CN112292952A

CN112292952A - 一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法

Info

Publication number: CN112292952A
Application number: CN202011040303.8A
Authority: CN
Inventors: 姚荣江; 杨劲松; 尹春艳; 赵举; 李红强; 王相平; 谢文萍
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS; Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS; Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: CN112292952B

Abstract

一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法,在秋收后于盐碱化农田表层均匀撒施秸秆和木质素纤维，深翻压埋形成生物质隔层，晒垡越冬；春灌洗盐，撒施改性沸石、麦饭石、纳米零价铁（nZVI）、AM菌剂和水溶性高分子聚丙烯酰胺（PAM）的混合物，同时根据土壤质地施入基肥，旋耕覆膜；绿肥单作、绿肥间套作或复种绿肥，翻压还田，上述步骤定期循环使用。本发明能够长效消减盐碱障碍，加速土壤团聚化进程，增加土壤养分保蓄，促进土壤碳库累积且多过程互馈协同促进。

Description

一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法

技术领域

本发明属于农业与生态领域，具体涉及一种盐碱地土壤改良与培肥的方法，特别是涉及一种灌区中、重度盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法。

背景技术

以河套灌区为典型代表的引黄灌区是我国北方干旱区次生盐碱土集中区域之一，也是我国重要的后备土地资源区、生态屏障区和粮棉油生产基地，其合理改良利用对推进我国“藏粮于地、藏粮于技”战略、恢复与重建生态脆弱区、构筑我国北方重要生态安全屏障、促进黄河流域高质量发展具有重要意义。

土壤盐碱及其次生的结构、养分贫瘠等障碍是制约引黄灌区土地生产力提升与生态恢复的关键制约因子。土壤团粒结构是土壤质量以及养分供储、水肥保蓄等性质的重要指标，而土壤团聚体作为土壤结构的基本单元，其数量多少在一定程度上反映土壤养分、持水性、通透性等能力的高低，因此团聚体数量是判定土壤结构好坏的重要指标之一。在盐碱环境下，土壤较高的盐基离子、碱化度、pH等因素导致土壤团聚体的稳定性较差且易于崩解，并使得土壤有机碳的物理性保护机制缺失，造成养分损耗严重与利用率降低，结构改良和肥力提升更为困难。因此，针对盐碱农田、林草地的生态治理，研发一种综合利用工程、生物、种植制度等途径快速促进土壤大颗粒团聚体形成的方法，对提高盐碱土的水养容量、提升基础地力与生产力具有重要意义。与传统的改良方法相比，该方法具有团聚体形成速度快、培肥周期短、土壤保蓄能力强、养分利用效率高、用地和养地相结合等优势。

中国专利CN104945191B公开了一种以废弃平菇菌渣为主配合耐盐植物成分的用于盐碱地的土壤培肥改良剂及制备方法，且通过对废弃菌渣的再利用，更能做到农业废弃资源的循环使用，达到“资源循环、土壤可持续”的目的。

中国专利CN106612691B公开了一种北方盐碱地改良和培肥技术，该技术采用该地区大量废弃的咸性塘泥为原料，通过咸水冰融渗实现土壤洗盐、快速增肥和结构改善，进而快速提高土地生产力和利用率等。

中国专利CN103238431B公开了一种滨海旱作盐碱地大麦-玉米轮作系统的控盐培肥方法，包括灌溉淋盐造墒、施用有机肥、开墒覆膜播种等步骤，具有重复使用性，可针对每一季作物循环应用，改土培肥效果显著。

中国专利CN105925270B公开了一种改善盐碱地肥力的土壤改良剂及其应用，该方法将活性污泥粉体与玉米芯粉体混合后，再在300～500℃的氮气气氛下热解1.5～4h，得到所述土壤改良剂，能有效提高盐碱地的土壤肥力与营养指标，增加土壤固氮能力。

中国专利CN105036824A公开了一种采用干酪乳杆菌腐解剂的秸秆生物腐熟方法，采用本方法进行腐熟处理的秸秆，阳离子交换量达70cmol/kg以上，在盐碱地土壤增碳培肥中的应用，可以显著降低土壤含盐量，改善土壤结构，提高土壤中有机质含量。

中国专利CN109548448A公开了一种新垦盐碱地培肥方法，包括自制农家肥、耐盐碱水稻品种选择、盐碱地土壤成分检测、水稻栽培管理等步骤，针对现有技术中的盐碱地工程改良方法的不足，就地取材，将农业废弃物经过与粪便混合发酵腐熟后还田。

