冷浸田是指長期受冷水、冷泉浸漬或湖區灘地受地下水浸漬的一類水田,具有深厚的潛育層,排水不良、土壤通氣透水性差。冷浸田主要分布在山區丘陵谷地、平原湖沼低洼地,以及山塘、水庫堤壩的下部等區域。冷浸田的發生與演變,受地形、水文地質、光熱條件、植被、地下水位、排水條件及人為經營等諸多因素的影響。地下水位高、冷、爛、酸、毒、瘦及潛在肥力不能發揮是冷浸田生產力降低和土壤質量劣化的重要特征。
冷浸田作為長期積水的強潛育性低產水稻田,是我國低產水稻土的一個主要類型,全國約有 346 萬 hm2,占全國稻田面積的 15. 07%,占低產稻田面積的 44. 2%[1 -2].南方地區是冷浸田形成和分布的主要區域,如浙江、江西、福建、湖南、湖北、貴州、安徽以及廣東等地均有較大比例的中低產田為冷浸田。據第二次土壤普查的數據統計,南方地區潛育性水稻土總面積約為 167萬 hm2,其中以湖南和江西兩省分布面積最大,廣東、安徽、湖北和貴州四省分布面積次之[3 -10].
由于各省的地域差異,土壤類型和環境各不相同,目前南方地區冷浸田分類也趨向于不同的特色,缺乏統一的標準。隨著近十來南方地區的經濟發展,可用的耕地面積逐漸減少,維持該地區的糧食總產量不僅需要依靠水稻育種上新的突破,更重要的還需解決中低產地的改良以及綜合生產能力的提升問題,因此如何系統地總結和比較南方地區各省冷浸田的特征,提出適用于南方地區的冷浸田分類和治理策略的標準對南方地區冷浸田的改良和中低產地生產能力的提高具有重要意義。本文基于全國第二次土壤普查的數據統計,對南方地區潛育型水稻土的基本特征進行了調查分析比較,結合國內冷浸田和潛育型水稻田的研究進展,對南方地區各省的冷浸田特征進行比較,綜合各省冷浸田的特征形成,基于冷浸田的治理措施的分類框架,探討其綜合治理利用技術。
1 南方地區冷浸田的基本特征
南方地區的冷浸田主要分布在江西、湖南、安徽、福建、浙江、廣東以及湖北等地。由于地域特征、環境特征的差異,各個地區的冷浸田特征差異明顯( 表 1) .江西省冷浸田性質的潛育性水稻土面積29. 32 萬 hm2[3],以吉安、九江和上饒三市分布面積最大,南昌、鷹潭、贛州和宜春四市次之,主要分為表潛和全潛兩種,表潛的有表潛灰麻泥沙田、表潛紅沙泥田、表潛灰黃泥田以及表潛潮沙泥田,全潛的有麻泥沙田、灰麻泥沙田、紫沙泥田、灰紫泥田等 10 余種土壤類型。江西潛育型水稻土主要土壤剖面多成 A-P-G 型,有犁底層和典型的潛育層。
湖南省水稻土共有 275. 58 萬 hm2[6],占總土壤面積的 16. 5%,占總土地面積的 13. 0%; 共有冷浸田性質的潛育性水稻土 50. 4 萬 hm2,占水稻土總面積的 18. 3%.湖南土壤有單獨設立冷浸田土屬,其面積共有 5. 01 萬 hm2,占水稻土類面積的 1. 8%.分布面積最大的是常德、邵陽和永州三市。湖南省冷浸田土屬主要分為冷浸泥田、冷浸沙田、冷浸蔭山田、冷浸巖渣田、石灰性冷浸田、滂泥田土種。主要分布在山丘區地下水豐富的低岸、沖壟中或塘壩、水庫下面,發育于多種母質,主要為板頁巖、砂巖風化物及第四紀紅土、溪河沖積物等。湖南省冷浸田土體構型除滂泥田以外( Ag-G 型) ,以 A-Apg-G-C 型為主。因常年漬水潛育,土壤泥腳深; 因土壤母質不同,各土種質地多為壤土或粘土,部分土種剖面有鐵銹紋。
安徽省冷浸田性質的潛育性水稻土面積16. 21 萬 hm2[5],占水稻土總面積的 6. 71%,集中分布于長江沖積平原區,以安慶、巢湖、蕪湖三市面積最大,其次是宣城、黃山、六安和滁州等市,合肥、馬鞍山、銅陵和淮南市面積較小。主要分為青泥田、青紫泥田、青石灰泥田、青湖泥田等 11種,除陷泥田和爛泥田外( Ag-G 型) ,主要土壤剖面結構為 A-Ap-G、A-Apg-G 等類型,具有犁底層和典型的潛育層。
