东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法

摘要

东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法，它涉及一种供东北薄层黑土地玉米田的玉米秸秆、生物炭和有机肥还田的方法。本发明是为了解决连年单一有机物料的还田方式并非有利于东北薄层黑土地的玉米高产的问题，本方法：一、选地、玉米种植和收获；二、玉米秸秆全量还田；三、第二年春季整地、玉米播种、田间管理和收获；四、生物炭施入；五、第三年春季整地、玉米播种、田间管理和收获；六、有机肥施入。本方法充分发挥秸秆、生物炭和有机肥培肥土壤的能力，借助玉米秸秆、生物炭和有机肥培肥土壤，从而利于东北薄层黑土地的保护和利用。本发明属于秸秆、生物炭和有机肥还田的技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种供东北薄层黑土地玉米田的玉米秸秆、生物炭和有机肥还田的方法。

背景技术

东北黑土地区是世界四大黑土区之一，粮食产量占全国粮食总产量的1/4，为保障我国粮食安全做出了重要贡献。由于长期高强度重用轻养等原因，致使黑土地区土壤耕层变薄，以松嫩平原为例，耕作层不足20cm的比例达到50％以上；且犁底层增厚，土体结构不良，黑土“变薄、变瘦、变硬”。

玉米秸秆还田可有效提高土壤有机质含量。玉米秸秆中含有大量矿质元素，比如碳、磷、钾等，同时也含有大量的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机质，因此，玉米秸秆还田被认为是增加土壤有机质、土壤增碳培肥的有效措施。近年来在东北黑土地区应用广泛。但由于东北地区冬春季气候冷凉，秸秆还田量过大可能造成土壤中秸秆积累增加，降低秸秆腐解过程，进而影响玉米生长发育和产量形成。由此可见，玉米秸秆还田并非秸秆还田量越多越好，原则上应保证当年还田秸秆充分腐解，不能影响下茬作物生长，根据实际情况确定玉米秸秆还田量。生物碳是一类富含碳物质、高度芳香化和稳定性好的特点，生物炭还田一方面降低土壤容重，提高土壤pH值，利于作物根系生长；另一方面生物炭还田可以提高肥料利用效率。此外，生物炭能够对大气、土壤循环、陆地碳储存等情况有着促进作用，从而改善土壤碳库自然平衡、提升土壤碳库容量。因此，生物炭还田日益受到广泛关注。但东北黑土区生物炭适宜还田方式的文献报道较少，尚有待深入研究。有机肥具有产量高、养分含量高的特点。因其还田可有效改善土壤理化性状。提升耕地肥力，而被认为是最为绿色环保的施肥原料，也是最能体现循环农业的施肥方式，被认为是“黑土地保护最适宜的方法”。但有机肥还田需要深耕，目前很少有文献报道东北薄层黑土区有机肥适宜的还田方式。

玉米秸秆、生物炭和有机肥还田均是东北薄层黑土地保护的理想方法，但由于有机物料特性的制约，连年单一有机物料(玉米秸秆、生物炭和有机肥)的还田方式并非有利于东北薄层黑土地的玉米高产。

发明内容

本发明的目的是为了解决连年单一有机物料(玉米秸秆、生物炭和有机肥)的还田方式并非有利于东北薄层黑土地的玉米高产的技术问题，提供了一种东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法。

东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法如下：

一、选地、玉米种植和收获

第一年春季，在东北薄层黑土区选择坡度小于5°、第一年春季耕层厚度(第一年春季耕层厚度记作“H”)≤23cm的非地势低洼地块，按照当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收；

二、玉米秸秆全量还田

玉米穗收后，留于田间的所有玉米秸秆用秸秆粉碎机将其粉碎，粉碎后玉米秸秆的长度≤15cm，粉碎后的秸秆均匀抛撒于田间，而后借助翻地作业，将玉米秸秆翻入土壤，翻埋深度比第一年春季耕层厚度多4-5cm(即H+4cm≤翻埋深度≤H+5cm)；

三、第二年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第二年春季，在已翻埋玉米秸秆的田地进行整地，并按当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

四、生物炭施入

第二年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行生物炭施入，生物炭用量0.13-0.33t/亩，生物炭均匀抛撒于田间，借助耙地作业，将生物炭与土壤混合，深度为第一年春季耕层厚度减去5cm(即翻埋深度＝H－5cm)；

五、第三年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第三年春季，在已耙地作业的田地进行整地，并按当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

六、有机肥施入

第三年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行有机肥施入，有机肥的用量为2-3t/亩，且均匀抛撒于田间，借助深翻作业深翻，翻埋深度较第一年春季耕层厚度多8-10cm(即H+8cm≤翻埋深度≤H+10cm)。

步骤一所述第一年春季耕层厚度为20cm。

步骤二所述翻埋深度为24cm。

步骤六所述有机肥为猪粪或牛粪为原材料制成的有机肥。

本发明提供了一种供东北薄层黑土地玉米田的玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年还田的方法，且增厚耕层。借助有机物料还田培肥土壤，还使耕层增厚，可实现东北薄层黑土地厚沃耕层的构建。

