CN104429209B - 一种甘蔗种植前的土壤改良方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种甘蔗种植前的土壤改良方法，包括以下步骤：选定需要改良的土壤肥力指标；确定需要改良的土壤肥力指标的目标值；确定需要改良的土壤肥力指标的缓冲值；测定改良前的土壤肥力指标；确定耕作改土层土壤重量；建立将土壤肥力指标调节至目标值的计算模型；确定改土材料；计算改土材料用量；施用改土材料和进行改土作业。该方法能将土壤中那些常规施肥和耕作措施难以优化的土壤肥力指标在种植前一次性调节至接近最佳的理想状态，选用的改土材料性价比高，易于采购；改土作业与甘蔗种植前的耕地整地相结合，可使改土材料在土壤中均匀分散，且不额外增加改土的作业成本。该方法能提高甘蔗的单产水平，特别是大幅提高宿根蔗的单产水平。
Description
技术领域
本发明属于甘蔗栽培技术领域，涉及到一种甘蔗种植前的土壤改良方法，适用于我国甘蔗种植地区使用。
背景技术
甘蔗是一种多年生作物，每年收获一次。目前，我国甘蔗主产区多采用1年新植加2—4年宿根的种植管理模式，即种一次甘蔗，可以收获3—5次，3—5年后才重新翻地再种植一次。我国甘蔗主产区的土壤多数属于酸性红壤，基础土壤养分缺乏，在长期种植甘蔗的栽培和施肥模式下，土壤养分不平衡等已对甘蔗生长和高产造成了严重的不利影响，因此需要进行土壤改良。
通常土壤改良是向土壤施用土壤改良剂或改土材料。土壤改良剂或改土材料主要分为含石灰类的酸化改良型，含有机质或腐殖质的有机肥类改良型，和含有益微生物等的生物改良型等三种类型。土壤改良剂或改土材料的用量目前没有具体的测算方法，主要依靠经验或有关厂家的建议。由于不同地块的土壤性质和肥力差异很大，各种土壤改良剂及土壤改良材料的施用效果很不稳定。
目前我国缺少适用于改良甘蔗土壤的方法，甘蔗主产区在甘蔗种植前通常都没有对土壤进行有针对性的土壤改良习惯。由于甘蔗种植期间的施肥只是向局部土壤供给氮磷钾等养分，不能改良整个根层土壤中的酸性和磷、钾、钙、镁、硫、锌和硼营养不足等不利条件，因此我国甘蔗主产区的单产水平很低，特别是宿根蔗的单产逐年下降幅度很大，甘蔗种植效益差，蔗糖生产成本过高，已严重制约我国甘蔗糖业的健康发展。
发明内容
针对以上问题，为了给甘蔗生长发育创造一种良好的土壤环境来提高甘蔗种植效益，本发明提供了一种甘蔗种植前的土壤改良方法。
一种甘蔗种植前的土壤改良方法，包括以下步骤：
步骤1：选定需要进行改良的土壤肥力指标；
步骤2：确定需要进行改良的土壤肥力指标的目标值M；
步骤3：确定需要进行改良的土壤肥力指标的缓冲值C；
步骤4：测定改良前的土壤肥力指标S，和耕作改土层厚度，按下式计算得到耕作改土层土壤重量W，
W＝耕作改土层厚度×667×1.1/1000；
建立将土壤肥力指标调节至目标值所需要添加的养分元素量F的计算模型；
F＝(M-S)×C×W
上式中，F—需要增加的养分元素量或碳酸钙粉量(公斤)
M—土壤肥力指标的目标值(毫克/公斤)
S—当前土壤肥力指标的测定值(毫克/公斤)
C—土壤肥力指标缓冲值(公斤/百万公斤)
W—耕作改土层土壤重量(百万公斤)
步骤5：确定土壤改良用的改土材料；
步骤6：根据步骤5确定的材料按照步骤4的方法计算改土材料的养分元素量F，然后根据材料所含养分元素量计算材料用量；
步骤7：根据步骤6确定的材料用量施用改土材料，并进行改土作业。
作为本发明的进一步改进，所述选定需要进行改良的土壤肥力指标包括土壤pH值、交换性钾含量、交换性钙含量、交换性镁含量、有效磷含量、有效硫含量、有效硼含量、有效锌含量和有效铜含量。
进行甘蔗土壤改良是为甘蔗生长创造一种最佳的土壤环境，这种最佳的土壤环境可以用一系列土壤肥力指标来界定。每一种土壤肥力指标都有一个低限和高限，低于低限或高于高限都对甘蔗生长不利。我国甘蔗主要种植于广西、云南和广东的酸性红壤和赤红壤上，这些土壤有一些共同的特点，即有些土壤肥力指标通常低于下限，而除土壤有效铁、有效锰含量及钙/镁比值有可能出现超过高限的情况外，其它的土壤肥力指标通常不会超过高限，土壤中的土壤有效铁、有效锰含量过高通常可通过改良土壤的酸性使之降低。依据甘蔗种植区的土壤特点，结合甘蔗的常年的施肥习惯和甘蔗的实际需要，并经过多年的研究，本发明选定土壤pH、交换性钾含量、交换性钙含量、交换性镁含量、有效磷含量、有效硫含量、有效硼含量、有效锌含量和有效铜含量9个土壤肥力指标作为甘蔗土壤改良的土壤肥力指标。
所述土壤肥力指标的目标值为：土壤pH值5.3，交换性钾含量96mg/kg，交换性钙540mg/kg，交换性镁72mg/kg，有效磷32mg/kg，有效硫32mg/kg，有效硼0.35mg/kg，有效锌1.5mg/kg，有效铜0.6mg/kg；所述土壤肥力指标的目标值在制定具体的改土方案时，可根据具体情况略高于或低于在改良后实际土壤肥力指标值。
土壤在改良前必须要确定一个明确的目标。本发明为了使种植甘蔗5年后，这些土壤肥力指标仍然能处于不低于适宜水平的下限，把当前这些土壤肥力指标需要达到的水平值为基础，在综合考虑了甘蔗连续5年的生产对土壤营养环境的要求、甘蔗生产过程中的施肥、甘蔗对土壤养分的吸收和土壤对养分的吸附固定及土壤改良的效率等因素的后，经过多年的研究和校正，本发明确定了这9个土壤肥力指标的目标值；按本方法进行土壤改良就是把这9个土壤肥力指标调节至到接近目标值水平；由于所确定的这9个土壤肥力指标的目标值是介于适宜低限和适宜高限之间的一个值，因此在制定具体的改土方案时，可根据具体情况，可以让某个或某些土壤肥力指标在改良后略高于或低于所确定的目标值，这种情况不会对甘蔗生长造成不利影响。
