北方地区保护性耕作技术的应用现状与存在问题

北方地区保护性耕作技术的应用现状与存在问题

蒋家慧

(山东省青岛市农业大学　山东，青岛266109)

［摘　要］针对农业生产中存在的环境问题，总结我国北方保护性耕作在关键技术、配套机具、技术效益以及推广应用等方面取得进展，提出了相应的保护性耕作技术和合理的解决措施，指出目前保护性耕作技术体系中存在的一些问题。

［关键词］保护性耕作;研究进展;土壤环境

1引言

随着我国国民经济的快速发展，生态环境呈现恶化趋势，粮食生产面临耕地面积减少、水资源短缺、土壤退化、品质下降等问题。我国北方地区主要表现为降水与作物需水时期不符，降水稀少，且季节分布不均，70%集中于夏末秋初，降水季节与作物蓄水季节不相吻合，农作物生长季节多出现不同程度干旱，严重影响作物生长与产量形成，农业发展出现颇多问题。首先是由于降雨少、气温低、土壤贫瘠，造成作物产量低而不稳;其次，旱地土层薄，土壤肥力退化严重，这些不利因素不仅限制作物的生长发育，也影响了水分的利用效率;第三是水土流失和风蚀沙化严重，我国的土地荒漠化面积已迅速上升到国土总面积的28%以上，而且以2460公顷/年的速度不断扩展。水土流失、肥力下降的主要原因是耕作方式不当和管理粗放，如旱地焚烧秸秆、铧式犁翻耕的传统耕作，因此，抗旱增产、节本增收、保护生态环境逐渐成为实现干旱地区农业可持续发展急需解决的重要问题，从而使少耕与免耕的保护性耕作技术得到研究应用和发展。

2大力发展农田保护性耕作技术

保护性耕作起初叫免耕法，随着研究的深入和推广的扩大，发现免耕只能适应部分土壤和自然条件，1980年以后改称保护性耕作法。国外定义保护性耕作为:用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害的耕作法。2002年我国农业部正式将保护性耕作定义为“对农田实行免耕少耕，并用作物秸秆覆盖地表，以减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术。”

保护性耕作技术是对农田实行免耕、少耕，尽可能减少土壤耕作，并用作物秸秆、残茬覆盖地表，用化学药物来控制杂草和病虫害，从而减少土壤侵蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的一项先进耕作技术，包括农艺措施、作业机具、杂草防治、农田土壤养分动态与施肥技术、生态经济效益评价、推广以及相关政策等各个方面。

我国北方地区的研究与应用以残茬(秸秆)覆盖耕作、深松耕、少(免)耕较为普及，以土壤耕作与覆盖技术组装为主要形式，如:浅旋覆盖、灭茬覆盖、重耙覆盖、高留茬免耕、深松覆盖、免耕覆盖、立杆铁茬播种、秸秆粉碎免耕播种、秸秆粉碎还田少耕播种、留茬深松膜侧沟播、留茬免耕膜侧沟播、碎秆+表土作业(包括深松、免耕+播前耙及深松+播前耙)等，在少免耕、等高耕作、沟垄耕作等保护性土壤耕作，留茬覆盖和秸秆覆盖等覆盖耕作及间套混、轮作、复种和休闲填茬等方面有了长足发展。目前覆盖技术主要集中在以作物秸秆、残茬覆盖为主的覆盖方式及其效益研究上，常见对秸秆整株覆盖、秸秆粉碎还田覆盖、秸秆粉碎浅旋覆盖、秸秆高留茬、整秆立地以及地膜+秸秆覆盖等的研究。目前保护性耕作法有四项作业:秸秆与表土处理;免耕播种施肥;杂草及病虫害防治;深松。

