一种农田水陆两栖休耕的方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种农田水陆两栖休耕的方法。

背景技术

我国在大部分的农业生产过程中，为提高农作物产量，或防止作物出现害虫，普遍使用大量的化肥和农药。主要使用的农药包括有机氯类农药、有机磷类农药、氨基甲酸酯类以及拟除虫菊酯类农药四大类。有机氯农药是一大类含有氯原子的有机杀虫剂，主要包括六六六、艾氏剂、滴滴涕、林丹等；有机磷农药主要指含磷元素的有机化合物农药，如乐果、敌百虫等。氨基甲酸酯类农药含氮氨基甲酸酯类衍生物，如速灭威、西维因、涕灭威等。拟除虫菊酯类农药是天然除虫菊酯的仿生杀虫剂，如联苯菊酯、氯菊酯等。据统计，使用的农药中杀虫剂、杀菌剂、除草剂的比例为75:1:15，而高毒害杀虫剂有机磷占70％以上，而有机氯农药在禁用10年后的农产品中仍可检出。

近几十年来，由于化肥和农药的过量使用以及农田的常年连作，导致耕地地力下降，土壤酸化板结、农药残留、重金属污染等问题日益突出，尤其是重金属Cd及持久性有机污染物(有机氯、有机磷等)土壤污染可直接影响生态环境安全及农产品安全，并可通过食物链对人体健康造成潜在危害。因此，日趋下降的生物多样性和农田生态安全问题已成为生态学、土壤学、环境科学领域亟待解决的问题。而土壤及水体中微生物种类繁多，及时难降解的有机氯类农药，也能通过微生物的升华反应，主要包括烷基化、脱羟作用、脱卤作用、脱氮作用、氧化还原反应等复杂的过程，将大分子类农药降解成小分子物质。

目前主要的休耕方式有季节性休耕、全年性休耕、连续休耕。①季节性休耕：休半年种半年，基本能达到种地、养地、护地要求。主要模式有“水稻-紫云英”、“水稻-油菜”，既能增加土壤肥力，改良土壤结构，又可以兼顾生态效益和经济效益，但这种休耕模式不能彻底解决重金属、农药残留较严重的土地。

②全年休耕：休一年种一年，采用“闲置-紫云英-恢复种植”模式，该模式能够达到节水培肥节药养地的目的，但经济效益较差，造成土地资源的浪费。

③连续休耕：连续休耕3年，实行“紫云英—闲置”模式，是重金属污染防治式休耕方式，可以培肥提高耕地地力，但管理不好会破坏田埂及农田基础设施，周期较长的休耕导致杂草丛生影响农田生态系统。

然而传统的休耕方法只能一定程度上减少化肥的使用，但是重金属及农药残留问题得不到根本改善；而且传统的休耕方法耗时较长，国际上基本需要5～10年的休耕造林或种植草皮，土地利用效率大大降低；此外传统的休耕方式基本没有经济产出，容易造成土地资源的浪费。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种农田水陆两栖休耕的方法，主要是紫云英等豆科植物生长可以依靠自身的根瘤菌固氮，可以大幅提升土壤肥力；紫云英深翻发酵后产生的腐殖酸可以固定土壤中的Cd等重金属，其主要机制是通过增加土壤电荷促使Cd

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过如下技术方案实现的。本发明提供一种农田水陆两栖休耕的方法，所述方法包括：

1)农田改造：在农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，所述环沟的坡比为1：1～1:3；所述环沟的宽度为2～5m；所述环沟的深度为0.5～1.5m；

