不同类型中低产田土壤的主要影响因素

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摘要

  0 引言
  
  中低产田是指土壤环境因素不良或土体内存在一种或几种障碍因子,影响土壤生产力发挥,从而导致农作物产量低而不稳的一类耕地土壤[1],是环境条件不良、综合农业技术措施不高、农作物全部环境因素不相协调、产量水平低的耕地[2].这些障碍因素主要包括土壤、病虫害、耕作技术和气候环境因素。南平市位于福建省北部,俗称"闽北",辖10个县(市、区),地貌以丘陵、山地为主,河谷与山间小盆地错落其间,土地资源大致为"八山一水一分田","一分田"为22.05万hm2,其中水田21.33万hm2.第二次土壤普查时,以单位面积产量划分,71.74%为中低产田;1999年市土肥站通过"南平市中低产田的现状调查研究与改造规划"项目调查,以冷浸型、粘瘦型、砂漏型3个类型划分,66.7%属于中低产田。其中的冷浸田占全省冷浸田面积的50.5%[3],而冷浸田单产较低,若采取有针对性的综合改良措施,对提高土壤肥力从而促进福建粮食增产具有重要意义[4].闽北地形地貌复杂,水网密布,水稻土类型多,分布广而散,就土体而言,主要障碍因素是冷、烂、渍、粘、酸、漏、瘦、锈、旱、浅、毒等。长期以来,中低产田的改造治理一直在进行,也取得较好成效,但由于许多工程年久失修或失管,已渐渐失去改造效果;洪涝灾害的频繁发生导致的灾毁田及其复垦后又成为新的中低产田;经济建设用地占用的良田所调整的耕地或新开发的耕地也基本属中低产田。因此,中低产田的改造治理是一项长期而艰巨的任务。

  闽北是福建省的粮食主产区,多年来粮食总产和提供商品粮量均居全省的首位。随着党和政府多项强农惠农政策的落实、农业科技的推广、投入的增加,粮食生产实现了多年"连增",但"连增"的空间愈来愈显局限性。据南平统计年鉴[5],1981年稻谷平均单产为3750 kg/hm2,至1997年单产为5550 kg/hm2,16年平均年增产112.5 kg/hm2;1998年、1999年由于特大洪灾影响单产有所下降;2000年稻谷单产为5745 kg/hm2,至2012年单产为 6255 kg/hm2,12 年平均年增产 42.5 kg/hm2.

  2000 年以前,单产的提高除良种推广、增加肥料投入及栽培技术改进等措施外,中低产田治理改造及土壤改良对粮食增产起重要作用。据中低产田协作攻关资料 ,1983 年,闽北参加全省中低产田协作攻关的759 hm2水田,平均增产 1500 kg/hm2,增长 37.59%;1984 年,实施面积 4460 hm2,平均增产1222.5 kg/hm2,增长25.09%;对烂泥田改造通过石砌深沟,并在有冷泉眼内加埋波纹管有效排除地下水后,平均增产3151.5 kg/hm2,增长52.0%[6].2000年以后,一系列的农业技术推广及土地整治、标准农田建设、农业综合开发等项目多在连片大面积的中高产田区域实施,对中低产田及土壤障碍因素治理方面考虑较少,如2001年起福建省开始实施的农村土地开发整理项目,主要是平整归并零碎分割的田块,完善田间道路、农田水利设施配套,使路渠成网、排灌畅通,有效改善农业生产条件,但项目追求的目标是增加耕地,而山、田、水、路等综合整治的内涵未得到充分发挥[7].即这些项目注重的是新品种、新肥料、新农药、新技术、新机具推广及路、沟、渠的配套等农业基础设施建设,虽然对粮食增产起一定的作用,但由于单产基数高,增产难度越来越大。因此,治理和改造中低产田是粮食进一步增产的潜力所在。通过分析不同类型中低产田土壤的主要障碍因素,并总结经过实践可行的工程措施及农业和生物技术措施,为2015年至2018年全省完成5.33万hm2抛荒山垄田复垦改造及今后中低产田治理改造提供科学依据。

