CN1103180C - 一种应用土壤缝隙现象和合力水理论进行农业抗旱栽培的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为应用土壤缝隙现象和合力水理论进行农业抗旱栽培的方法。其具体方法包括在沙漠地区开挖宽为50cm、深为40cm的沟，在沟里先铺上20-30cm的细土粒土壤，再铺上一层10-20cm的沙土，再经浇水、种树或种草。即可成为沙漠地种树或种草带。经实施上述沙漠地土壤改良措施后，可形成凹沟种树、种草改良沙土带，能恢复或形成土壤土壤缝隙现象和合力水，最低限度地减少浇水次数，达到省工、省资源、省资金等目的。

Description

一种应用土壤缝隙现象和合力水理论进行农业抗旱栽培的方法

本发明涉及新理论在实际生产中的应用，特别是一种应用土壤缝隙现象和合力水理论进行农业抗旱栽培的方法。

与国内外同类技术比较：目前国内外土壤水份运动规律仍然以传统的毛管理论为基础。传统毛管理论已具有张力学说(毛管力、弯月面力)、压强学说、界面力学说、能量学说、土水势学说等庞大的自然科学理论体系。但这些学说都不能客观地、科学地、不自相矛盾地解释客观土壤内部水份运动的自然规律。国内一些研究论文把我国北方地区出现的反浆水运动规律用土壤温度梯度说来解释。而这些国内外的传统学说都部分地存在着自相矛盾、物质与该物质的性质时而混淆、时而分离、有时相互替代的等现象。

本发明的目的是提供一种能够客观地、科学地解释土壤内部水份运动的自然规律的土壤缝隙现象和合力水新理论进行农业抗旱栽培的方法。

我们知道，土壤是由大小不同、形状各异的无数个微小土壤颗粒所组成，土壤颗粒堆积相互接触，产生无数个奇形怪状的土壤孔隙，土壤孔隙之间相互联通，形成无规则的网状式缝隙。在这样的微观或渺观缝隙里，土壤水份呈现不断地上升运动，形成分布在上部表土层聚集的自然规律性。这一自然规律就收做土壤缝隙现象。在固、液、气三相物质所组成的土壤等多孔介质的微观或渺观缝隙里，水份是同时受固体土壤物质的吸附力F和自身表面张力E合力的作用下，液体的分子力和分子能有规律地相互转化，在微观的固体缝隙里，液体不断地被吸附上升运动，聚集在表土层，这一土壤水就叫做土壤合力水。

土壤缝隙现象和合力水理论与传统毛管现象和毛管水既有共性，又有在本质上区别的个性。在技术性能指标上，毛管现角和缝隙现象都使土壤水份上升运动，这是这两个自然现象的共性。但是毛管现象使土壤水份上升运动，上升的上部水不可能多于下部水份。上升运动的主动力是液体的张力或单一的压强学说、能量学说、界面力学说等，互不联系地解释同一毛管自然物理现象。我们研究发现的缝隙现象是，不仅把土壤水分不断地输送到上部土层，并且上层土壤含水量仍保持多于下部土层含水量。这种现象在气候越干旱时表现的越明显，并且水份提上去的主动力是固体物质的吸附力F和液体自身的表面张力E的合力，在固体微观缝隙里的水份并不是提上去或者被压力压上去。而是被固体微观缝隙吸附贴上去，在这个过程中缝隙里的液体不断在合力的作用下通过分子力和分子能的互相转化来完成。传统毛管现象是在土壤接触水面和饱和水面时发生，而土壤缝隙现象不仅发生在土壤的饱和水面上，更重要的是土壤水份在田间持水量以下时同样可能发生土壤缝隙现象。毛管水的运动规律应该是定量、定向运动，而缝隙现象的土壤合力水是不定量、不定向的向四周的扩散运动规律，最后在合力最大的土层聚集水份最多的规律性。

所述缝隙现象和合力水理论，实际上是关于多孔介质的微观和渺观缝隙里液体的分子力和分子能互相转化而发生运动变化的基础理论。如在动物体、植物体多孔介质里液体运动分布规律，在电子工业中液晶结构和液晶显视现象也可以用缝隙理论客观地、科学地进行解释，特别是在热学的多孔介质里传质、传热现象，如同量的热水和凉水在缓冻时，热水先冻成冰块的客观自然现象，只能用缝隙理论和合力水原理才能客观地、科学地去解释清楚。

