专利名称：增加耕地中土壤营养成分的方法
技术领域：
本发明涉及土壤科学领域，特别是涉及增加土壤中的必需营养元素，以便促进植物生长、更好地保持水分而降低灌溉需要、增加植物产量、以及消灭或减少虫害。
本发明致力于一种通过恢复贫瘠土壤系统的土壤肥力来增加谷物产量的方法。由于需要在连续季节中密集种植作业而过度施肥引起人为的土壤退化，自然因素造成的土壤腐蚀、不当水管理以及连续种植都可造成土壤贫瘠化。本发明降低了对高投入诸如化肥和杀虫剂的需要，恢复了固有土壤肥力、改良了土壤特性，例如保水力、粘土含量、低孔隙度，其可使土壤具有高产量、高营养度而不会使土壤的脆弱生态失衡。
本发明减小了对增加高投入诸如化肥的需要，恢复了土壤肥力，改良了土壤特性以及物理状态，并使作物在数量和质量方面的产物输出均得以增加。
参考文献Henry D.Foth，1990，Fundamentals of Soil Science，第8版，John Wiley& Sons Inc.。
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背景技术：
土壤可以看作是与植物生长有关的矿物质与不同大小和组成的有机颗粒的混合物。颗粒占土壤体积的大约50％。剩下大约50％的土壤体积是由不同形状和大小的孔隙构成的孔隙空间。孔隙空间含有空气和水，起着空气和水移动通道的作用。固定在土壤中的根系支持着植物，并且根系吸收水分和营养。对于良好的植物生长来说，根系-土壤环境不应有抑制因素。植物从土壤中吸收和利用的三种必要物质是(1)主要从植物叶片中蒸发的水分(2)用于滋养的营养物质，以及(3)用于根系呼吸的氧气。
植物需要某些必需营养元素以完成其生命周期。没有其它的元素能够完全替代这些元素。目前认为至少有16种元素对于大多数维管植物的生长来说是必需的。碳、氢和氧在光合反应中结合并从空气和水中获得。这三种元素构成了植物干重的90％以上。剩下的13种元素主要从土壤中获得。氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)和硫(S)作为大量营养元素。需要的量相当小的元素称为微量营养元素，有硼(B)、氯(Cl)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、和锌(Zn)。只有一些植物需要微量营养元素钴(Co)。
实际上，植物会使其自身适应所存在的营养成分供给。在天然或下层土壤转变成耕地后，土壤很少或几乎不能够提供足够的必需营养成分以在任何适当的时期得到高作物产量。因此，旧式土壤管理实践中利用畜粪和其它补充物来增加土壤肥力(增加营养成分离子)。在Henry D.Foth.的Fundamentals of Soil Sciences第8版，1990，John Wiley & Sons Inc.中有所报道。
由于这些土壤连续数次地栽植季节性作物，在近几次作业中利用新的有机和无机化学物质和产品增加了土壤的肥力或增加了土壤中的营养成分。这些产品的缺点在于它们仅向植物提供特定的营养成分。一般来说，在理论方法中植物需要营养成分。因此，已知形成的较低肥力水平的土壤由于过度使用化肥会造成较低肥力水平的土壤的有机物质失衡，使土壤硬化，并引起有机物质的破坏加速。如果要利用从农业生产中获得的社会最大化净收益可持续农业的目标的话，则需要形成新的激励机制来确保较高产量、增加谷物质量而不损坏土壤生态，同时农民投入较低的技术(David Tilliman等，2002，Nature 418671-677)。
通过使用这些有机和无机产品，显然成熟的粮食中含有很高的化学成分，持续食用对人类有害。
为了避免使用这些化学产品，许多人寻找了新的培育和耕种方法。仅有的替代方式是在一块土壤为地下土、含有足够的全部大量和微量营养成分的新土地中再次种植。该方法十分不易实现，因为每次在一块新的土地中种植都涉及每次进入新土地时的整地、挖沟、采集种子等繁重的劳动。而且，在新的土地上种植要包括每次购买土地的费用。
每次面对这个问题，人们为了耕种/种植而可以接受的做法是在同一块土地中种植。并且当人们每次在土地上种植和培育作物时，他们采用所有化学有机物和无机物，通过向作物提供所需的人造营养成分以确保作物不会发生低产量、植物生长不足、持续时间较长等问题。
因此，通过反复在同一块土地中种植作物，农民们如今习惯于使用会危害人类的化学产品来实现其种植方式。
