一种滨海盐碱地生态改良系统及其棉花高产种植方法与流程

本发明属于农作物栽培技术领域，具体涉及一种滨海盐碱地生态改良系统及其棉花高产种植方法。

背景技术：

棉花是我国仅次于粮食的第二大作物，是关系国计民生的战略物资。随着社会进步和发展对粮食需求的增加，粮棉争地的矛盾日益突出，将具有较强耐盐碱性的棉花，向生产能力低下的滨海盐碱地区转移种植成为我国棉花生产的主要趋势之一。滨海盐碱地区气候特点是降水年内分配不均，季节间差异较大。环渤海盐碱地区春季初夏干旱少雨，蒸发量大，土壤盐分大量表聚；并且连续无降水事件频率加大，加剧了干旱程度；区域内无大型淡水河流，不具备便利灌溉条件。雨季降水多是以大雨、暴雨形式出现，导致农田内涝频发。环渤海盐碱棉田盐碱、旱、涝等灾害交相发生：干旱和盐碱胁迫导致苗期和蕾期生长缓慢，营养体较小；铃期营养生长过盛，现蕾开花数较多；冠层郁闭造成中下部光照不足，叶片和棉铃脱落，成铃较少且发育不良；农田内涝导致温湿度过大，病虫害频发，导致棉花产量和品质进一步下降。

目前，针对盐碱耕地通常采取修建简易排碱沟的方式缓解盐碱灾害，并采用深层地下水抽提方式进行耕地灌溉，这种方式不仅效果不理想，且随着地下淡水资源越来越少，使得灌溉效果难以保证。此外，专利文件(申请号201610753097.2)公开了一种上农下渔生态种养方法，能够缓解耕地的盐碱灾害，并通过坑塘水进行耕地灌溉，但是，由于水产养殖需要水质维持适宜的矿化度和养分，因此这种设计不利于坑塘内水产养殖，在实际应用时难以达到上农下渔双赢的效果；且在雨季时容易遭受涝害，其缓解盐碱灾害的效果也不理想。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种滨海盐碱地生态改良系统，以解决现有滨海棉田因盐碱、旱、涝灾害导致棉花产量和质量较低的问题。

本发明的目的之二是提供一种与上述生态改良系统相配套的滨海盐碱地棉花高产种植方法。

本发明的目的一是通过以下技术方案实现的：一种滨海盐碱地生态改良系统，包括：

生态调控池，所述生态调控池的水面面积不小于1.0hm²，深度不低于3m，并通过沟渠与排碱沟及河流相连，进行雨季淡水蓄积及个别多雨年份排水；

养殖池，所述养殖池水面面积不大于0.2hm²，深度不高于2.0m，并与所述生态调控池、排碱沟、河流以及浅层地下水抽提系统相连，根据养殖及降水情况，进行地下水或淡水补充，保持池水水位、矿化度和养分在水产养殖适宜范围内；

台田，所述台田围绕所述生态调控池和养殖池建立，台田宽度不超过200m，高度不低于1.5m，所述台田底部铺设有隔离材料，台田内部设有排涝系统，用于雨季将雨水排入生态调控池；

排碱沟，设置于距离所述生态调控池和养殖池外周500m范围内的未筑台田的耕地区域，每隔38～42m修建一条深度为2.0～2.5m的排碱沟，每条排碱沟均环绕所述生态调控池和养殖池建立，并通过沟渠与所述生态调控池、养殖池以及河流相连，用于在旱季集聚浅层地下水并排入养殖池或河流，在雨季蓄积淡水并排入生态调控池或河流；以及

浅层地下水抽提系统，设置于距离所述生态调控池和养殖池外周500m范围内的未筑台田的耕地区域，所述浅层地下水抽提系统设置于排碱沟旁且沿排碱沟圆周方向每隔250～300m设置一处、沿排碱沟径向每隔一条排碱沟设置一处；所述浅层地下水抽提系统包括抽提井以及风能和太阳能混合动力系统，用于在旱季和个别多雨年份雨季抽提浅层地下水并排入养殖池或河流。在旱季促进生态调控池池水快速补充地下水，从而有效降低地下水矿化度；个别多雨年份雨季降雨后进行浅层地下水抽提，有助于农田耕层过饱和雨水下渗，有利于棉田迅速排涝。