福建省潛育性水稻土亞類面積 12. 8 萬hm2[7],占水稻土面積的11. 96%.全省各地均有分布,但以建陽、三明、龍巖三市面積較大,分別占本亞類的 36. 99%,22. 18%和13. 02%; 其次是福州、泉 州、寧 德,分 別 占 本 亞 類 的 8. 87%,7. 17% 和 5. 84% ; 漳州、莆田、廈門較小,分別只占本亞類的4. 30%,1. 41%和0. 21%.主要分為青泥田和冷爛田兩種,其中青泥田的土壤剖面為A-Ap-G,而冷藍田則為 A-G 型。
湖北省潛育性水稻土面積 29. 5 萬 hm2[10],占水稻土面積的 8. 83%.潛育性水稻土在各地市都有分布,但占比例較大的是老水稻區的黃岡和荊州兩市,分別占本亞類的17. 12%和41. 4%.主要包括青泥田、灰青泥田、礦毒青泥田、爛泥田、灰爛泥田和灰爛泥田等 6 個土屬。主要土體構型為 A-P-G,A-Pg-G,A-G 和 Ag-G 型。貴州省潛育性水稻土面積 13. 86 萬 hm2[8],以黔南布依族苗族自治州、黔東南侗族苗族自治州和遵義三市州分布面積最大,黔西南布依族苗族自治州、安順、畢節三市州次之。主要包括青黃膠泥田、青紫泥田、青紅泥田、深腳爛泥田、爛繡田等 11 種,其中深腳爛泥田、淺腳爛泥田和爛銹田的土壤剖面特征為 M-G 類型,其余多為 A-Ap-G 類型。
廣東省潛育性水稻土共有 18. 01 萬 hm2[4],以肇慶、廣州、湛江三市分布面積最大,河源、揭陽、韶關次之。主要分布于低洼、地下水位高的坑尾、垌邊、濱海平原與河谷平原的低洼地區以及珠江三角洲及珠江入??诘鹊推降貛?。土壤類別主要分為冷底田土屬、青潮泥砂田土屬、油格田土屬、烏泥底田、爛湴田、坭炭底田等 7 個土屬,其主要的土壤剖面類別為 Ag-G 或 Aa-Ap-G 型。
浙江省水稻土總面積為 212. 58 萬 hm2[9],占土壤總面積的 21. 95%,廣泛分布在全省各地,以杭嘉湖、寧紹、臺州和溫州等四大水網平原和濱海平原最為集中,此外在丘陵山區的河谷平原和山垅谷地及緩坡也有分布。根據第二次全國土壤普查結果,浙江省潛育性水稻土共有面積3. 62 萬 hm2[9],占水稻土類面積的 1. 7% ,也有研究表明浙江省的冷浸田面積約有 6. 67 萬hm2,其中麗水山區冷浸田面積較大約有 2. 67萬 hm2[11],主要分布在水網平原、濱海平原和河谷平原內地勢低洼處,其次在丘陵山區的山垅、山岙的低洼處也有分布。浙江省冷浸田類型主要分為爛浸田、爛泥田、爛青紫泥田、爛塘田和爛青泥田 5 個土屬,其主要的土壤剖面類型為A-G 或 A-Ap-G 型。
綜上,南方地區不同省份其冷浸田土壤類型如表 1 所示,不同省份具有相同的類型,但由于各省的地域差異,土壤類型和環境各不相同,因此冷浸田分類也趨向于不同的特色,冷浸田分類標準的混亂及缺乏統一的命名細則成為制約今后全國冷浸田的標準化綜合治理措施實施的突出難題。
2 南方地區冷浸田的分類框架
隨著國家現代化和鄉村城鎮化步伐的不斷推進,工業化和城市的基礎設施建設等場所占用了大量良田,導致全國耕地總面積下降。截至2010 年底,我國耕地總數不足 1. 217 億 hm2,已接近 1. 2 億 hm2的紅線[12].因此,如何穩定我國糧食的總產量已成為亟待解決的問題。長期以來,冷浸田的耕地質量差,水稻產量偏低,一直制約著全國水稻總產量的提高,如何通過對冷浸田這種中低產田的標準化改良,提高冷浸田水稻增產潛力,使得中低產田在一定程度上轉變為高產田,對提高我國水稻總產量具有重要意義。
但南方地區作為冷浸田形成的主要區域,其目前的分類體系過于繁雜且缺乏統一標準,不利于冷浸田的中低產田標準化改良措施的制定和實施。
