機械化保護性耕作原理、技術與發(fā)展
機械化保護性耕作原理、技術與發(fā)展
日期： 2005-12-01 來源：吉林省農機推廣站
中國農業(yè)大學教授 高煥文
我們要進行保護性耕作，首先要搞清楚什么是保護性耕作，也就是明白保護性耕作的定義和原理。
一、一場耕作技術的革命
從人類歷史到現(xiàn)在，已經有 3次耕作革命了。從不耕作到刀耕火種是一次革命，從刀耕火種到傳統(tǒng)人畜力耕作是第2次革命，從傳統(tǒng)人畜力耕作到傳統(tǒng)機械化耕作，這又是一次大革命。盡管我們目前還沒全面實現(xiàn)機械化，但產量也是明顯上去了，所以說傳統(tǒng)機械化耕作，在我們人類的耕作上做出了突出貢獻。從傳統(tǒng)機械化耕作到保護性耕作，是又一次革命。也就是說，保護性耕作是耕作技術的第4次革命。
保護性耕作的實質：
把耕作由單純改造自然，不考慮自然的機能，發(fā)展到利用自然的能力，人類的耕作措施與自然能力協(xié)調發(fā)展。
扭轉傳統(tǒng)耕作發(fā)展了生產，損害了環(huán)境，降低了土地生產力的局面，轉變?yōu)榘l(fā)展生產、保護生態(tài)環(huán)境的雙贏局面。
根茬越多，蚯蚓越多，地就越疏松，這個疏松土壤的工作由生物去做，那么人只需要保證地表的平整就可以了。
二、保護性耕作的定義
國外保護性耕作的定義：用大量秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，主要用農藥來控制雜草和病蟲害的耕作技術。
我國保護性耕作的定義：對農田實施免耕、少耕，用農作物秸稈覆蓋地表，減少風蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農業(yè)耕作技術。
保護性耕作松土原理，主要是以下幾方面：
1）根系松土，作物的根系腐爛后，留下大量孔道，時間愈長，孔道愈多。但一經翻耕，全部破壞。
2）蚯蚓松土，蚯蚓不斷挖掘孔道、疏松土壤，創(chuàng)造更好的耕層。
3）結構松土，保護性耕作增加土壤團粒結構，有利形成穩(wěn)定疏松的耕層，不容易壓實、回實。
4）脹縮松土，土壤冬凍春融，干濕交替，使土壤疏松、空隙度增加。
搞保護性耕作，不能幾年翻一次，一旦翻了，那么就有可能前功盡棄，因為保護性耕作是需要自然松土的，一般情況下一年看不出來，但 5年后效果就明顯了。只要有莊稼，秸稈覆蓋地表，生物根系、蚯蚓就會在土壤中形成大量孔道，起到松土的效果。以山西臨汾免耕 10年的小麥地為例，傳統(tǒng)麥地沒有蚯蚓，保護性耕作6年后每平方米有3-5條，10年后每平方米有10-15條。
三、保護性耕作起源與國外研究概況
30年代，美國的沙塵暴猖獗。沙塵暴為什么出現(xiàn)在美國，是不是它最干旱？不是，就是因為它首先大規(guī)模機械化耕作，從19世紀末到20世紀四五十年代，它搞了四五十年機械化耕作，人為地將植被破壞了，土壤沒有保護，沙塵暴就開始肆虐了。1942年，美國吸取黑風暴的教訓，成立了國家土壤保護局，免耕法試驗研究開始。1977年，經過30多年的努力，免耕法取得美國政府一等獎，正式確立了免耕法在國家農業(yè)發(fā)展中的地位。1995年，免耕法更名為保護性耕作。這個說法更全面。
西方國家從 70年代開始，逐步試用保護性耕作法。美國、澳大利亞、加拿大等國在這方面取得了不錯的成效。美國在玉米茬地上免耕播種小麥，它是去年種玉米，今年種小麥，跟我們國家有所不同。美國的玉米秸稈覆蓋量一點不比我們少，產量卻比我們高，可以說，主要就是采取保護性耕作的緣故。
澳大利亞采用固定道保護性耕作，其保護性耕作發(fā)展的經驗是：
