CN102934546B - 快速改良南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了快速改良南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的方法，属于土壤改良技术领域。方法包括：贫瘠土地的开垦准备；开挖网格状的施肥种植沟；肥料、保水剂混合物的配制与施用；黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖；第二年黑麦草的播种、刈割与覆盖等步骤。本发明操作步骤明确、过程简单、易行，经连续二年的综合改良，土壤容重降低，空隙度增加，有机质、全氮、速效氮、磷、钾养分水平显著提高，耕层土壤即可达到中等肥力水平，可进行正常的农业利用。本发明可在我国南方丘陵、山地新垦贫瘠土地推广应用。

Description

快速改良南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的方法

技术领域

本发明涉及土壤改良技术领域，尤其涉及在我国南方地区利用丘陵、山地新垦的贫瘠土地进行耕层土壤快速熟化的综合改良方法。

背景技术

我国耕地资源紧张，人均占有耕地面积居世界较低水平。近年来我国社会经济发展迅速，城镇化建设速度前所未有。在城镇化建设过程中大量农用耕地转化为城镇建设用地，农用耕地面积不断减少。为了保障粮食安全和农业生产的基本需求，国家出台了保护耕地资源的严格措施，各地都划出了耕地面积的保护红线。为了保障因城镇化建设用地占用耕地而造成耕地面积减少的情况，许多地方都出台了耕地占补平衡的措施—也就是因城镇化建设需要占用农用耕地，各级政府部门必需在相对偏远的丘陵、山区，在符合造地条件的地方，通过工程措施开挖出相对平整的土地供农业利用，以此保证农用耕地面积的相对平衡。以浙江省为例，近年来每年因耕地占补平衡需要新垦农用土地2万公顷以上，这些新垦土地地处偏远，主要都是通过开挖相对平缓的丘陵、山地而获得。由于新垦土地数量多面积大，没有条件在新垦土地表层覆盖大量熟土，仅在新垦土地表面覆填约20~30厘米没有经过任何熟化过程的新土，因此这些新垦土地表层土壤理化性状极差，主要表现为土壤物理结构简单、团粒结构差、有机质含量低、速效氮磷钾养分含量低、土壤保水保肥能力差等特性。由于新垦土地表土几乎没有什么肥力，导致大量新垦的土地在短期内几乎无法进行农业利用，不得不处于抛荒状态。研究发现，这些表土贫瘠的新垦土地在自然状态下要发育出相对熟化的表土层需要数年甚至几十年的时间，这一方面导致国家投入大量资金开发出来的农用土地达不到补充农业耕地减少的作用，不仅造成国家资金的浪费，也对耕地减少造成的对农业生产的负面影响无法得到及时消除；另一方面，这些新垦土地表土裸露，短期内无法形成地表有效植被覆盖，当雨季来临时，大量裸露表土被雨水冲失，造成严重水土流失，既污染了环境也使新垦土地的表土肥力进一步尚失。此外经调查发现，这些新垦土地在没有进行有效农业利用的情况下，贫瘠的表土经过一段时间后会自然生长出芒类等耐贫瘠的植物群落，这些先锋植物通过一段时期的生长会形成种群优势，然而这些植物本身并没有什么利用价值，反而当有条件需要对这些土地进行二次开发时，又需要花费大量代价来清除这些无用的植被。综上所述，对这一类型新垦贫瘠土地0~20厘米的耕层土壤进行快速熟化处理以供正常农业利用，既有其现实的需要，但也是一项技术的难题。

土壤改良是一项较长期的技术工程，由于土壤特性千差万别，不同性质的土壤需要采用不同的改良方法，因此很难对所有的土壤采用统一的改良技术标准。传统改良土壤的方法主要有：增施有机肥、种植绿肥、复盖高肥力客土等。其中，有机肥主要以堆厩肥、人畜粪尿为主，腐熟商品有机肥的生产和利用只在最近几年才出现，它的使用规模目前也还比较小，有机肥施用方法也主要是表施，只有在种植果树等经济作物时才会使用埋施的方法，而且埋施也主要是穴施、点施等，施用面积有限。绿肥主要选择有固氮作用的豆科绿肥，如紫云英、箭舌豌豆、白三叶等，同时种植绿肥还需要有一定的灌溉条件，而新垦土地在这方面往往条件较差。另外，以往对有机肥、绿肥的使用也没有统一的技术标准，因此在生产上很难进行大面积、规模化的推广应用。

