CN110612792A

CN110612792A - 利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法

Info

Publication number: CN110612792A
Application number: CN201910854333.3A
Authority: CN
Inventors: 王平; 赵振勇
Original assignee: Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS
Current assignee: Xinjiang Institute of Ecology and Geography of CAS
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: CN110612792B

Abstract

本发明涉及一种利用多孔膜提高沙漠农业水肥利用效率的方法，该方法通过在作物耕作层土壤以下铺设多孔膜来控制土壤水的下渗速度，而多孔膜的透水速率可以通过人为调整多孔膜上孔的密度和孔径进行调整，孔的密度和孔径越小透水速率也越小，从而延缓水肥在沙土中的下渗，起到保水保肥的目的。

Description

利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法

技术领域

本发明涉及一种提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法。

背景技术

由于人口的持续快速增长，人均耕地面积减少，为了经济发展和社会稳定，新疆南疆开始大规模在沙漠地区建造温室大棚，仅和田地区就规划了10万亩温室大棚，部分已经投入生产。温室大棚建设在绿洲外围推平的沙丘之上，栽培基质为土壤黏粒含量低于5％的流沙，流沙无法提供正常土壤完善的功能，因此流沙土壤基质导致的大棚蔬菜生长营养障碍现象十分普遍。沙水肥保蓄能力差，漏水漏肥，生产中蔬菜很容易受水肥胁迫而影响生长，一个典型的表现就是，灌溉间隔时间超过3天，蔬菜就会出现明显缺水症状，而正常土壤的灌溉间隔时间通常为10-15天。在水源不稳定的情况下，水肥保蓄能力差导致的缺水常常对当地设施农业造成灾难性的后果。沙土阳离子交换量低，缓冲能力差，施入土壤中的肥料在不合理的灌溉条件下，很容易造成肥料的淋洗损失，被灌溉水淋洗进入土壤深层，根系无法吸收利用，尽管施肥量大，蔬菜营养障碍依然很普遍。因此沙土栽培基质导致的水肥保蓄能力差是当地设施农业发展面临的重要问题之一。

现有的提升沙土水肥保蓄能力的主要常用的方法是客土法，即用优质土壤替换耕作层流沙的方法。但是该方法面临优质土壤来源困难、工程量大、运输及人工费用高的问题。还有采用防渗沙的办法，即在纯沙耕作层之下铺设一层防渗沙，用防渗沙阻止水分的下渗，从而起到提高水肥利用效率的目的，但该方法面临防渗沙成本高、施工难度大、效果不理想的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用多孔膜的提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，该方法通过在作物耕作层以下铺设多孔膜，而多孔膜的透水速率可以通过人为调整多孔膜上孔的密度和孔径进行调整，孔的密度和孔径越小透水速率也越小，从而延缓水肥在沙土中的下渗，起到保水保肥的目的。土壤水在沙土中的下渗过程受到土壤水的重力、土壤表面蒸发、沙土颗粒的吸附力等多种复杂应力的影响，定量研究较为复杂。由于多孔膜的存在，土壤重力水的下渗过程，不仅需要克服垂直方向下渗过程中的各种阻力，而且在接触膜面后变化为指向透水孔的横向移动，从而大大延缓的土壤水的下渗过程，进而也减少了灌溉水中溶解的肥料养分的流失。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案解决的。

在一方面，本发明提供了一种利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，所述方法用于在耕作层以下铺设具有一定阻渗功能的膜，包括以下步骤：

多孔膜(1)的制作：在所述膜上沿膜面开孔，使孔均匀分布在整个膜面上，形成多孔膜(1)；

多孔膜(1)的铺设：开挖耕作层沙土，以形成工程基底面(2)；洒水使所述工程基底面(2)的处于流动状态的流沙基底面相对硬化，并找平；在所述工程基底面(2)上铺设所述多孔膜(1)，然后在所述多孔膜(1)上回填耕作层沙土(3)，并整平；

种植果蔬：在回填的所述耕作层沙土(3)上种植设施果蔬。

进一步地，所述多孔膜(1)的制作的步骤，包括：

依据透水速率设定预设孔距和预设孔径；

按照所述预设孔距和所述预设孔径在所述膜上沿膜面开孔，并形成所述多孔膜(1)。

进一步地，所述多孔膜(1)上的所述开孔的孔径为1cm，孔距为30cm。。

进一步地，所述透水速率依据沙土的性质设定，且所述透水速率与所述沙土中的黏粒含量呈正比，当所述沙土中的黏粒含量高时，则所述透水速率大，当所述沙土中的黏粒含量低时，则所述透水速率小。

