CN109819746B

CN109819746B - 一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法

Info

Publication number: CN109819746B
Application number: CN201910133300.XA
Authority: CN
Inventors: 姚荣江; 郑复乐; 杨劲松; 王相平; 陶建宇; 高慧敏
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109819746A

Abstract

一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法，重度盐碱地施用磷石膏；粉垄深松混匀，根据土壤控盐目标进行非生育期灌溉压盐；将基肥与腐植酸混合后条施，铺设滴灌带覆膜播种，膜下埋设土壤负压计，膜间地表铺设土工布，作物生育期采用微咸水滴灌水肥一体化配施黄腐酸，根据土壤盐分状况与作物水肥需求特点确定滴灌时机，结合负压计数值确定灌溉水量与停止灌溉时间。本发明既解决了干旱地区农业种植水资源短缺问题和盐碱地农田灌溉的控盐要求，又满足了盐碱地水肥利用效率提升和增产增收的生态治理需求。

Description

一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法

技术领域

本发明属于农业与生态领域，涉及一种盐碱地生态治理利用方法，尤其涉及一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法。

背景技术

盐碱地是重要的土地资源，我国约有盐碱地0.27亿hm²，其中0.06亿hm²耕地，0.21亿hm²盐碱荒地，主要分布在东北、华北、西北内陆地区及长江以北沿海地带。盐碱地作为我国潜在的后备土地资源，具有巨大农业生产力提升空间，其治理对实现我国耕地“扩容、提质、增效”具有战略意义；同时，盐碱地主要分布于我国北方主要生态屏障区和东部沿海的海陆交错区，其修复对推进我国生态文明建设，不断满足人民群众日益增长的优美生态环境需要，具有现实意义。受多种因素影响，现今国内外土壤次生盐渍化仍在加剧，目前在控制土壤次生盐渍化和改良利用原生盐碱土方面还没有取得根本性进展。

原生盐碱地的改良和次生盐渍化的防治，在干旱半干旱地区主要通过明沟、暗管和竖井排水的方法，将研究区域的盐分排出到下游地区，并通过控制地下水位和增加土壤肥力等措施，降低根区土壤的含盐量，提高土壤肥力。各国的实践也表明农田排水方式是一种行之有效的方法。但随着对环境问题的日益重视，农田排出的盐分对下游环境影响的问题，已经被一些发达国家关注，因此他们逐步限制了农田排水。现今水资源短缺成为世界性问题，发展节水灌溉成为目前高效农业的核心问题，而传统的盐碱地改良方法需大量淡水进行冲洗压盐，同时这种冲洗会造成地下水位的上升，因而又会引起新的土壤积盐问题，所以这种方法无疑存在着应用危机，在这种条件下，通过微咸水的安全利用及水肥优化，实现重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用成为干旱区盐碱地合理开发和利用的新课题。

中国专利ZL201810446925公开了一种内陆地下浅埋微咸水的安全利用方法，该方法选择在内陆干旱区微咸浅潜水资源丰富的盐碱沙荒地，结合地下水浅埋沙地湿沙层分布规律及透水性强等特点，通过一体化的灌溉模式，利用地下微咸水种植耐盐及盐生饲草植物，实现了盐碱地区水-土-生物资源的协同高效利用。中国专利ZL 201810006446公开了一种盐碱地油葵的微咸水地下滴灌栽培方法，提出构建油葵根区水肥气理想调控结构体，通过将微地形构造、地下滴灌及地膜覆盖技术相耦合，最大程度的起到保墒减盐的作用，为作物生长发育提供一个相对较好的土壤环境。中国专利ZL201810722187公开了一种可提供肥效改土的盐碱地土壤改良剂，可提供丰富的营养物质，促进盐碱地植物生长，同时可改良盐碱地，改良效果显著。中国专利ZL201710698120公开了一种干旱地区低洼重度盐碱地滴灌垄作乔灌草立体种植方法，属于盐碱地植被建设技术领域，包括起垄，乔木、灌木、草立体搭配栽植，水盐调控和田间管理。中国专利ZL 201610611383公开了了一种采用沟灌进行暗管排盐方法，包括挖沟步骤、选择排盐暗管步骤、设管步骤和沟灌步骤，按所述方法暗管排盐方法，改良一年后，土壤溶解氧含量为18.1-25.6％。

