潜育化水稻土改良与利用技术体系研究

潜育化水稻土改良与利用技术体系研究

水稻潜育区在我国平原湖分布广泛，面积较大。湖北省四湖地区位于长江中游北岸,地处江汉平原南部,是一个江湖泛滥冲积沉积而成的平原湖区。区内自然条件优越,生产潜力巨大,是发展农牧渔多种经济生产的重要基地。但是境内降水集中,地势低洼,江水高垸田低,地下水位高,泄水不畅,加之不合理的开发利用和排灌系统不完善,农田易涝溃,致使土壤潜育化严重。全区有潜育化土壤386万亩,占耕地面积的58.6%,其中潜育化水稻土228万亩,占水田面积的52.3%。这类土壤作物产量低且不稳,严重影响了农作物大面积平衡增产。关于潜育化水稻土的研究,国内外均有不少研究报道。为了加速四湖地区的经济开发,促进农业持续发展,我们于1988—1990年期间,以湖北省监利县新兴垸为研究基点,进行了潜育化水稻土改良与利用的试验研究。本文为该项研究总结报告的一部分。1水稻地下种植的基本条件1.1不同类型农田土面积增加,土壤总潜育化程度提高新兴垸位于监利县城西郊,系长江与西流河环绕的低洼地区,是四湖地区的一个缩影。该垸系湖垸同体,盆碟形地貌,洪涝渍害频繁,排水困难,潜育化水稻土广泛分布于涝洼地低平原的低湖田及缓坡平原的低田、渍水田、土内夹青泥田等排水不良田。潜育化水稻土的形成。据研究,是农田受自然因素及人为经营不当综合作用的结果。土壤在长期渍水的条件下,土壤通透性不良而缺氧,还原作用强烈,特别是土壤中存在大量耗氧物质时,更加速了土壤潜育化过程。调查结果(表1)表明,新兴垸有潜育化水稻土22525亩,占水稻土的48.7%,比1979年第二次土壤普查时的15500亩增加了15.2个百分点。其中以表层潜育型增加数量最多,占总增加面积的69%,中层潜育型和全层潜育型均各占15.5%。新兴垸近10年来潜育化水稻土面积的增加,除了当地江、河、湖床淤积,水位抬高,导致地下水位升高外,还有以下几方面的原因:1.排灌系统不完善、不配套,沟渠淤积严重,排水不畅。该区大部分农田只有排水干沟,而缺乏配套的四级或五级排灌沟渠,积水难于排出。同时大部分沟渠排灌两用,处处拦水筑坝,且长期年久失修,沟渠淤塞,溃水难排,造成溃害。2.重灌轻排,缺乏水分管理制度。由于当地雨汛同期,灌排缺乏统一经营管理,各自为“政”,串灌串排,只灌不排现象十分严重,促进土壤潜育化。3.土壤耕作不当。大部分农田长期板田过冬或冬浸。而冬耕田或冬种田,多采取水耕水整,易形成“牛皮田”,烂耕烂耙,破坏土壤结构,增厚和压紧犁底层,加剧土壤潜化。1.2水稻潜育化的类型和特点根据土壤潜育强度、潜育部位及土体构型等剖面形态特征,并利于改良利用技术实施,将潜育化水稻土划分为三个类型,类型及特性详见表2。1.3降雨、降雨集中地区水多渍害,既是潜育化水稻土生成、演变的主要原因,又是潜育化水稻土的主导障碍因素。据监利县气象资料,新兴垸年降水量为1225,8mm,年均径流量为2064×104m3,且降雨大多集中在夏季。如1989年4、5、6月份降雨量分别达到165.1,198.2,207.5mm,三个月降雨量合计占全年降水量的46.5%。地表径流量大,加之地势低洼,江、河水位常年高出垸田3—6m,常常出现客水压境,洪涝溃害,大体是五年三遇,历年受害面积约占水田的52%。因此,频繁渍害不仅加剧了土壤潜育化,同时致使作物低产。在受溃害的影响下,潜育化水稻土还有5个主要障碍因素。1.3.1料体深土泥石流田据测定,1989年5月中旬潜育化水稻土(青泥田)的水温还只有20—25℃;泥温18—22℃。比非潜育化水稻土(淤泥田)的水温要低1.1—1.8℃,而泥温在5cm深处要低1.5—2.0℃,10cm深处要低1.7—2.3℃,15cm深处要低1.6—2.2℃。这样低的水温泥温,抑制水稻根细胞分裂,影响禾苗分蘖生长。1.3.2土壤水湿、干溶重据潜育化水稻土颗粒分析(表3),潜育层土壤中粘粒含量30%—33%,物理性粘粒(<0.01mm)68.5%—83.5%,土壤干溶重比非潜育化水稻土少0.05—0.1g/cm3。加之土壤含水率高,土粒被水分饱和,土体碎烂,而形成“稀、烂、深”的烂泥层,一般深达30cm左右,甚至40—50cm,泥脚深陷。湿时,软烂滞水,禾苗扎根不稳,浮蔸严重;干时,粘韧坚硬,耕作粗放,水稻低产。