2)冬季水休耕：每年10月份在农田中播种紫云英；

3)春季翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻入田；并提高水位将农田淹没；

4)水草种植：春季或夏季开始在所述环沟中种植水草；

5)水草收割：所述水草生长旺盛后收割转移到农田堆肥；

6)水产养殖：水草种植完成后，环沟的水体中投放水生动物。

在本发明的一些实施方式中，所述农田改造步骤中，所述环沟的面积与农田面积的比例为1：9～3：7。

在本发明的一些实施方式中，所述冬季水休耕步骤中，所述紫云英在播种前要进行消毒；所述消毒可以采用5～25％的盐水浸泡0.5～4h。

在本发明的一些实施方式中，所述冬季水休耕步骤中，所述紫云英的种子播种量为0.5～5公斤/亩。

在本发明的一些实施方式中，所述春季翻耕深沤步骤中，在紫云英开两盘花开始耕翻，至三盘花末期结束；所述深翻的深度为15～40cm。

在本发明的一些实施方式中，所述春季翻耕深沤步骤中，在深翻前泼洒生石灰；所述生石灰的用量为5～50公斤/亩。

在本发明的一些实施方式中，所述水草种植步骤中，所述水草包括四季常绿矮型苦草、伊乐藻、轮叶黑藻一种或多种的组合；所述水草的覆盖度大于等于80％。

在本发明的一些实施方式中，所述水草种植步骤中，在所述环沟的四周种植水花生、水生空心菜、水芹中的一种或多种的组合。

在本发明的一些实施方式中，所述水草收割步骤中，将生长过剩的水草打捞，晒干发酵制备水草肥。

在本发明的一些实施方式中，所述水草肥的制备方法包括：在水草中加入微生物菌液和生石灰。

在本发明的一些实施方式中，所述水产养殖步骤中，所述水生生物包括鱼、虾、蟹中的一种或多种的组合；优选的，所述环沟中鱼的投放密度为800-1200尾/亩；虾的投放密度为20-25kg/亩；蟹的投放密度为80-200只/亩。

具体实施方式

本发明发明人经过大量探索实验，提供了一种农田水陆两栖休耕的方法，采用“绿肥-种水草(套养鱼、虾、蟹等)-绿肥-种水草(套养鱼、虾、蟹等)-恢复生产”的模式，以两年为一个周期，冬季种植绿肥紫云英，春季绿肥耕翻深沤，夏季环沟种植沉水植物，放养鱼虾蟹，夏秋季水草掩上田；第二年冬季种植绿肥紫云英，绿肥耕翻深沤，夏季环沟种植沉水植物，放养鱼虾蟹等水产，水草掩上田，直至恢复农业生产。水陆两栖休耕不仅能原位钝化土壤中的重金属，减少恢复生产期作物对重金属(主要是Cd)的吸收；还可以有效降解持久性有机污染物(如有机氯、有机磷)，提升土壤有机质含量。因此，该方法适用于解决现有休耕技术中休耕效率低、经济效益无法兼顾的问题，在此基础上完成了本发明。

本发明的提供一种农田水陆两栖休耕的方法，所述方法包括：

1)农田改造：在农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，所述环沟的坡比为1：1～1:3；所述环沟的宽度为2～5m；所述环沟的深度为0.5～1.5m；

2)冬季水休耕：每年10月份在农田中播种紫云英；

3)春季翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻入田；并提高水位将农田淹没；

4)水草种植：春季或夏季开始在所述环沟中种植水草；

5)水草收割：所述水草生长旺盛后收割转移到农田堆肥；

6)水产养殖：水草种植完成后，环沟的水体中投放水生动物。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，在农田改造步骤中：包括在农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，此处的农田可以看成是陆域，环沟可以看成是水域，即形成了水陆结合的布局。通常情况下，环沟需要具备一定的坡比、宽度和深度。在一些实施例中，所述环沟的坡比可以为1：1～1:2；或1：2～1:3等。所述环沟的宽度也可以为2～3m；3～4m；4～5m；或2.5～4.5m等。所述环沟的深度为0.5～0.8m；0.8～1m；0.6～0.9m；或0.7～0.8m等。其中环沟的坡比是指即坡面的垂直高度(即环沟的深度)和水平宽度的比。

进一步的，所述农田改造步骤中，在一定农田面积的范围内要开垦环沟，通常情况下，所述环沟的面积与农田面积的比例为1：9～3：7。环沟面积占总面积10％-30％之间。在一些实施例方式中，所述环沟的面积与农田面积的比例为1：9～2：8或2：8～3：7等。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，冬季水休耕步骤中，每年10月左右在农田中播种紫云英。紫云英选自湘紫1号、弋江籽、徽紫一号等其中一种或多种。基于对农产品品质及安全的考虑，实现仿天然有机的健康农产品的产出，需要对耕地进行合理休耕。冬种紫云英绿肥是解决大量冬闲田的主要措施，是重要的有机肥源之一，具有改良土壤，提高土壤肥力的作用。紫云英(又名红花菜)，其根瘤菌属紫云英根瘤菌族，它不是土壤常住微生物区系，在未种植过紫云英的地区一般需要接种根瘤菌。根瘤菌的活性在返青期很弱，返青后急剧上升，初花期达到高峰，以后迅速下降。紫云英能作为重要的绿肥作物，是因为紫云英固氮能力强，氮素利用效率也高，株体腐解时对土壤氮素的激发量很大，因而在等氮量条件下对后作的增产效果比苕子、蚕豆等绿肥作物强，在我国南方农田生态系统中维持农田氮循环有着重要的意义。

