一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法

1.本发明涉及农业环境技术领域，尤其涉及一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法。


背景技术：

2.我国蔬菜生产集约化程度高，种植面积大，复种指数高。菜农为追求高产，施肥灌溉不科学，蔬菜施肥量是大田作物的4～10倍，是其实际需要量的6～8倍，大水漫灌等粗放灌溉在蔬菜种植过程中普遍存在。水肥的大量投入不仅造成了资源浪费，还造成了氮磷大量淋失、累积在深层土壤，造成了地下水硝酸盐污染严重等环境问题。氮素在菜地深层土壤中富集，增加了氮素向地下水转移的风险，使得蔬菜种植区的地下水硝酸盐含量较高。
3.为了保证蔬菜生产，节约水肥资源，减轻土壤氮素流失对环境的危害，蔬菜种植过程中更多的是通过平衡施肥、施用新型的缓控释肥、喷施叶面肥、增施有机肥等源头控制技术，以此来减少化肥施用量，减少氮流失风险。目前，也有关于设施菜地施入土壤中氮在灌溉等水力驱动下淋失出根层后向下层土壤迁移的阻控技术(cn107501012a一种设施菜田阻隔氮磷淋溶损失的复合材料及应用，公开日2017.12.22)，该技术将复合材料埋入深层土壤能有效降低土壤氮磷的淋溶量。但是，该复合材料相对于露地蔬菜大面积推广应用时，投入成本相对较高，复合材料的易获得性受区域限制，也不方便机械操作。
4.因此，为了减少蔬菜生产过程中肥料投入，增加耕层土壤氮库容量，减少土壤氮素淋失，降低亚表层土壤氮素累积等问题，需要建立一种既便利又能降低成本的新技术，实现蔬菜种植过程中氮素的源头减量及过程阻控、残留去除的目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，提高了氮素的利用效率，减少了菜地深层土壤氮素累积和对浅层地下水的氮污染。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，包括如下步骤：
8.(1)于春季间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜；
9.(2)步骤(1)的蔬菜收获后，于夏季种植大田作物；
10.(3)步骤(2)的大田作物收获后，大田作物秸秆深埋于耕层内设置生物阻隔层；
11.(4)于秋季继续间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜；
12.所述步骤(1)(4)间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜期间，耕层土壤需增施有机碳源材料和缓控释肥，所述有机碳源材料为牛粪、羊粪或秸秆腐熟的高碳比的有机物料；所述缓控释肥为复合肥n：p2o5：k2o为15:15:15；
13.所述生物阻隔层每年铺设一次，第2年铺设时将前一年所述阻隔材料翻出地表，与耕层土壤混合。
14.优选的，所述深根系蔬菜的根系分布在耕层的20～50cm范围内，所述浅根系蔬菜
的根系分布在耕层的5～10cm范围内。
15.优选的，所述深根系蔬菜包括豆类、茄果、瓜类、根茎类，所述浅根系蔬菜包括叶菜类、葱蒜、香菜。
16.优选的，所述深根系蔬菜种植在垄面中间时，浅根系蔬菜种植在垄面两侧，或所述深根系作物种植在垄面两侧，浅根系蔬菜种植在垄面中间，深、浅根系种植位置进行季节性轮换；所述垄面的宽度为1.0m～1.2m，垄沟宽度为18～22cm，深度为20cm～30cm。
17.优选的，所述有机物料的碳氮比范围为20～45，年投入量为15cm耕层土壤碳当量的10％～20％；所述复合肥用量按照5:3:2比例分别作为基肥、苗期追肥、旺长期追肥施用，化肥n、p2o5和k2o施用总量分别为150～180kg/hm2。
18.优选的，所述大田作物为玉米、高粱和高丹草中的任意一种。
19.优选的，所述生物阻隔层是在所述垄面对应的土壤位置将阻隔材料深埋至垄面下30～40cm的土层中，阻隔材料的铺设厚度为3～5cm。
20.优选的，所述阻隔材料为玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的任意一种或几种。
21.本发明提供的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，蔬菜-蔬菜-大田作物轮作，以及水肥优化管理，降低了轮作体系下氮磷投入总量；雨季(夏季)改种大田作物因不施或少施氮肥，利于消耗蔬菜季遗留的氮素，降低了高风险期氮素的淋溶和深层土壤氮素累积。耕层土壤增施高碳氮比的有机碳源材料，以及深埋腐解的阻控材料下一年翻回耕层，增加了耕层土壤碳含量，增强了耕层土壤对氮素的固持能力。收获的大田作物秸秆粉碎后深埋，形成生物阻隔层，截留淋失出耕层的氮磷，还能在降雨或灌溉作用下，使阻隔层的碳源淋溶到更深的土层，为下层土壤提供碳源，增强微生物的脱氮能力。通过以上各项措施的协同使用，提高了作物对氮素的利用效率，减少菜地深层土壤氮素累积和对浅层地下水的氮污染。土壤硝态氮淋溶量较常规处理降低了32.7％，亚表层土壤硝态氮累积量较常规处理降低15％。