实施要点如下:秸秆与表土处理，秸秆处理是为了既保持良好的地面覆盖，又不过分影响播种作业，秸秆包括地面覆盖与地下根茬固土两部分，减少蒸发主要靠地面覆盖，减少风蚀则主要靠根茬固土。根据各地不同的自然条件(如气候等)，选择适宜的秸秆覆盖还田方式;表土作业的任务，主要是为提高播种质量创造条件，是否需要表土作业由播前检查决定。当发现秸秆过多、起堆，有杂草或地表不平时，需要进行秸秆与表土处理作业。如秸秆粉碎、耙地、浅松等平整地面、消灭杂草、适当减少覆盖量。免耕播种施肥，保护性耕作的种子和肥料要播施到有秸秆覆盖的地里，必须使用配套的免耕播种机，由于施肥量大，种子和肥料之间要保持7厘米左右的距离，以肥料在种子下方或侧下方为好。为减少蒸发，开沟覆土动土量应尽量小，种子应播在湿土上。杂草及病虫害控制，这是保护性耕作能否成功的关键。杂草用喷除草剂，机械或人工锄草，病虫害主要靠农药拌种预防，发现虫害后喷杀虫剂。深松，由于农用机器作业及人畜不断压实地面，因此，土壤需要定期深松。不必每年都对土壤进行机械深松，根据情况，约3年左右深松一次即可，深度30厘米上下，以利于作物根系发育。对新实行保护性耕作的地块，可能有犁底层存在，用前最好先进行一次深松，深度要偏深一些，以便能够打破犁底层。

3保护性耕作技术对土壤环境的影响研究状况

旱地土壤免耕后最显著的变化就是土壤结构变化。传统耕作使用机械疏松土壤，保护性耕作是依靠生物的作用来达到这个目的。长期定位试验研究结果表明，连续8年的小麦、水稻双免耕处理能增加土壤孔隙度、促进团聚体的形成，免耕处理的土壤容重小于传统翻耕处理，连续进行少免耕引起的土壤紧实对玉米生长没有不利影响。免耕研究表明保护性耕作会增加土壤的容重，不利于作物的生长。而免耕如果结合秸秆还田，一般认为会降低土壤容重，改善其物理性状。保护性耕作能提高土壤含水量现已成为定论，这主要是由于作物生长到足以覆盖土壤之前，地表覆盖大大减少了土壤蒸发所致。到作物冠层完全覆盖地面后，保护性耕作与传统耕作土壤蒸发几乎没什么差异。研究表明，免耕比传统耕作增加土壤蓄水量10%，减少土壤蒸发约40%，耗水量减少15%，水分利用效率提高10%。从保护性耕作研究伊始，少免耕及秸秆覆盖有利于表层土壤的含水量，已成为共识。保护性耕作措施中覆盖物能阻止太阳对地表的直接辐射，使地表温度较传统耕作模式有不同程度地降低，从而有效地减少地表蒸发的发生。王秀等在河北省一年两熟(小麦—玉米)地区实行的保护性耕作试验研究结果表明:上茬小麦收获后下茬玉米免耕播种后麦茬可在炎热的高温时段使农田地温比裸露田降低2℃左右，在低温时段还可提高地温2℃左右，具有平衡地温，促进作物生长之功效。作物残茬和覆盖在地表的秸秆，减少了土壤表面水分的蒸发，增加了土壤水分作横向蒸发和发散性蒸发，培肥了地力，改良了土壤的耕作性能，实现了土壤—作物—降雨系统的良性循环。保护性耕作中覆盖在地表的作物秸秆不但可以有效地改善土壤性状，而且随秸秆的分解而逐渐提高了土壤中的氮、磷、钾和有机质的含量。孙海国在河北省进行了保护性耕作对河北低平原壤质潮土养分状况影响的研究，连续三年实验结果得出，随着土壤翻耕程度地降低，土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾的含量逐渐增加，指出覆盖在地表的秸秆对表土养分的富集有明显的促进作用。连续施行保护性耕作对土壤物理性质有明显的改善作用，综合各项测定结果表明进行保护性耕作后农田的土壤容重减小、总孔度增大，土壤的通气透水能力提高，增强了土壤微生物的活力，使其具有良好的土壤结构;随着免耕和秸秆覆盖年限的增加，土壤的有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾等含量也逐渐提高。施行了五年秸秆还田免耕后，土壤的有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾等含量分别平均提高了51.85%、28.23%、17.53%、10.77%、44.9%和31.9%。其中结合秸秆还田的免耕法提高土壤肥力的效果最明显。

