CN107503337A - 一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法 - Google Patents
一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，本发明首先对多沙灌区的土壤测土，测土包括采集多沙灌区农田土样和测定土壤颗粒组成两个方面，通过测土得到多沙灌区的沙化参数，然后根据沙化参数进行科学配沙，从而逐步使该多沙灌区土壤向沙化系数为1的土壤方向精准改良并预控沙化。本发明通过测土配沙、科学调度泥沙，实现用不同水层中不同粗细颗粒级配的泥沙来改善土壤结构提高土壤质量，大大提高了多沙灌区土壤的质量和土壤承载能力，提高农业产量，促进多沙灌区可持续发展，实现多沙灌区土地资源的高效永续利用。
Description
技术领域
本发明涉及土地改良技术领域，具体涉及一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法。
背景技术
多沙灌区是引水含沙量较高的灌区，如中国的引黄灌区(引用黄河水灌溉农田的灌区)就是多沙灌区。多沙灌区引水必引沙，多沙灌区将引入泥沙沿输沙渠或干渠、支渠依次输送至田间，进行浑水灌溉。长此灌溉即有可能导致土壤沙化，为了预控多沙灌区土壤沙化，同时精准改良多沙灌区土壤，本发明率先提出了该“测土配沙”预控土壤沙化或精准改良土壤的方法。
“测土配沙”是作为我国大型引黄灌区之一的韩墩引黄灌区在思考如何科学利用灌区引进泥沙中率先提出的一种通过科学利用灌区引进泥沙实现预控灌区土壤沙化或精准改良灌区土壤的一种方法。该方法适用于所有引多沙河流水进行农田灌溉的灌区。“测土配沙”的含义及实现路径首先是“测土”，对多沙灌区土壤的现状类型质地进行监测，了解土壤的砂粘性，这是进行科学配沙的基础。我们知道，砂粒含量偏高的砂质土壤保水保肥性能差，相反的粘质土壤透气性差，都对作物生长有不利的影响，而壤质土壤是保水保肥及透气性均佳的利于作物生长的优质土壤。精准改良土壤或预控土壤沙化的方向目标就是促进灌区土壤向壤土方向优化，并通过在测土的基础上科学“配沙”来实现，是为“测土配沙”。“配沙”前除测土壤质地外，还必须对灌区引进的水沙进行监测，根据来沙量大小及粗细级配和泥沙粒径随水垂线方向上细下粗的规律，通过设计的可实现分层取水取沙的工程技术引取需要水层的泥沙，方可实现科学“配沙”。通过砂质土壤配细沙、粘质土壤配粗沙的“测土配沙”方法路径，是实现多沙灌区浑水灌溉土壤沙化预控及精准改良一个问题的两个层面，采取的是同一思路，不同的是对于不同的土壤质地需要不同的技术措施来实现科学配沙。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，该方法针对不同沙化参数的多沙灌区土壤通过引入不同高度水层的泥沙来进行配沙改良，优化多沙灌区土壤的颗粒组成，改善土壤物理性状，以实现多沙灌区土壤改良、泥沙资源利用、生态环境改善和农作物高产的有机结合。
基于上述目的，本发明提供了一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，包括以下步骤：
(1)测土
①采集多沙灌区农田土样
在分干渠或支渠的渠首、渠中、渠尾三处位置的农田采集土样，每处位置渠的两侧均有样点，每处位置采集2～3点；
②测定土样颗粒组成
对采集的土样进行粒径测定，并根据国际制土壤质地分类标准进行分级，分别得到土壤中砂粒的百分含量、粉粒的百分含量和黏粒的百分含量，然后根据下面的公式计算沙化参数；
沙化参数＝土壤砂粒百分含量/(土壤粉粒百分含量+土壤粘粒百分含量)；
(2)配沙
根据沙化参数将所需水层高度的泥沙引入多沙灌区，从而逐步使该多沙灌区土壤向沙化系数为1的土壤方向精准改良并预控沙化。
在本发明中，优选的，步骤(2)中根据沙化参数将多沙灌区分为沙化土壤时，将水流上表层粒径较细的泥沙引入多沙灌区。
在本发明中，优选的，当沙化参数＞1时，为沙化土壤。
在本发明中，优选的，当1＜沙化参数≤3时，为轻度沙化土壤；当3＜沙化参数≤6时，为中度沙化土壤；当沙化参数＞6时，为重度沙化土壤。
一直以来，对于土壤及泥沙的粗细级配情况都没有一个合适的灵敏的指标参数来表达，更无法实现科学配沙，土壤改良的目标不明，而且对于土壤沙化的概念也过于笼统和模糊。因此，为便于土壤改良及沙化量化控制，有必要对土壤沙化的概念进行界定，选定一个符合生态文明及生态灌区建设要求的，使土壤改良有明确方向的土壤沙化量化参数。