  1 材料与方法

  1.1 资料收集整理

  收集和查阅《福建土壤》、《建阳地区土壤》;1983-1986 年中低产田协作攻关资料;1999-2000 年"南平市中低产田的现状调查研究与改造规划"项目成果资料;分析整理相关数据资料。

  1.2 中低产田概况

  1.2.1 类型分布 中低产田划分有 3 个依据,一是按粮食产量水平;二是按障碍因素;三是按成土过程[8].科研和农业部门一般以障碍因素划分,如彭世琪[9]以土壤主导障碍类型和改良主攻方向及改良利用的共性划分。福建省按分布地形、环境条件、土壤特性及障碍因素等差异,将全省中低产田分为冷渍田类、浅瘦田类、砂漏田类、盐渍田类和毒质田类5个类型[10].闽北按土壤肥力特性和改良措施分为冷浸型、粘瘦型、砂漏型3 个类型,并根据纬度、海拔、气候,结合闽北水稻土分布及种植特点,又细分为暖地冷浸型双季稻区、暖地黄泥型双季稻区、暖地砂漏型双季稻区、温地冷浸型单双季稻区、温地黄泥型单双季稻区、冷地黄泥型单季稻区、冷地冷浸型单季稻区。从分布上看,全市从海拔50~1300 m,从河谷盆地到中山山垅谷地,都有分布。

  据第二次土壤普查资料统计[11],以单位面积产量划分,在21.33万hm2稻田中,年稻谷平均单产6000 kg/hm2以下的有11.75万hm2,占55.06%;单产6000~7500 kg/hm2的有 3.56 万 hm2,占 16.68% ,合计 15.31 万 hm2,占71.74%.从 1999 年市土肥站通过"南平市中低产田的现状调查研究与改造规划"项目调查统计,以冷浸型、粘瘦型、砂漏型 3 个类型划分 ,全市有中低产田14.23 万 hm2,占66.7%,其中,冷浸型、粘瘦型、砂漏型面积分别为5.06万hm2、6.64万hm2和2.53万hm2,见表1.以北部的光泽县、武夷山市、浦城县及中部的建瓯市中低产田面积较大,分别占水田总面积的80.8%、73.4%、67.2%和 73.3%.

  1.2.2 障碍因素 中低产田形成原因比较复杂,有干旱缺水、水土流失、热量不足、土壤瘠薄、盐碱化、经营管理等多种原因[12].在南方地区,中低产田低产原因主要是3个方面:自然环境条件的影响、土壤性状的影响和人为因素的影响[13]
.在广东省,中低产田的主要障碍因素:耕层浅薄、瘦瘠缺素、地下水位或干旱缺水,过砂、过粘、过酸、过咸,含有毒物质等[14].在闽北,受自然和人为因素的共同影响,3种类型的中低产田土壤主要障碍因素有冷、烂、渍、粘、酸、漏、瘦、锈、旱、浅、毒等,且一种类型可能有多个障碍因素。以纬度、海拔、气候,结合水稻土分布及种植特点来划分,其所占面积、分布区域、障碍因素、土壤及水稻种植表现见表2.