本发明针对需要改良的土地类型是我国南方地区以丘陵、山地为背景，通过工程措施平整的新垦土地，该类土地的主要特点是耕层土壤是以红壤或黄壤为主的新土，地表覆填的耕层土壤厚度一般只有20~30厘米，且没有经过任何改良熟化过程，因此土壤物理性状极差，没有团粒结构，土地有机质含量极低，土壤速效氮、磷、钾养分含量极低，在这种土地上种植当地农作物一般产量极低甚至绝收，因此这种新垦贫瘠土地在没有经过有效改良前几乎没有农业利用价值。

针对南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的肥力现状，依靠单一增施有机肥来提高表层土壤肥力，则有机肥需求量大，改良成本高，可行性差；通过种豆科绿肥改良土壤，由于表层土壤本身肥力低，豆科绿肥的生物产量上不去，固氮作用有限，依靠豆科绿肥还田改良土壤的周期很长，很难被生产者接受；复盖高肥力客土则更加不现实，因为需要改良的土地面积大，表土需求量大，现实生产中不可能获得大量高肥力客土供新垦土地改良之用。因此针对需要改良土壤类型的实际情况，探索一种改良成本相对较低，改良周期较短，改良效果又比较好的综合改良方法是一项紧迫又有现实意义的技术难题。

发明内容

本发明目的是，针对当前我国南方丘陵、山区因耕地占补平衡需要而新开垦的大量贫瘠土地，由于耕层土壤熟化程度低，土壤肥力极差，无法进行正常农业种植利用的缺陷，提供一种高效、简单、易行的快速提高新垦贫瘠土地耕层土壤熟化程度的土壤综合改良方法。

本发明目的通过以下技术方案得以实现。

快速改良南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的方法，该方法按以下步骤进行：

（1）贫瘠土地的开垦准备：将按规划要求开垦后的南方地区贫瘠土地作为改良对象，备用；

（2）开挖网格状的施肥种植沟：第一年，将贫瘠土地按纵、横各1.5米的距离在地表开挖宽30~40厘米、深23～28厘米的网格状施肥种植沟；

（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：将复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥按公斤/公顷450-750∶150-225∶15000-22500比例充分拌均后，均匀条施入网格状施肥种植沟内，并在其表面覆盖3~5厘米薄土；

（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：于当年9月中旬至10月下旬最高气温稳定≤30℃时，将一年生四倍体黑麦草种子按22.5～30公斤/公顷播种量，均匀播撒在网格状施肥种植沟表土上、覆土1~2厘米并浇水促黑麦草种发芽；黑麦草生长至10厘米时按150公斤/公顷追施尿素一次；当黑麦草生长至30~50厘米时，将黑麦草刈割并均匀覆盖在附近的网格状空地内，且根据黑麦草的生长情况再同样刈割、覆盖2～3次直至黑麦草生育期结束；

（5）第二年黑麦草的播种、刈割与覆盖：按照上一年的季节、方法在网格状施肥种植沟内再重复播种、刈割与覆盖黑麦草，直至黑麦草生长期结束；将整块土地耕层土壤翻耕、整平后，即可根据生产需要进行正常的农业利用。

所述的复合肥其氮∶磷∶钾的配比为15∶15∶15。

所述的保水剂为吸水倍率为200~300倍，粒径2~5mm的交联高分子聚丙烯酰胺类颗粒状保水剂。

所述的腐熟商品有机肥为符合NY525-2002农用商品有机肥行业标准的腐熟商品有机肥。

本发明的有益效果是：

本发明采取的改良方法是一种集工程、生物措施于一体的综合改良方法，其具有以下的效果：

1、采用网格状施肥沟的主要目的是在尽可能少用有机肥的情况下发挥有机肥的最大功效，从而降低改良成本；

2、采用有机肥与复合肥混合使用的目的是为黑麦草的生长提供充足的有机与无机养分；肥料中拌入保水剂是为黑麦草生长提供均衡的水分供应条件并减少在没有灌溉条件下季节性干旱对黑麦草生长产生的不利影响；