4保护性耕作对作物产量及品质的影响

保护性耕作对小麦产量的影响的研究较多，研究表明90%的免耕产量与翻耕没有差异，而节省的机械、能源和劳力的费用，以及对土壤的有益性则是非常明显。据谢瑞芝对国内保护性耕作研究的分析，保护性耕作产量数据大部分是增产或平产报告，平均增产幅度为12.51%，其中小麦为8.98%，水稻为6.23%，玉米为15.88%。其增产机理是保护性耕作保水培肥的作用促进了水分利用率的提高，增加干物质积累，从而提高了产量。秸秆覆盖量在每公顷4500～7500千克时，小麦的亩穗数、穗粒数、千粒重都明显提高，产量有随覆盖量的增加而提高的趋势。2005～2006年我们在青岛胶州市胶东镇农业部保护性耕地示范基地进行了不同保护性耕作方式对冬小麦的产量等影响实验，以小麦品种青丰1号为实验品种，设4个处理:A.玉米人工收获，短留茬，旋耕二遍后播种，为传统法耕作(对照)。B.玉米联合收获，秸秆粉碎，免耕播种，为还田免耕播。C.玉米联合收获，秸秆粉碎，深松后免耕播种，为深松免耕播。D.玉米联合收获，秸秆直立，免耕播种，直立免耕播，试验结果表明小麦产量以还田免耕播最高，传统法耕作高于直立免耕和深松免耕。江晓冬研究发现少耕模式特别是旋还模式有利于改善小麦面筋质量，提高小麦品质和加工品质，免耕覆盖模式对改变面条蒸煮品质有利。刘世平研究发现，水稻免耕套种和秸秆还田可提高稻米蛋白质含量，降低直链淀粉含量，使胶稠度变软，稻米品质变优;而水稻移栽秸秆还田条件下蛋白质含量提高，直链淀粉含量略增，胶稠度变硬，食味品质有变劣的趋势。

5存在的问题

首先，缺乏针对不同作物专用的配套机具，且已有机具性能不尽完善，如播种精度不高，实践操作中出现漏播或重播、肥料下料不匀、免耕播种机作业时堵塞等问题。第二，缺乏保护性耕作的区划研究。我国地域辽阔，各地区在自然条件、经济水平上存在着相当差异，反映在采取农业生产形式、耕作制度等方面具有多样化特征。虽然一些地方如天津、河北等省市保护性耕作技术比较成熟，尤其对免耕有了较大面积推广，但其适宜区并不明确;虽然部分地区对保护性耕作技术做出试行规范，但大部分地区依然还缺乏相应的技术规程。第三，存在一些技术问题:杂草防除不力。尚缺乏对除草剂使用方式、施用时间、用量等的专门研究，对一些伴生的恶性杂草因缺乏专用除草剂而不能有效防治。施肥问题。施用农家肥更是大问题，地表施用既浪费肥效又差，也使耕地变劣，还缺少混埋农家肥配套机具;化肥施用技术也需研究，常用深施和一次性施入，那么现存施肥深度和方法是否合理以及有无更科学的方法需要深入研究。低温问题。秸秆覆盖形成土壤低温，推延播期甚至影响产量等，国内研究认为低温直接影响小麦返青和早期生长，覆盖过多使幼苗发黄、苗质差，分蘖推迟且减少，直接导致了有效穗数减少和产量下降。总之，低温问题在时空影响上表现不同，在研究中应给予重视。

参考文献

［1］谢瑞芝.中国保护性耕作研究分析—保护性耕作与作物生产［J］.中国农业科学2007，40(9):1914－1924.

［2］刘世平.免耕套种与秸秆还田对水稻生长和稻米品质的影响［J］.2007，21(1):71－76.

［3］王昌全，魏成明等.不同免耕方式对作物产量和土壤理化性状的影响［J］.四川农业大学学报2001，19(2):152－155.

［4］孙海国，FrancisJ等.保护性耕作和植物残体对土壤养分状况的影响［J］.生态农业研究，1997，5(1):47—51.

［5］朱文珊等.秸秆覆盖免耕法的节水培肥增产效益及应用前景［J］.干旱地区农业研究，1998，(4):l－2.

［6］江晓冬.不同土壤耕作模式对冬小麦籽粒品质的影响［J］.农业工程学报200754－56.

［7］师江澜，刘建忠等.保护性耕作研究进展与评述［J］.干旱地区农业研究，2006，24(1):205－212

［8］王秀，赵四申等.麦茬高度对免耕夏玉米田土壤水分和土壤温度的影响［J］.河北农业科学，2001，5(3): 10—15.