22.同时，本发明的还具有以下有益效：
23.1、化肥氮投入量较常规处理降低了33％以上。
24.2、深埋的秸秆一年后又与耕层土壤混合，耕层土壤有机质和全氮含量较常规处理提高10％以上，改善土壤生境，有效降低了土传病害发生和避免了蔬菜连作障碍。
25.3、阻隔层材料就地取材作物秸秆，材料成本低，通过机械开沟、覆土，降低了劳动成本。
26.4、阻隔层碳含量高，在降雨或灌溉作用下，溶解性有机碳淋溶到下层土壤，给下层土壤补充碳源，提高下层土壤微生物脱氮能力。
附图说明
27.图1为实施例1蔬菜间作种植示意图，1-浅根系蔬菜，2-土壤层，3-深根系蔬菜，4-生物阻隔层；
28.图2为实施例1春季深根系蔬菜和浅根系蔬菜的种植平面图，1-深根系蔬菜-四季豆，2-浅根系蔬菜-小葱；
29.图3为实施例1秋季深根系蔬菜和浅根系蔬菜的种植平面图，1-深根系蔬菜-萝卜，2-浅根系蔬菜-大蒜。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
31.实施例1
32.本实施例针对种植3季以上的连作蔬菜地进行改良，该地块存在高温高湿的夏季蔬菜产量、品质下降，市场价格低，效益差等问题。
33.1.埋设淋溶装置在种植作物的垄面先将监测土壤氮淋溶液装置埋设在距垄面90cm的土层深度，以收集试验过程中的氮淋溶液。
34.2.在春季，垄面中间种植2行深根系四季豆，垄面内深根系作物两侧种植浅根系小葱，两种蔬菜间作，如图2所示，种植前施用腐熟的有机物料为15t/hm2作为底肥(施入土壤后土壤的碳、氮含量达到2.35％和0.16％，通过有机物料投入的碳占15cm耕层土壤碳储量的20％。土壤容重为1.11g/cm3。15cm耕层土壤碳储量达到39t/hm2)。本实施例中腐熟的有机物料是作物秸秆与畜禽粪便堆沤腐熟的高碳比有机物料，其中碳、氮含量分别38％和0.9％，c/n为42，含水率为30％。
35.同时施用缓控释肥(复合肥n：p2o5：k2o为15:15:15)，复合肥用量按照5:3:2比例分别作为基肥、苗期追肥、旺长期追肥施用，化肥n、p2o5和k2o总用量分别为180kg/hm2。
36.5月份，四季豆和小葱收获后，在垄面上种植鲜食玉米，在喇叭口期追施尿素氮，90kg/hm2，8月份收获。
37.3.玉米收获后，用开沟机在垄面下开沟，开沟宽度与垄面宽度基本一致，开沟深度为30cm。将粉碎成5cm长的玉米秸秆深埋至30cm的土层中，秸秆厚度为4cm左右，再将开挖的上层土壤按顺序回填，构建生物阻隔层。土壤回填后在开沟位置重新起1.1m宽的垄面。
38.4.于秋季，在重新起的垄面上种植3行深根系萝卜和浅根系大蒜，萝卜和大蒜间作种植，如图3所示，施肥方式同春季，空间布局与春季相反。
39.5.萝卜大蒜收获后，第二年继续按照上述方法种植，根据需要选择不同深、浅根系作物种植。
40.对比例1
41.针对蔬菜-蔬菜-蔬菜轮作体系和蔬菜-蔬菜-玉米轮作体系肥料用量进行对比，蔬菜-蔬菜-蔬菜轮作体系下，每季蔬菜施用腐熟后的猪粪10t/hm2作为底肥，化肥氮总用量为225kg/hm2(180kg/hm2氮来自复合肥，45kg/hm2氮来自尿素)；p2o5和k2o分别为180kg/hm2，均来自复合肥。化肥选择复合肥(n：p2o5：k2o为15:15:15)和尿素，复合肥的基追比为6:4；60％的复合肥作为基肥，40％的复合肥作为追肥在苗期施用，并且在蔬菜旺长期施用尿素氮。
42.比较蔬菜-蔬菜-玉米轮作(实施例1)和蔬菜-蔬菜-蔬菜轮作下土壤氮淋溶量，蔬菜-蔬菜-玉米周年轮作下硝态氮的淋溶量为112.6kg/hm2/年。蔬菜-蔬菜-蔬菜周年轮作下硝态氮的淋溶量为167.2kg/hm2/年，硝态氮淋失量降低32.7％。蔬菜-蔬菜-蔬菜轮作下0～100cm土壤硝态氮储量378kg/hm2，蔬菜-蔬菜-玉米轮作下0～100cm土壤硝态氮储量321kg/hm2。
43.可见，通过优化种植模式和栽培方式，调整施肥结构和施肥量，构建生物阻隔层，能显著降低施肥量，阻控氮淋失量。同时，埋设的生物阻隔层1年后与耕层土壤充分混合，不仅能提高土壤有机质，阻隔层吸收的氮养分又重新释放，进一步降低肥料用量。
