潛育化水稻土改良與利用技術體系研究

水稻潛育區在我國平原湖分布廣泛，面積較大。湖北省四湖地區位于長江中游北岸,地處江漢平原南部,是一個江湖泛濫沖積沉積而成的平原湖區。區內自然條件優越,生產潛力巨大,是發展農牧漁多種經濟生產的重要基地。但是境內降水集中,地勢低洼,江水高垸田低,地下水位高,泄水不暢,加之不合理的開發利用和排灌系統不完善,農田易澇潰,致使土壤潛育化嚴重。全區有潛育化土壤386萬畝,占耕地面積的58.6%,其中潛育化水稻土228萬畝,占水田面積的52.3%。這類土壤作物產量低且不穩,嚴重影響了農作物大面積平衡增產。關于潛育化水稻土的研究,國內外均有不少研究報道。為了加速四湖地區的經濟開發,促進農業持續發展,我們于1988—1990年期間,以湖北省監利縣新興垸為研究基點,進行了潛育化水稻土改良與利用的試驗研究。本文為該項研究總結報告的一部分。1水稻地下種植的基本條件1.1不同類型農田土面積增加,土壤總潛育化程度提高新興垸位于監利縣城西郊,系長江與西流河環繞的低洼地區,是四湖地區的一個縮影。該垸系湖垸同體,盆碟形地貌,洪澇漬害頻繁,排水困難,潛育化水稻土廣泛分布于澇洼地低平原的低湖田及緩坡平原的低田、漬水田、土內夾青泥田等排水不良田。潛育化水稻土的形成。據研究,是農田受自然因素及人為經營不當綜合作用的結果。土壤在長期漬水的條件下,土壤通透性不良而缺氧,還原作用強烈,特別是土壤中存在大量耗氧物質時,更加速了土壤潛育化過程。調查結果(表1)表明,新興垸有潛育化水稻土22525畝,占水稻土的48.7%,比1979年第二次土壤普查時的15500畝增加了15.2個百分點。其中以表層潛育型增加數量最多,占總增加面積的69%,中層潛育型和全層潛育型均各占15.5%。新興垸近10年來潛育化水稻土面積的增加,除了當地江、河、湖床淤積,水位抬高,導致地下水位升高外,還有以下幾方面的原因:1.排灌系統不完善、不配套,溝渠淤積嚴重,排水不暢。該區大部分農田只有排水干溝,而缺乏配套的四級或五級排灌溝渠,積水難于排出。同時大部分溝渠排灌兩用,處處攔水筑壩,且長期年久失修,溝渠淤塞,潰水難排,造成潰害。2.重灌輕排,缺乏水分管理制度。由于當地雨汛同期,灌排缺乏統一經營管理,各自為“政”,串灌串排,只灌不排現象十分嚴重,促進土壤潛育化。3.土壤耕作不當。大部分農田長期板田過冬或冬浸。而冬耕田或冬種田,多采取水耕水整,易形成“牛皮田”,爛耕爛耙,破壞土壤結構,增厚和壓緊犁底層,加劇土壤潛化。1.2水稻潛育化的類型和特點根據土壤潛育強度、潛育部位及土體構型等剖面形態特征,并利于改良利用技術實施,將潛育化水稻土劃分為三個類型,類型及特性詳見表2。1.3降雨、降雨集中地區水多漬害,既是潛育化水稻土生成、演變的主要原因,又是潛育化水稻土的主導障礙因素。據監利縣氣象資料,新興垸年降水量為1225,8mm,年均徑流量為2064×104m3,且降雨大多集中在夏季。如1989年4、5、6月份降雨量分別達到165.1,198.2,207.5mm,三個月降雨量合計占全年降水量的46.5%。地表徑流量大,加之地勢低洼,江、河水位常年高出垸田3—6m,常常出現客水壓境,洪澇潰害,大體是五年三遇,歷年受害面積約占水田的52%。因此,頻繁漬害不僅加劇了土壤潛育化,同時致使作物低產。在受潰害的影響下,潛育化水稻土還有5個主要障礙因素。1.3.1料體深土泥石流田據測定,1989年5月中旬潛育化水稻土(青泥田)的水溫還只有20—25℃;泥溫18—22℃。比非潛育化水稻土(淤泥田)的水溫要低1.1—1.8℃,而泥溫在5cm深處要低1.5—2.0℃,10cm深處要低1.7—2.3℃,15cm深處要低1.6—2.2℃。這樣低的水溫泥溫,抑制水稻根細胞分裂,影響禾苗分蘗生長。1.3.2土壤水濕、干溶重據潛育化水稻土顆粒分析(表3),潛育層土壤中粘粒含量30%—33%,物理性粘粒(<0.01mm)68.5%—83.5%,土壤干溶重比非潛育化水稻土少0.05—0.1g/cm3。加之土壤含水率高,土粒被水分飽和,土體碎爛,而形成“稀、爛、深”的爛泥層,一般深達30cm左右,甚至40—50cm,泥腳深陷。濕時,軟爛滯水,禾苗扎根不穩,浮蔸嚴重;干時,粘韌堅硬,耕作粗放,水稻低產。