发明人经过大量研究实践率先提出沙化参数的概念，用沙化参数能更灵敏地表达影响土壤沙化的砂粒含量的高低。以土壤砂粒百分含量与土壤粘粒和粉粒百分含量之和的比值作为衡量土壤沙化的参数，可称之为沙化参数：
沙化参数＝土壤砂粒百分含量/(土壤粉粒百分含量+土壤粘粒百分含量)；
由此可见，本发明界定了沙化参数这一概念，通过土样监测就很容易地将沙化土壤划分出来，落实到具体的地块，方便有针对性的预控土壤沙化及精准改良土壤。本发明率先提出的沙化参数的概念解决了沙化治理实践中存在的确定沙化土地难以落实到具体地面的难题和学术界因此而产生的纷争，意义重大！
当土壤砂粒百分含量为50％时，沙化参数为1，此时土壤质地为最利于作物生长的保水保肥透气性能的壤土。因此，以沙化参数为1的壤土作为土壤改良的方向和目标，从而实现精准改良。
发明人经过研究实践发现，可以根据得到的沙化参数将多沙灌区土壤分为沙化土壤时，具体为：当沙化参数＞1时，为沙化土壤。
对于沙化土壤，可以根据水流中下沙上粘的原理，将水层中不同高度的泥沙引入，从而逐步使该多沙灌区土壤向沙化系数为1的土壤方向精准改良并预控沙化。当为沙化土壤时，可以将水流上表层粒径较细的沙粒引入沙化土壤。
进一步的，当多沙灌区土壤为沙化土壤时，还可以将沙化土壤细分为三个等级，具体为：当1＜沙化参数≤3时，为轻度沙化土壤；当3＜沙化参数≤6时，为中度沙化土壤；当沙化参数＞6时，为重度沙化土壤。由于水流中沙粒大小由所在的水层高度决定。因此，可以根据沙化参数的不同，在沙化土壤中引入水流不同高度的泥沙。
与现有技术相比，本发明的多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法具有以下有益效果：
本发明通过测土配沙、科学调度泥沙，实现粘性土壤调用底下层粗沙、砂性土壤用上表层细沙来改善土壤结构，可大大提高多沙灌区土壤的质量，提高多沙灌区土壤承载能力，提高农业产量，促进多沙灌区可持续发展，实现多沙灌区土地资源的高效永续利用。本发明的方法既可改良土壤，实现土壤可持续利用，又充分利用(引黄)多沙灌区的泥沙资源，可有效解决多沙灌区面临的泥沙淤积及其生态环境问题，将极大促进多沙灌区农业生产和区域经济的可持续发展。
附图说明
附图是结合具体的工艺实施方式，详细的说明了工艺走向。
图1为山东省滨州市韩墩灌区土壤采样点分布图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明“测土配沙”方法主要包括以下步骤：
(1)通过对多沙灌区土壤采样监测，了解多沙灌区的土壤质地及其分布情况，计算不同欲改良土壤地块的土壤沙化参数，为科学配沙提供依据；
(2)进行灌水水沙监测，了解灌水含沙量及引进泥沙的颗粒级配情况；如前述“测土配沙”的含义及实现路径，利用引进泥沙改良土壤，除对土壤进行监测，还必须对灌区引进泥沙进行监测，方可实现科学配沙；
(3)进行试验模拟和推广应用。任何科学研究应在试验模拟取得科学依据的基础上进行实地实施。本发明拟根据实地采集的土样做成土柱，配以相应不同含沙量及泥沙级配组合的浑水灌水试验，监测分析土壤质地性状的变化。在测土壤测水沙和模拟试验取得数据支撑的基础上，进行实地“测土配沙”示范推广。
本发明的科学配沙通过相应的可实现取不同水层水沙的工程技术措施来实现，设计的分层取水取沙工程技术装置已申报专利保护，并已经公开，具体参见申请号：201710030559.2，发明名称：高低闸门联合运用的灌溉分水闸及灌溉改良土壤的方法。
实施例1
本实施例“测土配沙”方法是由韩墩引黄灌区在实践中提出，目的是实行灌区引进泥沙的科学利用和预控浑水灌溉灌区土壤沙化或精准改良土壤。为了实现这一目的，韩墩引黄灌区于2016年9月与中国农业科学研究院农业资源与农业区划研究所就选题《韩墩灌区浑水灌溉土壤沙化预控技术研究》项目达成合作研究协议。项目研究由选题人韩墩灌区管理局研究人员主持，由农科院的土壤专家对韩墩灌区土壤质地及分布情况进行土壤专业的监测分析。
本实施例提供了一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，包括以下步骤：
(1)测土
测土包括采集多沙灌区农田土样和测定土壤颗粒组成两个步骤，具体为：
①采集多沙灌区农田土样
研究采集土样是按规范的三层：0～20cm，20～40cm，40～60cm来采样。但灌区引进水沙是通过灌区各级渠道后输送至农田，灌水携带的泥沙多覆盖于土表，因此，以农田耕翻深度范围20cm内的第一层土样进行重点监测分析。测定土样颗粒组成(机械组成)，并计算沙化系数，综合评估农田土壤的沙化程度，为控制引水层及引入的泥沙粗细程度提供参数。
