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水分是限制黄土高原地区植被恢复和农业发展的主要因素,添加土壤改良剂是该地区提高土壤水资源利用效率、促进粮食增产的重要途经之一。土壤改良剂既能提高土壤的储水能力,但同时也易影响或降低作物在干旱条件下从土壤中吸收水分的能力,因此,添加土壤改良剂对雨养地区作物生长的影响是一个十分复杂的问题,受土壤类型、改良剂掺量和气象条件的综合影响。粘土矿物凹凸棒土（Attapulgite,ATP）分布广泛,其特殊的胶体性质和晶体结构使其在改善土壤理化性质方面具有优异的性能,且包含植物所需的恒定和微量元素而被作为土壤改良剂应用于土壤。本文以ATP为研究对象,选取黄土高原四种不同质地的典型土壤（塿土、黑垆土、黄绵土、风沙土）,设置5种ATP添加量（0%、1%、2%、3%、4%）,通过开展室内试验、玉米盆栽试验和玉米大田试验,系统的分析ATP对黄土高原典型土壤的水力特性、土壤结构及土壤水分有效性的影响,初步构建了含ATP掺量的水分特征曲线模型,借助SWMS＿2D模型通过模拟土壤一维水分运动过程以验证含ATP土壤水分特征曲线的可靠性,并采用DSSAT作物模型对黄土高原三个站点（杨凌、长武、延安）玉米产量进行模拟,探索黄土高原典型地区施用ATP对玉米产量的影响及合理掺量。本文的主要研究结果如下:（1）通过测定土壤水分特征曲线及土壤团聚体稳定性,结果表明:施用ATP可提高土壤持水能力、降低土壤导水率、增强土壤稳定性。四种类型土壤的田间持水量、凋萎含水量与有效含水量均与ATP添加量呈正相关关系,塿土、黑垆土、黄绵土、风沙土的平均有效含水量较对照处理分别增加4.01%、3.40%、13.66%、14.94%;利用改进的van Genuchten模型并结合遗传算法对含ATP土壤的水力参数进行拟合,进而构建适用于含ATP土壤的土壤水分特征曲线模型;ATP添加降低了土壤非饱和传导度、容水度和扩散度;当ATP施加量≤3%时,施加ATP可提高土壤机械稳定性和水稳定性,ATP施加量高于3%时,ATP的添加降低了土壤水稳定性。（2）通过微型蒸发器在进行土壤蒸发试验,探究ATP对不同类型土壤蒸发过程和蒸发面裂缝特征的影响,结果表明:当ATP添加量＜3%时,四种类型土壤蒸发量均随ATP添加量的增加而减小,ATP添加量高于3%时,塿土和黑垆土的蒸发损失率增加;粘粒含量较高的塿土和黑垆土添加ATP后其裂缝面积、裂缝孔径和分形维数显著增加,使得土壤有效蒸发面积增加从而加剧了土壤蒸发。（3）通过测定土壤饱和导水率、相对气体扩散率和土壤导气率,探究ATP添加下土壤水气传输特征以及与孔隙结构的相互关系,结果表明:土壤饱和导水率、相对气体扩散率和导气率均随ATP施加量的增加而减小,不同处理之间的差异取决于土壤孔隙特性（充气孔隙度、孔隙曲折度、孔隙连通性、孔径分布）;ATP添加使得土壤小孔隙增加、土壤大孔隙减少,小孔隙最大增加量为52.8%,大孔隙的最大减少量为35.2%;ATP添加降低了土壤孔隙连通度并增加了土壤孔隙曲折度;利用充气孔隙度和气体传输参数之间的关系通过土壤转换函数建立饱和导水率预测模型,误差分析表明相对气体扩散率较导气率对饱和导水率的计算效果更好。（4）通过盆栽试验测定玉米生长生理指标和光合生理参数,基于ATP对土壤水力特性的响应特征探究ATP对不同水分条件下玉米生理过程及土壤水分有效性的影响,结果表明:（1）对于三种水分调控,正常水分处理下,施加ATP降低了塿土种植玉米的株高和生物量,在干旱胁迫和干旱-复水处理下,施加ATP有利于塿土、黑垆土和黄绵土的玉米生长。（2）三种土壤中,ATP对玉米生长的促进作用表现为黄绵土＞黑垆土＞塿土,对塿土而言,ATP在干旱-复水和水分胁迫处理下对玉米生长有促进作用,在正常水分调控下添加ATP不利于玉米生长;对黑垆土和黄绵土而言,ATP在三种水分调控下对玉米生长均表现出促进作用。（3）不同ATP添加量下对不同类型土壤种植玉米其光合指标参数（叶片净光合作用、蒸腾作用、气孔限制值、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用效率）基于土壤相对含水量的变化均表现出阈值响应特征,土壤相对含水量偏离阈值一定程度时均会导致光合生理指标降低。（4）分析各处理不同光合参数的水分临界阈值及水分分级的差异,2%ATP处理下的土壤水分有效性高于4%ATP处理和对照处理,施加ATP后黑垆土和黄绵土土壤水分有效性高于塿土。（5）通过大田玉米试验,利用ATP对土壤水分特征曲线参数的影响特征,基于改进van Genuchten模型通过SWMS＿2D程序模拟不同ATP添加量下玉米生育期土壤水分运动过程,经与玉米不同生育期实测土壤剖面含水量进行对比,误差分析表明改进的van Genuchten模型可以较好的模拟土壤水分运动。为探讨有利于提高玉米产量的合理ATP掺量,利用DSSAT模型评估不同ATP添加量对杨凌（塿土）、长武（黑垆土）及延安（黄绵土）地区多年（2011-2020年）玉米产量的差异。结果表明:杨凌地区2011-2020年间玉米产量整体随ATP施加量的增加而减少,但在降雨量相对较小的年份玉米产量与ATP施加量呈正相关,延安地区玉米产量与ATP施加量呈正相关,长武地区玉米产量不同年间差异较大,在4%、6%及8%ATP施加量下出现拐点。这与土壤粘粒含量和作物生育期降雨量有关,总体表现出土壤粘粒含量小和降雨量较少的地区添加ATP有利于玉米生长,反之则不利于玉米生长,同时在有利于作物生长情况下粘粒或降雨量较小的地区掺量需适当增加,反之应减小掺量。添加土壤改良剂对作物生长的影响涉及到土壤类型、气候条件等多方面的因素,本文开展了多种典型土壤的室内、盆栽和大田试验,得出了一些系统性的结论,但由于时间和条件的限制,盆栽试验和田间试验均是在杨凌地区进行,在其它地区模拟研究的可靠性需进一步验证。因此今后应开展多种类型土壤和气候条件下添加ATP对多种作物生长的影响,以获得更为系统的结论。