进一步地，所述透水速率依据灌溉水的矿化度设定，且所述透水速率与所述灌溉水的矿化度呈正比，当所述灌溉水的矿化度高时，则所述透水速率大，当所述灌溉水的矿化度低时，则所述透水速率小。

进一步地，所述多孔膜的铺设步骤，采用机械铺设。

在另一方面，本发明所述的一种利用多孔膜的提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，该方法涉及在耕作层以下铺设具有一定阻渗功能的膜，具体操作按下列步骤进行：

a、多孔膜(1)的制作：在膜上沿膜面二维方向开孔，孔径1cm，孔距30cm，使孔均匀分布在整个膜面上；

b、多孔膜(1)的铺设：开挖设施大棚50cm耕作层沙土，形成工程基底面(2)，洒水使工程基底面(2)的处于流动状态的流沙基底面相对硬化，并找平，在基底面上铺设多孔膜(1)，然后在多孔膜(1)上回填耕作层沙土(3)，整平；

c、按照常规的高产方法在回填的耕作层沙土(3)上种植设施果蔬。

所述多孔膜的透水速率可以通过人为调整多孔膜上孔的密度和孔径进行调整。

多孔膜的透水速率应该根据沙土的性质以及灌溉水的矿化度进行调整，沙土中黏粒含量多则增大多孔膜的透水速率；沙土中黏粒含量少则减少多孔膜的透水速率。灌溉水矿化度越大，耕作层越容易积盐，相应的应该增大多孔膜的透水速率，以增加对土壤盐分的淋洗；灌溉水矿化度越小，相应的应该调小多孔膜的透水速率，以增加对水肥的保蓄能力。

本发明所述的一种利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，该方法利用多孔膜对灌溉水下渗的阻滞作用，减少灌溉水和水中溶解的肥料的下渗，从而提高灌溉水和溶解在灌溉水中的肥料的利用率。

本发明所述的利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.通过在耕作层以下设置多孔膜，利用多孔膜对灌溉水下渗的阻滞作用，减缓灌溉水和水中溶解的肥料的下渗，从而提高灌溉水和溶解在灌溉水中的肥料的利用率；

2.多孔膜的透水速率可以通过人为调整多孔膜上孔的密度和孔径进行调整。孔的密度和孔径越大透水速率也越大。可以根据沙土的颗粒组成、灌溉水的矿化度大小对多孔膜的透水速率进行调整以控制土壤水分的下渗速度；

3.建造和运行维护成本相对较低，适合于大面积推广的沙漠土壤改良技术，多孔膜的结构简单，容易实现机器快速批量生产，膜的生产成本较低，适用面广；

4.多孔膜由于铺设于耕作层以下，不影响常规栽培耕作，使用便利；

5.多孔膜由于铺设于耕作层以下，一次性铺设可以长期使用，分摊成本相对较低；沙漠地带，例如南疆现在正处于设施农业大发展阶段，如果将铺设多孔膜工序融合到现有的大棚建造工序中，可以大幅度减少多孔膜铺设相关的建设成本低；流沙的性质均一，机械阻力小，利于地下膜铺膜机的均匀铺膜，降低铺膜成本。

6.适用面广，除了沙漠设施农业，也适于常规露地沙漠农业。

7.环境友好。由于铺设深度相对较浅，配合使用厚膜，地下膜可以利用农机回收。

8.与膜下滴灌节水系统相容性好，膜下滴灌系统解决了水分的蒸发损失，地下膜可以解决水分的过度渗漏损失，两者相辅相成。

附图说明

图1为本发明的多孔膜结构示意图；

图2为本发明的铺设多孔膜后的土壤剖面结构示意图；

图3为本发明实施例中不同膜上孔径大小对不同土层土壤体积含水量动态的影响。

具体实施方式

实施例

结合参照图1-图2，本实施例提供了一种利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，所述方法用于在耕作层以下铺设具有一定阻渗功能的膜，包括以下步骤：

多孔膜1的制作：在所述膜上沿膜面开孔，使孔均匀分布在整个膜面上，形成多孔膜1；

多孔膜1的铺设：开挖耕作层沙土，以形成工程基底面2；洒水使所述工程基底面2的处于流动状态的流沙基底面相对硬化，并找平；在所述工程基底面2上铺设所述多孔膜1，然后在所述多孔膜1上回填耕作层沙土3，并整平；

