CN109315256A - 一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法，包括在棉花生长后期，在棉田中套播二月兰，翌年棉花播种前对二月兰进行翻压作为绿肥。该方法能够减少棉田中的氮素淋溶和化肥用量，提高化肥利用率，增加棉花单产，从而构建一种绿色可持续的棉花种植制度，有利于地方农业的可持续发展。

Description

一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法
技术领域
本发明涉及农业种植技术领域，具体涉及一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法。
背景技术
黄河流域是我国三大产棉区之一。该区棉花生产中，普遍存在氮肥过量施用的问题。黄河流域的棉田氮肥用量一般为187.5～270kg/hm-2(千克/平方百米)，是美国棉花带最高推荐施氮量(90kg/hm-2)的2.08～3倍。向农田施用过量的氮肥会导致地下水污染、土壤酸化、水体富营养化等诸多环境问题。
而且，随着人工成本的增加，黄河流域的棉花种植向一年一熟制演变趋势加剧，导致大量土地冬春季节闲置。从霜降到翌年4月，棉田休闲期达6个月之长，极大的浪费了土地资源和自然资源。并且造成了许多负面影响，如棉田地表土壤易被大风刮起，造成扬沙天气，同时造成土壤质量下降，加重土壤水分损失，使耕地土壤生态环境进一步恶化。
因此，可以考虑向棉田引入绿肥作为生物调控手段，在作物高产和环境保护方面发挥作用。绿肥不仅具有改善土壤理化性质、保持水土、防风固沙、净化环境的功效，还具有固氮、吸碳、节能减耗的作用。并且绿肥可部分代替化肥，可降低农田化肥的过量投入。然而，为棉田选择合适的绿肥以及播种方式仍然处于探索中。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明涉及一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法，包括在棉花生长后期，在棉田中套播二月兰，翌年棉花播种前对二月兰进行翻压作为绿肥。
优选地，对二月兰种子的要求为：品种纯度≥96％，种子纯净度≥98％，种子发芽率≥80％，种子含水量≤12％。
优选地，二月兰的播种时间为8月或9月。
优选地，二月兰的播种量为1.5～2.5kg/亩。
优选地，二月兰的播种方式为条播或撒播。
优选地，二月兰的播种方式为：采用条播时，播种量为1.5kg/亩；采用撒播时，播种量为2.5kg/亩。
优选地，如采用条播，当棉花采用宽窄行种植时，在棉花行间宽行条播2-3行二月兰，二月兰的行距为15～20cm；当棉花采用等行距种植时，每行棉花行间条播1行二月兰。
优选地，如采用撒播，将二月兰种子均匀撒播棉花的全部行间。
优选地，二月兰的播种深度为1～2cm。
优选地，在翌年四月中下旬，棉花播种前8～12天对二月兰进行翻压。
本发明的有益效果：
针对目前黄河流域的棉花一熟区存在的化肥使用量过大、利用率较低、污染较为严重，且存在大量棉花冬闲田的状况，本发明在冬棉田中种植二月兰，从而减少棉田中的氮素淋溶和化肥用量，提高化肥利用率，增加棉花单产，从而构建一种绿色可持续的棉花种植制度，有利于地方农业的可持续发展。
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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明实施例涉及一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法，包括在棉花生长后期，在棉田中套播二月兰，翌年棉花播种前对二月兰进行翻压作为绿肥。
二月兰为十字花科诸葛菜属，一年或二年生草本植物。因农历二月前后开始开蓝紫色花，故称二月蓝或二月兰。该植物对土壤光照等条件要求较低，耐寒旱，生命力顽强。尤其是能够忍受北方冬季的恶劣天气，具有很强的耐寒能力。对于水分、光照要求不高，适宜生长在略成碱性的土壤中，因此很适合在黄河流域栽种。
在黄河流域，棉花一般于3～4月份播种，9～10月份采收。直到霜冻，棉花才不再生长。本发明将二月兰引入棉花冬闲田，即在棉田的冬春季休闲期套种二月兰，不仅很好地解决了黄河流域在冬春季节农田土壤裸露的问题，改善黄河流域冬春季生态环境，还可以将二月兰翻压作为绿肥，降低化肥的使用，节省种植成本。
在本发明的一个实施例中，对二月兰种子的要求为：品种纯度≥96％，种子纯净度≥98％，种子发芽率≥80％，种子含水量≤12％。
其中，品种纯度是品种在特征特性方面典型一致的程度，用本品种的种子数占供检本作物样品种子数的百分率表示。品种纯度是种子的主要质量指标，影响作物的产量和产品品质。由于纯度低而导致的减产就完全有可能抵消一个新品种的增产潜力，因而纯度低而造成很大的损失。