这样，当前需要基于生态学的管理作业，包括增加效率、使用有助于增加作物产量的氮、磷、水的作业。这种结合较高营养水平的生产将有助于实现社会对健康方面的需要。我们如何能以较少的培育资金来实现增加产量水平和保持地球土地和水资源构成的生态系统服务的质量和数量的双重目标？一些国家提供了激励机制和政策以追求可持续型农业(Byerlee D 1996.World Dev 24697-718)。全世界正在谈论生产参数的变化，(Cassman KG 1999，Proc.National academy of Science，USA.965952-5952)因为当前的种植实践已引起了环境方面的损失尤其是土壤恶化，出现了一些生物压力并降低了谷物如水稻和小麦生产水平的稳定性。一些研究者正在研究新的可行性技术以克服这些问题中的一些(Pinstrop-Andersen和R.Pandya-Lorch，1996.Environ.Conserv.23，226-234；Cassman等1993，Plant Soil 155/156，359-362；专利RU 2224398；2004-02-27，EPO)。
本发明者在此实践了一种新的增加土壤中营养成分的方法以获得自然资源的较高价值。这也包括在灌溉之前种植或耕种的新方法，通过它土壤由于完全回收了失去的营养成分而获得了新的活力。
发明目的本发明是一种增加土壤中营养成分以获得自然资源高价值的方法。通过该方法发明者们要求广泛的利益和优点。
1.本发明增加土壤中营养成分的方法的优点使得贫瘠土壤恢复土壤的营养价值。
2.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点使得土壤能重新获得土壤中的新活力。
3.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点包括不使用任何化肥和其它无机产品。
4.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点包括广泛培植具有非常高产量的作物。
5.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点是不需要每次种植购买新的土地。
6.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点是通过不使用或减少使用化学物质而解决地下水污染的危害问题。
7.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点是获得高营养价值的农产品，其减少了对饮食供应(人工或天然的)的需要。
8.本发明增加土壤中营养成分的方法的另一个优点是减少了对杀虫剂的需要从而获得低毒性水平的安全农产品。
通过上述对人类的优点，发明者们声明其发明对于每个农民和种植者都是新颖、简单和实用的。
发明简述在田地一面的小部分沟渠中挖掘下层土壤。该沟渠为2.5英尺宽，4英尺深沟(图1)，用挖掘机(proclainer)挖掘土壤。去掉4”英寸深度以上的上层土壤并放入沟渠中覆盖。挖掘出的土壤撤在田间，并施加1.4吨/公顷基础剂量的蓖麻饼。作业包中不推荐添加化肥。
由于没有或者减少了使用化学物质，发明者认为通过这项技术还减少了该区域内即将面临的地下水污染的危害。已知使用化肥会增加化学物质过滤到该区域内地下水和管井水中的危险，利用推荐的制备方法农民会强烈感到保护了自然资源，植物由于有更好的土壤性质、质地、孔隙度、保水力和下层土壤环境中建立的高有机成分含量而更加生机勃勃地生长。
因而农民将获得产量的增长和更好的质量。
图1是本发明的方法头年的沟渠说明。
图2是本发明方法在接下来连续种植过程中所作的沟渠说明。
图3表示了沟渠标记。
图4表示沟渠挖掘到4英尺深、2英尺宽，表示了挖出的土壤和所挖掘成的沟渠。
图5表示从土地/小块耕地中去除上层土壤。
图6表示所挖出土壤和上层土壤之间样品的差异。
图7表示一面有挖出土壤的空沟渠。
图8表示用上层土壤填充的沟渠。
图9表示在剩下的田地/小块耕地上撒上下层土壤。
图10表示通过上述方法培育的具有优良产物的水稻作物。
图11表示通过上述方法培育的具有优良产物的小麦作物。
图12表示在罐中混合下层土壤，并通过灌溉将水连同下层土壤一起提供给作物。
