東北黑土區(qū)保護(hù)性耕作模式

東北黑土區(qū)保護(hù)性耕作模式主講：吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員劉武仁一、保護(hù)性耕作的意義（一）實(shí)行保護(hù)性耕作是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的需要東北地區(qū)是我國黑土主要分布區(qū)，是我國重要的糧食生產(chǎn)基地，該區(qū)主要作物為玉米、大豆。耕作方式為秋（春）季滅茬，2—3次鏟趟，地表極少有殘茬覆蓋，該區(qū)有大量剩余秸桿資源未充分利用，季風(fēng)性氣候嚴(yán)重，土壤風(fēng)蝕、水蝕重，陣性降雨帶走土壤，持續(xù)高產(chǎn)高效比較困難，長期種植高產(chǎn)作物，掠奪式經(jīng)營，土壤環(huán)境變差，有機(jī)質(zhì)下降，水土流失嚴(yán)重，黑土年流失量1.3億噸，黑土層變薄，50年代為59厘米，現(xiàn)僅為20厘米左右，耕層有機(jī)質(zhì)含量下降1/3—1/2,土壤結(jié)構(gòu)惡化，土壤板結(jié)，耕性變差，保水保肥性能下降。所以推廣保護(hù)性耕作巳刻不容緩。實(shí)行少免耕技術(shù)有如下特點(diǎn)：1、改善土壤耕性，增加土壤有機(jī)質(zhì)。2、增加土壤貯水性，改善土壤水分有效性。3、保護(hù)土壤，減少侵蝕。4、增加生物多樣性。5、改善空氣質(zhì)量。（二）實(shí)行保護(hù)性耕作是提高農(nóng)業(yè)生態(tài)效益的需要傳統(tǒng)耕作作業(yè)環(huán)節(jié)多，成本高，有機(jī)質(zhì)還田量低，耕層結(jié)構(gòu)變差，資源能源雙消耗。保護(hù)性耕作與傳統(tǒng)耕作比較有如下優(yōu)點(diǎn)：1、降低地表涇流60%左右，減少水土流失80%。2、減少大風(fēng)沙60%左右。3、提高水分利用率17%—25%。4、種植春玉米增產(chǎn)16%，冬小麥增產(chǎn)13%。5、增加土壤肥力，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。6、節(jié)約人畜用工50%—60%。7、提高經(jīng)濟(jì)效益，收入增加20%—30%。二、關(guān)于保護(hù)性耕作概念的界定（一）我國目前關(guān)于保護(hù)性耕作的界定：保護(hù)性耕作泛指保土保水的技術(shù)措施。1、以減少農(nóng)田土壤侵蝕、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境為目的。2、通過少耕、免耕地表微地型改造及地表覆蓋技術(shù)為手段。3、實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。（二）從技術(shù)類型上分:1、改變微地形為主的等高耕作。2、改變土壤物理性狀為主的少耕/深松/免耕等。3、增加地面覆蓋為主的秸桿覆蓋/留茬/殘茬覆蓋等。（三）概念：地表覆蓋殘茬30%以上，少動土高保續(xù)可持續(xù)的耕作技術(shù)。增效（經(jīng)濟(jì)效益/生態(tài)效益/社會效益）三、國外保護(hù)性耕作研究推廣現(xiàn)狀（一）北美地區(qū)應(yīng)用的重要保護(hù)性耕作類型1、免耕：除播種外，不進(jìn)行任何形式的土壤耕作、化學(xué)除草，主要依靠于免耕播種機(jī)，播種、覆土、鎮(zhèn)壓（施肥、施藥）作業(yè)一次完成。2、條耕：條狀翻攪播種區(qū)域，翻攪帶不大于壟寬的1/3。3、壟耕：除播種和做壟外（播種攪動不超過壟寬的1/3）一般不進(jìn)行其它形式的土壤耕作，化學(xué)除草和機(jī)械除草相結(jié)合，作物秸桿留于壟溝，作壟可在春秋季節(jié)，播種時(shí)開溝、覆土、鎮(zhèn)壓一次完成作業(yè)。4、留槎耕作：播種前或播種間全層擾動耕層一次（深松或切耙），化學(xué)除草和/或機(jī)械除草相結(jié)合。5、少耕：全層擾動耕層一次或以上，化學(xué)除草和/或機(jī)械除草相結(jié)合，作物秸桿覆蓋率小于30%但大于15%。（二）世界上保護(hù)性耕作的發(fā)展歷程20世紀(jì)30-40年代：主要針對傳統(tǒng)的機(jī)械化翻耕在水蝕、風(fēng)蝕方面存在的弊端進(jìn)行機(jī)具及耕法的改良，提出少耕、免耕及深松等保護(hù)耕作法，研制出深松鏟、鑿或犁等不翻土的農(nóng)機(jī)具。