一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法

1.本发明属于水土保持和作物种植技术领域，具体涉及一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法。


背景技术：

2.我国东北地区是我国重要的商品粮生产基地，对于国家粮食安全起着举足轻重的作用。东北黑土区水土流失面积22.16万km2，占我国水土流失总面积的20.38%，耕地水土流失面积为16.25万km2，占区域水土流失总面积的73.33%。水土流失已是该区域农业生产面临的最大的环境问题之一。水土流失使得耕地损毁、土层变薄、土壤肥力下降，降低土地生产力，最终降低了作物产量。黑土坡耕地的水土流失已经严重制约了农业可持续发展之路，阻控坡耕地的水土流失迫在眉睫。
3.目前，已有大量的专家学者为治理黑土坡耕地水土流失做出诸多贡献，如免耕保护性耕作、垄向区田、梯田、地埂植物带等，这些水土保持技术均在一定程度上减少了农田水土流失的发生，但这些方法由于前期投入高，生产中操作不便，作物产量降低，经济效益下降，与原有生产方式差异过大等原因，造成推广难度大、农业生产者接受度低等现象。因此，开发一种成本低、见效快、易操作，可以与东北现有农作物生产技术灵活结合的水土保持技术，是减少和控制黑土区坡耕地水土流失亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明提供一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法，实现在不改变种植作物的基本生产模式、农机具规格的前提下，解决当前黑土区坡耕地农业生产中水土流失严重，导致耕地退化和产量下降等问题。
5.实现上述发明目的所采用的技术方案是一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法，包括以下步骤：1）灭茬整地前茬作物收获后，进行秸秆还田、秋松、翻、耙、平作业；2）起垄镇压整地后进行机械起垄，起垄后及时重镇压，达到待播状态；3）播种施肥春季使用玉米精密播种机在垄上进行单行播种，同时施入底肥；4）紫云英间作种植玉米播种后，沿垄沟中线播种紫云英；5）药剂灭草采用喷杆式喷雾机在玉米和紫云英播种后出苗前进行土壤封闭除草，并在出苗后适时进行苗后化学除草；6）机械收获
玉米成熟后，适时收获玉米籽粒，将玉米秸秆充分粉碎与紫云英残体一同留在田间；7）按照步骤1）～6）的方法循环往复。
6.进一步讲，所述步骤2）的起垄方式为等行距标准垄；优选的，垄间距60～70厘米，垄高18～22厘米，垄向笔直，垄体饱满。
7.进一步讲，所述步骤3）中的玉米品种可选用符合当地土壤及气候条件的主栽品种，施肥量可根据农田地力水平及品种需肥特点进行合理调整。
8.进一步讲，所述步骤4）中种植的紫云英（astragalus sinicus l.），是豆科黄耆属二年生草本植物，主要分布于中国长江流域各省区，是当地一种常见的绿肥作物。紫云英在本方法中具有以下优点：1.紫云英叶量丰富，可以提高地表覆盖度，削弱雨水动能，防止雨水对地表的直接冲刷。2.紫云英根系发达，可以固定土壤并提高土壤抗蚀性，减少径流对土壤颗粒的搬运。3.东北地区春玉米适宜出苗温度在10℃以上，紫云英适宜发芽温度在15℃以上。在同步播种的情况下，玉米和紫云英根据其自然特性出苗晚于玉米，避免和玉米苗期的竞争；在中后期玉米生长迅速，玉米植株高大处于上层，紫云英为浅根系半匍匐性草本植物，矮小层，处于下层，不和玉米形成竞争，形成良好的时空分布。4.紫云英植株低矮，侧根发达，与垄上种植玉米形成良好立体空间分布，在不影响作物生长的同时，提高光能利用效率。5.紫云英为豆科植物，根瘤密布，固氮能力强；株体翻压还田腐解后可以提升土壤碳氮含量，有利于后茬作物增产和土壤质量提升。6.紫云英为热带亚热带植物，在东北地区种植由于气候条件限制不能完成完整生长周期，不能成熟结籽，无种子残留土壤，不影响次年作物种植。
