保护性耕作研究范文

《江苏农业科学杂志》2014年第五期

1中国研究与应用现状

我国保护性耕作的研究开始于20世纪60年代初，黑龙江国营农场开展了免耕种植小麦试验;20世纪70年代，江苏无锡、徐州等地进行稻茬免耕麦技术研究，与此同时西南农业大学候光炯教授提出了“自然免耕”理论。贵州、云南等有关院校也开展了少免耕技术的研究，取得较好的增产效果。20世纪80年代开展旱地农业耕作体系研究，向减少耕作和覆盖方向发展;20世纪90年代，开展了农艺、农机相结合的系统性试验，在适合中国国情的保护性耕作技术及机械设计方面取得了较大进展，总结了3种适合山西省应用的玉米机械化保护性耕作体系、3种小麦机械化保护性耕作体系，“九五”“十五”期间，被列入国家科技攻关计划。2002年农业部在山西、北京、天津、河北、内蒙古、辽宁及甘肃等地区，建立了38个项目县，进行保护性耕作技术示范和推广。2004年在国家粮食丰产科技工程项目中，科技部专门设立不同主产区保护性耕作技术项目，开展相应的试验示范。2007年，农业部出台《关于大力发展保护性耕作的意见》，力争在“十一五”期末，保护性耕作实施面积超过400万hm2，实现保护性耕作机具质量基本满足生产要求、技术体系基本完善，实施区域生态、经济和社会效益明显提高的目标，这标志着中国保护性耕作的实施迈入一个新的时期。2011年9月，农业部又了《全国农业机械化发展第十二个五年规划》，其中的《保护性耕作工程建设规划》指出，到2015年末新增保护性耕作面积1100万hm2。保护性耕作受到各级政府的高度重视。据报道，2012年全国保护性耕作已超过667万hm2，应用范围由北方旱作区为主向南方地区持续扩大，由小麦、玉米为主向水稻、马铃薯、油菜等多种作物不断拓展。保护性耕作的专用机具种类大幅增加，作业质量显著提高，新型大豆免耕播种技术及稻作技术日益成熟。

2保护性耕作效应研究现状

国内外关于保护性耕作效应的研究一直没有间断，保护性耕作影响农田土壤水、肥、气、热、土壤微生物、酶、pH值及农田小气候，同时对整个生态系统和环境也会产生有利影响。由于采用的技术措施不同，以及供试土壤和作物的差异，导致试验结果也不尽相同。

2．1保护性耕作对土壤物理性状的影响土壤团粒结构是土壤的重要组成部分，影响土壤的物理化学性质，是土壤功能的重要指标。免耕可增加土壤团聚体数量，有利于土壤水分与土壤空气的相互消长平衡，增强了土壤对环境水、热变化的缓冲能力，为植物生长及微生物生命活动创造良好环境。秸秆还田可增加4．75mm以上粒径的团聚体，秸秆还田结合少耕、免耕可使土粒平均直径增加71%～98%，有利于提高土壤机械稳定性及水稳定性团聚体结构水平，增加土壤稳定性，改善土壤结构状况。土壤容重是衡量土壤紧实程度的指标，是反映土壤结构、透气性、透水性能以及保水能力高低的一项重要物理性质，土壤容重越小说明土壤结构、透气透水性能越好，从而可以促进土壤微生物活动，增强土壤养分的供应。张志国等研究指出，在沙壤土上长期免耕或犁耕，只要把作物秸秆还田，就不会引起土壤板桔，而免耕条件下的土壤容重更类似于自然植被下的土壤容重。李新举等研究结果，无论秸秆覆盖还是秸秆翻压都可以增加土壤孔隙度、减少土壤容重。相关研究结果表明，秸秆覆盖免耕还田对土壤容重、孔隙度、土壤微团聚体都有不同程度的影响，因为覆盖抑制了地表水分蒸发，防止表土板结，使土壤通透性良好，三相比更趋于合理，有利改善肥力条件，为土壤良好结构的形成奠定了基础。也有报道免耕条件下土壤容重有所增加。因此，保护性耕作在不同土壤类型和生态区条件下对土壤结构的影响还需进一步深入研究。

