阅读说明：本技术 一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法 (Method for improving soil solar disinfection effect by using mechanized farming machine ) 是由 杨雅婷 崔志超 高庆生 管春松 陈永生 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法,该方法包括选择在6～8月进行太阳能对土壤消毒,将前茬作物残体清理干净,进行深松或深耕,起垄,进行灌溉,用地膜将整个垄面覆盖,用土壤在垄沟将地膜四周压实,保证地膜与土壤之间紧密无漏缝。本发明的方法提升了土壤的蓄热保温能力,提高了太阳能消毒时的土壤温度,且不需要额外能源加温土壤；该方法不需化学试剂,使土壤中有害病虫在不使用药剂消毒情况下大大降低,也使杂草的复活率降低；该方法既降低了种植时农药和除草剂的使用量,也降低了农药残留的可能,从而对环境无毒副作用；还可在不使用除草剂的情况下,减少了人工除草用工量,降低了生产成本,并使农作物的产量提高。(The invention relates to a method for improving the solar disinfection effect of soil by using mechanized farming implements, which comprises the steps of selecting solar energy to disinfect the soil in 6-8 months, cleaning the residues of previous crops, deeply loosening or ploughing, ridging, irrigating, covering the whole ridge surface with a mulching film, compacting the periphery of the mulching film in furrows with soil, and ensuring the tightness between the mulching film and the soil without leaking seams. The method improves the heat storage and preservation capacity of the soil, improves the soil temperature during solar disinfection, and does not need additional energy to heat the soil; the method does not need chemical reagents, greatly reduces harmful pests in soil under the condition of no use of medicament disinfection, and also reduces the reactivation rate of weeds; the method reduces the usage amount of pesticide and herbicide during planting, and also reduces the possibility of pesticide residue, thereby having no toxic or side effect on the environment; under the condition of not using herbicide, the labor amount of manual weeding is reduced, the production cost is reduced, and the yield of crops is improved.)

一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法

技术领域

本发明涉及一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，属于农业生产技术领域。

背景技术

土壤中病原微生物的积累会引起连作障碍的发生，由此带来的作物产量和品质下降在作物栽培过程中广泛存在。随着设施蔬菜生产逐渐向产业化、专一化和规模化发展，连作障碍现象不断加剧，严重制约我国设施蔬菜产业的可持续发展。连作障碍产生的原因错综复杂，是作物-土壤双系统多因素交互作用的结果，主要由土传病害、土壤理化性状劣化以及自毒作用引起，其中70％以上的连作障碍由土传病害引起，20％左右由土壤理化性状劣化引起，其余则和作物自毒作用有关。

土传病害是一类危害性极大的植物病害，常造成植株成片死亡。引起土传病害的病原生物种类很多，包括真菌、细菌、线虫、病毒等，其中以真菌为主，通常侵染植物根部。设施栽培下高温高湿的空气环境，以及长期连作下富集残茬、药肥和根系分泌物的土壤环境，更适宜病原生物的繁殖，因此更易发生土传病害。

如何进行土壤消毒、缓解土传病害、克服连作障碍是一项亟待解决的世界性难题，目前预防措施技术主要有物理方法、农艺措施、化学方法、生物技术和综合防治等技术方法。其中，物理防治方法通常利用热量和电流杀死病原生物，主要有蒸汽消毒、高温淹水、电处理、火焰高温燃烧、微波处理等处理方式，环境影响小、应用范围广，无需等待或等待时间很短，即可开展栽培。但大部分物理防治方式需要额外能量作用于土壤，作业成本高；如采用高温土壤消毒机，需要在燃烧仓内补充燃料，工作分为旋土和加热，即将旋耕和消毒结合起来，进行一体化作业。前面的旋土部分通过旋耕提取一定深度的土壤，并以薄层的方式抛向后方加热部分，进行瞬间高温燃烧火焰杀菌杀虫，清除有病虫害、杂草和有机农药。在使用时，旋耕机构将土壤团粒向上送出，延长土壤颗粒在消毒高温区的停留时间，增加火焰和土壤接触时间，碎土机构将旋耕机构扬出的土壤团粒进行切削，可以减小土壤颗粒尺寸，燃烧器的火焰喷射口朝向旋耕机构扬出的土壤团粒，从而加热空气并灼烧土壤团粒进行消毒。但是燃烧器容易被土掩盖，容易发生火焰喷射口堵塞，有很大的安全隐患，所以，在机具进行作业时，对操作人员的安全防护要求较高。