  1.2.3 治理技术 中低产田治理改造技术主要是针对不同类型的中低产田存在的一个或几个障碍因素,实施工程及农业和生物技术的措施。除气候环境因素、病虫害、耕作技术的影响外,排除土壤障碍因素,改善土壤水、肥、气、热状况最为根本。上世纪80年代初至90年代末,闽北先后开展了中低产田协作攻关;商品粮基地县中低产田工程改造;农业综合开发的土地治理项目;财政扶持与发展粮食生产专项资金的中低产田改造等,共实施改造面积5.63万hm2,取得较好的增产效果。如对冷浸型水田,通过石砌深窄沟排水,或埋地下暗管引冷泉等,克服冷、烂、渍、粘、酸、锈、毒等障碍因素;对沙漏型、粘瘦型水田客土客砂,改良土壤质地,加厚耕作层,克服酸、漏、瘦、旱、浅等障碍因素;通过路沟渠配套建设、改善灌排条件、保持水土等措施改善农业生产条件和土壤环境条件。同时,辅以农业和生物技术措施,如选择抗逆抗病水稻品种、改进施肥和耕作技术、水旱轮作、秸秆还田、增施有机肥、种植绿肥等措施来改善作物生长与土壤条件、土壤改良、土壤肥力的关系。

  2 结果与分析

  2.1 土壤侵蚀威胁

  闽北是闽江的主要上游区,境内的建溪、富屯溪流域由流域面积在50~500 km?以上的156条小流域构成,河网密度平均达0.18 km/km?,流域面积占土地总面积的75%以上。流域地区属亚热带季风区,气候温湿多雨,阳光充足,年平均气温17.5~19.3℃,年平均降雨量达1900~2300 mm,每年3月~6月来自南方热带海洋暖湿气团与来自北方的冷气团常在武夷山脉、仙霞岭交绥,形成静止峰,造成大量降雨,雨量占全年的60%左右,易导致暴雨泛滥成灾,一些年份的 7-9 月还会受台风影响,形成局部暴雨,而到盛夏和秋季雨量偏少时,又容易出现干旱。由于灾害频繁、水利设施老化失修、田间机耕路及灌溉网络不健全,防抗洪旱灾害能力差,导致农田的综合生产水平较低。另外,长期以来的农业和林业生产,由于对土壤侵蚀缺乏足够的认识,普遍存在重开垦开发轻保护管理、重采伐轻造林,甚至毁林开荒,陡坡、顺坡垦植,造成水土流失加剧,1982 年全市水土流失面积 27.87 万 hm?,其中水田隐匿流失 5.35 万 hm?,2005 年全市水土流失面积仍有15.66 万 hm?.遭受严重土壤侵蚀后,生产力下降非常明显,即使采用平衡施肥和增施腐熟农家肥,短期内很难恢复原有生产力水平[15].且遭受土壤侵蚀或灾毁的耕地即便是能恢复耕种也是新的中低产田。

  2.2 潜育化和次生潜育化影响

  闽北特定的自然和气候水文条件,不合理的灌溉方式和单一的轮作制度,促进土壤潜育化和次生潜育化,如冷浸田终年积水,土壤长期浸泡,土壤结构破坏、土粒分散、通透性差、土温低,有效养分不能释放,毒性还原物质冲斥土体,导致一系列的土壤性质恶化,从而成为"冷、烂、酸、瘦、毒"的低产田[16].部分地区土壤速效磷和速效钾含量显着缺失,是影响冷浸田生产力的重要障碍因子[17],水稻早期易发生缺磷"坐苗"及缺钾的赤枯病,以致产量偏低。主要土种有冷水田、锈水田、深脚烂泥田、浅脚烂泥田、青泥田、青格灰泥田等。

  以顺昌县后溪村冷浸型的山垄田为例,由于日照缺乏,土壤吸收热量少,且地下长期积水或有冷泉,造成水温、土温较平洋田低5~8℃,从6月-10月20日,水稻生育期内日照总时数比平洋田少217.5 h,见表3.在"烂"方面,冷浸田由于地下水位高,土粒分散并呈浮烂状,烂泥深度平均深度(67.7±8.44) cm,导致土壤物理性质差、耕作不便,秧苗不易立兜。在"酸"方面,冷浸田耕作层平均pH (5.2±0.44),犁底层pH (4.9±0.40),由于酸性强,有利于硫化物的形成,易使秧苗根系发黑腐臭至死亡。在"毒"方面,由于长期积水的嫌气条件,易产生还原性毒害物质,造成禾苗中毒,产生黑根,不分蘖或少分蘖[18].终年积水的山垄冷浸田,其还原物质总量达5.61 mg/100 g土,其中Fe2+含量为42.46 mg/kg,是影响水稻生长的主要毒害源。

