保护性耕作研究进展

保护性耕作研究进展摘要：借鉴国外保护性耕作的概念，根据具体情况，提出了我国保护性耕作的概念，阐述了保护性耕作的作用以及类型。

介绍了国外、国内保护性耕作的研究现状，及存在的问题。

对今后保护性耕作发展提出建议。

关键词：保护性耕作；概念；作用；类型；研究现状；存在问题；建议19 世纪末，美国在西部开发中, 过度垦殖, 导致20世纪30年代发生了震惊世界的“黑风暴”，“黑风暴”引发了对农业耕作技术的改革。

形成了以“少免耕”代替“铧式犁耕翻”、以“秸秆覆盖”代替“裸露休闲”为主要内容的“保护性耕作”[1]。

保护性耕作已成为目前世界上应用最广、效果最好的一项旱作农业技术，因此越来越受到世界各国的关注，特别是中国，中国北方旱地就占全国总土地面积的56%[2，3]。

经过60 多年的发展9特别是近20 多年的发展,保护性耕作研究在世界范围内已相当深入,经历了“免耕法”到以“免耕法”为基础,以配套机具为支撑的集秸秆残茬覆盖、少免耕、深松、地表作业及水肥管理和病虫草害防治等技术为一体的机械化保护性耕作技术体系的发展历程。

1保护性耕作概念保护性耕作在国际上尚无统一概念，国外通常以秸秆残茬覆盖度为标准，指在一季作物之后地表留茬覆盖至少30% 为保护性耕作，如起垄、带状耕作、覆盖耕作及免耕等；而秸秆残茬覆盖度在15%-30%的耕作方式称为少耕［4］，不属于保护性耕。

我国地域辽阔，种植制度多样，保护性耕作技术类型繁多，保护性耕作的概念并不十分明确，不仅仅是少耕、免耕。

同国外保护性耕作的概念相比，我国的概念内涵更广泛。

笔者认为，保护性耕作是指通过少耕、免耕、地表微地形改造技术及地表覆盖、合理种植等综合配套措施，从而减少农田土壤侵蚀，保护农田生态环境，并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展的可持续农业技术。

其核心技术包括少耕、免耕、缓坡地等高耕作、沟垄耕作、残茬覆盖耕作、秸秆覆盖等农田土壤表面耕作技术及其配套的专用机具等，配套技术包括绿色覆盖种植、作物轮作、带状种植、多作种植、合理密植、沙化草地恢复以及农田防护林建设等[5]。

保护性耕作主要包括4项技术内容:改革铧式犁翻耕土壤的传统耕作方式, 实行免耕或少耕。

采用30%以上的植被覆盖地表, 根茬固土, 保护土壤, 减少风蚀、水蚀和水分无效蒸发。

采用免耕播种。

在有植被覆盖的地表用机械实现开沟、播种、施肥、施药、覆土镇压一次完成, 节约机械成本。

¼改翻耕控制杂草为喷洒除草剂或机械表土作业控制杂草[6]2保护性耕作作用及类型保护性耕作技术主要包括免耕或少耕播种施肥技术、秸秆与残茬覆盖技术、杂草及病虫害控制与防治技术和深松技术等4项内容。

与传统的耕作技术相比，该技术具有以下好处[7]：1)保水、保肥和保土。

由于彻底取消了铧式犁翻耕作业，采用秸秆覆盖地表，从而减少了土壤水蚀、风蚀和土壤水分的蒸发，增加了土壤入渗能力，提高了雨水利用率；由于地表秸秆腐烂后形成大量有机肥料，明显提高了土壤表层有机质的含量。

据有关试验数据统计，保护性耕作地表径流(没有下渗的地表水汇聚流动的过程称地表径流)比传统耕作减少81．8％，土壤贮水量平均增加15％，水分利用率提高23％，土壤有机质平均增加0．06％。

