保护性耕作

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保护性耕作(Conservation Tillage)

　　保护性耕作是指在一季作物之后地表残茬覆盖至少为30％，使土壤侵蚀控制约在50％的耕作和种植体系。

　　保护性耕作技术的产生和发展具有时代性，有其强烈的社会和经济原因。

　　保护性耕作技术是人类在遭遇严重水土流失和风沙危害之后，从保护农田和治理沙尘暴角度出发逐渐研究和发展起来的一项新型土壤耕作技术。19世纪初，欧洲工业技术革命促进了农用机械的快速发展，美国开始大面积开荒，大规模使用拖拉机翻耕土地，数千万公顷干旱半干旱草原被开垦成为粮田，获得了几十年不错的收成，粮食大量出口，为美国带来了丰厚的经济利益。但是，到了20世纪30年代，由于气候持续干旱、大风，裸露疏松的农田难以抵挡大风的袭击，成千上万吨表土被刮走，沙尘遮天蔽日，形成了震惊世界的“黑风暴”。1934年5月的一场沙尘暴，从土地植被破坏严重的西部刮起，连续3天，横扫美国2／3国土，把高达3．5亿t地表肥沃土壤卷进大西洋。仅这一年美国300万hm²耕地被毁，冬小麦减产510万t，16万农民倾家荡产，逃离西部，不少人死于由沙尘暴引起的肺炎。可怕的局面持续了近10年，美国75％的本土严重干旱，1．418万hm²农田被毁，4 050hm²农田失去全部或大部表土，损失近百万头牲畜，许多人死于因尘土引发的疟疾，近250万人背井离乡，留下的是饥饿的人们、倒闭的银行和商店、关门的教堂和无人问津的学校，给农业和农民造成了毁灭性的打击。

　　“黑风暴”灾难惊醒了人们，使人们认识到人类与环境协调发展的重要性，自然而然地提出了保护性耕作这一命题，并推动了各种保土、保水耕作方法的研究。1935年美国成立了土壤保持局，开始研究改良传统的翻耕方法，研制深松铲、凿式犁等不翻土的农机具。1967年，“保护耕作”一词在美国的伊利诺伊州为取得政府对减少耕作形式的支持而首先启用。

　　早期的研究有美国、加拿大半干旱地上的秸秆覆盖试验；伊利诺伊州利用大豆和玉米残茬减少土壤的侵蚀；纽约州推出减少耕作的耕翻、播种体系等。20世纪50～70年代，许多研究证实了各种类型的保持耕作对减少土壤侵蚀方面有显著效果，尤其当地表留有作物残茬时保持耕作能改善表层土壤结构和土壤的水分状况。然而，也出现不少作物严重减产的例子。70年代，由于出现了除草剂灭草效果差，种床不平整、产量不高、耕作机具和播种机在地表残茬上作业不理想等问题，使得保持耕作体系的实施受到挫折。70年代末至80年代，科学技术的进步克服了影响产量的障碍因素，保持耕作的应用有了空前的发展。据统计，2000年美国保护性耕作达1 975万hm²，粮、棉面积保护性耕作(包括免耕和少耕)占60％以上，95％的土地取消了铧式犁耕作。美国是世界上免耕面积最多的国家，从1990—2000年，免耕面积由680万hm²增至2 100万hm²，其次是巴西(1 120万hm²)、阿根廷(730万hm²)、加拿大(410万hm²)、澳大利亚(100万hm²)和巴拉圭(79万hm²)。在巴拉圭，1992年免耕面积仅为2万hm²，到1999年猛增到79万hm²。Derpsch估计，有95％的免耕面积分布在美洲(北美洲为51％，南美洲为44％)，其他国家的免耕面积之和不足世界免耕总面积的5％。因此，世界范围内免耕技术有极大的应用潜力。

　　我国对保护性耕作的研究起步虽较晚，但在旱地农业水土保持耕作方面已有数千年的历史，发展了许多水土保持耕作措施。如等高耕作、带状种植等许多传统土壤耕作技术都具有保护性耕作的特征与作用，而具有一定少(免)耕特征的畎亩法、区田法、砂田法等传统耕作技术，其内涵则完全不同于西方发达国家的少(免)耕技术。与我国传统的水土保持耕作相比，由美国产生并发展起来的保护性耕作技术，虽然也吸收了西方某些传统农业，如美洲印第安人的玉米穴种法、欧洲传统的牧草地补种和更新措施等，但仍相对单一得多。

