滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法

摘要

滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法，根据本底土壤含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标，土壤旋耕后灌底墒水淋盐造墒。待特定深度土壤含盐量达到控盐目标值后，排出地表积水。根据作物类型施用一定比例的农家有机肥和复合肥，旋耕混匀后开墒覆膜播种，直接覆膜穴播或地表覆盖薄膜后打孔播种。该方法具有重复使用性，可针对每一季作物循环应用；作物换茬时，农家有机肥和基肥需单季单施；本方法应用次数越多，改土培肥效果越显著。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种滨海盐碱地旱作制度适用的控制土壤盐分和培肥地力的方法，属于沿海滩涂土地治理与农业利用技术领域。

 

背景技术

水资源亏缺与区域分布不均已成为制约沿海地区乃至我国经济社会、工农业发展的主要因素，尤其是对用水量占总用水量80%的农业起着决定性的制约作用。当前，农田灌溉用水量占农业用水量的90%，其中75%~80%是不能重复利用的消耗水量。随着我国经济社会的发展，有限的水资源状况决定了我国必须走节水农业的发展之路。

就我国滨海地区而言，尽管雨水资源相对丰沛，但季节性分布不均，雨季的雨水资源缺乏调蓄，导致旱季水资源较为缺乏。同时，滨海地区普遍存在土壤含盐量高，地下水埋深浅、矿化度高，土壤质地和结构差，土壤自然肥力水平低等特征。由此，对于滨海农作区，灌溉除了满足作物生长需水外，还承担着淋洗土壤盐分以保障作物健康生长的功能。从目前来看，沿海地区农业快速发展很大程度上是建立在高水耗基础上的，在旱季采用大水洗盐压盐仍是保障滨海地区作物正常生长和维持较高的经济产量的重要手段，水资源利用效率极低，这些都会导致未来滨海农作区水资源短缺矛盾愈来愈突出。因此，建立一种兼具控盐、节水和培肥土壤的方法对滨海农区水土资源的持续高效利用具有突出意义。

长期以来，灌溉和地面覆盖是被证明控制旱季土壤返盐的有效手段，秸秆还田和施用有机肥是快速改良盐碱地的有效方法。对于滨海盐碱区的旱作雨养农田，如何在利用尽可能少的淡水资源的前提下，维持作物根区不积聚太多盐分同时提升土壤肥力，以保证较高的经济目标产量已成为制约滨海盐碱地农业持续利用的现实问题。从灌溉洗盐来看，现阶段使用的灌水洗盐以缺乏精准高效的灌溉过程控制，使得控盐效果不能达到预期要求或者水资源浪费严重；此外，秸秆还田尽管具有控盐培肥效果，但在旱作系统下秸秆分解养分释放周期长，当季作物应用效果往往不理想。将精量灌溉洗盐、持续控盐和快速培肥相结合是加速滨海盐碱地脱盐熟化进程的有效途径，通过灌溉洗盐快速改善耕层土壤环境，施用有机肥为作物生长创造“淡化肥沃层”的生长环境，利用薄膜覆盖降低无效棵间蒸发以延缓或抑制耕层土壤返盐，维持灌溉洗盐的效果，提高水资源利用率并改善土壤理化性状，实现滩涂盐碱地的控盐、节水、改土的多重目标。

 

发明内容

解决的技术问题：本发明针对目前滨海盐碱地旱季水资源紧张、土壤返盐强烈的现状，以及土壤控盐方法单一、控盐过程监控手段落后、水资源利用效率低、地力培育进程慢等一系列现实问题，提出一套适合在滨海盐碱地旱作系统适用的控盐培肥方法。

技术方案：一种滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法。根据本底土壤含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标，土壤旋耕后灌底墒水淋盐造墒。待特定深度土壤含盐量达到控盐目标值后，排出地表积水。根据作物类型施用一定比例的农家有机肥和复合肥，旋耕混匀后开墒覆膜播种，直接覆膜穴播或地表覆盖薄膜后打孔播种。

