南方地区冷浸田综合治理利用技术,农业基础科学论文

南方地区冷浸田综合治理利用技术,农业基础科学论文冷浸田是指长期受冷水、冷泉浸渍或湖区滩地受地下水浸渍的一类水田，具有深切厚重的潜育层，排水不良、土壤通气透水性差。冷浸田主要分布在山区丘陵谷地、平原湖沼低洼地，以及山塘、水库堤坝的下部等区域。冷浸田的发生与演变，受地形、水文地质、光热条件、植被、地下水位、排水条件及人为经营等众多因素的影响。地下水位高、冷、烂、酸、毒、瘦及潜在肥力不能发挥是冷浸田生产力降低和土壤质量劣化的重要特征。冷浸田作为长期积水的强潜育性低产水稻田，是我们国家低产水稻土的一个主要类型，全国约有346万hm2,占全国稻田面积的15.07%,占低产稻田面积的44.2%[1-2].南方地区是冷浸田构成和分布的主要区域，如浙江、江西、福建、湖南、湖北、贵州、安徽以及广东等地均有较大比例的中低产田为冷浸田。据第二次土壤普查的数据统计，南方地区潜育性水稻土总面积约为167万hm2,华而不实以湖南和江西两省分布面积最大，广东、安徽、湖北和贵州四省分布面积次之[3-10].由于各省的地域差异，土壤类型和环境各不一样，当前南方地区冷浸田分类也趋向于不同的特色，缺乏统一的标准。随着近十来南方地区的经济发展，可用的耕地面积逐步减少，维持该地区的粮食总产量不仅需要依靠水稻育种上新的突破，更重要的还需解决中低产地的改进以及综合生产能力的提升问题，因而怎样系统地总结和比拟南方地区各省冷浸田的特征，提出适用于南方地区的冷浸田分类和治理策略的标准对南方地区冷浸田的改进和中低产地生产能力的提高具有重要意义。本文基于全国第二次土壤普查的数据统计，对南方地区潜育型水稻土的基本特征进行了调查分析比拟，结合国内冷浸田和潜育型水稻田的研究进展，对南方地区各省的冷浸田特征进行比拟，综合各省冷浸田的特征构成，基于冷浸田的治理措施的分类框架，讨论其综合治理利用技术。1南方地区冷浸田的基本特征南方地区的冷浸田主要分布在江西、湖南、安徽、福建、浙江、广东以及湖北等地。由于地域特征、环境特征的差异，各个地区的冷浸田特征差异明显〔表1〕.江西省冷浸田性质的潜育性水稻土面积29.32万hm2[3],以吉安、九江和上饶三市分布面积最大，南昌、鹰潭、赣州和宜春四市次之，主要分为表潜和全潜两种，表潜的有表潜灰麻泥沙田、表潜红沙泥田、表潜灰黄泥田以及表潜潮沙泥田，全潜的有麻泥沙田、灰麻泥沙田、紫沙泥田、灰紫泥田等10余种土壤类型。江西潜育型水稻土主要土壤剖面多成A-P-G型，有犁底层和典型的潜育层。湖南省水稻土共有275.58万hm2[6],占总土壤面积的16.5%,占总土地面积的13.0%;共有冷浸田性质的潜育性水稻土50.4万hm2,占水稻土总面积的18.3%.湖南土壤有单独设立冷浸田土属，其面积共有5.01万hm2,占水稻土类面积的1.8%.分布面积最大的是常德、邵阳和永州三市。湖南省冷浸田土属主要分为冷浸泥田、冷浸沙田、冷浸荫山田、冷浸岩渣田、石灰性冷浸田、滂泥田土种。主要分布在山丘区地下水丰富的低岸、冲垄中或塘坝、水库下面，发育于多种母质，主要为板页岩、砂岩风化物及第四纪红土、溪河冲积物等。湖南省冷浸田土体构型除滂泥田以外〔Ag-G型〕,以A-Apg-G-C型为主。