CN102057827B - 一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法 - Google Patents

一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，针对目前我国设施菜地土壤质量退化的主要原因，本发明的方法主要包括以土壤C/N比调控技术为核心，结合氮肥精准调控技术、节水灌溉技术以及填闲作物种植技术等技术措施。本发明所形成的技术方法科学、简便、易行，在极大提高化肥、灌溉水等农业投入品生产效率的同时，提高作物产量，真正实现节本增效，并且显著改善土壤理化性状，提高设施菜地土壤的可持续生产能力。

Description

一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法
技术领域
本发明涉及一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，属于土壤改良技术领域。
背景技术
近二十年来，我国农业产业结构发生巨大变化，塑料大棚、日光温室等为主的设施栽培体系发展很快，取得了较好的经济效益和社会效益，设施园艺产业也已成为我国农业中最具国际竞争力的领域。设施园艺的发展不仅极大地满足了人民生活水平提高的需要，而且已成为改造传统农业走向现代农业的重要手段。然而，由于种植习惯、技术限制和市场等原因，农民往往在同一设施内长期种植单一作物，加上不合理的水肥管理和作物病虫害防治措施，导致设施土壤退化严重，连作障碍问题突出。由于土壤质量下降，园艺产品的产量和质量的降低，不仅威胁着设施园艺产业的可持续发展，而且影响环境质量，危及人类健康。因此，土壤质量下降已经对食品安全和生态环境造成威胁，严重制约了我国设施园艺产业的进一步发展。
由于长期连作，化肥、农药等农业投入品不合理投入的现象普遍发生，尤其是氮肥过量投入的问题十分突出，造成目前设施栽培中的土壤适耕性很差，土壤C/N失调，土壤出现盐渍化、酸化以及微生物区系恶化，土壤生产能力显著下降，农民不得不换土或重新选地建棚，造成巨大浪费。另一方面，随着连年种植时间的延长，土传病害发生严重，如黄瓜枯萎病、番茄枯萎病、辣椒疫病、根结线虫病等，尤其是寄主范围很广的根结线虫发生频繁，病虫害的危害及其防治造成了农民收益的直接下降，农民更多的采用加大化肥、农药等用量来弥补损失，使农产品质量与产地环境质量进一步下降，形成恶性循环，对我国设施蔬菜产业的健康、持续发展构成严重威胁。
目前，针对设施蔬菜土壤退化采取的主要措施是进行土壤改良，使用一些土壤改良剂，如专利文件CN101531905提供一种设施园艺土壤次生盐渍化改良剂，采用包括风化煤或褐煤、沸石和蛭石等改良土壤的盐渍化；专利文件CN101368103A(200710012471.4)一种防控设施蔬菜硝酸盐污染的土壤调理剂及其制备方法，其采用硝化抑制剂双氰胺、3，4-二甲基吡唑磷酸盐、天然沸石45-52％和褐煤等防止设施蔬菜土壤硝酸盐污染。这些方法都是针对设施菜地土壤质量退化的某单一方面，而生产者也难以充分掌握从而较大程度地影响其应用效果。综合分析目前没有形成一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，防止土壤退化。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，结合我国设施菜地土壤障碍的主要问题，提供了一种适应性广与移植性强的设施菜地土壤可持续生产能力的维持方法。
发明综述
