CN113207347A - 一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农田保护的技术领域，本发明提供了一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法。包括如下步骤：(1)秋整地，土地翻耕，施基肥；(2)秋整地后播种，按照主风向条播；(3)翌年4月下旬将小黑麦浅翻入土壤，晒1～2天后，灌水泡5～7天，然后深翻入土壤，作为绿肥；(4)于5月上旬，播种秋季作物。本发明提供的风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，农田风蚀较裸露地表显著降低，可以用于替代地膜覆盖，这不仅节约了地膜资源和成本，还避免了地膜覆盖导致的白色污染；本发明在使用小黑麦覆盖农田防风沙的同时，提高了土壤蓄水量，播种前直接将小黑麦作为绿肥返还土壤，提高了玉米籽粒产量。
Description
技术领域
本发明涉及农田保护的技术领域，尤其涉及一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法。
背景技术
土壤侵蚀是当今世界较为严重的生态环境问题之一，不仅制约着农业可持续发展，而且对自然环境造成了严重威胁。土壤侵蚀导致水土流失，土壤肥力退化。因此，防治土壤侵蚀对旱作农田健康可持续发展至关重要。土壤侵蚀主要有4种类型，分别为水蚀、风蚀、重力侵蚀和人为侵蚀，其中以水蚀和风蚀为主，而对于风沙半干旱区又以风蚀为主。土壤风蚀是指在风力作用下，土壤表层松散的细颗粒和营养物质被吹起、搬运与沉积的过程以及土壤表层物质受到风吹起时颗粒的磨蚀过程。土壤风蚀是土壤侵蚀以及塑造地球地貌景观格局的基本过程之一，也是发生在干旱、半干旱及部分半湿润地区最终导致土地沙漠化的重要环节，其直接后果：一是致使土壤表层中大量富含营养物质的细颗粒和有机质丧失，造成农田表土粗化，土壤肥力和土地生产力下降，影响农业的可持续发展；二是在土壤发生风蚀的过程中所产生的大量的气溶胶颗粒悬浮于大气中，造成粉尘污染并使所在地区沙尘暴频发，危害人类身体健康。尤其是在风沙区的农田休闲期土壤风蚀作用更加严重，甚至会使农田逐渐沙漠化。农田休闲期主要是指在我国北方地区，秋季作物收获后至春季播种前，由于气候寒冷，不再适宜种植作物，而使土地裸露的一段时期。
迄今为止，针对土壤侵蚀防治措施的研究主要集中在增加土壤凝聚力(如改良土壤结构、提高土壤含水率或增加土壤有机质含量)和保护地表(构建防护带、增加地表覆盖物)两方面。地膜覆盖作为一项增产农艺措施，能够改善土壤物理性质，提高土壤团聚体的稳定性；同时，从物理上阻隔了风力和雨水对土壤的冲击，增强土壤抗风蚀和水蚀能力。地膜覆盖技术自20世纪80年代引入中国，其可以有效地利用光、热、水、土壤等自然资源，实现了高产增效的目的，对于加强区域农业生产、保障粮食安全、提高农民收入等方面发挥着至关重要的作用，也正是由于增温和保水特性，地膜覆盖栽培技术被广泛应用于中国风沙半干旱区。
然而，由于对残膜所造成的危害认识不足，残膜回收技术和机械的研究开发严重滞后，人工回收困难大，地膜超薄不易捡拾，被誉为“白色革命”的地膜覆盖栽培技术在创造出可观的经济和社会效益的同时，也带来了严重的“白色污染”。20世纪90年代初，覆盖地膜的农田均出现不同程度的地膜残留，1990年浙江省对多年的覆盖棉田调查结果指出，0～20cm深的土层中，每亩残膜量至少为3.2kg。湖北省农用塑料薄膜残留调查，地膜的残留量随覆盖时间的递进而增高，覆盖1年的平均残留量为0.95kg/亩。覆盖2年的残留量为1.79kg/亩，覆盖3年的残留量为2.94kg/亩。经测算，该省8年地膜累计残留量达3147.3t，平均残留量为0.7kg/亩·年，残留率为12.3％。残留地膜会影响农田土壤水分的渗透性，造成土壤含水量降低，土壤孔隙度下降，渗透性降低，破坏农田土壤气相交换；残留在土壤中的地膜在对土壤的理化性质产生影响后，进而会影响农作物根系的伸展，造成根部吸水及养分运输的能力下降，影响作物出苗保苗、生长发育，导致农作物减产。基于此，有必要提供一种新的风沙半干旱区的农田覆盖技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，本发明提供的方法不仅具有良好的防风沙效果，而且还对秋季作物具有显著的增产增质作用，并且避免了地膜覆盖导致的白色污染问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其包括如下步骤：
