專利名稱：土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，特別是一種土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。
與國內(nèi)外同類技術(shù)比較目前國內(nèi)外土壤水份運(yùn)動規(guī)律仍然以傳統(tǒng)的毛管理論為基礎(chǔ)。傳統(tǒng)毛管理論已具有張力學(xué)說(毛管力、彎月面力)、壓強(qiáng)學(xué)說、界面力學(xué)說、能量學(xué)說、土水勢學(xué)說等龐大的自然科學(xué)理論體系。但這些學(xué)說都不能客觀地、科學(xué)地、不自相矛盾地解釋客觀土壤內(nèi)部水份運(yùn)動的自然規(guī)律。國內(nèi)一些研究論文把我國北方地區(qū)出現(xiàn)的反漿水運(yùn)動規(guī)律用土壤溫度梯度說來解釋。而這些國內(nèi)外的傳統(tǒng)學(xué)說都部分地存在著自相矛盾、物質(zhì)與該物質(zhì)的性質(zhì)時而混淆、時而分離、有時相互替代的等現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠客觀地、科學(xué)地解釋土壤內(nèi)部水份運(yùn)動的自然規(guī)律的土壤縫隙現(xiàn)象和合力水新理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。
我們知道，土壤是由大小不同、形狀各異的無數(shù)個微小土壤顆粒所組成，土壤顆粒堆積相互接觸，產(chǎn)生無數(shù)個奇形怪狀的土壤孔隙，土壤孔隙之間相互聯(lián)通，形成無規(guī)則的網(wǎng)狀式縫隙。在這樣的微觀或渺觀縫隙里，土壤水份呈現(xiàn)不斷地上升運(yùn)動，形成分布在上部表土層聚集的自然規(guī)律性。這一自然規(guī)律就叫做土壤縫隙現(xiàn)象。在固、液、氣三相物質(zhì)所組成的土壤等多孔介質(zhì)的微觀或渺觀縫隙里，水份是同時受固體土壤物質(zhì)的吸附力F和自身表面張力E合力的作用下，液體的分子力和分子能有規(guī)律地相互轉(zhuǎn)化，在微觀的固體縫隙里，液體不斷地被吸附上升運(yùn)動，聚集在表土層，這一土壤水就叫做土壤合力水。
土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論與傳統(tǒng)毛管現(xiàn)象和毛管水既有共性，又有在本質(zhì)上區(qū)別的個性。在技術(shù)性能指標(biāo)上，毛管現(xiàn)象和縫隙現(xiàn)象都使土壤水份上升運(yùn)動，這是這兩個自然現(xiàn)象的共性。但是毛管現(xiàn)象使土壤水份上升運(yùn)動，上升的上部水不可能多于下部水份。上升運(yùn)動的主動力是液體的張力或單一的壓強(qiáng)學(xué)說、能量學(xué)說、界面力學(xué)說等，互不聯(lián)系地解釋同一毛管自然物理現(xiàn)象。我們研究發(fā)現(xiàn)的縫隙現(xiàn)象是，不僅把土壤水分不斷地輸送到上部土層，并且上層土壤含水量仍保持多于下部土層含水量。這種現(xiàn)象在氣候越干旱時表現(xiàn)的越明顯。并且水份提上去的主動力是固體物質(zhì)的吸附力F和液體自身的表面張力E的合力。在固體微觀縫隙里的水份并不是提上去或者被壓力壓上去，而是被固體微觀縫隙壁吸附貼上去，在這個過程中縫隙里的液體不斷在合力的作用下通過分子力和分子能的互相轉(zhuǎn)化來完成。傳統(tǒng)毛管現(xiàn)象是在土壤接觸水面和飽和水面時發(fā)生，而土壤縫隙現(xiàn)象不僅發(fā)生在土壤的飽和水面上，更重要的是土壤水份在田間持水量以下時同樣可能發(fā)生土壤縫隙現(xiàn)象。毛管水的運(yùn)動規(guī)律應(yīng)該是定量、定向運(yùn)動，而縫隙現(xiàn)象的土壤合力水是不定量、不定向的向四周的擴(kuò)散運(yùn)動規(guī)律，最后在合力最大的土層聚集水份最多的規(guī)律性。
所述縫隙現(xiàn)象和合力水理論，實(shí)際上是關(guān)于多孔介質(zhì)的微觀和渺觀縫隙里液體的分子力和分子能互相轉(zhuǎn)化而發(fā)生運(yùn)動變化的基礎(chǔ)理論。如在動物體、植物體多孔介質(zhì)里液體運(yùn)動分布規(guī)律，在電子工業(yè)中液晶結(jié)構(gòu)和液晶顯視現(xiàn)象也可以用縫隙理論客觀地、科學(xué)地進(jìn)行解釋，特別是在熱學(xué)的多孔介質(zhì)里傳質(zhì)、傳熱現(xiàn)象，如同量的熱水和涼水在緩凍時，熱水先凍成冰塊的客觀自然現(xiàn)象，只能用縫隙理論和合力水原理才能客觀地、科學(xué)地去解釋清楚。