从以上知识产权反应的情况来看，目前针对盐碱障碍和地力贫瘠主要通过直接增加有机物料投入、农业废弃物的资源化利用等实现土壤增碳培肥，尽管前期使用效果较好，但是用量大、成本高、持续性差，培肥效率低，未见通过土壤管理、生物、种植制度等手段促进团聚体形成而改善土壤团粒结构，并进而利用绿肥还田提升土壤养分库容的综合方法，以实现盐碱地长效稳定的障碍消减与地力提升。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对目前盐碱化农田土壤理化性质不良、养分贫瘠、基础地力差等次生障碍，以及传统的通过直接大量投入有机物料培肥改良盐碱地存在的成本高、效率低、养分损耗严重等一系列现实问题，提供了一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法。

技术方案：一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，在秋收后于盐碱化农田表层均匀撒施秸秆和木质素纤维，所述秸秆的用量为干重1.5-2.0kg/m²；所述木质素纤维的用量为干重0.5-1.0kg/m²，深翻压埋形成生物质隔层，晒垡越冬；春灌洗盐，撒施改性沸石15-25份、麦饭石30-45份、纳米零价铁(nZVI)0.2-0.5份、AM菌剂0.1-0.2份和水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)1-2份的混合物，混合物用量为300-1000kg/亩，同时根据土壤质地施入基肥，用旋耕机将混合物、基肥与0-20cm土壤混合均匀后，覆盖黑色薄膜，厚度0.01-0.02mm膜；绿肥单作、绿肥间套作或复种绿肥，翻压还田，上述步骤定期循环使用。

上述秸秆粉碎长度10-20cm；木质素纤维直径10-15μm，纤维含量≥98wt.％，平均长度2-5mm。

上述秸秆和木质素纤维均匀摊铺后，利用双铧犁或四铧犁的翻埋机按照30-35cm深度进行翻埋，在地下形成秸秆与木质素纤维的生物质隔层，同时表层土壤立垡、晒垡，通过冬季冻融以散碎土垡。

上述春灌洗盐为春季进行灌溉洗盐，灌水量200-300mm，采用水平间歇灌溉方式，每次灌水量30-50mm，提高灌溉均匀度并减少深层渗漏。

优选的，上述按质量份数计，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)2份，抛肥机直接撒施或挤压造粒后抛肥机撒施，用量为1000kg/亩。

上述改性沸石为柠檬酸改性沸石，过200目筛粉末，二氧化硅含量≤50wt.％，硝态氮饱和吸附量≥5mmol/100g，比表面积>500m²/g；所述麦饭石过150目筛粉末，二氧化硅含量≤60wt.％，Al₂O₃含量≤18wt.％，铵饱和吸附量≥25mmol/100g，比表面积>600m²/g；所述纳米零价铁(nZVI)粒径50-70nm，Fe含量≥99wt.％，比表面积>50m²/g；所述水溶性高分子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺均聚而成，过100目筛，分子量≤500×10⁴，有效物质含量≥98wt.％；所述AM菌剂为以球囊霉属丛枝菌根真菌Glomus mosseae、Glomus versiform和Glomus intraradices组成的复合菌剂，有效成分>70wt.％，有效活菌数>100亿/克。

当耕层土壤有机质<5g/kg，混合物用量800-1000kg/亩；当耕层土壤有机质5-10g/kg，混合物用量500-800kg/亩；当耕层土壤有机质>10g/kg，混合物用量300-500kg/亩。

上述根据土壤质地施入基肥，当土壤质地为砂土，施用氮磷钾复合肥，N-P-K含量比例15～20：15～20：10～15，0.8<N:P<1.2，用量50～60kg/亩；当土壤质地为壤土，施用氮磷复合肥，N-P含量比例20～25：15～20，1.2<N:P<1.5，用量40～50kg/亩；当土壤质地为粘土，施用氮磷复合肥，N-P含量比例20～25：10～15，N:P>1.5，用量30～40kg/亩。

上述绿肥单作、绿肥间套作或复种绿肥为：

1、绿肥单作为：种植苜蓿、田菁、燕麦草或毛叶苕子，或种植大豆、蚕豆，在盛花期全量翻压还田；

2、绿肥间套作为：采用小麦-蚕豆、玉米-毛叶苕子、食葵-苜蓿的作物-绿肥间套作方式，绿肥在盛花期全量翻压还田，作物收获后秸秆粉碎还田，第二年同一地块作物和绿肥倒茬；

