一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法

1.本发明属于盐碱旱地改良技术领域，尤其涉及一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法。


背景技术：

2.我国盐碱地面积较大，各类盐碱地总面积约3600万hm2，占全国可利用土体面积的4.88％，主要分布在内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江等19个省(市、区)。盐碱地改良的关键是降低土壤胶体上的交换性钠离子含量，而补充钙离子是世界公认的有效方法。大量的研究和实践证明，脱硫石膏可作为一种经济高效的钙基型土壤改良剂，已经在盐碱地改良中得到广泛应用。前人对脱硫石膏的适宜施用量、施用时间、施用深度等进行了系统的研究，取得了很大的进展。然而，目前脱硫石膏的施用方式仍以地表撒施为主，其均匀程度受撒施装备的影响较大，且施用量往往较大，不但影响改良效果，而且还会在一定程度上增加施用成本。因此，探寻一种脱硫石膏减量不减效、操作简便的方法，已经成为科技工作者悉心研究的课题。
3.脱硫石膏改良盐碱地的技术机理是其溶解的钙离子与土壤发生离子置换和盐类转化反应，从而实现降低土壤盐碱危害的目的。然而，脱硫石膏置换出来的离子，以及与其反应后生成的盐分，均需要通过灌溉措施将其淋洗至深层土壤，或者将其溶脱至土壤外，这就需要消耗大量的水。在干旱和半干旱地区，淡水资源匮乏，在一定程度上影响了脱硫石膏改良盐碱地的效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法，该方法有效地解决了脱硫石膏改良盐碱地需水量大，而干旱地区水资源短缺的问题，同时降低了传统地表撒施脱硫石膏施用量偏大等问题，提高了脱硫石膏的利用效率和改良效果。
5.本发明提供的一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法，包括如下步骤：
6.s1、在待改良的盐碱旱地中待种植的作物的根系附近施用脱硫石膏；
7.s2、在经步骤s1处理的土地上铺设滴灌带；所述滴灌带的滴头位于所述脱硫石膏的正上方；
8.s3、在经过步骤s2处理的土地上播种；播种结束后，在作物生长过程中通过滴灌对所述脱硫石膏置换出的盐分离子进行淋洗，即可实现盐碱旱地的高效改良。
9.本发明中，将脱硫石膏施用在作物根系周围，可集中有效成分改良根际土壤，不仅可减少脱硫石膏施用量，还可提高其利用效率和改良效果；此外，在滴灌带的滴头正下方位置施用脱硫石膏，溶解出来的钙离子可随湿润锋移动而逐渐向水平和垂直方向迁移，形成钙离子通道，从而实现土壤降碱和脱盐的目的。
10.上述的方法，步骤s1中，所述待种植的作物包括但不限于玉米、向日葵、高粱等盐碱旱地中常规种植的作物。
11.上述的方法，步骤s1中，可根据作物种类选择合适的种植方式，并根据所述作物的种植方式确定所述脱硫石膏的施用位置；
12.作为实例，所述种植方式为宽窄行种植，以窄行为种植带，每个种植带设有两行种植条带；
13.所述施用脱硫石膏的位置如下：在所述两行种植条带的中间位置沿行开v字形沟，将脱硫石膏均匀条施在所述v字形沟内。
14.进一步地，所述宽窄行种植的宽行距为70～90cm(如75～80cm、75cm或80cm)，窄行距为50～60cm(如60cm)；
15.所述v字形沟的沟深为3～5cm，如3cm；
16.所述v字形沟的沟底中心位置与两边的所述种植条带的间距为25～30cm，如25cm。