1.3.3全层潜育型水稻土湖泥田据测定土壤透水系数仅为10-6—10-7cm/s,小于PF2的非通气孔隙增加,通气孔隙则减少,使土壤通透性差,渗漏量很低,全层潜育型水稻土(湖泥田)日渗漏量为0.025—0.150cm,比非潜育化水稻土低得多。同时土中水多气少,水气得不到更新,土壤供肥和水稻吸收养分能力降低,影响水稻正常生长。1.3.4不同沉积型水稻土青泥层的抗氧化特性潜育化水稻土长期处于强还原状态,有机物嫌气分解,产生大量有机酸、硫化氢、亚铁、甲烷和二氧化碳等还原物质。据测定,在耕作层和青泥层中,强潜育化水稻土(青泥田)的氧化还原电位分别为300和180mV,比非潜育化水稻土(淤泥田)分别少60和160mV;还原物质总量分别为1.16和4.61me/100g土,比非潜育化水稻土分别多0.39和4.17me/100g土;活性还原物质和亚铁均比非潜育化水稻土高得多。土中还原物质积累达到一定浓度,阻碍根系吸肥和生长,以致水稻中毒,发生黑根死苗。1.3.5有效修复和缺陷研究表明,潜育化水稻土富含有机质,潜在养分高,但速效养分含量低(表4,5),土壤供肥性能差,影响水稻正常生长发育,还易发生僵苗。2水稻潜育化技术2.1水稻和水稻品种组合的经济性状比较根据不同水稻品种对潜育化水稻土的适应性和耐性,选种高产优质的水稻品种(组合),使作物与环境因素有机地协调起来,提高土壤生产力。三年来,我们共引进水稻品种61个进行试验,从中筛选出耐潜(渍)高产优质品种(组合)9个(表6)。其中早、中、晚稻品种各3个。这些水稻品种(组合)的耐(抗)性、经济性状及产量均优于当地品种(对照)。实践证明,因土种植,选种耐潜(渍)高产优质水稻品种(组合),是一项投入少、见效快,改良利用潜育化水稻土的有效技术。2.2田间开沟效果采取开明沟、埋暗管(沟)、田间作垄沟和厢沟等多种排水方法,都可获得不同程度的排渍效果。据试验,开挖1m深的明沟,可降低地下水位30—50cm;暗管排水,可降低地下水位20—40cm。深明沟可同时排除地表水和地下水;而暗管主要是排除地下水;田间垄沟和厢沟主要是排除地表水。潜育化水稻土田间开沟后,土壤理化性状得到明显改善。据观察,开沟区排水干田的时间比对照提前4一5天。地下水位降低年均值为20.2—22.8cm。泥温提高,如开沟间距为1.5m区的泥温与对照相比:5cm深处要高0.7—1.8℃;1.0cm深处要高0.5—1.3℃;15cm深处要高0.3—0.7℃。土壤容重、通气孔隙增加(表7)。氧化还原电位提高,还原物质总量降低(表8)。土壤速效养分也明显增加(表9)。试验还表明,田间开沟后,水稻根系活力增强,总根量及白根量增加。禾苗高度、根长、分蘖数、绿叶数和鲜(干)物重等明显增加。因而改善了水稻经济性状,提高了产量。早稻开沟区与对照区相比,有效穗增加3.5—4.5万/亩,总粒数增加6.7—9.1粒/穗,结实率提高1.3%—5.1%,千粒重提高0.4—0.8g。稻谷亩产420.4—452.8kg,比对照增产19.9%—29.1%。晚稻开沟区的经济性状也优于对照区,稻谷亩产414.7—448.7kg,比对照区增产17.4%—27%。2.3土壤理化性质研究表明,潜育化水稻土改平作为垄作,可有效地调控土壤水、肥、气、热状况,创建有利于作物生长的良好生态环境。据观测,垄作的耕作层比平作田可抬高5—10cm,土壤潜育层(青泥层G)起点下降2—5cm,土色由青色变为浅灰色,剖面构型由A—Pg—G向A—P—Wg转化。土壤水容重增加0.03—0.08g/cm3。垄作比平作泥温高0.3—0.9℃,有效积温高80℃;氧化还原电位高35—58mV;还原物质总量低1.51一2.50me/100g土;亚铁含量少19.3—64.9mg/100g土;土壤微生物总数、微生物磷及好气菌、真菌和放线菌均极显著地高,而厌气菌则明显地少(表10);土壤速效养分增加(表11)。此外,垄作还可增加田间蓄水量,减少病虫危害。上述可见,潜育化水稻土实行垄作,改良土壤理化性状,改善农田生态环境,提高土壤肥力,增加稻谷产量。据试验,垄作比平作有效穗多1.6—2。4穗/蔸,总粒数多12.3—12.9粒/穗,结实率高0.45%—12.2%,千粒重高0.71—0.76g,亩增产50.3—55.5kg,增产率15.1%—15.3%。