3、绿肥复种为：采用燕麦草复种向日葵或大豆，燕麦草全量还田后移栽向日葵或直播大豆，或者小麦收获秸秆还田后直播油菜，于9月下旬将油菜全量翻压还田。

上述定期循环使用为：当年采用该方法后，第二年可进行常规种植，每2-5年循环使用一次；其中，当土壤质地为砂土，每2-3年循环使用一次；当土壤质地为壤土，每3-4年循环使用一次；当土壤质地为粘土，每4-5年循环使用一次。

有益效果：(1)长效消减盐碱障碍。通过创建由秸秆和木质素纤维组成的生物质隔层，木质素纤维分散到秸秆中形成三维孔隙结构，打破耕层以下土壤毛细管，阻断土壤盐分上升表聚通道，即使在浅埋深地下水也能阻止盐分积聚，长效维持耕层土壤的健康环境。

(2)加速土壤团聚化进程。利用纳米零价铁提供铁氧化物，其是构成微团聚体的最重要胶结物质，同时以球囊霉属丛枝真菌形成团聚体形成的菌丝缠绕体，以水溶性高分子聚丙烯酰胺作为粘结剂，促进小团聚体向大团聚体的转变，提升土壤结构的稳定性。

(3)增加土壤养分保蓄。灌区土壤养分的淋失占环境损耗量的15-35％，造成盐碱地治理养分利用效率地下并引起下游面源污染，通过改性沸石、麦饭石对硝态氮、铵态氮的高吸附能力，减少因灌溉洗盐导致的速效养分淋失，有效维持土壤养分库容。

(4)促进土壤碳库累积。该方法通过种植绿肥并翻青还田，尤其是作物与豆科绿肥的轮作、间作和套种，豆科绿肥根瘤菌具有生物固氮功能，同时AM真菌对豆科作物根系侵染形成菌根，活化养分，新鲜绿肥还田亦促进土壤有机碳库更新与累积。

(5)多过程互馈协同促进。该方法结合了土壤管理、生物促进、物理吸附、种植制度优化等多重互馈过程，具有土壤障碍消减、团聚体形成促进、养分库容协同提升效应，其中土壤管理长效控抑盐是前提，物理吸附是保障，生物促进和种植制度优化是关键，通过多过程结合实现土壤基础地力与养分供储能力的全面提升。

附图说明

图1技术原理示意图；

图2试验场景图(a.室内土柱模拟试验；b.恒温培养试验；c：盆栽试验；c.野外田间试验；e：田间种植制度试验)；

图3土柱淋洗水分入渗情况；

图4入渗过程中剖面土壤盐分分布(a.15h；b.30h；c.45h)；

图5室内恒温培养试验结束后土壤水稳性团聚体含量；

图6盆栽培养试验结束后土壤水稳性团聚体含量；

图7田间试验结束后0-20cm土壤水稳性团聚体含量(a.中度盐碱地；b.重度盐碱地)。

具体实施方式

以下的具体实施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。本发明突破传统的“直接大量投入式”方法瓶颈，另辟蹊径：首先，通过秸秆和木质素纤维生物质隔层的创建，阻断土壤盐分的上升通道；其次，通过施用改性沸石、麦饭石、纳米零价铁、AM菌剂和水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)混合物，从促进团聚体内核、物理粘结和菌丝体缠绕等方面加速土壤大颗粒团聚体的形成，同时减少灌溉过程养分的深层渗漏；再次，通过合理的绿肥种植以及绿肥与作物的轮作、间作和套种等种植制度优化，加速土壤有机碳的转化与生物同化；通过上述的综合效应，解决现有盐碱地培肥投入大、损耗大、效率低、成本高等问题。

实施例1：

内蒙古河套平原重度盐碱障碍耕地。试验地块耕层0-20cm土壤盐分3.9-7.4g/kg，pH为8.51，平均有机质含量10.13g/kg，全氮0.54g/kg，碱解氮为37.6mg/kg，有效磷为11.2mg/kg，速效钾193.5mg/kg。地点：内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗三道桥镇澄泥村，于2017年7月采集盐碱耕地表层0-20cm土壤样品，作为试验用土，试验时间为2017年7月～2017年10月。供试土壤平均盐分为5.82g/kg，属氯离子-硫酸盐型盐土，质地为粘壤土，前茬作物为食葵。采用土柱模拟试验方式，主要实施环节如下：

(1)土柱填装：土柱高150cm，内径15cm，装土高度100cm，其中上部30cm用于储水，下部20cm和砂石滤料层；将备好的土壤按容重1.4g/cm³分层填入土箱，每次填装10cm，每10cm填土2.48kg，装填70cm深后，加入粉碎后(3-5cm长度)的秸秆和木质素纤维，秸秆用量1.5kg/m²，木质素纤维用量1.0kg/m²，并再次填装表层30cm，使得生物质隔层在30cm深度。每个处理设置3个重复，共计装填12个土箱。装填时注意将每层之间的土面拉毛，避免出现分层现象。