(1)秋整地，土地翻耕，施基肥；
(2)秋整地后播种小黑麦，按照主风向条播；
(3)翌年4月下旬将小黑麦浅翻入土壤，晒1～2天后，灌水泡5～7天，然后深翻入土壤，作为绿肥；
(4)于5月上旬，播种秋季作物。
优选的，所述秋整地的时间为9月中旬至9月下旬。
优选的，所述翻耕的深度为10～15cm。
优选的，所述基肥按照尿素10～15kg/亩，过磷酸45～50kg/亩施入。
优选的，所述条播的行距为15～20cm，所述播种的深度为2.5～3.0cm，播种量为15～20kg/亩。
优选的，所述小黑麦的品种包括中饲237、冬牧70、WOH939中的一种或几种。
优选的，步骤(3)中所述浅翻的深度为10～15cm，所述深翻的深度为20～25cm。
优选的，步骤(3)中所述灌水的灌水量为40～50kg/m2。
优选的，所述秋季作物为玉米、粘玉米和花生中的一种或几种，所述秋季作物收获后进行秋整地。
本发明提供的风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，农田风蚀较裸露地表显著降低，可以用于替代地膜覆盖，这样不仅节约了地膜资源和成本，还避免了地膜残留导致的白色污染；本发明在使用小黑麦覆盖农田防风沙的同时，提高了土壤蓄水量，从而提高了秋季作物产量；并且播种前直接将小黑麦作为绿肥返还土壤，促进绿肥腐解，也对提高秋季作物的产量具有显著作用。
具体实施方式
本发明提供了一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其包括如下步骤：
(1)秋整地，土地翻耕，施基肥；
(2)秋整地后播种小黑麦，按照主风向条播；
(3)翌年4月下旬将小黑麦浅翻入土壤，晒1～2天后，灌水泡5～7天，然后深翻入土壤，作为绿肥；
(4)于5月上旬，播种秋季作物。
本发明在秋整地时，进行土地翻耕，施基肥。
在本发明中，所述秋整地的时间优选为9月中旬至9月下旬。一般为上一茬作物收获后，将上一茬作物移除农田后进行秋整地。辽宁地区的秋收季节一般在9月中旬至9月下旬。
在本发明中，所述翻耕的深度优选为10～15cm，进一步优选为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm，再进一步优选为12cm。
在本发明中，所述基肥优选为尿素10～15kg/亩，过磷酸45～50kg/亩；进一步优选为尿素10kg/亩、过磷酸45kg/亩，尿素12kg/亩、过磷酸48kg/亩，尿素15kg/亩、过磷酸50kg/亩，再进一步优选为尿素15kg/亩、过磷酸50kg/亩。
本发明在秋整地后立即播种小黑麦，按照主风向条播。
在本发明中，所述条播的行距优选为15～20cm，进一步优选为15cm、16cm、17cm、18cm、19cm、20cm，再进一步优选为18cm。
在本发明中，所述播种的深度优选为2.5～3.0cm，进一步优选为2.5cm、2.6cm、2.7cm、2.8cm、2.9cm、3.0cm，再进一步优选为2.8cm。
在本发明中，所述播种量优选为15～20kg/亩，进一步优选为15kg/亩、16kg/亩、17kg/亩、18kg/亩、19kg/亩、20kg/亩，再进一步优选为20kg/亩。
在本发明中，所述小黑麦的品种优选包括中饲237、冬牧70、WOH939中的一种或几种。
本发明播种后对小黑麦进行常规管理，到了春季，4月下旬将小黑麦浅翻入土壤，晒1～2天后，灌水泡5～7天，然后深翻入土壤，作为绿肥。
在本发明中，所述浅翻的深度优选为10～15cm，进一步优选为10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm，再进一步优选为15cm。
在本发明中，所述深翻的深度优选为20～25cm，进一步优选为20cm、21cm、22cm、23cm、24cm、25cm，再进一步优选为25cm。