太阳能土壤消毒技术是利用太阳光热资源，采用地膜覆盖、秸秆填埋、添加生物菌剂、添加有机肥等辅助手段，在高温季节提高土壤温度，进而对土壤中病原微生物进行杀灭或减活的技术手段。中国专利文献 200810163382.4公开了一种用水浸渍土壤进行土壤消毒的方法，但是该方法仍需要额外进行加温，导致成本增加。中国专利文献200910261544.2公开了一种环保高效的土壤消毒方法，向水中添加消毒药剂，会导致消毒剂的残留。还有利用太阳能照射，对日光温室或塑料大棚造成棚内高温，形成密闭厌氧的环境来杀灭病原物，但是其造价高，只能用于温室或有塑料大棚，大田露地环境下无法使用。如何开发一种可适应性广、灭菌率高、绿色环保、成本低、操作安全，药剂残留少的土壤消毒方法很有必要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，该方法利用机械化耕作机具构建有助于土壤蓄热保温的土壤结构，可进一步提高土壤利用太阳能的能力，不需要消耗额外能源，清洁环保，无需等待即可进行种植。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，其包括如下步骤：

S1、时间选择：选择在6～8月进行太阳能对土壤消毒；

S2、土壤准备：将田块土壤中的前茬作物残体清理干净，无明显残余秸秆和根系；

S3、机械化深松：采用深松机或深耕机将待消毒区域土壤进行深松或深耕；

S4、起垄：根据作物品种农艺要求或实际田块情况选择垄面宽D₁，根据种植模式和田块宽度或大棚宽度B和垄面宽D₁安排起垄数n、沟宽 D₂和起垄路径，用起垄机在待种植区按起垄路径规划进行起垄，起垄高度即垄高H为15～20cm；

S5、灌溉：采用漫灌方式对垄面进行灌溉，一次性灌水至地表见明水，或进行多次灌水；

S6、覆膜：根据垄高H和垄面宽D₁选择宽度W的地膜，覆盖地膜后，地膜应能完全覆盖整个垄面，用土壤在垄沟将地膜四周压实，保证地膜与土壤之间紧密无漏缝、无孔洞，消毒期间，确保地膜与土壤紧密贴合无缝隙。

在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，所述选择在7～8月间进行利用太阳能对土壤消毒。

7～8月的这个时间段通常的太阳辐射最强烈，效果较好，所以优选在 7～8月间进行。

在一个优选的实施方案中，在步骤S3中，所述深松机为旋转铲式深松机。

在一个优选的实施方案中，在步骤S3中，所述深松或深耕的深度应达到25cm以上，随机取样土块的直径为3～5cm的比例应大于85％以上。

本发明研究发现通过深松或深耕的深度达到25cm～35cm，可有效使土壤松动、翻转，并为后续要进行太阳能消毒提供了较好的土壤深层结构，有助于辐射能量在土壤中向下层传递。土块的直径为3～5cm的比例应大于85％以上，可使土壤接受太阳能辐射的能力均匀，土壤温度均匀升高，充分杀菌灭虫。深松或深耕的深度小于25cm达不到翻土的目的，深度大于35cm后土壤温度进一步提高的效果不明显，且需要的动力加大、成本增加，所以深度优选25cm～35cm。