本发明针对影响目前我国设施菜地土壤质量退化的主要因素，经过大量科学试验，提出了以土壤C/N比调控为主，结合农家肥控制技术、氮肥精准调控技术、灌溉技术以及填闲作物种植技术，形成了一种科学、简便、易行的维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，该方法可广泛适用于我国设施蔬菜的生产过程。
发明详述
一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，是以下步骤A-D中之一或组合：
A：土壤C/N比调控
采用C/N20∶1以上的材料做调理剂，调理剂在施用前充分腐熟，用量为1000-1500公斤/亩，并且其中所含的C与施入化肥中N的比例以13-16∶1为宜。调理剂的施用方法为全面撒施，之后及时进行翻耕，使其充分与土壤混匀。
B：氮肥精准调控
设施菜地在肥料施用方面采用农家肥控量施用与氮肥精准调控，方法如下：
农家肥施用前经过高温堆制腐熟，盐分的含量应控制在1.5％以下，用量以10-15m3/亩为宜，施用方式为全面撒施，可与C/N比调理剂同施，之后进行翻耕。
氮肥施用依据土壤中硝态氮的测定数值，实时施用，每次施肥前测定土壤0-60cm土层硝态氮含量，根据公式：追施氮量＝氮素目标值-土壤硝态氮含量-灌溉水中氮素含量来确定氮肥施用量，其中氮素目标值设定为果实膨大期250kg·hm-2、采收初期250kg·hm-2、采收盛期300kg·hm-2、采收末期200kg·hm-2。
C：节水灌溉
在设施蔬菜栽培畦中心点、两行蔬菜中间点安装负压式土壤水分张力计，土壤水分张力计的陶土头埋设深度为15-22cm，设定茄果类蔬菜的灌溉指标为25-30KPa，瓜类蔬菜的灌溉指标为17-22KPa，当土壤水分张力计读数高于灌溉指标即行灌溉，灌溉量设定为夏秋季每亩30-35m3/次，冬春季每亩20-25m3/次。
D：种植添闲作物
设施蔬菜夏季休闲期种植添闲作物，按蔬菜--添闲作物--蔬菜轮作种植。添闲作物优选禾本科作物。
进一步优选的，步骤A中所述调理剂材料选自腐熟秸秆、牛粪、厩肥之一或组合。
上述步骤C中所述的负压式土壤水分张力计可从市场购得。
进一步优选的，步骤D中所述添闲作物为甜玉米，根据上茬蔬菜作物拉秧时期，甜玉米在5月底至6月初种植，并根据下茬蔬菜作物的定植时期在8月底至9月初收获甜玉米，甜玉米生育期控制在60-80天；种植密度在3000-4000株/亩，整个生育期不施肥。
优选的，一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，是以上步骤A、B、C和D的组合。
优选的，一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，是以上步骤A、B和C的组合。
优选的，一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，是以上步骤A与D的组合。
优选的，一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，是以上步骤D。
本发明的技术特点如下：
a.调控土壤C/N比
设施菜地土壤C/N值较低是限制提高肥料利用率和作物产量的重要因素，调控土壤C/N比是维持设施蔬菜土壤可持续生产能力的重要手段。本发明经过大量科学试验，提出采用C/N20∶1以上的材料做调理剂，用量为1000-1500公斤/亩，并且其中所含的C与施入化肥中N的比例控制在13-16∶1为宜。该技术手段在显著提高土壤C/N比的基础上，明显改善耕层土壤的理化性状，从而提高设施菜地土壤的可持续生产能力与肥料的利用效率。
b.农家肥控量施用与氮肥精准化施用技术
目前设施蔬菜生产中农家肥过量施用或未经安全处理成为影响设施菜地土壤质量的重要因素。农家肥施用前需经过高温堆制腐熟，其中重金属、有害微生物的含量均应控制在安全范围内(参照NY 525-2002有机肥行业标准)，NaCl等盐分的含量应控制在1.5％以下；用量以10-15m3/亩为宜。
