CN107493716A

CN107493716A - 一种提升黄土丘陵区新增耕地玉米产量的客土改良方法

Info

Publication number: CN107493716A
Application number: CN201710720941.6A
Authority: CN
Inventors: 刘彦随; 李裕瑞; 冯巍仑; 陈宗峰; 曹智
Original assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Current assignee: Institute of Geographic Sciences and Natural Resources of CAS
Priority date: 2017-08-22
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2017-12-22

Abstract

本发明公开一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其步骤包括：(1)、选取黄土丘陵区治沟造地新增耕地田块的目标区域作为改良地块，并确定所选改良地块面积S；(2)、根据所选改良地块的面积取预定量的晚更新世Q3马兰黄土作为客土；(3)、将步骤(2)所确定量的客土进行粉碎至粒径小于3cm，均匀铺于需改良田块，充分混合；(4)施用农家肥和/或复合肥作为底肥，使用旋耕机进行翻耕；(5)在翻耕后的改良地块上进行玉米种植。本方法取材方便、成本低廉，能够迅速改良土壤质地，增强透水通气性与疏松度，改善土壤耕性，提高玉米品质及产量。

Description

一种提升黄土丘陵区新增耕地玉米产量的客土改良方法

技术领域

本发明属于农业与土地工程领域，具体涉及一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法。

背景技术

黄土高原丘陵沟壑区梁茆交错，沟壑纵横，是我国水土流失最为严重的地区。近年来，中央支持陕西延安市治沟造地土地整治重大工程项目，为优化黄土高原农业结构、提高土地利用效率与生态效应提供了新契机。新增耕地土体营造及其快速熟化，是沟道土地整治及其土地可持续利用的重要基础。

国内外对耕地快速熟化及质量提升的研究较早，但主要集中在盐渍化土壤、污染土壤、采矿破坏土壤以及中低产田的改造研究上，对于沟道整治新增耕地的研究较少。客土改良法由于成本低、效益好、易于操作等优势，逐渐受到了国内外的广泛关注。

本申请的申请人在对黄土丘陵治沟造地的研究过程中曾经研究过增加新增土地持水能力的方法，但是申请人发现，该方法虽然能够增加持水能力，并且能够促进油菜的生长，但是在种植玉米时却并不能有效提升玉米产量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，向治沟造地新增耕地加入取材方便、成本低廉的马兰黄土，并结合翻耕、施肥等农艺措施，增加土壤粉粒含量，改善通水透气性，改良土壤耕性，提高玉米产量。

具体而言，本发明提供一种提升黄土丘陵区新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)、选取黄土丘陵区治沟造地新增耕地田块的目标区域作为改良地块，并确定所选改良地块面积S；

(2)、根据所选改良地块的面积取预定量的晚更新世Q3马兰黄土作为客土；

(3)、将步骤(2)所确定量的客土进行粉碎至粒径小于3cm，均匀铺于需改良田块，充分混合；

(4)施用农家肥和/或复合肥作为底肥，使用旋耕机进行翻耕；

(5)在翻耕后的改良地块上进行玉米种植。

在一种优选实现方式中，所述客土改良方法改良后的土壤为偏碱性土壤。

在另一种优选实现方式中，步骤(2)中，所述客土的机械组成为，粘粒含量为3％～5％，粉粒含量为60％～70％，砂粒含量为27％～35％。

在另一种优选实现方式中，步骤(3)中，所述客土覆土厚度为5cm-10cm。

在另一种优选实现方式中，步骤(4)中，所述客土的粉碎粒径小于2cm。

在另一种优选实现方式中，在所述步骤(4)中，所述翻耕深度为30cm。

在另一种优选实现方式中，所选玉米品种为德美亚3号。

在一种优选实现方式中，改良后田块土壤机械组成为：粒径<0.002mm的粘粒的含量介于5％和8％之间、粒径0.002～0.05mm的粉粒的含量介于65％和75％之间，粒径0.05～2mm的砂粒的含量介于10％～30％之间，采用该土壤改良方式，未进行客土改良的试验田玉米平均产量约为600kg，而覆上述粒径范围马兰黄土5～10cm的试验田产量高达780kg左右，较原状土增加180kg，增产效果明显，经济效益提升显著。