从以上现有技术反应的情况来看，一方面，针对盐碱地上改良治理和水肥优化管理方面，传统的方法通常是从工程、灌溉、种植、改良调理制剂等单一角度去考虑，对盐碱地治理利用过程中的节水控盐、控肥增效、生态治理、平衡调控关注尚不够，盐碱地的治理修复与利用是一个系统工程，只有综合考虑土壤调理、水盐调控、节水控肥等多个过程与方法，才能实现盐碱地的生态治理与增效利用。另一方面，在干旱缺水地区，土壤盐分缺乏有效的排泄途径，现有技术只能实现控盐抑盐，不能真正减少土壤盐分总量，导致对盐碱地的改良利用不可持续。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对盐碱地作物种植过程中微咸水安全利用、盐碱地农田灌溉与盐分控制及水肥利用低效等实际问题，提出了一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法，既解决了干旱地区农业种植水资源短缺问题和盐碱地农田灌溉的控盐要求，又满足了盐碱地水肥利用效率提升和增产增收的生态治理需求。

技术方案：一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法，重度盐碱地施用磷石膏，所述的重度盐碱地磷石膏用量GR根据下式确定：

GR＝86·CEC·(ESP-5％)·ρ_b·D·η

式中：CEC为土壤阳离子交换量，cmol/kg；ESP为施用石膏前土壤碱化度，％；ρ_b为土壤容重，g/cm³；D为改良土壤的深度，设定为20cm；η为效率系数，取1.2～1.4；5％为土壤碱化度的容许值；GR为石膏需要量，t/hm²；粉垄深松混匀，根据土壤控盐目标进行非生育期灌溉压盐，灌溉定额根据下式确定：

M＝m₁+m₂+E-P_m

m₁＝β₁-β₂

m₂＝hγ(s₁-s₂)/k

式中：M为灌溉定额(mm)；m₁为计划脱盐层的土壤含水量与田间持水量的差额(mm)；m₂为按计划的脱盐标准淋洗盐分所需的水量(mm)；E为灌水期内的蒸发量(mm)；P_m为灌水期内可利用的降雨量(mm)；β₁为田间持水量时计划脱盐层内水量(mm)；β₂为计划脱盐层的土壤实际水量(mm)；h为计划脱盐层深度(mm)，取400～800mm；γ为计划脱盐层的土壤容重(g/cm³)；S₁为计划脱盐层的实际含盐量占干土重的百分数(wt.％)；S₂为计划脱盐层的允许含盐量占干土重的百分数(wt.％)；k为排盐系数，为单位体积灌溉水能排走的盐量(kg/m³)，与土质、土壤初始含盐量等有关，根据实际土壤条件试验确定；具体灌水时间为：秋浇为收获土地翻耕整理后到封冻前3个星期以内，春浇根据播种需要在播前10天左右。灌水次数为1次灌大水灌入，以达到洗盐压盐的效果。以河套灌区为典型代表，秋浇灌水量参考值为180～190mm(每亩120～130m³)，春浇灌水量参考值为90-100mm(每亩60～85m³)。按每亩35～45kg腐植酸的标准，将基肥与腐植酸混合后条施，铺设滴灌带覆膜播种，膜下埋设土壤负压计，膜间地表铺设土工布，作物生育期采用微咸水滴灌水肥一体化配施黄腐酸，黄腐酸每次施用量为2～3kg/亩。根据土壤盐分状况与作物水肥需求特点确定滴灌时机，结合负压计数值确定灌溉水量与停止灌溉时间。

上述的粉垄深松混匀是利用粉垄机对撒施磷石膏的重度盐碱地进行粉垄深松，打破粘板层并将磷石膏与土壤混合均匀，粉垄深度40～60cm，作业最适宜的土壤体积含水量为20～35vol.％。

