潛育化水稻土改良與利用技術(shù)體系研究

潛育化水稻土改良與利用技術(shù)體系研究

水稻潛育區(qū)在我國(guó)平原湖分布廣泛，面積較大。湖北省四湖地區(qū)位于長(zhǎng)江中游北岸,地處江漢平原南部,是一個(gè)江湖泛濫沖積沉積而成的平原湖區(qū)。區(qū)內(nèi)自然條件優(yōu)越,生產(chǎn)潛力巨大,是發(fā)展農(nóng)牧漁多種經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要基地。但是境內(nèi)降水集中,地勢(shì)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(fā)利用和排灌系統(tǒng)不完善,農(nóng)田易澇潰,致使土壤潛育化嚴(yán)重。全區(qū)有潛育化土壤386萬(wàn)畝,占耕地面積的58.6%,其中潛育化水稻土228萬(wàn)畝,占水田面積的52.3%。這類土壤作物產(chǎn)量低且不穩(wěn),嚴(yán)重影響了農(nóng)作物大面積平衡增產(chǎn)。關(guān)于潛育化水稻土的研究,國(guó)內(nèi)外均有不少研究報(bào)道。為了加速四湖地區(qū)的經(jīng)濟(jì)開發(fā),促進(jìn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展,我們于1988—1990年期間,以湖北省監(jiān)利縣新興垸為研究基點(diǎn),進(jìn)行了潛育化水稻土改良與利用的試驗(yàn)研究。本文為該項(xiàng)研究總結(jié)報(bào)告的一部分。1水稻地下種植的基本條件1.1不同類型農(nóng)田土面積增加,土壤總潛育化程度提高新興垸位于監(jiān)利縣城西郊,系長(zhǎng)江與西流河環(huán)繞的低洼地區(qū),是四湖地區(qū)的一個(gè)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(nèi)夾青泥田等排水不良田。潛育化水稻土的形成。據(jù)研究,是農(nóng)田受自然因素及人為經(jīng)營(yíng)不當(dāng)綜合作用的結(jié)果。土壤在長(zhǎng)期漬水的條件下,土壤通透性不良而缺氧,還原作用強(qiáng)烈,特別是土壤中存在大量耗氧物質(zhì)時(shí),更加速了土壤潛育化過(guò)程。調(diào)查結(jié)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(shí)的15500畝增加了15.2個(gè)百分點(diǎn)。其中以表層潛育型增加數(shù)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(lái)潛育化水稻土面積的增加,除了當(dāng)?shù)亟?、河、湖床淤積,水位抬高,導(dǎo)致地下水位升高外,還有以下幾方面的原因:1.排灌系統(tǒng)不完善、不配套,溝渠淤積嚴(yán)重,排水不暢。該區(qū)大部分農(nóng)田只有排水干溝,而缺乏配套的四級(jí)或五級(jí)排灌溝渠,積水難于排出。同時(shí)大部分溝渠排灌兩用,處處攔水筑壩,且長(zhǎng)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(dāng)?shù)赜暄赐?灌排缺乏統(tǒng)一經(jīng)營(yíng)管理,各自為“政”,串灌串排,只灌不排現(xiàn)象十分嚴(yán)重,促進(jìn)土壤潛育化。3.土壤耕作不當(dāng)。大部分農(nóng)田長(zhǎng)期板田過(guò)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(jié)構(gòu),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(diǎn)根據(jù)土壤潛育強(qiáng)度、潛育部位及土體構(gòu)型等剖面形態(tài)特征,并利于改良利用技術(shù)實(shí)施,將潛育化水稻土劃分為三個(gè)類型,類型及特性詳見(jiàn)表2。1.3降雨、降雨集中地區(qū)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(dǎo)障礙因素。據(jù)監(jiān)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(dá)到165.1,198.2,207.5mm,三個(gè)月降雨量合計(jì)占全年降水量的46.5%。地表徑流量大,加之地勢(shì)低洼,江、河水位常年高出垸田3—6m,常常出現(xiàn)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(shí)致使作物低產(chǎn)。在受潰害的影響下,潛育化水稻土還有5個(gè)主要障礙因素。1.3.1料體深土泥石流田據(jù)測(cè)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(xì)胞分裂,影響禾苗分蘗生長(zhǎng)。1.3.2土壤水濕、干溶重?fù)?jù)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(dá)30cm左右,甚至40—50cm,泥腳深陷。濕時(shí),軟爛滯水,禾苗扎根不穩(wěn),浮蔸嚴(yán)重;干時(shí),粘韌堅(jiān)硬,耕作粗放,水稻低產(chǎn)。1.3.3全層潛育型水稻土湖泥田據(jù)測(cè)定土壤透水系數(shù)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(shí)土中水多氣少,水氣得不到更新,土壤供肥和水稻吸收養(yǎng)分能力降低,影響水稻正常生長(zhǎng)。