在工业生产中，凡是由固、液、气三相物质所组成的多孔介质里，液体的运动规律也都遵循此缝隙现象。所以，在医、工、农业生产上都具有纵、横向广泛的应用前景。

具体地讲，土壤缝隙现象和合力水的运动规律，就是不断地把土壤下层水份输送到土壤表土层的过程。土壤缝隙现象的发生与土壤结构密切相关。在黑土旱作农业区一般的自然环境条件下，土壤上部表土层的含水量始终保持多于下部土层的含水量。旱作农业的黑土土壤结构最有利于发生土壤缝隙现象。但由于我国乃至全世界传统的、不科学的农业栽培技术措施，不断地破坏着土壤表土层结构，其结果，首先破坏了土壤缝隙现象的自然规律性，因而导致耕地的退化，加快了土地荒漠化进程。

本新理论，即土壤缝隙现象和合力水是在研究土壤多孔介质里水份运动分布规律时发现的，因此本理论可以直接应用在农业生产的抗旱栽培技术上。

首先认识农业的旱情主要分为三大类型，一类是大气干旱性旱情，二类是生理干旱性旱情，三类是土壤干旱性旱情。由于土壤缝隙现象的存在，黑土旱作区包括其他类型土壤都存在着缝隙现象，一般情况下不会发生土壤干旱性旱情，农业的旱情主要是前两种。因此，主要是通过加强前两种旱情的发生规律和防治方法的研究来解决旱情。原来的那种一旱就灌溉的做法，不仅了破坏土壤结构，而且浪费了有限的淡水资源。

水份对农业生产的影响是由在自然界中存在的两种不同形式的水份所决定的。一种是，在大气中水份含量的存在形式，也就是空气相对温度低于60％，对农作物的正常生长受到影响，如果相对温度40％以下发生严重的大气干旱性旱情，农作物萎缩、青枯、伴随着破坏光合作用的生物工厂——绿色植物的叶绿素。另一种是，在土壤中水份的存在形式。在土壤中的水份过多过少都对农作物的正常生长起着重要的影响，水份多，根系生长受到抑制，水份少，农作物生长需要的水份供应量不足。从而引起两种完全不同类型的旱情发生。

由于人类社会进入工业化生产的发展阶段，工业废气所引起的大气温室化效应越来越严重。气温高、大气空气温度下降，植被受到破坏，垦植率高是大气干旱性旱性发生的主要原因。

农作物发生生理干旱性旱情的的主要原因有两个。一是工业三废等污染物对土壤的污染或不科学地使用农药或化肥。不顾土壤水份的现状，随意加大使用量，使农作物的根系生长严重受到抑制或毒害，无法充分地吸收在土壤中的水份，使农作物的正常水份代谢受到阻碍。二是人为的不科学的传统栽培管理技术措施，引起的只顾看得见的地上部茎、叶的生长量，不顾根系正常生长的水、气、热土壤环境条件，从而地上部和地下部根系生长量的比例严重失调。根系生长量少，软、弱、病根所吸水量，无法满足地上部使长的茎、叶蒸腾失水量，从而导致农作物发生生理干旱性旱情。生理干旱性旱情，使农作物拖延生育期，产量和品质下降。特别是采用棚室或复膜半保护化栽培技术的农作物，常发生生理干旱性旱情，轻则生育期拖后，重则青枯、黄枯而死。

虽然春季，降雨少、在大气中空气湿度很小，土壤水份蒸散失水量很大。但土壤表土层的含水量，却仍保持较多的水平，并且表土层的含水量多于下部30公分以下的含水量。这与我们的认识和传统的土壤水份运动规律、理论是完全不相同的。特别是春季降雨少，越干旱时土壤30公分处含水量最多。我们在春季常遇到土壤干旱，无法播种或播种后不能出苗、芽干等现象。这是由于我们在春季，整地、播种时严重地破坏土壤结构，而不能回复原来的土壤结构，不能产生土壤缝隙现象的主要原因。