所述土壤肥力指标的缓冲值分别是：土壤pH值1400，交换性钾1.18，交换性钙1.11，交换性镁1.23，有效磷6.23，有效硫1.09，有效硼3.35，有效锌2.16，有效铜2.95。
要计算出将土壤肥力指标调节到目标值水平所需要加入的养分数量或石灰量，需要测定出土壤肥力指标的缓冲值；土壤肥力指标缓冲值是指上述除土壤pH外的8个土壤肥力指标每提高1mg/kg，每百万公斤土壤需要加入的养分元素的质量(公斤)；土壤pH缓冲值是指土壤pH值每提高1，每百万公斤土壤需要加入的碳酸钙粉的质量(公斤)。经过对主要甘蔗种植区的土壤的研究测定，本方法确定了上述这9个土壤肥力指标的缓冲值。
作为本发明的进一步改进，所述测定改良前的土壤肥力指标采用以下步骤：
1)土壤取样：在要进行土壤改良的地块，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则，采集耕作改土层土壤样品，每个样品的采样点25-30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品；
2)分析检测：晾干土样，进行前处理，采用常规分析方法对选定的9个土壤改良指标进行检测，土壤pH测定采用2.5:1的水土比浸泡酸度计法；土壤交换性钾、交换性钙和交换性镁用1M的醋酸铵浸提后，钾用火焰光度计法，钙和镁用原子吸收分光光谱法进行检测；土壤有效磷用Olsen法；土壤有效硫用磷酸二氢钙浸提，比浊法测定；土壤有效硼用热水浸提后，用姜黄素比色测定；土壤有效锌和有效铜用DTPA浸提原子吸收分光光谱法测定。
作为本发明的进一步改进，所述施用改土材料和进行改土作业是在耕地前将确定的改土材料混合后，均匀撒施于地面，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，再用耕作机械将土壤旋耕一次。
作为本发明的进一步改进，所述土壤改良用的材料确定如下：
本发明调节各种土壤肥力指标选用的改土材料依据针对性强、无污染、低成本、易采购和多功能等原则来选择确定。各土壤肥力指标的调节分别使用下述材料。
pH调节：使用碳酸钙粉。碳酸钙粉在中和土壤酸性时，对其它土壤性状的影响较温和，同时可提供钙营养。
土壤有效磷调节：使用钙镁磷肥。我国甘蔗主要种植于广西中南部、云南南部、广东南部，通过对甘蔗主产区的土壤调查，土壤pH≤7的酸性土壤占95％以上，所以钙镁磷肥是甘蔗种植区适宜的改土材料。钙镁磷肥在提供磷营养的同时，还能提供钙和镁。
土壤交换性钾调节：使用氯化钾。氯化钾是一种最经济适用的钾肥。
土壤交换性钙调节：使用钙镁磷肥。当加入碳酸钙粉把土壤pH调节到目标值和加入和钙镁磷肥把土壤有效磷含量调节到目标值后，土壤交换性钙含量如果仍未达到目标值，用增加钙镁磷肥用量来调节。用这种方式增加的土壤有效磷含量仍会处于适宜范围，而且能增加土壤中的磷储备对后续作物会有有益效果。
土壤交换性镁调节：使用硫酸钾镁。硫酸钾镁在提供镁营养的同时，还能提供钾和硫。经济实惠，易于采购。
土壤有效硫调节：使用硫酸钾。硫酸钾在提供硫营养的同时还能提供钾。
土壤有效硼调节：使用硼砂。是最经济适用的硼肥，易于采购。
土壤有效锌调节：使用一水硫酸锌。是最经济适用的锌肥，易于采购。
土壤有效铜调节：使用五水硫酸铜。是最经济适用的铜肥，易于采购。
作为本发明的进一步改进，所述土壤改良材料的用量确定采用以下原则：
A)确定碳酸钙粉用量。施用碳酸钙粉将土壤pH调节到目标值。
B)确定钙镁磷肥用量。先施用钙镁磷肥将土壤有效磷含量调节到目标值；然后综合土壤pH和有效磷含量调节到目标值后向土壤中增加的钙，检查土壤交换性钙是否达到目标值，若还未达到目标值，则用增加钙镁磷肥用量的方法将土壤交换性钙含量调节到目标值。
C)确定硫酸钾镁的用量。结合钙镁磷肥已经增加的镁，施用硫酸钾镁将土壤交换性镁含量调节到目标值；检验钙镁比，若钙镁比大于20，则用增加硫酸钾镁用量的方法，将钙镁比调节至20以下。
D)确定硫酸钾的用量。结合硫酸钾镁已经增加的钾，施用硫酸钾将土壤交换性钾含量调节到目标值。
E)确定氯化钾的用量。结合硫酸钾镁和硫酸钾已经增加的钾，施用氯化钾将土壤交换性钾含量调节到目标值。
F)确定硼砂的用量。施用硼砂将土壤的有效硼含量提高到目标值。
G)确定一水硫酸锌的用量。施用一水硫酸锌将土壤的有效锌含量提高到目标值。
H)确定五水硫酸铜的用量。施用五水硫酸铜将土壤的有效铜含量提高到目标值。
根据上述原则，所述土壤改良材料的用量确定如下：
1)确定碳酸钙粉的用量FCaC：
若土壤pH测定值大于或等于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC取值为0；若土壤pH测定值小于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC按下式计算：
FCaC＝(MpH-土壤pH)×CpH×W；
上式中，MpH为土壤pH目标值，CpH为土壤pH缓冲值；
2)确定钙镁磷肥总用量FP：
S1：计算钙镁磷肥第1用量FP1：
若土壤有效磷测定值大于或等于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1取值为0；
若土壤有效磷测定值小于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1按下式计算：
FP1＝(MP-土壤有效磷含量)×CP×W/HP；
上式中，MP为土壤有效磷目标值，CP为土壤有效磷缓冲值，HP为钙镁磷肥中的磷含量；
S2：计算钙镁磷肥第2用量FP2：