上述的将基肥与腐植酸混合后条施，基肥选用不含钠离子、氯离子的缓效肥料；腐植酸为颗粒状，粒径1～4mm，含量≥60wt.％，有机质≥85wt.％，pH为4～6，含水量≤15wt.％。将基肥与腐植酸混合均匀后，根据作物的种植方式将肥料条施，其上覆土1～2cm，要求施肥行距离作物播种行10～15cm。

上述的铺设滴灌带是在作物种植行上铺设毛管，内径3～4mm，外径5～7mm，滴灌带连接到滴灌系统的支管上，然后在种植行上覆膜，薄膜厚度0.01～0.02mm，耐候期>180天。

上述的膜下埋设土壤负压计，是在膜下距滴灌带10～15cm处埋设土壤负压计，负压计的埋设埋深20～25cm。

上述的膜间地表铺设土工布，是在未覆盖薄膜的裸行铺设一层200～400g/m²的土工布。

上述作物生育期采用微咸水滴灌水肥一体化配施黄腐酸，是指采用含盐量不超过3g/L的灌溉水，将水溶性速效肥料和黄腐酸溶于水后随滴灌施入土壤，每次滴灌水溶性速效肥料的纯氮投入2～4kg/亩，黄腐酸投入量2～3kg/亩；黄腐酸为粉末状，水溶性100％，黄腐酸含量在干基条件下≥70wt.％，pH为5～7。

上述根据土壤盐分状况与作物水肥需求特点确定滴灌时机，是指在耕层0～20cm土壤盐分高于作物耐盐阈值时，采用微咸水滴灌淋洗盐分使其不高于作物耐盐阈值；在作物生长的水肥需求旺盛期，将水溶性速效肥与黄腐酸溶于灌溉水中，随滴灌施入土壤，肥料施用量按作物种类及所用肥料的含氮量确定，黄腐酸每次施用量按每亩2～3kg施用，速效肥每次施用量按照每亩纯氮投入2～4kg施用。

上述结合负压计数值确定灌溉水量与停止灌溉时间，是指当负压计读数达到-70～-80Kpa时，开始滴灌，直至负压计读数回到-10Kpa时停止滴灌；滴灌的滴头流量控制在0.5～4L/h，质地为粘土的土壤流量在0.5～1L/h，质地为壤土的土壤流量在1～2L/h，质地为砂土的土壤流量在2～4L/h。

有益效果：(1)生育期与非生育期土壤盐分双重调控。通过对灌溉过程的划分及淡水与微咸水的组合利用，实现土壤盐分的调控，为作物生长提供良好的水盐环境。

(2)膜下与膜间土壤盐分复合调控。通过覆膜抑制作物种植行的土面蒸发与返盐，膜间覆盖多孔的土工布，利用蒸发吸附、聚集并移除盐分，实现全方位抑盐除盐。

(3)微咸水安全利用与干旱区节水灌溉多目标共同实现。基于膜下滴灌技术，从水质、水量和土壤水分分布三个维度进行把握，使得土壤盐分得到控制的同时，又能够满足作物需水过程。既利用微咸水节约了淡水资源，又使得土壤盐分得到控制，最后还保了证作物增产增收。

(4)控盐与水肥优化多目标共同实现。基于水肥一体化技术配合农艺措施，配方施肥、以产定肥，多管齐下，提高了水肥利用效率。

(5)统筹规划，协同增效。把灌溉、施肥、耕作视作整体，对水、盐、肥、土进行统筹规划，提出一套包括灌溉制度、施肥制度和农艺措施三位一体的控盐水肥优化运筹方法，实现了控盐、节水、减肥、增效的协调效应。