17.上述的方法，步骤s1前还包括如下步骤：在所述种植条带的两侧沿行条施底肥，形成施肥条带；所述施肥条带与所述种植条带的间距可为5～10cm，如5～6cm、5cm或6cm。
18.上述的方法，步骤s1中，按照如下公式计算所述脱硫石膏的需求量：
19.gr＝[86.07
×
cec
×
(esp
–
5％)+86.04
×
ta
–
28.22]
×
h
×
d/r
×
η
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0020]
公式(1)中，gr为脱硫石膏需求量，单位为kg/公顷；cec为土壤阳离子交换量，单位cmol/kg；esp为土壤碱化度，单位为％；ta为土壤总碱度，单位为cmol/kg；h为土壤改良深度，单位为cm；d为土壤容重，单位为g/cm3；r为脱硫石膏的有效利用率，单位为％；η为脱硫石膏中二水硫酸钙的质量分数，单位为％；
[0021]
根据0～20cm土壤盐碱化程度确定脱硫石膏施用量：
[0022]
当所述盐碱地为轻度碱化：土壤ph值≥8.5且≤9时，施用10～15wt％gr的脱硫石膏；
[0023]
当所述盐碱地为中度碱化：土壤ph值＞9且≤9.5时，施用15～20wt％gr的脱硫石膏；
[0024]
当所述盐碱地为重度碱化：土壤ph值＞9.5，施用20～30wt％gr的脱硫石膏。
[0025]
上述的方法，步骤s2中，所述滴灌带可为毛管滴灌带；所述滴灌带与滴灌系统的主管道连接。所述滴灌带的滴头与所述脱硫石膏的间距能保证滴头滴灌的水浸润脱硫石膏即可，如0～2cm，如1cm。
[0026]
上述的方法，步骤s2和步骤s3之间还可包括如下步骤：对经过步骤s1处理的土地中的所述种植带进行覆膜；塑料薄膜的厚度可为0.01～0.02mm，如0.01mm，宽度具体可为70cm。
[0027]
上述的方法，步骤s2和步骤s3之间(具体可在所述覆膜之后)还可包括如下步骤：在所述滴灌带的滴头附近埋设负压计；
[0028]
所述负压计与所述滴灌带的滴头的水平距离为1～3cm，如1cm；
[0029]
所述负压计的埋设深度为20～25cm，具体可为20cm或25cm；
[0030]
所述负压计的埋设数量根据待改良的盐碱旱地的面积大小来确定，以面积小于30亩(如8～10亩、8亩或10亩)的盐碱旱地为1个滴灌单元，每个滴灌单元埋设3～5只(如5只)所述负压计；
[0031]
步骤s3中，根据所述负压计的读数确定滴灌时机。
[0032]
所述滴灌采用水肥一体化滴灌设备；根据作物需水特点及其生育期确定滴灌用水
量和滴灌时机；所述滴灌的时机、滴灌量和所述滴头的流量可如下：
[0033]
在所述作物播种后立即进行滴灌，滴灌量为20～30m3/亩(如20～25、20或25m3/亩)，滴头流量控制在0.5～1l/h(如0.5l/h或1l/h)；
[0034]
在所述作物的苗期，当任意3只所述负压计的读数均值超过
‑
10kpa时则进行滴灌，直到负压计的读数均值回到
‑
10kpa时停止滴灌，滴头流量控制在1～2l/h(如1.5～2l/h、1.5l/h或2l/h)；
[0035]
在所述作物的植株高度达到30～50cm以后(如超过50cm)，当任意3只所述负压计的读数均值超过
‑
20kpa时则进行滴灌，直到负压计的读数均值回到
‑
20kpa时停止滴灌，滴头流量控制在2～4l/h(如3～4l/h、3l/h或4l/h)；
[0036]
在所述作物进入成熟期时，停止滴灌。
[0037]
上述的方法，步骤s3中，所述滴灌同时施用水溶性改良剂；所述水溶性改良剂的施用时机、施用方式和施用量如下：
[0038]