(2)试验处理：设置4个处理，分别CK(无隔层)、S(秸秆隔层，1.5kg/m²)、L(木质素纤维隔层，1.0kg/m²)和SL(秸秆1.5kg/m²+木质素纤维1.0kg/m²隔层)。

(3)灌溉：采用蒸馏水进行灌溉，总灌水量30cm，一次性加入，为防止蒸发对试验影响，灌水后土柱上口用保鲜膜封住，并扎小孔以利入渗；灌溉开始后，分别在每隔30～60min观测并记录土壤湿润峰位置，直至45小时，在土柱的下口留有出流口以收集淋失液；入渗过程中分别在15h、30h和45h(入渗结束)，从土面自上而下，以10cm为间隔(土柱侧壁开口处)，用小土钻钻取剖面土样，用于测定土壤盐分含量(见图2：a)。

不同试验处理土柱淋洗水分的入渗状况见图3。对照CK处理，灌溉开始水分入渗开始到水分湿润锋运行到土柱底部所需的时间为42h，而单一秸秆隔层处理S入渗所需时间为30.5h，单一木质素纤维隔层处理L入渗所需时间为36.5h，秸秆+木质素纤维隔层处理SL入渗所需时间最短，仅需25h；采用秸秆+木质素纤维隔层的入渗速率最大，其较S、L处理分别提高18.0％、31.5％，较对照CK提高40.5％；这表明采用秸秆与木质素纤维的隔层材料更有利于灌溉水的入渗，减少入渗时间。

淋洗过程中，不同时段各处理剖面土壤盐分分布如图4所示。在相同的运移时间，SL处理盐分运移距离最长，其迁移速率最快，其次是S处理和L处理，对照处理的盐分迁移速率最慢，这从图4：a中可以明显看到。运移30h时，SL处理和S处理盐分已运移至土柱下部，而L和CK处理运移至90cm；至45h时，各个处理盐分均运移至剖面底部，此时已能收集到淋失液。总体来看，淋洗结束后，SL处理剖面土壤盐分平均值3.81g/kg，S处理剖面平均盐分4.20g/kg，L处理剖面平均盐分4.58g/kg，CK处理剖面平均盐分为5.14g/kg。总体上，与单一隔层材料相比，采用秸秆与木质素纤维的生物质隔层处理土壤入渗速率最大，盐分淋洗效率最高，更有利于维持根区土壤低盐环境，是推荐的隔层阻盐材料。

实施例2：

内蒙古河套平原重度盐碱地。试验地块耕层0-20cm土壤盐分4.3-6.9g/kg，pH为8.33，平均有机质含量9.71g/kg，全氮0.46g/kg，碱解氮为31.7mg/kg，有效磷为9.8mg/kg，速效钾204.6mg/kg，粘粒含量16.8％，质地属粘壤土。地点：内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗头道桥镇民建村，于2017年8月采集耕层0-20cm土壤样品，风干、磨碎过10目筛后作为试验用土，试验时间为2017年8月～2017年10月。供试土壤平均盐分为5.49g/kg，属氯离子-硫酸盐型盐土，前茬作物为食葵。采用室内恒温培养试验方式，主要实施环节如下：

(1)主要试验处理包括：

对照CK：无任何改良物料；

改良材料：

S1，改性沸石10份、麦饭石30份的混合物；

S2，改性沸石20份、麦饭石40份的混合物；

S3，改性沸石30份、麦饭石50份的混合物；

S4，改性沸石10份、麦饭石30份、纳米零价铁0.2份的混合物；

S5，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份的混合物；

S6，改性沸石30份、麦饭石50份、纳米零价铁0.6份的混合物；

S7，改性沸石10份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份的混合物；

S8，改性沸石10份、麦饭石30份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.1份的混合物；

S9，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份的混合物；

S10，改性沸石30份、麦饭石50份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.3份的混合物；

S11，改性沸石10份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份的混合物；

S12，改性沸石30份、麦饭石30份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份的混合物；

S13，改性沸石10份、麦饭石30份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、PAM1份的混合物；

S14，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、PAM2份的混合物；

S15，改性沸石30份、麦饭石50份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、PAM3份的混合物；