目前设施蔬菜生产中氮肥的施用没有一种科学、易行的指导方法，农民大多凭经验施肥，氮肥普遍存在过量投入的现象，大量未经作物吸收利用的氮素残存于土壤，或通过淋溶、挥发等方式损失，对设施菜地环境质量构成严重威胁。本发明提出的氮肥精准调控技术依据土壤中氮素含量与作物不同时期对氮素的需求规律确定氮肥施用量，可显著提高氮肥的利用效率，实现节本增效的同时减少氮肥过量施用对产地环境造成的污染。
c.节水灌溉技术
目前我国设施蔬菜生产中农民普遍采用大水漫灌的灌溉方式，但灌溉时期与灌溉量基本都是根据经验，过量灌溉的现象普遍存在，不但造成严重的水资源浪费，而且使土壤中氮素等营养元素淋溶损失增加，地下水污染严重。本发明提出采用节水灌溉技术指导设施蔬菜灌溉，在节约水资源与提高水分生产效率的同时，大大降低土壤中氮素通过淋溶污染地下水的威胁。
d.添闲作物技术
设施蔬菜夏季休闲期种植添闲作物是减少土壤中硝酸盐过量累积的有效措施，选择种植甜玉米等禾本科作物，形成蔬菜--甜玉米--蔬菜的优化轮作种植制度，可有效改善土壤理化性状，降低设施菜地土壤次生盐渍化的发生程度，维持、保障土壤的可持续生产能力。
相对于现有技术，本发明具有以下优良效果：
1.在不增加投入成本的情况下，通过农家肥控制技术与氮肥精准施用技术，提高氮肥利用效率，减少传统肥料用量，降低因氮肥过量施用造成的设施菜地土壤环境质量问题，提高设施菜地土壤可持续生产能力。
2.通过C/N比调控技术与填闲作物种植技术，减少土壤中硝态氮等过量累积，降低其淋溶造成的环境风险，显著改善土壤环境质量，有效防治土传病害与连作障碍的发生。
3.通过节水灌溉技术根据指标指导农民灌溉，综合考虑了作物不同生育期对水分的需求及土壤本身含水状况，提高了水分生产效率，节省了水资源。
4.本发明的方法针对了目前我国设施菜地土壤质量退化的主要影响因素，具有科学性、简便易行的优势，推广前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。它们仅是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限定。实施例中用的负压式土壤水分张力计购自南京传滴仪器设备有限公司。
实施例1：
在山东省寿光是稻田镇试验基地选择1个种植多年黄瓜的日光温室，温室一半面积为农民习惯种植区(记为I区)，另外一半面积为本实施例应用区(记为II区)，采用步骤A、D土壤C/N比调控与种植填闲作物2项的组合。方法如下：
春茬黄瓜于2008年5月26日拉秧后，及时清除田间残茬后，I区进行休闲处理，II区于2008年6月1日种植填闲玉米(鲁甜玉1号)，种植密度3500株/亩，整个生育期不施肥，8月12日收获，生育期73天。至甜玉米收获，测定I区与II区耕层土壤电导率(表1)。II区玉米收获后于8月20日按照1200公斤/亩的水平施入腐熟玉米秸秆(调理剂材料)进行土壤C/N比调控，I区不进行秸秆处理，其他管理措施相同，下一茬(秋冬茬)继续种植黄瓜，秋冬茬黄瓜2008年8月28日定植，盛瓜期测定耕层土壤盐分含量与pH值，拉秧后测定耕层土壤中有机碳含量与黄瓜产量(表1)。由表1可见，II区填闲作物种植后，土壤电导率较农民习惯区(I区)降低39.4％，明显减少了盐分积累；II区在黄瓜盛瓜期施入秸秆后使耕层土壤中盐分含量较I区减少了39.2％，pH值显著增加，拉秧后土壤中有机碳含量较I区增加了26.2％，黄瓜产量较I区增加了24.7％，表明种植填闲作物与土壤C/N比调控2项的组合的方法在显著增加作物产量的基础上，可明显减少设施菜地土壤盐分积累，预防土壤盐渍化与酸化，提高耕层土壤中有机碳含量，改善土壤性状，从而明显提高设施菜地土壤的可持续生产能力。