在所述作物的苗期滴灌时，将水溶性改良剂溶于水随滴灌施入土壤，每次施用量为1～3kg/亩(如1～2kg/亩、1kg/亩或2kg/亩)；所述水溶性改良剂为有机酸类改良剂，如黄腐酸；
[0039]
在所述作物的植株高度达到30～50cm以后滴灌时，将水溶性改良剂溶于水随滴灌施入土壤，每次施用量为1～3kg/亩(如1～1.5kg/亩、1kg/亩或1.5kg/亩)；所述水溶性改良剂为有机酸类改良剂，如柠檬酸。
[0040]
本发明中，在滴灌的同时，分阶段配合施用黄腐酸、柠檬酸等有机酸类水溶性改良剂，可通过与脱硫石膏的协同作用进一步增强脱硫石膏改良盐碱地的效果。
[0041]
上述的方法，步骤s3中，所述滴灌同时施用水溶性速效肥；所述水溶性速效肥的施用时机、施用方式和施用量如下：
[0042]
在所述作物的苗期滴灌时，将所述水溶性速效肥溶于水随滴灌施入土壤，施用量为4～10kg/亩(如6～8kg/亩、6kg/亩或8kg/亩)；
[0043]
在所述作物的植株高度达到30～50cm以后滴灌时，将所述水溶性速效肥溶于水随滴灌施入土壤，每次施用量为4～10kg/亩(如6～8kg/亩、6kg/亩或8kg/亩)；
[0044]
所述水溶性速效肥为氮肥，如尿素。
[0045]
本发明中，所述施用水溶性速效肥和所述施用水溶性改良剂的时机错开，不能同时施用。例如，所述作物的苗期滴灌时共滴灌2次，在第1次滴灌时施用所述水溶性改良剂，在第2次滴灌时施用所述水溶性速效肥；在所述作物的植株高度达到30～50cm以后滴灌时共滴灌2次，在第1次滴灌时施用所述水溶性改良剂，在第2次滴灌时施用所述水溶性速效肥。
[0046]
上述的方法，步骤s3后还可包括如下步骤：在所述作物收获后对土地进行旋耕，使残留的脱硫石膏与表层土壤充分混合；
[0047]
所述旋耕的方式可为十字交叉；
[0048]
所述旋耕的深度可为15～18cm。
[0049]
本发明具有如下有益效果：
[0050]
本发明提出了一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法，将脱硫石膏条施在两行作物中间位置，其上铺设滴灌带。在滴灌的时候，可将脱硫石膏中的钙离子逐渐溶解出来，并
随土壤水分的迁移而逐渐扩撒，在水平和垂直方向上形成钙离子通道，增加土壤渗透性，促进土壤降碱和脱盐。根据作物生长发育进程适时进行滴灌，结合土壤墒情确定滴灌用水量，并分阶段将黄腐酸和柠檬酸随水滴入土壤中，提高土壤降碱和脱盐效果，残留的脱硫石膏与表层土壤旋耕后可提高翌年改良效果。
附图说明
[0051]
图1为本发明增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法中田间布局侧视图。
[0052]
图中各标记如下：
[0053]
101
‑
底肥；102
‑
作物；103
‑
脱硫石膏；104
‑
滴灌带滴头；105
‑
塑料薄膜；106
‑
负压计。
具体实施方式
[0054]
本发明提供的一种增强脱硫石膏改良盐碱旱地的方法，包括如下步骤：
[0055]
s1、在待改良的盐碱旱地中待种植的作物的根系附近施用脱硫石膏；
[0056]
s2、在经步骤s1处理的土地上铺设滴灌带；滴灌带的滴头位于脱硫石膏的正上方；
[0057]
s3、在经过步骤s2处理的土地上播种；播种结束后，在作物生长过程中通过滴灌对脱硫石膏置换出的盐分离子进行淋洗，即可实现盐碱旱地的高效改良。
[0058]
本发明中，将脱硫石膏施用在作物根系周围，可集中有效成分改良根际土壤，不仅可减少脱硫石膏施用量，还可提高其利用效率和改良效果；此外，在滴灌带的滴头正下方位置施用脱硫石膏，滴灌时溶解出来的钙离子可随湿润锋移动而逐渐向水平和垂直方向迁移，形成钙离子通道，增加土壤渗透性，从而实现土壤降碱和脱盐的目的。