FP2＝[MCa-土壤交换性钙含量-(FCaC×H1Ca/W)/CCa-(FP1×H2Ca/W)/CCa]×CCa×W/H2Ca
上式中，MCa为土壤交换性钙目标值，CCa为土壤交换性钙缓冲值，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量；
若FP2小于0，则FP2取值为0；
S3：确定钙镁磷肥的总用量FP：
FP＝FP1+FP2
3)确定硫酸钾镁用量FSPM：
S1：计算硫酸钾镁第1用量FSPM1
硫酸钾镁第1用量是将土壤交换性镁含量调节到目标值所需的硫酸钾镁用量，硫酸钾镁的第1用量FSPM1按下式计算：
FSPM1＝[MMg-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg]×CMg×W/H2Mg；
上式中，MMg为土壤交换性镁目标值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量；
若FSPM1小于0，则FSPM1取值为0；
S2：计算硫酸钾镁第2用量FSPM2
硫酸钾镁第2用量是将土壤交换性钙与交换性镁的比值调节到20以下所需的硫酸钾镁用量，硫酸钾镁第2用量FSPM2按下式计算：
FSPM2＝{[土壤交换性钙含量+(FCaC×H1Ca/W)/CCa+(FP×H2Ca/W)/CCa]/20-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg-(FSPM1×H2Mg/W)/CMg}×CMg×W/H2Mg；
上式中，FCaC为所述的碳酸钙粉用量，FP为所述的钙镁磷肥总用量，CCa为土壤交换性钙缓冲值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量；
若FSPM2小于0，则FSPM2取值为0；
S3：确定硫酸钾镁的总用量FSPM
FSPM＝FSPM1+FSPM2
4)确定硫酸钾用量FKS：
FKS＝[MS-土壤有效硫含量-(FSPM×H1S/W)/CS]×CS×W/H2S(公斤/亩)；
上式中，MS为土壤有效硫目标值，CS为土壤有效硫缓冲值，FSPM为所述硫酸钾镁用量，H1S为硫酸钾镁的硫含量，H2S为硫酸钾中的硫含量；
若FKS﹤0，则FKS取值为0；
5)确定氯化钾用量FKCl：
FKCl＝[MK-土壤交换性钾含量-(FSPM×H1K/CK)/W-(FKS×H2K/CK)/W]×CK×W/H3K
上式中，MK为土壤交换性钾目标值，CK为土壤交换性钾缓冲值，FSPM为所述硫酸钾镁用量，FKS为所述硫酸钾用量，H1K为硫酸钾镁的钾含量，H2K为硫酸钾中的钾含量，H3K为氯化钾中的钾含量；
若FKCl﹤0，则FKCl取值为0；
6)确定硼砂用量FB：
若土壤有效硼测定值大于或等于土壤有效硼目标值，则硼砂的用量FB为0；若土壤有效硼测定值小于土壤有效硼目标值，则硼砂的施用量FB按下式计算：
FB＝(MB-土壤有效硼含量)×CB×W/HB
上式中，MB为土壤有效硼目标值，CB为土壤有效硼缓冲值，HB为硼砂中的硼含量；
7)确定一水硫酸锌用量FZn：
若土壤有效锌测定值大于或等于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn为0；若土壤有效锌测定值小于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn按下式计算：
FZn＝(MZn-土壤有效锌含量)×CZn×W/HZn(公斤/亩)
上式中MZn为土壤有效锌目标值，CZn为土壤有效锌缓冲值，HZn为一水硫酸锌中的锌含量；
8)确定五水硫酸铜用量FCu：
若土壤有效铜测定值大于或等于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu为0；若土壤有效铜测定值小于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu按下式计算：
FCu＝(MCu-土壤有效铜含量)×CCu×W/HCu
上式中，MCu为土壤有效铜目标值，CCu为土壤有效铜缓冲值，HCu为五水硫酸铜中的铜含量。
作为本发明的进一步改进，所述施用改土材料和进行改土作业是先确定需要进行土壤改良的地块面积，然后将所述土壤改良材料的用量乘以所述地块面积就可以得到该地块需要的各种改土材料的用量；在耕地前，将各种改土材料充分混均，并均匀撒施于整个地块的地面后，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，再用耕作机械将土壤旋耕一次，即可完成改土作业。
本发明提供了一种结合甘蔗种植前的土地耕作而进行土壤改良的方法，该方法能将土壤中那些常规施肥和耕作措施难以优化的土壤肥力指标在种植前一次性调节至接近最佳的理想状态，并使这种状态在甘蔗约5年的生产周期内能一直保持，使甘蔗每年的施肥管理不用再考虑土壤改良的问题，让施肥管理措施变得轻松、简便，并能节省每年的肥料投资，提高甘蔗的单产水平，特别是提高宿根蔗的单产水平。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本土壤改良方法能将土壤中那些常规施肥和耕作措施难以优化的土壤肥力指标在种植前一次性调节至接近最佳的理想状态，并使这种状态在甘蔗4—6年的生产周期内能一直保持，使甘蔗每年的施肥管理不用考虑再土壤改良的问题，让施肥管理措施变得轻松、简便，并能节省每年的肥料投资。
(2)该种土壤改良方法采用的改土材料都是不含污染物和不携带病虫的纯营养型材料，而且性价比高、易于采购。
