王 飛，李清華，林營志，林 誠，林新堅(jiān)，劉玉潔

冷浸田為福建省一種特殊的中低產(chǎn)田，屬潛育性水稻土，面積約16.7萬hm2，約占全省耕地總面積的12.0%[1]。與黃泥田、沙漏田等福建中低產(chǎn)田土壤類型不同，冷浸田土壤有機(jī)質(zhì)含量高，預(yù)示著其增產(chǎn)潛力較大，如能對(duì)冷浸田進(jìn)行科學(xué)的改造利用，對(duì)于提升福建農(nóng)田生產(chǎn)力、提高福建水稻總產(chǎn)，進(jìn)而緩解福建十分緊張的人地矛盾具有現(xiàn)實(shí)的意義。冷浸田改良的目標(biāo)是向灰黃泥田、灰泥田或?yàn)跄嗵锏容^高生產(chǎn)水平的農(nóng)田土壤類型演變，因而對(duì)冷浸田的治理首先應(yīng)建立在摸清冷浸田生境條件的基礎(chǔ)上，尤其是要掌握同一流域分布的冷浸田與非冷浸田生境的差異，包括地下水位發(fā)生的變化、農(nóng)田小氣候等特點(diǎn)，以提出針對(duì)性的治理措施。為此，本研究以福建閩侯典型冷浸田為例，通過農(nóng)田地下水位監(jiān)測(cè)裝置與野外自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開展連續(xù)監(jiān)測(cè)比較，以期明確同一小流域內(nèi)冷浸田與非冷浸田的地下水位與農(nóng)田小氣候生境特征及其差異，進(jìn)而為冷浸田改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于福建閩侯縣農(nóng)業(yè)部福建耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站。地理位置為 119°04′E，26°13′N，區(qū)域年平均溫度19.5℃，年均降雨量1350.9 mm，蒸發(fā)量1495.1mm，年日照時(shí)數(shù)：1812.5 h，年無霜期311 d，≥10℃的活動(dòng)積溫6422℃。該區(qū)域處于福建南亞熱帶與中亞熱帶過渡區(qū)，分布有水田、旱地、經(jīng)濟(jì)林果等多種生態(tài)系統(tǒng)。土壤成土母質(zhì)為低丘紅壤坡積物、殘積物與沖積物。小流域內(nèi)灰泥田（非冷浸田）所處的位置為山前平原，平坦開闊，田塊規(guī)整，而冷浸田則分布于山壟谷地，兩側(cè)山高林蔭，田塊狹小破碎。

1.2 研究方法

以灰泥田為對(duì)照，分別在灰泥田與冷浸田上安裝設(shè)立TRM-ZS2型農(nóng)田小氣候自動(dòng)氣象站（錦州陽光氣象科技有限公司生產(chǎn)），自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、地溫、光合有效輻射等農(nóng)田小氣象要素。另在灰泥田與冷浸田觀測(cè)點(diǎn)分別安裝農(nóng)田地下水位監(jiān)測(cè)裝置（課題組試制ZL201120062566.9）。監(jiān)測(cè)管由PVC管材制作而成，其筒狀體長150cm，上開口設(shè)有密封蓋，筒狀體下部周側(cè)開設(shè)有滲水孔，滲水孔外圍包覆有防止?jié)B水孔堵塞的棕毛濾網(wǎng)。埋管時(shí)，管體埋入田面下100cm，管體露出田面50cm，并將周圍土壤沿管體堆高，防止受地表徑流影響，監(jiān)測(cè)每10d 1次。農(nóng)田自動(dòng)氣象站與地下水位測(cè)管監(jiān)測(cè)時(shí)間為2011年5月至2013年4月。四季的劃分方法以公歷3月-5月為春季，6月-8月為夏季，9月-11月為秋季，12月至次年2月為冬季[2]。

于2012年春季，測(cè)定二者土壤類型地下水還原性物質(zhì)總量與Fe2+。還原性物質(zhì)總量采用硫酸鋁溶液浸-重鉻酸鉀溶液容量法測(cè)定，F(xiàn)e2+采用硫酸鋁溶液浸，光度法測(cè)定[3]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel進(jìn)行平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，并利用DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)分析[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田地下水位變化與化學(xué)成分特征