首先，根据所种植作物苗期的耐盐阈值和种植前土壤本底含盐量确定是否需要灌溉，若土壤含盐量小于该阈值则无需灌溉。若土壤含盐量高于该阈值则需进行灌溉洗盐，灌溉前先对表土层旋耕，以打破土壤板结并疏松表土层，提高表土层淋盐效率。以种植作物的耐盐阈值作为灌溉控盐目标值，采用淡水间歇交替灌溉方法在作物播种前7~10天进行灌溉洗盐，利用四电极盐分传感器实时监控作物主要根系层深度处土壤脱盐过程，当该位置土壤盐分的传感器实时监测值降至灌溉控盐目标值时则为停止灌溉；其次，根据作物类型施用一定比例的农家有机肥和复合肥，其中农家有机肥1000 kg/亩，复合肥根据作物类型确定，这两种肥料均作为基肥均匀施入；然后，旋耕松土拌肥，对不超过30 cm深度土层旋耕，将含盐量较低的旋耕土层与有机肥、基肥搅拌混匀；最后，开墒播种覆膜，用机械开沟营造高畦，在畦上播种，麦类作物使用覆膜穴播机一次完成播种和覆膜，玉米、直播棉花等机械覆膜后，在膜面打孔播种。

四电极盐分传感器的详细结构、原理可参见ZL 200710020347.2。该型传感器适用于埋藏式和插入式，不仅可用于土壤盐分的动态的长期定位监测，也可用于土壤盐分的插入式快速直读，使用方便快捷，现已由中国科学院南京土壤研究所定型批量生产。

具体来说，滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法，步骤为：

（1）根据土壤本底含盐量和大麦-玉米作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标，土壤旋耕后灌底墒水淋盐造墒：

a. 根据土壤本底含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标：

保证大麦-玉米作物主要根系分布层的土壤盐分不高于该控盐标准，该轮作系统作物主要根系层深度和耐盐阈值如下：

玉米主要根系层在60 cm以内，耐盐阈值为1.7 g/kg，因此玉米种植区域60 cm深度处土壤含盐量应不高于1.7 g/kg；

大麦主要根系层在30 cm以内，耐盐阈值为6.0 g/kg，因此大麦种植区域30 cm深度处土壤含盐量应不高于6.0 g/kg；

b. 旋耕打破土壤板结以提高淋盐效率，结合对作物主要根系层深度处土壤盐分的四电极传感器监测，在作物播前灌底墒水洗盐造墒：

灌溉前首先对表土层20 cm旋耕，种植大麦时，在30~35 cm处埋设四电极盐分传感器，种植玉米时，在60~65 cm处埋设四电极盐分传感器；动态实时监测土壤含盐量，对土壤进行底墒水灌溉以压盐造墒，底墒水灌溉采用间歇交替灌溉方法，每次灌50 mm水量，每灌一次水，待其入渗后，再灌下次水，做到地表无积水；间歇灌溉期间，每隔2小时采集四电极盐分传感器数据，待该数据所反映的土壤含盐量不高于控盐指标后停止灌溉；

（2）以基肥的方式在土表施用一定量的农家有机肥和复合肥：

待土壤见干后，施用农家有机肥和复合肥：农家有机肥是指经过腐熟的畜禽粪便农家肥，其中有机质 ≥ 30 g/kg、全氮≥ 3.5 g/kg、全磷≥ 1.5 g/kg、速效钾≥ 200 mg/kg，每亩用量为鲜重1000千克；复合肥为不含铵离子和氯离子、N-P₂O₅-K₂O重量百分比为18-22-8或15-20-10的复合肥，大麦按全部用氮量的60~70%wt作为基肥施入，玉米按全部用氮量的30~40%wt作为基肥施入；

（3）再次旋耕，将土壤、农家有机肥与基肥搅拌混匀：

利用旋耕机对20 cm深度土层旋耕，疏松土壤，将含盐量较低的旋耕土层与有机肥、基肥搅拌混匀；

（4）机械开沟营造高畦：

机械开沟起高畦：针对冬季作物，畦床高出地面20~30 cm，畦背宽2.5~3.5 m，畦底宽15~25 cm；针对夏季作物，畦床高出地面25~35 cm，畦背宽2~3 m，畦底宽20~30 cm；

（5）畦上作物覆膜穴播：

起畦后1~2日内，在畦上播种，针对大麦，使用覆膜穴播机一次完成播种和覆膜，膜厚度0.006~0.008 mm；针对玉米，机械覆膜后在膜面打孔播种，农膜厚度以0.008~0.014 mm。

有益效果：

（1）节水并增强淋盐。在底墒水灌溉洗盐前，对0~20 cm深度土壤进行旋耕，打破板结层并疏松土壤，提高了该层的灌溉淋盐效率，缩短了灌溉淋盐至目标值所需的时间。采用四电极盐分传感器实时监控作物主要根系层深度处土壤脱盐过程，明确了灌溉控盐目标和停灌时间，减少了水资源损耗；同时，地面覆膜后降低了无效棵间蒸发量，减缓了深层土壤盐分随水分向表层聚集，提高了水分利用效率。