表1不同处理对土壤质量状况及作物产量的影响
Figure BSA00000310172400041
实施例2：
在山东省寿光市古城镇试验基地选择2个相同类型日光温室种植秋冬茬番茄，供试番茄品种为百利。其中1个日光温室为农民习惯种植区，另外1个日光温室为本实施例应用区。
本实施例应用区采用步骤A、B、C的土壤C/N比调控、氮肥精准调控与节水灌溉3项的组合，方法如下：
A番茄种植前施入小麦秸秆与牛粪等量混合后的腐熟物(调理剂材料)，施入量为1000kg/亩，进行土壤C/N比调控；
B在肥料施用方面采用农家肥控量施用与氮肥精准调控，农家肥施用前经过高温堆制腐熟(盐分含量1.5％以下)，用量12m3/亩，施用方式为全面撒施，之后进行翻耕；氮肥施用依据土壤中硝态氮的测定数值，实时施用，每次施肥前测定土壤0-60cm土层硝态氮含量，根据公式：追施氮量＝氮素目标值-土壤硝态氮含量-灌溉水中氮素含量来确定氮肥施用量，其中氮素目标值设定为果实膨大期250kg·hm-2、采收初期250kg·hm-2、采收盛期300kg·hm-2、采收末期200kg·hm-2；
C番茄定植后，在温室内东西向等距离安装3个负压式土壤水分张力计，具体位置为设施蔬菜栽培畦中心点、两行蔬菜中间点，土壤水分张力计的陶土头埋设深度为20cm，并设定张力计的灌溉指标为28KPa，当土壤水分张力计读数高于28KPa即行灌溉，灌溉量设定为秋季每亩30m3/次，冬季每亩20m3/次；
以上步骤B、C之间，农家肥在前施用，氮肥调控与节水灌溉是根据实时测控数据实时进行。
农民习惯区不进行施入秸秆处理，水肥管理则按照传统习惯进行常规管理；至作物采收，以上2种管理方式水肥投入状况及作物产量状况如表2所示。
与农民习惯相比，本实施例应用后耕层土壤电导率降低了27.6％，显著降低了设施菜地土壤盐分积累与次生盐渍化发生的威胁；灌溉量与氮肥施用量分别减少了33.3％与34.6％，作物产量增加了6.6％，而水分生产效率与氮肥生产效率分别提高了59.4％与63.0％，表明本实施例方法的应用明显改善了设施菜地土壤性状，降低农业投入品施用量的同时极大地提高了水肥的生产效率，真正实现了节本增效，可有效维持设施菜地土壤的可持续生产能力。。
表2不同处理水肥投入与作物产量的比较
实施例3：
日光温室内上茬作物黄瓜收获后及时清除田间残茬，温室一半面积为休闲区，另一半为填闲作物区，其他管理措施一致。填闲作物区于2009年5月26日种植甜玉米(鲁甜玉1号)，种植密度3800株/亩，整个生育期不施肥，但根据作物需求进行常规灌溉，8月10日收获，生育期77天。至甜玉米收获，填闲作物区较休闲区土壤电导率由0.25mS·cm-1降低为0.19mS·cm-1，降低了24.0％，0-120cm土层硝态氮的累积量降低130kg·hm-2以上，表明温室休闲期种植甜玉米可有效降低土壤中氮素向地下水运移的威胁，明显改善土壤可持续生产能力。
实施例4：
在山东省寿光市稻田镇试验基地选择2个相同类型日光温室种植秋冬茬黄瓜，供试番茄品种为世纪星。其中1个日光温室为农民习惯种植区，另外1个日光温室为本实施例应用区。
本实施例应用区采用步骤A、B、C、D的土壤C/N比调控、氮肥精准调控、节水灌溉与填闲作物种植4项的组合，方法如下：
A黄瓜种植前施入玉米秸秆与小麦秸秆等量混合后的腐熟物(调理剂材料)，施入量为1300kg/亩，进行土壤C/N比调控；
B在肥料施用方面采用农家肥控量施用与氮肥精准调控，农家肥施用前经过高温堆制腐熟(盐分含量1.5％以下)，用量10m3/亩，施用方式为全面撒施，之后进行翻耕；氮肥施用依据土壤中硝态氮的测定数值，实时施用，每次施肥前测定土壤0-60cm土层硝态氮含量，根据公式：追施氮量＝氮素目标值-土壤硝态氮含量-灌溉水中氮素含量来确定氮肥施用量，其中氮素目标值设定为果实膨大期250kg·hm-2、采收初期250kg·hm-2、采收盛期300kg·hm-2、采收末期200kg·hm-2；