(3)该方法的改土作业与甘蔗种植前的耕地整地相结合，不额外增加改土作业成本，且可使改土材料在土壤中的分散更均匀，取得更好的改土效果，应用本改土方法不仅能提高当季新植蔗的甘蔗产量，而且能大幅提高后续宿根蔗的甘蔗产量。
具体实施方式
本发明提供的甘蔗种植前的土壤改良方法按以下步骤来具体实施：
步骤1：选定需要进行改良的土壤肥力指标；
本方法确定以土壤pH、交换性钾含量、交换性钙含量、交换性镁含量、有效磷含量、有效硫含量、有效硼含量、有效锌含量和有效铜含量等9个土壤肥力指标的作为需要改良的土壤肥力指标。
步骤2：确定需要进行改良的土壤肥力指标的目标值M，如表1所示。
步骤3：确定需要进行改良的土壤肥力指标的缓冲值C，如表1所示。
表1、甘蔗土壤肥力指标的改良目标值和缓冲值
表1中pH缓冲值是指土壤pH每提高1，每百万公斤土壤需要加入的碳酸钙粉的质量(公斤)。其它的缓冲值是指这些土壤肥力指标每提高1毫克/公斤，每百万公斤土壤需要加入的营养元素质量(公斤)。
步骤4、测定改良前的土壤肥力指标，按下述方法实施。
1)土壤取样：在要进行土壤改良的地块，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则，采集耕作改土层土壤样品，每个样品的采样点25-30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品。
2)分析检测：晾干土样，进行前处理，采用常规分析方法对选定的9个土壤改良指标进行检测，土壤pH测定采用2.5:1的水土比浸泡酸度计法；土壤交换性钾、交换性钙和交换性镁用1M的醋酸铵浸提，钾用火焰光度计法，钙和镁用原子吸收分光光谱法；土壤有效磷用Olsen法；土壤有效硫用磷酸二氢钙浸提，比浊法测定；土壤有效硼用热水浸提，姜黄素比色测定；土壤有效锌和有效铜用DTPA浸提，原子吸收分光光谱法测定。
耕作改土层土壤重量确定按下式计算：
W＝耕作改土层厚度(米)×667×1.1/1000(百万公斤/亩)
建立将土壤肥力指标调节至目标值所需要添加的养分元素物质的质量F的计算模型；
F＝(M-S)×C×W；
上式中，F—需要增加的养分元素量或碳酸钙粉量(公斤)
M—土壤肥力指标的目标值(毫克/公斤)
S—当前土壤肥力指标的测定值(毫克/公斤)
C—土壤肥力指标缓冲值(公斤/百万公斤)
W—耕作改土层土壤重量(百万公斤)
步骤5：确定土壤改良用的改土材料；
土壤pH调节使用碳酸钙粉，土壤有效磷调节使用钙镁磷肥，土壤交换性钾调节使用氯化钾，土壤交换性钙调节使用钙镁磷肥，土壤交换性镁调节使用硫酸钾镁，土壤有效硫调节使用硫酸钾，土壤有效硼调节使用硼砂，土壤有效锌调节使用一水硫酸锌，土壤有效铜调节使用五水硫酸铜。
步骤6：根据步骤5确定的材料按照步骤4的方法计算改土材料的养分元素的质量，然后根据材料所含养分元素量计算土壤改良材料的用量F；
在选定改土材料后，从产品标识上获取改土材料中的养分含量，产品标识上没有时，向生产询问获取有关改土材料中的养分含量。
钙镁磷肥中的磷含量为HP；碳酸钙粉中的钙含量为H1Ca，钙镁磷肥中的钙含量为H2Ca，钙镁磷肥中的镁含量为H1Mg，硫酸钾镁中的镁含量为H2Mg，硫酸钾镁的钾含量为H1K，硫酸钾中的钾含量为H2K，氯化钾中的钾含量为H3K，硫酸钾镁的硫含量为H1S，硫酸钾中的硫含量为H2S，一水硫酸锌中的锌含量为HZn，硼砂中的硼含量为HB，五水硫酸铜中的铜含量为HCu。
确定土壤改良材料的用量方法如下：
1)确定碳酸钙粉的用量FCaC
若土壤pH测定值大于或等于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC取值为0。
若土壤pH测定值小于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC按下式计算：
碳酸钙粉的用量FCaC＝(MpH-土壤pH)×CpH×W(公斤/亩)
MpH为土壤pH目标值，CpH为土壤pH缓冲值，MpH和CpH从表1中获取，W按步骤4获取；
2)确定钙镁磷肥总用量FP
S1：计算钙镁磷肥第1用量FP1
若土壤有效磷测定值大于或等于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1取值为0；
若土壤有效磷测定值小于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1按下式计算：
FP1＝(MP-土壤有效磷含量)×CP×W/HP(公斤/亩)；
MP为土壤有效磷目标值，CP为土壤有效磷缓冲值，MP和CP从表1中获取，W按步骤4获取，HP为钙镁磷肥中的磷含量。
S2：计算钙镁磷肥第2用量FP2
钙镁磷肥第2用量是将土壤交换性钙含量调节到目标值时所需的钙镁磷肥用量，钙镁磷肥第2用量FP2按下式计算：
FP2＝[MCa-土壤交换性钙含量-(FCaC×H1Ca/W)/CCa-(FP1×H2Ca/W)/CCa]×CCa×W/H2Ca(公斤/亩)
上式中MCa为土壤交换性钙目标值，CCa为土壤交换性钙缓冲值，MCa和CCa从表1中获取，W按步骤4获取，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量。
若FP2小于0，则FP2取值为0。
S3：确定钙镁磷肥的总用量FP
钙镁磷肥的总用量FP按下式计算：
FP＝FP1+FP2
3)确定硫酸钾镁用量FSPM
S1：计算硫酸钾镁第1用量FSPM1
硫酸钾镁第1用量是将土壤交换性镁含量调节到目标值所需的硫酸钾镁用量。硫酸钾镁的第1用量FSPM1按下式计算：