3、种植一年生四倍体黑麦草的目的在于黑麦草这一禾本科植物比一般豆科作物具有更高的生物产量和更强的土壤适应性，同时一年生四倍体黑麦草也比普通二倍体品种黑麦草生物产量要高，采用高生物产量的作物可以在有限时间内生产出尽可能多的有机物，并通过鲜草还田方式提高土壤中有机物质的数量从而加快耕层土壤有机质的积累；另外，一年生四倍体黑麦草在生长过程中根系也十分发达，大量根系在土壤中穿行，当黑麦草根系死亡后会在土体中形成丰富的孔隙，从而提高土壤的通透性，而且根系生长过程中形成的根毛会在土壤团粒结构形成中发挥重要的作用；

4、采用连续二年播种黑麦草并刈割还田的方法在于新垦土地耕层土壤通过二年黑麦草地上茎干还田和地下根系腐解，耕层土壤中有机物质的积累可以达到相当的水平，而且土壤的团粒结构也可以发育到一定的程度。改良时间过短，耕层土壤熟化程度不够，改良时间过长则增加改良成本，因此选择二年为一个改良周期既可为土壤的熟化提供一定的时间，也为新垦土地尽快进行正常农业利用尽可能争取时间。

5、本发明定量、程序化的改良方法与传统边利用边改良的方法相比，效果要更明显，改良周期要大大缩短。这种改良方法也适合对连片土地进行规模化、工程化操作，为将来政府部门、企业或其它团体进行集中、连片改良新垦贫瘠土地耕层土壤，提供一种程序式的改良方案，使新垦土地在有限时间内快速转变为优质耕地成为可能。

综上所述，本发明针对需要改良的土地类型形成了定量化的改良操作方法，具有操作步骤明确、过程简单、易行，改良时间确定的特点。经连续二年的综合张良，土壤容重显著降低，土壤空隙度显著增加，土壤物理性状明显改善；土壤有机质、全氮、速效氮、磷、钾养分水平显著提高，土壤肥力由改良前的明显偏低提升到中等水平（见试验例）。

具体实施方式

通过以下实施例和试验例对本发明作进一步的详细描述，但本发明的内容并不局限于此。

对所涉材料的说明：

复合肥：氮∶磷∶钾=15∶15∶15，由湖北源丰化工有限公司生产；

保水剂：吸水倍率200~300倍，粒径2~5mm的交联高分子聚丙烯酰胺类颗粒状保水剂，由北京汉利淼公司生产；

腐熟商品有机肥质量标准：符合NY525-2002农用商品有机肥行业标准，由浙江省慈溪市中慈生态肥料有限公司生产；

黑麦草：种子净度98%以上，发芽率85%以上的一年生四倍体黑麦草种子，品种名称为鱼大师，从美国引进，由浙江虹越花卉有限公司提供。

实施例1:（浙江遂昌河谷缓坡地新垦贫瘠土地耕层土壤的熟化改良）

（1）贫瘠土地的开垦准备：将如下按规划要求开垦后的南方地区贫瘠土地作为改良对象，具体实施地点在浙江省遂昌县西畈乡刘家村，实施地块是2008年当地政府通过对河谷缓坡地进行平整，并在地表覆盖一层约30厘米厚的客土作为新垦土地的耕层土壤，该客土取自同一个山地剖面，土壤类型属山地黄壤，且未经任何熟化处理，采用符合质量标准的土壤改良材料，对该新垦贫瘠土地中的10亩地进行耕层土壤的熟化改良；