所述养殖池定期适时地进行池水更换。所述浅层地下水抽提系统的抽提井深为5～6m。

所述台田底部隔离材料为作物秸秆，其中，距离所述生态调控池或养殖池外周0～50m范围内不进行铺设，51～100m范围内铺设玉米或小麦秸秆，101～150m范围内铺设棉花秸秆，151～200m范围内铺设芦苇秸秆，铺设后压实，厚度不低于15cm，确保隔盐效果。

所述养殖池与生态调控池相邻建立，两者之间通过控制闸连通或封闭。

本发明的目的二是通过以下技术方案实现的：一种滨海盐碱地棉花高产种植方法，包括以下步骤：

a、建立上述生态改良系统，并于台田上及未筑台田的一般耕地区域内种植棉花；

b、秸秆还田：耕种前，将上一年棉花秸秆粉碎还田，粉碎后秸秆长度不超过2cm并进行旋耕还田，旋耕土壤深度为8～10cm，秸秆与土壤充分混匀并镇压；

c、灌溉：利用生态调控池水或引入河流水对棉田进行灌溉，灌溉效果为0～40cm土壤耕层的含水量达到田间持水量的86～91％；

d、3月中旬进行深翻：深翻前均匀撒播土壤改良剂，深翻深度达到30～35cm，深翻后适时进行镇压，要求土壤0～5cm表层紧实，其他耕层土壤均匀松散，无直径超过3cm的土块，且土地平整；

e、播种：4月下旬视墒情进行抢播，选择生育期不超过125天的棉花品种播种，播前用稀土硅钙矿物质、柠檬酸和聚马来酸混合水溶液对种子进行浸泡，播种方式为宽窄行开通种子沟和施肥沟方式，并在施肥沟里铺设膜下滴灌系统，播种、施肥及滴灌带铺设完毕后对种子沟和施肥沟进行地膜覆盖，提高温度及抑制返盐；

f、出苗后及时定苗，留苗密度为5400～5800株/亩；7月中旬打顶，同时对生长过旺的叶枝摘除顶尖；

g、在旱季，浅层地下水抽提系统日夜不间断抽提浅层地下水并排入养殖池或河流，蕾期进行土壤墒情监测，视旱情利用生态调控池水进行滴灌，耕层土壤含水量保持在田间持水量的61～64％，花期封顶前进行中耕和除草，进入花期封顶后大型农业机械不在进入棉田；

h、雨季前，在棉田上每隔28～32m堆一径向延伸的土带，土带长度为棉田宽度，高度为15～18cm，宽度为10～12cm，保证棉田内不会形成水平与排碱沟的径流，同时不显著影响棉花底部通风，同时延排碱沟方向间隔开设若干泄水口；

i、花铃期视降雨和长势进行缩节胺调控1～2次，喷施量为3.2～4.0g/亩；喷施方法视棉花长势，每亩兑水12～18kg，人工于傍晚无风天气对棉花顶部和叶枝末端处喷雾，主要针对叶片进行均匀喷雾。

所述生态调控池的池水矿化度常年保持在2.5～4.0g/l之间，以便满足棉花灌溉水质要求；所述台田0～40cm耕层的土壤含盐量常年保持在3.0g/kg以下。

步骤d中，所述土壤改良剂由脱硫石膏和沸石按质量比3:2混合而成，每亩增施量为1200kg。

步骤e中，所述稀土硅钙矿物质、柠檬酸和聚马来酸按质量比2:1:1混匀，用水稀释1000倍后于40～45℃浸种12h。

步骤e中，所述宽窄行为90+30cm形式，在30cm之间开通施肥沟，种子沟深12cm，进行播种，覆土厚度为5cm；施肥沟深15cm，每亩底施尿素12～20kg、磷酸二铵16～20kg、氯化钾10～15kg，保证化肥在施肥沟里距地面不低于10cm；所述地膜宽度为100cm。

本发明的有益效果如下：

通过建设生态改良系统，同时辅以配套的棉花高产种植方法，显著改变滨海盐碱地盐碱、旱、涝的逆境胁迫，有利于棉花正常生长发育，同时病虫害显著降低，农田杂草、打顶等农田管理更为简化方便，不仅显著提高棉花产量品质，而且直接增加农民植棉收益。