2．2保护性耕作对土壤温度的影响保护性耕作对土壤温度有明显的调节作用，秸秆覆盖对热量传导、光辐射吸收转化均有影响，秸秆覆盖下土壤温度变化趋于缓和，高温时有“低温效应”，低温时又有“增温效应”，即能够平抑地温变化，缩小昼夜温差，这种双重效应对作物生长十分有利，能够有效缓解气温激变对作物的伤害。周凌云等研究认为，冬季的增温效应能减轻小麦冻害，降低死苗率，保证小麦安全越冬及促进小麦根系发育;在小麦生育后期，耕层土壤的降温效应，有利于防御干热风对小麦的危害，也有利于后茬作物夏玉米苗期的生长发育。

2．3保护性耕作对土壤水分的影响保护性耕作有利于提高土壤含水量和水分利用率。免耕比传统耕作可增加土壤蓄水量10%，减少土壤蒸发约40%，耗水量减少15%，水分利用效率提高10%。采用小麦秸秆全程覆盖耕作技术，可以使自然降水的蓄水率由传统耕作法的25%～35%，提高到50%～65%。免耕秸秆覆盖可显著提高0～50cm土层水分，其中免耕在0～20cm土层平均土壤体积含水量最高值分别比少耕和传统耕作高3%～10%，尤其是可提高作物播种期表层土壤含水量。免耕土壤水分状况较好，主要原因是免耕土壤孔隙发生变化，减少了土壤的蒸发。免耕覆盖秸秆后改变了土壤的理化性质，土壤具有良好的孔隙状况，增加入渗量，提高土壤含水量，增加水分储存，覆盖秸秆又抑制了蒸发，麦田夏闲期秸秆覆盖对土壤蒸发的抑制率为63．2%，春玉米田冬闲期秸秆覆盖对土壤蒸发的抑制率为47．6%，冬小麦生育期间秸秆覆盖对越冬至拔节期间蒸散量的抑制率为21．5%。表明覆盖秸秆免耕具有良好的保水效果。

2．4保护性耕作对土壤养分的影响土壤养分是土壤提供的植物生活所必须的营养元素，土壤养分含量是评价土壤自然肥力的重要因素之一，对作物的生长发育有重要影响。保护性耕作能够提高土壤肥力。免耕3年后，土壤表层与耕翻相比，全氮、有机磷分别提高14.57%、13．86%。秸秆覆盖还田后，在雨水和土壤微生物的作用下进入土壤，能增加氮、磷、特别是可溶性钾的含量，并且促进土壤有机质的形成。免耕和秸秆覆盖条件下土壤有机质、碱解氮、速效钾、速效磷有明显的表层富集现象，土壤表层的氮、磷、钾含量提高，土壤有机碳显著提高，下层土壤变化不大。免耕覆盖处理对提高土壤有机质、碱解氮、速效磷养分含量效果最佳，秸秆还田处理次之，但均高于对照翻耕处理。秸秆连续还田3年，土壤的中活性有机质、活性有机质、总有机质平均含量较试验初期分别增加了2．5倍、2．7倍、1．4倍。秸秆覆盖不仅能直接补充土壤部分氮素，并可以促进固氮微生物的固氮作用及豆科作物的共生固氮，增加土壤中的氮素含量。秸秆还田对土壤中锰、锌等微量元素的含量及有效性也都有提高作用。

2．5保护性耕作对作物生长发育的影响保护性耕作能提高表层土壤含水量，提高土壤肥力，有利于作物的生长发育。采用保护性耕作方式种植的小麦，单株分蘖能力强，生育后期叶面积系数较高，干物质生产能力较强，单位面积穗数显著高于传统旋耕。保护性耕作处理的水稻干物质积累、叶面积指数、叶片比叶重均明显高于空闲对照;水稻根系活力较高、灌浆中后期叶绿素含量下降缓慢，有效延缓了叶片衰老，并提高了籽粒灌浆速率。在水稻生长前期，免耕处理比常规耕作处理茎蘖数多，分蘖早、数量多，够苗早;免耕水稻的株高(至少在营养生长期内)比常规耕作水稻的高、营养生长比常规耕作水稻旺盛，为水稻孕穗打下了良好基础;免耕水稻光合能力强，光合产物比常规耕作水稻的多，干物质积累总量也比常规耕作水稻的多。秸秆还田对作物生长发育的影响有“先抑后扬”的趋势。李新举等研究认为小麦播种时秸秆还田，分蘖期容易表现出分蘖数少，麦苗瘦弱，甚至“黄苗”等缺肥现象;随着秸秆的腐解，后期土壤中矿质养分得到补充，麦苗的生长恢复正常。夏炎在稻麦秸秆持续还田的定位试验中也得出相同的结果，当季水稻秸秆还田小麦的基本苗略有降低，后期对小麦分蘖有较大的促进作用，最终保证小麦成熟期有足够的穗数;麦秸还田在秧苗分蘖初期，对水稻分蘖有短暂的抑制作用，抑制作用随着还田季数的增加而降低，分蘖后期秸秆还田可以增强水稻的保分蘖能力，保证成熟期具有足够的穗数而达到高产。研究发现，免耕秸秆覆盖后由于土壤温度降低，影响玉米的正常生育进程，表现出苗较迟、出苗率低、植株生长发育缓慢、生育期延长。由于免耕土壤具有较高的机械阻力及通气不良，影响作物根系的生长而限制了作物对养分和水分的吸收，导致作物苗期生长弱，最终导致减产。