[0059]
下面结合说明书附图，以内蒙古巴彦淖尔市五原县隆兴昌镇的中度和重度盐碱地为待改良的盐碱旱地，以向日葵为种植作物，种植方式为宽窄行种植，作为具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0060]
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0061]
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0062]
实施例1、脱硫石膏改良盐碱旱地
[0063]
本试验于2017年在内蒙古巴彦淖尔市五原县隆兴昌镇荣誉村重度盐碱地进行，为我国干旱地区土壤盐碱化发育的典型代表。试验地总面积16亩，分为试验组和对照组，各3次重复，结果取平均值。试验开始前，基础土样检测结果显示，表层0～20cm土壤质地为粉砂壤土，平均全盐量7.3g/kg，ph值9.6，碱化度48.2％。
[0064]
试验组，按照图1所示田间布局侧视图对盐碱旱地进行布局改良，具体操作如下：
[0065]
(1)平整土地：先用圆盘耙对项目区进行粗平，此后再用激光平地仪进行精平，平整后土地地表高低落差控制在5cm以内。
[0066]
(2)施底肥：用施肥机条施底肥，底肥(101)采用磷酸二铵，施肥量为25kg/亩。采用宽窄行种植方式，宽行距75cm，窄行距60cm，宽窄行交替。将肥料条施，其上覆土3cm，施肥条带与作物种植条带间距6cm。
[0067]
(3)施用脱硫石膏：在上述小行距的中间位置即两行作物(102)的中间位置，开v字形沟，沟深3cm，沟底中心位置与两边的作物种植条带间距25cm。将脱硫石膏(103)施入v字
形沟内，脱硫石膏施用量为252kg/亩。
[0068]
脱硫石膏施用量通过如下步骤确定：
[0069]
按照如下公式计算脱硫石膏的需求量gr：
[0070]
gr＝[86.07
×
cec
×
(esp
–
5％)+86.04
×
ta
–
28.22]
×
h
×
d/r
×
η(1)；
[0071]
公式(1)中，gr为脱硫石膏需求量，单位为kg/公顷；cec为土壤阳离子交换量，单位cmol/kg；esp为土壤碱化度，单位为％；ta为土壤总碱度，单位为cmol/kg；h为土壤改良深度，单位为cm；d为土壤容重，单位为g/cm3；r为脱硫石膏的有效利用率，单位为％；η为脱硫石膏中二水硫酸钙的质量分数，单位为％。
[0072]
本实施例中，cec为7.3cmol/kg；esp为48.2％；ta为3.8cmol/kg；h为20cm；d为1.45g/cm3；r为70％；η为80％。经计算，gr为1260kg/。
[0073]
本实施例盐碱地为重度碱化：土壤ph值＞9.5，施用20wt％gr的脱硫石膏，即为252kg/亩。
[0074]
(4)铺设滴灌带：将上述所需的脱硫石膏均匀条施在v字形沟内，然后在脱硫石膏条带正上方位置铺设滴灌带(104)(脱硫石膏与滴灌带的滴头之间的垂直距离为1cm)，滴灌带与滴灌系统的主管道连接。
[0075]
(5)覆膜：上述操作完成后进行覆膜，塑料薄膜(105)的厚度为0.01mm，宽度为70cm。
[0076]
(6)埋设负压计：覆膜完成后，在滴灌带的滴头下方25cm深度处埋设负压计(106)，负压计与滴灌带的水平距离为1cm，分别在5个具有代表性的位点埋设了负压计。
[0077]
(7)播种：2017年5月28日播种食用向日葵，品种为sh361。在膜内进行人工点播，播种深度3cm，一条膜上播种两行，行距60cm，株距45cm，种植密度为2600株/亩。播种后，用砂土将地膜破损处全部覆盖住。