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(zhǎng)期處于強(qiáng)還原狀態(tài),有機(jī)物嫌氣分解,產(chǎn)生大量有機(jī)酸、硫化氫、亞鐵、甲烷和二氧化碳等還原物質(zhì)。據(jù)測(cè)定,在耕作層和青泥層中,強(qiáng)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(zhì)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(zhì)和亞鐵均比非潛育化水稻土高得多。土中還原物質(zhì)積累達(dá)到一定濃度,阻礙根系吸肥和生長(zhǎng),以致水稻中毒,發(fā)生黑根死苗。1.3.5有效修復(fù)和缺陷研究表明,潛育化水稻土富含有機(jī)質(zhì),潛在養(yǎng)分高,但速效養(yǎng)分含量低(表4,5),土壤供肥性能差,影響水稻正常生長(zhǎng)發(fā)育,還易發(fā)生僵苗。2水稻潛育化技術(shù)2.1水稻和水稻品種組合的經(jīng)濟(jì)性狀比較根據(jù)不同水稻品種對(duì)潛育化水稻土的適應(yīng)性和耐性,選種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻品種(組合),使作物與環(huán)境因素有機(jī)地協(xié)調(diào)起來(lái),提高土壤生產(chǎn)力。三年來(lái),我們共引進(jìn)水稻品種61個(gè)進(jìn)行試驗(yàn),從中篩選出耐潛(漬)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種(組合)9個(gè)(表6)。其中早、中、晚稻品種各3個(gè)。這些水稻品種(組合)的耐(抗)性、經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量均優(yōu)于當(dāng)?shù)仄贩N(對(duì)照)。實(shí)踐證明,因土種植,選種耐潛(漬)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種(組合),是一項(xiàng)投入少、見(jiàn)效快,改良利用潛育化水稻土的有效技術(shù)。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(jù)試驗(yàn),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(shí)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(jù)觀察,開溝區(qū)排水干田的時(shí)間比對(duì)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(qū)的泥溫與對(duì)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(zhì)總量降低(表8)。土壤速效養(yǎng)分也明顯增加(表9)。試驗(yàn)還表明,田間開溝后,水稻根系活力增強(qiáng),總根量及白根量增加。禾苗高度、根長(zhǎng)、分蘗數(shù)、綠葉數(shù)和鮮(干)物重等明顯增加。因而改善了水稻經(jīng)濟(jì)性狀,提高了產(chǎn)量。早稻開溝區(qū)與對(duì)照區(qū)相比,有效穗增加3.5—4.5萬(wàn)/畝,總粒數(shù)增加6.7—9.1粒/穗,結(jié)實(shí)率提高1.3%—5.1%,千粒重提高0.4—0.8g。稻谷畝產(chǎn)420.4—452.8kg,比對(duì)照增產(chǎn)19.9%—29.1%。晚稻開溝區(qū)的經(jīng)濟(jì)性狀也優(yōu)于對(duì)照區(qū),稻谷畝產(chǎn)414.7—448.7kg,比對(duì)照區(qū)增產(chǎn)17.4%—27%。2.3土壤理化性質(zhì)研究表明,潛育化水稻土改平作為壟作,可有效地調(diào)控土壤水、肥、氣、熱狀況,創(chuàng)建有利于作物生長(zhǎng)的良好生態(tài)環(huán)境。據(jù)觀測(cè),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(diǎn)下降2—5cm,土色由青色變?yōu)闇\灰色,剖面構(gòu)型由A—Pg—G向A—P—Wg轉(zhuǎn)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(zhì)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(shù)、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(yǎng)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(jiàn),潛育化水稻土實(shí)行壟作,改良土壤理化性狀,改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境,提高土壤肥力,增加稻谷產(chǎn)量。據(jù)試驗(yàn),壟作比平作有效穗多1.6—2。4穗/蔸,總粒數(shù)多12.3—12.9粒/穗,結(jié)實(shí)率高0.45%—12.2%,千粒重高0.71—0.76g,畝增產(chǎn)50.3—55.5kg,增產(chǎn)率15.1%—15.3%。搞好壟作,必須注意作壟方法、壟溝規(guī)格、插植密度及合理施肥和科學(xué)管水等配套技術(shù)。2.4最佳施肥量及施磷量、氮磷社會(huì)用量的確定根據(jù)潛育化水稻土有效養(yǎng)分含量低和供肥遲緩的特性及水稻需肥規(guī)律,采用三因子二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)的方法,研究得出NPK的肥料效應(yīng)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(chǎn)量,N、P、K分別為氮、磷、鉀肥畝施用量)。