发明详述图1描绘了沟渠的宽度(1)、沟渠的深度(2)，选择用于种植的全部土地(3)，制成的沟渠(4)。
图2描绘了沟渠的宽度(1)、沟渠的深度(2)，选择用于种植的全部土地(3)，在后一年里制成的沟渠(5)。
图4描绘了所挖出的土壤(6)、沟渠深度(7)，沟渠宽度(8)。
图6描绘了挖出的土壤样品(9)，上层土壤样品(10)。
图12描绘了淡水流(11)、罐(12)、下层土壤混合(13)、提供混合的水与下层土壤(14)。
由于发明者自己是农民/种植者，他以自己的语言来描述他的发明，以解释增加土壤中营养成分含量的方法，甚至在同一块土地上数次种植之后也如此。
为了以特定方式说明该方法，在此发明者们将一公顷的土地用于种植。该土地管理的历史证据表明其耕种和种植了数次并且数次种植了多种作物。该土地在数次种植之后被称为低营养成分的土壤，因为营养成分早先被之前在该田地/土地中生长的作物所吸收。
现在将形状呈方形或矩形的这块土地整出沿长度方向2.5英尺宽、4英尺深的部分。将田地/土地中所选择的部分挖掘成4英尺的预定水平。挖出的土壤存放在挖掘处/挖坑的后面。
之后，机械或人工地将选定的全部土地中的表面土壤移去2”到6”英寸深，并将这样去除的全部土壤填在挖掘处/挖坑中。
填充该挖掘处/挖坑之后，将早先从挖掘出/挖坑中移出的新鲜土壤覆盖在全部土地的表面上，在早先去除表面土壤处达到4”到6”英寸高。现在将种植/耕种所选用的同一块土地中的一个选定地点底部挖出的新土壤或下层土壤覆盖整个土地。
现在在新土壤覆盖之后，将表面耕种到6”(大约)使得底部旧土壤与新土壤混合并进行混合过程。
在本发明中，发明者还给出了后续种植的方法。在接下来的作物种植中，发明者在早先的沟渠旁制成新的沟渠，从而从所需深度中获得新的土壤。接着进行去除去旧土壤并用下层土壤覆盖的步骤。
每次新种植时利用这种恢复贫瘠土壤肥力的方法，使用同一块土地取得土壤并覆盖同一块土地。而且，如果全部土地为25英尺长，则该土地可使用大约10个作物周期。之后再次从头继续相同的步骤，其中在5-10年时间内在沟渠中填充的土壤通过生物学方法重新获得了营养成分。
十分值得注意的是，没有加入任何其它外部资源的土壤，并且增加土壤肥力的性质来自于同一小块耕地/土地的土壤。这是生态平衡的独特方式，不会造成自然资源的负担。
两种土壤的结果如下所示
EC导电性，N氮，K钾，Fe铁，Mn锰，Cu铜，Zn锌具体实施方式
在上述增加种植土地的土壤中营养成分条件的方法之后，发明者通过以下种植实例进行了实际研究。
水稻的生长作物培育实践土壤性质土壤为局部沙壤，被称为chalka，深度在12到15cm范围内有所不同。从户外采集表面和地表下的土壤样品。还要在移植稻谷之前，从每1285m2添加了2公担蓖麻饼+100kg骨粉的田地中采集土壤样品。这些土壤样品的性质在下面给出水稻作物品种水稻品种BPT 5204(当地获得的品种)，通常称为“Samba Mahsuri”，具有细粒度、良好的研磨和烹饪质量，将其种植在该田地中。该品种的平均生产周期为150天，并已知容易受到病虫害。该品种的平均产量为5.0到5.5tha-1，在有利条件下可以高达8.0到8.5tha-1。
育苗按照推荐条件培育品种BPT 5204的幼苗。幼苗于2003年7月18日播种。不向幼苗施加无机化肥。
移植从苗圃中拔出40天大的种苗并移植到准备好的主田间，随机每穴2到3株种苗。主田间保持1m2大约45穴的均匀数量。
灌溉用钻井水灌溉水稻作物。农民使田间保持几天半干状态以减少灌溉也节约用水。
施肥发明者声明他没有给水稻作物施加任何无机肥料。只向田间施加了蓖麻饼和骨粉(耕种副产物)用以获得生产。只在播种之前施加基本剂量。
细节如下耕地面积1428平方码(1285m2)蓖麻饼200kg骨粉100kg将水稻作物按照推荐的作业包移植到该田间。
作为每个作业包，在开花阶段推荐施加氮肥。然而本发明者是通过灌溉水以每英亩一公吨的比率施加给挖掘出的下层土壤的，以便增加作物的产量水平。
没有施加其它的肥料(化学的/有机的)。
作物生长得生机勃勃、健康而绿色。从生理学上来讲，作物也非常有活力。没有观察到虫害。由于其它田地有所感染，故在谷粒形成之前喷洒了预防药物。
与使用肥料预期的平均值6.5t/ha相比，发明者记录到了10.31t/ha的高产量。
ANGRAUAcharya N.G.Ranga Agricultural University，海德拉巴，印度发布品种。