　　我国在长期的生产实践中创造了类型众多的少(免)耕和覆盖技术，根据不同地域的生产特点和生产目的，研究和推广了适合不同自然条件和生产水平、方法各异，发展层次明显的保护性耕作技术体系。东北地区少(免)耕的研究和应用，处于全国前列。从70年代始，为保墒、抢农时、提高早春地温、防止风蚀，在原有垄作的基础上，发展了耕、松、耙相结合，耕、耙相结合，原垄播种、掏墒播种等行之有效的土壤耕作法；西北地区研究推广的保护性耕作技术，在防止水土流失、保墒培肥、改善土性和增产、增收方面起到了积极的作用，增产幅度达20％～30％。70年代以来，少(免)耕和覆盖技术发展较快，到90年代初全国的使用面积达2 000万hm²。从90年代初开始，我国科技工作者在国家有关部门的大力支持下，比较系统地开展了保护性耕作的试验研究。经过10余年的连续试验，已成功地研究出一套适合我国国情的一年一熟地区保护性耕作技术与机具体系；以京津地区为核心建立了两条保护性耕作带，力求从耕作制度上治理沙尘暴。目前，农业部正在华北、西北、东北地区大面积推广应用保护性耕作，计划用7～10年时间，基本上在北方旱区全面实施保护性耕作。

　　(一)免耕(no-tillage，direct-drilling，zero-tillage)

　　收获后至播种前，不搅动土壤，利用前作残留物覆盖地表，借以减轻风侵和水蚀，采用联合作业的免耕播种机播种。播种机前部装有切刀，在不拖移地表残留物的前提下，开沟播种覆土和镇压，一次完成作业。施肥可与播种同时进行或分期进行。应用广谱性除草剂于播种前后进行土壤处理或苗期喷洒，消灭杂革。

　　(二)少耕(reduce-tillage)

　　少耕就是一种不用铧式犁耕翻，将耕作程序减少到作物生产所必需的、适时而又不至于破坏土壤、风蚀和水蚀程度有很大减轻的耕作方法。它在耕作制度上的重要特征是取消铧式犁耕翻，减少土壤压实。少耕法有多种方式，最有代表性的是秋收后用双翼铲或凿式深松机进行耕作，深度18～22cm，切断根茬，残茬基本上保留在地面上，春播时完成施肥、平整土地等，或者省去秋后作业环节。

　　(三)垄作(ridge-tillage)

　　除播种前清理垄台儿(不超过垄宽的1／3)外，收获后到播种前不进行其他搅动土壤的作业。播种在垄台上进行，一般会将垄脊削平。前作残留物保留于垄沟内。机械除草或化学除草并用。机械除草的同时做垄。

　　(四)条耕(strip-tillage，zone-tillage)

　　免耕和垄作间的过渡类型，土壤搅动(松土和耙地)一般不超过垄宽的1／3。前作残留物多保留于搅动带之间。在搅动后的窄条中进行播种。机械除草或化学除草并用，不做垄。此类耕作一般旨在降低播种期间的土壤含水量和提高地温。

　　(五)幂作(mulch-tillage)

　　又称非翻土耕作，全面搅动土壤一次或多次，如深松、浅松、耙地和中耕等，但不进行翻地作业。除草由机具或化学方法进行。

　　(六)等高耕作法(contour tillage)

　　在坡耕地上，耕作播种沿等高线进行，所形成的等高小垄与作物作为水向下流动的障碍物，减少径流和水蚀，增加土壤水分，起到保持水土的作用。

　　1．免耕播种施肥

　　与传统耕作不同，保护性耕作的种子和肥料要播施到有秸秆覆盖的地里，有些还是免耕地，所以必须使用特殊的免耕施肥播种机，有无合适的免耕施肥播种机是实行保护性耕作的关键。免耕播种机要有很好的防堵性能，入土性能，种肥分施性能及良好的覆土镇压功能。

　　2．秸秆残茬覆盖

　　收获后秸秆和残茬留在地表作覆盖物，是减少水土流失、抑制扬沙的关键。但是，秸秆量大或堆积，将严重影响播种机的通过性和播种质量。因此，必要时应对秸秆进行粉碎、撒匀等处理。

　　3．杂草及病虫害控制

　　实施保护性耕作后的土壤环境变化，一般会导致草虫病害的增加。因而，能否成功地控制草虫病害．往往成为保护性耕作能否成功的关键。我国北方旱区由于低温和干旱，总体上杂草和病虫危害不会太严重，但仍然需要实时观察，发现问题及时处理。杂草用喷除草剂、机械或人工除灭，病虫害主要靠农药拌种预防，发现虫害后喷洒杀虫剂。