結(jié)果表明,在最高產(chǎn)量施肥量范圍內(nèi),提高施氮水平,可提高磷肥效應(yīng);而提高施磷水平,也可提高氮、鉀肥效應(yīng)。但超過(guò)最高產(chǎn)量的施肥量,反而使施肥效應(yīng)下降,符合報(bào)酬遞減律。利用上述方程求出的最大施肥量及經(jīng)濟(jì)最佳施肥量(表12)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明,經(jīng)濟(jì)最佳施肥量比習(xí)慣施肥增產(chǎn)25.47%,盈利增加38.07元/畝。針對(duì)目前農(nóng)村生產(chǎn)資金困難及潛育化水稻土施肥少等情況,對(duì)不同邊際利潤(rùn)值(R)的施肥量進(jìn)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(jù)肥料種類和施肥面積等情況,在R>0的界限值內(nèi)進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)某一肥料供應(yīng)不足時(shí),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(dá)到大面積平衡增產(chǎn),提高施肥的經(jīng)濟(jì)效益。此外,潛育化水稻土普遍缺鋅。研究表明,施鋅能促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育,防治水稻僵苗,提高水稻的經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)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(chǎn)效果大于單一元素肥料。單施N肥比無(wú)肥(CK)增產(chǎn)31.3%,NP配合增產(chǎn)37.1%,NZn配合增產(chǎn)45.9%,NPZn配合增產(chǎn)51.7%,NPKZn配合則增產(chǎn)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(duì)潛育化水稻土低產(chǎn)原因及當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǔ)上,我們著重研究了低湖田潛育化土壤實(shí)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(jù)測(cè)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(duì)照(板田、浸、閑一稻)高118,114,110和34mV,而還原物質(zhì)總量則分別比對(duì)照降低2.05,2.01,2.02和0.82me/100g。同時(shí)土壤有效養(yǎng)分含量增加(表16)。各種水旱輪作制的水稻經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量均高于對(duì)照。油一稻、豆一稻、麥一稻和肥一稻制,分別比對(duì)照增產(chǎn)稻谷23.9%、22.0%、3.8%和10.4%。由于實(shí)行水旱輪作,提高了土地復(fù)種指數(shù),增加了一季冬種作物產(chǎn)量,增加了全年的產(chǎn)值(表17)。2.6潛育化水稻土的利用技術(shù)體系研究表明,將各項(xiàng)改良利用技術(shù)加以綜合組裝配套實(shí)施,可以充分發(fā)揮綜合改良利用技術(shù)的整體功能。采取以生物技術(shù)為主體,以工程技術(shù)為基礎(chǔ),以栽培技術(shù)為配套,依據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)條件,將三者有機(jī)地結(jié)合起來(lái),建立起潛育化水稻土綜合改良利用技術(shù)體系。據(jù)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(shù)組裝配套實(shí)施,獲得了顯著的改土增產(chǎn)效果(表18)。3潛育化水稻土土的改良三年來(lái),潛育化水稻土改良與利用的研究結(jié)果,取得了較大增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)試驗(yàn)基點(diǎn)及各示范區(qū)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的結(jié)果,經(jīng)過(guò)改良的田塊,與未改良的同類田相比,平均每畝增產(chǎn)稻谷50—100kg;與改良前的同一塊田相比,平均每畝增產(chǎn)稻谷80—120kg。可畝增產(chǎn)值30—80元。隨著改良利用潛育化水稻土的試驗(yàn)示范工作深入開展,大大地促進(jìn)了該項(xiàng)研究成果的普及推廣,使監(jiān)利縣73萬(wàn)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(wàn)畝,占潛育化水稻土的40.2%。三年累計(jì)田間開溝55.2萬(wàn)畝,埋暗管0.24萬(wàn)畝,水田壟作1.5萬(wàn)畝,優(yōu)化配方施肥65.8萬(wàn)畝,選種耐潛(漬)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種(組合)40.6萬(wàn)畝,水旱輪作種植油菜41.3萬(wàn)畝、豆類15.2萬(wàn)畝及麥類和綠肥等作物。三年累計(jì)改良利用受益面積達(dá)219.84萬(wàn)畝,占應(yīng)改良利用面積的72.1%,共增產(chǎn)稻谷12667.45×104kg,油菜籽2065.83×104kg,豆類688×104kg?？偣残略霎a(chǎn)值11367.215萬(wàn)元?？傊?潛育化水稻土