在工業(yè)生產(chǎn)中，凡是由固、液、氣三相物質(zhì)所組成的多孔介質(zhì)里，液體的運(yùn)動規(guī)律也都遵循此縫隙現(xiàn)象。所以，在醫(yī)、工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上都具有縱、橫向廣泛的應(yīng)用前景。
具體地講，土壤縫隙現(xiàn)象和合力水的運(yùn)動規(guī)律，就是不斷地把土壤下層水份輸送到土壤表土層的過程。土壤縫隙現(xiàn)象的發(fā)生與土壤結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在黑土旱作農(nóng)業(yè)區(qū)一般的自然環(huán)境條件下，土壤上部表土層的含水量始終保持多于下部土層的含水量。旱作農(nóng)業(yè)的黑土土壤結(jié)構(gòu)最有利于發(fā)生土壤縫隙現(xiàn)象。但由于我國乃至全世界傳統(tǒng)的、不科學(xué)的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)措施，不斷地破壞著土壤表土層結(jié)構(gòu)，其結(jié)果，首先破壞了土壤縫隙現(xiàn)象的自然規(guī)律性，因而導(dǎo)致耕地的退化，加快了土地荒漠化進(jìn)程。
本新理論，即土壤縫隙現(xiàn)象和合力水是在研究土壤多孔介質(zhì)里水份運(yùn)動分布規(guī)律時發(fā)現(xiàn)的，因此本理論可以直接應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的抗旱栽培技術(shù)上。
首先認(rèn)識農(nóng)業(yè)的旱情主要分為三大類型，一類是大氣干旱性旱情，二類是生理干旱性旱情，三類是土壤干旱性旱情。由于土壤縫隙現(xiàn)象的存在，黑土旱作區(qū)包括其他類型土壤都存在著縫隙現(xiàn)象，一般情況下不會發(fā)生土壤干旱性旱情，農(nóng)業(yè)的旱情主要是前兩種。因此，主要是通過加強(qiáng)前兩種旱情的發(fā)生規(guī)律和防治方法的研究來解決旱情。原來的那種一旱就灌溉的做法，不僅了破壞土壤結(jié)構(gòu)，而且浪費(fèi)了有限的淡水資源。
水份對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是由在自然界中存在的兩種不同形式的水份所決定的。一種是，在大氣中水份含量的存在形式，也就是空氣相對溫度低于60％，對農(nóng)作物的正常生長受到影響，如果相對溫度40％以下發(fā)生嚴(yán)重的大氣干旱性旱情，農(nóng)作物萎縮、青枯、伴隨著破壞光合作用的生物工廠——綠色植物的葉綠素。另一種是，在土壤中水份的存在形式。在土壤中的水份過多過少都對農(nóng)作物的正常生長起著重要的影響，水份多，根系生長受到抑制，水份少，農(nóng)作物生長需要的水份供應(yīng)量不足。從而引起兩種完全不同類型的旱情發(fā)生。
由于人類社會進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展階段，工業(yè)廢氣所引起的大氣溫室化效應(yīng)越來越嚴(yán)重。氣溫高、大氣空氣溫度下降，植被受到破壞，墾植率高是大氣干旱性旱性發(fā)生的主要原因。
農(nóng)作物發(fā)生生理干旱性旱情的的主要原因有兩個。一是工業(yè)三廢等污染物對土壤的污染或不科學(xué)地使用農(nóng)藥或化肥。不顧土壤水份的現(xiàn)狀，隨意加大使用量，使農(nóng)作物的根系生長嚴(yán)重受到抑制或毒害，無法充分地吸收在土壤中的水份，使農(nóng)作物的正常水份代謝受到阻礙。二是人為的不科學(xué)的傳統(tǒng)栽培管理技術(shù)措施，引起的只顧看得見的地上部莖、葉的生長量，不顧根系正常生長的水、氣、熱土壤環(huán)境條件，從而地上部和地下部根系生長量的比例嚴(yán)重失調(diào)。根系生長量少，軟、弱、病根所吸水量，無法滿足地上部使長的莖、葉蒸騰失水量，從而導(dǎo)致農(nóng)作物發(fā)生生理干旱性旱情。生理干旱性旱情，使農(nóng)作物拖延生育期，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。特別是采用棚室或復(fù)膜半保護(hù)化栽培技術(shù)的農(nóng)作物，常發(fā)生生理干旱性旱情，輕則生育期拖后，重則青枯、黃枯而死。