　　4．深松与表土作业

　　保护性耕作主要靠作物根系和蚯蚓等生物松土，但由于作业时机具及人畜对地面的压实，还是有机械松土的必要．特别是新采用保护性耕作的地块，可能有犁底层存在，应先进行一次深松，打破犁底层。在保护性耕作实施初期，土壤的自我疏松能力还不强，深松作业也有必要。根据情况，一般2～3年深松一次．直到土壤具备自我疏松能力，可以不再深松。但有些土壤，可能一直需要定期松动。深松作业是在地表有秸秆覆盖的情况下进行的，要求深松机有较强的防堵能力。

　　根据中国农业大学等在山西10年的系统试验，保护性耕作与传统翻耕相比有三方面效益：

　　1．社会效益

　　·减少径流(水分流失)60％、水蚀(土壤流失)80％左右；

　　·减少风蚀(农田扬沙)，抑制沙尘暴；

　　·不烧秸秆、减少大气污染；

　　2．生态效益

　　·增加休闲期贮水量14—15％、提高水分利用效率15—17％、节约水资源；

　　·增加土壤肥力，有机质提高0.03％、速效氮提高、速效钾提高；

　　·改善土壤结构，土壤团粒结构和毛管孔隙度(含水孔隙)增加，大孔隙减少。

　　3．经济效益

　　·提高小麦，玉米产量15—17％；

　　·减少作业工序，降低作业成本10—15％；

　　·增加农民收入近30％。

　　(一)发展保护性耕作是治理农田扬尘、防治农田风蚀和水蚀的重要措施

　　裸露的农田是沙尘暴和沙尘天气的主要尘源之一。目前，我国北方农田绝大部分仍采用铧式犁耕翻、灭茬整地和裸露休闲越冬的传统耕作习惯，在冬、春季风的强劲作用下，极易起土扬尘，形成沙尘天气。保护性耕作通过留茬和秸秆覆盖，起到挡风固土的作用。秸秆覆盖可蓄水保墒，使土壤中水分增多，可有效抵御干旱。秸秆还田增加土壤有机质、改善团粒结构，使可风蚀的小颗粒含量减少，大面积实施可有效地减少农田扬尘，防治沙尘暴。

　　(二)发展保护性耕作是培肥地力、促进农业可持续发展的主要手段

　　保护陛耕作具有明显的蓄水保墒、培肥地力的作用。由于秸秆还田，增加了土壤中的有机质，提高了土壤肥力。据测算，麦田每年可增加土壤有机质0．01～0．03个百分点，玉米田每年可增加0．02～0．06个百分点。保护性耕作可增加土壤蓄水量16％～19％，提高水分利用率12％～16％。对于一年两熟地区，全程采用保护性耕作后，每季作物可减少一次灌水量，两季作物可少灌水1 500m³／hm²。因此，实施保护性耕作技术可以改善土壤结构、培肥土壤地力、增加土壤蓄水量、提高水分利用效率、促进农业持续协调快速发展。

　　(三)发展保护性耕作是降低农业生产成本、提高生产效益的有效途径

　　保护性耕作通过免耕、少耕，采取机械化复式作业，简化生产工序，降低作业成本，提高农业生产效益，起到节本增效的作用。试验表明，在一年两熟区，保护性耕作节本增效带来的综合经济效益平均为1 515元／hm²，一年一熟区为652．5元／hm²。北方旱作地区农作物总播种面积6 500万～7 000万hm²，如果60％实行保护性耕作，可为农民节本增效300亿元。同时，保护性耕作技术能大幅度提高劳动生产率，节省劳动力，在农村青壮年劳动力短缺的情况下，发展保护性耕作有利于稳定和提高粮食综合生产能力，保障国家食品安全。

　　(四)发展保护性耕作是防治秸秆焚烧、减少温室气体排放的重大举措

　　农民为了抢农时赶季节，经常就地焚烧秸秆，造成环境污染，严重时影响交通运输和飞机起降，给工农业生产和居民生活带来危害。实施保护性耕作，采用机械化秸秆还田技术，为秸秆找到了出路，变废为宝。大面积实施秸秆还田，使碳元素以有机质的形式存在于土壤中，从而减少了空气中二氧化碳气体的总量，减少温室气体排放。