FSPM1＝[MMg-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg]×CMg×W/H2Mg(公斤/亩)
上式中MMg为土壤交换性镁目标值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，MMg和CMg从表1中获取，W按步骤4获取，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量。
若FSPM1小于0，则FSPM1取值为0。
S2：计算硫酸钾镁第2用量FSPM2
硫酸钾镁第2用量是将土壤交换性钙与交换性镁的比值调节到20以下所需的硫酸钾镁用量，硫酸钾镁第2用量FSPM2按下式计算：
FSPM2＝{[土壤交换性钙含量+(FCaC×H1Ca/W)/CCa+(FP×H2Ca/W)/CCa]/20-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg-(FSPM1×H2Mg/W)/CMg}×CMg×W/H2Mg(公斤/亩)
上式中FCaC为确定的碳酸钙粉用量，FP为确定的钙镁磷肥总用量，CCA为土壤交换性钙缓冲值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，CCa和CMg从表1中获取，W按步骤4获取，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量。
若FSPM2小于0，则FSPM2取值为0。
S3：确定硫酸钾镁的总用量FSPM
硫酸钾镁的总用量FSPM＝FSPM1+FSPM2(公斤/亩)
4)确定硫酸钾用量FKS
硫酸钾用量FKS按下式计算：
FKS＝[MS-土壤有效硫含量-(FSPM×H1S/W)/CS]×CS×W/H2S(公斤/亩)
上式中MS为土壤有效硫目标值，CS为土壤有效硫缓冲值，MS和CS从表1中获取。FSPM为硫酸钾镁用量，W按步骤4获取，H1S为硫酸钾镁的硫含量，H2S为硫酸钾中的硫含量。
若FKS﹤0，则FKS取值为0。
5)确定氯化钾用量FKCl
氯化钾用量FKCl按下式计算：
FKCl＝[MK-土壤交换性钾含量-(FSPM×H1K/CK)/W-(FKS×H2K/CK)/W]×CK×W/H3K(公斤/亩)
上式中MK为土壤交换性钾目标值，CK为土壤交换性钾缓冲值，MK和CK从表1中获取。FSPM为硫酸钾镁用量，FKS为硫酸钾用量，W按步骤4获取，H1K为硫酸钾镁的钾含量，H2K为硫酸钾中的钾含量，H3K为氯化钾中的钾含量。
若FKCl﹤0，则FKCl取值为0。
6)确定硼砂用量FB
若土壤有效硼测定值大于或等于土壤有效硼目标值，则硼砂的用量FB取值为0；
若土壤有效硼测定值小于土壤有效硼目标值，则硼砂的施用量FB按下式计算：
FB＝(MB-土壤有效硼含量)×CB×W/HB(公斤/亩)
上式中MB为土壤有效硼目标值，CB为土壤有效硼缓冲值，MB和CB从表1中获取，W按步骤4获取，HB为硼砂中的硼含量。
7)确定一水硫酸锌用量FZn
若土壤有效锌测定值大于或等于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn为0；
若土壤有效锌测定值小于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn按下式计算：
FZn＝(MZn-土壤有效锌含量)×CZn×W/HZn(公斤/亩)
上式中MZn为土壤有效锌目标值，CZn为土壤有效锌缓冲值，MZn和CZn从表1中获取，W按步骤4获取，HZn为一水硫酸锌中的锌含量。
8)确定五水硫酸铜用量FCu
若土壤有效铜测定值大于或等于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu取值为0。
若土壤有效铜测定值小于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu按下式计算：
FCu＝(MCu-土壤有效铜含量)×CCu×W/HCu(公斤/亩)
上式中MCu为土壤有效铜目标值，CCu为土壤有效铜缓冲值，MCu和CCu从表1中获取，W按步骤4获取，HCu为五水硫酸铜中的Cu含量。
步骤7：施用改土材料和进行改土作业。
步骤6中确定的各种改土材料用量为每亩的用量，在确定需要进行土壤改良的地块面积后，将上述步骤5中确定的各种改土材料的用量乘以地块面积就可以得到该地块需要的各种改土材料的用量。在耕地前，将各种改土材料充分混均，并均匀撒施于整个地块的地面。改土材料撒施后，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，再用耕作机械将土壤旋耕一次，即可完成改土作业。完成上述改土作业后就可以按常规方法开种植沟种植甘蔗。
下面通过实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例：
某地块面积为43亩，此前该地块一直都种植甘蔗，甘蔗产量较低，现决定改土后再重新种植甘蔗。土壤改良按下述步骤来实施：
步骤1：选定需要进行改良的土壤肥力指标；
本方法确定以土壤pH、交换性钾含量、交换性钙含量、交换性镁含量、有效磷含量、有效硫含量、有效硼含量、有效锌含量和有效铜含量等9个土壤肥力指标的作为需要改良的土壤肥力指标。
步骤2：确定需要进行改良的土壤肥力指标的目标值M，如表1所示。
步骤3：确定需要进行改良的土壤肥力指标的缓冲值C，如表1所示。
步骤4、土壤取样和土壤肥力指标测定