在对比实验中，申请人采用改良后土壤机械如下的田块分别进行了实验：(1)粒径<0.002mm的粘粒的含量4％、粒径0.002～0.05mm的粉粒的含量75％之间，粒径0.05～2mm的砂粒的含量21％；(2)粒径<0.002mm的粘粒的含量8％、粒径0.002～0.05mm的粉粒的含量77％之间，粒径0.05～2mm的砂粒的含量16％以及(3)粒径<0.002mm的粘粒的含量17％、粒径0.002～0.05mm的粉粒的含量75％之间，粒径0.05～2mm的砂粒的含量8％，玉米产量均不超过700kg。

本发明的显著效果在于：本方法取材方便，操作简单，成本低廉，能够迅速增加沟道新增耕地土壤粉粒含量，改善土壤透水透气性，促进玉米生育期生长，可以大幅度提升玉米产量，增加肥料利用率。

黄土丘陵区马兰黄土分布广泛，具有不同的土壤特性与利用方向，将其作为客土对治沟造地新增耕地土壤进行改良，进而快速提升沟道耕地玉米产量，对深化农业供给侧改革、提升农产品供给质量具有重要意义。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但并不因此将本发明的保护范围限制在实施例描述的范围之中。

考虑到作物生长可能受到诸多因素的影响，比如，在申请人之前所进行的实验中，对油菜生长具有良好促进作用的土壤改良方法，一旦用到玉米种植改良，则收效甚微，因此，申请人经过在多块不同试验区进行多年实验，最终，申请人的一个小组在延安市宝塔区进行实验时，发现了一种能够大幅度提高玉米产量的客土改良方法。

下面申请人以2015-2017年申请人在延安市宝塔区李渠镇羊圈沟村所进行的实验为例对本发明的改良方法及实验结果进行说明。

(一)试验设计

1、试验区域

试验区位于延安市宝塔区李渠镇羊圈沟村(109°31'17.91"E，36°41'48.31"N)，属陕北黄土丘陵沟壑区。该地区气候为半湿润半干旱地区，光热资源比较充足。地貌类型以黄土梁和黄土沟为主，沟谷度为2.74km/km²，流域内土壤包括黄绵土、红胶泥土、黑胶泥土等，以黄绵土为主，抗蚀性较差，水土流失严重。土地利用类型多样，包括沟台地、坝地、果园、草地和林地等。

实施例1

首先选定试验田，测定试验田面积，根据试验田面积和准备的覆土厚度，计算客土量。本实施例中，分别取马兰黄土5cm(X5)、红粘土(L5)、原状土(YZT)，每种覆土类型和厚度种植3个单位面积(即标准试验田尺寸，其可以根据需要选择，比如可以选为100平米或1亩)，第一个单位面积施以农家肥、第二个单位面积施以复合肥，第三个单位面积施以农家肥和复合肥的混合肥。

所选玉米品种为德美亚3号，一年生禾本科草本植物，早熟、优质、抗病，株型紧凑，根系发达，抗倒伏能力强，株高约260cm，穗位高约100cm，平均穗长约19.8cm，穗粗约5cm，百粒重约32克。

试验田作物播期为四月中旬，采用旋耕机翻地，统一田间管理，各试验变量依据相应处理方式(表1)。

表1土壤复配试验变量介绍

表2在5cm覆土情况下作物产量及品质

从表中可以看出，在5cm覆土量时，采用红粘土和马兰黄土对产量都带来了巨大的提升，尤其是采用马兰黄土，产量提升分别达到120、148以及224公斤，这种产量提升的意义是不可估量的。

实施例2

本实施例中，分别取马兰黄土10cm(X10)；红粘土10cm(L10)；每种覆土类型和厚度种植3个单位面积(即标准试验田尺寸，其可以根据需要选择，比如可以选为100平米或1亩)，第一个单位面积施以农家肥、第二个单位面积施以复合肥，第三个单位面积施以农家肥和复合肥的混合肥。