雖然春季，降雨少、在大氣中空氣濕度很小，土壤水份蒸散失水量很大。但土壤表土層的含水量，卻仍保持較多的水平，并且表土層的含水量多于下部30公分以下的含水量。這與我們的認(rèn)識和傳統(tǒng)的土壤水份運(yùn)動規(guī)律、理論是完全不相同的。特別是春季降雨少，越干旱時土壤30公分處含水量最多。我們在春季常遇到土壤干旱，無法播種或播種后不能出苗、芽干等現(xiàn)象。這是由于我們在春季，整地、播種時嚴(yán)重地破壞土壤結(jié)構(gòu)，而不能回復(fù)原來的土壤結(jié)構(gòu)，不能產(chǎn)生土壤縫隙現(xiàn)象的主要原因。
下面通過對海倫市的情況分析進(jìn)一步闡述本土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際應(yīng)用上的重要性。
海倫市處于我國北部較寒冷的溫帶氣候區(qū)，漫長的冬季，冰雪復(fù)蓋大地，土壤水分不能蒸散失水，并且土壤深處的地下水不斷地通過縫隙現(xiàn)象上升運(yùn)動聚集在凍層中。這是海倫市冰凍季節(jié)，土壤水份增加和保存的最好時期。
春季3-4月份氣溫回升較慢相對晝夜溫差很大，土壤解凍緩慢，土壤失水量較少。
4月中旬5月初，該市進(jìn)入土壤水份漿期。所謂的土壤返漿水就是指土壤層化凍30cm左右時，土壤飽和水份在土層30cm左右處凍層上滲透左右移動的水，叫做返漿水。此返漿水，最先出現(xiàn)在被耕地的上坡面上，逐漸波及二片地、洼地。由于返漿水的存在，此時期海倫市土壤含水量分布保存最多，低洼地常出現(xiàn)水份過多而影響播種質(zhì)量。
5月開始?xì)鉁鼗厣羁?，返漿期轉(zhuǎn)入土壤水份煞漿期，加快耕層凍土的解凍速度。氣溫高、風(fēng)大、降水少、大氣相對空氣溫度下降，土壤蒸散失水量最大的時期。
5-6月份是海倫市進(jìn)入春早期，大氣相對濕常低于60％以下。我們再看這時期土壤水份的運(yùn)動變化情況。
海倫市7-8月份，進(jìn)入了水、熱、光同期，對農(nóng)作物的生長十分有利。但此時期最容易發(fā)生土壤干旱性旱情。這是因?yàn)檫@個時期絕大部分農(nóng)作物進(jìn)入蒸騰需水量最多時期，也就是農(nóng)作物的生長，發(fā)育進(jìn)入了需水量的臨界時期(農(nóng)作物需水關(guān)鍵期)。農(nóng)作物對大氣的水份與土壤水份的要水最敏感期。所以在這個時期常發(fā)生影響產(chǎn)量的旱情。今年(1999年)全省在農(nóng)作物需水臨界期遇到旱情，因而減產(chǎn)1-2成，農(nóng)作物的籽粒皮厚，質(zhì)差，千粒重下降。
以上是海倫市自然農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)、水份的變化規(guī)律及旱情發(fā)生機(jī)理的基本概況。
我們多年在生產(chǎn)調(diào)查、測試與室內(nèi)大田各種作物不同土壤水條件下出苗和苗期生長試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了，海倫市土旱作農(nóng)業(yè)區(qū)土壤表土層的含水量超過15％(重量比含水量)以上，大田農(nóng)作物能夠出苗或苗期生長，不會發(fā)生土壤干旱性旱情。由于土壤縫隙現(xiàn)象的存在，土壤水份又在田間持水量以下時，也不斷地上升運(yùn)動。一般情況下海倫市不會發(fā)生土壤干旱性旱情。但該市目前仍在傳統(tǒng)的、不科學(xué)的耕作栽培技術(shù)的指導(dǎo)下翻、耕地和播種時，嚴(yán)重地破壞了土壤的結(jié)構(gòu)，又不能恢復(fù)有利于發(fā)生土壤縫隙現(xiàn)象的質(zhì)地結(jié)構(gòu)。因此說，海倫市的土壤干旱性旱情旱人為不料所造成的。海倫農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境未遭到嚴(yán)重破壞的50-60年代，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展也起了巨大的作用。但進(jìn)入80-90年代海倫市墾植率達(dá)到了最高峰，大片的荒地，河套地被開發(fā)種植農(nóng)作物，植被遭到了破壞。在這種新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的條件下，旱情的形式也發(fā)生了很大的變化，大氣干旱性旱情直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，客觀上也存在人為造成的土壤干旱性旱情。但人們對這些變化了的環(huán)境，仍無動于衷，這就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的主要限制因素。