附图说明

图1向日葵地0～30cm土壤盐分变化过程图；

图2玉米地0～30cm土壤盐分变化过程图；

图3田间布局示意图。

具体实施方式

以下的具体实施案例是对本发明的进一步说明，而不意味本发明的内容仅限于所举实例的范围。

实施例1

内蒙古河套灌区是我国干旱区土壤盐渍化发育的典型地区。本发明技术试验地位于内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗三道桥镇澄泥村，为河套灌区盐碱地典型代表。试验地表层0-20cm土壤平均含盐量8.7g/kg，平均有机质含量8.9g/kg，全氮0.72g/kg，碱解氮为69.65mg/kg，有效磷为14.76mg/kg，速效钾169.3mg/kg，阳离子交换量CEC为15.8cmol/kg，土壤碱化度ESP为17.3％，0-40cm土壤为壤土，40-160cm为粘壤土，0-200cm剖面土壤容重介于1.45-1.67g/cm³。于2017年9月至2018年9月，以本发明所述技术方案，进行了15亩的向日葵种植实验，同时进行了15亩常规种植进行对照。

主要实施环节如下：

(1)翻耕，于2017年9月26日，利用粉垄机对撒施磷石膏的重度盐碱地进行粉垄深松，打破粘板层并将磷石膏与土壤混合均匀，粉垄深度40～60cm，磷石膏施用量5600kg/亩。在此后的每个工作阶段进行土壤盐分和地下水盐分监测。对照组只进行翻耕不施用磷石膏，不进行粉垄深松，只进行常规翻耕。

(2)秋浇，于2017年10月5日，采用灌区配输的黄河水进行秋浇洗盐灌溉，灌水定额为130m³/亩。对照组相同处理。

(3)旋耕，与2017年5月16日，覆膜前采用旋耕机旋耕，旋耕深度15cm左右，做到“上虚下实无根茬、地面平整无坷垃”，为覆膜、播种创造良好的土壤条件。对照组相同。

(4)春浇，与2018年5月18日开始，采用灌区配输的黄河水进行播前压盐灌溉，灌水定额为75m³/亩。对照组相同。

(5)覆膜播种施肥，向日葵选用当地品种361，播种选用向日葵膜下滴灌多功能联合作业播种机，开沟、起垄、施肥、播种、打药、铺带、覆膜、覆土一次性完成。随播种过程，按每亩35kg配方基肥(17-17-17)和40kg腐植酸的用量，将基肥与腐植酸混合后条施，其上覆土1～2cm，要求施肥行距离作物播种行10～15cm。铺设滴灌带覆膜播种，膜下距滴灌带10～15cm处埋设土壤负压计，负压计的埋设埋深20～25cm，膜间地表铺设土工布。一膜一管两行60cm等距配置，株距45～50cm。对照组采用覆膜垄作种植，不铺设滴灌管，基肥为磷酸二铵25kg/亩。

(6)水肥一体化滴灌，首先进行地下水盐分测定，含盐量低于3g/L，可以进行安全利用，而后采用预埋好的膜下滴灌系统进行水肥一体化滴灌，将尿素溶于水同时配施黄腐酸随水滴入土壤之中，尿素每次施用量如表2所示，黄腐酸每次施入量为2kg/亩。具体滴灌过程及方案见表2。对照组不进行水肥一体滴灌，只在现蕾-开花期进行一次大水漫灌，灌水定额为50m³/亩，追肥为尿素25kg/亩，施肥方式为撒施。

表2向日葵灌溉施肥制度

(7)收获，测定产量、干物质、水肥利用效率，土壤盐分数据。

将采用本发明技术方案的试验地结果与采样常规种植方法的试验结果进行对比分析。图1显示了二者之间整个种植过程中土壤0～30cm内含盐量的变化过程。从二者的对比可以发现：相比常规种植过程，采用本发明技术方案可以实现作物生长阶段尤其是关键生育期的盐分控制在一个较低水平，为作物生长提供更好的水盐环境，在利用微咸水的同时能实现生育期内盐分积累的有效控制，非生育期内盐分含量的有效淋洗。表3显示了二者之间水肥利用效率及作物产量、品质之间的差异，从中可以看出采用本发明所述技术方案的向日葵种植，水肥利用效率、食葵产量和品质均优于常规种植。