2)增加粮食产量，平均可使小麦产量提高10％，玉米产量提高5％。

3)减少作业工序，节约生产成本。

平均减少2～4道耕作程序，减少耕作投入20—40元，节约人畜用工50％～70％，增收节支600～900形hm2。

4)保护生态环境。

由于采用免耕秸秆覆盖和根茬固土，土壤不再翻耕裸露，减少了风尘的扬起，保护了生态环境。

根据对土壤的影响程度可以将保护性耕作技术划分为3种类型。

1）以改变微地形为主：包括等高耕作、沟垄种植、垄作区田、坑田等；2）以增加地面覆盖为主：包括等高带状间作、等高带状间轮作、覆盖耕作（包括留茬或残茬覆盖、秸秆覆盖、砂田、地膜覆盖等）等；3）以改变土壤物理性状为主：包括少耕（含少耕深松、少耕覆盖）、免耕等。

3保护性耕作研究现状3.1 保护性耕作国际研究现状20世纪40年代初，美国开始研究推广免耕技术，当时由于机械及人们观念等限制，发展比较缓慢。

随着科学技术的进步，保护性耕作得到了迅速的发展。

从国际上来看，保护性耕作大体经历了3个阶段。

第1阶段是20世纪40年代开始，主要针对传统的机械化翻耕措施在水蚀和风蚀方面存在的弊端，对土壤耕作农机具和耕作方法进行改良，提出少耕、免耕和深松等保护性耕作法。

第2阶段是20世纪50年代以后，机械化免耕技术与保护性植被覆盖技术同步发展。

在免耕技术大面积应用的过程中，许多研究证实了各种类型的机械化保护性耕作对减少土壤侵蚀方面有显著效果，但也出现不少因杂草蔓延或者秸秆覆盖造成低温等技术原因使作物严重减产的例子，使得该项技术推广较慢。

第3阶段是20世纪80年代以来，随着耕作机械的改进、除草剂的使用以及作物种植结构调整，保护性耕作的应用得以较快发展，范围也不断扩展。

据美国保护科技信息中心（5675）的最新资料，美国2004’年实行免耕、垄作、覆盖耕作和少耕的耕地占全国耕地的62.2％，而常规耕作面积为37.7％，传统耕作比例呈下降趋势，免耕比例逐年上升[8]。

澳大利亚地处南半球, 干旱面积约625 万km2, 占澳洲大陆的81%左右, 是典型的旱农国家。

目前, 澳大利亚农业生产中, 大多采用免耕、少耕等秸秆覆盖保护性耕作技术。

澳大利亚试验研究表明, 有秸秆覆盖的农田比裸露休闲田地表径流减少40%左右, 最大径流速度降低70%～80%, 土壤受冲刷程度降至裸露农田的1/10, 冬季作物残茬还能减弱地面风速, 截留雨雪。

截至2000 年底,澳大利亚免耕播种面积占耕地面积的36%, 少耕占35%, 传统耕作占29%。

秸秆还田覆盖已成为澳大利亚可持续农业生产的重要措施之一。

加拿大有4100 万hm2 耕地, 其中85%位于加拿大西部的大草原地区。

为了减少风蚀、水蚀,加拿大采取了少耕耕作体系和免耕耕作体系。

1996 年, 23%的大草原耕地实施了少耕耕作体系, 12%的耕地实施了免耕耕作体系, 并用除草剂代替耕作除草。

1996 年, 加拿大保护性耕作面积达495.5 万hm2 , 占耕地面积12%。

截至2002 年,保护性耕作应用面积达到1300 万hm2, 占全国耕地的30%。

近几年, 加拿大举办的全国性农机展会上, 传统耕作机具已经消失, 几乎全是保护性耕作机具。

拉丁美洲包括巴西、阿根廷、智利、巴拉圭等国家, 是保护性耕作起步较晚但发展很快的地区。

现已成为世界上采用保护性耕作比例最高, 面积仅次于北美洲的第二大保护性耕作区。

英国、法国、德国、意大利、葡萄牙和西班牙成立了欧洲保护性耕作联盟, 对保护性耕作的发展起到了促进作用。

2001 年10 月联合国粮农组织(FAO)与欧洲保护性农业联合会(ECAF)在西班牙召开了第一届世界保护性农业大会, 标志着保护性耕作在世界范围内得到广泛重视, 保护性耕作现已成为一种世界性的农业可持续生产方式和现代生态农业的一个重要组成部分[9]。