（3）促进“淡化肥沃层”形成。施用有机肥改善土壤理化性状，提高土壤透气透水能力，切断了土壤毛细管的连续性，增加土壤有机质、团聚体以及氮磷钾等养分含量，为作物生长创造相对稳定的“淡化肥沃层”。

（4）维持稳定生长环境。地表覆盖薄膜尽可能避免土壤与大气直接接触，有利于“淡化肥沃层”的维持，避免了滨海地区因夏季降雨集中，造成表土层养分大量淋失、耕层侵蚀、土壤板结等障碍。

（5）推广前景广阔。滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法将控盐、节水和培肥相结合，轻简、低成本且简便易操作，具有可全程机械化实施的优点，不仅适用于滨海盐碱地，而且在能满足一定灌溉条件、有机肥获取方便的华北地区乃至西北内陆盐碱地都具有相当的适用性。

 

附图说明

图1 为滨海盐碱地旱作系统的“上覆下改”控盐培肥方法示意图。图中：1旱作作物；2薄膜；3畦床高；4畦底宽；5畦背宽；6淡化肥沃层（旋耕层）；7淡化土层；8未扰动土层；

图2 利用本发明技术对大麦-玉米轮作地0~20 cm耕层土壤盐分动态影响的对比。每个数据点为4个土壤样品测定值的平均值±标准差SE；

图3 利用本发明技术对大麦-玉米轮作地0~20 cm耕层土壤饱和导水率影响的对比。每个数据点为4个土壤样品测定值的平均值±标准差SE；

图4 利用本发明技术对大麦-玉米轮作地0~20 cm耕层土壤水稳性团聚体含量影响的对比。每个数据点为4个土壤样品测定值的平均值±标准差SE；

图5 利用本发明技术对大麦-玉米轮作地0~40 cm土层玉米根长密度影响的对比。每个数据点为4个样点测定值的平均值±标准差SE；

图6 利用本发明技术对大麦-玉米轮作地玉米平均产量影响的对比。每个数据点为4个重复的平均值±标准差SE。

 

具体实施方式

以下的具体实施例是对本发明的进一步说明，而不意味本发明的内容仅限于所举实例的范围。

 

实施例1：

试验地块为位于江苏省东台市弶港镇东南首的黄海原种场，该地块于2003年围垦形成，于2007年开始农业种植，试验地东距黄海海岸线4.6公里。该试验区土壤质地为砂质壤土，砂粒、粉粒、粘粒的比例为22%、65%和13%，地下水埋深介于0.6~2.6 m，地下水盐分6.3 ~14.8 dS/m。该区土壤水盐运动剧烈且易反复，盐渍化与肥力地下是制约该区农业发展的最主要因素。

江苏省滨海中、重度盐碱地，0~20 cm耕层土壤含盐量为2.8~4.1 g/kg，pH为9.47，有机质含量为9.16 g/kg，全氮0.34 g/kg，碱解氮为31.11 mg/kg，有效磷为10.21 mg/kg，速效钾219.69 mg/kg。设3个重复，每个重复4 m²（试验小区规格2 m× 2 m）。种植制度为玉米—大麦轮作（旱作制），玉米品种为苏玉14，生育期6月中旬至10月下旬，大麦品种苏啤4号，生育期11月上旬至来年6月上旬。对照为当地常规种植方式。地点：江苏省盐城东台市弶港镇东南首黄海原种场，试验时间为2011年6月~2012年10月。试验地块于2003年围垦，已发展农业种植3年历史，试验地东距海岸线4.6公里。实验方案及结果参见附图1～6。

滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法。根据本底土壤含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标，土壤旋耕后灌底墒水淋盐造墒。利用四电极盐分传感器实时监控作物主要根系层深度处土壤脱盐过程，待特定深度土壤含盐量达到控盐目标值后，排出地表积水。根据作物类型施用一定比例的农家有机肥和复合肥，旋耕混匀后开墒覆膜播种，直接覆膜穴播或地表覆盖薄膜后打孔播种。该方法在每一季作物可循环使用，农家有机肥和基肥需单季单施。主要实施环节如下：