在一个优选的实施方案中，在步骤S4中，所述田块宽度或大棚宽度 B、垄面宽D₁、沟底宽D₂、起垄数n满足公式1.1×(D₁+1.5×D₂)×n＜B。

在一个优选的实施方案中，在步骤S4中，所述垄面宽D₁为 80～240cm；

当起垄数n大于1时，所述沟底宽D₂为20～50cm。

在一个优选的实施方案中，在步骤S4中，所述田块宽度或大棚宽度 B、垄面宽D₁、沟底宽D₂、起垄数n满足公式1.1×(D₁+1.5×D₂)×n＜B。

为有效增大土壤可以接受太阳辐射的面积，采用起垄机的垄面宽优选为80～240cm，这样不仅便于操作，且可直接使用起垄机，节省人力，起垄高度H优选为15～20cm。研究发现，起垄高度低于15cm，其微生物的灭菌效果不显著，当高于20cm之后，灭菌效果差异不大，为了节约成本优选起垄高度为15～20cm。沟底宽是指相邻两个垄面之间凹处的宽度。沟底宽如果小于15cm，会使部分土壤不能充分接受太阳能照射，影响灭菌效果，沟底宽超过50cm会造成土壤使用面积的浪费，所以优选沟底宽 15cm～50cm；田块宽度或大棚宽度B、垄面宽D₁、沟底宽D₂、起垄数n 满足由大量经验获得的公式1.1×(D₁+1.5×D₂)×n＜B，从而确定起垄数 n及沟底宽D₂，不仅有效进行起垄作业的操作，而且有效利用田地耕作的面积。

在一个优选的实施方案中，在步骤S4中，起垄数n为单数时，起垄路径为先将驾驶拖拉机至入口对面，掉头后从靠边一侧开始作业，一垄作业结束后掉头继续作业，如此往复，整个过程中不得在已起垄后的土壤上再行走；

起垄数n为双数时，起垄路径为从入口一侧靠边开始作业，一垄作业结束后掉头继续作业，如此往复，整个过程中不得在已起垄后的土壤上再行走。

在一个优选的实施方案中，在步骤S5中，一次灌水后可间隔两小时后再次灌水，使垄面下的土壤距离表面30cm深处的土壤相对含水率应达到60％以上。

经研究发现，经过灌水使得垄面下的土壤距离表面30cm深处的土壤相对含水率应达到60％以上，可使距离表面30cm处土壤的有害微生物有效消灭，如果含水率低或不进行灌水，土壤深处30cm处的有害生物的灭活失效率不明显。

在一个优选的实施方案中，在步骤S6中，所述垄高H、垄面宽D₁和地膜宽度W满足公式：W＞1.1×(D₁+2×H)。

覆膜的时候，为了地膜严密覆盖垄面，地膜宽度W应该至少大于 D₁+2A，其中，A是垄两倾斜侧面的宽度。但是在实际生产中，垄两倾斜侧面的宽度A因不方便测量、而用某倍数乘以垄高H近似代替。因此，根据经验选择地膜宽度W＞1.1×(D₁+2×H)，这样地膜将整个垄面及垄面两个侧面完全覆盖，使得地膜密封性能更加优良。

在一个优选的实施方案中，在步骤S6中，所述地膜应为透明聚乙烯膜。

经试验研究发现，采用地膜为透明薄膜的效果优于其他颜色或黑色地膜，因透明地膜覆盖下的土壤温度均高于其它颜色地膜的温度，所以透明地膜进行太阳能消毒效果较好。

在一个优选的实施方案中，在步骤S6中，所述地膜的厚度为 0.05mm～0.1mm。

地膜的厚度优选为0.05mm～0.1mm，既保证太阳光透过薄膜；又保证其保温性能，如果太薄保温性能会降低，如果太厚会使太阳光不能有效透过地膜，温度达不到有效灭菌温度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，具体利用常见机械化耕作机械构建土壤结构，增强土壤蓄热保温能力，进一步提高了太阳能辐射下的土壤温度；同时也不需要额外能源加温土壤，消毒结束后无需等待化学药剂挥发即可进行种植，生产成本大大降低；该方法可在不使用除草剂的情况下，使杂草的复活率降低，减少了人工除草用工量，也进一步降低了生产成本。该方法可在不使用药剂消毒情况下，有效灭活或减活土壤中的有害生物，大大降低了种植时农药的使用量和可能发生的农药残留，对环境无毒副作用。