因此說，海倫市的農(nóng)業(yè)旱情主要以大氣干旱性旱情和生理干旱性旱情為主，其次是人為造成的認(rèn)識不足，研究資料也極少。
要解決農(nóng)業(yè)的旱情，首先在旱情的共性指導(dǎo)和個性的研究條件下具體分析，當(dāng)時當(dāng)?shù)?、每一塊農(nóng)田所發(fā)生的農(nóng)作物的具體旱情類型。只有這樣，才能省的放矢，有效地解決相應(yīng)的農(nóng)業(yè)旱情，獲得事半功倍的效果。不分旱情的類型，一說抗旱就灌溉，會導(dǎo)致更大的其他旱情，影響農(nóng)作物的穩(wěn)定高產(chǎn)。研究分析海倫市旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的旱情主要以大氣和生理干旱性旱情為主。本來不缺土土壤水份的洼地、二洼地采取覆膜或澆水抗旱措施，不僅不能達(dá)到抗旱的效果，反而導(dǎo)致生理干旱性旱情的發(fā)生。如覆膜玉米，旱年或崗地缺水地塊能增多，增效，但洼地、土壤水份不缺的地塊采取覆膜玉米栽培技術(shù)，地上部長勢過猛，根系生長量不足，拖延生育期，秋季只能打水包米，質(zhì)量差、效益低。這樣的實(shí)例海倫市屢見不鮮。海倫市每年因不同的旱情所造成的糧食減產(chǎn)可達(dá)1-2成。糧食減產(chǎn)可達(dá)2500萬公斤，直接經(jīng)濟(jì)損失1千萬元以上。
在研究了土壤水份運(yùn)動規(guī)律和分析海倫市的農(nóng)業(yè)旱情的基礎(chǔ)上認(rèn)識到，只有采取科學(xué)的、具體地分析不同類型的旱情，并用不同的方法和技術(shù)措施來解決，才肥奪回每年因旱情而損失的糧食。
防治大氣干旱性旱情的技術(shù)措施有1、播種時采取恢復(fù)原來土壤結(jié)構(gòu)的技術(shù)措施，使土壤繼續(xù)產(chǎn)生縫隙現(xiàn)象，供給種子萌發(fā)、出苗所需要的水份。
2、破壞土壤表土層3cm厚的土壤結(jié)構(gòu)，切斷發(fā)生縫隙現(xiàn)象，防止土壤水份繼續(xù)蒸發(fā)損耗，保住種子播種處的土壤水份，使種子正常發(fā)芽，出苗。
3、采用棚室栽培的農(nóng)作物，早練苗、勤練苗，遇到大氣干旱的天氣(無降雨、風(fēng)大、氣溫高的天氣)時，采取遮陰通風(fēng)或保護(hù)性練苗。防止干旱、高溫氣候?qū)r(nóng)物葉綠素起濃縮作用，因此，保護(hù)生物體合成有機(jī)物的工廠一葉綠素，以免發(fā)生青枯病。
在種植面積小、經(jīng)濟(jì)效益較高的農(nóng)作物生產(chǎn)中，可采取霧灑技術(shù)。在局部大氣中增加空氣的含水量，提高相對溫度、降低破壞性高溫，人工制造小氣候來防治大氣干旱性旱情。如最熱的時候，小面積1-2次噴霧。
本技術(shù)措施可以保護(hù)或恢復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)，部分耕地退耕種草，增加多年生農(nóng)作物的種植面積，提高植被復(fù)蓋率，走少而精的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展道路，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，保護(hù)農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境。
本發(fā)明充分研究了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的水份運(yùn)動規(guī)律可不增加任何投入，科學(xué)地，巧妙地運(yùn)用自然水份運(yùn)動規(guī)律，獲得適合于市場經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)產(chǎn)品競爭力、切實(shí)可行的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的一項(xiàng)技術(shù)含量較高的使用栽培技術(shù)。