通常情况下，紫云英在播种前，需要进行消毒。所述消毒例如可以采用盐水，更例如所述消毒可以采用5～25％的盐水浸泡0.5～4h。其中盐水的浓度也可以为5～10％；10～15％；15～20％；或20～25％等。浸泡的时间也可以为0.5～1h；1～2h；2～3h；或3～4h等。浸泡后然后用清水清洗干净后播撒在农田中。紫云英的播撒用量，一般为0.5～5公斤；在一些实施例中，紫云英的播撒量也可以为0.5-1公斤；1-2公斤；2-3公斤；3-4公斤；或4-5公斤等。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，春季翻耕深沤步骤中是将待所述紫云英盛花期将其深翻入田；并提高水位将农田淹没。紫云英发酵产生大量的有机酸、腐殖酸等络合土壤中残留的重金属Cd等。

在春季翻耕深沤步骤中，在紫云英开两盘花开始耕翻，至三盘花末期结束；所述深翻的深度可以为15～40cm；15～20cm；20～30cm；或30～40cm等。

在春季翻耕深沤步骤中，在深翻前泼洒生石灰。所述生石灰的用量为5-50公斤/亩。在一些实施例中，所述生石灰的用量也可以为5-10公斤/亩；10-20公斤/亩；20-30公斤/亩；30～40公斤/亩；或40-50公斤/亩等。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，水草种植步骤中，春季或夏季在所述环沟中种植水草。其中，所述水草包括四季常绿矮型苦草、伊乐藻、轮叶黑藻一种或多种的组合。所述水草的覆盖度大于等于80％。所述水草的覆盖度例如可以是80％～85％；85％～90％；或90％～95％等。水草的光合作用能产生一些负氧离子，负氧离子将土壤中浸出的持久性有机污染物降解。环沟四周还可以种植水花生、水生空心菜、水芹等中的一种或多种的组合。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，所述水草收割步骤中，所述水草成熟后收割转移到农田。环沟中生长旺盛的水草、割后掩上田，实现富营养化物质转移上岸，其既能够快速提升农田肥力，又可以因覆盖作用防止稻田杂草丛生。此外，也可以将生长过剩的水草打捞，晒干发酵制备水草肥。其中，所述水草肥的制备方法包括：在水草中加入微生物菌液和生石灰。微生物菌液主要包括光合细菌(Photosynthetic Bacteria)、苦草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、乳酸菌(lactic acid bacteria)、酵母菌(yeast)等一种或多种的组合。微生物菌液、生石灰、水草的质量比为10～100:5～50:500～1000。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，水产养殖步骤中，环沟的水体中投放水生动物。所述水产养殖步骤中，所述水生生物包括鱼、虾、蟹中的一种或多种的组合。水产养殖主要是套养模式，其中，鱼类例如可以是肉食性鱼类，例如鲈鱼、鱤鱼。虾类可放养小龙虾(克氏原螯虾)、罗氏沼虾；蟹主要放养低密度的中华绒螯蟹。所述环沟中鱼类的投放密度为800-1200尾/亩。虾放养的密度为20-25kg/亩，且雌雄比例为3：1。蟹投放密度为80-200只/亩。农田休耕期间，环沟的水域中投放鱼、虾、蟹等水生动物，水生动物捕捉害虫，其粪便又能被植物吸收；水产的低密度养殖能促进物质的循环及能量高效流动，同时实现一定的经济产出。

本发明所提供的农田水陆两栖休耕的方法中，按此模式轮番2年休耕，可以原位钝化土壤中重金属如Cd等重金属，又能实现有机磷、有机氯等农药残留的降解；同时可以提升土壤的综合肥力，达到国际上5～6年休耕的效果，土壤中的农药残留可以降到农业上八年到十年前的水平。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在下述实施例中，所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明，均可商购获得。

