CN104429467B - 一种用于沙漠化土地治理的作物种植方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于沙漠化土地治理的作物种植方法，在沙漠化土地中安装设备、铺设管路；在沙漠化土地中进行滴灌管浅埋，采用耐密高产品种实施宽窄行免耕加密种植，以滴灌管为轴心采取行距调整实现原茬窄行种植，一次完成秸秆切割、行下深松、精量点播、覆土镇压的免耕种植；灌出苗水、除草，病虫害防治；全生育期全营养元素均衡施肥，即在播种后，作物生长发育全过程实行以灌溉水为载体溶解的全营养元素均衡施肥，分阶段使用不同水溶性肥料，随滴灌施入作物根部至作物收获。本发明通过脉冲式间歇轮灌手段为作物生育期全营养元素均衡精准高效施肥提供了保证，沙漠化土地应用本方法使作物获得高产，并经过3～10年交替循环使沙漠化土地得到根本治理。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于沙漠化土地治理的作物种植方法。
背景技术
北方干旱地区，由于降雨量小、季节性分布不均、蒸发量大、植被破坏，使土地沙漠化日趋严重。现行的耕作方式，使冬、春季节大面积耕地裸露，特别是果实在沙土中的一年生耐旱作物如：花生、马铃薯、地瓜等，收获后的耕地与沙漠无异，使生态环境进一步恶化，沙尘暴频发、沙尘飘移覆盖新的耕地，加大土地沙漠化面积，作物种植产量下降，进一步影响国家粮食安全。
目前在干旱地区普遍推广使用膜下滴灌节水增粮种植技术，取得一定成效。但这种方法地膜要用土埋压，北方沙地春季多大风，沙土风干后易被刮走，使无埋压地膜刮起，失去覆膜作用；地膜在田间不易回收、造成耕地白色污染，多年积累导致种子无法发芽出苗。施肥采取的是播种时施入种肥和后期随滴灌追肥的集中施肥方法，由于肥料是集中施用，沙土保水、保肥能力差，遇到暴雨易流失，造成作物营养不足、肥料利用率低并污染环境。灌水是凭经验分次灌溉的形式，使用的滴灌管，在靠近主管道、地势低处出水量大，远处、地势高处出水量小，造成水、肥不匀，作物长势不整齐，产量潜力不能充分发挥。
发明内容
针对现有技术中沙漠化土地的特点和膜下滴灌种植存在造成水、肥不匀，作物长势不整齐等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种能够很好解决沙化土壤不保水、保肥难题、使沙漠化土地治理的同时获得作物高产的用于沙漠化土地治理的作物种植方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种用于沙漠化土地治理的作物种植方法，包括以下步骤：
在沙漠化土地中安装设备、铺设管路；
在沙漠化土地中进行滴灌管浅埋，采用耐密高产品种实施宽窄行免耕加密种植，以滴灌管为轴心采取行距调整实现原茬窄行种植，不进行土壤耕翻作业，一次完成秸秆切割、行下深松、精量点播、覆土镇压的免耕种植，滴灌管间距100～140cm，种植行距30～50cm；
灌出苗水、除草，病虫害防治；
全生育期全营养元素均衡施肥，即在播种后，作物生长发育全过程实行以灌溉水为载体溶解的全营养元素均衡施肥，在作物断乳期以后根据作物生长发育规律对养分需求，分阶段使用不同水溶性肥料，随滴灌施入作物根部至作物收获，完成一次种植过程。
宽窄行免耕加密种植第一年时锁定滴灌管与两侧行之间距离，收获时留15～30cm高茬，秸秆还田；第二年使用免耕播种机在第一年根茬外侧种植；第三年在第一年根茬内侧种植。
