本发明属于土壤改良技术领域，具体而言，涉及一种板结土壤改良方法及其应用。
背景技术：
土壤是农作物赖以生存的环境，土壤中养分的多少及土壤的透气性的强弱对植物生长尤其重要。随着世界各国对农业可持续发展的日益重视，对土壤的生产能力的可持续性提出了更高的要求，特别是人口多、耕地少、面临粮食安全的严峻形势下，充分保障土壤的可持续发展能力显得尤为重要。而土壤板结是土壤退化的重要表现之一，目前，土壤板结已成为阻碍我国农业进一步发展的一大障碍。土壤板结，是指土壤表层因缺乏有机质，结构不良，在灌水或降雨等外因作用下结构破坏、土料分散，而干燥后受内聚力作用使土面变硬，不适于农作物等生长的现象。
在现代化农业大力发展的过程中，因多年长期使用化肥、塑料制品、采用不合适的机械耕作等，使得土质变得坚硬板结，导致土壤表层结构不良，造成水肥流失严重，使得土壤缺乏有机质、微生物活性低，影响土壤团粒结构的形成，造成土壤的酸碱性过大或过小，导致土壤板结，地力下降。进一步的，在该板结的土壤地上，种苗出苗后，小苗扎根很浅，不能充分吸收土壤中的水分和养分，还会使作物容易倒伏，造成严重减产；而且所得的粮食质量不好，水分也高，不易储存，售出的价格低，进而导致种植成本升高、产量下降、收率降低的多重损失。
目前，针对土壤板结问题，解决的办法主要有几种：一是深耕法，在播种种子的时候，深深的挖土、耕地，把田地深层的土壤翻上来，浅层的土壤翻下去，使种子能深卧在土壤里，有更充分的养分；但这种方法作用较为短暂，且操作不便、工作量大、时间成本较高，还增加了土壤侵蚀和表土板结的风险。二是使用鸡粪羊粪牛粪猪粪等动物粪便、或使用微生物菌剂、或使用其他的土壤改良剂等有助于提升土壤肥力和增加有机质的物质，这种方法可能出现重金属超标和抗生素残留的情况，且使用土壤改良剂见效较慢，对于原本已经严重板结的土壤，现有的土壤改良剂并不能马上改善作物的生长状况。三是播种绿肥，再把绿肥植物翻耕进入土壤的方法，这种方法会增加很多人工成本，比如需要购买绿肥种子，对绿肥植物的播种、养护等，整个过程操作繁杂，人工成本高。
鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种板结土壤改良方法，将板结土壤改良成松软的有机土壤，使得土壤的透光透气性好，并且保水保肥，能够促进作物的生长、使得作物根系发达，减少病虫害，使作物更充分的吸收土壤中的水分、有机肥料和养分，为粮食的高产丰收奠定良好的基础；同时，该方法步骤少，简单易行，成本低廉。
本发明的第二目的在于提供一种板结土壤改良方法的应用，本发明的改良方法能够有效改善土壤的板结状况，使得土壤含有丰富的有机质，提高了土壤的保水保肥能力，因而能够应用在玉米等农作物种植地中。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的一个方面，本发明提供一种板结土壤改良方法，包括以下步骤：
在收割作物时，将作物秸秆留于板结土壤地中；
第一年秋冬季，用8～12个铧犁翻耕板结土壤；其中，8～12个铧犁被分为两组，第一组包括4～6个大铧犁，用于开沟翻土，第二组包括4～6个小铧犁，用于破碎茬子和将粉碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的深沟底部，然后大铧犁再翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严；
第二年春季播种作物，第二年秋冬季再如此进行秸秆还田和翻耕，连续进行三年或以上，即可完成对板结土壤的改良。
作为进一步优选技术方案，在收割作物时，将全部的作物秸秆留于板结土壤地中。
作为进一步优选技术方案，在收割作物时，直接将粉碎的作物秸秆铺撒在板结土壤地中；
或者，将直立的作物秸秆留在板结土壤地中，所用的铧犁装置中设有秸秆碾轧辊和切断装置；翻耕时，先用秸秆碾轧辊将直立的作物秸秆轧倒，再用切断装置将作物秸秆切割破碎。
作为进一步优选技术方案，翻耕板结土壤的深度≥30cm。
作为进一步优选技术方案，翻耕板结土壤的深度控制在30～50cm。
作为进一步优选技术方案，铧犁的总个数为8个、10个或12个，优选为10个；
其中，大铧犁和小铧犁的个数各自独立地为4个、5个或6个，优选为5个。