在该地块沿S型路线，按照“随机”、“等量”和“多点混合”的原则，采集耕作改土层土壤样品，每个样品的采样点30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品。采用常规分析方法进行检测，分析检测结果为土壤pH值4.3；土壤交换性钾45mg/kg；土壤交换性钙460mg/kg；土壤交换性镁46mg/kg；土壤有效磷21mg/kg；土壤有效硫22mg/kg；土壤有效硼0.17mg/kg；土壤有效锌0.66mg/kg；土壤有效铜0.61mg/kg。
确定耕作改土层土壤重量如下：
测得耕作改土层厚度为0.22米，耕作改土层土壤重量按下式计算：
W＝耕作改土层厚度(米)×667×1.1/1000＝0.22×667×1.1/1000
＝0.161(百万公斤/亩)
步骤5：确定土壤改良用的改土材料：所述土壤改良用的材料为：土壤pH调节使用碳酸钙粉，土壤有效磷调节使用钙镁磷肥，土壤交换性钾调节使用氯化钾，土壤交换性钙调节使用钙镁磷肥，土壤交换性镁调节使用硫酸钾镁，土壤有效硫调节使用硫酸钾，土壤有效硼调节使用硼砂，土壤有效锌调节使用一水硫酸锌，土壤有效铜调节使用五水硫酸铜。
步骤6：根据步骤5确定的材料按照步骤4的方法计算改土材料的养分元素量F，然后根据材料所含养分元素量计算土壤改土材料的用量；
从产品标识上获取或向生产厂家询问获取各种改土材料中的养分含量如下：
碳酸钙粉：含Ca38％，H1Ca为0.38；
钙镁磷肥：含P7.8％，含Ca26％，含Mg6％，HP为0.078，H1Mg为0.06；
硫酸钾镁：含S14％，含Mg4.8％，含K18.3％，H1S为0.14，H2Mg为0.048，H1K为0.183；
硫酸钾：含S17％，含K41.5％，H2S为0.17，H2K为0.415；
氯化钾：含K49.8％，H3K为0.498；
硼砂：含B11％，HB为0.11；
一水硫酸锌：含Zn34％，HZn为0.34；
五水硫酸铜：含Cu24％，HCu为0.24。
然后，确定改土材料的用量：
1)确定碳酸钙粉的用量FCaC
土壤pH测定值为4.3，小于土壤pH目标值，碳酸钙粉的用量FCaC按下式计算：
FCaC＝(MpH-土壤pH)×CpH×W
＝(4.3-5.3)×1400×0.161
＝226(公斤/亩)
2)确定钙镁磷肥总用量FP
S1：计算钙镁磷肥第1用量FP1
土壤有效磷测定值为21mg/kg，小于土壤有效磷目标值，钙镁磷肥的第1用量FP1按下式计算：
FP1＝(MP-土壤有效磷含量)×CP×W/HP
＝(32-21)×6.23×0.161/0.078
＝141(公斤/亩)
S2：计算钙镁磷肥第2用量FP2
钙镁磷肥第2用量FP2按下式计算：
FP2＝[MCa-土壤交换性钙含量-(FCaC×H1Ca/W)/CCa-(FP1×H2Ca/W)/CCa]×CCa×W/H2Ca
＝(540-460-226×0.38/0.161/1.11-141×0.26/0.161/1.11)×1.11×0.161/0.26
＝-416(公斤/亩)
由于FP2﹤0，所以FP2取值为0。
S3：确定钙镁磷肥的总用量FP
钙镁磷肥的总用量FP按下式计算：
FP＝FP1+FP2＝141+0＝141(公斤/亩)
3)确定硫酸钾镁用量FSPM
S1：计算硫酸钾镁第1用量FSPM1
硫酸钾镁的第1用量FSPM1按下式计算：
FSPM1＝[MMg-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg]×CMg×W/H2Mg
＝(72-46-141×0.06/0.161/1.23)×1.23×0.161/0.048
＝-68(公斤/亩)
由于FSPM1﹤0，所以FSPM1取值为0。
S2：计算硫酸钾镁第2用量FSPM2
硫酸钾镁第2用量FSPM2按下式计算：
FSPM2＝{[土壤交换性钙含量+(FCaC×H1Ca/W)/CCa+(FP×H2Ca/W)/CCa]/20-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg-(FSPM1×H2Mg/W)/CMg}×CMg×W/H2Mg
＝[(460+226×0.38/0.161/1.11+141×0.26/0.161/1.11)/20-46-141×0.06/0.161/1.23-0×0.048/0.161/1.23]×1.23×0.161/0.048
＝-130(公斤/亩)
由于FSPM2﹤0，所以FSPM2取值为0。
S3：确定硫酸钾镁的总用量FSPM
硫酸钾镁的总用量FSPM＝FSPM1+FSPM2＝0+0＝0(公斤/亩)
4)确定硫酸钾用量FKS
硫酸钾用量FKS按下式计算：
FKS＝[MS-土壤有效硫含量-(FSPM×H1S/W)/CS]×CS×W/H2S
＝(36-22-0×0.14/0.161/1.09)×1.09×0.161/0.17
＝14.5(公斤/亩)
5)确定氯化钾用量
氯化钾用量FKCl按下式计算：
FKCl＝[MK-土壤交换性钾含量-(FSPM×H1K/CK)/W-(FKS×H2K/CK)/W]×CK×W/H3K
＝(96-45-0×0.183/1.18/0.161-14.5×0.415/1.18/0.161)×1.18×0.161/0.453
＝8.1(公斤/亩)
6)确定硼砂用量FB
土壤有效硼测定值为0.17mg/kg，小于土壤有效硼目标值，硼砂的施用量FB按下式计算：
FB＝(MB-土壤有效硼含量)×CB×W/HB
＝(0.35-0.17)×3.35×0.161/0.11
＝0.88(公斤/亩)
7)确定一水硫酸锌用量FZn