因此,本文根據現有的資料以及國內的研究進展,結合各個省區冷浸田的土壤性質以及冷浸田的改良措施,對目前南方地區的冷浸田進行了分類,建立基于冷浸田共性土壤性質及其標準改良措施的分類框架。分類框架包含江西省、浙江省、福建省、湖南省、湖北省、貴州省、安徽省以及廣東省等南方地區八省大部分潛育水稻土亞類的土壤類型。其中浙江省 5 個土屬,9 個土種; 福建省3 個土屬,5 個土種; 湖南省5 個土屬,26 個土種; 湖北省6 個土屬,13 個土種; 貴州省 8 個土屬,11 個土種; 安徽省 11 個土屬,22 個土種; 廣東省 7個土屬,10 個土種以及江西省 9 個土屬,11 個土種。分類首先依據有無犁底層或耕作層為分類第一級,地理環境、特殊土壤類型、冷浸特征等為第二級,在上述分類原則基礎上,提出了新的冷浸田分類框架( 表 2) .其中無犁底層的冷浸田分為: 山垅爛泥田、低洼爛泥田和銹水爛泥田。而有犁底層的冷浸田則初步分為低洼冷水田、鈣質冷水田、泥質冷水田、砂質冷水田、礦毒冷水田等。
3 冷浸田的改良措施
冷浸田的主要障礙特性包括水溫、土溫低; 土體糜爛、耕性差; 還原性物質積累; 速效養分貧乏等; 部分類型冷浸田還存在礦毒等毒害。因此針對不同的冷浸田的特性需要采用不同的改良措施。
3. 1 無犁底層( 爛泥型) 冷浸田的改良
對于無犁底層類型的冷浸田如山垅爛泥田和低洼爛泥田等,由于其大都土壤粘重,土體糊爛,無明顯的犁底層,耕作不便,通透性差,養分釋放緩慢,可通過種植結構調整等措施進行改良,各地區可視自然生態條件改種茭白、慈菇等水生作物,也可通過土地功能改變進行魚塘改建,提高冷浸田的經濟效益。個別區域的無犁底層冷浸田也可對其進行生態恢復改良,作為天然濕地或景觀濕地進行景觀改造及調整。
亞鐵等還原性物質的毒性對水稻地上部和根系的生長有很大的抑制作用,因此銹水爛泥田改良主要應該側重于如何降低亞鐵等還原性物質的毒害。有研究認為提高外源供 K+水平在一定程度上可以提高水稻對 Fe2 +毒害的耐性[13],與正常相比,高 Fe2 +脅迫抑制了水稻地上部和根系的生長,葉片葉綠素含量降低,而隨外源K+水平的提高,水稻地上部和根系生長受 Fe2 +脅迫抑制程度減弱,葉片葉綠素含量增加,葉片棕色化指數有所下降。
3. 2 有犁底層( 浸水型) 冷浸田的改良
有完整犁底層的冷浸田,大部分具有較好的可耕作性,因此可采用多種方法如開溝排水、水分管理、耕作方式改變等措施對其進行改造,使其達到增肥增產的效果。
3. 2. 1 農業水利工程措施
冷浸田多為坡地流水切割地貌,泉眼多,地下水位高,漬害嚴重。通過開溝、截洪、引流和埋暗管等農業水利工程措施,可截斷地面和地下水源,降低地下水位。排水溝的大小、密度,應根據山壟大小、地下泉水涌出量、土壤質地和地面坡降而定。排水溝設計要求,排水溝寬度以能排除地表水和地下水為限,溝深根據農田集水面積和地下水為限。目前的研究表明開溝排水可有效地改良冷浸田,有研究表明開深 1 m 底寬 0. 3 m的“石砌深窄溝”可降低地下水位 0. 3 ~ 0. 5m[14].安徽池州地區冷浸田改良前土體松散泥爛,地下水位高,土壤養分貧乏,每 667 m2產量僅為 150 ~ 200 kg,通過開溝排水處理可每 667m2提高水稻產量 20%[15].
埋暗管是冷浸田排水的重要措施,一般埋深約 0. 7 m 的暗管即可降低 0. 2 ~0. 4 m 的地下水位,提高水溫、土溫,增加水稻有效分蘗數。林增泉等[14]的研究表明暗管排水可降低地下水位0. 2 ~ 0. 4 m.陳士平等[16]采用多孔塑料波紋暗管排水改造山區冷浸田,結果表明暗管排水可實現耕層土壤降漬,水、土溫度升高,理化性狀改善,單季雜交稻產量達 7 290 kg·hm- 2,比未改造對照增產 47. 3%.