對(duì)發(fā)育于同一流域山垅田的冷浸田與發(fā)育于平洋田的灰泥田連續(xù)兩年的地下水位監(jiān)測(cè)結(jié)果表明（圖1），2011年5月至2013年4月，灰泥田地下水位變化范圍為地表之下1.1-48.0cm，平均23.4cm，而相應(yīng)的山垅冷浸田地下水位變化范圍為地表之上17.3-36.3cm，平均25.9cm，較灰泥田地下水位平均高49.3cm。從季節(jié)性變化來看，冷浸田春季、夏季、秋季、冬季的地下水位分別為地表之上28.6cm、31.9cm、22.3cm、20.8cm,比灰泥田分別高出41.3cm、46.8cm、63.3cm、46.1cm。從中也可看出，冷浸田地下水位波動(dòng)較小，且長期漬水于地表之上10-40cm，導(dǎo)致土壤長期處于還原狀態(tài)，而非冷浸田地下水位波動(dòng)較大，變化于地表之下0-50cm，土壤常處于干濕交替狀態(tài)，從而有利于土壤滲育或潴育化過程，這是灰泥田與冷浸田土壤發(fā)生過程的主要差異。

圖1 農(nóng)田地下水位動(dòng)態(tài)變化

高濃度的Fe2+脅迫能明顯抑制水稻地上部和根系的生長、降低下位葉片葉綠素含量[5]。對(duì)灰泥田與冷浸田地下水還原性物質(zhì)總量與Fe2+監(jiān)測(cè)表明（表1），冷浸田地下水還原性物質(zhì)總量與Fe2+含量均高于灰泥田，其中還原性物質(zhì)總量是灰泥田的2.8倍，F(xiàn)e2+是非冷浸田的1.8倍，從中表明，與灰泥田相比，冷浸田高地下水位也伴隨著水質(zhì)的強(qiáng)還原性特征。

表1 冷浸田與灰泥田地下水化學(xué)特征比較

2.2 光合有效輻射變化特征

光合有效輻射是太陽輻射中能被綠色植物用來進(jìn)行光合作用的那部分能量，他是植物生命活動(dòng)、有機(jī)物質(zhì)合成和產(chǎn)量形成的能量來源[6]。連續(xù)兩年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明（表2），同一流域冷浸田與灰泥田的光合有效輻射呈顯著差異，冷浸田的光合有效輻射年均值較灰泥田降低20.9w/m2,降幅26.9%。另從福建單季稻區(qū)水稻生育期（6-10月）來看，冷浸田水稻生育期平均光合有效輻射較灰泥田降低48.2w/m2,降幅39.0%，降幅明顯高于年均值。冷浸田光合有效輻射較低，這主要與周圍山地對(duì)谷地冷浸田的遮蔽作用而影響光照有關(guān)。

表2 冷浸田與灰泥田光合有效輻射量比較 （單位：w/m2）

2.3 環(huán)境溫、濕度變化特征

環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果表明（表3），相近區(qū)域冷浸田與灰泥田環(huán)境氣溫?zé)o明顯差異，但從福建單季稻區(qū)6-10月水稻生育期來看，冷浸田較灰泥田6-10月的平均氣溫降低0.6℃，這可能對(duì)谷地冷浸田的水稻生長造成一定影響。

從環(huán)境濕度來看（表4），冷浸田的環(huán)境濕度明顯高于灰泥田，其年均環(huán)境相對(duì)濕度較灰泥田高出3.2%，可能原因是：一方面冷浸田所處山地陰蔽，水氣不易散發(fā)，另一方面冷浸田長年處于土壤水分飽和狀態(tài)，受水面蒸發(fā)的影響，水分易 逸入空氣而形成較高的空氣濕度。

表3 冷浸田與灰泥田環(huán)境溫度比較(單位：℃)

表4 冷浸田與灰泥田環(huán)境相對(duì)濕度比較 （單位：%）

2.4 土壤溫度變化特征

監(jiān)測(cè)表明（表5），冷浸田與灰泥田年平均地表溫度、5cm地溫、10cm地溫、15cm地溫差異不明顯，但從單季稻區(qū)水稻生育期來看，同一流域6-10月的冷浸田平均地溫均低于灰泥田的，其地表溫度、5cm地溫、10cm地溫、15cm地溫分別比灰泥田低0.4℃、0.4℃、0.5℃、0.6℃。另從表中可看出，水稻生育期地溫差異主要表現(xiàn)在9-10月期間，時(shí)值水稻抽穗、灌漿至成熟期，上述冷浸田與灰泥田不同深度地溫分別相差0.7℃、0.8℃、0.8℃、1.0℃，均高于生育期各平均地溫差異。對(duì)于福建中晚稻而言，生育前期6-7月份氣溫較高，溫度并不構(gòu)成水稻生長的限制因子，而生育后期抽穗至灌漿為產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，此間，氣溫由高漸低，水稻易受寒露風(fēng)的威脅，冷浸田水稻生育后期降溫快，可能對(duì)水稻光合產(chǎn)物的積累生產(chǎn)造成不利影響[7]。