表3向日葵地生产指标对照表

实施例2

内蒙古河套灌区杭锦后旗重度盐碱地，试验地表层0-20cm土壤盐分7.4-9.6g/kg，平均含盐量8.7g/kg，平均有机质含量8.9g/kg，全氮0.72g/kg，碱解氮为69.65mg/kg，有效磷为14.76mg/kg，速效钾169.3mg/kg，阳离子交换量CEC为15.8cmol/kg，土壤碱化度ESP为17.3％，0-40cm土壤为壤土，40-160cm为粘壤土，0-200cm剖面土壤容重介于1.45-1.67g/cm³。地点：内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗康尔徕种养专业合作社，为河套灌区盐碱地典型代表，试验时间为2017年12月-2018年11月。试验地块前期为盐碱荒地，于2016年12月开垦后，进行改良治理，采用本发明所述的技术方案进行了玉米种植，并设置常规对照试验，实施步骤如下：

(1)翻耕、秋浇、旋耕与实施例1相同，不进行春浇，对照组与实施例1相同。

(2)覆膜播种施肥播种，于2018年4月16日开始，播种选用玉米膜下滴灌多功能联合作业播种机，开沟、起垄、施肥、播种、打药、铺带、覆膜、覆土一次性完成。将基肥与腐植酸混合后条施，具体操作与实施例1相同。随后铺设滴灌带覆膜播种，膜下距滴灌带10～15cm处埋设土壤负压计，负压计的埋设埋深20～25cm，膜间地表铺设土工布。随播种过程，施入基肥配方肥45kg/亩，硫酸锌1-2kg/亩。一膜一管两行60cm等距配置，株距45～50cm。膜下滴灌实行2行1管大小垄种植，大垄宽70cm、小垄宽40cm，株距22-24cm左右，亩保苗5000-6000株。对照组不铺设滴灌带，种植密度相同，基肥采用磷酸二铵45kg/亩。

(3)水肥一体化滴灌，首先进行地下水盐分测定，含盐量低于3g/L，可以进行安全利用，而后采用预埋好的膜下滴灌系统进行水肥一体化滴灌，将尿素溶于水配施黄腐酸3kg/亩，随水滴入土壤之中，尿素每次施用量如表4所示。具体滴灌过程及方案见表3.对照组不进行水肥一体滴灌，只在拔节-抽雄期和开花-灌浆期进行两次大水漫灌，灌水定额为60m³/亩。追肥在拔节-抽雄期一次性追肥，尿素35kg/亩。

表4玉米生育期灌溉施肥制度

(4)收获，测定产量、干物质、水肥利用效率，土壤盐分数据并与对照区域进行对比分析。

将采用本发明技术方案的试验地结果与常规种植方法的试验结果进行对比分析。图2显示了玉米地二者之间整个种植过程中土壤0～30cm内含盐量的变化过程，从二者的对比可以发现：相比常规种植过程，采用本发明技术方案在不同的作物种植中依然可以实现土壤盐分的有效控制并保证作物生育期内的水盐环境。表4显示了二者之间水肥利用效率及作物产量、品质之间的差异，从中可以看出采用本发明所述技术方案的玉米种植，水肥利用效率、食葵产量和品质均优于常规种植。

表5玉米地生产指标对照表

上述向日葵、玉米两种干旱区盐碱地典型作物的种植实验说明本发明所述技术方案在干旱区盐碱地微咸水安全利用及控盐水肥优化方面确实有效。

Claims

1.一种重度盐碱地节水控肥生态治理与增效利用方法，其特征在于：重度盐碱地施用磷石膏，所述的重度盐碱地磷石膏用量GR根据下式确定：

GR＝86·CEC·(ESP-5％)·ρ_b·D·η

式中：CEC为土壤阳离子交换量，cmol/kg；ESP为施用石膏前土壤碱化度，％；ρ_b为土壤容重，g/cm³；D为改良土壤的深度，设定为20cm；η为效率系数，取1.2～1.4；5％为土壤碱化度的容许值；GR为石膏需要量，t/hm²；粉垄深松混匀，所述的粉垄深松混匀是利用粉垄机对撒施磷石膏的重度盐碱地进行粉垄深松，打破粘板层并将磷石膏与土壤混合均匀，粉垄深度40～60cm，作业最适宜的土壤体积含水量为20～35vol.％；根据土壤控盐目标进行非生育期灌溉压盐，灌溉定额根据下式确定：