1、19世紀七十年代開始試驗研究，重點在配套機械和草蟲病害防治。
2、截止到2000年，保護性耕作面積達到70% 。
3、20年間，澳大利亞谷物單產增長一倍，保護性耕作的作用占40%，73%的農民從改變耕作中受益。
4、最近1次沙塵暴出現(xiàn)在1992年，10多年來沒有再出現(xiàn)。
關于少耕與免耕的差別：少耕法在播種前用表土耕作滅草，免耕在播種前噴除草劑滅草。
2002年統(tǒng)計，全世界保護性耕作面積達到16900萬公頃，占耕地總面積的11.3%，其中免耕面積7476萬公頃，占保護性耕作面積的44%。主要應用在旱地作物上，地區(qū)集中在北美洲、南美洲、歐洲。應用面積占到本國耕地 60%以上的國家有美國、澳大利亞、巴西、阿根廷、巴拉圭等。亞洲、非洲國家相對較少，是未來發(fā)展的重點。
四、我國為什么要研究保護性耕作
我國旱作面積大，干旱嚴重，產量低，沙塵暴日益頻繁，土壤沙漠化擴大，水土流失嚴重，焚燒秸稈污染環(huán)境。在這種情況下，研究和推廣保護性耕作就成為我們的現(xiàn)實課題。尤其是西北地區(qū)，土地干旱貧瘠，發(fā)展保護性耕作就顯得更為重要。而對山東來說，主要是減少秸稈焚燒對環(huán)境的污染，利用秸稈覆蓋地表實施保護性耕作。
五、我國保護性耕作系統(tǒng)試驗
60年代，我國開始各種旱地增產耕作技術的試驗研究。
1991年，中國農業(yè)大學和山西省農機局等合作，開始了農機農藝結合的保護性耕作系統(tǒng)試驗研究。
經過 10年的持續(xù)試驗，完成了保護性耕作在我國的適應性研究，證明保護性耕作在北方是適合的，可行的，可以達到節(jié)本增收和環(huán)境保護雙贏。在山西壽陽玉米試驗地，我們可以看到保護性耕作所取得的成效。
從1999年開始，在河北、遼寧、內蒙、甘肅試驗。2002年農業(yè)部啟動“保護性耕作示范工程”項目。2003年、2004年農業(yè)部分別向全國推薦了一批小麥免耕播種機、玉米免耕機。2005年以來，保護性耕作在北方進入大面積示范推廣階段。
六、保護性耕作對增產的不利因素
保護性耕作對增產的不利因素主要有以下幾個方面：一是秸稈覆蓋，降低地表溫度；二是保護性耕作質量不易保證； 三是保護性耕作影響雜草控制。
土地生產力下降的主要原因是土壤流失。我國每年因風蝕、水蝕造成的耕地損失為 33億噸。相當部分地區(qū)每年風蝕、水蝕帶走大量肥沃的表土，導致土壤肥力降低，這是產量下降的主要原因。
翻耕使風蝕、水蝕持續(xù)進行，當表面的細土被吹走，只剩下硬土后，風蝕、水蝕將逐漸減少。而下面的土翻上來，于是一場新的土壤侵蝕又開始了，年復一年，直到耕層的細土全部被刮走。每年這么刮，翻地再加上水土流失，地就瘦了。
七、保護性耕作的實施要點
1、取消鏵式犁翻耕，土壤容重較大時，用深松代替；
2、秸稈全程覆蓋，播種后地面覆蓋率不低于30%；
3、保持播前地表基本平整；
4、免耕施肥播種，一次完成施肥播種；
5、通過除草劑和機械及時控制雜草。
保護性耕作工藝體系主要包括三項基本作業(yè)：秸稈處理，保證播前地表秸稈均勻分布；地表平整，免耕施肥播種；深松土壤。分析比較，還是這種模式比較適合中國的國情。
八、保護性耕作關鍵機具
圓盤開溝器免耕播種機 ：
主要特點：通過性能較好，種溝形狀較好，結構比較復雜。
主要問題：在免耕覆蓋地入土困難，要求正壓力大， 機器重。
適應范圍：目前主要是引進國外的大型免耕播種機在大型農場或大城市郊區(qū)采用，我國自行研發(fā)的不多。北京市引進的迪爾公司（DEERE）大型小麥免耕播種機作業(yè)，3萬美元一臺?？紤]到實際使用，在山東這種地塊，估計很難發(fā)揮作用。