因常年渍水潜育，土壤泥脚深；因土壤母质不同，各土种质地多为壤土或粘土，部分土种剖面有铁锈纹。安徽省冷浸田性质的潜育性水稻土面积16.21万hm2[5],占水稻土总面积的6.71%,集中分布于长江冲积平原区，以安庆、巢湖、芜湖三市面积最大，其次是宣城、黄山、六安和滁州等市，合肥、马鞍山、铜陵和淮南市面积较小。主要分为青泥田、青紫泥田、青石灰泥田、青湖泥田等11种，除陷泥田和烂泥田外〔Ag-G型〕,主要土壤剖面构造为A-Ap-G、A-Apg-G等类型，具有犁底层和典型的潜育层。福建省潜育性水稻土亚类面积12.8万hm2[7],占水稻土面积的11.96%.全省各地均有分布，但以建阳、三明、龙岩三市面积较大，分别占本亚类的36.99%,22.18%和13.02%;其次是福州、泉州、宁德，分别占本亚类的8.87%,7.17%和5.84%;漳州、莆田、厦门较小，分别只占本亚类的4.30%,1.41%和0.21%.主要分为青泥田和冷烂田两种，华而不实青泥田的土壤剖面为A-Ap-G,而冷蓝田则为A-G型。湖北省潜育性水稻土面积29.5万hm2[10],占水稻土面积的8.83%.潜育性水稻土在各地市都有分布，但占比例较大的是老水稻区的黄冈和荆州两市，分别占本亚类的17.12%和41.4%.主要包括青泥田、灰青泥田、矿毒青泥田、烂泥田、灰烂泥田和灰烂泥田等6个土属。主要土体构型为A-P-G,A-Pg-G,A-G和Ag-G型。贵州省潜育性水稻土面积13.86万hm2[8],以黔南布依族苗族自治州、黔东南侗族苗族自治州和遵义三市州分布面积最大，黔西南布依族苗族自治州、安顺、毕节三市州次之。主要包括青黄胶泥田、青紫泥田、青红泥田、深脚烂泥田、烂绣田等11种，华而不实深脚烂泥田、浅脚烂泥田和烂锈田的土壤剖面特征为M-G类型，其余多为A-Ap-G类型。广东省潜育性水稻土共有18.01万hm2[4],以肇庆、广州、湛江三市分布面积最大，河源、揭阳、韶关次之。主要分布于低洼、地下水位高的坑尾、垌边、滨海平原与河谷平原的低洼地区以及珠江三角洲及珠江入海口等低平地带。土壤类别主要分为冷底田土属、青潮泥砂田土属、油格田土属、乌泥底田、烂湴田、坭炭底田等7个土属，其主要的土壤剖面类别为Ag-G或Aa-Ap-G型。浙江省水稻土总面积为212.58万hm2[9],占土壤总面积的21.95%,广泛分布在全省各地，以杭嘉湖、宁绍、台州和温州等四大水网平原和滨海平原最为集中，除此之外在丘陵山区的河谷平原和山垅谷地及缓坡也有分布。根据第二次全国土壤普查结果，浙江省潜育性水稻土共有面积3.62万hm2[9],占水稻土类面积的1.7%,也有研究表示清楚浙江省的冷浸田面积约有6.67万hm2,华而不实丽水山区冷浸田面积较大约有2.67万hm2[11],主要分布在水网平原、滨海平原和河谷平原内地势低洼处，其次在丘陵山区的山垅、山岙的低洼处也有分布。浙江省冷浸田类型主要分为烂浸田、烂泥田、烂青紫泥田、烂塘田和烂青泥田5个土属，其主要的土壤剖面类型为A-G或A-Ap-G型。综上，南方地区不同省份其冷浸田土壤类型如表1所示，不同省份具有一样的类型，但由于各省的地域差异，土壤类型和环境各不一样，因而冷浸田分类也趋向于不同的特色，冷浸田分类标准的混乱及缺乏统一的命名细则成为制约今后全国冷浸田的标准化综合治理措施施行的突出难题。