本发明生态改良系统是经过特别系统设计的，其将生态调控池、养殖池、排碱沟、河流以及浅层地下水形成一个系统的水网设计，一方面将棉田高矿化度地下水排出，并用于水产养殖，一方面方便进行雨季排涝，并利用较大面积和深度的生态调控池蓄积淡水，为旱季膜下滴灌提供水源；且在浅层地下水抽提系统的作用下，使得生态调控池的池水能够向外渗透补充地下水，从而显著降低了台田和一般棉田的浅层地下水矿化度，减少土壤盐分来源；综合缓解了棉田盐碱、旱、涝灾害对棉花正常生长发育的影响，为棉花高产奠定良好的基础；此外，使得养殖池的水源补充和更换方便，能够根据养殖情况补充高矿化度地下水或生态调控池淡水，保证了养殖效果。

本发明的排碱沟设计为环绕棉田的环形水网结构，不仅有利于棉田地下水排出和雨季棉田排涝，且能够辅助生态调控池进行雨季淡水的充分蓄积，使池水水质和水量常年满足棉花灌溉需求。利用生态调控池水进行旱季膜下滴灌，能够有效抑制盐分表聚，为棉花高产提高有利条件。

台田底部隔离材料的铺设经过系统设计，且与生态改良系统相配合，既保证了隔盐效果，又避免了加重棉田的旱情。对于距离生态调控池较近的台田底部不铺设隔离材料或铺设隔离效果较差的隔离材料，这样便于生态调控池水向周围台田渗透，从而缓解旱情，降低地下水矿化度；对于距离较远的台田底部铺设隔离效果好的芦苇秸秆，保证隔盐效果。

本发明棉田内和排碱沟等排涝措施，能够保证雨季及时排涝，一方面显著降低棉田群体内温湿度，减少病虫害发生，另一方面降低雨季土壤水分，便于控制棉花长势和杂草生长。显著提高棉花产量和品质，减少人力和农资投入，显著提高了棉农经济效益。

附图说明

图1为本发明生态改良系统的俯视图。

图2为本发明除生态改良系统的剖面示意图。

图中：1、生态调控池，2、养殖池，3、台田，4、浅层地下水抽提系统，5、排碱沟，6、汇总渠，7、一般棉田，8、河流，9、其他耕地，10、控制闸。

具体实施方式

在河北省沧州市海兴国营海兴农场棉田应用实施本发明技术方案，包括以下步骤：

通过几年的建设和完善形成：生态调控池1水面面积1.0hm²，水深3.5m，养殖池2水面面积0.2hm²，水深1.8m；生态调控池1和养殖池2共同形成一圆形池塘，两者相接位置设有控制闸10，用于控制两池连通或封闭。台田3高1.8m，宽度为200m；台田3底部铺设隔离材料：距池塘0～50m不进行铺设，51～100m铺设玉米秸秆，101～150m铺设棉花秸秆，151～200m铺设芦苇秸秆，具体方法为压实，厚度约20cm；台田3环绕生态调控池1和养殖池2建立，面积约为8.0hm²。

在距池塘外周500m内未筑台田的耕地区域(面积约为27hm²)，每隔40m开凿一条排碱沟5，每条排碱沟5均环绕台田3建立，其中，第一条排碱沟设置在台田旁，排碱沟5深度为2.5m，将汇集与抽提的地下水补充到养殖池2中或排入河流8中。所述生态调控池1和养殖池2同过一条汇总渠6与排碱沟5及河流8相连。

在距池塘外周500m内未筑台田的耕地区域(面积约为27hm²)内设置浅层地下水抽提系统4，浅层地下水抽提系统4设置在排碱沟5旁且沿排碱沟5圆周方向每隔250～300m设置一处、沿排碱沟5径向每隔80m设置一处(即每隔一条排碱沟设置一处)，如图所示，共设置三圈或四圈，每圈四个或五个浅层地下水抽提系统4，抽提深度为6m；进行风力和太阳能双系统发电抽提，7～9月份3个月视降雨情况，如出现短时间集中降雨或连续强降雨则进行抽提，除7～9月份3个月外，持续进行浅层地下水抽提；并将地下水汇入养殖池2或河流8。