种子纯净度是指某一主体品种纯种占总重的百分比。通常，草坪草种子的纯净度在80％～97％之间。农用种子的纯净度应大于这一数值。
种子发芽率的计算公式为：种子发芽率＝(发芽种子粒数/供试种子粒数)×100％。种子发芽率越高，说明种子饱满，整齐度高，种胚发育良好，种子生命力高。种子发芽可在发芽箱内进行。
种子含水量是指种子中所含水分质量(100～105℃所消除的水分含量)与种子质量的百分比。其计算公式为：种子含水量＝(干燥前供检种子质量－干燥后供检种子质量)/干燥前供检种子质量×100％。
种子含水量是种子检验项目和种子质量指标之一。种子内所含水包括游离水、束缚水和化合水3种。种子水分测定的主要对象是游离水。中国主要作物种子安全贮藏水分的最高限度为：灿稻13.5％，粳稻14％，小麦12％，大麦、大豆、玉米均为13.5％，棉籽12％等。通常来说，含水量越少，越有利于储藏。如果种子含水量高，导致代谢活动旺盛和呼吸作用强，容易消耗过多的有机物，另外容易使种子发霉烂掉。并且在高湿度下种子容易发芽，同样不利于贮存和保存。
进一步地，二月兰的播种时间为8月或9月，更优选9月。虽然二月兰是耐寒植物，但播种过晚越冬率过低，影响翻压时的群体生物量。应根据当地降雨量情况，在上述时间范围内降雨后进行播种，出苗率较高。
在本发明的一个实施例中，二月兰的播种量为1.5～2.5kg/亩。较低的播种量会导致二月兰翻压时群体较小，减少氮素淋溶的效果不明显。较高的播种量可以增加地面覆盖、减少地面蒸发，具有省水增产的功效。但播种量过大，会造成单位面积的植株较多，个体相互竞争大，导致苗弱，甚至倒伏，降低减少氮素淋溶的效果。
进一步地，二月兰的播种方式为条播或撒播。
其中，条播是把种子均匀地播成长条，行与行之间保持一定距离，且在行和行之间留有隆起，供农民走路、踩踏。条播是最为常用的播种方法。基本能保证通风透光，间苗、除草操作亦方便。适用于中大型种子或者成本比较高的种子。相比撒播，条播比较节省种子，长出来的小苗有适当的行距，品质较高，机械操作和田间管理比较方便。但需要预先在地上做畦或者开沟，成本较高。
撒播是把作物的种子均匀地撒在田地里。适用于容易发芽、发芽率高及种子细小的植物，常用于大面积生产，比如叶菜类、五谷杂粮、草坪作物等。撒播具有快速、经济的优点，但仅适用于小型种子，且种子使用量大。种子成苗后不整齐，密度也不一致，管理难度大于条播。
由于撒播时所需的种子量要高于条播，在本发明的一个实施例中，二月兰的播种方式为：采用条播时，播种量为1.5kg/亩；采用撒播时，播种量为2.5kg/亩。
在本发明的一个具体实施例中，如采用条播，当棉花采用宽窄行种植时，在棉花行间宽行条播2～3行二月兰，二月兰的行距为15～20cm；当棉花采用等行距种植时，每行棉花行间条播1行二月兰。这种方式能够增加二月兰的种植密度，提高土地使用率。
在本发明的一个具体实施例中，如采用撒播，将二月兰种子均匀撒播棉花的全部行间。如果撒播时未揭地膜，应将二月兰种子均匀撒播到没有地膜覆盖的行间。
在本发明的一个具体实施例中，选用选取质量上乘，颗粒饱满的二月兰种子，在阳光充足、地势肥沃的棉田土地播种。应提前进行整地、除草、施肥、浇水，播种深度1～2cm左右。
在本发明的一个实施例中，翌年四月中下旬，在棉花播种前8～12天对二月兰进行翻压。可采用还田机，将棉花秸秆和二月兰粉碎后直接还田。在棉花播种前需要进行旋耕和镇压，也会将二月兰翻压于耕层内，不露出地面即可。
本发明在棉花冬闲田种植二月兰，能够削减棉花生长前期土壤中的无机氮积累，影响土壤不同形态氮素的转化，提高土壤储氮能力。同时二月兰翻压后逐渐腐解，伴随养分逐渐释放，从一定程度上延长了氮素在土壤中的滞留时间，从而满足了棉花生长过程中对氮素需求逐渐增加的特性。因此将二月兰引入棉花冬闲田能够降低棉田土壤中过多氮素的积累，从而降低氮素淋溶的风险。
将二月兰引入棉花冬闲田，能够有效阻控棉田土壤中的氮素淋溶，从而增加氮肥利用效率，减少化肥用量，进而达到高产增效和低环境代价的目的。一般情况下，翻压二月兰的棉田可不施土杂肥，化学肥料用量减少20％～30％。
实施例1
选择中国农业科学院棉花研究所东场试验站的一处土质均匀的棉田作为试验地，设置10个处理组，分别为在棉花生长后期，即同年9月撒播二月兰、紫花苜蓿、紫色苕子、黑麦草、草木樨、白三叶草、箭舌豌豆、鼠茅草、香豆子、沙打旺十种可以填闲黄河流域冬棉田的绿肥种子。管理过程包括：棉花密度6000株/亩，4月21日以等行距76cm播种，130cm宽膜双行覆盖；小区行长10米，重复3次，共计30个小区。棉花管理同当地常规高产棉田。灌溉方式为漫灌。采用撒播方式播种绿肥，绿肥播种量为2.5kg/亩。除播种和翻压外，不增加任何人工和物化投入。绿肥越冬率和第二年单位面积干物质量如表1所示。
表1
实施例 套播绿肥种类 播种方式 越冬率 单株干物质量(g)