3. 2. 2 水分管理和耕作制度
合理調控水分能改善土壤物理結構,協調好土壤中水、肥、氣、熱等,提高水溫和土溫,防止早衰,促進水稻生長。生育期水分調控,早稻栽培采用“前淺、中烤、后濕潤”,晚稻采用“前澆、中烤、后淺”的方式[17].有研究表明濕潤灌溉比長期淹灌的稻田,結實率提高 1. 10% ~ 3. 83%,千粒重增加 0. 40 ~0. 83 g[18].楊成英[19]的研究也表明,濕潤栽培可改善土壤的物理性狀,提高土溫 2℃左右,促進了植株白根數、綠葉數和干物質量的增加。而灌溉方式的改變也可以減少冷浸田的毒害,灌排兩用溝,以及溝灌均可有效地提高冷浸田的肥料利用率并增產。
耕作制度的改變也是改良冷浸田的有效措施,一般可通過水旱輪作,冬季開溝曬田后結合種植蠶豆、油菜等旱作植物逐步減輕冷浸毒害。
壟作或畦作的半旱式栽培模式也可較好地調控水分,壟/畦上可形成以毛管水為主的水文體系,可提高土溫、水溫,降低土壤中的還原性物質。安徽池州地區把平作改為壟作并配合間隙灌溉的方式改良冷浸田,獲得了較好的增產效益,水稻產量可以從150 kg·667 m- 2增至300 kg·667 m- 2[15].熊又升等[20]開展壟作免耕影響冷浸田水稻產量及土壤溫度和團聚體分布研究發現,起壟( 壟高 10 和 15 cm) 能顯著( P <0. 05) 提高冷浸田水稻產量,壟作土壤平均增溫范圍為0. 4 ~ 1. 2℃ .
冷浸田土溫水溫均較低,可利用養分缺乏,因此在這特殊的土壤環境下種植的水稻品種需進行篩選與改良,耐低溫的水稻品種應是冷浸田種植稻種的首選,其次可選取適應高地下水位或長期浸泡環境的水稻品種如蘆葦稻等進行種植,達到中低產地的增產效果。
3. 2. 3 合理施用肥料和土壤改良劑
冷浸田有效養分低,肥料合理運籌和施用適宜的土壤改良劑的也可顯著改良冷浸田的土壤性質,提高水稻產量。增施有機肥,如堆肥、廄肥等,可提高土溫,改良土壤結構,提高土壤養分含量,增強土壤微生物的活力。此外,有研究表明,冷浸田增施鋅肥可使水稻植株生長健壯,提早分蘗和分蘗高峰期,增加分蘗數,提高成穗率和結實率,增加產量 10. 3%[21].土壤改良劑能有效改善土壤理化性狀和土壤養分狀況,改善作物生長環境,利于作物生長,提高糧食產量,也是冷浸田改良的有力手段之一。董穩軍等[22]以南方冷浸田為對象研究脫硫灰改良劑、生物活性炭,市售的土壤改良劑石灰、硅鈣肥、腐植酸對冷浸田的改良效果,結果表明施用改良劑能夠改善土壤理化性狀,提升土壤速效養分和 pH,提高葉片SPAD、莖蘗數、水稻干物質積累量、成穗數、穗粒數、產量結實率和根系傷流速率。本課題組也開展了生物炭添加對浙江典型冷浸田的改良效果研究,結果發現生物炭對冷浸田土壤溫度有顯著影響,并避免了土壤溫度過高或過低對水稻生長的抑制作用,使冷浸田水稻產量增加 8. 3%.
3. 2. 4 不宜種植的特殊毒害改良
冷浸田中部分有特殊毒害類型的礦毒浸水田,如青金屬礦毒田、青非金屬礦毒田、青廢水污染田、礦毒青泥田等,則不宜進行上述改良,可改為天然濕地等景觀用地,提高土地的利用價值。
4 結論
冷浸田的耕地質量差,水稻產量偏低,成為制約全國糧食總產量提高的限制因素,然而冷浸田有機質含量較高,經過合理改良與綜合治理,其增產潛力依然巨大。鑒于我國冷浸田分布范圍比較廣,分類命名繁雜且欠規范的現狀,在充分調查研究南方地區冷浸田傳統的分類特性、土壤特征及命名特點的基礎上,提煉出便于統一歸類、標準化改良和分類治理的新的冷浸田概念、分類框架及命名體系,并針對性提出冷浸田分類治理、有效改良和科學管理的技術措施,可為指導冷浸田高效、規范、分區治理提供科學依據。