本发明相对于现有技术其优点在于：

(1)本方法充分发挥秸秆、生物炭和有机肥培肥土壤的能力，借助玉米秸秆、生物炭和有机肥培肥土壤，从而利于东北薄层黑土地的保护和利用。

(2)东北黑土地土壤肥沃，利于玉米生长和玉米产量的形成，因此东北黑土区玉米生物学产量和玉米籽粒产量均较高。换言之，东北黑土地种植玉米获得较高产量的同时，也产生了大量的玉米秸秆。玉米秸秆还田，是保护黑土较为理想的方法。但由于东北地区水热资源有限，如果秸秆还田量过大，会导致还田的秸秆无法快速腐解，会进一步影响玉米生长发育，并最终影响玉米产量形成。因此，玉米秸秆产量大、连年还田是制约我国东北黑土区玉米秸秆还田的重要障碍因子。本方法关注东北地区玉米秸秆产量过大，连年全量还田可能导致玉米生长发育的客观实际，在三年的周期内，玉米秸秆全量还田一次，与连年秸秆全量还田相比，还田一次的秸秆还田量较小，可保证秸秆在三年周期内充分腐解，进而保证秸秆还田不影响玉米生长和产量形成。

(3)秸秆还田深埋还田，需要进行翻地作业。大量研究显示，连年翻地，机械耗能高，且连年翻地造成耕层土壤疏松，在玉米生育后期如遇疾风骤雨，极易发生倒伏，并最终影响作物产量。本发明的方法中，第二年不进行翻地，仅进行耙地作业，此耕层上生长的玉米较连年翻地耕层上生长的玉米抗倒伏能力强。

(4)玉米秸秆自身碳氮比为65﹕1～85﹕1，而适宜土壤微生物活动的碳氮比为25﹕1～30﹕1。玉米秸秆还田后，会造成土壤中氮素缺乏，致使玉米秸秆与土壤微生物争氮，影响玉米幼苗生长，甚至出现苗黄及死苗现象。

本方法在第三年增施有机肥，借助有机肥碳氮比较低(如猪粪的碳氮比11.5﹕1，牛粪碳氮比12.5﹕1)的特点，可以有效补充玉米秸秆碳氮比高不利于土壤微生物活动的不利因素，从而为土壤微生物活动创造有利条件。

(5)东北黑土农田由于传统耕作方式多采用小机械作业，作业次数多，深度不够，在耕层下方形成较厚的犁底层，土壤耕层处于上虚下实的状态，通透性较差。本发明方法可以逐年加深耕层，使耕层变厚，有效改善犁底层增厚的不利影响。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法如下：

一、选地、玉米种植和收获

第一年春季，在东北薄层黑土区选择坡度小于5°、第一年春季耕层厚度(第一年春季耕层厚度记作“H”)≤23cm的非地势低洼地块，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季进行玉米穗收；

二、玉米秸秆全量还田

玉米穗收后，留于田间的所有玉米秸秆用秸秆粉碎机将其粉碎，粉碎后玉米秸秆的长度≤15cm，粉碎后的秸秆均匀抛撒于田间，而后借助翻地作业，将玉米秸秆翻入土壤，翻埋深度比第一年春季耕层厚度多4-5cm(即H+4cm≤翻埋深度≤H+5cm)；

三、第二年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第二年春季，在已翻埋玉米秸秆的田地进行整地，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

四、生物炭施入

第二年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行生物炭施入，生物炭用量0.13-0.33t/亩，生物炭均匀抛撒于田间，借助耙地作业，将生物炭与土壤混合，深度为第一年春季耕层厚度减去5cm(即翻埋深度＝H－5cm)；

五、第三年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第三年春季，在已耙地作业的田地进行整地，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

六、有机肥施入

第三年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行有机肥施入，有机肥的用量为2-3t/亩，且均匀抛撒于田间，借助深翻作业深翻，翻埋深度较第一年春季耕层厚度多8-10cm(即H+8cm≤翻埋深度≤H+10cm)。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述第一年春季耕层厚度为20cm。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二所述翻埋深度为24cm。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤四所述生物炭用量为0.33t/亩。其他与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤六所述有机肥的用量为3t/亩。其他与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤六所述有机肥为以猪粪或牛粪为原材料制成的有机肥。其他与具体实施方式一至五之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

东北薄层黑土地玉米秸秆、生物炭和有机肥逐年渐深还田的方法如下：

一、选地、玉米种植和收获

第一年春季，在东北薄层黑土区选择坡度小于5°、第一年春季耕层厚度20cm的非地势低洼地块，按照当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收；

二、玉米秸秆全量还田

玉米穗收后，留于田间的所有玉米秸秆用秸秆粉碎机将其粉碎，粉碎后玉米秸秆的长度≤15cm，粉碎后的秸秆均匀抛撒于田间，而后借助翻地作业，将玉米秸秆翻入土壤，翻埋深度24cm；

三、第二年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第二年春季，在已翻埋玉米秸秆的田地进行整地，并按当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

四、生物炭施入

第二年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行生物炭施入，生物炭用量0.33t/亩，生物炭均匀抛撒于田间，借助耙地作业，将生物炭与土壤混合，深度为15cm；

五、第三年春季整地、玉米播种、田间管理和收获

第三年春季，在已耙地作业的田地进行整地，并按当地农民习惯，选择适合当地的春玉米品种进行常规播种和田间管理，秋季按当地农民习惯进行玉米穗收，穗收后玉米秸秆全部离田；

六、有机肥施入

第三年秋季，在穗收后秸秆离田的玉米田，进行有机肥施入，有机肥的用量为3t/亩，且均匀抛撒于田间，借助深翻作业深翻，翻埋深度较第一年春季耕层厚度多8cm。

与常规耕作相比，本发明耕层土壤有机质含量增加10％以上，耕层厚度增加8—10cm。