土壤有效锌测定值为0.66mg/kg，小于土壤有效锌目标值，一水硫酸锌的用量FZn按下式计算：
FZn＝(MZn-土壤有效锌含量)×CZn×W/HZn
＝(1.5-0.66)×2.16×0.161/0.34
＝0.86(公斤/亩)
8)确定五水硫酸铜用量FCu
土壤有效铜测定值0.61mg/kg，大于土壤有效铜目标值，五水硫酸铜的用量FCu的取值为0。
步骤7：施用改土材料和进行改土作业
步骤6中确定需要使用6种改土材料，这6中改土材料每亩用量为：碳酸钙粉226公斤，钙镁磷肥141公斤，硫酸钾14.5公斤，氯化钾8.1公斤，硼砂0.88公斤，一水硫酸锌0.86公斤；地块总面积为43亩，其中1亩作为对照不进行改土，其余42亩需要进行改土，计算42亩所需的各种改土材料总计为：碳酸钙粉9.5吨，钙镁磷肥5.9吨，硫酸钾609公斤，氯化钾340公斤，硼砂37公斤，一水硫酸锌36公斤。
在耕地前，按总用量称取上述各种改土材料，堆放一起充分混均，并均匀撒施于整个42亩地块的地面。改土材料撒施后，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，犁翻深度为22厘米，然后再用耕作机械将土壤旋耕一次，改土作业即告结束。
完成上述改土作业后按常规方法开种植沟种植甘蔗。甘蔗种植期间的施肥、中耕除草、病虫防治措施与通常做法相同。
改土效果调查：实施改土后，连续4年在甘蔗收获时对甘蔗产量进行了测产调查。
第1年，进行过改良的地块的甘蔗平均产量为5.8吨/亩，未进行过改良的地块的甘蔗平均产量为5.1吨/亩，按本方法进行土壤改良的增产率为13.7％；
第2年，进行过改良的地块的甘蔗平均产量为6.2吨/亩，未进行过改良的地块的甘蔗平均产量为5.3吨/亩，按本方法进行土壤改良的增产率为15.1％；
第3年，进行过改良的地块的甘蔗平均产量为5.6吨/亩，未进行过改良的地块的甘蔗平均产量为4.6吨/亩，按本方法进行土壤改良的增产率为21.7％；
第4年，进行过改良的地块的甘蔗平均产量为5.2吨/亩，未进行过改良的地块的甘蔗平均产量为4.2吨/亩，按本方法进行土壤改良的增产率为23.8％。
从上述数据可见，采用本发明实施甘蔗种植前土壤改良的地块种植甘蔗连续4年均获得增产，不仅当季新植蔗的甘蔗产量得到提高，而且后续宿根蔗的甘蔗产量也得到了大幅提高。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种甘蔗种植前的土壤改良方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选定需要进行改良的土壤肥力指标；
步骤2：确定需要进行改良的土壤肥力指标的目标值M；
步骤3：确定需要进行改良的土壤肥力指标的缓冲值C；
步骤4：测定改良前的土壤肥力指标S和耕作改土层厚度，按下式计算得到
耕作改土层土壤重量W，
W=耕作改土层厚度×667×1.1/1000；
建立将土壤肥力指标调节至目标值所需要添加的养分元素物质的质量F的计算模型；
F=（M-S）×C×W；
步骤5：确定土壤改良用的改土材料；
步骤6：根据步骤5确定的材料按照步骤4的方法计算改土材料的养分元素量F，然后根据材料所含养分元素量计算材料用量；
步骤7：根据步骤6确定的材料用量施用改土材料，并进行改土作业；
所述选定需要进行改良的土壤肥力指标包括土壤pH值、交换性钾含量、交换性钙含量、交换性镁含量、有效磷含量、有效硫含量、有效硼含量、有效锌含量和有效铜含量9个指标；
所述土壤肥力指标的目标值为：土壤pH值5.3，交换性钾含量96mg/kg，交换性钙540mg/kg，交换性镁72mg/kg，有效磷32mg/kg，有效硫32mg/kg，有效硼0.35mg/kg，有效锌1.5mg/kg，有效铜0.6mg/kg；
所述土壤肥力指标的缓冲值分别是：土壤pH值1400，交换性钾1.18，交换性钙1.11，交换性镁1.23，有效磷6.23，有效硫1.09，有效硼3.35，有效锌2.16，有效铜2.95。
2.根据权利要求1所述的土壤改良方法，其特征在于：所述测定改良前的土壤肥力指标采用以下步骤：
1）土壤取样：在要进行土壤改良的地块，沿S型路线，按照随机、等量和多点混合的原则，采集耕作改土层土壤样品，每个样品的采样点25-30个，将采集的土壤按照四分法留取1kg的样品；
2）分析检测：晾干土样，进行前处理，采用常规分析方法对选定的9个土壤改良指标进行检测，土壤pH测定采用2.5:1的水土比浸泡酸度计法；土壤交换性钾、交换性钙和交换性镁用1M的醋酸铵浸提后，钾用火焰光度计法，钙和镁用原子吸收分光光谱法进行检测；土壤有效磷用Olsen法；土壤有效硫用磷酸二氢钙浸提，比浊法测定；土壤有效硼用热水浸提后，用姜黄素比色测定；土壤有效锌和有效铜用DTPA浸提原子吸收分光光谱法测定。
3.根据权利要求1所述的土壤改良方法，其特征在于：所述施用改土材料和进行改土作业是在耕地前将确定的改土材料混合后，均匀撒施于地面，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，再用耕作机械将土壤旋耕一次。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的土壤改良方法，其特征在于：所述土壤改良用的材料为：土壤pH调节使用碳酸钙粉，土壤有效磷调节使用钙镁磷肥，土壤交换性钾调节使用氯化钾，土壤交换性钙调节使用钙镁磷肥，土壤交换性镁调节使用硫酸钾镁，土壤有效硫调节使用硫酸钾，土壤有效硼调节使用硼砂，土壤有效锌调节使用一水硫酸锌，土壤有效铜调节使用五水硫酸铜。
5.根据权利要求4所述的土壤改良方法，其特征在于：所述土壤改良材料的用量确定采用以下方式：