1.3.3全層潛育型水稻土湖泥田據測定土壤透水系數僅為10-6—10-7cm/s,小于PF2的非通氣孔隙增加,通氣孔隙則減少,使土壤通透性差,滲漏量很低,全層潛育型水稻土(湖泥田)日滲漏量為0.025—0.150cm,比非潛育化水稻土低得多。同時土中水多氣少,水氣得不到更新,土壤供肥和水稻吸收養分能力降低,影響水稻正常生長。1.3.4不同沉積型水稻土青泥層的抗氧化特性潛育化水稻土長期處于強還原狀態,有機物嫌氣分解,產生大量有機酸、硫化氫、亞鐵、甲烷和二氧化碳等還原物質。據測定,在耕作層和青泥層中,強潛育化水稻土(青泥田)的氧化還原電位分別為300和180mV,比非潛育化水稻土(淤泥田)分別少60和160mV;還原物質總量分別為1.16和4.61me/100g土,比非潛育化水稻土分別多0.39和4.17me/100g土;活性還原物質和亞鐵均比非潛育化水稻土高得多。土中還原物質積累達到一定濃度,阻礙根系吸肥和生長,以致水稻中毒,發生黑根死苗。1.3.5有效修復和缺陷研究表明,潛育化水稻土富含有機質,潛在養分高,但速效養分含量低(表4,5),土壤供肥性能差,影響水稻正常生長發育,還易發生僵苗。2水稻潛育化技術2.1水稻和水稻品種組合的經濟性狀比較根據不同水稻品種對潛育化水稻土的適應性和耐性,選種高產優質的水稻品種(組合),使作物與環境因素有機地協調起來,提高土壤生產力。三年來,我們共引進水稻品種61個進行試驗,從中篩選出耐潛(漬)高產優質品種(組合)9個(表6)。其中早、中、晚稻品種各3個。這些水稻品種(組合)的耐(抗)性、經濟性狀及產量均優于當地品種(對照)。實踐證明,因土種植,選種耐潛(漬)高產優質水稻品種(組合),是一項投入少、見效快,改良利用潛育化水稻土的有效技術。2.2田間開溝效果采取開明溝、埋暗管(溝)、田間作壟溝和廂溝等多種排水方法,都可獲得不同程度的排漬效果。據試驗,開挖1m深的明溝,可降低地下水位30—50cm;暗管排水,可降低地下水位20—40cm。深明溝可同時排除地表水和地下水;而暗管主要是排除地下水;田間壟溝和廂溝主要是排除地表水。潛育化水稻土田間開溝后,土壤理化性狀得到明顯改善。據觀察,開溝區排水干田的時間比對照提前4一5天。地下水位降低年均值為20.2—22.8cm。泥溫提高,如開溝間距為1.5m區的泥溫與對照相比:5cm深處要高0.7—1.8℃;1.0cm深處要高0.5—1.3℃;15cm深處要高0.3—0.7℃。土壤容重、通氣孔隙增加(表7)。氧化還原電位提高,還原物質總量降低(表8)。土壤速效養分也明顯增加(表9)。試驗還表明,田間開溝后,水稻根系活力增強,總根量及白根量增加。禾苗高度、根長、分蘗數、綠葉數和鮮(干)物重等明顯增加。因而改善了水稻經濟性狀,提高了產量。早稻開溝區與對照區相比,有效穗增加3.5—4.5萬/畝,總粒數增加6.7—9.1粒/穗,結實率提高1.3%—5.1%,千粒重提高0.4—0.8g。稻谷畝產420.4—452.8kg,比對照增產19.9%—29.1%。晚稻開溝區的經濟性狀也優于對照區,稻谷畝產414.7—448.7kg,比對照區增產17.4%—27%。2.3土壤理化性質研究表明,潛育化水稻土改平作為壟作,可有效地調控土壤水、肥、氣、熱狀況,創建有利于作物生長的良好生態環境。據觀測,壟作的耕作層比平作田可抬高5—10cm,土壤潛育層(青泥層G)起點下降2—5cm,土色由青色變為淺灰色,剖面構型由A—Pg—G向A—P—Wg轉化。土壤水容重增加0.03—0.08g/cm3。壟作比平作泥溫高0.3—0.9℃,有效積溫高80℃;氧化還原電位高35—58mV;還原物質總量低1.51一2.50me/100g土;亞鐵含量少19.3—64.9mg/100g土;土壤微生物總數、微生物磷及好氣菌、真菌和放線菌均極顯著地高,而厭氣菌則明顯地少(表10);土壤速效養分增加(表11)。此外,壟作還可增加田間蓄水量,減少病蟲危害。上述可見,潛育化水稻土實行壟作,改良土壤理化性狀,改善農田生態環境,提高土壤肥力,增加稻谷產量。據試驗,壟作比平作有效穗多1.6—2。4穗/蔸,總粒數多12.3—12.9粒/穗,結實率高0.45%—12.2%,千粒重高0.71—0.76g,畝增產50.3—55.5kg,增產率15.1%—15.3%。