搞好垄作,必须注意作垄方法、垄沟规格、插植密度及合理施肥和科学管水等配套技术。2.4最佳施肥量及施磷量、氮磷社会用量的确定根据潜育化水稻土有效养分含量低和供肥迟缓的特性及水稻需肥规律,采用三因子二次正交旋转组合设计的方法,研究得出NPK的肥料效应曲线为抛物线型,其方程为:y=96.24+31.10N+35.98P+15.12K+1.57NP—0.10NK+1.06PK-1.05N2-7.22P2-1.43K2(式中:y为亩产量,N、P、K分别为氮、磷、钾肥亩施用量)。结果表明,在最高产量施肥量范围内,提高施氮水平,可提高磷肥效应;而提高施磷水平,也可提高氮、钾肥效应。但超过最高产量的施肥量,反而使施肥效应下降,符合报酬递减律。利用上述方程求出的最大施肥量及经济最佳施肥量(表12)。经过试验表明,经济最佳施肥量比习惯施肥增产25.47%,盈利增加38.07元/亩。针对目前农村生产资金困难及潜育化水稻土施肥少等情况,对不同边际利润值(R)的施肥量进行探讨,并提出了潜育化水稻土不同R值的施肥参照表(表13)。从表中可看出,氮磷钾肥的用量,可根据肥料种类和施肥面积等情况,在R>0的界限值内进行调控。当某一肥料供应不足时,其余二种肥料可采用不同R值的施肥用量。这样有利于肥料的合理分配,最大限度地保证施肥面积,达到大面积平衡增产,提高施肥的经济效益。此外,潜育化水稻土普遍缺锌。研究表明,施锌能促进水稻的生长发育,防治水稻僵苗,提高水稻的经济性状及产量(表14)。研究还表明,氮、磷、钾、锌多元素肥料配合施用的改土增产效果大于单一元素肥料。单施N肥比无肥(CK)增产31.3%,NP配合增产37.1%,NZn配合增产45.9%,NPZn配合增产51.7%,NPKZn配合则增产57.6%。2.5不同类型土壤通气透水性及抗氧化还原电位针对潜育化水稻土低产原因及当地农业生产的情况,在全面推广改冬板田、冬浸田和冬闲田为冬耕冬种旱作物的基础上,我们着重研究了低湖田潜育化土壤实行冬作(油菜、蚕豆、麦类、绿肥等)一稻水旱轮作制。研究表明,水旱轮作改善土壤通气透水性(表15),提高土壤氧化还原电位。据测定,油一稻、豆一稻、麦一稻和肥一稻轮作制土壤氧化还原电位,分别比对照(板田、浸、闲一稻)高118,114,110和34mV,而还原物质总量则分别比对照降低2.05,2.01,2.02和0.82me/100g。同时土壤有效养分含量增加(表16)。各种水旱轮作制的水稻经济性状及产量均高于对照。油一稻、豆一稻、麦一稻和肥一稻制,分别比对照增产稻谷23.9%、22.0%、3.8%和10.4%。由于实行水旱轮作,提高了土地复种指数,增加了一季冬种作物产量,增加了全年的产值(表17)。2.6潜育化水稻土的利用技术体系研究表明,将各项改良利用技术加以综合组装配套实施,可以充分发挥综合改良利用技术的整体功能。采取以生物技术为主体,以工程技术为基础,以栽培技术为配套,依据当地的社会经济条件,将三者有机地结合起来,建立起潜育化水稻土综合改良利用技术体系。据研究,采取田间开沟、耐潜(渍)品种、水旱轮作及配方施肥等技术组装配套实施,获得了显著的改土增产效果(表18)。3潜育化水稻土土的改良三年来,潜育化水稻土改良与利用的研究结果,取得了较大增产效果和经济效益。据试验基点及各示范区调查统计的结果,经过改良的田块,与未改良的同类田相比,平均每亩增产稻谷50—100kg;与改良前的同一块田相比,平均每亩增产稻谷80—120kg。可亩增产值30—80元。随着改良利用潜育化水稻土的试验示范工作深入开展,大大地促进了该项研究成果的普及推广,使监利县73万亩潜育化水稻土都得到不同程度的改良,其中改良得较好的有29.59万亩,占潜育化水稻土的40.2%。三年累计田间开沟55.2万亩,埋暗管0.24万亩,水田垄作1.5万亩,优化配方施肥65.8万亩,选种耐潜(渍)高产优质水稻品种(组合)40.6万亩,水旱轮作种植油菜41.3万亩、豆类15.2万亩及麦类和绿肥等作物。三年累计改良利用受益面积达219.84万亩,占应改良利用面积的72.1%,共增产稻谷12667.45×104kg,油菜籽2065.83×104kg,豆类688×104kg。总共新增产值11367.215万元。总之,潜育化水稻土