C黄瓜定植后，在温室内东西向等距离安装3个负压式土壤水分张力计，具体位置为设施蔬菜栽培畦中心点、两行蔬菜中间点。土壤水分张力计的陶土头埋设深度为20cm，并设定张力计的灌溉指标为20KPa，当土壤水分张力计读数高于20KPa即行灌溉，灌溉量设定为秋季每亩32m3/次，冬季每亩22m3/次；
D黄瓜拉秧后，种植甜玉米(甜玉2号)，种植密度3500株/亩，整个生育期不施肥，但根据作物需求进行常规灌溉，生育期70天。
农民习惯区不进行土壤C/N比调控与种植填闲作物处理，水肥管理则按照传统习惯进行常规管理；至作物采收，测定不同区域耕层土壤有机碳含量与作物产量，至填闲作物种植结束测定耕层土壤电导率，相关结果如表3所示。
与农民习惯相比，本实施例应用后耕层土壤电导率降低了29.7％，有机碳含量增加了15.2％；灌溉量与氮肥施用量分别减少了19.5％与28.6％，作物产量增加了12.5％，而水分生产效率与氮肥生产效率分别提高了40.1％与57.6％，表明本实施例方法的应用明显改善了设施菜地土壤性状，减少了设施黄瓜种植中土壤盐分积累，并且在降低农业投入品施用量的同时极大地提高了水肥的生产效率，真正实现了节本增效，可有效维持设施菜地土壤的可持续生产能力。
表3不同处理对土壤理化性状及水肥生产效率的影响
Figure BSA00000310172400061

Claims (3)

1.一种维持设施菜地土壤可持续生产能力的方法，其特征在于按以下步骤进行：
A：土壤C/N比调控
采用C/N20∶1以上的材料做调理剂，调理剂在施用前充分腐熟，用量为1000-1500公斤/亩，并且其中所含的C与施入化肥中N的比例以13-16∶1；调理剂的施用方法为全面撒施，之后及时进行翻耕，使其充分与土壤混匀；
B：氮肥精准调控
设施菜地在肥料施用方面采用农家肥控量施用与氮肥精准调控，方法如下：
农家肥施用前经过高温堆制腐熟，盐分的含量应控制在1.5％以下，用量以10-15m3/亩，施用方式为全面撒施，与C/N比调理剂同施，之后进行翻耕；
氮肥施用依据土壤中硝态氮的测定数值，实时施用，每次施肥前测定土壤0-60cm土层硝态氮含量，根据公式：追施氮量＝氮素目标值-土壤硝态氮含量-灌溉水中氮素含量来确定氮肥施用量，其中氮素目标值设定为果实膨大期250kg·hm-2、采收初期250kg·hm-2、采收盛期300kg·hm-2、采收末期200kg·hm-2；
C：节水灌溉
在设施蔬菜栽培畦中心点、两行蔬菜中间点安装负压式土壤水分张力计，土壤水分张力计的陶土头埋设深度为15-22cm，设定茄果类蔬菜的灌溉指标为25KPa，瓜类蔬菜的灌溉指标为17KPa，当土壤水分张力计读数高于灌溉指标即行灌溉，灌溉量设定为夏秋季每亩30-35m3/次，冬春季每亩20-25m3/次；
D：种植添闲作物
设施蔬菜夏季休闲期种植添闲作物，按蔬菜--添闲作物--蔬菜轮作种植；添闲作物为禾本科作物。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中所述调理剂材料选自腐熟秸秆、牛粪、厩肥之一或组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤D中所述添闲作物为甜玉米，根据上茬蔬菜作物拉秧时期，甜玉米在5月底至6月初种植，并根据下茬蔬菜作物的定植时期在8月底至9月初收获甜玉米，甜玉米生育期控制在60-80天；种植密度在3000-4000株/亩，整个生育期不施肥。
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