保护性耕作技术与配套机具

1、保护性耕作技术与配套机具 杨陆强 高彦玉 朱加繁 高志超 黄景威 陈钊 罗新文 云南农业大学机电工程学院 摘 要： 农田是开展农业生产的基础, 土壤的好坏直接关系到农作物的产量及生态环境的质量。当前, 农业基础设施薄弱、农业生产成本升高、农业科技投入不足及农业立体式污染加剧等问题给农业的发展带来了巨大的挑战。因此, 以保留土壤自我保护机能和营造机能的保护性耕作则显得颇具推广价值。为此, 阐述了保护性耕作技术的发展意义, 介绍了其在国内外的研究状况及关键技术和配套机具, 指出了其在发展过程中存在的一些问题, 并提出了相应的发展建议, 以期为保护性耕作技术的进一步研究试验及推广应用提供指导和借鉴。关键词： 保护性耕作; 配套机具; 关键技术; 作者简介：杨陆强 (1993-) , 男, 云南曲靖人, 硕士研究生, (E-mail) lqyang-。作者简介：罗新文 (1963-) , 男, 云南新平人, 实验师, (E-mail) 。收稿日期：2017-01-19基金：国家自然科学基金项目 (51269033) Conservation Tillage Technology and Rel

2、ated EquipmentYang Luqiang Gao Yanyu Zhu Jiafan Gao Zhichao Huang Jingwei Chen Zhao Luo Xinwen College of Mechanical and Electrical Engineering, Yunnan Agriculture University; Abstract： Farmland is the basis of agricultural production, and the quality of soil directly affects the yield of crops and the quality of the ecological environment. Today, these problems like weak agricultural infrastructure, increases of agricultural production cost, insufficient agricultural science and technology inve

3、stment, aggravated agricultural three-dimensional pollution, etc. have brought great challenges to the development of agriculture. These factor imparts commendable promotion value to conservation tillage with the aim of preserving soil self protection function and building function.The popularization significance of conservation tillage technology was elaborated, the research status, key technology and related equipment of it at home and abroad was introduced, some problems in the process of its

4、 development was pointed out, and the corresponding development suggestions were also raised in this passage, for providing guidance and reference for the further research and application of conservation tillage technology.Keyword： conservation tillage; related equipment; key technology; Received： 2017-01-190 引言农田是进行粮食生产的第一大资源, 土壤条件的优劣直接影响着农业的发展状况。作为农事生产基本保障的农业生产技术, 其生产作业方式对农业生产和生态功能均有直接影响, 从土地整理、作物田间管理到农作物秸秆处理, 各个环节的实施过程均在不同程度上直接或间接地影响着土壤性状、土壤生产能力及农业生态环境等1。当前, 农业基础设施薄弱、农业生产成本升高、农业科技投入不足、农业立体式污染

5、加剧等问题给当代农业的持续发展带来了巨大的挑战。1934 年, 由于南部平原草原的过度垦荒, 美国遭受了震惊全国的“黑风暴”2。大规模沙尘暴横扫美国 2/3 国土, 造成大量农田被毁、牲畜死亡、作物减产, 还带来了美国历史上最大的一次“生态移民”潮3。20 世纪 80 年以来, 我国时常遭受沙尘暴的威胁和影响, 其发生的频率及强度均逐年有所提高, 在造成土壤板结、植被破坏等不良影响的同时, 也带来了土地沙漠化及水土流失等问题。相关研究揭露了背后的罪魁祸首土地过度开垦、耕作和肆意放牧4。随后, 党和国家密切关注环境保护与农业生态整治, 颁布实施了包括退耕还林还草、限制过度放牧在内的系列方针政策。在此背景下, 具有生态保护与增产节支等多重功能的保护性耕作技术受到了各级政府的高度关注4, 并在半干旱地区首先得到了加速推广式的应用, 其作业模式与相关作业机具的研发在全国蓬勃兴起, 保护性耕作技术迎来了其前所未有的发展机遇。全面提升并有效落实保护性耕作技术对于全面保障和推进农业可持续发展具有高度的促进作用, 不仅能有效提升土壤有机质的含量, 增肥提地力, 提高土壤的蓄水保墒能力, 还能显著节约田

6、地灌溉用水, 增加土地的产出率, 提高粮食产量5-6, 最终促进农业的可持续发展, 同步推进农业现代化进程, 并保障粮食安全。1 保护性耕作技术的推广意义保护性耕作技术泛指保土、保水的耕作措施, 目的是减少农田土壤侵蚀, 保护农田生态环境的综合技术体系, 其技术关键是通过土壤少 (免) 耕、地表微地形改造技术及地表覆盖技术, 达到少动土、少裸露、少污染, 并保持适度湿润和适度粗糙的土壤状态, 从而保护土地可持续生产力7。耕作田地是整个农业生产过程中的基础环节。通过人类对土壤进行耕作、施肥、灌溉8, 加上自然因素的作用, 土壤为农业生产提供了必要的基础条件。我国传统的耕作方法追求精耕细作, 其主要目的在于: (1) 为作物种子创造一个良好的出芽及生长环境; (2) 除田地杂草及控制作物病虫害。从古至今, 传统耕作的效果从未遭人质疑, 人们对其亦是司空见惯9。但是, 20 世纪 80 年代沙尘暴的出现促使人们重新审视和研究传统耕作, 经研究总结, 得出了传统耕作过程中土壤过度开垦的负面影响: (1) 降低土壤墒情及水分抗蒸发能力; (2) 破坏土壤内在微观结构, 引起土壤板结10; (3)