下面通过对海伦市的情况分析进一步阐述本土壤缝隙现象和合力水理论在实际应用上的重要性。

海伦市处于我国北部较寒冷的温带气候区，漫长的冬季，冰雪复盖大地，土壤水分不能蒸散失水，并且土壤深处的地下水不断地通过缝隙现象上升运动聚集在冻层中。这是海伦市冰冻季节，土壤水份增加和保存的最好时期。

春季3-4月份气温回升较慢相对昼夜温差很大，土壤解冻缓慢，土壤失水量较少。

4月中旬5月初，该市进入土壤水份浆期。所谓的土壤返浆水就是指土壤层化冻30cm左右时，土壤饱和水份在土层30cm左右处冻层上渗透左右移动的水，叫做返浆水。此返浆水，最先出现在被耕地的上坡面上，逐渐波及二片地、洼地。由于返浆水的存在，此时期海伦市土壤含水量分布保存最多，低洼地常出现水份过多而影响播种质量。

5月开始气温回升最快，返浆期转入土壤水份煞浆期，加快耕层冻土的解冻速度。气温高、风大、降水少、大气相对空气温度下降，土壤蒸散失水量最大的时期。

5-6月份是海伦市进入春早期，大气相对湿常低于60％以下。我们再看这时期土壤水份的运动变化情况。

海伦市7-8月份，进入了水、热、光同期，对农作物的生长十分有利。但此时期最容易发生土壤干旱性旱情。这是因为这个时期绝大部分农作物进入蒸腾需水量最多时期，也就是农作物的生长，发育进入了需水量的临界时期(农作物需水关键期)。农作物对大气的水份与土壤水份的要水最敏感期。所以在这个时期常发生影响产量的旱情。今年(1999年)全省在农作物需水临界期遇到旱情，因而减产1-2成，农作物的籽粒皮厚，质差，千粒重下降。

以上是海伦市自然农业生产系统、水份的变化规律及旱情发生机理的基本概况。

我们多年在生产调查、测试与室内大田各种作物不同土壤水条件下出苗和苗期生长试验结果证实了，海伦市土旱作农业区土壤表土层的含水量超过15％(重量比含水量)以上，大田农作物能够出苗或苗期生长，不会发生土壤干旱性旱情。由于土壤缝隙现象的存在，土壤水份又在田间持水量以下时，也不断地上升运动。一般情况下海伦市不会发生土壤干旱性旱情。但该市目前仍在传统的、不科学的耕作栽培技术的指导下翻、耕地和播种时，严重地破坏了土壤的结构，又不能恢复有利于发生土壤缝隙现象的质地结构。因此说，海伦市的土壤干旱性旱情旱人为不料所造成的。海伦农业的生态环境未遭到严重破坏的50-60年代，传统的农业栽培技术对农业生产的发展也起了巨大的作用。但进入80-90年代海伦市垦植率达到了最高峰，大片的荒地，河套地被开发种植农作物，植被遭到了破坏。在这种新的农业生产环境的条件下，旱情的形式也发生了很大的变化，大气干旱性旱情直接影响着农业生产的发展，客观上也存在人为造成的土壤干旱性旱情。但人们对这些变化了的环境，仍无动于衷，这就是农业生产与农业科技发展的主要限制因素。

因此说，海伦市的农业旱情主要以大气干旱性旱情和生理干旱性旱情为主，其次是人为造成的认识不足，研究资料也极少。

要解决农业的旱情，首先在旱情的共性指导和个性的研究条件下具体分析，当时当地、每一块农田所发生的农作物的具体旱情类型。只有这样，才能省的放矢，有效地解决相应的农业旱情，获得事半功倍的效果。不分旱情的类型，一说抗旱就灌溉，会导致更大的其他旱情，影响农作物的稳定高产。研究分析海伦市旱作农业区的旱情主要以大气和生理干旱性旱情为主。本来不缺土土壤水份的洼地、二洼地采取覆膜或浇水抗旱措施，不仅不能达到抗旱的效果，反而导致生理干旱性旱情的发生。如覆膜玉米，旱年或岗地缺水地块能增产，增效，但洼地、土壤水份不缺的地块采取覆膜玉米栽培技术，地上部长势过猛，根系生长量不足，拖延生育期，秋季只能打水包米，质量差、效益低。这样的实例海伦市屡见不鲜。海伦市每年因不同的旱情所造成的粮食减产可达1-2成。粮食减产可达2500万公斤，直接经济损失1千万元以上。

