内蒙古河套灌区位于内蒙古自治区巴彦淖尔盟境内,地处黄河内蒙古段中上游区域,是我国三个特大型灌区之一。随着我国逐步向节水型经济转变,如何通过新科技、新材料进行灌溉制度和调控措施的完善以及如何提高干旱半干旱地区水资源利用效率是当前农业现代化改革的重要内容。面对灌区强烈的蒸发和渗漏损失及盐渍化现状,如何解决在保证农作物产量的情况下,减少农业用水损失量,避免土壤盐渍化效应等是目前土壤研究的焦点。通过施入土壤改良剂,改善土壤物理化学性质,从而提高土壤保水能力的措施是保产节水的可行方案之一。本文通过土柱模拟试验及田间实际耕作土壤试验,选用保水剂(Super Absorbent Polymers)和秸秆生物炭(Straw Biochar)作为土壤改良剂分别对土壤入渗、土壤蒸发、土壤水盐运移、土壤团聚体及作物生长指标和产量等方面的影响及作用机理进行研究,以期为提高灌区耕作土壤用水效率提供理论依据。主要研究成果和创新点如下:(1)通过室内土柱模拟试验与实际田间试验相结合的方法研究土壤改良剂对土壤入渗能力的影响。结果表明,保水剂和生物炭均能改善研究区耕作层土壤入渗能力,但二者在作用机理,入渗速率及累计入渗量方面具有显著不同,并且在实际田间试验中生物炭对研究区土壤入渗能力改善效果更理想,对地表入渗速率增加幅度达45.45～56.82%,累积入渗量增幅达37.6%～44.6%。根据生物炭施用量和入渗速率进行线性回归关系得出,当用量为30.62 t/hm2时稳定入渗速率为0.00683 cm/min,认为经验模型Kostiakov较适于描述研究区入渗规律。(2)分别在模拟蒸发条件及实际蒸发条件下,研究两种土壤改良剂对土壤蒸发过程的影响。结果表明,施用两种土壤改良剂都能够起到抑制土壤蒸发的效果,但生物炭可以更为持久的延缓土壤水分蒸发损失,生物炭田间试验各处理累积蒸发量分别较 CK 减少 9.58%(Bo-10)、6.28%(Bo-20)、10.95%(Bo-30)、4.2%(Bo-50);生物炭可以延缓土壤含水率下降到田间持水量的时间,其次施入生物炭还可以增加每日夜间下层土壤向上输送水量,根据每个生育期内连续监测3天日夜含水率的数据显示苗期补给量增幅达18.52%～79.62%、拔节期达55.81%～202.38%、抽雄期达270.83%～587.5%、成熟期 6.66%～61.64%。(3)通过监测模拟土柱试验及实际耕作土壤施加改良剂前后盐分动态变化规律得出,两种土壤改良剂对土壤返盐均起到一定的抑制效果,其中施入保水剂的处理表现出对玉米苗期和拔节初期起到了抑制盐分的效果,但从拔节中期逐渐开始积盐;而施入生物炭的处理对玉米整个生育期起到了抑制返盐的效果,只在成熟期返盐效应开始明显。生物炭对土壤离子含量的影响分析中表现出可以增加钙离子、镁离子以及钾离子的浓度,对作物吸收,以及光合效应起到促进作用。(4)针对河套灌区常年施用无机肥致使土壤结构改变、土壤保肥能力降低的问题,对土壤团聚体和土壤水稳性团聚体在施加土壤改良剂前后进行对比研究。从总体趋势来看,施入的两种改良剂对研究区土壤都具有增加水稳性团聚体的能力,对土壤表层(0～15 cm)水稳性大团聚体都呈降低趋势,微团聚体呈现出随着粒径的减小其颗粒含量增加;而在下层土壤中(15～30 cm),水稳性大团聚体均呈显著增加,各保水剂处理 S-3、S-6、S-9、S-12 分别较 CK 增加 159.3%、132.3%、134.5%、168.1%,生物炭处理分别较 CK 增加 Bo-10:75.6%、Bo-20:78.24%、Bo-30:143.2%、Bo-50:74.22%,其他粒径的团聚体呈不同程度的减少且随着生物炭用量的增加逐渐呈现增加趋势,但差异不显著。根据保水剂施用量与GMD(水稳性团聚体几何平均直径)间的线性回归关系得出,当保水剂用量达到86.66 kg/hm2时水稳性团聚体增长达到最大,而生物炭对土壤有机质含量也具有明显影响,在不同施用水平下有机质含量总体趋势表现为:Bo-50>Bo-30>Bo-20>Bo-10>CK,在深度方向上有机质含量变化表现为:0～15cm>15～30cm>30～60cm;根据生物炭、GMD及有机质含量之间的三维面相关关系得出,当土壤团聚体粒径达到最大时,生物炭施用量达到29.38 t/hm2,有机质含量相比于CK增加了 25.71%。(5)通过监测影响玉米生长的主要气象因子以及供试作物玉米生育期内的不同改良剂对玉米生理指标及产量的影响,具体研究了两种改良剂对土壤温度、光合速率、玉米生长指标等方面的影响。结果表明:两种改良剂对研究区表层0～20 cm地温均起到一定保温作用,但在玉米全生育期内,生物炭处理组比保水剂处理组对土壤表层的升温与降温的缓冲作用更显著,其中生物炭处理Bo-30和Bo-50温度显著高于CK,温差范围分别为:-0.98～0.72℃和0.82～2.17℃;两种土壤改良剂对玉米的光合速率同样具有促进作用,但在光合速率测定初期,生物炭对玉米叶片光合速率促进效果更明显;保水剂和生物炭对玉米籽粒行粒数、穗行数、百粒重、公顷产量都具有一定程度的增加,但生物炭整体增加梯度更为稳定,且最终产量增加值最高,达到了 11.88%,即 16131.21 kg/hm2。因此,生物炭可以更好的对研究区土壤进行改良,从而达到节水、保肥、增产等效果。