实施例1

1)农田改造：在重金属及农药残留污染农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，所述环沟的坡比为1：1.5；所述环沟的宽度为2m；所述环沟的深度为1m；

2)播种紫云英：10月份左右在农田中播种紫云英；按2公斤/亩的用量播种紫云英湘紫1号；

3)翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻15cm入田；并提高水位将农田淹没；深翻前均匀泼洒生石灰，其用量约50公斤/亩；

4)水草种植：春季或夏季在所述环沟中种植四季常绿苦草，后期根据需要补种轮叶黑藻；秋冬季种植伊乐藻，保障一年四季水下有草，水草覆盖度到达80％；

5)水草收割：水草成熟后收割转移到农田；

6)水产养殖：水草种植期间，环沟的水体中投放800尾/亩的鲈鱼及20kg/亩小龙虾等。

实施例2

1)农田改造：在重金属及农药残留污染农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，所述环沟的坡比为1：2；所述环沟的宽度为3m；所述环沟的深度为1m；

2)播种紫云英：10月份左右在农田中播种紫云英；按3公斤/亩的用量播种紫云英湘紫1号；

3)翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻25cm入田；并提高水位将农田淹没；深翻前均匀泼洒生石灰，其用量约10公斤/亩；

4)水草种植：春季或夏季在所述环沟中种植四季常绿苦草，后期根据需要补种轮叶黑藻；秋冬季种植伊乐藻，保障一年四季水下有草，水草覆盖度到达80％；

5)水草收割：水草成熟后收割转移到农田；

6)水产养殖：水草种植期间，环沟的水体中投放900尾/亩的鲈鱼及20kg/亩小龙虾等。

实施例3

1)农田改造：在重金属及农药残留污染农田的四周设置环沟，所述环沟中设有水体，所述环沟的坡比为1：1.5；所述环沟的宽度为2.2m；所述环沟的深度为0.8m；

2)播种紫云英：10月份左右在农田中播种紫云英；按1.5公斤/亩的用量播种紫云英湘紫1号；

3)翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻30cm入田；并提高水位将农田淹没；深翻前均匀泼洒生石灰，其用量约15公斤/亩；

4)水草种植：春季或夏季在所述环沟中种植四季常绿苦草，后期根据需要补种轮叶黑藻；秋冬季种植伊乐藻，保障一年四季水下有草，水草覆盖度到达90％；

5)水草收割：水草成熟后收割转移到农田；

6)水产养殖：水草种植期间，环沟的水体中投放800尾/亩的鲈鱼及200只/亩大闸蟹等。

对比例1

1)农田改造：农田不改造，只进行常规的整理；

2)播种紫云英：10月份左右在农田中播种紫云英；按2公斤/亩的用量播种紫云英湘紫1号；翻耕深沤：春季待所述紫云英盛花期将其深翻10-20cm入田；

3)夏季闲置；第二年冬种紫云英。

本实施例1～3及对比例1中的生产情况如表1所示。

表1休耕土壤其肥力及重金属残留以及亩产经济效益对比情况

重金属含量测定方法：土壤有效态Cd采用0.1mol/L HCl浸提，然后采用原子吸收光谱仪测定。

土壤肥力测定方法：

(1)土壤有机质，依据NY/T 1121.6-2006土壤检测第6部分：土壤有机质的测定方法进行测定。

(2)土壤全氮，依据NY/T 53-1987土壤全氮测定法(半微量开氏法)进行测定。

(3)土壤有效磷，依据NY/T 1121.7-2014土壤检测第7部分：土壤有效磷的测定方法进行测定。

(4)土壤速效钾，依据NY/T 889-2004土壤速效钾和缓效钾含量的测定进行检测。

(5)阳离子交换量，依据NY/T 1121.5-2006土壤检测第5部分：石灰性土壤阳离子交换量的测定方法进行检测。

综上所述，本发明按此模式轮番2年休耕，可以原位钝化土壤中重金属如Cd等重金属，又能实现有机磷、有机氯等农药残留的降解；同时可以提升土壤的综合肥力，达到国际上5～6年休耕的效果，土壤中的重金属残留可以降到农业上八年到十年前的水平。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。