在本发明中，所述灌水的灌水量优选为40～50kg/m2，进一步优选为40kg/m2、42kg/m2、44kg/m2、46kg/m2、48kg/m2、50kg/m2，再进一步优选为48kg/m2。
本发明在春处理结束后，于5月上旬，播种秋季作物。
在本发明中，所述秋季作物优选为玉米、粘玉米、花生、向日葵和油莎豆中的一种或几种。
在本发明中，所述秋季作物收获后进行秋整地，循环种植小黑麦，对休闲期农田进行保护。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
本实施例的试验区位于辽宁省西北部阜新蒙古自治县，农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测站，该区域属温带季风大陆性气候，年均气温6～8℃，5～9月的日照时数1200～1300h，无霜期135～165d。年降水量仅350～500mm，且大部分降水集中在6～8月，“十年九旱”是当地基本气候特征。
田间小区试验采用大区对比法，共设3个处理，分别为小黑麦组、覆膜组和裸地对照组，每个处理大区面积300m2。供试小黑麦品种为冬牧70，供试玉米品种为郑单958，地膜为阜新市塑料二厂生产的透明聚乙烯地膜，厚度0.008mm，宽度1m。具体操作为：
小黑麦组：上一茬作物收获后，将上一茬作物移出小区，于9月23日利用小型旋耕机翻耕12cm，并按照尿素15kg/亩、过磷酸50kg/亩施入基肥；同日，顺着主风方向条播小黑麦冬牧70，行距为18cm，播种深度为2.8cm，播种量为20kg/亩；播种后按照常规管理，翌年4月25日将小黑麦收割，截成长5cm的小段，均匀撒入农田，利用小型旋耕机翻入土壤15cm，晒2天后，按照48kg/m2灌水泡6天，第7天再次利用小型旋耕机将小黑麦翻入土壤25cm，作为绿肥；于5月5日播种玉米郑单958，种植密度为60000株/hm2，于9月26日收获。
覆膜组：上一茬作物收获后，将上一茬作物移出小区，于9月23日用地膜覆盖，每床地膜两侧有10cm被埋入，每个小区有80％的面积被地膜覆盖，地膜覆盖至来年5月5日，在膜上播种玉米郑单958，种植密度为60000株/hm2，于9月26日收获。
裸地对照组：上一茬作物收获后，将上一茬作物移出小区即可，然后与来年5月5日播种玉米郑单958，种植密度为60000株/hm2，于9月26日收获。
试验期间对三处理做如下测试：
测试项目1：在小黑麦组、覆膜组和裸地对照组的风向方向设置集沙仪，观测时间为3月16日至21日。小黑麦组、覆膜组和裸地对照组的集沙仪颗粒分数数据表如表1～3所示。
测试项目2：于春季4月24日测定土体蓄水量。利用土钻(土钻内径为38mm)，分别在小黑麦组和覆膜组的小区田间取土，取样深度为100cm，每10cm1个层次，分别为0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm、40～50cm、50～60cm、60～70cm、70～80cm、80～90cm、90～100cm，每个处理重复3次，同时测定土壤容重。采用烘干法测定土壤含水率，将过筛孔的新鲜土样称取20g置于铝盒中，在105℃下烘至恒质量，然后称其干质量，计算土壤含水率。并按照如下公式计算土壤蓄水量：
W＝10h·a·b/100
式中W为0～100cm土层的土壤蓄水量，mm；h为土层深度，cm；a为0～100cm土层的平均土壤容重，g/cm3；b为0～100cm土层的平均土壤含水率，％。各处理土壤蓄水量见表3。
表1小黑麦组集沙仪颗粒分数数据表(单位：g)
| 粒径/mm | 9m | 7m | 3m | 2m | 1m | 0.5m | 0.1m | 累积量 |
| ＞3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.3 |
| 2-3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0.1 |
| 1-2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.2 | 0.5 | 0.7 |