44.本发明针对现有技术的不足，提供了一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，通过“控源-阻控-去除”立体化技术构建方法，达到提高表层土壤氮库容量，减少菜地土壤氮素淋失，降低亚表层土壤氮累积的目的。通过改变蔬菜连作模式，将高温高湿的夏季种蔬菜改种鲜食玉米、高粱、高丹草等作物，减少氮磷化肥用量；或深根系、浅根系不同蔬菜的间作种植，提高蔬菜对不同深度土壤氮养分的利用，减少土壤氮累积；或通过在耕层土壤中增施秸秆等碳材料，提高碳素对氮的固持量，增加耕层土壤氮素固持量；同时，在耕层以下将夏季收获后的作物秸秆粉碎、深埋，构建生物阻隔层，将淋失出耕层的氮阻控在生物阻隔层，阻隔层内碳源淋溶至下层土壤强化微生物脱氮过程。通过上述立体化技术，实现了提高氮素利用效率，降低菜地土壤氮累积，减少淋溶氮对地下水的污染。
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)于春季间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜；(2)步骤(1)的蔬菜收获后，于夏季种植大田作物；(3)步骤(2)的大田作物收获后，大田作物秸秆深埋于耕层内设置生物阻隔层；(4)于秋季继续间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜；所述步骤(1)(4)间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜期间，耕层土壤需增施有机碳源材料和缓控释肥，所述有机碳源材料为牛粪、羊粪或秸秆腐熟的高碳比的有机物料；所述缓控释肥为复合肥n：p2o5：k2o为15:15:15；所述生物阻隔层每年铺设一次，第2年铺设时将前一年所述阻隔材料翻出地表，与耕层土壤混合。2.根据权利要求1所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述深根系蔬菜的根系分布在耕层的20～50cm范围内，所述浅根系蔬菜的根系分布在耕层的5～10cm范围内。3.根据权利要求2所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述深根系蔬菜包括豆类、茄果、瓜类、根茎类，所述浅根系蔬菜包括叶菜类、葱蒜、香菜。4.根据权利要求3所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述深根系蔬菜种植在垄面中间时，浅根系蔬菜种植在垄面两侧，或所述深根系作物种植在垄面两侧，浅根系蔬菜种植在垄面中间，深、浅根系种植位置进行季节性轮换；所述垄面的宽度为1.0m～1.2m，垄沟宽度为18～22cm，深度为20cm～30cm。5.根据权利要求1所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述有机物料的碳氮比范围为20～45，年投入量为15cm耕层土壤碳当量的10％～20％；所述复合肥用量按照5:3:2比例分别作为基肥、苗期追肥、旺长期追肥施用，化肥n、p2o5和k2o施用总量分别为150～180kg/hm2。6.根据权利要求1所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述大田作物为玉米、高粱和高丹草中的任意一种。7.根据权利要求1所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述生物阻隔层是在所述垄面对应的土壤位置将阻隔材料深埋至垄面下30～40cm的土层中，阻隔材料的铺设厚度为3～5cm。8.根据权利要求7所述的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，其特征在于，所述阻隔材料为玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆中的任意一种或几种。

技术总结
本发明提供了一种减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，属于农业环境技术领域。本发明提供的减少菜地土壤剖面氮素累积的方法，包括如下步骤：(1)于春季间作深根系和浅根系蔬菜；(2)蔬菜收获后，于夏季种植大田作物；(3)大田作物收获后，深埋于耕层内设置生物阻隔层；(4)于秋季继续间作深根系蔬菜和浅根系蔬菜；在间作蔬菜期间，耕层土壤增施有机碳源材料和缓控释肥，有机碳源材料为牛粪、羊粪或秸秆腐熟的高碳比的有机物料；缓控释肥为复合肥；生物阻隔层每年铺设一次，第2年铺设时将前一年阻隔材料翻出地表，与耕层土壤混合。通过以上各项措施的协同使用，提高了作物对氮素的利用效率，减少菜地深层土壤氮素累积和对浅层地下水的氮污染。的氮污染。的氮污染。


技术研发人员：陈安强 胡万里 陈兴位 付斌 闫辉 王炽 赵新梅 杨树明 耿川雄 周绍松
受保护的技术使用者：云南省农业科学院农业环境资源研究所
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/28