9.进一步讲，所述步骤4）中在垄沟中播种紫云英时，苗带宽度为10厘米，播种量依据行距计算，计算公式为：紫云英播量（千克/公顷）=450/垄距（厘米）。紫云英播种方式根据生产条件选择人工撒播或机械条播方式。
10.进一步讲，所述步骤5）中选用的化学封闭除草剂为50%乙草胺，出苗后除草剂为25%苯达松水剂。除上述化学除草剂外，也可选用其他化学除草剂，但需确保其同时适用于玉米与紫云英，对玉米及紫云英均无明显毒害作用。如果除草效果不好，可在整个生育期间进行额外除草。
11.所述的栽培方法中，除步骤4）紫云英种植和步骤5）中除草剂选择需严格参照此方法外，其余步骤中的作业参数和顺序均可根据当地农业生产方式和农机生产技术模式进行调整。
12.与现有技术相比较，本发明的一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法具有以下有益效果：本发明基于东北地区黑土坡耕地现有作物种类，农业生产模式，利用坡耕地玉米垄沟种植中，垄台与垄沟位差大的特点，垄上种植玉米，在垄沟种植紫云英，充分利用玉米和紫云英的生长发育时间和空间差异，合理利用田间光照、土壤水分及养分资源，在不更改种植作物种类，不更改基本种植模式和农机具规格的情况下，也不影响作物产量的同时增加地表覆盖度，增强土壤抗蚀性，极大的减少了坡耕地水土流失。此外利用紫云英豆科作物的固氮能力，还可以起到改善土壤肥力的作用。本发明此方法成本低廉，操作简单，可和该地区的生产方式灵活结合，无需使用额外的农业器械，产投比高，可行性好。
附图说明
13.图1是本发明的一种实施例的种植流程图；图2是本发明的玉米—紫云英间作种植的技术原理示意图；图3是本发明具体实施例的玉米—紫云英间作种植防治水土流失的实例图。
具体实施方式
14.图1和图2给出了本发明耕作方法的种植流程图和玉米—紫云英间作种植的技术原理示意图。本发明技术方案具体实施包括以下步骤：
15.1）灭茬整地。前茬作物收获后，采用大型深松联合整地机或重型缺口灭茬耙结合机械深松机及时进行秸秆还田、秋松、翻、耙、平等作业，达到地表平整，土壤细碎上虚下实。
16.2）起垄镇压。整地后，采用拖拉机配套起垄整形机、进行机械起垄，标准垄宽为65厘米，垄高18厘米，垄向笔直，垄体饱满。起垄后及时重镇压，达到待播状态。
17.3）播种施肥。春季使用带有中耕型窄轮胎拖拉机，配置玉米精密播种机在垄上进行单行播种和施肥作业。种植玉米品种选用符合当地土壤及气候条件的主栽品种，播种深度3-5厘米；施肥量可根据农田地力水平及品种需肥特点进行合理调整，底肥施用深度8-10厘米。
18.4）间作种植紫云英。作物播种后，沿垄沟中线播种紫云英，播幅为垄沟中线两侧10厘米，播种量为7千克/公顷，播种方式可选择机械或人工撒播。
19.5）药剂灭草。采用喷杆式喷雾机在玉米播种后出苗前进行土壤封闭除草，封闭除草剂为50%乙草胺。玉米5叶期进行苗后化学除草，除草剂为25%苯达松水剂。
20.6）机械收获。玉米成熟后，待籽粒水分降至25%以下，采用配备秸秆粉碎装置的玉米联合收获机，收获玉米籽粒并将作物秸秆连同紫云英残茬直接覆盖于地表。
21.7）作物收获后，适时执行步骤1），将作物和紫云英残茬进行翻耕或碎混还田。
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.实施例1：于2022年在黑龙江省齐齐哈尔市克山县粮食沟水土保持监测站进行了田间试验，试验径流小区为规格20米
×
5米标准径流小区，地表坡度为3
°
，土壤类型为厚层黑土。玉米生育期有效积温2530℃，降雨量296毫米。具体实施例中包括以下步骤：
24.1）灭茬整地。于2022年4月末进行旋耕及秸秆碎混作业。
25.2）起垄镇压。整地完成后，立即采用拖拉机配套起垄整形机、进行机械起垄，垄宽为65厘米，垄高18厘米。