| 0.5-1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 1.4 | 3.2 | 5.1 |
| 0.25-0.5 | 0.1 | 0 | 0 | 0.1 | 0.6 | 1.7 | 3.5 | 6.0 |
| 0.1-0.25 | 0.2 | 0.3 | 0.5 | 0.8 | 1.3 | 2.8 | 4.6 | 10.5 |
| 0.075-0.1 | 0.5 | 1.3 | 0.6 | 7.5 | 15.1 | 23.6 | 50.5 | 99.1 |
| ＜0.075 | 0.2 | 0.7 | 0.3 | 1.0 | 1.2 | 3.3 | 6.8 | 13.5 |
| 总量 | 1.0 | 2.3 | 1.4 | 9.4 | 18.7 | 33.0 | 69.5 | 135.3 |
表2覆膜组集沙仪颗粒分数数据表(单位：g)
表3裸地对照组集沙仪颗粒分数数据表(单位：g)
| 粒径/mm | 9m | 7m | 3m | 2m | 1m | 0.5m | 0.1m | 累积量 |
| ＞3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0.4 | 0.6 | 1.1 |
| 2-3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0.5 | 0.7 | 1.5 |
| 1-2 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0.4 | 0.6 | 1.2 | 2.3 |
| 0.5-1 | 0 | 0 | 0.1 | 0.4 | 0.8 | 2.1 | 3.4 | 6.8 |
| 0.25-0.5 | 0 | 0.2 | 0.3 | 0.8 | 1.1 | 2.6 | 4.7 | 9.7 |
| 0.1-0.25 | 0.4 | 0.8 | 0.9 | 1.7 | 1.9 | 3.5 | 8.4 | 17.6 |
| 0.075-0.1 | 0.6 | 1.2 | 5.3 | 9.7 | 36.5 | 44.7 | 63.8 | 161.8 |
| ＜0.075 | 0.4 | 0.4 | 0.6 | 0.9 | 1.1 | 1.5 | 5.9 | 10.8 |
| 总量 | 1.4 | 2.6 | 7.2 | 13.6 | 42.2 | 55.9 | 88.7 | 211.6 |
由表1～3可以看出，小黑麦组和覆膜组的风沙流密度和砂石粒径均随着高度的降低急剧减小，相对于裸地对照组小黑麦组和覆膜组均具有较好的防风沙效果。这表明，以本发明的方法替代传统的覆膜法是可行的，这不仅可以节约地膜资源和成本，而且避免了地膜覆盖导致的白色污染。
表4小黑麦组、覆膜组和裸地对照组土壤蓄水量
| 组别 | 土壤蓄水量/mm |
| 小黑麦组 | 203±3.5 |
| 覆膜组 | 214±5.0 |
| 裸地对照组 | 164±4.2 |
注：数据为平均值±标准误。
由表4的统计结果可知，采用小黑麦覆盖农田和地膜覆盖农田均能够提高土壤的蓄水量。前期研究表明，播种前土壤中较高的蓄水量有利于供给作物生育期用水，这是作物产量提高的原因之一。因此，本发明在使用小黑麦覆盖农田防风沙的同时，提高了春季土壤蓄水量，提高了玉米籽粒产量。如表5所示。
表5小黑麦组、覆膜组和裸地对照组玉米籽粒产量
| 组别 | 玉米产量/kg/hm<sup>2</sup> |
| 小黑麦组 | 12595±365 |
| 覆膜组 | 11715±317 |
| 裸地对照组 | 9630±216 |
注：数据为平均值±标准误。
由表5的统计结果可知，采用小黑麦覆盖与地膜覆盖比裸地对照组显著提高了玉米产量。
对比例1
本发明还对小黑麦的还田方式进行了研究，结果表明先浅翻后深翻的还田方式，更有利于小黑麦的腐解还田。并设置了如下对比例，对比例的小区选择和设置与小黑麦组相同，该对比例与小黑麦组同期种植玉米郑单958：