作为进一步优选技术方案，采用210马力及以上的拖拉机带上10个铧犁进行翻耕，10个铧犁中包括5个大铧犁和5个小铧犁。
作为进一步优选技术方案，大铧犁的长度为1.0～1.4m；
小铧犁的长度为50～60cm。
作为进一步优选技术方案，秸秆还田过程中，不加入腐熟剂、土壤改良剂或生物肥。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种以上所述的板结土壤改良方法在改良玉米种植地中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的板结土壤改良方法，采用秸秆还田和连续几年秋冬翻耕的方式，且翻耕过程中采用多个大铧犁和小铧犁配合的方式，将秸秆深埋在土下，增强秸秆还田的效果，这样既不影响正常的春季播种，又能使埋在一定深度下的粉碎的秸秆招伏雨后更充分的腐烂，变成优质的腐殖质(有机质)，这样深耕还田连续进行两年、三年或三年以上，可以使得土壤中有机质含量高达80％以上，土质疏松肥沃，拖拉机轮胎压过之后，土壤不会再有结块，并且透光透气性、保水保肥性好，氧气含量充足，会使作物根部长出很多根瘤菌，为粮食的高产奠定了扎实的基础。
2、本发明的方法有效将板结土壤改良成松软的有机土壤，能够使土壤含有丰富的有机质，实施该方法后土壤开始变得疏松肥沃，能够促进作物的生长、促使农作物小苗根系发达，使作物能更充分的吸收土壤中的水分和有机质，让小苗根深叶茂，并且还避免了病虫害的发生，农作物成熟后，都是穗大棒沉，脱水快，产量高品质好，若在播种时再施用有机肥，则产出的粮食的食用价值和经济价值会提高五倍以上，经济效益也会提高五倍以上，具有显著的经济效益和社会效益。
3、本发明方法步骤少，简单易行，易于实施，成本低廉，达到改良土壤结构、保证在土地上正常播种出苗、最终实现增产增效增收的技术效果，符合农业可持续发展的标准，整个操作过程安全可靠，缓解了现有的改良方法可能带来一定的副作用、操作繁杂、人工成本高、作用时间短等问题。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
第一方面，在至少一个实施例中提供一种板结土壤改良方法，包括以下步骤：
在收割作物时，将作物秸秆留于板结土壤地中；
第一年秋冬季，用8～12个铧犁翻耕板结土壤；其中，8～12个铧犁被分为两组，第一组包括4～6个大铧犁，用于开沟翻土，第二组包括4～6个小铧犁，用于破碎茬子和将粉碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的深沟底部，然后大铧犁再翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严；
第二年春季播种作物，第二年秋冬季再如此进行秸秆还田和翻耕，连续进行三年或以上，即可完成对板结土壤的改良。
本发明主要针对北方土壤尤其是东北土壤结构、地形、气候环境以及目前存在的问题，而提供的一种板结土壤改良方法。尤其是目前的东北黑土壤存在土壤肥力下降、土壤耕层性状下降，秸秆还田效益难以体现等问题，土壤板结现象严重，改良效果又不明显或者有些改良方法容易引起副作用，严重阻碍了我国农业的进一步发展。
目前，秸秆还田作为一种养地有效措施，其在增加土壤有机碳，改善土壤耕层结构等方面效果明显，但由于东北气候冷凉，秸秆腐解周期长，难度大，如何使秸秆有效还田，保持和提升土壤肥力成为当前东北黑土资源可持续利用的较为棘手的问题。鉴于此，本发明提供一种板结土壤改良方法，通过采用包含8～12个铧犁的大型农机装置，大铧犁和小铧犁相互配合，用大铧犁开沟翻，用小铧犁破碎茬子和将粉碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的深沟底部，并再用大铧犁翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严，这样通过深耕土壤、增加耕层深度与秸秆还田相结合的集成方法，通过两年、三年或三年以上的试验与示范，证明了该方法能够有效改善土壤的板结状况，改善了土壤的理化性质，提高了土壤中的养分含量和肥力，进而有效克服了东北黑土区秸秆还田不易腐蚀、对下茬作物播种还有影响等问题。本发明的方法，使得秸秆还田的生防效果综合效应明显，成本降低，在不使用土壤改良剂、不给土壤带来化学制剂污染、重金属污染和抗生素污染的前提下，让土壤恢复疏松，解决土壤板结的问题。