全生育期全营养元素均衡施肥采用自动控制管理，通过埋设在作物根部的传感器实时检测采集各种数据，并将数据传送给处理器处理后，发出执行指令。
传感器包括张力计，埋深4～7cm的张力计用于检测浅表层土壤湿度；埋深25～40cm的张力计用于检测根系主要分布区内的土壤湿度，土壤湿度低于规定值时自动启动滴灌设备，执行脉冲式间歇轮灌程序实现灌溉，使5～30cm土层始终保持在最佳湿度范围。
传感器包括根部的EC值传感器，对根部养分浓度进行检测，当根部养分浓度低于动态指标范围时，自动启动施肥机和滴灌设备，执行脉冲式间歇轮灌程序进行施肥、灌水，同时对加入主管道内的肥料EC值进行抽样检测，并与根部数据对比分析，判断肥料施入量；肥料施入量高于动态指标时，发出停止设备运行指令。
脉冲式间歇轮灌程序是在种植地块内设计若干灌水小区，每个灌水小区每次滴灌2～10分钟，每次滴灌间隔1～3小时。
传感器包括埋设在根部的土壤PH值传感器，实时检测根部酸碱度变化，依据植物根系喜弱酸环境的特性，当根部土壤PH值高于规定值时，对根系微环境进行自动滴酸；滴酸量通过抽检加入主管道(酸溶液PH值与田间根部PH值比对计算获得。
传感器包括埋设在根部的温度传感器，实时采集土壤温度变化，当土壤温度过高时启动滴灌系统灌水降温。
滴灌管浅埋为：播种机械在宽窄行精量点播播种机基础上，加装滴灌管卷盘支撑架、开沟铧、滴灌管导向定位器以及覆土板，一次完成滴灌管铺设浅埋、精量点播以及覆土镇压工序，其中滴灌管浅埋深度为5～15cm，铺设滴灌管时滴孔向上，不覆地膜。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采取优化集成的方法使上述技术有机结合，互为依托，其中智能自动控制技术是实现脉冲式间歇轮灌的手段，脉冲式间歇轮灌技术为作物生育期全营养元素均衡精准高效施肥提供了保证。
2.本发明方法中滴灌管浅埋与全生育期全营养元素均衡施肥技术是宽窄行免耕加密种植实施的前提，滴灌管浅埋避免了残留地膜下茬无法免耕播种的影响，全生育期全营养均衡施肥解决了现有免耕种植追肥困难，造成后期脱肥结实率低，籽粒不饱满的问题，实现增加密度提高群体产量。特别是保水、保肥性差，营养贫乏的沙漠化土地应用这一种植方法使作物获得高产，并经过3—10年交替循环使沙漠化土地得到根本治理。
具体实施方式
本发明用于沙漠化土地治理的作物种植方法，包括以下步骤：
在沙漠化土地中安装设备、铺设管路；
在沙漠化土地中进行滴灌管浅埋，采用耐密高产品种实施宽窄行免耕加密种植，以滴灌管为轴心采取行距调整实现原茬窄行种植，不进行土壤耕翻作业，一次完成秸秆切割、行下深松、精量点播、覆土镇压的免耕种植，滴灌管间距100～140cm，种植行距30～50cm；
灌出苗水、除草，病虫害防治；
全生育期全营养元素均衡施肥，即在播种后，作物生长发育全过程实行以灌溉水为载体溶解的全营养元素均衡施肥，在作物断乳期以后根据作物生长发育规律对养分需求，分阶段使用不同水溶性肥料，随滴灌施入作物根部至作物收获，完成一次种植过程。
本实施例中，选择在科尔沁沙地南缘的辽宁省彰武县章古台镇清泉村进行玉米种植，以具体说明本发明的种植方法。清泉村是典型的沙丘地。经过土地平整、耕整土地、设备安装、铺设管路、密植播种及滴灌管浅埋、管线连接、高压调试、灌出苗水、封闭除草、中耕培土、病虫害防治、全生育期全营养元素均衡施肥、智能自动控制管理、收获等过程完成第一年种植；第二年以后使用原有的滴灌设施，以滴灌管为轴心加、减行距错位深松免耕加密播种。