20世紀(jì)50年代后：機(jī)械化免耕技術(shù)與保護(hù)性植被覆蓋技術(shù)同步發(fā)展，帶來的雜草蔓延或覆蓋低溫等技術(shù)原因?qū)е略擁?xiàng)技術(shù)推廣緩慢。20世紀(jì)80年代以來：隨著耕作機(jī)械的改進(jìn)，除草劑以及作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，保護(hù)性耕作范圍不斷擴(kuò)大。美國2004年實(shí)行免耕、壟作、覆蓋耕作（指淺松留茬）和少耕（指深松耕）技術(shù)占全國耕地的62.2%。目前保護(hù)性耕作在蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞等國家的半干旱地區(qū)也開始廣泛的推廣應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)迄今世界上約有7200萬公頃的耕地巳經(jīng)開展保護(hù)性農(nóng)業(yè)技術(shù)。四、我國目前應(yīng)用的主要保護(hù)性耕作技術(shù)模式據(jù)中國耕作制度研究會1990年不完全統(tǒng)計(jì)，我國各類保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用面積達(dá)2000萬頃，以免耕套種占多數(shù)。其中麥田夏玉米免耕套種與鐵茬播種占1/3,棉花與綠肥免耕特征免耕套種近1/3,水稻板田播麥、油菜、綠肥等約1/6，機(jī)械化深松和耙茬約1/6。2003年農(nóng)業(yè)部組織進(jìn)行了機(jī)械化免耕加秸桿還田示范項(xiàng)目，涉及北方13個(gè)省市區(qū)的25個(gè)示范點(diǎn)，其中仍以秸桿翻入土壤為主，秸桿表面覆蓋的極少。（一）東北地區(qū)的主要措施：從20世紀(jì)70年代開始，在原有的壟作基礎(chǔ)上由原來的壟翻改為平翻，改畜力為機(jī)械動力，實(shí)行翻耕、深松與耙茬相結(jié)合。作用目的：保墑、搶農(nóng)時(shí)，提高早春地溫，防止風(fēng)蝕，為進(jìn)一步培肥地力，應(yīng)將秸桿還田與少免耕相結(jié)合，同時(shí)解決秸桿覆蓋條件下地溫回升及作物出苗等技術(shù)問題。（二）華北地區(qū)主要措施：實(shí)行兩熟制，秋季麥種前進(jìn)行土壤基本操作，多采用翻耕或旋耕，下茬免耕套種或免耕（缺茬）播種。機(jī)械化秸桿還田尚在推廣中，秸桿仍以翻埋為主，地面覆蓋極少。20世紀(jì)70年代末期，原北京農(nóng)大引進(jìn)和試驗(yàn)少免耕技術(shù)原量，并研制了我國第一代免耕播種機(jī)，開展了夏玉米免耕覆蓋技術(shù)的研究及推廣。（三）西北地區(qū)：該區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，干旱少雨，坡地多，保土保水為該區(qū)土壤耕作的主要任務(wù)。生產(chǎn)狀況：目前該區(qū)仍以傳統(tǒng)耕作為主，保護(hù)性耕作主要微地型的水土保持耕作法，現(xiàn)代的秸桿覆蓋與少免耕技術(shù)應(yīng)用尚少。研究現(xiàn)狀：西北農(nóng)業(yè)科技大學(xué)研究的坡地水土保持耕作法、小麥和地膜覆蓋耕作、小麥高留茬秸桿全程覆蓋耕作；山西農(nóng)科院試驗(yàn)成功的旱地玉米免耕整秸桿半覆蓋技術(shù)；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)保護(hù)性耕作中心研究的機(jī)械化免耕覆蓋技術(shù)。（四）南方地區(qū)：南方農(nóng)田當(dāng)前仍以傳統(tǒng)耕作為主，基本耕作為畜力或機(jī)械翻耕。少免耕的主要內(nèi)容是傳統(tǒng)的免耕套作（稻田套麥、油菜、紫云英）與稻后板田播種小麥、油菜、綠肥等。另外還有兩種近年開始流行水田少、免耕作法，一是針對西南地區(qū)冷漫田、爛泥田、深漚田等冬水田變傳統(tǒng)平作為壟作，種植、養(yǎng)殖小培肥有機(jī)結(jié)合的水田半旱式少耕法，二是變稻田翻耕為旋耕。