2南方地区冷浸田的分类框架随着国家当代化和乡村城镇化步伐的不断推进，工业化和城市的基础设施建设等场所占用了大量良田，导致全国耕地总面积下降。截至2018年底，我们国家耕地总数缺乏1.217亿hm2,已接近1.2亿hm2的红线[12].因而，怎样稳定我们国家粮食的总产量已成为亟待解决的问题。长期以来，冷浸田的耕地质量差，水稻产量偏低，一直制约着全国水稻总产量的提高，怎样通过对冷浸田这种中低产田的标准化改进，提高冷浸田水稻增产潜力，使得中低产田在一定程度上转变为高产田，对提高我们国家水稻总产量具有重要意义。但南方地区作为冷浸田构成的主要区域，其当前的分类体系过于冗杂且缺乏统一标准，不利于冷浸田的中低产田标准化改进措施的制定和施行。因而，本文根据现有的资料以及国内的研究进展，结合各个省区冷浸田的土壤性质以及冷浸田的改进措施，对当前南方地区的冷浸田进行了分类，建立基于冷浸田共性土壤性质及其标准改进措施的分类框架。分类框架包含江西省、浙江省、福建省、湖南省、湖北省、贵州省、安徽省以及广东省等南方地区八省大部分潜育水稻土亚类的土壤类型。华而不实浙江省5个土属，9个土种；福建省3个土属，5个土种；湖南省5个土属，26个土种；湖北省6个土属，13个土种；贵州省8个土属，11个土种；安徽省11个土属，22个土种；广东省7个土属，10个土种以及江西省9个土属，11个土种。分类首先根据有无犁底层或耕作层为分类第一级，地理环境、特殊土壤类型、冷浸特征等为第二级，在上述分类原则基础上，提出了新的冷浸田分类框架〔表2〕.华而不实无犁底层的冷浸田分为：山垅烂泥田、低洼烂泥田和锈水烂泥田。而有犁底层的冷浸田则初步分为低洼冷水田、钙质冷水田、泥质冷水田、砂质冷水田、矿毒冷水田等。3冷浸田的改进措施冷浸田的主要障碍特性包括水温、土温低；土体腐败、耕性差；复原性物质积累；速效养分贫乏等；部分类型冷浸田还存在矿毒等毒害。因而针对不同的冷浸田的特性需要采用不同的改进措施。3.1无犁底层〔烂泥型〕冷浸田的改进对于无犁底层类型的冷浸田如山垅烂泥田和低洼烂泥田等，由于其大都土壤粘重，土体糊烂，无明显的犁底层，耕作不便，通透性差，养分释放缓慢，可通过种植构造调整等措施进行改进，各地区可视自然生态条件改种茭白、慈菇等水生作物，可以通过土地功能改变进行鱼塘改建，提高冷浸田的经济效益。个别区域的无犁底层冷浸田可以对其进行生态恢复改进，作为天然湿地或景观湿地进行景观改造及调整。亚铁等复原性物质的毒性对水稻地上部和根系的生长有很大的抑制作用，因而锈水烂泥田改进主要应该侧重于怎样降低亚铁等复原性物质的毒害。有研究以为提高外源供K+水平在一定程度上能够提高水稻对Fe2+毒害的耐性[13],与正常相比，高Fe2+胁迫抑制了水稻地上部和根系的生长，叶片叶绿素含量降低，而随外源K+水平的提高，水稻地上部和根系生长受Fe2+胁迫抑制程度减弱，叶片叶绿素含量增加，叶片棕色化指数有所下降。3.2有犁底层〔浸水型〕冷浸田的改进有完好犁底层的冷浸田，大部分具有较好的可耕作性，因而可采用多种方式方法如开沟排水、水分管理、耕作方式改变等措施对其进行改造，使其到达增肥增产的效果。