帶狀旋耕小麥免耕播種機
主要特點：動力驅動、通過性強，入土容易、重量不大，結構比較復雜。
主要問題：功率消耗較大，帶狀旋耕機具表土擾動大。
適應范圍：目前大量應用于玉米秸稈覆蓋地，壟作地，是我國自行研制的一種免耕播種機。
九、保護性耕作實施成功是一個長期艱巨的過程
保護性耕作的成功，特別是產量提高取決于三個因素：
1、土壤保持較多的水分（短期實現(xiàn)）。
2、土壤肥力提高（長期實現(xiàn)）。
3、良好的管理（長期實現(xiàn)）。
目前，實施保護性耕作往往很難一年就見效，農民也許會說，你這機器也不怎么樣啊，但是如果我們能給他們降低成本，提高產量，農戶就高興了。我的體會是，如果小麥普遍長的很好，老百姓當然沒意見，產量高、成本又低，這就合老百姓的意了。如果效果不很明顯，一定要堅持，再做一年，找到原因，效果可能會越來越好。
土壤肥力提高，需要3-5年以上的時間才有明顯效果。時間長短取決于秸稈覆蓋率，進行什么耕作等，如進行旋耕，土壤結構破壞，蚯蚓被殺死，土壤改造過程將停止。
推廣免耕還是少耕，要因地制宜。10年的時間使我們認識到，免耕的保水保持效果好、作業(yè)成本低，因此，條件具備時，推廣免耕比少耕效益好。免耕要求的條件高，如果不能滿足這些條件，免耕可能導致減產。免耕之所以減產，是因為地表沒有處理好，當然如果有機器壓過，壓成餅子一樣，使土壤變硬，也會造成減產。要避免這些問題，就是采取少耕的辦法。地不平，發(fā)現(xiàn)土壤板結，可以采取疏松的辦法。推廣保護性耕作，一般要滿足4個條件：一是土壤具有自我疏松能力。二是能夠保證足夠的秸稈覆蓋量，沒有秸稈覆蓋，免耕作用不好。三是機具的適應性要好。四是駕駛員和農戶的作業(yè)與管理達到相應水平。希望大家在推廣機械化保護性耕作中，要注意把握好以上幾個問題。
摘自山東農機化信息網
中國農業(yè)大學教授 高煥文
我們要進行保護性耕作，首先要搞清楚什么是保護性耕作，也就是明白保護性耕作的定義和原理。
一、一場耕作技術的革命
從人類歷史到現(xiàn)在，已經有 3次耕作革命了。從不耕作到刀耕火種是一次革命，從刀耕火種到傳統(tǒng)人畜力耕作是第2次革命，從傳統(tǒng)人畜力耕作到傳統(tǒng)機械化耕作，這又是一次大革命。盡管我們目前還沒全面實現(xiàn)機械化，但產量也是明顯上去了，所以說傳統(tǒng)機械化耕作，在我們人類的耕作上做出了突出貢獻。從傳統(tǒng)機械化耕作到保護性耕作，是又一次革命。也就是說，保護性耕作是耕作技術的第4次革命。
保護性耕作的實質：
把耕作由單純改造自然，不考慮自然的機能，發(fā)展到利用自然的能力，人類的耕作措施與自然能力協(xié)調發(fā)展。
扭轉傳統(tǒng)耕作發(fā)展了生產，損害了環(huán)境，降低了土地生產力的局面，轉變?yōu)榘l(fā)展生產、保護生態(tài)環(huán)境的雙贏局面。
根茬越多，蚯蚓越多，地就越疏松，這個疏松土壤的工作由生物去做，那么人只需要保證地表的平整就可以了。
二、保護性耕作的定義
國外保護性耕作的定義：用大量秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，主要用農藥來控制雜草和病蟲害的耕作技術。
我國保護性耕作的定義：對農田實施免耕、少耕，用農作物秸稈覆蓋地表，減少風蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農業(yè)耕作技術。
保護性耕作松土原理，主要是以下幾方面：