土样采集方法原则如下：1)在分干渠或支渠的渠首、渠中、渠尾三处位置的农田采集土样，每处位置渠的两侧均有样点，一般采集2～3点，以保证样点的代表性。2)由于泥沙输送需要动力，使得泥沙易于在每条渠的上游沉落，因此重点考虑距干渠近的农田土壤质地的沙化预控及改良，采样点在距渠道近距离内布置的密些。3)每样点周边30m内多点取样混合为一个土样。
按照上述土样采集原则，并使用采样器进行多沙灌区农田采样。
②测定土样颗粒组成
对采集的土样进行粒径测定，粒径测定方法采用本领域常规方法(例如吸管法、消光法、激光粒度分析仪等)，并根据国际制土壤质地分类标准进行分级，见表1；
表1国际制土壤质地分类
根据测定结果分别得到土壤中砂粒的百分含量、粉粒的百分含量和黏粒的百分含量，然后根据下面的公式计算沙化参数；
沙化参数＝土壤砂粒百分含量/(土壤粉粒百分含量+土壤粘粒百分含量)；
(2)配沙
当土壤砂粒含量为50％时，沙化参数为1。按照国际制土壤分类标准，此时土壤质地为最利于作物生长的保水保肥透气性能的壤土，因此，本实施例以沙化参数为1的壤土作为土壤改良的方向和目标，从而实现精准改良。当沙化参数＞1时，为沙化土壤；同时还可将沙化土壤细分为轻度、中度和重度沙化土壤，以此界定土壤沙化程度。具体为：当1＜沙化参数≤3时，为轻度沙化土壤，当3＜沙化参数≤6时，为中度沙化土壤，当沙化参数＞6时，为重度沙化土壤。
由此可见，本实施例界定了沙化参数这一概念，通过土样监测就很容易的将沙化土壤划分出来，落实到具体的地块，方便有针对性的预控土壤沙化及精准改良土壤。
同时，本实施例进行灌水水沙监测，了解灌水含沙量及引进泥沙的颗粒级配情况；具体的，可采用常用方法对灌水水沙进行灌水含沙量和引进泥沙的颗粒级配情况进行测定，例如可采用分层采样法测定灌水含沙量，采用泥沙颗粒分析仪器测定泥沙的颗粒级配情况。首先根据测得的灌水不同水层高度的含沙量和引进泥沙的颗粒级配情况，然后根据土壤沙化参数的大小确定所需灌水水层的高度，将所需水层高度的泥沙引入多沙灌区，从而逐步使该多沙灌区土壤向沙化系数为1的土壤方向精准改良并预控沙化。
进一步的，对于如何取不同水层高度的泥沙，可通过相应的可实现取不同水层水沙的工程技术措施来实现，例如可通过高低闸门联合运用的灌溉分水闸，该高低闸门联合运用的灌溉分水闸通过在常用的高闸门后端再设置一个高度较低的低闸门，将低闸门设置为由多组不同高度的闸门组成，然后通过高低闸门的联合运用实现对不同高度水层的取水、取沙，具体参见申请号：201710030559.2，发明名称：高低闸门联合运用的灌溉分水闸及灌溉改良土壤的方法。
实施例2
本实施例以韩墩灌区二分干和四五跃进渠为例进行测土配沙方法的详细描述，具体包括以下步骤：
(1)测土
测土包括采集多沙灌区农田土样和测定土壤颗粒组成两个步骤，具体为：
①采集多沙灌区农田土样
研究采集土样是按规范的三层：0～20cm，20～40cm，40～60cm来采样。但灌区引进水沙是通过灌区各级渠道后输送至农田，灌水携带的泥沙多覆盖于土表，因此，以农田耕翻深度范围20cm内的第一层土样进行重点监测分析。测定土样颗粒组成(机械组成)，并计算沙化系数，综合评估农田土壤的沙化程度，为控制引水层及引入的泥沙粗细程度提供参数。
土样采集方法原则如下：1)在分干渠或支渠的渠首、渠中、渠尾三处位置的农田采集土样，每处位置渠的两侧均有样点，一般采集2～3点，以保证样点的代表性。2)由于泥沙输送需要动力，使得泥沙易于在每条渠的上游沉落，因此重点考虑距干渠近的农田土壤质地的沙化预控及改良，采样点在距渠道近距离内布置的密些。3)每样点周边30m内多点取样混合为一个土样。
按照上述土样采集原则，并使用采样器进行韩墩灌区农田采样，采样了44个样点，采点空间布置见图1。
②测定土样颗粒组成
对采集的土样进行粒径测定，粒径测定方法采用本领域常规方法(例如吸管法、消光法、激光粒度分析仪等)，并根据国际制土壤质地分类标准(参见表1)进行分级；以韩墩灌区二分干和四五跃进渠为例进行测土配沙方法的验证。以此为例，其它分干支渠的采样监测计算结果不一一列出，参见表2。
表2韩墩灌区二分干和四五跃进渠控制灌溉农田土样颗粒组成及沙化系数
从表2中可以看出，二分干的农田土壤沙化系数在0.8～2.5之间，平均1.4，按本发明对沙化系数的分级界定，属于轻度沙化；四五跃进渠农田土壤沙化系数在0.7～1.2之间，平均0.9，沙化系数接近于1，属于壤土。
(2)配沙
由于水流中下沙上粘，因此在二分干分水口可采取实现分层取水取沙的组合闸门引取上部水流，尽可能让沙化系数小于1的细粒径泥沙随水进入农田，从而逐步使该片土壤向沙化系数1的壤土方向精准改良并预控其沙化；而在四五跃进渠，总体为非沙化也非黏土，故采用常规的单闸门开闸取水即可，尚不需要采取工程技术措施，即不需要分层取水。