S16，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.2份、AM菌剂0.3份、PAM2份的混合物；

S17，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.2份、AM菌剂0.1份、PAM2份的混合物；

S18，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.6份、AM菌剂0.3份、PAM3份的混合物；

改良材料混合物用量均为1000kg/亩。将50g土壤样品与0.27g(按照质量比例计)上述混合物均匀混合后，填装入培养皿中，每个处理重复4次；填土完成后加入11g去离子水，以调节土壤含水量至田间持水量，上口用保鲜膜封口并用牙签扎孔，置于25℃恒温培养箱中进行培养；培养试验期间，每日称重并补充水分以使土壤含水量保持在田间持水量(见图2：b)。培养试验持续60d，试验结束后，测定土壤有机质、铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮MBN、微生物生物量碳MBC以及土壤水稳性团聚体含量。

从表1列出的培养试验结束后土壤养分状况来看，与对照CK处理相比，施用改良才培养后土壤有机质有了一定提升，土壤NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N含量差异不大，但是微生物生物量氮和微生物生物量碳含量有极显著的提升。其中S14处理效果最为显著，对CK相比，其有机质含量由9.10g/kg增加至9.43g/kg，MBN由13.71mg/kg提高至35.74mg/kg，MBC由65.33mg/kg增加至164.32mg/kg；此外，S15、S16、S17亦表现出较显著的效果；与单一的改性沸石和麦饭石相比，加入纳米零价铁有助于提高有机质和微生物生物量碳氮，AM菌剂添加后其促进效应得到提升，添加PAM后亦进一步土壤提高有机质和微生物量碳氮。因此，各个组分之间具有正向的协同促进效应，能放大各个组分对土壤养分库容的提升效果；推荐改性沸石、麦饭石、纳米零价铁、AM菌剂、PAM组分，推荐其优化配比分别为20份、40份、纳0.4份、0.2份和2份。

表1培养试验结束后土壤养分状况

图5为培养试验结束后各个处理不同粒径的团聚体含量以及总水稳性团聚体(WSA)含量。施用改性沸石和麦饭石的改良材料对土壤水稳性团聚体含量的提升效果有限(S1、S2、S3处理)，添加纳米零价铁后的提升效果强于单施改性沸石和麦饭石(S4、S5、S6、S7处理)，AM菌剂加入后进一步促进了水稳性团聚体的形成(S8、S9、S10、S11、S12处理)，PAM添加后土壤水稳性团聚体含量最高(S13、S14、S15、S16、S17、S18处理)；这表明各组分的添加更有助于快速促进土壤团粒结构的形成；总体来看，S14和S17处理土壤水稳性团聚体含量最高，S15、S16和S18处理的差异较小。综上，综合考虑改良材料的组分、配方和成本等因素，推荐改良材料的组分和配方为S14，即改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、PAM2份。

实施例3：

内蒙古河套灌区中度盐碱地，0-20cm耕层平均土壤盐分3.44g/kg，pH为8.36，有机质7.44g/kg，全氮0.43g/kg，全磷0.76g/kg，土壤NH₄ ⁺-N含量2.68mg/kg，NO₃ ^--N含量13.28mg/kg，土壤质地为砂壤土，耕层土壤容重平均为1.41g/cm³。地点：内蒙古五原县隆兴昌镇荣义村“5万亩改盐增草兴牧”试验示范区，试验时间为2018年6月-2018年9月；采用盆栽培养试验方式，在温室大棚内开展，将田间采集的耕层土样风干、磨碎过筛后，按照1.4g/cm³进行填土，盆钵底部开口，上口宽25cm，底宽18cm，高25cm，填土高度为22cm。主要实施环节如下：

(1)主要试验处理包括：

对照CK：无任何改良物料，仅施用复合肥；

改良物料A：施用改性沸石20份、麦饭石40份的混合物与复合肥，混合物用量400、700和1000kg/亩(分别为A1、A2、A3处理)；

改良物料B：施用改性沸石20份、麦饭石40份、水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)2份的混合物与复合肥，混合物用量400、700和1000kg/亩(分别为B1、B2、B3处理)；

改良物料C：施用改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)2份的混合物与复合肥，混合物用量400、700和1000kg/亩(分别为C1、C2、C3处理)；

改良物料D：施用改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)2份的混合物与复合肥，混合物用量400、700和1000kg/亩(分别为D1、D2、D3处理)。

(2)将上述混合物(分别对应用量22.5g、39.3g和56.13g)，25-15-5氮磷钾复合肥2.8g(50kg/亩)与20cm高度土壤10.44kg充分混匀后填土装盆。共计13个处理，每个处理重复3次(见图2：c)。