  2.3 酸性强和酸化面积大

  酸害和铝毒已成为中国热带亚热带地区酸性土壤中抑制作物生长和导致作物减产的一个重要因素[19],闽北水田土壤酸源主要来自铝离子。据第二次土壤普查资料,闽北土壤普遍酸性,耕地土壤pH<5.5的面积有15.06万hm2,占68.32%,其中,酸性水田占水田总面积的 65.10% ,30 年后增至 82.16% ,强酸性面积由3.23%增至 9.59%[20].由于土壤酸性强,不利于有益微生物的活动和繁殖,易产生毒质危害,也影响土壤潜在养分的有效化和养分供应受阻,作物生长受到影响。

  2.4 耕作层浅化砂化

  耕作层是作物生长发育的重要层次,第二次土壤普查时,全市耕地耕层厚度10~15 cm的有10.95万hm2,占面积49.65%,小于10 cm的有0.65万hm2,占总面积的2.95%,二者合计占总面积的 52.60%.其中黄泥型中低产田有6.60万hm2,主要土种有乌黄泥田、灰黄泥田、黄泥田、黄泥骨、灰黄泥沙田、黄泥沙田,其耕作层厚度平均为(12.80±1.91) cm,加上所处地形灌溉不良,雨量分布不均匀,极易受旱。因这类水田大多由自然红(黄)壤经过开垦,水耕熟化后形成的,耕种时间短、耕作层浅、管理粗放,除灰黄泥沙田、黄泥沙田不粘外,还同时存在瘦、粘、酸等障碍因素。此外,由于开发利用不合理造成水土流失,致使耕作层砂化,质地轻壤、砂壤、砂土的面积有5.84万hm2,占耕积26.50%,严重砂化的土壤有2.82万hm2,占耕地面积12.8%.由于砂化,土壤有机质含量低,易漏水漏肥,易发病害,如砂漏型中低产田有0.89万hm2,主要土种有灰砂田、砂层田和黄砂田,其耕作层厚度平均为(13.86±7.95) cm.因这类水田大多分布于溪河两岸和丘陵陡坡梯田上,还同时存在瘦、漏、旱及易发病等障碍因素。由于耕作层浅化砂化,其土壤理化性状与典型中高产田的灰泥田、乌泥田比较有明显差距,见表4.

  2.5 有效养分缺乏比例失调

  从第二次土壤普查资料可以看出,冷浸型、粘瘦型、砂漏型3个类型水田,在有效养分方面除速效氮达中等水平外,速效磷、钾普遍缺乏,见表5.尤其是冷浸型水田速效磷含量为极缺,是造成"坐苗"的主要原因之一。在土壤有机质及潜在养分方面,冷浸型水田有机质、全氮含量并不低,但由于长期处于嫌气条件,养分分解转化缓慢,且易产生还原毒质危害;粘瘦型水田仅有机质、全钾在中等水平;砂漏型水田除土壤本底的全钾含量稍丰富外,有机质、全氮含量较低。在土壤中、微量元素方面,由于气候环境及成土母质的影响,钙、镁、硼普遍缺乏,锌、铜、钼缺乏属局部性。因此,土壤有效养分缺乏及比例失调也是造成低产的主要原因之一。

  2.6 土壤污染日趋严重

  随着工农业生产的不断发展,工矿企业的"三废"物质的排放、畜禽养殖业污染物的排放、农用化肥及农药的大量和不合理使用,导致土壤污染日趋严重、部分耕地质量下降、农产品产量及品质受影响。据南平市统计年鉴,在化肥(实物量)使用上:1960年为0.85万t,此后用量逐年递增,1966-1970年用量波动在2.84万t到7.25万t,1971-1977年均在10万t左右,1978年增至 16.48 万 t,1979 年使用量达 21.85 万 t,1988 年为32.85 万 t,1996-2001 年化肥用量在 45 万 t 左右,2003年为47.87万t,2005年51.90万t,2012年达53.01万t.