对比例1：上一茬作物收获后，将上一茬作物移出小区，于9月23日利用小型旋耕机翻耕12cm，并按照尿素15kg/亩、过磷酸50kg/亩施入基肥；同日，顺着主风方向条播小黑麦中饲237，行距为18cm，播种深度为2.8cm，播种量为20kg/亩；播种后按照常规管理，到翌年春季4月25日将小黑麦收割，截成长5cm的小段，均匀撒入农田，利用小型旋耕机翻入土壤25cm，晒2天后，按照48kg/m2灌水泡6天，到第7天再利用小型旋耕机在25cm处翻动一次，作为绿肥；于5月5日播种玉米郑单958，种植密度为60000株/hm2，于9月26日收获。
观察记录两组的小黑麦腐解率和玉米籽粒产量，结果如表6。其中腐解率的测定方法是在小黑麦还田前计算还田总质量，并计算每平方米小黑麦的还田量；然后分别在还田(4月25日开始计算)的15d、30d、60d、120d和玉米收获后，分别在小黑麦组和对比例1的小区田间采集样品，烘干测定未腐解的小黑麦质量，计算腐解率。
表6小黑麦腐解率和玉米籽粒产量统计
由表6可以看出，对比例1组小黑麦开始的腐解速度较快，但是到了后期腐解速率逐渐下降，且腐解不完全；而小黑麦组，虽然开始的腐解速度比对比例1慢，但是后期速度逐渐加快，且腐解较为完全。分析原因，这可能是由浅翻时受到当地风蚀作用的影响，小黑麦的秸秆结构被破坏，从而加快了小黑麦的腐解速度，但是由于前期为浅翻，水分蒸发快，残留少，微生物数量也较少，因此，限制了腐解速度。最终呈现出前提腐解慢、后期腐解速度逐渐加快、最终腐解完全的特点。
本发明在播种前直接将小黑麦作为绿肥返还土壤，并且采用先浅翻后深翻的翻耕方式结合当地的气候特点，加速了小黑麦绿肥的腐解效率，为玉米生长提供充足的养分，对提高玉米籽粒的产量具有显著作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)秋整地，土地翻耕，施基肥；
(2)秋整地后播种小黑麦，按照主风向条播；
(3)翌年4月下旬将小黑麦浅翻入土壤，晒1～2天后，灌水泡5～7天，然后深翻入土壤，作为绿肥；
(4)于5月上旬，播种秋季作物。
2.如权利要求1所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述秋整地的时间为9月中旬至9月下旬。
3.如权利要求1或2所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述翻耕的深度为10～15cm。
4.如权利要求3所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述基肥按照尿素10～15kg/亩，过磷酸45～50kg/亩施入。
5.如权利要求1所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述条播的行距为15～20cm，所述播种的深度为2.5～3.0cm，播种量为15～20kg/亩。
6.如权利要求1所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述小黑麦的品种包括中饲237、冬牧70、WOH939中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，步骤(3)中所述浅翻的深度为10～15cm，所述深翻的深度为20～25cm。
8.如权利要求1或7所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，步骤(3)中所述灌水的灌水量为40～50kg/m2。
9.如权利要求1所述的一种风沙半干旱区农田休闲期生物覆盖方法，其特征在于，所述秋季作物为玉米、粘玉米、花生、向日葵和油莎豆中的一种或几种，所述秋季作物收获后进行秋整地。
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2021
- 2021-06-10 CN CN202110650177.6A patent/CN113207347A/zh active Pending
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