北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法与流程

本发明涉及土壤耕作与有机肥施肥方法，尤其涉及农田分层耕作搭配施用羊粪厩肥与复合肥的方法，具体为北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法。
背景技术：
：农作物良种潜力高但实际产量低是现阶段农作物产量低下的主要矛盾。良种是作物增产的内因，上世纪，中国粮食作物品种在全国范围内更换了3～5次，每次带来增产10％～20％。从1952年到2008年北方某省玉米、小麦大田单位面积产量趋势图上（图1）可以看出，除个别年份受自然条件影响表现微小的波动外，总体上随着年份呈递增趋势。初期由于育种水平较低，单产较低，随后随着育种水平的提高和化肥的使用，玉米和小麦的单产增加速度较快，特别是进入21世纪以来，大田玉米、小麦单位面积产量与上个世纪相比有了明显的提高，但是近十年来，大田玉米、小麦单位面积产量随育种水平的增加并没有出现较大幅度的增加，由此说明，通过育种水平提升大田粮食作物的产量受到了限制。另外由该省2006～2013年连续8年小麦大田平均单位面积产量与品种潜力产量之间的差异（图2）可以看出，品种潜力产量大于大田产量、主产区产量、高产田产量，与大田产量差距达到408.0公斤/亩,与高产田产量差距也达到306.5公斤/亩，大田小麦单产只挖掘了育种潜力产量的48%～64%。由该省2006～2013年连续8年玉米大田平均单位面积产量与品种潜力产量之间的差异（图3）可以看出，品种潜力产量远远大于大田产量、主产区产量、高产田产量，与大田产量差距为809.8公斤/亩,与高产田产量差距为529.7公斤/亩，大田玉米单产只挖掘了育种潜力产量的30%～46%。而良种由于区试产量是多品种、多点和多年份的平均产量结果，说明品种的遗传潜力已经得到挖掘。大量研究表明：影响良种产量潜力和实际生产产量差距较大的主要限制因素是栽培耕作技术。因此，加强栽培耕作技术的研究，切实解决良种产量潜力高与生产实际产量低的矛盾非常必要。土壤耕层问题多与缺乏有效的土壤耕作制度的矛盾。土壤是一切作物生产的根本，土壤出了问题将直接影响作物的生长发育。过去的几十年来，受利益趋动，农民轻投入、重产出的生产方式，造成了农田土壤质量的下降。主要表现在：大部分地区农民多年来实施单一的“烧秸秆—旋耕—播种”耕种方式，使大面积的农田土壤耕层明显存在“浅、实、少”的问题，即土壤耕层明显变浅，平均只有15.1cm，土壤结构坚实，容重偏高，犁底层坚硬，土壤有机质含量减少，严重阻碍粮食作物产量潜力的正常发挥。规模化有机肥生产与缺乏有机肥施肥制度的矛盾。据不完全统计，山西省有1000头以上的猪场、100头以上的牛场、10万只以上的鸡场共计近1000多家，这些养殖场每年排放畜禽粪便超过1亿吨，有机物排放量约70万吨，比全省工业废水有机物排放量还要高。这种规模化有机肥的生产却与目前农业生产中缺乏科学合理的有机肥施肥制度相矛盾，一方面农民施肥手段落后，仍以人工土壤表面撒肥、沟施、穴施等方式为主，这些施肥方式容易使肥料随水流失,浪费严重,污染环境，而且,肥料施用于土壤耕作层表面不仅难以被作物根系吸收利用,而且会增加人工及机械对土壤的作业次数,多次碾压,破坏土壤结构,加重土壤板结程度,费时、费工,投入成本高,同时工作效率低。另一方面，适宜的有机肥施肥模式尚未建立起来，限制了有机肥的大面积施用。由此可见，需要对传统的土壤耕作及有机肥施肥模式进行改进,利用分层耕作、分层搭配施用有机肥与复合肥，建立高质量耕作层土壤构建方法，该技术既适用于水浇地，也适用于旱地，能够明显改善土壤结构，提高土壤肥力，对于提高粮食产量，解决农作物良种潜力高但实际产量低的矛盾是十分有必要的。技术实现要素：本发明解决目前农作物良种潜力高但实际产量低，土壤耕层问题多，缺乏有效的土壤耕作制度，规模化有机肥生产但缺乏有机肥施肥制度的问题，提供一种北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法。本发明是通过以下操作步骤实现的：北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法，包括以下操作步骤：a、第一年秋季作物籽粒及秸秆收获后，将4方羊粪厩肥和25公斤复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用拖拉机带重型翻转铧式犁深耕30-35cm；第二年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩；b、第二年秋季作物籽粒及秸秆收获后将4方羊粪厩肥和25公斤复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用拖拉机带普通翻转铧式犁深耕20-25cm；第三年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩；c、第三年秋季作物籽粒及秸秆收获后将4方羊粪厩肥和25公斤复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用拖拉机带旋耕犁旋耕；下一年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩。所述复合肥为N:P:K=28:13:10的复合肥，氮磷钾总养分含量≥51%。所述第一年施肥后用100马力的拖拉机深耕30-35cm，第二年施肥后用80马力的拖拉机深耕20-25cm，第三年施肥后用30马力的拖拉机旋耕10-15cm。所述羊粪厩肥可用腐熟的牛粪、鸡粪、猪粪等畜禽粪肥替代。所述耕作层为农田水浇地和旱地耕作层。本发明的耕作方法具有以下优点：与现有耕作技术相比,本发明能够打破犁底层，明显增加北方农牧区土壤耕层厚度，同时分层增施羊粪厩肥和复合肥，有助于提高不同深度土壤有机质含量，促进不同深度土层有机质相对均匀化，提高土体保水保肥能力,为作物生长发育创造一个疏松肥沃的耕作层环境,有利于稳产和增产。同时，该技术的应用还能减轻环境污染,具有循环利用农业废弃物、改良培肥土壤，改造中低产田，提升耕地生产能力、增产节本增收和保护生态环境等多重效果。该技术集成土壤分层耕作技术、厩肥撒施技术、搭配施用有机肥与复合肥技术。技术方法机械化程度高，通过农机农艺相结合，能够有效减轻农民劳动强度。应用本技术,可以有效加深土壤耕作层厚度,改善土壤结构，提高土壤有机质含量,促进团粒结构形成,提高土壤保肥保水能力,创造一个深厚肥沃的土壤耕作层,利于作物根壮苗健增产稳产,促进农业可持续发展。采用本发明土壤构建方法耕作三年后耕作层土壤技术参数见表1。表1附图说明图1为北方某省1952-2013年小麦玉米大田平均产量趋势图；图2为北方某省小麦大田产量与品种潜力产量比较柱状图；图3为北方某省玉米大田产量与品种潜力产量比较柱状图。具体实施方式北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法，包括以下操作步骤：a、第一年秋季作物籽粒及秸秆收获后，将4方羊粪厩肥和25公斤N:P:K=28:13:10的复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用100马力的拖拉机带重型翻转铧式犁深耕30-35cm；第二年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩；b、第二年秋季作物籽粒及秸秆收获后将4方羊粪厩肥和25公斤N:P:K=28:13:10的复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用80马力的拖拉机带普通翻转铧式犁深耕20-25cm；第三年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩；c、第三年秋季作物籽粒及秸秆收获后将4方羊粪厩肥和25公斤N:P:K=28:13:10的复合肥均匀撒施到耕地表面，随后用30马力的拖拉机带旋耕犁旋耕10-15cm；下一年4月下旬直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩。所述羊粪厩肥可用腐熟的牛粪、鸡粪、猪粪等畜禽粪肥替代。所述耕作层为农田水浇地和旱地耕作层。实施例：北方农牧区高质量耕作层土壤构建方法应用效果2011-2014年大田对比试验：试验地点选在山西省忻州市忻府区解原乡新路村。供试玉米品种选用当地主栽品种大丰30，供施粪肥为当地养羊场的羊粪厩肥，复合肥采用山东金沂蒙生态肥业有限公司“金沂蒙”牌复合肥，其氮磷钾总养分≥51%，N:P:K=28：13：10，规格为净含量50kg。供试耕地为水浇地，土壤为褐土性土，壤土。对照土壤不同土层理化性状三年平均数见表2。表2试验采用大区设计，长为45m，宽为10m，每个大区面积450m2，不设重复。在每个大区内按长度选三个点进行试验期内数据调查，收获测产按照农业部实打实收测产办法执行。试验设置5个处理，具体办法见表3.