M＝m₁+m₂+E-P_m

m₁＝β₁-β₂

m₂＝hγ(s₁-s₂)/k

式中：M为灌溉定额(mm)；m₁为计划脱盐层的土壤含水量与田间持水量的差额(mm)；m₂为按计划的脱盐标准淋洗盐分所需的水量(mm)；E为灌水期内的蒸发量(mm)；P_m为灌水期内可利用的降雨量(mm)；β₁为田间持水量时计划脱盐层内水量(mm)；β₂为计划脱盐层的土壤实际水量(mm)；h为计划脱盐层深度(mm)，取400～800mm；γ为计划脱盐层的土壤容重(g/cm³)；S₁为计划脱盐层的实际含盐量占干土重的百分数(wt.％)；S₂为计划脱盐层的允许含盐量占干土重的百分数(wt.％)；k为排盐系数，为单位体积灌溉水能排走的盐量(kg/m³)，与土质、土壤初始含盐量等有关，根据实际土壤条件试验确定；按每亩35～45kg腐植酸的标准，将基肥与腐植酸混合后条施，所述基肥选用不含钠离子、氯离子的缓效肥料；腐植酸为颗粒状，粒径1～4mm，含量≥60wt.％，有机质≥85wt.％，pH为4～6，含水量≤15wt.％；将基肥与腐植酸混合均匀后，根据作物的种植方式将肥料条施，其上覆土1～2cm，要求施肥行距离作物播种行10～15cm；铺设滴灌带覆膜播种，所述的铺设滴灌带是在作物种植行上铺设毛管，内径3～4mm，外径5～7mm，滴灌带连接到滴灌系统的支管上，然后在种植行上覆膜，薄膜厚度0.01～0.02mm，耐候期>180天；膜下埋设土壤负压计，所述的膜下埋设土壤负压计，是在膜下距滴灌带10～15cm处埋设土壤负压计，负压计的埋设埋深20～25cm；膜间地表铺设土工布，在未覆盖薄膜的裸行铺设一层200～400g/m²的土工布；作物生育期采用微咸水滴灌水肥一体化配施黄腐酸，采用含盐量不超过3g/L的灌溉水，将水溶性速效肥料和黄腐酸溶于水后随滴灌施入土壤，每次滴灌水溶性速效肥料的纯氮投入2～4kg/亩，黄腐酸投入量2～3kg/亩；黄腐酸为粉末状，水溶性100％，黄腐酸含量在干基条件下≥70wt.％，pH为5～7；根据土壤盐分状况与作物水肥需求特点确定滴灌时机，在耕层0～20cm土壤盐分高于作物耐盐阈值时，采用微咸水滴灌淋洗盐分使其不高于作物耐盐阈值；在作物生长的水肥需求旺盛期，将水溶性速效肥与黄腐酸溶于灌溉水中，随滴灌施入土壤，肥料施用量按作物种类及所用肥料的含氮量确定，黄腐酸每次施用量按每亩2～3kg施用，速效肥每次施用量按照每亩纯氮投入2～4kg施用；结合负压计数值确定灌溉水量与停止灌溉时间，当负压计读数达到-70～-80Kpa时，开始滴灌，直至负压计读数回到-10Kpa时停止滴灌；滴灌的滴头流量控制在0.5～4L/h，质地为粘土的土壤流量在0.5～1L/h，质地为壤土的土壤流量在1～2L/h，质地为砂土的土壤流量在2～4L/h。