种植果蔬：在回填的所述耕作层沙土3上种植设施果蔬。

在本实施例中，所述多孔膜1的制作的步骤，包括：

依据透水速率设定预设孔距和预设孔径；

按照所述预设孔距和所述预设孔径在所述膜上沿膜面开孔，并形成所述多孔膜1。

在本实施例中，所述多孔膜1上的所述开孔的孔径为1cm，孔距为30cm。。

在本实施例中，所述透水速率依据沙土的性质设定，且所述透水速率与所述沙土中的黏粒含量呈正比，当所述沙土中的黏粒含量高时，则所述透水速率大，当所述沙土中的黏粒含量低时，则所述透水速率小。

在本实施例中，所述透水速率依据灌溉水的矿化度设定，且所述透水速率与所述灌溉水的矿化度呈正比，当所述灌溉水的矿化度高时，则所述透水速率大，当所述灌溉水的矿化度低时，则所述透水速率小。

在本实施例中，所述多孔膜的铺设步骤，采用机械铺设。

下面结合具体的试验来对本实施例进行说明。

在本实施例中，试验设计了5个不同大小的孔径的地下膜处理，以不铺设地下膜的常规处理为对照处理(CK)，共计6个处理。研究铺设多孔膜对水肥渗漏速率及蔬菜生长的影响。每小区面积为3.5m×8m＝28m²，重复3次。

典型的沙漠设施农业新区，耕作土壤为纯沙，灌溉水的矿化度为1358us/m。供试的试验大棚内栽培区域为：60.0m×8.0＝480m²，具体按照下列步骤进行：

制做多孔膜：

a、在10S厚的PE膜上用打孔器沿膜面二维方向开孔，孔距30cm，使孔均匀分布在整个膜面上；5个处理的孔径各不相同，D0处理、D2处理、D5处理、D10处理和D18处理的孔径分别为0mm、2mm、5mm、10mm、18mm。

田间施工：

b、在2018年12月12日开始施工，开挖设施大棚50cm耕作层沙土，形成工程基底面2，洒水使工程基底面2的处于流动状态的纯沙基底面相对硬化，并找平，在基底面上铺设多孔膜1，然后在多孔膜1上回填耕作层沙土3，整平；

种植管理：

c、2019年2月25日黄瓜育苗，3月20日～24日，整地，切地，起垄，3月25日定植，黄瓜生育期内按照高产栽培规程的管理方法进行管理；4月29日吊殃，5月17日下第一茬黄瓜，7月16日结束。

测定项目和方法：

1.土壤体积含水量的测定：预先在每个小区内埋设中子仪探管，在4月4日一次性灌水150L/m²后，灌水后连续11天，每天用中子仪法测定土壤土壤10cm、20cm、30cm、40cm、50cm深处中子仪读数，然后根据土壤容重和同时烘干法制作的回归曲线计算出不同土壤层次的土壤体积含水量。

2.黄瓜长势的测定：在5月14日，每个处理随机选取连续的10株，用卷尺测定株高，用数字卡尺测定第5-6节间的茎粗，叶面积为从下往上第6片叶到顶部最新完全展开叶片的全部叶面积之和，单叶叶面积采用经验公式法计算：叶面积＝0.5×叶宽×叶长+0.25×叶宽²；

3.叶绿素SPAD值测定:采用SPAD-502型叶绿素计测定叶片的SPAD值，在5月14日，每个处理随机选取50片长势一致的完全展开叶片的中部，避开叶脉和有损伤的部位，取平均值；

4.黄瓜产量的测定：每处理选择连续的10株，记录每次摘取黄瓜的结瓜数目，产量，计算平均瓜重。

试验结果：

1.铺设不同孔径的多孔膜处理对水分下渗过程的影响

参照图3，对实施例的土壤含水量测试结果表明，D10处理由于采用了本发明的方法，与对照处理CK比，能够大幅延缓耕作层土壤水分的下渗速度，特别是对蔬菜意义重大的20cm～50cm的土壤含水量，在灌水后的7天时间内，对照处理CK的土壤体积含水量持续较快下降，而本发明D10处理的土壤体积含水量在经历3天的持续下降以后，进入相对平稳缓慢下降阶段。说明本发明能够大幅延缓根层土壤的水分渗漏速度。而孔径18毫米的D18处理与对照处理比较差异不大，说明18毫米孔径已经偏大了，铺D18膜没有发挥出显著的减缓水肥下渗的作用。而更小孔径的D5处理，在试验期间发挥了显著的减缓水肥下渗的作用，除了表层10cm土壤含水量下降较快以外，其余深度在20cm至50cm土壤含水量均大幅度高于对照处理，而且在充分灌水后的11天时间里含水量始终较高。说明D5处理虽然减缓水肥下渗的作用更显著，但是作用太强以至于土壤湿度持续太高，影响蔬菜根系呼吸了。下渗过慢也会增加土壤积盐的风险。