2．6保护性耕作对作物产量的影响保护性耕作对作物产量的影响，国内外学者进行了较多研究，但结果并不一致，大部分研究认为秸秆还田可以提高作物产量。周兴祥等研究表明，保护性耕作体系可以提高小麦、玉米的产量，其中小麦产量平均提高7．2%，玉米提高11．9%。秸秆覆盖免耕对冬小麦有明显的增产作用，秸秆覆盖下冬小麦产量比不盖秸秆提高约9.2%～17.9%。李孝勇等连续4年调查发现，稻秸秆还田处理的油菜、水稻平均产量分别增长为8．56%～10．64%、6.89%～7．85%，油菜、麦秸草还田处理的油菜增产率分别为4.86%、2．78%，水稻增产率分别为5．67%、5．00%。秸秆还田也有减产的报道，减产原因可能是秸秆单独还田导致土壤碳氮比失衡，耕作方式不当、播种质量差等导致出苗质量下降。王云超等在张家口坝上地区的研究表明，莜麦免耕后生物产量比翻耕减产36.11%，籽粒产量比翻耕减产36.30%。张保民等研究认为，大豆前茬小麦免耕比耕作减产59．6kg/hm2，但差异不显著。贾树龙等在河北低平原的壤质潮土上研究表明，连续少耕和免耕处理的前3年对作物产量没有影响，3年后小麦产量显著降低，最大降幅达到31.83%，而连续免耕对玉米产量没有明显影响。综上所述，保护性耕作在不同生态条件下对作物产量的影响有待于进一步研究，以确定在不同的生态类型条件下应用何种保护性耕作技术。

3保护性耕作存在的问题与发展建议

经过70余年的发展，保护性耕作技术由粗糙变精细，面积也由小变大，美国、澳大利亚等保护性耕作发展较早的国家应用面积已达到总耕地面积的60%以上。至2012年，我国保护性耕作也超过667万hm2。但是保护性耕作在推广应用过程中还存在一些问题。(1)缺乏与不同作物相配套的保护性耕作机具。已有的机具性能不尽完善，在实际操作过程中容易出现堵塞、种子漏播、播种精度不高等现象，播种质量不能保证，影响作物的出苗，从而影响产量和经济效益，为保证保护性耕作技术效果的发挥，必须研发配套的保护性耕作专用机具。(2)适应不同生态区域的保护性耕作技术规程缺乏。我国幅员辽阔，各地区自然条件、经济水平差异较大，形成农业生产形式、耕作制度等的多样化特征。有些地区免耕推广面积虽然较大，保护性耕作技术也比较成熟，但适宜区域并不十分明确;大部分地区仍然缺乏相对应的技术规程。应根据不同地域条件和实际情况，研究相应保护性耕作技术，建立相应的技术规程。(3)保护性耕作配套的技术问题有待解决。低温冷害、肥料施用、覆盖作物残茬引起的病虫草害变化、大量使用除草剂和农药造成的环境污染、土壤表面处理技术及与其他农艺技术措施综合配套等问题都亟待解决。创新适应不同生态类型地区、不同作物的保护性耕作技术模式，研发保护性耕作病虫草害防治方法和配套机具等，是解决我国保护性耕作技术示范推广中的关键问题，也是保障保护性耕作技术广泛推广应用的一项重要举措。

作者：王幸王宗标齐玉军徐泽俊吴存祥单位：江苏徐淮地区徐州农业科学研究所中国农业科学院作物科学研究所