本发明提供的方法不仅可用于大棚还可用于大田露地环境下，适用范围广泛，该方法有效降低了后续种植时，农药和除草剂的使用量，也降低了农药残留的可能，同时还改善了土壤的团粒结构，有效提高农作物的产量和品质。

附图说明

图1为单起垄数时机具的作业路径示意图；

图2为双起垄数时机具的作业路径示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。下述实施例中，采用的深松机的型号为吉瑞福DMSS型系列深松机，但不限于此。

实施例1

实施地点：江苏无锡某大棚蔬菜生产基地

待处理土壤前茬作物为甜瓜，发现有根结线虫病害。

一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，包括以下步骤：

(1)选择在7月26日～8月15日进行消毒，在8m宽度大棚进行太阳能消毒作业；

(2)根据棚膜情况，进行适当的棚膜清洗；关闭温室所有的内外遮阳网；

(3)选择厚度为0.05的透明旧地膜，无破损无明显污渍；

(4)人工将田块残余的瓜秧、叶片、根系等残体清理干净至无明显残余；并揭去甜瓜种植时残留的地膜；

(5)用深松机将待消毒区域土壤进行深松，配套拖拉机动力应大于 30kW，降低机具行走速度至30m/min，深松深度达到30cm以上，挖开横截面随机取30cm深度内的土样，土壤平均块径为3～5cm的土壤碎土率大于85％以上；

(6)根据茬口安排，下茬作物为黄瓜，黄瓜适宜的株行距为35× 60cm，农艺要求为一垄2行、垄面宽D₁为100cm，已知大棚宽度B为 800cm，应满足公式1.1×(D₁+1.5×D₂)×n＜B，因此可得到沟底宽D₂、起垄数n需要满足的公式为：沟底宽D₂一般大于15cm，因此计算得出n＜5.59，取整n＝5。再重新计算D₂＝[B/(1.1×n)-D₁]/1.5＝30cm，由于大棚裙边处高度低、不易耕到，因此实际沟底宽D₂可取25cm左右。垄距L取150cm，一跨五垄，因此选用YTLM-100型起垄机进行起垄，垄面宽D₁为100cm，起垄高度即垄高H为20cm；

(7)由于起垄数n为单数，考虑到机具一次性进棚后，不得在已起垄后的土壤上再行走，因此从入口进棚后，应先驾驶拖拉机至入口对面，掉头后从一边再开始作业，一垄作业结束后掉头继续作业，如此往复，作业路径如图1所示。

若起垄数n为双数，考虑到机具一次性进棚后，不得在已起垄后的土壤上再行走，因此应从入口进棚后，可直接从入口一侧靠边开始作业，一垄作业结束后掉头继续作业，如此往复，作业路径如图2所示。

(8)采用漫灌方式进行灌溉，一次性灌水至地表见明水，间隔2h 后再次灌水至地表见明水，直到土壤表面30cm以下深处的土壤相对含水率达到60％以上；

(9)为了严密覆盖整个垄面，垄高H、垄面宽D₁和地膜宽度W应满足以下公式：W＞1.1×(D₁+2×H)，计算得W＞154cm，选择宽度为 160cm、厚度为0.05mm透明聚乙烯膜，覆盖地膜后，用土壤在垄沟将地膜四周压实，保证地膜与土壤之间紧密无漏缝。

(10)消毒期间，应每天检查覆膜情况，确保地膜与土壤紧密贴合无缝隙，不应揭开地膜查看；

(11)关闭温室所有门窗至8月15日，打开温室所有门窗、通风口和内外遮阴网，5d后开始移栽黄瓜。

在同一大棚内进行沿纵向划分为5块区域，在实施该实施例的同时进行了其它四组进行对比，四组对比分别采用传统不进行机械耕作即开始太阳能消毒(空白对照)、只进行深松机械作业后进行太阳能消毒、只进行旋耕机械作业后进行太阳能消毒和只是起垄后进行太阳能消毒的土壤，测量在距离垄面下40cm处土壤的温度，同时种植黄瓜进行对比，对比结果如表1所示。