2016年1月3日，对棉田秸秆进行充分粉碎还田，要求粉碎后秸秆长度不超过2cm，旋耕还田，旋耕土壤深度9cm。1月9日，对棉田进行灌溉，利用生态调控池水进行充分灌溉，灌溉效果为0～40cm土壤耕层含水量为田间持水量的88％，矿化度为3.9g/l，5天后在棉田表层秸秆还田旋耕层结冰形成覆盖。

3月12日，对棉田进行深翻，深翻深度达到35cm，深翻前在棉田表层均匀撒播土壤改良剂：由脱硫石膏和沸石组成，配比比例为3:2，每亩增施量为1200kg。此时天气晴好有风，3月14日进行镇压，土壤0～5cm表层紧实，其他耕层土壤均匀松散，无直径超过3cm的土块；并且土地平整。

选用冀杂2号的棉花品种进行播种，播种量每亩为2.5kg。播前用稀土硅钙矿物质、柠檬酸、聚马来酸按质量比2:1:1进行混匀搅拌，兑水1000倍后40～45℃浸种12h。2016年4月26日抢墒播种，播前免耕耙耱，保持土地平整。方式为宽窄行为90+30cm形式，在30cm之间开通施肥沟。种子沟深12cm，进行播种，覆土厚度为5cm；施肥沟深15cm，每亩底施尿素15kg、磷酸二铵20kg、氯化钾10kg，化肥在施肥沟里不超过5cm，滴灌带铺设在施肥沟里；地膜宽100cm，播种、施肥及滴灌带铺设完毕后对种子沟和施肥沟进行地膜覆盖。

出苗后及时定苗，留苗密度为5500株/亩；蕾期进行滴灌，台田灌水量约为38m³/亩；系统下其他棉田约为33m³/亩。7月15日打顶，同时对生长过旺的叶枝也摘除顶尖。雨季前在棉田垂直排碱沟每隔30m堆一土带，长度为棉田宽度，高度15m，宽度10～12cm，同时排碱沟旁每隔10m开设泄水口。在棉花生长的花铃期间视降雨和长势进行缩节胺调控2次，第一次在7月28日每亩兑水13kg，缩节胺为3.3g/亩；第二次在8月14日，每亩兑水18kg，缩节胺为4.0g/亩。人工于傍晚无风天气对棉花顶部和叶枝末端处均匀喷雾。

其它未提及的大田管理措施同常规管理方法。

采用上述综合缓解滨海棉田盐碱旱涝灾害的生态改良系统及其高产配套的棉花种植方法，可产生的有益效果如下：

1、棉田盐碱旱涝情况明显改善

表1结果表明在土壤盐分表聚最为严重的4月份和降雨最为频繁的8月份生态改良系统下棉田，尤其是台田，土壤耕层含盐量和雨季水分含量显著下降，这有利于棉花正常的生长发育，为棉花高产奠定良好基础。

表10-40cm土壤耕层春季含盐量和雨季水分情况

2、棉田杂草及病害明显降低

表2结果表明生态改良系统下棉田，尤其是台田，杂草和棉花发病株率、病衰指数显著降低，不仅节省了除草剂费用和田间的除草用工成本，而且棉铃正常发育为高产奠定了良好基础。

表2棉田杂草及病情情况

3、棉田用工和劳动强度明显降低

表3结果表明生态改良系统下棉田，尤其是台田，用工次数显著减少，用工时间也大大缩短，用工投入也大大缩短，有效提高棉农收益。

表3棉田用工情况

4、棉田农资投入显著降低

表4结果表明生态改良系统下棉田，尤其是台田，农资投入显著减少，主要体现在除草剂和杀虫剂上，有效降低植棉成本。

表4棉田农资投入情况

5、棉花产量、品质及收益显著提高

表5结果表明生态改良系统下棉田，尤其是台田，植棉产量和品质提高，售价提高，同时由于投入也显著减少，因此棉农收益显著提高。

表5棉田产量及收益情况

采用综合缓解滨海棉田盐碱旱涝灾害的生态改良系统及其高产配套种植方法后，与周围对照常规管理棉田相比，棉花产量品质增加明显，同时减少了除草剂和杀虫剂的使用，用工和农资投入显著减少，劳动强度明显降低，不仅显著缓解该地区盐碱旱涝等灾害对棉花生产的影响，而且解决了该地区产量品质较低，农业投入大，劳动强度高的问题，起到显著增加植棉效益，提振农民植棉积极性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。