1）根系松土，作物的根系腐爛后，留下大量孔道，時間愈長，孔道愈多。但一經翻耕，全部破壞。
2）蚯蚓松土，蚯蚓不斷挖掘孔道、疏松土壤，創(chuàng)造更好的耕層。
3）結構松土，保護性耕作增加土壤團粒結構，有利形成穩(wěn)定疏松的耕層，不容易壓實、回實。
4）脹縮松土，土壤冬凍春融，干濕交替，使土壤疏松、空隙度增加。
搞保護性耕作，不能幾年翻一次，一旦翻了，那么就有可能前功盡棄，因為保護性耕作是需要自然松土的，一般情況下一年看不出來，但 5年后效果就明顯了。只要有莊稼，秸稈覆蓋地表，生物根系、蚯蚓就會在土壤中形成大量孔道，起到松土的效果。以山西臨汾免耕 10年的小麥地為例，傳統(tǒng)麥地沒有蚯蚓，保護性耕作6年后每平方米有3-5條，10年后每平方米有10-15條。
三、保護性耕作起源與國外研究概況
30年代，美國的沙塵暴猖獗。沙塵暴為什么出現(xiàn)在美國，是不是它最干旱？不是，就是因為它首先大規(guī)模機械化耕作，從19世紀末到20世紀四五十年代，它搞了四五十年機械化耕作，人為地將植被破壞了，土壤沒有保護，沙塵暴就開始肆虐了。1942年，美國吸取黑風暴的教訓，成立了國家土壤保護局，免耕法試驗研究開始。1977年，經過30多年的努力，免耕法取得美國政府一等獎，正式確立了免耕法在國家農業(yè)發(fā)展中的地位。1995年，免耕法更名為保護性耕作。這個說法更全面。
西方國家從 70年代開始，逐步試用保護性耕作法。美國、澳大利亞、加拿大等國在這方面取得了不錯的成效。美國在玉米茬地上免耕播種小麥，它是去年種玉米，今年種小麥，跟我們國家有所不同。美國的玉米秸稈覆蓋量一點不比我們少，產量卻比我們高，可以說，主要就是采取保護性耕作的緣故。
澳大利亞采用固定道保護性耕作，其保護性耕作發(fā)展的經驗是：
1、19世紀七十年代開始試驗研究，重點在配套機械和草蟲病害防治。
2、截止到2000年，保護性耕作面積達到70% 。
3、20年間，澳大利亞谷物單產增長一倍，保護性耕作的作用占40%，73%的農民從改變耕作中受益。
4、最近1次沙塵暴出現(xiàn)在1992年，10多年來沒有再出現(xiàn)。
關于少耕與免耕的差別：少耕法在播種前用表土耕作滅草，免耕在播種前噴除草劑滅草。
2002年統(tǒng)計，全世界保護性耕作面積達到16900萬公頃，占耕地總面積的11.3%，其中免耕面積7476萬公頃，占保護性耕作面積的44%。主要應用在旱地作物上，地區(qū)集中在北美洲、南美洲、歐洲。應用面積占到本國耕地 60%以上的國家有美國、澳大利亞、巴西、阿根廷、巴拉圭等。亞洲、非洲國家相對較少，是未來發(fā)展的重點。
四、我國為什么要研究保護性耕作
我國旱作面積大，干旱嚴重，產量低，沙塵暴日益頻繁，土壤沙漠化擴大，水土流失嚴重，焚燒秸稈污染環(huán)境。在這種情況下，研究和推廣保護性耕作就成為我們的現(xiàn)實課題。尤其是西北地區(qū)，土地干旱貧瘠，發(fā)展保護性耕作就顯得更為重要。而對山東來說，主要是減少秸稈焚燒對環(huán)境的污染，利用秸稈覆蓋地表實施保護性耕作。
五、我國保護性耕作系統(tǒng)試驗
60年代，我國開始各種旱地增產耕作技術的試驗研究。
1991年，中國農業(yè)大學和山西省農機局等合作，開始了農機農藝結合的保護性耕作系統(tǒng)試驗研究。
經過 10年的持續(xù)試驗，完成了保護性耕作在我國的適應性研究，證明保護性耕作在北方是適合的，可行的，可以達到節(jié)本增收和環(huán)境保護雙贏。在山西壽陽玉米試驗地，我們可以看到保護性耕作所取得的成效。