为了更好地对比各种不同的土壤改良情况下，对玉米产量的影响，所进行的实验在基本同质的土地上进行，各个试验田彼此之间间隔一定距离。

本实施例中，玉米品种、播种和收割时间的选择都与实施例1相同。

表3

从本实施例中可以看出，利用马兰黄土进行土壤改良要比利用红粘土进行土壤改良的效果明显更加显著，产量比不采用土壤改良方式的实施例1中的方法，增加120-240公斤。

实施例3

本实施例中，分别取马兰黄土15cm(X15)；红粘土15cm(L15)；每种覆土类型和厚度种植3个单位面积(即标准试验田尺寸，其可以根据需要选择，比如可以选为100平米或1亩)，第一个单位面积施以农家肥、第二个单位面积施以复合肥，第三个单位面积施以农家肥和复合肥的混合肥。

表4

从本实施例中可以看出，不管是利用马兰黄土还是红粘土进行土壤改良，厚度达到15cm之后，玉米产量不但没有提升，甚至有所下降，证明本发明的方法不能采用过厚的土层。

此外，申请人发现，本实施例的方法尤其适合应用在没有农家肥的土地上，本发明的方法可以促进复合肥的保持和利用，在施用复合肥时，对产量的提升尤其明显。施用马兰黄土进行客土改良，能够提升土壤的透水通气性，改善土壤酸碱度，增强作物对土壤养分及复合肥中营养元素的吸收能力，因而对于复合肥地块提升效果较为明显。

鉴于本发明的土壤改良方法是一个小组在延安的黄土丘陵区通过实验意外获得的，为了找到该方法的理论依据，并将之推广，申请人在进行实施例1-3中的实验的同时，进行了数据采集和分析，分别测量了多种土壤参数和作物参数。

具体而言，土壤容重采用环刀法测量；土壤孔隙度数据由土壤容重测量；土壤机械组成数据来自于马尔文激光粒度仪(Mastersizer 2000)。土壤pH值采用pH计(METTLERTOLEDO SG2)法测量；有机质(OM)采用重铬酸钾容量法—外加热法测量；速效氮(AHN)采用碱解扩散法；速效磷(AP)采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；速效钾(AK)采用NH4OAc浸提—火焰光度法。

农作物生长情况数据包括长势及产量数据，长势数据采集方式为自出苗期，每周从每个试验田随机抽取3株样本，并测量株高、茎围、叶片数等长势指标。株高利用卷尺直接测量，并计算平均值；茎围用游标卡尺测量，并计算平均值；叶片数进行目视测定，并计算平均值。而作物产量数据为将试验样区分为3块，分别对玉米产量进行称重，并计算平均值。

采用Excel软件对数据进行整理收集，用SPSS软件对数据进行方差分析，用Origin软件对分析结果进行绘图。

土壤理化性质试验

1、不同试验样区土壤物理性质分析

土壤容重及孔隙度作为土壤重要的物理性质，与土壤的质地、紧实程度、通水透气性及肥力状况紧密相关。申请人发现，不同覆土类型对土壤容重及孔隙度影响显著。随着马兰黄土覆土厚度的增加，土壤容重逐渐增加，孔隙度逐渐减小；而红粘土与之相反。土壤疏松度、通水透气性与马兰黄土的覆土厚度成正相关，与红粘土负相关。

表5不同覆土类型样区土壤密度及机械组成特征

附注：D[4,3]为体积平均粒径，是粒径对体积(或重量)的加权平均；D[3,2]表面积平均粒径，是粒径对表面积的加权平均；d(0.5)为颗粒累积分布为50％的粒径。

土壤质地是土壤最基本的物理性质之一，极大影响着土壤的保水保肥性、透水通气性、耕性及养分状况，是评价土壤肥力状况的重要指标之一。一般而言，壤质土砂粒、粉粒及粘粒所占比例较为适宜，耕性良好，是适合农作物生长发育的理想土壤质地。但是，申请人发现，在黄土丘陵地区，沟道土地整治后新增耕地土壤质地多为粉壤土或粘壤土，粘粒及粉粒含量较高，透水通气性较弱，作物肥力利用率较低。因此，通过向原耕作层掺入红粘土或马兰黄土，能够调节土壤的粒径结构，改变土壤质地类型，改善土壤的肥力状况。