（1）根据土壤本底含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标，土壤旋耕后灌底墒水淋盐造墒

a. 根据土壤本底含盐量和所种植作物苗期的耐盐阈值确定土壤控盐目标

由于作物对盐分最敏感的时期一般为苗期，因此，根据所种植作物苗期的耐盐阈值范围可确定作物种植区域的土壤控盐标准。应保证作物主要根系分布层的土壤盐分不高于该控盐标准。作物主要根系层深度、盐敏感期和耐盐阈值如下：

玉米主要根系层在60 cm以内，为盐敏感作物，耐盐阈值为1.7 g/kg，因此玉米种植区域60 cm深度处土壤含盐量应不高于1.7 g/kg；

大麦主要根系层在30 cm以内，盐分敏感期为苗期和拔节孕穗期，耐盐阈值为6.0 g/kg，因此大麦种植区域30 cm深度处土壤含盐量应不高于6.0 g/kg；

b. 旋耕打破土壤板结以提高淋盐效率，结合对作物主要根系层深度处土壤盐分的四电极传感器监测，在作物播前灌底墒水洗盐造墒

灌溉前首先对表土层20 cm旋耕，以打破土壤板结并疏松表土层，提高表土层淋盐效率。同时，根据所种植作物品种的主要根系层深度、耐盐阈值和土壤控盐标准，结合四电极盐分传感器的动态实时监测，对滨海盐碱地进行底墒水精量灌溉以压盐造墒。四电极盐分传感器仅需在作物主要根系层深度处埋设即可。对于大麦，仅需在30~35 cm处埋设传感器，玉米需在60~65 cm处埋设传感器。底墒水灌溉采用间歇交替灌溉方法，每次灌50 mm水量，每灌一次水，待其基本入渗后，再灌下次水，做到地表无积水；间歇灌溉期间，每隔2小时采集四电极盐分传感器数据，待该数据所反映的土壤含盐量不高于控盐指标（作物耐盐阈值）后停止灌溉。

（2）以基肥的方式在土表施用一定量的农家有机肥和复合肥

待土壤见干后，根据所种植作物类型施用一定比例的农家有机肥和复合肥，这两种肥料均作为基肥均匀施入。农家有机肥是指经过腐熟的畜禽粪便农家肥（有机质 ≥ 30 g/kg、全氮≥ 3.5 g/kg、全磷≥ 1.5 g/kg、速效钾≥ 200 mg/kg），每亩用量为鲜重1000千克；根据滨海盐碱地应增氮补磷适钾的原则，施用不含铵离子和氯离子、N-P₂O₅-K₂O重量百分比为18-22-8或15-20-10的复合肥，施肥总量根据不同作物生育期内需肥特点和土壤肥力状况确定。以用氮量为例，大麦可将全部用氮量的60~70%wt作为基肥施入，玉米将全部用氮量的30~40%wt作为基肥施入。

（3）再次旋耕，将土壤、农家有机肥与基肥搅拌混匀

利用旋耕机对20 cm深度土层旋耕，一方面再次疏松土壤，另一方面可将含盐量较低的旋耕土层与有机肥、基肥搅拌混匀；旋耕深度一般不宜超过30 cm，以免将深层高含盐土壤翻至表层。由于灌溉洗盐后，土壤盐分在剖面上的分布呈现随深度增加而逐渐升高的趋势，因此，当灌溉后作物主要根系层深度处土壤盐分不高于耐盐阈值，0~20 cm土层盐分则大幅低于该阈值。如果土壤旋耕过深，将提高旋耕土层的平均土壤含盐量。

（4）机械开沟营造高畦

机械开沟起高畦。针对冬季作物，畦床高出地面20~30 cm，畦背宽2.5~3.5 m，畦底宽15~25 cm；针对夏季作物，因滨海地区雨水较集中，畦床高出地面25~35 cm，畦背宽2~3 m，畦底宽20~30 cm。

（5）畦上作物覆膜穴播

起畦后1~2日内，尽早在畦上播种，以免土壤水分损失。针对大麦、小麦等麦类作物，使用覆膜穴播机一次完成播种和覆膜，农膜不宜太厚或太薄，以厚度0.006~0.008 mm的可降解农膜为宜，太厚影响作物出苗，太薄易风化损坏影响土壤控盐效果。对于玉米、直播棉花等，机械覆膜后在膜面打孔播种，农膜厚度以0.008~0.014 mm为宜。

（6）技术方法单季循环使用

该方法具有重复使用性，可针对每一季作物循环应用；作物换茬时，农家有机肥和基肥需单季单施；本方法应用次数越多，改土培肥效果越显著。