本發(fā)明的土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的具體方法包括在沙漠地區(qū)開挖寬為50cm、深為40cm的溝，在溝里先鋪上20-30cm的細(xì)土粒土壤，再鋪上一層10-20cm的沙土，再經(jīng)澆水、種樹或種草，即可成為沙漠地種樹或種草帶。
其中，所述細(xì)土粒土壤中含有30％以上的物理粘粒或粉粒，是沙漠地種樹帶的改良土壤；所述粘粒的粒徑＜0.002mm，所述粉粒粒徑＜0.02mm。
所述沙土層實(shí)為土壤覆蓋層。
所述澆水量以正好為改良沙漠土壤的田間持水量為準(zhǔn)。多澆浪費(fèi)寶貴的水資源，少澆則保水時間短，樹和草不易正常生長。
所述種樹或種草時要適量補(bǔ)澆一些營養(yǎng)水。所述營養(yǎng)水中可含有生根粉或有機(jī)生物液化肥。
本發(fā)明的土壤縫隙現(xiàn)象和合力水在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的具體方法還可以包括在種樹后的表層土壤上鋪一層粗砂礫，以保護(hù)樹種不被大風(fēng)刮跑。
經(jīng)實(shí)施上述沙漠地土壤改良措施后，可形成凹溝種樹、種草改良沙土帶，能恢復(fù)或形成土壤土壤縫隙現(xiàn)象和合力水，最低限度地減少澆水次數(shù)，達(dá)到省工、省資源、省資金等目的。
權(quán)利要求
1.土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是在農(nóng)業(yè)抗旱栽培技術(shù)上的用途。
2.如權(quán)利要求1所述的土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是具體方法包括在沙漠地區(qū)開挖寬為50cm、深為40cm的溝，在溝里先鋪上20-30cm的細(xì)土粒土壤，再鋪上一層10-20cm的沙土，再經(jīng)澆水、種樹或種草，即可成為沙漠地種樹或種草帶。
3.如權(quán)利要求2所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是所述細(xì)土粒土壤中含有30％以上的物理粘?；蚍哿?。
4.如權(quán)利要求3所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是所述粘粒的粒徑＜0.002mm，所述粉粒粒徑＜0.02mm。
5.如權(quán)利要求2所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是所述澆水量以正好為改良沙漠土壤的田間持水量為準(zhǔn)。
6.如權(quán)利要求2所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是所述種樹或種草時要適量補(bǔ)澆一些營養(yǎng)水。
7.如權(quán)利要求6所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是所述營養(yǎng)水中含有生根粉或有機(jī)生物液化肥。
8.如權(quán)利要求2所述的在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，其特征是還包括在種樹后的表層土壤上鋪一層粗砂礫，以保護(hù)樹種不被大風(fēng)刮跑。
全文摘要
本發(fā)明為土壤縫隙現(xiàn)象和合力水理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。其具體方法包括在沙漠地區(qū)開挖寬為50cm、深為40cm的溝,在溝里先鋪上20—30cm的細(xì)土粒土壤,再鋪上一層10—20cm的沙土,再經(jīng)澆水、種樹或種草,即可成為沙漠地種樹或種草帶。經(jīng)實(shí)施上述沙漠地土壤改良措施后,可形成凹溝種樹、種草改良沙土帶,能恢復(fù)或形成土壤土壤縫隙現(xiàn)象和合力水,最低限度地減少澆水次數(shù),達(dá)到省工、省資源、省資金等目的。
文檔編號A01B79/00GK1276144SQ0010805
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者尹萬珠 申請人:尹萬珠