红粘土与马兰黄土在粒径结构中存在明显的差异(表5)。其中，红粘土的细黏粒(＜0.001mm)、粗黏粒(0.001～0.002mm)及部分细粉粒(0.002～0.01mm)体积分数要明显大于马兰黄土；而粗粉粒(0.01～0.05mm)、细砂粒(0.05～0.25mm)的体积分数则小于马兰黄土。

申请人发现，红粘土的黏粒土壤特征较为明显，马兰黄土更多为粉粒及砂粒结构特征。不同试验样区土壤粒径结构与新、红粘土的覆土类型及厚度存在明显相关(表5)。随着红粘土覆土厚度的增加，细黏粒、粗黏粒及部分细粉粒所占的体积比例逐渐增大，黏性特征更加明显；而当马兰黄土覆土厚度增加时，粉粒及砂粒体积比例逐渐增大，粉粒、砂粒特征逐渐显现。

申请人还发现从土壤体积平均粒径和表面积平均粒径来看，不同覆土类型试验样区中，最大的为X15样区，其均质分别为37.91和6.79μm；随后依次为X10、X5、YZT等样区；最小的是L15样区，为20.26和3.82μm。就颗粒分布为50％的粒径来看，最小的为L15样区的15.97μm；最大的为X15样区的30.74μm。

随着马兰黄土覆土厚度的增加，其土壤质地逐渐由粉(砂)壤土向壤土转变，通水透气性逐渐增强，并在10cm深度逐渐达到稳定状态。而随着红粘土覆土厚度的增加，土壤中粘粒含量逐渐增加，保水保肥性增强，并在5cm深度逐渐达到稳定状态。

2、不同试验样区土壤化学性质分析

依据表6所示结果，L15、L10、L5样区土壤有机质含量均小于马兰黄土及原状土，其增加幅度也明显小于所覆马兰黄土。马兰黄土的土壤非毛管孔隙度较大，排水透气性较好，因此其有机质含量也相应较高；而红粘土透水透气性差，不适合土壤微生物及作物根系的生长，因此有机质含量较低。不同覆土类型样区土壤PH基本维持在8.5-8.8之间，属于偏碱性土壤，并未发生较大变化。就土壤碱解氮、有效磷及速效钾来看，三者含量在玉米生长期内均发生了一定程度的下降，而马兰黄土的降幅要略大于红粘土，这说明红粘土的保肥性要强于马兰黄土，而覆红粘土则可以一定程度上提升土壤的保肥性。

表6不同覆土类型样区土壤化学性质

农作物种植优化试验

1、试验田玉米长势情况分析

不同覆土类型样区玉米各个生长期的长势情况存在明显差异(表4)。出苗期(5.02，5.16)，红粘土样区玉米长势情况整体好于马兰黄土样区及原状土区，其中L10、L5及YZT苗期株高、茎围和叶片数的综合长势较好，而L10、L15区玉米的长势较差。穗粒期(5.30、6.13)马兰黄土样区在株高、茎围及叶片数等各项指标上逐渐变好，此时马兰、红粘土样区长势状况逐渐趋于相近，其中L5、X5区长势最好，其次为L10、X10区，而YZT、L15、X15长势最差。花粒期(6.27、7.11)的X5、X10的长势情况趋于相近，并显著高于其他样区。

表7不同覆土类型对玉米株高的影响

上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围之内。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种提升黄土丘陵区新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(4)施用农家肥和/或复合肥作为底肥，使用旋耕机进行翻耕；

(5)在翻耕后的改良地块上进行玉米种植。

2.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，所述客土改良方法改良后的土壤为偏碱性土壤。

3.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，步骤(2)中，所述客土的机械组成为，粘粒含量为3％～5％，粉粒含量为60％～70％，砂粒含量为27％～35％。

4.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，步骤(3)中，所述客土覆土厚度为5cm-10cm。

5.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，步骤(4)中，所述客土的粉碎粒径小于2cm。

6.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述翻耕深度为30cm。

7.如权利要求1所述的一种提升黄土丘陵区治沟造地新增耕地玉米产量的客土改良方法，其特征在于，所选玉米品种为德美亚3号。