序号处理表示处理描述1MP3-321羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第一年深翻30～35cm—羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第二年深翻20～25cm—羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第三年旋耕10～15cm2MP3-123羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第一年旋耕10～15cm—羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第二年深翻20～25cm—羊粪厩肥4方+25kg复合肥+第三年深翻30～35cm3MP3-3三年连续：羊粪厩肥4方+25kg复合肥+深翻30～35cm4MP3-1三年连续：羊粪4方+25kg复合肥+旋耕10～15cm5CK三年连续：50kg复合肥+旋耕10～15cm表3表3中MPA-BCD,M代表有机肥manure，P代表翻耕ploughing，CK为对照（旋耕），A代表耕作年次，B代表第一年耕作，C代表第二年耕作，D代表第三年耕作，3代表耕作深度为30-35cm,2代表耕作深度为20-25cm，1代表耕作深度为10-15cm。2011年-2014年，按照试验设计，实施了MP3-321、MP3-123、MP3-3、MP3-1、CK五种耕作施肥处理。每年4月下旬亩施25kg复合肥后，直接旋耕播种，在大喇叭口期至开花期遇雨追尿素25公斤/亩。1、研究不同处理对水浇地土壤容重的影响：由表4可知，四种处理在10～15cm、15～25cm、25～35cm三个土层的土壤容重均表现为处理后小于处理前。在10～15cm土层，各处理土壤容重降低到1.6g/cm3以下，降低幅度最大MP3-321，达到0.25g/cm3，其次为MP3-123，达到0.22g/cm3；在15～25cm土层，各处理前土壤容重由较接近1.7g/cm3降到1.6g/cm3，降低幅度较大的为MP3-123，达到0.19g/cm3；在25～35cm土层，MP3-123和MP3-123处理土壤容重降低到1.6g/cm3以下。其余处理降幅缩小。三年综合来看，MP3-321处理的土壤容重在不同土层均降低明显。表42、研究不同处理对土壤全氮含量的影响：由表5可知，经过连续三年的耕作及施肥处理，五种处理不同土层的养分含量得到了不同程度的补充。处理MP3-1在10～15cm土层养分全氮含量高达0.098%，较对照高出63.3%，但在15～25cm、25～35cm土层全氮含量则表现为减少，降低幅度在6%～13%。处理MP3-321经过三年的试验处理，中下层全氮含量较对照增加量分别为43.2%和37.8%，表土层的全氮含量与对照相比增幅也达到20%。处理MP3-3经过三年连续深翻35cm耕作施肥处理后，三个土层全氮含量与对照相比增幅分别为23.3%、43.2%、16.2%。处理MP3-123则是在表层增加幅度较高，约为40%，但在中下层增加幅度较小分别为2.3%和2.7%。综合来看，连续三年处理后处理MP3-321在三个土层全氮含量均有明显增加，而且，全氮分布相对均匀。表5（单位：%）3、研究不同处理对土壤速效钾含量的影响：由表6可知，总体来看，各处理经过三年连续耕作施肥处理后，不同土层的速效钾含量均高于对照，只有处理MP3-123和MP3-1在25～35cm土层的速效钾含量略低于对照。处理MP3-321在三个土层的速效钾含量均显著高于其它处理，分别达到287.08mg/kg、151.62mg/kg、110.71mg/kg，较对照增加162.1%、116.6%、71.6%。其次为MP3-3，其在不同土层的速效钾含量别达到182.94mg/kg、119.71mg/kg、75.28mg/kg。表6（单位mg/kg）4、研究不同处理对土壤速效磷含量的影响：由表7可知，经过连续三年耕作施肥处理后，各处理在不同土层速效磷含量均明显高于对照，但随试验年际变化规律不明显。各处理不同土层速效磷含量由高到低排序分别为：10～15cm土层：MP3-123﹥MP3-1﹥MP3-321﹥MP3-3﹥CK；15～25cm土层:MP3-321﹥MP3-3﹥MP3-123﹥MP3-1﹥CK；25～35cm土层:MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-1﹥MP3-3﹥CK。综合来看，能够稳定将各土层土壤速效磷含量提高到100%以上的处理有MP3-321和MP3-123，不同土层速效磷含量分别为：13.56mg/kg、13.03mg/kg、6.08mg/kg，36.66mg/kg、5.36mg/kg、1.72mg/kg。表7（单位mg/kg）5、研究不同处理对土壤碱解氮含量的影响：由表8可知，对三年试验各处理不同土层土壤碱解氮含量由大到小的顺序结果为，10～15cm土层：MP3-1﹥MP3-123﹥MP3-321﹥MP3-3﹥CK；15～25cm土层:MP3-3﹥MP3-321﹥MP3-123﹥CK﹥MP3-1；25～35cm土层:MP3-3﹥MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-1﹥CK。通过三年试验处理后不同土层碱解氮含量排序分析，MP3-3、MP3-321和MP3-123三个处理在不同土层碱解氮含量均显著高于对照。