4%, and 5.9% to 9.8% respectively, but reduced the specific leaf area ratio by 55.7% to 96.4% and fraction of root biomass by 10.1% to 12.6%, depending on the amending ratio.【】 Amending the sandy soil with modified bentonite can improve its physical properties, reduce daily water consumption of alfalfa while in the meantime increasing irrigation water use efficiency and the ultimate crop yield. For the alfalfa variety we studied, an amending ratio in the range of 3.0%～5.0% was optimal.

soil amendment; modified Bentonite; alfalfa; growth and yield

TV433+3

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020566

1672 - 3317（2021）07 - 0016 - 07

周春生, 龔萍, 劉偉, 等. 改性膨潤(rùn)土對(duì)沙地土壤改良及紫花苜蓿生物效應(yīng)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(7): 16-22.

ZHOU Chunsheng, GONG Ping, LIU Wei, et al.Amending Sandy Soils with Modified Bentonite to Improve Its Physical Properties and Crop Growth[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 16-22.

2020-10-15

內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)廳項(xiàng)目（202076）；內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項(xiàng)課題（SB2018004）；國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目（19XMZ102）；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2019MS04020，2020MS05018，2020BS03001）

周春生（1977-），男，山東人。副教授，博士，主要從事土壤污染防治及膨潤(rùn)土應(yīng)用技術(shù)方面的教學(xué)研究工作。E-mail: zhouchunsheng121@163.com

責(zé)任編輯：趙宇龍