进一步的，对于如何分层取水、取沙，可通过相应的可实现取不同水层水沙的工程技术措施来实现，例如可通过高低闸门联合运用的灌溉分水闸，该高低闸门联合运用的灌溉分水闸通过在常用的高闸门后端再设置一个高度较低的低闸门，将低闸门设置为由多组不同高度的闸门组成，然后通过高低闸门的联合运用实现对不同高度水层的取水、取沙，具体参见申请号：201710030559.2，发明名称：高低闸门联合运用的灌溉分水闸及灌溉改良土壤的方法。
综上所述，本发明通过测土配沙、科学调度泥沙，实现粘性土壤调用底下层粗沙、砂性土壤用上表层细沙来改善土壤结构，可大大提高多沙灌区土壤的质量，提高多沙灌区土壤承载能力，提高农业产量，促进多沙灌区可持续发展，实现多沙灌区土地资源的高效永续利用。本发明的方法既可改良土壤，实现土壤可持续利用，又充分利用(引黄)多沙灌区的泥沙资源，可有效解决多沙灌区面临的泥沙淤积及其生态环境问题，将极大促进多沙灌区农业生产和区域经济的可持续发展。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测土
①采集多沙灌区农田土样
在分干渠或支渠的渠首、渠中、渠尾三处位置的农田采集土样，每处位置渠的两侧均有样点，每处位置采集2～3点；
②测定土样颗粒组成
对采集的土样进行粒径测定，并根据国际制土壤质地分类标准进行分级，分别得到土壤中砂粒的百分含量、粉粒的百分含量和黏粒的百分含量，然后根据下面的公式计算沙化参数；
沙化参数＝土壤砂粒百分含量/(土壤粉粒百分含量+土壤粘粒百分含量)；
(2)配沙
根据沙化参数将所需水层高度的泥沙引入多沙灌区，从而逐步使该多沙灌区土壤向沙化系数为1的土壤方向精准改良并预控沙化。
2.根据权利要求1所述的多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，其特征在于，步骤(2)中根据沙化参数将多沙灌区分为沙化土壤时，将水流上表层粒径较细的泥沙引入多沙灌区。
3.根据权利要求2所述的多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，其特征在于，当沙化参数＞1时，为沙化土壤。
4.根据权利要求3所述的多沙灌区预控土壤沙化或精准改良土壤的测土配沙方法，其特征在于，当1＜沙化参数≤3时，为轻度沙化土壤；当3＜沙化参数≤6时，为中度沙化土壤；当沙化参数＞6时，为重度沙化土壤。
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| CN (1) | CN107503337B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116821564A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 中建八局第三建设有限公司 | 面向积水区沙化处理的添加剂质量计算系统、方法及存储介质 |
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| CN101634141A (zh) * | 2009-08-28 | 2010-01-27 | 中交天津港湾工程研究院有限公司 | 一种多功能土壤电渗固结仪 |
| CN104969681A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-10-14 | 山东农业大学 | 一种利用引黄泥沙快速改良粘质盐土的方法 |
| CN106759179A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-05-31 | 崔淑芳 | 高低闸门联合运用的灌溉分水闸及灌溉改良土壤的方法 |
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2017
- 2017-08-07 CN CN201710665424.3A patent/CN107503337B/zh active Active
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| CN116821564B (zh) * | 2023-08-28 | 2024-01-09 | 中建八局第三建设有限公司 | 面向积水区沙化处理的添加剂质量计算系统、方法及存储介质 |
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