26.3）播种施肥。5月上旬使用玉米精密播种机在垄上进行单行播种和施肥作业。所种植玉米品种为吉龙105，株距20厘米，播深3厘米；每公顷施用500千克复合肥（n:p2o5:k2o=15:15:15）为底肥，施肥深度8厘米。播种后及时镇压。
27.4）间作种植紫云英。作物播种后，沿垄沟中线播种紫云英，播幅为垄沟中线两侧10厘米，播种量为6.5千克/公顷，播种方式为人工撒播。
28.5）药剂灭草。采用喷杆式喷雾机在玉米播种后出苗前进行土壤封闭除草，封闭除
草剂为50%乙草胺。玉米5叶期进行苗后化学除草，除草剂为25%苯达松水剂。
29.6）机械收获。秋季玉米成熟后，采用玉米联合收获机，收获玉米籽粒并将作物秸秆粉碎后连同紫云英残茬直接覆盖于地表。
30.7）作物收获后，于冬前将地表作物秸秆及紫云英残茬旋耕还田。
31.测定结果表明，传统种植方式玉米产量为9860.3千克/公顷，土壤年侵蚀模数为1.126吨/公顷，采用本玉米-紫云英间作方式的籽粒产量为10630.7千克/公顷，土壤年侵蚀模数为0.167吨/公顷。与较传统种植方式相比，本方法籽粒产量增加7.25%，侵蚀模数降低85.2%；
32.实施例2：于2022年度在黑龙江省哈尔滨市宾县水保科技园进行了田间试验，试验径流小区为规格30米
×
5米径流小区，地表坡度为5
°
，土壤类型为厚层黑土。玉米生育期有效积温2760℃，降雨量436.4毫米。具体实施例中包括以下步骤：
33.1）灭茬整地。于2021年秋采用重型缺口灭茬耙结合机械深松机及时进行深翻、耙、平等作业。
34.2）整地后，采用拖拉机配套起垄整形机、进行机械起垄，标准垄宽为60厘米，垄高20厘米。起垄后及时重镇压，达到待播状态。
35.3）播种施肥。2023年春季地温稳定通过10℃后，使用带有玉米精密播种机的窄轮拖拉机，在垄上进行单行播种和施肥作业。所种植玉米品种为先正达408，株距18厘米，播深为镇压后4厘米；每公顷施用650千克玉米专用复合肥（n:p2o5:k2o=21:7:12）为底肥，施肥深度9厘米。
36.4）间作种植紫云英。作物播种后，沿垄沟中线播种紫云英，播幅为垄沟中线两侧10厘米，播种量为7.5千克/公顷，播种方式为人工撒播。
37.5）药剂灭草。采用喷杆式喷雾机在玉米播种后出苗前进行土壤封闭除草，封闭除草剂为50%乙草胺。玉米5叶期进行苗后化学除草，除草剂为25%苯达松水剂。在生育
38.6）机械收获。玉米成熟后，待籽粒水分降至25%以下，采用配备秸秆粉碎装置的玉米联合收获机，收获玉米籽粒并将作物秸秆连同紫云英残茬直接覆盖于地表。
39.7）作物收获后，于当季将作物和紫云英残茬进行翻耕还田。
40.测定结果表明，传统种植方式玉米产量为11860.3千克/公顷，土壤年侵蚀模数为1.448吨/公顷，采用本玉米-紫云英间作方式的籽粒产量为12030.7千克/公顷，土壤年侵蚀模数为0.214吨/公顷。与较传统种植方式相比，本方法籽粒产量增加1.42%，侵蚀模数降低82.9%；
41.实施例3：2022年度在黑龙江省海伦市农业站进行了田间试验，试验径流小区为规格20米
×
5米径流小区，地表坡度为7
°
，土壤类型为厚层黑土。玉米生育期有效积温2460℃，降雨量330.4毫米。具体实施例中包括以下步骤：
42.1）灭茬整地。于2022年春季采用联合整地机进行秸秆还田、秋松、翻、耙、平等作业，达到地表平整，土壤细碎上虚下实。
43.2）起垄镇压。整地后，采用拖拉机配套起垄整形机、进行机械起垄，标准垄宽为70厘米，垄高22厘米，垄向笔直，垄体饱满。起垄后及时重镇压，达到待播状态。
44.3）播种施肥。春季使用带有中耕型窄轮胎拖拉机，配置玉米精密播种机在垄上进行单行播种和施肥作业。所种植玉米品种为德美亚1号，株距15厘米，播深为镇压后5厘米；播种时每公顷施n、p2o5和k2o量分别为80、70和60千克作为为底肥，施肥深度10厘米。
45.4）间作种植紫云英。作物播种后，沿垄沟中线播种紫云英，播幅为垄沟中线两侧10厘米，播种量为6.5千克/公顷，播种方式为人工撒播。