[0078]
(8)滴灌：向日葵播种后，立即进行滴灌，灌水量25m3/亩，滴头流量控制在0.5l/h；苗期，当任意3只负压计的读数均值超过
‑
10kpa时则进行灌溉，共灌水2次，每次灌水量10m3/亩，滴头流量控制在1.5l/h；现蕾期(株高超过50cm)以后，当任意3只负压计的读数均值超过
‑
20kpa时则进行灌溉，共灌水2次，每次灌水量10m3/亩，滴头流量控制在3l/h。
[0079]
(9)施用水溶性改良剂：在向日葵苗期第1次滴灌时，将黄腐酸溶于水后随滴灌施入土壤，施用量为2kg/亩；现蕾期第1次滴灌时，将柠檬酸溶于水后随滴灌施入土壤，施用量为1.5kg/亩。
[0080]
(10)施用水溶性速效肥：在向日葵苗期、现蕾期第2次滴灌时，分别追施尿素6kg/亩，溶于水后随滴灌施入土壤。
[0081]
(11)旋耕：2017年9月18日收割向日葵，此后将地上部茎秆粉碎还田，将地表残膜回收干净后，用旋耕机将表层土壤旋耕2遍，按十字交叉的方式进行旋耕，旋耕深度15～18cm，使残留的脱硫石膏与表层土壤充分混合。
[0082]
对照组除了不施用脱硫石膏、黄腐酸和柠檬酸外，其他操作方式与试验组保持一致。
[0083]
表1显示了重度盐碱地改良土壤指标和向日葵农艺性状对照情况。与对照组相比，采用本发明方法的试验组的根际土壤含盐量降低了32.1％，ph值降低了1.2个单位，碱化度降低了25.4个百分点；非根际土壤平均含盐量降低了23.9％，ph值降低了0.9个单位，碱化
度降低了18.7个百分点。向日葵出苗率提高了26.4个百分点，保苗率提高了34.3个百分点，籽粒产量提高了175.8％。
[0084]
从表1可以看出，采用本发明所述技术方案可明显改良盐碱旱地，对根际土壤的改良效果尤为明显，还可提高向日葵出苗率和保苗率，增加向日葵籽粒产量，其改土增产效果明显优于常规方案。
[0085]
表1重度盐碱地改良后土壤指标和向日葵农艺性状对照情况
[0086][0087]
实施例2、脱硫石膏改良盐碱旱地
[0088]
本试验于2018年在内蒙古巴彦淖尔市五原县隆兴昌镇荣义村中度盐碱地进行，为我国干旱地区土壤盐碱化发育的典型代表。试验地总面积20亩，分为试验组和对照组，各3次重复，结果取平均值。试验开始前，基础土样检测结果显示，表层0～20cm土壤质地为粉砂壤土，平均含盐量5.8g/kg，ph值9.1，碱化度37.2％。
[0089]
试验组，按照图1所示田间布局侧视图对盐碱旱地进行改良，具体操作如下：
[0090]
(1)平整土地：先用圆盘耙对项目区进行粗平，此后再用激光平地仪进行精平，平整后土地地表高低落差控制在5cm以内。
[0091]
(2)施底肥：用施肥机条施底肥，底肥(101)采用磷酸二铵，施肥量为25kg/亩。采用宽窄行种植方式，宽行距80cm，窄行距60cm，宽窄行交替。将肥料条施，其上覆土3cm，施肥条带与作物种植条带间距5cm。
[0092]
(3)施用脱硫石膏：在上述小行距的中间位置即两行作物(102)的中间位置，开v字形沟，沟深3cm，沟底中心位置与两边的作物种植条带间距25cm。将脱硫石膏(103)施入v字形沟内，脱硫石膏施用量为154kg/亩。
[0093]
脱硫石膏施用量通过如下步骤确定：
[0094]
按照如下公式计算脱硫石膏的需求量gr：
[0095]
gr＝[86.07
×
cec
×
(esp
–
5％)+86.04
×
ta
–
28.22]
×
h
×
d/r
×
η
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0096]