（2）开挖网格状的施肥种植沟：2009年，将上述贫瘠土地按纵、横各1.5米的距离在地表开挖宽30~40厘米、深23～28厘米的网格状施肥种植沟；

（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：将复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥按公斤/公顷450∶150∶22500比例拌均后，均匀条施入网格状施肥种植沟内，并在其表面覆盖3~5厘米薄土；

（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：于2009年9月20日气温稳定≤30℃时，将一年生四倍体黑麦草种子按22.5公斤/公顷播种量，均匀播撒在网格状施肥种植沟表土上、覆土1~2厘米并浇水促黑麦草种发芽；黑麦草生长至10厘米时按150公斤/公顷追施尿素一次；于2010年1月5日至5月25日，当黑麦草生长至30~50厘米时从其根部离地5~10厘米处刈割，并均匀覆盖在附近的网格状空地内，在整个黑麦草生长期共进行4次刈割与覆盖，至6月20日后黑麦草自然枯死，第一季黑麦草生长结束；

（5）第二年黑麦草的播种、刈割与覆盖：2010年9月20日按照上一年的季节、方法在网格状施肥种植沟内重复播种、4次刈割与覆盖黑麦草，直至黑麦草生长期结束；于2011年6月30日将经过种植二季黑麦草改良的新垦土地耕层土壤翻耕、地表整平，至此新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化的工程结束，该土地即可根据生产需要进行正常的农业利用。

对改良前、后耕层土壤的理化性状进行取样分析，得到改良结果（表1）。

表1新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化综合改良效果对比表

注：1、同列小写字母不同表示P<0.05水平下差异显著性；2、土壤容重用环刀法测定，土壤比重用重瓶法测定，土壤总孔隙度通过“总孔隙度=（1-容重/比重）×100%”计算获得，土壤pH用电位法测定，土壤有机质用重铬酸钾氧化—比色法测定；土壤全氮用凯氏蒸馏滴定法测定；土壤速效氮用凯氏定氮扩散法测定，土壤速效磷用碳酸氢钠分光光度计法测定，土壤速效钾用醋酸铵浸提原子分光光度法测定。

实施例2:（浙江遂昌河谷缓坡地新垦贫瘠土地耕层土壤的熟化改良）

本例中，步骤（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：其复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥是按公斤/公顷550∶180∶20000比例配制的；步骤（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：于2009年10月15日播种，其播种量为25公斤/公顷；于2010年1月15日至5月30日，在整个黑麦草生长期共进行4次刈割，至6月25日第一季黑麦草生长结束；步骤（5）第二年黑麦草的播种、刈割与覆盖：于2010年10月15日进行第二季播种；并于2011年6月30日将经过种植二季黑麦草改良的新垦土地耕层土壤翻耕、地表整平；其余步骤工艺同于实施例1。

对改良前、后耕层土壤的理化性状进行取样分析，得到改良结果（表2）。表2新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化综合改良效果对比表

实施例3：

本例中，步骤（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：其复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥是按公斤/公顷650∶200∶18000比例配制的；步骤（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：是于2009年10月20日播种，其播种量为28公斤/公顷；并于2010年1月15日至5月30日，在整个黑麦草生长期共进行3次刈割，至6月25日第一季黑麦草生长结束；步骤（5）第二次黑麦草的播种、刈割与覆盖：是于2010年10月20日进行第二次播种；并于2011年6月30日将经过种植二季黑麦草改良的新垦土地耕层土壤翻耕、地表整平；其余步骤工艺同于实施例1。

对改良前、后耕层土壤的理化性状进行取样分析，得到改良结果（表3）。

表3新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化综合改良效果对比表

实施例4:

本例中，步骤（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：其复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥是按公斤/公顷750∶225∶15000比例配制的；步骤（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：是于2009年10月30日播种，其播种量为30公斤/公顷；并于2010年2月10日至6月5日，在整个黑麦草生长期共进行3次刈割，至6月30日第一季黑麦草生长结束；步骤（5）第二次黑麦草的播种、刈割与覆盖：是于2010年10月30日进行第二次播种；并于2011年6月30日将经过种植二季黑麦草改良的新垦土地耕层土壤翻耕、地表整平；其余步骤工艺同于实施例1。