46.5）药剂灭草。采用喷杆式喷雾机在玉米播种后出苗前进行土壤封闭除草，封闭除草剂为50%乙草胺。玉米5叶期进行苗后化学除草，除草剂为25%苯达松水剂。
47.6）机械收获。玉米成熟后，待籽粒水分降至25%以下，采用配备秸秆粉碎装置的玉米联合收获机，收获玉米籽粒并将作物秸秆连同紫云英残茬直接覆盖于地表。
48.7）作物收获后，于次年春季将作物和紫云英残茬进行翻耕还田。
49.测定结果表明，传统种植方式玉米产量为9229.73千克/公顷，土壤年侵蚀模数为1.95吨/公顷，采用本玉米-紫云英间作方式的籽粒产量为10382.9千克/公顷，土壤年侵蚀模数为0.19吨/公顷。与较传统种植方式相比，本方法籽粒产量增加11.1%，侵蚀模数降低90.26%。
50.结果分析：如图3所示，采用本发明方法的紫云英—玉米间作的栽培方式，可显著增加田间地表覆盖度，有效的防止了雨水对地表的直接冲刷，同时紫云英根系极大的增加了固土能力，比对照无间作处理径流小区土壤侵蚀量降低86.1%。紫云英—玉米间作的栽培方式平均籽粒产量为11014.8千克/公顷，比对照无间作处理径流小区相比增加6.6%。综上所述，本发明黑土区坡耕地新型耕作方法能达到坡耕地防控水土流失目的，并提升作物产量和土壤肥力，具有极高的可行性。

技术特征：
1.一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法，其特征在于，包括以下步骤：1）灭茬整地前茬作物收获后，进行秸秆还田、秋松、翻、耙、平作业；2）起垄镇压整地后进行机械起垄，起垄后及时重镇压，达到待播状态；3）播种施肥春季使用玉米精密播种机在垄上进行单行播种，同时施入底肥；4）紫云英间作种植玉米播种后，沿垄沟中线播种紫云英；5）药剂灭草采用喷杆式喷雾机在玉米和紫云英播种后出苗前进行土壤封闭除草，并在出苗后适时进行苗后化学除草；6）机械收获玉米成熟后，适时收获玉米籽粒，将玉米秸秆充分粉碎与紫云英残体一同留在田间；（7）按照步骤1）～6）的方法循环往复。2.根据权利要求1所述的栽培方法，其特征在于，步骤2）中所述的起垄方式为等行距标准垄，垄间距60～70厘米，垄高18～22厘米。3.根据权利要求1所述的耕作方法，其特征在于，步骤3）中所述的玉米品种可选用符合当地土壤及气候条件的主栽品种，施肥量可根据农田地力水平及品种需肥特点进行合理调整。4.根据权利要求1所述的耕作方法，其特征在于，步骤4）中种植的紫云英为长江流域常见豆科植物，具有叶面积大、根系发达、株高低、耐阴、固氮能力强的特点。5.根据权利要求1所述的耕作方法，其特征在于，步骤4）中玉米垄上播种后，在垄沟中播种紫云英时，苗带宽度为10厘米，播种量依据垄距计算，计算公式为：紫云英播量（千克/公顷）=450/垄距（厘米），播种方式根据生产条件选择人工撒播或机械条播方式。6.根据权利要求1所述的耕作方法，其特征在于，步骤5）中选用的化学封闭除草剂为50%乙草胺，出苗后除草剂为25%苯达松水剂。

技术总结
本发明公开了一种减少东北地区坡耕地玉米地土壤侵蚀的耕作方法，包括以下步骤：1）灭茬整地、2）起垄镇压、3）播种施肥、4）紫云英间作种植玉米、5）药剂灭草、6）机械收获、7）按照步骤1）～6）的方法循环往复。本发明利用热带亚热带植物紫云英在东北地区不能结种成熟，且在空间上与玉米无显著的空间和养分竞争、耗水量较少的特点，在不改变当前种植作物种类和农机具的情况，在坡耕地顺坡垄作的玉米垄沟间作种植紫云英，紫云英叶面极大的增加了地表覆盖度、削弱雨水动能、防止雨水对地表的直接冲刷；结合紫云英根系对土壤的固定作用来减少了坡耕地泥沙量实现侵蚀防控，并利用紫云英本身固氮能力、改善土壤肥力，最后实现减蚀增产。最后实现减蚀增产。最后实现减蚀增产。


技术研发人员：王仕稳 董爱华 刘帅康 殷俐娜
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/20