测试方法根据AOAC第17版2000—蛋白质32.1.22(984.13)。
标准结果Nirmaladevi等，2000，Genetic variability & Qualityanalysis，Bulletin of Grain Technology，第33卷，第2期，114-122页。
小麦的生长作物培育实践从田地一面的一小部分沟渠中挖掘下层土壤。该沟渠为2.5英尺宽，4英尺深的沟渠(图1)，用Proclainer(一种沟渠挖掘机械)挖掘土壤。去掉4”深度以上的上层土壤并放入沟渠中覆盖。将挖出的土壤撒在田地中并施加基本剂量1.4顿/公顷的蓖麻饼。作业包中不推荐添加化肥。
土壤的营养状况数据
EC导电性，N氮，K钾，Fe铁，Mn锰，Cu铜，Zn锌可以看出上层土壤中的肥力状况不如下层土壤，下层土壤表现出高营养状况。
除氮之外所有的营养成分的营养状况较低，氮由于施加了蓖麻饼而较高，这表明根据作物，良好的作物对营养的吸收是持久和健康的。产量很高，为每公顷5.6吨。在该农业气候区，小麦并非传统生长的作物。因此通过该土壤挖掘和粉碎到田间的过程，在这种土壤中不生长的作物可以不用投入其它的化学物质而生长得产量良好。该方法在生态学上具有可行性，因为贫瘠土壤通过同一块耕地中的土壤而进行再生并且种植者不需要进行任何投入来增加产量或防止虫害。该作物生产对环境也是安全的。稻草饲料还可用于牲畜。
谷粒的营养状况为
MAHYCOMaharastra Hybrid Seeds Company，Jalna，Maharastra，印度。
测试方法根据AOAC第17版2000——蛋白质32.1.22(984.13)。
标准结果根据Maharastra Hybrid Seeds Company，India推荐的作业包。
权利要求
1.一种增加下层土壤的营养成分的方法，通过在同一块土地中挖掘一部分土地，即沟渠至一定宽度和长度来获得所需要的土壤体积以将土层铺在整个土地上作为上层。
2.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，上层用新土壤散布至2到6英寸体积的床层。
3.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，所述用于散布的土壤来自所选择的同一块土地。
4.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，在将床层填充在土地上之前，去除贫瘠土壤的上层并填充在土地一面所制成的沟渠中。
5.如权利要求4所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，所述土壤交换通过手工或机械进行。
6.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，用于去除土壤而制成的沟渠在后来将进行交换，以用于在沟渠或轮作法中的每次新种植。
7.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，在上层填充了新土壤之后，进行耕犁以混合土地表面上的新旧土壤。
8.如权利要求1所述的增加下层土壤营养成分的方法，其特征在于，在上层填充了新土壤之后，将进行了预先磨碎和中和了碱性的蓖麻饼广泛散布在上层土壤中并与上层土壤进行混合。
9.如权利要求8所述的增加下层上壤营养成分的方法，其特征在于，其中所述蓖麻饼呈粉末状。
10.一种增加下层土壤的营养成分的方法，其特征在于，在土地中修耕的水渠中混合所述新土壤。
全文摘要
一种增加下层土壤的营养成分的方法，通过在同一块土地中挖掘一部分土地，即沟渠至一定宽度和长度来获得所需要的土壤体积以将土层铺在整个土地上作为上层。在一个实施方式中，本发明涉及一种新颖的提高土壤肥力的方法，使得在该农业区传统生长的谷物作物如水稻具有高产量。在另一个实施方式中，描述了非传统谷物作物如小麦的高产量生产。两种系统生产都保证了少量或不用投入诸如基于化学物质的肥料和杀虫剂。本发明方法的主要结果是在贫瘠土壤中恢复肥力水平使得高产量与高营养成分相结合。
文档编号A01B79/00GK1953654SQ200480043101
公开日2007年4月25日 申请日期2004年6月28日 优先权日2004年6月28日
发明者文卡特·雷迪·钦塔拉 申请人:文卡特·雷迪·钦塔拉