需要说明的是，本发明中的大铧犁和小铧犁是相对而言的，本领域技术人员应该能够明了，只要大铧犁的尺寸大于小铧犁的尺寸即可，而对于大铧犁和小铧犁的具体比例，本发明不做过多限定，本发明所采用的多铧犁装置为现有技术中已有的产品，只要现有的多铧犁装置中具有相对而言的大铧犁和小铧犁即可为本发明所用。
可以理解的是，本发明的深耕土壤和秸秆还田相结合技术，需要连续进行约三年，第一年实施后会在一定程度上改良土壤，但效果不明显，第二年继续实施后效果得到明显改善，进一步的，第三年继续实施则可使得改良效果达到最佳，土壤中的有机质含量会高达80％以上，土质疏松肥沃，拖拉机轮胎压过之后，土壤不会再有结块，并且透光透气性、保水保肥性好，氧气含量充足，会使作物根部长出很多根瘤菌，为粮食的高产奠定了扎实的基础。
在一种优选的实施方式中，在收割作物时，将全部的作物秸秆留于板结土壤地中。
上述改良方法中，将全量的秸秆全部还田，可提高消解矿化效率，还可减少人工操作，问题土壤会得到修复，板结土壤会疏松通气，增强了秸秆还田的生防效果综合效应明显，成本降低，减肥减药，增产增收，土壤生态得以改良。
在一种优选的实施方式中，在收割作物时，直接将粉碎的作物秸秆铺撒在板结土壤地中；
或者，将直立的作物秸秆留在板结土壤地中，所用的铧犁装置中设有秸秆碾轧辊和切断装置；翻耕时，先用秸秆碾轧辊将直立的作物秸秆轧倒，再用切断装置将作物秸秆切割破碎。
以玉米作物为例，在目前的秸秆还田和播种过程中，一般的耕种模式是，先用秸秆粉碎机将玉米秸秆粉碎，然后再用旋耕机将地挠松，再用播种机进行播种；或者先将秸秆粉碎，然后再进行深耕播种。
本发明的改良方法中，一方面可以在收割作物的同时，采用秸秆粉碎机将秸秆粉碎，并将粉碎的秸秆铺撒在板结土壤中，然后再用大铧犁开沟翻土，小铧犁破碎茬子和将粉碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的深沟底部，然后大铧犁再翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严。另一方面，也可以采用具有秸秆碾轧辊和切断装置的铧犁装置，收获作物后，先用秸秆辗轧辊将直立的玉米秸秆轧倒，再用切断装置将横七竖八的玉米秸秆切割破碎成顺犁前进方向的条形，然后用大铧犁开沟翻土，小铧犁破碎茬子和将破碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的沟底，大铧犁再翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严。动力传动装置将拖拉机输出轴的转动传递到秸秆切断装置上。这样，可以节省工时和耕作费用。
这样秸秆还田和深耕作业一次完成，秸秆被深度填埋，既不影响正常的春季播种，又能使埋在一定深度下的粉碎的秸秆招伏雨后更充分的腐烂，变成优质的腐殖质，它的营养成分不受损失的全部回到土壤里，秸秆发酵快，增强了秸秆还田的效果和土地肥力。
需要说明的是，上述具有秸秆碾轧辊和切断装置的铧犁装置为现有设备，其具体的操作使用方式也是本领域技术人员可以得知的。
在一种优选的实施方式中，翻耕板结土壤的深度≥30cm。
在一种优选的实施方式中，翻耕板结土壤的深度控制在30～50cm。
上述改良方法中，翻耕板结土壤的深度需不低于30cm，典型但非限制的，翻耕深度可以为30cm、35cm、40cm、45cm或50cm。这样，一方面可以确保玉米秸秆充分被翻埋，有效实现秸秆还田，保证其充分腐烂提高土壤肥力；另一方面，也可以提高土壤的疏松度，有利于种子出苗和作物根茎生长，促使作物小苗根系发达，使作物能更充分的吸收土壤中的水分和有机质，让小苗根深叶茂，并且还避免了病虫害的发生，收获得到的作物质量好，价格优，可增加农民的收入。
在一种优选的实施方式中，铧犁的总个数为8个、10个或12个，优选为10个；
其中，大铧犁和小铧犁的个数各自独立地为4个、5个或6个，优选为5个。
在一种优选的实施方式中，采用210马力及以上的拖拉机带上10个铧犁进行翻耕，10个铧犁中包括5个大铧犁和5个小铧犁。