2.铺设不同孔径的多孔膜处理对黄瓜生长的影响

5月14日对黄瓜的长势测定结果表明：铺设多孔膜的D10处理对黄瓜的生长造成显著影响。由于水源总体不足的限制，轮灌周期在5月份前还能够达到3-5天一灌，进入5月时达到7至10天一灌，由于对照CK处理沙土保水保肥能力差，灌水周期延长对对照处理产量造成一定的影响，而本发明方法D10处理，由于多孔膜的存在，根层土壤的保水性能得到显著改善，基本未受灌水周期延长的影响表1。

试验结果表明，与对照比较，本发明方法能够实现明显更旺盛的长势长相，在株高、茎粗、单株叶面积和叶绿素浓度等指标上均差异显著。对照叶色偏浅，而本发明处理叶色正常。

表1多孔膜处理对黄瓜生长的影响

	株高(cm)	茎粗(mm)	叶面积(cm<sup>2</sup>)	SPAD值
					实施例1本发明D10处理	224a	13a	12800a	46a
实施例1对照CK处理	175b	10b	9400b	39b

(注:每列不同字母表示差异达5％显著水平，下同)

3.铺设不同孔径的多孔膜处理对黄瓜产量构成的影响

试验结果表明(表2)，与未铺设地下膜的对照CK处理比，本发明所述方法的D10处理由于铺设了地下膜，节水节肥的同时，改善了根系的土壤水分条件，产量大幅提高35％，主要原因是本发明方法D10处理的平均单果重较对照CK高出15.4％，而结瓜总数提高了17.7％。

表2多孔膜对黄瓜产量构成的影响

	结瓜总数(pi/m<sup>2</sup>)	产量(kg/m<sup>2</sup>)	平均瓜重(g)
				实施例1本发明D10处理	60.5a	15.8a	262a
实施例1对照CK处理	51.4b	11.7b	227b
				增加量(％)	17.7％	35.0％	15.4％

4.多孔膜处理对水肥利用效率的影响

以单位用水量得到的产量计算水的利用效率，以单位面积用肥量得到的产量计算的肥的利用效率。试验结果表明(表4)，与对照CK处理比，本发明所述方法D10处理，水的利用效率大幅提高了79.7％，肥的利用效率大幅提高了35.0％。

表3多孔膜对黄瓜水肥利用效率的影响

Claims

1.一种利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于,所述方法用于在耕作层以下铺设具有一定阻渗功能的膜，包括以下步骤：

多孔膜(1)的铺设：开挖50cm耕作层沙土，以形成工程基底面(2)；洒水使所述工程基底面(2)的处于流动状态的流沙基底面相对硬化，并找平；在所述工程基底面(2)上铺设所述多孔膜(1)，然后在所述多孔膜(1)上回填耕作层沙土(3)，并整平；

种植果蔬：在回填的所述耕作层沙土(3)上种植设施果蔬。

2.根据权利要求1所述的利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于，所述多孔膜(1)的制作的步骤，包括：

依据透水速率设定预设孔距和预设孔径；

3.根据权利要求2所述的利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于，所述多孔膜(1)上的所述开孔的孔径为1cm，孔距为30cm。

4.根据权利要求2所述的利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于，所述透水速率依据沙土的性质设定，且所述透水速率与所述沙土中的黏粒含量呈正比，当所述沙土中的黏粒含量高时，则所述透水速率大，当所述沙土中的黏粒含量低时，则所述透水速率小。

5.根据权利要求2所述的利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于，所述透水速率依据灌溉水的矿化度设定，且所述透水速率与所述灌溉水的矿化度呈正比，当所述灌溉水的矿化度高时，则所述透水速率大，当所述灌溉水的矿化度低时，则所述透水速率小。

6.根据权利要求1所述利用多孔膜提升沙漠设施农业水肥利用效率的方法，其特征在于，所述多孔膜(1)的铺设步骤，采用机械铺设。