其在不同土层的土壤碱解氮含量分别达到：10～15cm土层为68.98mg/kg、81.17mg/kg和81.90mg/kg，15～25cm土层为87.00mg/kg、53.87mg/kg和42.54mg/kg，25～35cm土层为48.68mg/kg、41.50mg/kg和36.40mg/kg。从增加幅度来看，处理MP3-321较好，三个土层的增加幅度分别较对照高50.7%、60.0%、47.1%，，且在连续三年处理后三个土层的土壤碱氮含量相对均匀。表8（单位mg/kg）6、研究不同处理对土壤有机质含量的影响：由表9可知，经过三年的耕作施肥处理后，各处理不同土层有机质含量均增加的处理只有MP3-321，三个土层有机质含量可达到12.50g/kg、9.24g/kg、6.82g/kg，与对照相比增幅分别达20.3%、28.6%、12.2%。处理MP3-1仍然以10～15cm土层有机质含量最高为16.33g/kg，显著高于其它处理，但在15～25cm和25～35cm土层有机质含量略低于对照。表9（单位g/kg）7、研究不同处理对土壤呼吸速率的影响：由表10可知，经过三年的耕作施肥处理后，MP3-123、MP3-321、MP3-3和MP3-1四个处理在玉米三个生育时期土壤呼吸速率均表现较高，与对照相比增幅从大到小排序，在拔节期为MP3-3﹥MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-1，增幅分别为187.7%、158.7%、115.5%、50.7%；在灌浆期为MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-3﹥MP3-1，增幅分别为88.9%、52.4%、40.3%、17.7%。在成熟期为MP3-3﹥MP3-123﹥MP3-321﹥MP3-1，增幅分别为63.2%、57.4%、48.5%、19.2%。综合三年试验结果可知，不同生育时期土壤呼吸速率稳定增加且增幅较大的处理有MP3-3、MP3-321、MP3-123。表10（单位：µmol•m-2•s-1）8、研究不同处理对玉米农艺性状的影响：本研究在三年试验中，分别在2012年和2013年受狂风暴雨和冰雹影响发生了倒伏。2012年试验玉米倒伏较为严重，但由于倒伏期在抽穗期和吐丝期，倒伏后及时进行了人工扶苗培土等措施，到灌浆期各处理玉米植株均已直立，但倒伏影响了授粉情况，当年穗部秃尖影响较大，如表11。2013年的试验玉米倒伏时已经进入灌浆期，穗部特征基本形成，受穗部重量的压力，直至收获期玉米植株没有直立起来，植株高度最后只测到开花期。但从所测定的玉米农艺性状指标可以看出，不同处理的秃尖长均低于对照，特别是施羊粪厩肥的耕作处理均显著低于对照。从株高来看，各处理株高与对照相比差异显著，处理MP3-321和MP3-123株高在花期株高均超过210cm。经三年耕作施肥处理后，2014年各处理株高、茎粗、穗位高的变化基本上是一致的，均以施羊粪厩肥的耕作处理高于对照。MP3-123、MP3-321和MP3-3四个处理间株高差异不明显，均在375cm左右，但较对照的359.80cm差异显著。从茎粗来看，处理MP3-123和MP3-1，均达到26mm以上，也均明显高于对照。从穗长来看，处理MP3-321、MP3-3、MP3-1超过了19cm，其中MP3-3和MP3-321达到了19.9cmt19.5cm。表119、研究不同处理对玉米产量构成因素及产量的影响：经过三年的耕作施肥处理后，各处理在穗行数和穗粒数上与对照相比差异不大，见表12。但处理MP3-321（657.80粒）、MP3-3（656.80粒）和MP3-123（652.80粒）与对照（614.67粒）相比每穗增加粒数分别达13.60粒、12.60粒、8.60粒。在百粒重上处理MP3-1、MP3-321、MP3-3和MP3-123表现较好，分别达到44.08g、41.83g、40.77g和40.52g，与对照相比分别增加4.5g、2.25g、1.19g和0.94g。从产量结果来看，三年试验周期完成后玉米产量由高到低的顺序为MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-1﹥MP3-3﹥CK，产量达到900kg/亩的处理有MP3-321﹥MP3-123﹥MP3-1﹥MP3-3。综合三年试验的产量构成因素及产量的结果可以得出，三年均能连续稳定增产10%以上的处理有MP3-321和MP3-3，三年增产率分别为10.5%、22.2%、33.2%，10.0%、34.1%、21.2%。表12由以上研究可以总结得出：经MP3-321处理的土壤耕作层综合理化性状表现最为优异，各项土壤性能参数表现优良，最有利于发挥农作物良种潜力，提高实际产量。当前第1页1 2 3