公式(1)中，gr为脱硫石膏需求量，单位为kg/公顷；cec为土壤阳离子交换量，单位cmol/kg；esp为土壤碱化度，单位为％；ta为土壤总碱度，单位为cmol/kg；h为土壤改良深度，单位为cm；d为土壤容重，单位为g/cm3；r为脱硫石膏的有效利用率，单位为％；η为脱硫石膏中二水硫酸钙的质量分数，单位为％。
[0097]
本实施例中，cec为7.9cmol/kg；esp为37.2％；ta为3.2cmol/kg；h为20cm；d为1.45g/cm3；r为70％；η为80％。经计算，gr为1030kg/亩。
[0098]
本实施例盐碱地为中度碱化：土壤ph值≥9且≤9.5，施用15wt％gr的脱硫石膏，即为154kg/亩。
[0099]
(4)铺设滴灌带：将上述所需的脱硫石膏均匀条施在v字形沟内，然后在脱硫石膏条带正上方位置铺设滴灌带(104)，滴灌带与滴灌系统的主管道连接。
[0100]
(5)覆膜：上述操作完成后进行覆膜，塑料薄膜(105)的厚度为0.01mm，宽度为
70cm。
[0101]
(6)埋设负压计：覆膜完成后，在滴灌带的滴头下方20cm深度处埋设负压计(106)，负压计与滴灌带的水平距离为1cm，分别在5个具有代表性的位点埋设了负压计。
[0102]
(7)播种：2018年6月5日播种食用向日葵，品种为三瑞10号。在膜内进行人工点播，播种深度3cm，一条膜上播种两行，行距60cm，株距50cm，种植密度为2200株/亩。播种后，用砂土将地膜破损处全部覆盖住。
[0103]
(8)滴灌：向日葵播种后，立即进行滴灌，灌水量20m3/亩，滴头流量控制在1l/h；苗期，当任意3只负压计的读数均值超过
‑
10kpa时则进行灌溉，共灌水2次，每次灌水量10m3/亩，滴头流量控制在2l/h；现蕾期(株高超过50cm)以后，当任意3只负压计的读数均值超过
‑
20kpa时则进行灌溉，共灌水2次，每次灌水量10m3/亩，滴头流量控制在4l/h。
[0104]
(9)施用水溶性改良剂：在苗期第1次滴灌时，将黄腐酸溶于水后随滴灌施入土壤，施用量为2kg/亩；现蕾期第1次滴灌时，将柠檬酸溶于水后随滴灌施入土壤，施用量为1.5kg/亩。
[0105]
(10)施用水溶性速效肥：在苗期、现蕾期第2次滴灌时，分别追施尿素6kg/亩，溶于水后随滴灌施入土壤。
[0106]
(11)旋耕：2018年9月25日收割向日葵，此后将地上部茎秆粉碎还田，将地表残膜回收干净后，用旋耕机将表层土壤旋耕2遍，按十字交叉的方式进行旋耕，旋耕深度15～18cm，使残留的脱硫石膏与表层土壤充分混合。
[0107]
对照组除了不施用脱硫石膏、黄腐酸和柠檬酸外，其他操作方式与试验组保持一致。
[0108]
表2显示了中度盐碱地改良土壤指标和向日葵农艺性状对照情况。与对照组相比，采用本发明方法的试验组的根际土壤平均含盐量降低了34.7％，ph值降低了0.9个单位，碱化度降低了18.7个百分点；非根际土壤平均含盐量降低了21.2％，ph值降低了0.6个单位，碱化度降低了16.4个百分点。向日葵出苗率提高了21.3个百分点，保苗率提高了26.9个百分点，籽粒产量提高了86.5％。
[0109]
从表2可以看出，采用本发明所述技术方案可明显改良盐碱旱地，对根际土壤的改良效果尤为明显，还可提高向日葵出苗率和保苗率，增加向日葵籽粒产量，其改土增产效果明显优于常规方案。
[0110]
表2中度盐碱地改良后土壤指标和向日葵农艺性状对照情况
[0111][0112]
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，
可以进行一些基本特征的应用。