7、 易杀死耕作层的有益微生物; (4) 加剧水土流失和土壤的风蚀沙化; (5) 为沙尘暴提供了沙尘源; (6) 减低了土壤蓄水能力; (7) 费工费时, 成本高9。为了减缓地力持续下降及生态环境持续恶化的不良现状, 传统的土壤耕作方式须逐步由具备自我保护及营造机能的保护性耕作所转替。保护性耕作较传统耕作, 具有包括改善土壤地力及消减农业立体式污染等优点在内的作业优势: (1) 为种子创造较好的发芽条件, 避免土壤板结和水土流失及风蚀沙化; (2) 减少土壤扰动和水分蒸发; (3) 省时省工, 提高农作物产量及效益11; (4) 地面覆盖秸秆可有效减少地面径流, 提高水分利用率, 并能改善地下水源状况; (5) 提高土壤蓄水能力12; (6) 减少沙尘源, 控制沙尘暴; (7) 增加土壤有机质含量, 改善土壤结构13; (8) 简化机械作业, 减少拖拉机下地次数; (9) 免去了耙耕、拉运农业生产资料及中耕除草等作业过程, 减少生产成本14。2 国内外保护性耕作发展概况与现状2.1 美国19 世纪初, 欧洲工业技术革命蓬勃发展, 美国开始大面积使用拖拉机翻耕干旱半干旱草原, 但前所未见的“

8、黑风暴”给美国带来了沉重的打击。随后, 美国开创保护性耕作技术, 1942 年便成立了土壤保护局 (现为自然资源保护局) 15, 20 世纪 30-40 年代秸秆覆盖法便被采用;50-60 年代, 增加了垄作法;70年代, 研制了凿形犁, 免耕播种机也得到了广泛应用;90 年代, 除草剂得到了广泛应用, 带状耕作有了较快的发展16。数据显示, 美国保护性耕作比例已从 1979 年的 16%增至 2009 年的 68.3%, 在发展起步至今的 70 多年间, 从技术到机具及除草剂, 美国针对降低耕作强度和提高地表作物残茬覆盖量等, 开展了诸多的试验研究, 田间的作业次数得到了有效削减 (由 78 次减少到了 13次) 17。2.2 澳大利亚澳大利亚的保护性耕作技术起步于 20 世纪 40 年代, 许多的试验站在 70 年代得到了农业部的主持兴建, 随后的 10 年间得到了大规模的推广18。相关调查研究表明, 澳大利亚在 1996-2008 年的 13 年间, 其保护性耕作的应用面积已由60%增加到了 77%14。在澳大利亚, 免耕、少耕加秸秆覆盖的耕作技术已被广泛采用, 而带翼形铲的深松

9、机则被较多地使用于旱地19。鉴于澳大利亚高旱的农情, 秸秆还田覆盖现已成为其重要的保护性耕作技术模式之一。2.3 加拿大加拿大保护性耕作技术的引进试验始于 20 世纪 60 年代, 在 70-80 年代便研制得到了相应的除草剂及配套农机具;80 年代中叶则开始在 3 个农业省进行大面积推广, 保护性耕作面积由 1996 年的 12%增长到了 2006 年 70%17,20。为了应对风雨侵蚀, 加拿大普遍采用少耕和免耕的耕作体系, 并用除草剂代替耕作除草, 且广泛使用气力播种机21。保护性耕作技术的实施很大程度上改善了西部大草原的脆弱生态。此外, 在西非及拉丁美洲, 保护性耕作技术的试验研究及推广发展也较为迅速22;而欧洲国家对其在试验研究及推广应用方面的起步较其他国家稍晚, 但依托于雄厚的工业基础, 发展速度较快, 截至 2002 年, 16%28%的耕地已应用了保护性耕作技术23。2.4 中国自 20 世纪 60 年代起, 我国已经开展了保护性耕作的单项技术试验、秸秆覆盖和少 (免) 耕、旱地农耕体系、农机农艺相融合等系统性试验24。中国农业机械工业年鉴数据显示:截至 2013 年, 我国的保护性耕作土地面积已达 773.1万 hm。2007 年, 农业部出台的关于大力发展保护性耕作的意见标志着中国实施保护性耕作开始迈入新的时期25。2013 年, 国务院批复的全国高标准农田建设总体规划提出:到 2020 年确保建成 0.533 亿 hm、力争建成 0.633 亿hm 集中连片、旱涝保收、稳产高产、生态友好的高标准农田26。2016 年, 中央一号文件明确提出, 大规模推进高标准农田建设, 这亦将为我国保护性耕作技术的研究、试验与推广提供一定的政策支持。目前, 我国相关科研人员对保护性耕作技术的研究主要体现在:保护性耕作对土壤结构、土壤养分、土壤温度、土壤水分、土壤微生物、作物增产、作物含水率及温室气体排放的影响等方面。王改玲27等研究表明:在黄土高原南部地区, 干旱地区的长年保护性耕作能有效增产;且保护性耕作能有效改善土壤容重、孔隙度、

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