土地平整：在细致测量基础上进行田间规划，明确路、桥、涵及输水管路、灌水小区的位置。平整首先要剥离地表30cm土层集中堆放(特别是低洼处表层土壤养分含量高切勿埋入地下)，待土地平整后铺回地表；其后在进行平整作业，若地势落差较大，在不影响机械化耕种的前提下，可实行灌水小区分别平整，单一灌水小区内高低落差控制在最小，粗平后使用激光平地机精细平整更好。达到灌水小区内高低落差小于100cm。
耕整土地：土地平整过程中由于工程机械碾压，使土地紧实，要进行耕整作业。选用翻转犁进行深翻作业，深度不超过30cm，翻后耙平、耙碎达到播种要求。
设备安装：种植使用的滴灌首部是公司采取工业化设计、标准化生产的集成产品。包括智能控制柜、过滤器、施肥罐、施肥机等设备，现场只需连接电源、进水、出水、传感器、控制线路即完成首部设备安装。
铺设管路：主管道是田间永久性管道，同步铺设田间电磁阀控制电缆。铺设原则是靠近路边便于田间机械作业和管道维护，选择高处垂直坡向，北方冻土地区要防止管道冻裂和冻堵。解决办法是铺设管道时留有落差，在最低点安装排水阀和排水井冻前排空管道积水，这种设计在灌溉期间还便于清洗管道，也可在低处留下抽水口，收获后使用拖拉机带动小水泵抽空管道内积水。这样铺设管路深度以田间深耕作业不伤害管道为基准，一般深度不小于50cm，每个灌水小区留出水口与支管连接。支管走向垂直于主管，开沟25cm，少量填埋保证播种作业机械通过。
管路铺设完成要连接试水，检查是否漏水后填埋管道。对碾压地段进行旋耕，恢复播种状态。
密植播种及滴灌管浅埋：播种机械是在宽窄行精量点播播种机基础上，加装滴灌管卷盘支撑架、开沟铧、滴灌管导向定位器、覆土板等装置。一次完成滴灌管铺设浅埋、精量点播、覆土镇压等工序。滴灌管浅埋深度为地表下8cm，铺设滴灌管要让滴孔向上，便于冲洗滴灌管中的沉积物。播种机械播种同时要对地头、支管附近等漏播部分进行人工补种。
本实施例采用压力补偿式滴灌管，浅埋深度控制在5～15cm，最佳深度8～10cm。滴灌管在播种同时浅埋地表下5～15cm，滴孔间距20～40cm,滴灌管壁厚不小于0.5mm,单孔出水量0.5～1.2L/h，优点在于：克服中耕覆土浅埋保水性差的不足，发挥沙土中无毛细作用的特性，使保水效果提高(浅埋深度小于5cm由于蒸腾作用水分容易损失)；解决耕作层以下浅埋播种后出苗用水及作物生长期间滴灌管堵塞不易发现、维护困难问题(埋深在25cm以上时不容易发现滴灌管堵塞的问题，且维护困难)；保护滴灌管，防止阳光直射老化，延长滴灌管使用年限；当埋深在8～15cm时，苗后可在滴灌管上部表层行间进行机械除草作业。
密植品种选择抗逆性强、熟期适中、株型收敛、耐密植的“先玉335”为种植品种；发芽率95％、种子净度98％。采用宽窄行滴灌管浅埋种植方式，垄距110cm、行距40cm、株距23cm，播深4cm。种植密度为收获株数7.5万株/公顷，播种量加15％田间损失。
播种后立即按灌水小区进行滴灌管与支管连接，完成一个调试一个，采取人工手动高压调试，水压是正常压力的2倍运行2小时，检测管路是否有漏点，并及时修复，同时逐一清洗主管、支管、滴灌毛管。全部检测结束恢复正常水压，开启智能自动控制系统进行种子发芽、出苗水灌溉，一般三天时间可满足出苗用水需求，关闭系统停止灌溉。
封闭除草：沙化土地虽然杂草较少仍需进行封闭除草，施用时间是播种后3天内以早为好，除草剂公顷用量为：90％乙草胺1.8kg+75％噻吩磺隆30g加水250L喷药机喷洒，喷头距离地面60cm；喷药时要注意往复结合，保证不重喷、不漏喷，各喷头喷量一致、雾化均匀，禁止大风天气作业。