(3)填土完成后，灌水使土壤含水量达到田间持水量(0.3-0.32cm³/cm³)，然后覆盖黑色薄膜以保温保墒，培养时间持续60d；为模拟田间的灌溉场景，60d内分别在15d、30d和45d进行3次灌溉，每次灌水5cm，同时在盆栽底部收集渗漏液，测定渗漏液的全氮含量；在60d培养试验结束时，用小土钻取0-15cm土样，测定土壤盐分、有机质、铵态氮、硝态氮、阳离子交换量CEC、速效磷以及土壤水稳性团聚体含量。

从表2列出的培养试验结束后土壤养分平均值以及渗漏液中氮淋失量来看，对照CK处理土壤有机质含量、NH₄ ⁺-N、CEC均显著小于其他处理，改良材料A、B、C、D的施用均不同程度提高了有机质、NH₄ ⁺-N、CEC含量，降低了氮淋失量，这表明改良材料的施用有效改善土壤理化性质，减少单的淋失损耗。从改良材料之间的对比来看，改良材料D对有机质、NH₄ ⁺-N、CEC的提升效果最为显著，其平均有机质较材料A、B、C分别提高10.0％，4.6％和2.3％，其平均CEC分别提高10.5％，11.8％和2.7％，氮平均淋失量分别降低43.7％，25.5％和21.1％，总体上改良材料D和改良材料C效果更为接近。从不同用量的对比来看，针对中度盐碱地，700kg/亩用量和1000kg/亩用量较对土壤理化性质的影响效果差异较小，如D2和D3处理效果优于D1，但D2和D3对土壤有机质、CEC、氮淋失量的效果无显著差异；在改良材料C处理亦发现C2和C3处理效果优于C1，但C2和C3对土壤有机质、CEC、氮淋失量的效果无显著差异。这表明改良材料D对土壤养分库容和氮淋失的作用效果优于其他组分，且在中度盐碱地上施用700kg/亩即可取得较好效果。

表2培养试验结束后土壤养分平均值以及渗漏液中氮淋失量

从图6培养试验结束后各个处理不同粒径的团聚体含量以及总水稳性团聚体(WSA)含量状况来看，改良材料C、D对土壤水稳性团聚体含量的提升效果较明显，尤其是改良材料D，其水稳性团聚体含量平均24.9％，高于改良材料C的20.1％，改良材料B的16.7和A的12.6％，且其对团聚体含量的提升主要在2-5mm和>5mm的大颗粒团聚体上；对于同一种改良材料，用量越大其团聚体含量越高，D3处理的WSA含量为25.7％，高于D2处理的24.6％，此外C3处理的WSA含量亦高于C2处理。总体上，改良材料用量导致差异要小于组分带来的差异。

综上所述，改良材料D不论对于土壤有机质、氮素库容、团粒结构、CEC和氮素淋失减损均具有较好的效果，其次是改良材料C，且700kg/亩用量即可达到较好的改土效果，这表明无论是水溶性高分子聚丙烯酰胺、AM菌剂还是纳米零价铁均对土壤地力提升产生一定效果，但改性沸石、麦饭石对氮的吸附效果更优。针对中度盐碱地的土壤肥力与结构改良，推荐的组分D的改良材料，且建议用量为700kg/亩。

实施例4：

内蒙古河套地区中、重度盐碱障碍耕地。表层土壤质地为壤土，容重为1.38g/cm³，土壤盐分含量2.76～6.41g/kg，pH为8.37-8.55，平均有机质含量7.26-11.89g/kg，全氮0.43-0.58g/kg，有效磷为10.65-16.92mg/kg，种植作物为向日葵(品种LD361)。地点：内蒙古巴彦淖尔杭锦后旗头道桥镇联增村和三道桥镇澄泥村，选择两块试验地；其中联增村试验地块为中度盐碱地，耕层土壤盐分平均值为3.23g/kg，有机质为10.97g/kg，全氮0.55g/kg，有效磷为14.88mg/kg；澄泥村为重度盐碱地，耕层土壤盐分平均值为5.58g/kg，有机质为8.33g/kg，全氮0.46g/kg，有效磷为11.22mg/kg。小区试验方式，小区面积36m²，试验时间为2018年4月-2019年11月。主要实施环节如下：

(1)生物质隔层创建。2017年10月在向日葵收获后，用挖掘机将两个试验地块表层35cm土挖开，挖开后底层均匀撒施秸秆和木质素纤维，秸秆粉碎长度为10-20cm，用量为干重1200kg/亩，木质素纤维用量为500kg/亩。摊铺均匀后回填表层土壤，在35cm深度形成一个生物质隔层(见图2：d)。同时表层土壤晒垡，利用冬季冻融以散碎土垡。