　　由此可见，发展保护性耕作实现了生态、经济和社会效益的有机统一，使资源节约、循环利用和环境保护相互促进，在发展生产的同时，改善了生态环境，实现了人与自然和谐相处、和谐发展，体现了坚持科学发展观和构建和谐社会的根本要求。我们一定要从全面落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的高度，深刻认识发展保护性耕作的重要战略意义，不断增强发展保护性耕作的责任感和紧迫感，切实加强对发展保护性耕作的组织领导。

　　耕作的目的是为作物生长创造良好的土壤环境。保护性耕作取消铧式犁翻耕，实行免(少)耕，即除草可以喷除草剂，化肥可以深施；疏松土壤，实现土壤中水、肥、气、热的交换流通，满足作物生长需要，主要靠下面4条途径：

　　(1)根系松土作物的根系腐烂后，留下大量孔道，时间越长，通道越多。但一经翻耕，全部破坏。

　　(2)蚯蚓松土蚯蚓不断挖掘孔道，疏松土壤，创造良好的耕层。

　　(3)结构松土保护性耕作增加土壤团粒结构，有利形成稳定疏松的耕层，不容易压实、回实。

　　(4)胀缩松土土壤冬冻春融，干湿交替，使土壤趋向疏松，孔隙度增加。可见，保护性耕作的“耕作”与传统耕作截然不同。传统耕作依靠机械、物理的外力手段，可以立即疏松土壤。但疏松后的土壤会不断被压实或自然回实，需要经常进行耕作，才能保持疏松的状态。

　　保护性耕作的松土则不需外力，是缓慢的、自然进行的过程。但疏松的土壤形成后，可自然恢复，保持疏松，不需要再耕作。相反．其间如进行翻耕、旋耕等作业，还将阻碍、甚至破坏土壤疏松的过程。

　　我国幅员辽阔，不同类型区的基本情况、存在问题、保护性耕作的任务与特点不尽相同。因此，需要根据不同类型区的任务和特点，因地制宜地建立保护性耕作技术体系。目前我国的保护性耕作技术体系可按4种类型建立。

　　(一)以抗旱增收为主要目标的保护性耕作技术体系

　　实施重点是以黄土高原为代表的一年一熟的广大旱作区，主要包括山西、陕西、甘肃的大部分地区。针对本区干旱、水蚀严重，种植制度以小麦或玉米一年一熟为主的特点，保护性耕作技术以增加土壤含水率和提高土壤肥力为主要目标，技术要点是蓄住降雨、减少蒸发、培肥地力、改善播种质量，技术措施以秸秆覆盖、免(少)耕播种、以松代翻为重点。

　　(二)以控制沙尘暴和农田沙漠化为主要目标的保护性耕作技术体系

　　实施重点是环京津冷凉风沙区和西北冷凉风沙区，主要包括河北、山西北部，辽宁西部，内蒙古、甘肃、青海、宁夏的部分地区。本区大多为农牧交错，特点是冬季气温低、春季干旱风大、土地瘠薄、风蚀沙化严重，以小麦、莜麦、谷子、糜子、小豆、马铃薯、青贮玉米等耐寒作物的种植为主，燃料和饲料缺乏。针对这些特点，本区保护性耕作的目标是防治沙尘暴、提高产量和培肥地力。技术要点是留茬固土减少风蚀、在风沙期不耕动地表，在着重防治风沙的同时降低作业成本并保墒增产。技术措施是留茬覆盖、免耕播种、杂草综合防治。

　　(三)以节水节本为主要目标的保护性耕作技术体系

　　实施重点是华北平原一年两熟、二年三熟的灌溉区，主要包括河北、河南、山东、北京、天津等。华北平原一年两熟区农业上精耕细作，提水灌溉，以小麦、玉米一年两熟为主，高投入、高产出。存在问题是地下水位急剧下降、生产成本高、焚烧秸秆污染环境、地力持续下降，忽视了对资源与环境的保护，可持续发展的问题十分突出。实施保护性耕作是最优的选择，保护性耕作的目标是减少地下水消耗、降低生产成本和培肥地力。要继续完善推广夏玉米免耕技术，加强一年两熟保护性耕作技术体系的研究与示范。

　　(四)以抵御春旱、控制风蚀为主要目标的保护性耕作技术体系

　　实施重点是东北高寒易旱区，主要包括黑龙江、吉林、内蒙古东北部地区。针对该区气温低、无霜期短，春天风大、风蚀和春旱严重的问题，保护性耕作技术体系的主要目标是抵御春旱、控制风蚀。需要研究推广垄作保护性耕作技术，以缓解低温的影响；对于干旱严重的地方，必要时可结合推广行走式“坐水种”技术。

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