中耕培土：第一年种植要进行三次中耕培土作业，玉米三叶一心期进行第一次浅松，用主杆尺在垄沟中心位置，深度15cm,两侧加小杆尺位置在苗带外侧7cm，深度10cm；第二次在玉米五叶一心期进行，机械与第一次相同，主杆尺加深至25cm，小杆尺加深至15cm；最后一次在玉米拔节前，每个垄沟一个中耕培土铲，使土壤培到玉米外侧根部。
病虫害防治：沙土地种植玉米病虫害较少，可根据田间发生情况采取灵活措施；种子采用低毒、无残留种衣剂拌种，若喇叭口期田间玉米螟成虫发生量大，公顷使用2.5％高效氯氟氰菊酯水乳剂300ml，用自走式高架喷药机喷雾防治。
全生育期全营养均衡施肥智能自动控制管理：本发明与目前推广的水肥一体不同的是：播种时不施用肥料，作物生长发育全过程实行以灌溉水为载体溶解全营养元素均衡施肥的方法。在玉米二叶一心以后根据作物生长发育规律对养分需求，分阶段使用不同全水溶性肥料，随滴灌施入作物根部，由于无种肥施用，没有烧苗和暴雨造成的流失，是一种在自然条件下以沙土为栽培基质的精准高效施肥技术。
根据高产玉米各生育期生长发育对水分、养分需求数据库建立多因子动态指标模型，通过埋设在玉米根部的传感器实时检测采集各种数据，并将数据传送给模糊控制处理器存储、计算、比对分析发出执行指令。
本发明通过传感器采集作物根部的土壤张力、温度、EC值、硝酸根值、PH值等参数，传输给模糊控制处理器通过计算、分析、判断发出指令，控制水泵、电磁阀、施肥机进行灌水、施肥，是一种集时间控制、指标控制、反馈控制于一体的智能控制系统，实现全程自动化、程序化、智能化。同时系统通过计算机与互联网相连接，实现全球范围的远程监控与操作。
本实施例在全生育期全营养均衡施肥智能自动控制管理中采用以下传感器：埋深4～7cm(本实施例为5cm)张力计检测浅表层土壤湿度、埋深25～40cm(本实施例为30cm)张力计检测根系主要分布区内的土壤湿度，土壤湿度较低时会自动启动滴灌系统，执行脉冲式间歇轮灌程序实现灌溉，使5～30cm土层始终保持在最佳湿度范围。
根部的EC值、硝酸根值传感器是对根部养分浓度进行检测，当根部养分浓度低于动态指标范围时，系统会自动启动施肥机和滴灌设备，执行脉冲式间歇轮灌程序进行施肥、灌水，同时对加入管道内的肥料EC值进行抽样检测，并与根部数据对比分析，判断肥料施入量；高于动态指标时，会发出停止设备运行。
埋设在根部的土壤PH值传感器实时检测根部酸碱度变化，依据植物根系喜弱酸环境的特性，当根部土壤PH值偏高时对根系微环境进行自动滴酸，降低根部PH值，保持最佳根系微环境。滴酸量是通过抽检加入管道酸溶液PH值与田间根部PH值比对分析计算获得。
施用肥料N、P、K(氮、磷、钾)及中、微量元素比例在各生长发育阶段不同，玉米二叶一心期前依靠母体养分可满足生长发育；在二叶一心期开始少量施肥，保证玉米安全渡过营养临界期，施用N、P、K为1:1:1比例的肥料并配合锌肥为主的微量元素肥料，肥料纯量控制在20kg/公顷以下，至五叶一心以促进幼苗根系发育为主；其后逐渐加大氮肥比例，到大喇叭口期NPK比例达到2.5:1.0:0.5；玉米抽穗期到籽粒灌浆期是营养最大效果期，这一阶段要加大钾肥施用比例达到5:3:8，同时加入锌、硼肥为主的微量元素肥料；施肥量和施肥时间系统会自动检测、自动控制完成。
埋设在根部的温度传感器会实时采集土壤温度变化，当土壤温度过高时也会启动滴灌系统灌水降温。