对改良前、后耕层土壤的理化性状进行取样分析，得到改良结果（表4）。

表4新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化综合改良效果对比表

试验例：（对新垦贫瘠土地耕层土壤的生产性熟化改良试验）

试验时间、地点、地块、面积同于实施例1、2、3、4，试验地改良前先将被改良土地按纵、横各1.5米的距离开好宽30~40厘米，深23～28厘米的网格状施肥沟供试验。

1）试验共设5个处理：

其中，处理1、2、3、4的具体方法内容分别同于实施例1、2、3、4；处理5为对照，其试验时间、地点、地块、面积同于实施例1、2、3、4，但不采取任何改良措施；试验结束后，于2011年7月分别取处理1、2、3、4的黑麦草地上部干物质和地下部干根系量（表6）；另对各处理耕层土壤的理化性状进行取样分析，得到耕层土壤的改良结果（表7）。

表6各处理改良期还田的黑麦草地上部干物质和地下部干根系还田量

注：1、黑麦草地上部干物质还田量=2年每公顷累计刈割鲜草量×（1-鲜草含水量%）；2、黑麦草地下部干根系还田量=实测单位面积（20cm长×20cm宽×25mm深土柱）内根系量×面积×（1-根系含水量%）×2。

表7新垦贫瘠土地耕层土壤快速熟化综合改良效果对比表

改良结果表明，土壤容重显著降低，土壤空隙度显著增加，说明土壤物理性状明显改善；土壤有机质、全氮、速效氮、磷、钾养分水平显著提高，说明土壤肥力水平明显增加。根据全国第二次土壤普查资料关于土壤肥力等级的一般分类标准（表8）对照试验改良后的结果，新垦贫瘠土地耕层土壤偏酸性，改良前后差异不大，但通过改良后耕层土壤的有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾等主要养分指标均已由改良前的明显偏低水平提升到中等水平，土壤养分状况得到明显改善，达到一般农业利用土壤的中等肥力水平标准。

表8土壤肥力要素中各养分指标判定标准

Claims (4)

1.快速改良南方丘陵山地新垦贫瘠土地耕层土壤的方法，其特征在于按以下步骤进行：

（1）贫瘠土地的开垦准备：将按规划要求开垦后的南方地区贫瘠土地作为改良对象，备用；

（2）开挖网格状的施肥种植沟：第一年，将贫瘠土地按纵、横各1.5米的距离在地表开挖宽30~40厘米、深23～28厘米的网格状施肥种植沟；

（3）肥料、保水剂混合物的配制与施用：将复合肥和保水剂及腐熟商品有机肥按公斤/公顷450-750∶150-225∶15000-22500比例充分拌均后，均匀条施入网格状施肥种植沟内，并在其表面覆盖3~5厘米薄土；

（4）黑麦草的第一次播种、刈割与覆盖：于当年9月中旬至10月下旬最高气温稳定≤30℃时，将一年生四倍体黑麦草种子按22.5～30公斤/公顷播种量，均匀播撒在网格状施肥种植沟表土上、覆土1~2厘米并浇水促黑麦草种发芽；黑麦草生长至10厘米时按150公斤/公顷追施尿素一次；当黑麦草生长至30~50厘米时，将黑麦草刈割并均匀覆盖在附近的网格状空地内，且根据黑麦草的生长情况再同样刈割、覆盖2～3次直至黑麦草生育期结束；

（5）第二年黑麦草的播种、刈割与覆盖：按照上一年的季节、方法在网格状施肥种植沟内再重复播种、刈割与覆盖黑麦草，直至黑麦草生长期结束；将整块土地耕层土壤翻耕、整平后，即可根据生产需要进行正常的农业利用。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述复合肥其氮∶磷∶钾的配比为15∶15∶15。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的保水剂为吸水倍率为200~300倍，粒径2~5 mm的交联高分子聚丙烯酰胺类颗粒状保水剂。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的腐熟商品有机肥为符合NY525-2002农用商品有机肥行业标准的腐熟商品有机肥。