需要说明的是，本发明对于所使用的铧犁的具体个数不做过多限制，在满足一定的耕作效率时，可以适当的增加或减少铧犁的数量，只要所使用的铧犁中一半为大铧犁，另一半为小铧犁即可。典型但非限制的，铧犁的总个数可以为8个、10个或12个，其中包括大铧犁4个、5个或6个，小铧犁4个、5个或6个。
优选的，采用210马力及以上的拖拉机带上包括5个大铧犁和5个小铧犁的10个铧犁进行翻耕，这样既可以提高翻耕效率，也容易与拖拉机配套使用，省时方便，处理效果好；而采用8个或12个铧犁时，采用相应的配套的马力的拖拉机即可。
在一种优选的实施方式中，大铧犁的长度为1.0～1.4m；
小铧犁的长度为50～60cm。
大铧犁的长度例如可以为1.0m、1.1m、1.2m、1.3m或1.4m，优选为1.1m；小铧犁的长度例如可以为50cm、52cm、54cm、55cm、56cm、58cm或60cm，优选为55cm。
在一种优选的实施方式中，两个大铧犁之间的横向距离为1.0～1.5m；
两个小铧犁之间的横向距离为两个大铧犁之间的横向距离的1/3。
应当理解的是，本发明对于大铧犁和小铧犁的具体安装方式和安装结构形式不做过多限定，对于铧犁的主梁高度及其他结构尺寸也不做过多限定，该农机具可通过市售购买；而在购买中优选选用两个大铧犁之间的横向距离在1.0～1.5m之间，优选为1.1m，例如可以为1m、1.02m、1.05m、1.1m、1.2m、1.3m、1.4m或1.5m；而两个小铧犁之间的横向距离则为两个大铧犁之间的横向距离的1/3。实际应用中，可根据具体需求的垄宽进行调节两个铧犁之间的距离，本发明对此不做过多限制。
另外，在实际应用中，推荐采用进口的铧犁装置，其工作效率可以提高2倍，耗油量可以减少50％，使用起来更方便。
在一种优选的实施方式中，秸秆还田过程中，不加入腐熟剂、土壤改良剂或生物肥。
上述改良方法中，不加入任何的秸秆腐熟剂、土壤改良剂、生物肥、微生物菌剂或其他类似的制剂或肥料，在不使用上述制剂或肥料、不给土壤带来化学制剂污染、重金属污染和抗生素污染等的前提下，改善了微生物环境，增加了微生物碳氮含量，让土壤恢复疏松，解决土壤板结问题；方法简单易行，步骤少，成本低廉，整个过程安全可靠，排除了一切可能带来的副作用的操作，符合农业可持续发展的标准要求。
本发明的方法不仅保证作物产量，同时能够有效的增加土壤有机质含量，培肥地力，增加土壤蓄水保肥的能力，实现增产提质增收获得效益的效果。
需要说明的是，本发明的土壤改良方法中，春季播种或植物生长过程中的养护等其余管理措施与当地农民常规技术措施相同。
第二方面，在至少一个实施例中提供一种所述的板结土壤改良方法在改良玉米种植地中的应用。
本发明的板结土壤改良方法主要用于改良玉米种植地，可使得收获的玉米穗大棒沉，脱水快，产量高米质好，经济效益显著。
下面结合具体实施例、对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种板结土壤改良方法，包括以下步骤：
2014年秋季，选择吉林省长春市某农业板结土壤地作为试验地，在收割玉米时，将玉米秸秆全部留于板结土壤地中；
采用210马力及以上的拖拉机带上包括5个大铧犁和5个小铧犁的10个铧犁进行翻耕作业，翻耕的深度≥30cm；先用大铧犁开沟翻土，再用小铧犁破碎茬子和将粉碎后的作物秸秆翻到大铧犁开出的深沟底部，然后大铧犁再翻土将深沟底部的秸秆覆土盖严；
第二年春季播种玉米，第二年秋冬季再如此进行秸秆还田和翻耕，且在秸秆还田和翻耕过程中，不加入任何的腐熟剂、土壤改良剂或生物肥等，连续进行三年，即完成对板结土壤的改良。
对修复后的土壤进行检测，经检测，水分入渗速率较修复之前增加了0.8cm/h，硬度较修复之前降低了13.8kpa，土壤中的有机质含量达到85％。且在修复后的土壤上种植的玉米产量可达到15000kg/hm2。
对比例1
一种板结土壤改良方法，采用常规处理土壤的方法：
同样选择吉林省长春市某农业板结土壤地作为试验地(类似的另一块用地)，每年玉米收获后采用普通方式翻耕一次，翻耕的深度为15～25cm；秸秆不还田或少量还田；春季正常播种玉米。
连续进行三年后，经检测，水分入渗速率较之前基本无变化，硬度较之前降低了0.5kpa，土壤中的有机质含量为30％。在该土壤上种植的玉米产量为7000kg/hm2。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。