從1999年開始，在河北、遼寧、內蒙、甘肅試驗。2002年農業(yè)部啟動“保護性耕作示范工程”項目。2003年、2004年農業(yè)部分別向全國推薦了一批小麥免耕播種機、玉米免耕機。2005年以來，保護性耕作在北方進入大面積示范推廣階段。
六、保護性耕作對增產的不利因素
保護性耕作對增產的不利因素主要有以下幾個方面：一是秸稈覆蓋，降低地表溫度；二是保護性耕作質量不易保證； 三是保護性耕作影響雜草控制。
土地生產力下降的主要原因是土壤流失。我國每年因風蝕、水蝕造成的耕地損失為 33億噸。相當部分地區(qū)每年風蝕、水蝕帶走大量肥沃的表土，導致土壤肥力降低，這是產量下降的主要原因。
翻耕使風蝕、水蝕持續(xù)進行，當表面的細土被吹走，只剩下硬土后，風蝕、水蝕將逐漸減少。而下面的土翻上來，于是一場新的土壤侵蝕又開始了，年復一年，直到耕層的細土全部被刮走。每年這么刮，翻地再加上水土流失，地就瘦了。
七、保護性耕作的實施要點
1、取消鏵式犁翻耕，土壤容重較大時，用深松代替；
2、秸稈全程覆蓋，播種后地面覆蓋率不低于30%；
3、保持播前地表基本平整；
4、免耕施肥播種，一次完成施肥播種；
5、通過除草劑和機械及時控制雜草。
保護性耕作工藝體系主要包括三項基本作業(yè)：秸稈處理，保證播前地表秸稈均勻分布；地表平整，免耕施肥播種；深松土壤。分析比較，還是這種模式比較適合中國的國情。
八、保護性耕作關鍵機具
圓盤開溝器免耕播種機 ：
主要特點：通過性能較好，種溝形狀較好，結構比較復雜。
主要問題：在免耕覆蓋地入土困難，要求正壓力大， 機器重。
適應范圍：目前主要是引進國外的大型免耕播種機在大型農場或大城市郊區(qū)采用，我國自行研發(fā)的不多。北京市引進的迪爾公司（DEERE）大型小麥免耕播種機作業(yè)，3萬美元一臺?？紤]到實際使用，在山東這種地塊，估計很難發(fā)揮作用。
帶狀旋耕小麥免耕播種機
主要特點：動力驅動、通過性強，入土容易、重量不大，結構比較復雜。
主要問題：功率消耗較大，帶狀旋耕機具表土擾動大。
適應范圍：目前大量應用于玉米秸稈覆蓋地，壟作地，是我國自行研制的一種免耕播種機。
九、保護性耕作實施成功是一個長期艱巨的過程
保護性耕作的成功，特別是產量提高取決于三個因素：
1、土壤保持較多的水分（短期實現(xiàn)）。
2、土壤肥力提高（長期實現(xiàn)）。
3、良好的管理（長期實現(xiàn)）。
目前，實施保護性耕作往往很難一年就見效，農民也許會說，你這機器也不怎么樣啊，但是如果我們能給他們降低成本，提高產量，農戶就高興了。我的體會是，如果小麥普遍長的很好，老百姓當然沒意見，產量高、成本又低，這就合老百姓的意了。如果效果不很明顯，一定要堅持，再做一年，找到原因，效果可能會越來越好。
土壤肥力提高，需要3-5年以上的時間才有明顯效果。時間長短取決于秸稈覆蓋率，進行什么耕作等，如進行旋耕，土壤結構破壞，蚯蚓被殺死，土壤改造過程將停止。
推廣免耕還是少耕，要因地制宜。10年的時間使我們認識到，免耕的保水保持效果好、作業(yè)成本低，因此，條件具備時，推廣免耕比少耕效益好。免耕要求的條件高，如果不能滿足這些條件，免耕可能導致減產。免耕之所以減產，是因為地表沒有處理好，當然如果有機器壓過，壓成餅子一樣，使土壤變硬，也會造成減產。要避免這些問題，就是采取少耕的辦法。地不平，發(fā)現(xiàn)土壤板結，可以采取疏松的辦法。推廣保護性耕作，一般要滿足4個條件：一是土壤具有自我疏松能力。二是能夠保證足夠的秸稈覆蓋量，沒有秸稈覆蓋，免耕作用不好。三是機具的適應性要好。四是駕駛員和農戶的作業(yè)與管理達到相應水平。希望大家在推廣機械化保護性耕作中，要注意把握好以上幾個問題。
摘自山東農機化信息網