3.2.1农业水利工程措施冷浸田多为坡地流水切割地貌，泉眼多，地下水位高，渍害严重。通过开沟、截洪、引流和埋暗管等农业水利工程措施，可截断地面和地下水源，降低地下水位。排水沟的大小、密度，应根据山垄大小、地下泉水涌出量、土壤质地和地面坡降而定。排水沟设计要求，排水沟宽度以能排除地表水和地下水为限，沟深根据农田集水面积和地下水为限。当前的研究表示清楚开沟排水可有效地改进冷浸田，有研究表示清楚开深1m底宽0.3m的石砌深窄沟可降低地下水位0.3~0.5m[14].安徽池州地区冷浸田改进前土体松懈泥烂，地下水位高，土壤养分贫乏，每667m2产量仅为150~200kg,通过开沟排水处理可每667m2提高水稻产量20%[15].埋暗管是冷浸田排水的重要措施，一般埋深约0.7m的暗管即可降低0.2~0.4m的地下水位，提高水温、土温，增加水稻有效分蘖数。林增泉等[14]的研究表示清楚暗管排水可降低地下水位0.2~0.4m.陈士平等[16]采用多孔塑料波纹暗管排水改造山区冷浸田，结果表示清楚暗管排水可实现耕层土壤降渍，水、土温度升高，理化性状改善，单季杂交稻产量达7290kghm-2,比未改造对照增产47.3%.3.2.2水分管理和耕作制度合理调控水分能改善土壤物理构造，协调好土壤中水、肥、气、热等，提高水温和土温，防止早衰，促进水稻生长。生育期水分调控，早稻栽培采用前浅、中烤、后湿润,晚稻采用前浇、中烤、后浅的方式[17].有研究表示清楚湿润灌溉比长期淹灌的稻田，结实率提高1.10%~3.83%,千粒重增加0.40~0.83g[18].杨成英[19]的研究也表示清楚，湿润栽培可改善土壤的物理性状，提高土温2℃左右，促进了植株白根数、绿叶数和干物质量的增加。而灌溉方式的改变可以以减少冷浸田的毒害，灌排两用沟，以及沟灌均可有效地提高冷浸田的肥料利用率并增产。耕作制度的改变也是改进冷浸田的有效措施，一般可通过水旱轮作，冬季开沟晒田后结合种植蚕豆、油菜等旱作植物逐步减轻冷浸毒害。垄作或畦作的半旱式栽培形式可以较好地调控水分，垄/畦上可构成以毛管水为主的水文体系，可提高土温、水温，降低土壤中的复原性物质。安徽池州地区把平作改为垄作并配合间隙灌溉的方式改进冷浸田，获得了较好的增产效益，水稻产量能够从150kg667m-2增至300kg667m-2[15].熊又升等[20]开展垄作免耕影响冷浸田水稻产量及土壤温度和团圆体分布研究发现，起垄〔垄高10和15cm〕能显著〔P0.05〕提高冷浸田水稻产量，垄作土壤平均增温范围为0.4~1.2℃.冷浸田土温水温均较低，可利用养分缺乏，因而在这特殊的土壤环境下种植的水稻品种需进行挑选与改进，耐低温的水稻品种应是冷浸田种植稻种的首选，其次可选取适应高地下水位或长期浸泡环境的水稻品种如芦苇稻等进行种植，到达中低产地的增产效果。3.2.3合理施用肥料和土壤改进剂冷浸田有效养分低，肥料合理运筹和施用适宜的土壤改进剂的可以显著改进冷浸田的土壤性质，提高水稻产量。增施有机肥，如堆肥、厩肥等，可提高土温，改进土壤构造，提高土壤养分含量，加强土壤微生物的活力。除此之外，有研究表示清楚，冷浸田增施锌肥可使水稻植株生长强健，提早分蘖和分蘖高峰期，增加分蘖数，提高成穗率和结实率，增加产量10.3