3.2 保护性耕作国内研究现状20世纪50年代末期，北京农业大学耕作研究室在国内率先引进和试验免耕技术，并研制出了我国第一代免耕播种机；24世纪64年代，黑龙江等地区开始积极探索半湿润地区大规模机械化深松耕、垄耕等保护性耕作技术并获得成功；自“六五”以来，国家科技部等部门在旱地农业攻关项目、黄土高原综合治理项目、西部专项等方面，加入了有关农田少耕、免耕、覆盖耕作、草田轮作、沟垄种植等方面的研究，并取得了一定成效。

西北农林科技大学的坡地水土保持耕作法、小麦秸秆和地膜覆盖耕作、小麦高留茬秸秆全程覆盖耕作，山西省农科院试验成功的旱地玉米免耕整秸秆半覆盖技术，中国农业大学保护性耕作中心研究的夏玉米免耕覆盖以及机械化免耕覆盖技术等都取得了一定进展。

南方水田少耕、免耕的研究始于20世纪50年代末期至64年代初期，西南农业大学等单位针对西南地区冷浸田、烂泥田、深沤田等冬水田存在的问题，变传统的平作为垄作，创造了把种植、养殖和培肥有机结合起来的一种水田半旱式少耕法，明显地改善了此类冬水田的土壤理化性状，收到了增产、增收的效果。

近年来，不少地区农民已将小麦播种提早到水稻收割之前，水稻收割后，再行开沟覆土。

据不完全统计，我国20世纪70年代初期以来，各类保护性耕作技术应用面积达2444万892。

2443年农业部组织进行了机械化免耕保护性耕作技术示范项目，涉及北方:3个省市区的2;个示范点，进行了一定规模的试验和示范推广[4]我国是主要的干旱国家之一。

干旱、半干旱及半湿润偏旱地区的面积占国土面积的52.5%, 主要分布在昆仑山、秦岭、淮河以北的16 个省、市、自治区。

一般认为我国保护性耕作的研究开始于20世纪60 年代, 黑龙江国营农场开始进行免耕种植小麦的试验示范; 60 年代末到70 年代初, 江苏太湖、徐州开展稻茬地上免耕播种小麦的研究。

80年代开始, 旱地农业耕作体系的研究, 有向覆盖和减少耕作发展的趋势, 原北京农业大学的残茬覆盖减耕法[10]、陕西省农科院旱农所的旱地小麦高留茬少耕全程覆盖技术[11]、山西省农科院的旱地玉米免耕整秆半覆盖技术[12]、河北省农科院的一年两熟地区少免耕栽培技术[13]、山东省淄博农机所的深松覆盖沟播技术[14]。

这些试验研究, 以抗旱增产为目标, 从不同的方面推动了我国保护性耕作的前期发展。

但这些研究多数还没有以可持续发展为目标, 不能够同时解决经济效益和生态效益问题, 多以人畜力作业为主, 缺少配套的农机具。

限制了保护性耕作优势的发挥。

4保护性耕作存在的问题(1)缺乏区划研究。

我国地域辽阔，各地区自然、社会、经济条件存在差异，其农业生产形式、耕作制度等具有多样性。

虽然一些地方(如山西、天津、河北等省市)保护性耕作技术较为成熟，尤其对免耕有了较大面积推广，但其适宜区不明确；虽然部分地区(如天津市)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适当地农业发展的耕作技术规程[15]。

(2)缺乏适宜不同土壤类型的配套机具。

有报道说秸秆覆盖降低了机械化程度，不利于大型机械的使用，给施肥增加了难度。

针对不同作物、不同耕作土壤，缺乏专用的配套机具的研究，如播种精度不高，实践操作中出现漏播或重播、肥料不匀等情况以及免耕播种机作业时的堵塞问题等。

(3)秸秆覆盖用量问题。

国内研究认为秸秆覆盖形成土壤温度降低，使得播种期推迟，出苗期延缓。

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。

同时由于地表残茬覆盖，不平整等原因，也造成播种质量较差。

(4)化学除草剂用量问题。

由于免耕条件下增加了化学除草剂的使用，但缺乏对除草剂使用方式、施用时间、用量等专门研究，对一些伴生杂草因缺乏专用除草剂而不能有效防治。