1-1 套播二月兰 撒播 93.0％ 0.18
1-2 套播香豆子 撒播 16.8％ 0.12
1-3 套播黑麦草 撒播 92.5％ 0.10
1-4 套播鼠茅草 撒播 92.0％ 0.09
1-5 套播紫花苕子 撒播 40.2％ 0.22
1-6 套播箭舌豌豆 撒播 34.6％ 0.13
1-7 套播草木犀 撒播 35.0％ 0.13
1-8 套播白三叶草 撒播 48.9％ 0.04
1-9 套播沙打旺 撒播 50.3％ 0.14
1-10 套播紫花苜蓿 撒播 38.3％ 0.18
将10个实施例进行对比可以发现：二月兰、黑麦草和鼠茅草的相对越冬率较高，因此具有较高的耐寒、耐旱能力；另外，二月兰、紫花苜蓿和紫花苕子在第二年翻压前具有较高的干物质量，因此具有冬季填田和绿肥的潜力。综合得知，适合填闲冬棉田的十种绿肥中，二月兰既耐寒、耐旱，且在第二年翻压前具有较大干物质量(生物量)，因此是最适合填闲冬棉田的绿肥种类。
实施例2
选择中国农业科学院棉花研究所东场试验站的一处土质均匀的棉田作为试验地，总亩数6亩，土质相同。在农艺管理措施一致的情况下，试验共设6个处理组，处理组1-6分别采用对应实施例2-1至2-6的播种方式；试验期间，各处理组对棉花和二月兰的管理同于该作物的日常管理。
9月中旬雨后，选择品种纯度≥96％，种子纯净度≥98％，种子发芽率≥80％，种子含水量≤12％的二月兰种子进行播种。播种量及播种方式见表2。
表2
实施例 二月兰播种方式 二月兰播种量
实施例2-1 条播 1.0kg/亩
实施例2-2 条播 1.5kg/亩
实施例2-3 条播 2.0kg/亩
实施例2-4 撒播 1.5kg/亩
实施例2-5 撒播 2.5kg/亩
实施例2-6 撒播 3.0kg/亩
当采用条播时，棉花采用等行距种植，每行棉花行间条播1行二月兰。当采用撒播时，将二月兰种子均匀撒播棉花的全部行间。二月兰的播种深度为1～2cm。套播的二月兰管理措施同棉花单作，不再另行施肥、灌溉、中耕、病虫害防治等措施。
在翌年四月中下旬，棉花播种前10天对二月兰进行翻压。采用还田机将棉花秸秆和二月兰粉碎后直接还田。棉花播种前的旋耕、镇压会将二月兰翻压于耕层内，不露出地面即可。翻压前二月兰每公顷生物量见表3。
表3
将上述实施例进行比较，实施例2-2和实施例2-4的二月兰翻压时单位面积干物质量最大，说明采用条播时，二月兰最适播种量为1.5kg/hm2，撒播时最适播种量为2.5kg/hm2。
实施例3
选择中国农业科学院棉花研究所东场试验站的一处土质均匀的棉田作为试验地。试验设置有、无绿肥两因素和0、50％、75％、100％氮肥4个施肥水平，共计8个处理组。其中，实施例3-1至3-4对应套播二月兰，绿肥+0氮肥、绿肥+50％氮肥、绿肥+75％氮肥、绿肥+100％氮肥的情况。对比例3-1至3-4对应无套播二月兰，绿肥+0氮肥、绿肥+50％氮肥、绿肥+75％氮肥、绿肥+100％氮肥的情况。试验设置见表4。其中，100％化肥的用量为尿素(以下简称N)225.0kg·hm-2，所有小区磷肥和钾肥使用量为P2O5102kg·hm-2、K2O 102kg·hm-2.小区面积为70m2，小区之间采用防水隔板进行隔离防止渗水渗肥。
棉花密度为6000株/亩，二月兰播种量为2.5kg/亩，采用撒播方式。棉花田间管理同常规高产田。
表4
实施例 有无绿肥 氮肥用量 其他化肥用量
实施例3-1 套播二月兰 N 0kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
实施例3-2 套播二月兰 N 112.5kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
实施例3-3 套播二月兰 N 168.75kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
实施例3-4 套播二月兰 N 225kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
对比例3-1 无 N 0kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
对比例3-2 无 N 112.5kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
对比例3-3 无 N 168.75kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
对比例3-4 无 N 225kg/hm<sup>2</sup> P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>102kg/hm<sup>2</sup>、K<sub>2</sub>O102kg/hm<sup>-2</sup>