五、我國保護(hù)性耕作技術(shù)發(fā)展存在的一些問題（一）缺乏保護(hù)性耕作發(fā)展的總體規(guī)劃，未形成適合不同地區(qū)耕作制度特點(diǎn)的保護(hù)性耕作技術(shù)體系，如西北及農(nóng)牧交錯(cuò)等干旱半干旱地區(qū)，雖然開始保護(hù)性耕作技術(shù)研究多年，但缺乏區(qū)域發(fā)展總體戰(zhàn)略指導(dǎo)，技術(shù)分散，未形成保護(hù)性耕作主導(dǎo)技術(shù)和配套體系。作為我國糧食生產(chǎn)區(qū)的東北平原、華北平原和長江中下游平原，由于多年來連續(xù)種植高產(chǎn)作物，土地重用輕養(yǎng)，導(dǎo)致土壤肥力和有機(jī)質(zhì)下降，保護(hù)性耕作技術(shù)薄弱而且面積有限，此外，針對不同種植制度高產(chǎn)條件下的保護(hù)性耕作研究少，部分地區(qū)實(shí)行保護(hù)性耕作技術(shù)后導(dǎo)致產(chǎn)量下降等。（二）保護(hù)性耕作尚存許多配套技術(shù)問題沒有解決1、在土壤耕作方面沒有形成與種植制度相適應(yīng)的土壤耕作體系和輪作制。2、缺少適合不同地區(qū)、不同種植制度的保護(hù)性耕作專用配套機(jī)具，而且巳有的機(jī)具性能不完善。3、低溫問題特別是早春溫度回升較慢，影響作物播種、發(fā)芽和幼苗早期生長及作物產(chǎn)量。4、雜草問題，保護(hù)性耕作由于秸桿覆蓋難于耕作，但當(dāng)秸桿覆蓋量增加到一定程度時(shí)雜草就不成問題，但又不影響作物的播種，如何協(xié)調(diào)二者矛盾也是尚需解決的問題。5、施肥問題，特別是有機(jī)肥如何使用。6、作物殘茬覆蓋引起的病蟲草害變化，大量使用除草劑和農(nóng)藥造成的環(huán)境污染，土壤惡化處理技術(shù)及與其它農(nóng)藝技術(shù)措施綜合配套等問題亟需解決。六、我省玉米保護(hù)性耕作技術(shù)研究現(xiàn)狀（一）吉林省旱作耕作制度的變遷：50年代初是傳統(tǒng)輪作制，根據(jù)作物種類的前茬，決定扣種、糠種、擠種、馬拉機(jī)。60年代初是新耕作制，機(jī)翻、機(jī)播、苗眼鎮(zhèn)壓中耕起壟。70-80年代是輪翻制，機(jī)械深耕、輪翻平播、重鎮(zhèn)壓后起壟和原壟機(jī)播，大型動力機(jī)械化平播后起壟。80年代中后期是免耕少耕，留茬免耕和旋耕除茬播種，滅茬起壟壟上播。90年代是輪耕制，滅茬、破舊壟、合新壟，壟上播或三犁川打壟，坐水種。2000年以來是新耕法，保護(hù)性耕作、寬窄行交替休閑耕作技術(shù)（示范），通用播種機(jī)留高茬、滅茬、深秋起壟、鎮(zhèn)壓。（二）九五以來，吉林省農(nóng)科院研究的幾項(xiàng)保護(hù)性耕作技術(shù)模式：1、玉米寬窄行留茬交替休閑種植技術(shù)；2、均勻垅平作留高茬行間種植技術(shù)；3、窄開溝、深開溝、淺覆土、重鎮(zhèn)壓抗旱保苗技術(shù)。七、玉米寬窄行留茬交替休閑種植技術(shù)1、操作規(guī)程：把現(xiàn)行耕法的均勻壟（65cm）種植，改成寬行90cm，窄行40cm種植，寬窄行種植追肥期在90cm寬行結(jié)合追肥進(jìn)行深松，秋收時(shí)苗帶窄行留高茬（40cm左右）。秋收后用條帶旋耕機(jī)對寬行進(jìn)行旋耕，達(dá)到播種狀態(tài)，窄行（苗帶）留高茬自然腐爛還田。第二年春季，在旋耕過的寬行播種，形成新的窄行苗帶，追肥期，再在新的寬行中耕深松追肥，即完成了隔年深松、苗帶輪換、交替休閑的寬窄行耕種。示意圖:植株高茬深松2、技術(shù)要點(diǎn)：

通過縮小種植帶窄行行距，加寬深松工作帶（寬行），實(shí)施寬行追肥期寬幅深松，留高茬自然腐爛還田，秋季寬行旋耕整地，翌年春新形成的窄行精密播種，實(shí)現(xiàn)寬行和窄行交替休閑。寬行追肥期寬幅深松：在玉米拔節(jié)期結(jié)合追肥進(jìn)行深松，可以打破犁底層，加深耕層，改善耕層物理性狀，減少徑流，接納和儲存更多的降水，形成耕層土壤水庫，可做到伏雨秋用和春用，提高自然降水利用效率。高茬自然腐爛還田：玉米秋收時(shí)留高茬，是目前東北地區(qū)農(nóng)肥資源不足，秸稈安全還田尚無良法，采取留高茬自然腐爛還田，具有增加土壤有機(jī)質(zhì)、培肥地力、減少土壤風(fēng)蝕的作用。秋季寬行旋耕整地：在追肥期深松的基礎(chǔ)上，收獲后在寬行旋耕一次，達(dá)到播種標(biāo)準(zhǔn)。翌年春季不整地直接播種，有利于保墑、保苗。