表5 冷浸田與灰泥田土壤溫度比較 （單位：℃）

綜合上述,與相應(yīng)的非冷浸田生境特征相比,山壟冷浸田具有如下特點(diǎn)：地下水位高、波動(dòng)小并伴隨強(qiáng)還原性，光合有效輻射較低與水稻生育后期地溫下降較快，這可能是冷浸田生產(chǎn)力低下的綜合原因?；诶浣锷程卣鳎瑧?yīng)從工程與農(nóng)藝措施等方面開展綜合治理與高效利用。

3 基于小氣候生境特征的改造利用對(duì)策

3.1 福建冷浸田高地下水位成因分析

本研究通過定位比較的方法，比較了同一流域不同地形發(fā)育的冷浸田與非冷浸田地下水位變化差異，結(jié)果表明，灰泥田地下水位波動(dòng)較大，主要發(fā)生在地表之下0-50cm，而相應(yīng)的冷浸田地下水位波動(dòng)較小,主要分布在地表之上10-40cm。冷浸田高地下水位也伴隨著水質(zhì)的強(qiáng)還原性特征，這可能是導(dǎo)致冷浸田生產(chǎn)力低下的首要原因。相關(guān)研究也表明，冷浸田的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率要比非冷浸田低6.8%-7.0%[8]。從福建山區(qū)冷浸田形成原因來看，可能有以下幾點(diǎn)，一是福建屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，由于集水面積大，降雨的地面水和豐富的地下水向洼地匯集；二是從發(fā)生地理位置來看，冷浸田多發(fā)生于山壟谷地，地形起伏狹窄，開陽率（垅開闊度/垅相對(duì)高度）多小于5[9]，山高林蔭日蔽，日照時(shí)數(shù)短，蒸散條件差；三是從水文特性來看，冷浸田受地下冷泉水影響，或測(cè)滲水多，甚至溢出地表淹灌稻田；四是人為管理方式粗放，大水漫灌與浸水過冬?？傊?，自然因素與人為管理不善的綜合作用導(dǎo)致了福建山區(qū)冷浸田的形成與分布，這有別于我國沿湖區(qū)的冷浸田形成原因。

3.2 排水工程，削減水害

福建冷浸田多分布于山前傾斜平原交接洼地，受地表水與地下水混合，串排串灌，常年澇漬，水位高，土壤表層或整個(gè)土體潛育化，造成土壤耕性不良，生產(chǎn)力低下。因而冷浸田治理首先應(yīng)做好排水工程。根據(jù)課題組對(duì)上世紀(jì)80年代以來的福建冷浸田治理典型工程的調(diào)查總結(jié)，冷浸田開溝工程的方式類型如下：

3.2.1 按開溝工程的功能類型分 ①截洪溝（防洪溝）：沿山坑周圍的坡麓山田交界處開挖排洪溝，截洪防入侵，可達(dá)到洪水不進(jìn)田的效果。②導(dǎo)泉溝：指在山垅低洼地，支垅交匯處，坡腳泉眼涌出處，挖一深溝，在地下水未溢出田面之前，攔截地下水并導(dǎo)向排水溝，達(dá)到冷泉水、毒銹水引出田的效果。③排水溝：排水溝是以排除田面積水、導(dǎo)出冷泉水、毒銹水、降低地下水位為目的。含干、支、斗、農(nóng)排水溝，或排灌兩用溝，排水溝的大小、密度應(yīng)根據(jù)山壟大小、地下泉水量及泉眼密度而定。④輪灌溝：輪灌溝一般是在排水溝的基礎(chǔ)上布置的，含斗渠、農(nóng)渠或灌排兩用渠，主要是改變直流漫灌（串灌）為迂回水路引水輪灌。通常與修筑山塘水庫等水源工程相結(jié)合。