搞好壟作,必須注意作壟方法、壟溝規格、插植密度及合理施肥和科學管水等配套技術。2.4最佳施肥量及施磷量、氮磷社會用量的確定根據潛育化水稻土有效養分含量低和供肥遲緩的特性及水稻需肥規律,采用三因子二次正交旋轉組合設計的方法,研究得出NPK的肥料效應曲線為拋物線型,其方程為:y=96.24+31.10N+35.98P+15.12K+1.57NP—0.10NK+1.06PK-1.05N2-7.22P2-1.43K2(式中:y為畝產量,N、P、K分別為氮、磷、鉀肥畝施用量)。結果表明,在最高產量施肥量范圍內,提高施氮水平,可提高磷肥效應;而提高施磷水平,也可提高氮、鉀肥效應。但超過最高產量的施肥量,反而使施肥效應下降,符合報酬遞減律。利用上述方程求出的最大施肥量及經濟最佳施肥量(表12)。經過試驗表明,經濟最佳施肥量比習慣施肥增產25.47%,盈利增加38.07元/畝。針對目前農村生產資金困難及潛育化水稻土施肥少等情況,對不同邊際利潤值(R)的施肥量進行探討,并提出了潛育化水稻土不同R值的施肥參照表(表13)。從表中可看出,氮磷鉀肥的用量,可根據肥料種類和施肥面積等情況,在R>0的界限值內進行調控。當某一肥料供應不足時,其余二種肥料可采用不同R值的施肥用量。這樣有利于肥料的合理分配,最大限度地保證施肥面積,達到大面積平衡增產,提高施肥的經濟效益。此外,潛育化水稻土普遍缺鋅。研究表明,施鋅能促進水稻的生長發育,防治水稻僵苗,提高水稻的經濟性狀及產量(表14)。研究還表明,氮、磷、鉀、鋅多元素肥料配合施用的改土增產效果大于單一元素肥料。單施N肥比無肥(CK)增產31.3%,NP配合增產37.1%,NZn配合增產45.9%,NPZn配合增產51.7%,NPKZn配合則增產57.6%。2.5不同類型土壤通氣透水性及抗氧化還原電位針對潛育化水稻土低產原因及當地農業生產的情況,在全面推廣改冬板田、冬浸田和冬閑田為冬耕冬種旱作物的基礎上,我們著重研究了低湖田潛育化土壤實行冬作(油菜、蠶豆、麥類、綠肥等)一稻水旱輪作制。研究表明,水旱輪作改善土壤通氣透水性(表15),提高土壤氧化還原電位。據測定,油一稻、豆一稻、麥一稻和肥一稻輪作制土壤氧化還原電位,分別比對照(板田、浸、閑一稻)高118,114,110和34mV,而還原物質總量則分別比對照降低2.05,2.01,2.02和0.82me/100g。同時土壤有效養分含量增加(表16)。各種水旱輪作制的水稻經濟性狀及產量均高于對照。油一稻、豆一稻、麥一稻和肥一稻制,分別比對照增產稻谷23.9%、22.0%、3.8%和10.4%。由于實行水旱輪作,提高了土地復種指數,增加了一季冬種作物產量,增加了全年的產值(表17)。2.6潛育化水稻土的利用技術體系研究表明,將各項改良利用技術加以綜合組裝配套實施,可以充分發揮綜合改良利用技術的整體功能。采取以生物技術為主體,以工程技術為基礎,以栽培技術為配套,依據當地的社會經濟條件,將三者有機地結合起來,建立起潛育化水稻土綜合改良利用技術體系。據研究,采取田間開溝、耐潛(漬)品種、水旱輪作及配方施肥等技術組裝配套實施,獲得了顯著的改土增產效果(表18)。3潛育化水稻土土的改良三年來,潛育化水稻土改良與利用的研究結果,取得了較大增產效果和經濟效益。據試驗基點及各示范區調查統計的結果,經過改良的田塊,與未改良的同類田相比,平均每畝增產稻谷50—100kg;與改良前的同一塊田相比,平均每畝增產稻谷80—120kg。可畝增產值30—80元。隨著改良利用潛育化水稻土的試驗示范工作深入開展,大大地促進了該項研究成果的普及推廣,使監利縣73萬畝潛育化水稻土都得到不同程度的改良,其中改良得較好的有29.59萬畝,占潛育化水稻土的40.2%。三年累計田間開溝55.2萬畝,埋暗管0.24萬畝,水田壟作1.5萬畝,優化配方施肥65.8萬畝,選種耐潛(漬)高產優質水稻品種(組合)40.6萬畝,水旱輪作種植油菜41.3萬畝、豆類15.2萬畝及麥類和綠肥等作物。三年累計改良利用受益面積達219.84萬畝,占應改良利用面積的72.1%,共增產稻谷12667.45×104kg,油菜籽2065.83×104kg,豆類688×104kg。總共新增產值11367.215萬元。總之,潛育化水稻土