当两个或以上因子出现矛盾时，模糊控制处理器会通过计算分析、给出优化方案并予执行。
系统与计算机连接，使对话窗口更便于操作，反馈数据可长久保存在计算机中，便于今后分析整理。计算机接入互联网可实现远程监控、操作。
收获：在玉米灌浆中后期停止水、肥供给，待玉米穗外包叶变黄、籽粒乳线消失、黑层形成标志玉米完全成熟可以收获。
沙地玉米智能种植产量构成表
智能滴灌比普通滴灌增产14.8％，产量差异主要表现在穗粒数、百粒重的增加。采用玉米摘穗扒皮机收获，留20cm高茬，秸秆直接覆盖田间。
全生育期全营养均衡施肥智能自动控制管理中应用的脉冲式间歇轮灌程序是在种植地块内设计若干灌水小区，每个灌水小区每次滴灌2～10分钟，每次滴灌间隔1～3小时，形成脉冲式间歇轮灌的滴灌方式。减少水分、养分的重力下移，增加横向扩散湿润时间，使水分、养分最大限度地保留在作物根系周围，提高水、肥利用率。采用脉冲式间歇轮灌单次用水量小，可增加单套设备控制面积，减少单位面积滴灌首部投资，提高设备利用率。
宽窄行免耕加密种植：采用耐密高产品种、多年以滴灌管为轴心采取行距调整实现原茬窄行种植，不进行土壤耕翻作业，一次完成秸秆切割、行下深松、精量点播、覆土镇压的免耕种植，是新滴灌技术与免耕种植技术的有机结合。滴灌管间距100～140cm、种植行距30～50cm，种植密度比普通种植增加30～50％，合理分布单株空间，依靠群体获得高产的栽培方法。第一年播种锁定滴灌管与两侧行之间距离，收获时留15～30cm高茬，秸秆还田，用根茬、秸秆固定沙土不被大风刮起，第二年使用免耕播种机在第一年根茬外侧，第三年在第一年根茬内侧种植。
第二年开始对原有滴灌设备进行检修维护、清洗管路，达到正常运行状态。播种是使用免耕精量点播机，取下上一年使用的滴灌管卷盘支撑架、开沟铧、滴灌管导向定位器、覆土板等部件；加装锰钢波形圆盘切刀、齿式拨草轮、深松杆尺等装置，实现根茬秸秆切断、两侧剥离、苗带深松、精量点播一次完成全部作业程序，播种位置是以滴灌管为轴心，各外扩5cm，形成行距50cm的种植。第三年采取同样播种方式，位置以滴灌管为轴心，两侧各15cm，形成行距30cm的种植形式。免耕种植密度和第一年相同，玉米生长发育期间不进行中耕作业。
水、肥管理及其它农艺措施与第一年相同，经过几个生产周期使沙化土壤得到固定和修复，期间也可用同样方式种植其它作物进行轮作，降低病、虫害发生率。
滴灌管浅埋灌溉与免耕加密种植结合，克服了覆膜滴灌第二年残留地膜无法播种和免耕种植追肥困难后期脱肥问题，全生育期全营养元素均衡施肥的智能自动控制和脉冲式间歇轮灌很好的解决了沙化土壤不保水、保肥难题，使沙漠化土地治理的同时获得作物高产成为现实。
本发明集成优化滴灌管浅埋、全生育期全营养均衡施肥、脉冲式间歇轮灌、智能自动控制、免耕加密种植于一体的作物栽培方法，是一种沙地作物智能种植技术，这种方法同样适合其它植物种植。
本发明采取优化集成的方法使上述技术有机结合，互为依托。智能自动控制技术是实现脉冲式间歇轮灌的手段，脉冲式间歇轮灌技术为作物生育期全营养元素均衡精准高效施肥提供了保证。滴灌管浅埋与全生育期全营养元素均衡施肥技术是宽窄行免耕加密种植实施的前提，滴灌管浅埋避免了残留地膜下茬无法播种的影响，全生育期全营养均衡施肥解决了现有免耕种植追肥困难，造成后期脱肥结实率低，籽粒不饱满的问题，实现增加密度提高群体产量。特别是保水、保肥性差，营养贫乏的沙漠化土地应用这一种植方法使作物获得高产，并经过3～10年交替循环使沙漠化土地得到根本治理。