1）确定碳酸钙粉的用量FCaC：
若土壤pH测定值大于或等于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC取值为0；若土壤pH测定值小于土壤pH目标值，则碳酸钙粉的用量FCaC按下式计算：
FCaC=（MpH-土壤pH）×CpH×W；
上式中，MpH为土壤pH目标值，CpH为土壤pH缓冲值；
2）确定钙镁磷肥总用量FP：
S1：计算钙镁磷肥第1用量FP1：
若土壤有效磷测定值大于或等于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1取值为0；若土壤有效磷测定值小于土壤有效磷目标值，则钙镁磷肥的第1用量FP1按下式计算：
FP1=（MP-土壤有效磷含量）×CP×W/HP；
上式中，MP为土壤有效磷目标值，CP为土壤有效磷缓冲值，HP为钙镁磷肥中的磷含量；
S2：计算钙镁磷肥第2用量FP2：
FP2=[MCa-土壤交换性钙含量-(FCaC×H1Ca/W)/CCa-(FP1×H2Ca/W)/CCa]×CCa×W/H2Ca
上式中，MCa为土壤交换性钙目标值，CCa为土壤交换性钙缓冲值，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量；
若FP2小于0，则FP2取值为0；
S3：确定钙镁磷肥的总用量FP：
FP=FP1+FP2
3）确定硫酸钾镁用量FSPM：
S1：计算硫酸钾镁第1用量FSPM1：
硫酸钾镁第1用量是将土壤交换性镁含量调节到目标值所需的硫酸钾镁用量，硫酸钾镁的第1用量FSPM1按下式计算：
FSPM1=[MMg-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg]×CMg×W/H2Mg；
上式中，MMg为土壤交换性镁目标值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量；
若FSPM1小于0，则FSPM1取值为0；
S2：计算硫酸钾镁第2用量FSPM2：
硫酸钾镁第2用量是将土壤交换性钙与交换性镁的比值调节到20以下所需的硫酸钾镁用量，硫酸钾镁第2用量FSPM2按下式计算：
FSPM2={[土壤交换性钙含量+(FCaC×H1Ca/W)/CCa+(FP×H2Ca/W)/CCa]/20-土壤交换性镁含量-(FP×H1Mg/W)/CMg-(FSPM1×H2Mg/W)/CMg}×CMg×W/H2Mg；
上式中，FCaC为所述的碳酸钙粉用量，FP为所述的钙镁磷肥总用量，CCa为土壤交换性钙缓冲值，CMg为土壤交换性镁缓冲值，H1Ca为碳酸钙粉中的钙含量，H2Ca为钙镁磷肥中的钙含量，H1Mg为钙镁磷肥中的镁含量，H2Mg为硫酸钾镁中的镁含量；
若FSPM2小于0，则FSPM2取值为0；
S3：确定硫酸钾镁的总用量FSPM：
FSPM=FSPM1+FSPM2
4）确定硫酸钾用量FKS：
FKS=[MS-土壤有效硫含量-(FSPM×H1S/W)/CS]×CS×W/H2S；
上式中，MS为土壤有效硫目标值，CS为土壤有效硫缓冲值，FSPM为所述硫酸钾镁用量，H1S为硫酸钾镁的硫含量，H2S为硫酸钾中的硫含量；
若FKS﹤0，则FKS取值为0；
5）确定氯化钾用量FKCl：
FKCl=[MK-土壤交换性钾含量-(FSPM×H1K/CK)/W-(FKS×H2K/CK)/W]×CK×W/H3K
上式中，MK为土壤交换性钾目标值，CK为土壤交换性钾缓冲值，FSPM为所述硫酸钾镁用量，FKS为所述硫酸钾用量，H1K为硫酸钾镁的钾含量，H2K为硫酸钾中的钾含量，H3K为氯化钾中的钾含量；
若FKCl﹤0，则FKCl取值为0；
6）确定硼砂用量FB：
若土壤有效硼测定值大于或等于土壤有效硼目标值，则硼砂的用量FB为0；若土壤有效硼测定值小于土壤有效硼目标值，则硼砂的施用量FB按下式计算：
FB=(MB-土壤有效硼含量)×CB×W/HB
上式中，MB为土壤有效硼目标值，CB为土壤有效硼缓冲值，HB为硼砂中的硼含量；
7）确定一水硫酸锌用量FZn：
若土壤有效锌测定值大于或等于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn为0；若土壤有效锌测定值小于土壤有效锌目标值，则一水硫酸锌的用量FZn按下式计算：
FZn=(MZn-土壤有效锌含量)×CZn×W/HZn（公斤/亩）
上式中MZn为土壤有效锌目标值，CZn为土壤有效锌缓冲值，HZn为一水硫酸锌中的锌含量；
8）确定五水硫酸铜用量FCu：
若土壤有效铜测定值大于或等于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu为0；若土壤有效铜测定值小于土壤有效铜目标值，则五水硫酸铜的用量FCu按下式计算：
FCu=(MCu-土壤有效铜含量)×CCu×W/HCu
上式中，MCu为土壤有效铜目标值，CCu为土壤有效铜缓冲值，HCu为五水硫酸铜中的铜含量。
6.根据权利要求5所述的土壤改良方法，其特征在于：所述施用改土材料和进行改土作业是先确定需要进行土壤改良的地块面积，然后将所述土壤改良材料的用量乘以所述地块面积就可以得到该地块需要的各种改土材料的用量；在耕地前，将各种改土材料充分混均，并均匀撒施于整个地块的地面后，先用耕作机械将撒施过改土材料的地块旋耕一次，然后用耕作机械将土壤犁翻一次，再用耕作机械将土壤旋耕一次，即可完成改土作业。
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