(2)春灌压盐。在2018年4月中旬进行灌溉洗盐，灌水量总计280mm，采用常规漫灌方式，第一次灌水量150mm，第二次灌溉在7日后进行，水量130mm。

(3)混合物与基肥施用：于2018年5月上旬，施用由改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、水溶性高分子聚丙烯酰胺(PAM)2份组成的颗粒混合物，混合物的用量分为300、600和900kg/亩三个水平，该颗粒由上述混合物调节含水量至15％后利用挤压造粒制作，同时施用N-P-K含量比例20-15-10的复合肥50kg/亩，将混合物颗粒、基肥与耕层0-20cm土壤混合均匀，并覆盖黑色薄膜。

(4)种植方式布设：设置3种种植方式，分别为大豆单作、玉米-大豆套种和燕麦草复种大豆、并以常规种植食葵作为对照(见图2：e)，主要处理如下：

CK1：常规种植食葵，生育期秸秆还田；

M：大豆单作，M1(混合物用量300kg/亩)、M2(混合物用量600kg/亩)、M3(混合物用量900kg/亩)；

T：玉米-大豆套种，T1(混合物用量300kg/亩)、T2(混合物用量600kg/亩)、T3(混合物用量900kg/亩)；

F：燕麦草复种大豆，F1(混合物用量300kg/亩)、F2(混合物用量600kg/亩)、F3(混合物用量900kg/亩)；

(5)共计10个处理，每个处理重复3次；试验期间，作物、豆科作物和绿肥的秸秆均全量还田。2019年在2018年试验基础上继续开展，除了施肥外，改良物料不再继续施用，种植制度保持一致；于2019年9月前完成绿肥作物秸秆还田，在试验结束时期(2019年11月)采集0-20cm土壤样品，用于分析土壤盐分、有机质、全氮、碱解氮、速效磷和水稳性团聚体。

从表3反映的田间试验结束后0-20cm土壤理化性质来看，与常规种植作物处理CK相比，绿肥或豆科作物的种植能够提高土壤有机质、全氮和碱解氮含量，其中以燕麦草复种大豆提升效果最显著，其次是大豆单作，玉米-大豆套种对肥力的提升效果较弱。以中度盐碱地为例，燕麦草复种大豆较CK、大豆单作、玉米-大豆套种对土壤有机质的提升比例分别为61.2％、9.5％和24.9％，对土壤全氮的提升比例分别为23.3％、8.3％和10.7％。从改良混合物不同用量的对比来看，对轻度盐碱地，600kg/亩混合物用量即可达到显著的肥力提升效果，对重度盐碱地，土壤肥料提升效果随着用量增加而增大，且900kg/亩混合物用量下有机质、全氮、碱解氮的提升比例最大。

表3田间试验结束时期0-20cm土壤养分含量

从图7田间试验结束后0-20cm土壤水稳性团聚体含量看出，燕麦草复种大豆对中度、重度盐碱地水稳性团聚体含量的提升效果最显著，其次是大豆单作，玉米-大豆套种对团聚体的提升效果最弱。对中度盐碱地，燕麦草复种大豆主要提升的是>5mm大团聚体含量，其次是0.25-2mm粒径团聚体；燕麦草复种大豆处理>5mm团聚体较大豆单作、玉米-大豆套种分别提高22.1％和14.4％，0.25-2mm团聚体分别提高19.2％和12.1％。对重度盐碱地，燕麦草复种大豆主要提升的是0.053-0.25mm小团聚体含量，其次是>5mm大团聚体；燕麦草复种大豆处理0.053-0.25mm团聚体较大豆单作、玉米-大豆套种分别提高33.2％和25.7％，>5mm团聚体分别提高27.8％和16.7％。对于同一种改良材料，用量越大其团聚体含量越高，尤其是重度盐碱地；中度盐碱地，600kg/亩和900kg/亩用量差异较小。

本实施例表明，在生物质隔层阻盐条件下，改良材料和绿肥、豆科作物还田的组合应用能更加快速提升土壤团聚体含量，提高土壤养分库容并减少养分损耗；针对有机质含量中等的中度盐碱地，改良材料的推荐用量500-800kg/亩，针对有机质含量较低的重度盐碱地，推荐用量800-1000kg/亩，同时推荐豆科作物与绿肥复种或绿肥单作还田，可取得最佳改土培肥效果。