棉花收获时测试小区产量。绿肥于翻压前、棉花苗期、蕾期、开花期、花铃期、吐絮期、收获后以及灌溉后和降雨后，用土壤溶液取样器收集2m深处土壤溶液样品，带回实验室用半微量凯氏法测定溶液中氮素含量。用Minitrase水分监测系统长期定位监测土壤水分含量。运用农田水量平衡模型计算水分渗漏量，最终获得各时期氮素淋溶通量。将全年氮素淋溶通量累计，即为全年棉田土壤氮素林容量。结果见表5。
表5
实施例 棉花产量 全年氮素淋溶量
实施例3-1 3332.07kg/hm<sup>2</sup> 3.33kg/hm<sup>2</sup>
实施例3-2 3472.32kg/hm<sup>2</sup> 5.66kg/hm<sup>2</sup>
实施例3-3 3717.67kg/hm<sup>2</sup> 8.69kg/hm<sup>2</sup>
实施例3-4 3730.30kg/hm<sup>2</sup> 13.45kg/hm<sup>2</sup>
对比例3-1 3071.03kg/hm<sup>2</sup> 3.27kg/hm<sup>2</sup>
对比例3-2 3199.93kg/hm<sup>2</sup> 5.85kg/hm<sup>2</sup>
对比例3-3 3477.78kg/hm<sup>2</sup> 14.04kg/hm<sup>2</sup>
对比例3-4 3699.20kg/hm<sup>2</sup> 23.625kg/hm<sup>2</sup>
将8个处理组进行对比，可以得出套播二月兰能够明显降低土壤氮素淋溶的结论，尤其是施氮量较大时。将实施例3-4与对比例3-4比较，说明在常规施肥水平下，套播二月兰能够降低43.07％的氮素淋溶。套播二月兰还能增加棉花产量，四个施肥水平下，套播二月兰处理的处理的棉花产量均高于常规模式。将对比例3-4与实施例3-3比较，氮肥用量从225kg/hm2降低到168.75kg/hm2，氮素淋溶量从23.625kg/hm2降低到8.69kg/hm2，产量没有降低反而略有增加。可见棉田套播二月兰能够阻控棉田土壤氮素淋溶，减少化肥用量。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种减少棉田土壤氮素淋溶的方法，其特征在于，包括在棉花生产后期，在棉田中套播二月兰，翌年棉花播种前对二月兰进行翻压作为绿肥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对二月兰种子的要求为：品种纯度≥96％，种子纯净度≥98％，种子发芽率≥80％，种子含水量≤12％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二月兰的播种时间为8月或9月。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二月兰的播种量为1.5～2.5kg/亩。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二月兰的播种方式为条播或撒播。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，二月兰的播种方式为：采用条播时，播种量为1.5kg/亩；采用撒播时，播种量为2.5kg/亩。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如采用条播，当棉花采用宽窄行种植时，在棉花行间宽行条播2-3行二月兰，二月兰的行距为15～20cm；当棉花采用等行距种植时，每行棉花行间条播1行二月兰。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，如采用撒播，将二月兰种子均匀撒播棉花的全部行间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二月兰的播种深度为1～2cm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在翌年四月中下旬，棉花播种前8～12天对二月兰进行翻压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110073935A (zh) * 2019-06-05 2019-08-02 中国农业科学院棉花研究所 一种棉田套混种二月兰和紫花苕子作为绿肥的种植方法
CN112534986A (zh) * 2020-12-08 2021-03-23 河北省农林科学院农业资源环境研究所 一种适用于土壤偏砂梨园的培肥控氮淋失方法
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