3.2.2 按開溝工程的方式類型分 ①明溝模式：a.全省截洪溝一般采用明溝工程，溝寬1m，溝深0.4-0.8m左右。b.排泉溝的明溝工程：一般溝寬0.3-0.5m，深1m。c.排水溝的明溝工程：一般主干溝溝寬0.8-1.5m，深1-1.5m,壟頂窄淺，壟口寬深，溝距一般40-50m，即通常所說的剖腹溝。一些地方還配套建有田間排水支溝，壟面較窄的呈“十”字形溝，壟面較寬的開“艸”或“井”或“非”字形溝，做到溝溝相通。田間排水支溝一般寬0.5-0.8m,深0.7-1.0m。d.輪灌溝一般采用明溝模式，斷面呈U形或梯形或矩形,渠高一般15-40cm，寬視來水量而定。

②暗管模式:暗管改造爛泥田具有省工、省本、減少投資、不占耕地等優(yōu)點(diǎn)，較適用于小片深腳爛泥田的改造。暗管主要排除地下水或冷泉水。在進(jìn)行工程改造過程中，遇到遠(yuǎn)離主溝的泉眼或典型的小片深腳爛泥田，難以進(jìn)行石砌溝的田塊，多采用暗管模式。暗管主要采用瓦管、波紋管等材料，一般埋深0.9-1.2m，兩條管之間不小于60m。

在一些地方，在埋暗管的同時(shí)，還結(jié)合設(shè)暗井，通常20m左右設(shè)一個(gè)暗井，可經(jīng)常性清理井底下沉淀泥土，以防泥土流入管內(nèi)造成堵塞。暗管萬一堵塞，亦可在暗井兩頭進(jìn)行疏通工作，以恢復(fù)其正常使用。

③明溝+暗管組合模式:對(duì)一些冷浸田面積大、壟口開闊的區(qū)域，冷浸田治理通常以明溝與暗管組合進(jìn)行，如排水主溝、支溝多采用明溝，而導(dǎo)泉溝采用暗管將泉眼水導(dǎo)入明溝。

3.3 農(nóng)藝生物措施結(jié)合，提升生產(chǎn)力

從農(nóng)田小氣候監(jiān)測(cè)比較進(jìn)一步得知，冷浸田的光合有效輻射、單季稻生育后期的地溫、氣溫均低于灰泥田，這可能也是谷地冷浸田水稻產(chǎn)量較低的原因。為此，針對(duì)冷浸田的生境特征，對(duì)無法實(shí)施或尚未開展水利工程措施治理的冷浸田，可采取適當(dāng)?shù)霓r(nóng)業(yè)技術(shù)措施進(jìn)行因地制宜改造以提高農(nóng)田生產(chǎn)力。如對(duì)光合有效輻射不足的谷地，可采取定期劈除田塊兩側(cè)的灌草叢來增加光照輻射范圍；對(duì)于長期漬水且地溫不足的冷浸田可采取壟作或增施熱性肥料等,如草木灰在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要作為鉀肥施用，它還具有防寒、殺菌消毒、抑制病蟲害發(fā)生、促進(jìn)作物莖稈健壯和增強(qiáng)作物抗逆性等多方面作用，可用于冷浸田土壤改良。在排水的基礎(chǔ)上，結(jié)合起壟，開展水旱輪作，既可提高作物綜合生產(chǎn)能力，提升效益，又可提高農(nóng)田利用水平，有力支撐糧食生產(chǎn)安全；冷浸田水土溫度低，土壤礦化水平低，相應(yīng)的有效磷、鉀水平較低[10,11]，增施磷鉀肥提高作物養(yǎng)分供給量也是增產(chǎn)的重要措施之一。另外，冷浸田還具有南方土壤低pH、低有效硼等共性特征，因而在排水脫潛過程中，進(jìn)一步跟進(jìn)改酸、補(bǔ)充中微量元素等措施，也是冷浸田改良利用應(yīng)考慮的問題。而對(duì)于暫時(shí)還未能開展工程改造的冷浸田，應(yīng)樹立大農(nóng)業(yè)的觀點(diǎn)，利用水源充沛等特點(diǎn)，發(fā)展茭白、蓮籽等水生作物，是因地制宜利用冷浸田的有效方式。此外，冷浸田多分布于丘陵山區(qū)，具有得天獨(dú)厚的自然生態(tài)條件，發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)品牌農(nóng)業(yè)，既可滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)需求，又可充分發(fā)揮冷浸田的生產(chǎn)潛力、生態(tài)潛力，促進(jìn)冷浸田耕地資源的高效利用。

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