Claims

1.一种灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：在秋收后于盐碱化农田表层均匀撒施秸秆和木质素纤维，所述秸秆的用量为干重1.5-2.0 kg/m²；所述木质素纤维的用量为干重0.5-1.0 kg/m²，深翻压埋形成生物质隔层，晒垡越冬；春灌洗盐，撒施改性沸石15-25份、麦饭石30-45份、纳米零价铁（nZVI）0.2-0.5份、AM菌剂0.1-0.2份和水溶性高分子聚丙烯酰胺（PAM）1-2份的混合物，混合物用量为300-1000 kg/亩，同时根据土壤质地施入基肥，用旋耕机将混合物、基肥与0-20 cm土壤混合均匀后，覆盖黑色薄膜，厚度0.01-0.02 mm膜；绿肥单作、绿肥间套作或复种绿肥，翻压还田，上述步骤定期循环使用。

2.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述秸秆粉碎长度10-20 cm；木质素纤维直径10-15 μm，纤维含量≥98 wt.%，平均长度2-5mm。

3.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述秸秆和木质素纤维均匀摊铺后，利用双铧犁或四铧犁的翻埋机按照30-35 cm深度进行翻埋，在地下形成秸秆与木质素纤维的生物质隔层，同时表层土壤立垡、晒垡，通过冬季冻融以散碎土垡。

4.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述春灌洗盐为春季进行灌溉洗盐，灌水量200-300 mm，采用水平间歇灌溉方式，每次灌水量30-50 mm，提高灌溉均匀度并减少深层渗漏。

5.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：按质量份数计，改性沸石20份、麦饭石40份、纳米零价铁0.4份、AM菌剂0.2份、水溶性高分子聚丙烯酰胺（PAM）2份，抛肥机直接撒施或挤压造粒后抛肥机撒施，用量为1000 kg/亩。

6.根据权利要求1或5所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述改性沸石为柠檬酸改性沸石，过200目筛粉末，二氧化硅含量≤50 wt.%，硝态氮饱和吸附量≥5 mmol/100g，比表面积>500 m²/g；所述麦饭石过150目筛粉末，二氧化硅含量≤60 wt.%，Al₂O₃含量≤18 wt.%，铵饱和吸附量≥25 mmol/100g，比表面积>600 m²/g；所述纳米零价铁（nZVI）粒径50-70 nm，Fe含量≥99 wt.%，比表面积> 50 m²/g；所述水溶性高分子聚丙烯酰胺由丙烯酰胺均聚而成，过100目筛，分子量≤500×10⁴，有效物质含量≥98 wt.%；所述AM菌剂为以球囊霉属丛枝菌根真菌Glomus mosseae、Glomus versiform和Glomus intraradices组成的复合菌剂，有效成分>70 wt.%，有效活菌数>100亿/克。

7.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：当耕层土壤有机质<5 g/kg，混合物用量800-1000 kg/亩；当耕层土壤有机质5-10 g/kg，混合物用量500-800 kg/亩；当耕层土壤有机质> 10 g/kg，混合物用量300-500 kg/亩。

8.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述根据土壤质地施入基肥，当土壤质地为砂土，施用氮磷钾复合肥，N-P-K含量比例15~20：15~20：10~15，0.8<N:P<1.2，用量50~60 kg/亩；当土壤质地为壤土，施用氮磷复合肥，N-P含量比例20~25：15~20，1.2<N:P<1.5，用量40~50 kg/亩；当土壤质地为粘土，施用氮磷复合肥，N-P含量比例20~25：10~15， N:P>1.5，用量30~40 kg/亩。

9.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述绿肥单作、绿肥间套作或复种绿肥为：

（1）绿肥单作为：种植苜蓿、田菁、燕麦草或毛叶苕子，或种植大豆、蚕豆，在盛花期全量翻压还田；

（2）绿肥间套作为：采用小麦-蚕豆、玉米-毛叶苕子、食葵-苜蓿的作物-绿肥间套作方式，绿肥在盛花期全量翻压还田，作物收获后秸秆粉碎还田，第二年同一地块作物和绿肥倒茬；

（3）绿肥复种为：采用燕麦草复种向日葵或大豆，燕麦草全量还田后移栽向日葵或直播大豆，或者小麦收获秸秆还田后直播油菜，于9月下旬将油菜全量翻压还田。

10.根据权利要求1所述灌区盐碱农田土壤养分库容与地力快速提升方法，其特征在于：所述定期循环使用为：当年采用该方法后，第二年可进行常规种植，每2-5年循环使用一次；其中，当土壤质地为砂土，每2-3年循环使用一次；当土壤质地为壤土，每3-4年循环使用一次；当土壤质地为粘土，每4-5年循环使用一次。