在研究了土壤水份运动规律和分析海伦市的农业旱情的基础上认识到，只有采取科学的、具体地分析不同类型的旱情，并用不同的方法和技术措施来解决，才能夺回每年因旱情而损失的粮食。

防治大气干旱性旱情的技术措施有：

1、播种时采取恢复原来土壤结构的技术措施，使土壤继续产生缝隙现象，供给种子萌发、出苗所需要的水份。

2、破坏土壤表土层3cm厚的土壤结构，切断发生缝隙现象，防止土壤水份继续蒸发损耗，保住种子播种处的土壤水份，使种子正常发芽，出苗。

3、采用棚室栽培的农作物，早练苗、勤练苗，遇到大气干旱的天气(无降雨、风大、气温高的天气)时，采取遮阴通风或保护生练苗。防止干旱、高温气候对农物叶绿素起浓缩作用，因此，保护生物体合成有机物的工厂一叶绿素，以免发生青枯病。

在种植面积小，经济效益较高的农作物生产中，可采取雾溉技术。在局部大气中增加空气的含水量，提高相对湿度、降低破坏性高温，人工制造小气候来防治大气干旱性旱情。如最热的时候，小面积1-2次喷雾。

本技术措施可以保护或恢复农业生态，部分耕地退耕种草，增加多年生农作物的种植面积，提高植被复盖率，走少而精的农业生产发展道路，降低生产成本，提高经济效益，保护农业的生态环境。

本发明充分研究了农业生产系统的水份运动规律可不增加任何投入，科学地，巧妙地运用自然水分运动规律，获得适合于市场经济、增加农产品竞争力、切实可行的高产、稳产的一项技术含量较高的使用栽培技术。

本发明的应用土壤缝隙现象和合力水理论在实际进行农业抗旱栽培的方法包括在沙漠地区开挖宽为50cm、深为40cm的沟，在沟里先铺上20-30cm的细土粒土壤，再铺上一层10-20cm的沙土，再经浇水、种树或种草，即可成为沙漠地种树或种草带。

其中，所述细土粒土壤中含有30％以上的物理粘粒或粉粒，是沙漠地种树带的改良土壤；所述粘粒的粒径＜0.002mm，所述粉粒粒径＜0.02mm。

所述沙土层实为土壤覆盖层。

所述浇水量以正好为改良沙漠土壤的田间持水量为准。多浇浪费宝贵的水资源，少浇则保水时间短，树和草不易正常生长。

所述种树或种草时要适量补浇一些营养水。所述营养水中可含有生根粉或有机生物液化肥。

本发明的土壤缝隙现象和合力水在实际生产中的应用的具体方法还可以包括在种树后的表层土壤上铺一层粗砂砾，以保护树种不被大风刮跑。

经实施上述沙漠地土壤改良措施后，可形成凹沟种树、种草改良沙土带，能恢复或形成土壤土壤缝隙现象和合力水，最低限度地减少浇水次数，达到省工、省资源、省资金等目的。

Claims (7)

1、一种应用土壤缝隙现象和合力水理论进行在农业抗旱栽培的方法，其特征是包括在沙漠地区开挖宽为50cm、深为40cm的沟，在沟里先铺上20-30cm的细土粒土壤，再铺上一层10-20cm的沙土，再经浇水、种树或种草，即可成为沙漠地种树或种草带。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是所述细土粒土壤中含有30％以上的物理粘粒或粉粒。

3、如权利要求2所述的方法，其特征是所述粘粒的粒径＜0.002mm，所述粉粒粒径＜0.02mm。

4、如权利要求1所述的方法，其特征是所述浇水量以正好为改良沙漠土壤的田间持水量为准。

5、如权利要求1所述的方法，其特征是所述种树或种草时要适量补浇一些营养水。

6、如权利要求5所述的方法，其特征是所述营养水中含有生根粉或有机生物液化肥。

7、如权利要求1所述的方法，其特征是还包括在种树后的表层土壤上铺一层粗砂砾，以保护种树不被大风刮跑。