Claims (7)
1.一种用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：
在沙漠化土地中安装设备、铺设管路；
在沙漠化土地中进行滴灌管浅埋，采用耐密高产品种实施宽窄行免耕加密种植，以滴灌管为轴心采取行距调整实现原茬窄行种植，不进行土壤耕翻作业，一次完成秸秆切割、行下深松、精量点播、覆土镇压的免耕种植，滴灌管间距100～140cm，种植行距30～50cm；
灌出苗水、除草，病虫害防治；
全生育期全营养元素均衡施肥，即在播种后，作物生长发育全过程实行以灌溉水为载体溶解的全营养元素均衡施肥，在作物断乳期以后根据作物生长发育规律对养分需求，分阶段使用不同水溶性肥料，随滴灌施入作物根部至作物收获，完成一次种植过程；
全生育期全营养元素均衡施肥采用自动控制管理，通过埋设在作物根部的传感器实时检测采集各种数据，并将数据传送给处理器处理后，发出执行指令；
传感器包括张力计，埋深4～7cm的张力计用于检测浅表层土壤湿度；埋深25～40cm的张力计用于检测根系主要分布区内的土壤湿度，土壤湿度低于规定值时自动启动滴灌设备，执行脉冲式间歇轮灌程序实现灌溉，使5～30cm土层始终保持在最佳湿度范围。
2.按权利要求1所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：宽窄行免耕加密种植第一年时锁定滴灌管与两侧行间距离，收获时留15～30cm高茬，秸秆还田；第二年使用免耕播种机在第一年根茬外侧种植；第三年在第一年根茬内侧种植。
3.按权利要求1所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：传感器包括根部的EC值传感器，对根部养分浓度进行检测，当根部养分浓度低于动态指标范围时，自动启动施肥机和滴灌设备，执行脉冲式间歇轮灌程序进行施肥、灌水，同时对加入主管道内的肥料EC值进行抽样检测，并与根部数据对比分析，判断肥料施入量；肥料施入量高于动态指标时，发出停止设备运行指令。
4.按权利要求1或3所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：脉冲式间歇轮灌程序是在种植地块内设计若干灌水小区，每个灌水小区每次滴灌2～10分钟，每次滴灌间隔1～3小时。
5.按权利要求1所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：传感器包括埋设在根部的土壤PH值传感器，实时检测根部酸碱度变化，依据植物根系喜弱酸环境的特性，当根部土壤PH值高于规定值时，对根系微环境进行自动滴酸；滴酸量通过抽检加入主管道酸溶液PH值与田间根部PH值比对计算获得。
6.按权利要求1所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于：传感器包括埋设在根部的温度传感器，实时采集土壤温度变化，当土壤温度过高时启动滴灌系统灌水降温。
7.按权利要求1所述的用于沙漠化土地治理的作物种植方法，其特征在于滴灌管浅埋为：
播种机械在宽窄行精量点播播种机基础上，加装滴灌管卷盘支撑架、开沟铧、滴灌管导向定位器以及覆土板，一次完成滴灌管铺设浅埋、精量点播以及覆土镇压工序，其中滴灌管浅埋深度为5～15cm，铺设滴灌管时滴孔向上，不覆地膜。
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