  在农药使用上:从上世纪50年代的0.044万t增加到80年代未的 0.58 万 t,1996 年为 0.68 万 t,2001 年为0.73 万 t,2003 年为 0.78 万 t,2007-2012 年为 0.87 万 t左右。在畜禽养殖方面:以猪、牛养殖为例,肉猪出栏数,1985 年 60.37 万头、2000 年 142.58 万头、2005 年212.98 万头、2012 年达 235.14 万头;牛(含奶牛)存栏数,从1985年的7.48万头,一直递增至2003年的14.13万头,此后逐渐下降,2006-2012年都在8万头左右。

  畜禽养殖业的大规模快速发展,其排泄物在很长一段时期都是随意而无序的排放,加速了对土壤和溪河的污染。而工矿企业"三废"中的汞、锌、铝、铜、碱、砷、硫、酸等污染物更是对土壤和农业生产造成直接影响。

  3 结论与讨论

  闽北丘陵山地、溪河两岸及山间小盆地分布着不同类型的水稻土21.33万hm?,由于土壤性状不良或环境条件不利等障碍因素的影响,约2/3以上为中低产田,分为冷浸型、粘瘦型、砂漏型3个类型,就土体而言,障碍因素主要是冷、烂、渍、粘、酸、漏、瘦、锈、旱、浅、毒等。

  排除土壤障碍因素,主要是采取工程措施为主,辅以农业和生物的技术措施,改善水、肥、气、热状况。在工程措施方面:对冷浸型中低产田,通过石砌深窄沟排水排渍,降低地下水位,以排除冷、烂、锈、毒等障碍因素;对沙漏型中低产田,通过客土改良,增加耕作层厚度,提高保水保肥能力,以排除漏、瘦、浅、旱等障碍因素;对粘瘦型中低产田,通过客土掺沙,改善土壤质地,或冬翻晒白,逐年加深和活化耕作层,以排除粘、酸、瘦、浅等障碍因素。此外,再根据地形和水源等条件进行路、沟、渠的合理配套建设,以改善生产条件。在农业和生物的技术措施方面主要有:选择抗逆抗病水稻品种、改进施肥技术、改变耕作制度、增施有机肥及种植绿肥、使用土壤改良剂等。如"平衡施肥"、"早施磷肥"、"全层基施"、"垄畦栽培"、"水旱轮作",以及沙漏田施肥的"少量多次"、酸性田的"施用石灰"、冬种紫云英绿肥、稻田放养红萍等水生绿肥、秸秆还田等。以工程措施的治"本",农业和生物技术措施的治"标",二者配合,改土为主,标本兼治。

  对抛荒山垄田复垦改造及其它中低产田治理改造应根据实地土壤环境条件,充分分析障碍因素并加以解决,同时,应利用中低产田协作攻关、商品粮基地县中低产田工程改造、农业综合开发土地治理、财政扶持与发展粮食生产专项资金等项目的示范典型,推进中低产田改造技术的应用。在实施农村土地开发整理及高标准基本农田建设项目中应在平整归并零碎分割的田块,完善田间道路、农田水利设施配套,使路渠成网、排灌畅通,改善农业生产条件的同时增加中低产田工程改造和农业的生物的技术措施。

  水土保持及生态保护是中低产田改造治理的前提和基础。土壤受到污染导致的耕地质量下降,甚至无法耕种的现象应引起高度重视。对工矿企业"三废"物质的排放、畜禽养殖业污染物的排放、化肥及农药的大量和不合理使用、土壤重金属污染等方面应加大研究和治理力度。

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