表1整地机械作业对太阳能土壤处理下的土壤温度和作物产量结果

其中，农药减少量是通过与空白对照进行的比较获得的数据，温度越高，灭菌能力越强，即对土壤微生物的杀伤力就越大；温度越高，对病虫害的杀伤力也越大，上述结果说明，本发明方法使得土壤温度显著提高，对土壤微生物的消毒效果明显，虫害作用也减少，有效减少农药的使用量，降低成本，并且还提高了黄瓜的产量。

实施例2

实施地点：山东胶州某露地蔬菜生产基地

待处理土壤长期实行大白菜-毛豆-大白菜轮作的种植制度，采用轮作毛豆来控制连作障碍的效果下降，大白菜病虫害逐年加重。

一种利用机械化耕作机具提高土壤太阳能消毒效果的方法，包括以下步骤：

(1)根据情况选择在7月15日～8月10日进行消毒；

(2)选择厚度为0.05mm的透明新地膜；

(3)人工将田块残余的毛豆秸秆和根系清理干净；

(4)用深松机将待消毒区域土壤进行深松，配套拖拉机动力应大于 30kW，降低机具行走速度至30m/min，深松深度应达到30cm以上，挖开横截面随机取30cm深度内的土样，土壤平均块径为3～5cm的土壤碎土率大于85％以上；

(5)根据茬口安排，下茬作物为大白菜，株行距为30×60cm，农艺要求为一垄2行、垄面宽D₁为80cm，已知该地块宽度B为2500cm，应满足公式1.1×(D₁+1.5×D₂)×n＜B，因此可得到沟底宽D₂、起垄数n 需要满足的公式为：n<25/(1.1(1+1.5D₂))，大白菜种植时沟底宽D₂一般大于15cm即可，因此计算得出n＜18.55，取整n＝18。再重新计算 D₂＝[B/(1.1×n)-D₁]/1.5＝30cm，由于地块较大、起垄数较多，起垄过程中的操作误差易积累，有可能影响最后一次起垄作业的土壤空间，实际起垄时沟底宽D₂可取15cm左右。垄距L取130m，一共18垄，垄面宽D₁为80cm，沟底宽D₂为15cm，起垄高度H为15cm；

(6)由于起垄数为双数，因此机具从田块入口进入后，直接从田块一侧开始作业，一垄作业结束后掉头继续作业，作业路径如图2所示。

(7)采用漫灌方式进行灌溉，即直接浇水到垄面上，等水慢慢下渗。一次性灌水至地表见明水，间隔2h后再次灌水至地表见明水，直到土壤表面30cm以下深处的土壤相对含水率达到60％以上；

(8)为了严密覆盖整个垄面，垄高H、垄面宽D₁和地膜宽度W应满足以下公式：W＞1.1×(D₁+2×H)，计算得W＞121m，选择宽度为 140cm、厚度为0.05mm透明聚乙烯膜，覆盖地膜后，用土壤在垄沟将地膜四周压实，保证地膜与土壤之间紧密无漏缝。

(9)消毒期间，应每天检查覆膜情况，确保地膜与土壤紧密贴合无缝隙，不应揭开地膜查看；

(10)消毒结束后，提前1～2d揭去地膜，即可开始播种大白菜。

将该生产基地划分为5个区域分别进行试验，一个区域进行上述步骤，其余4个区别分别进行了只进行深松机械作业后进行太阳能消毒、只进行旋耕机械作业后进行太阳能消毒、只是起垄后进行太阳能消毒和不做任何处理太阳能消毒即空白对照，测量在距离垄面下30cm处土壤的温度，同时种植大白菜后的对比结果如表2所示。

表2整地机械作业对太阳能土壤处理下的土壤温度和作物产量结果

其中，人工除草用工减少量是通过与空白对照进行的比较获得的数据，上述结果说明，本发明方法使得土壤温度显著提高，对土壤有害微生物的消毒效果明显，在未使用除草剂的情况下，使杂草率大大降低，减少了人工除草的用工量，降低成本，并且还提高了大白菜的产量，说明本发明方法对土壤结构进行有效改善，能提高作物产量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。