窄行精密播種：精密播種系指精細(xì)整地和精量播種，窄行精密播種系指在秋季精細(xì)整地的基礎(chǔ)上，在上年寬行實(shí)行精量播種?？晒?jié)約用種量，降低成本。交替休閑：系指苗帶隔年輪換后形成的寬行和窄行交替休閑。具有恢復(fù)地力、保證苗帶處于良好的土壤環(huán)境，通過建立土壤水庫，為作物生育期間提供充足的水分，保證苗期生長，解決春季水分供求矛盾。3、解決生產(chǎn)上存在的主要問題現(xiàn)行耕法：①春秋兩季整地土壤失墑較重，夏季地表徑流嚴(yán)重，降水利用效率低。②實(shí)施秸桿還田困難，土壤風(fēng)蝕嚴(yán)重，土地用養(yǎng)失調(diào)，黑土層變薄。③耕作層變淺，犁底層加厚。④田間作業(yè)環(huán)節(jié)多、成本高。新耕法：①伏深松建立土壤水庫，秋旋耕一次整地備來年種床。②留高茬（40cm）自然腐爛還田，增加土壤有機(jī)物料。隔行深松，打破犁底層，改善土壤結(jié)構(gòu)。④減少作業(yè)環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)成本。4、寬窄行交替休閑種植與現(xiàn)行耕法土壤養(yǎng)分含量與物理性狀變化比較，見圖表：經(jīng)過七年的寬窄行種植速效磷提高2.3mg/kg，速效鉀提高50.1mg/kg,速效氮降低了54.9mg/kg,速效氮有所降低，主要原因是寬窄行種植實(shí)行半秸桿還田，七年的秸桿還田，秸桿在分解過程中要消耗一些N素，沒有特殊的增施N肥調(diào)節(jié)C、N比。土壤容重降低，見下圖：寬窄行種植刖寬窄行種植7年后土壤速效養(yǎng)分變化情況（單位ppm）寬窄行種植刖寬窄行種植7年后口速效氮口速效磷口速效鉀

經(jīng)過七年的寬窄行種植速效磷提高2.3mg/kg,速效鉀提高50.1mg/kg,速效氮降低了54.9mg/kg,速效氮有所降低，主要沒有特殊的增施N肥調(diào)節(jié)C、N原因是寬窄行種植實(shí)行半秸桿還田，七年的秸桿還田，秸桿在分解過程中要消耗一些沒有特殊的增施N肥調(diào)節(jié)C、N土壤容重降低，見下圖:1.41.210.80.60.40.20-20cm20-40cm口寬口窄1.41.210.80.60.40.20-20cm20-40cm口寬口窄口均勻垅土壤硬度下降，見下圖：不同處理土壤硬度變化（單位：kg/cm2）TOC\o"1-5"\h\z10cm20cm30cm40cm50cm寬窄均勻瓏10cm32.73.920cm3.61.8712.530cm35.28.240cm2.034.85.850cm67.27.3

土壤通透性增強(qiáng)，見下圖:不同處理土壤總孔隙度變化情況（％）定位試驗(yàn)研究結(jié)果表明，玉米寬窄行種植土壤水分全生育期平均較現(xiàn)行耕法提高0.3-2.4個(gè)百分點(diǎn)。0—50cm土壤水分全生育期平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果：年度19981999200020012002200320042005寬窄行26.527.023.023.223.022.825.324.6均勻壟24.424.521.822.322.522.524.123.6比較+2.1+2.4+1.2+0.9+0.5+0.3+1.2+1.0增產(chǎn)效果明顯（定位試驗(yàn)產(chǎn)量結(jié)果一一四密25）:項(xiàng)目處理年份單產(chǎn)（kg/hm2）增產(chǎn)幅度（%）經(jīng)濟(jì)系數(shù)（%）寬窄行199711869.1115.553.6199811796.0117.254.1199912693.0115.253.920009122.0114.4—20018363.4110.853.220029731.1116.4—20039977.0117.552.120048959.0104.9—20058928.6110.950.8平均10159.9113.653.0現(xiàn)行耕法199710276.310051.1199810064.810050.2199911010.210051.05、生產(chǎn)應(yīng)用需注意的幾個(gè)問題：本技術(shù)模式適宜在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)及類型區(qū)的推廣應(yīng)用。應(yīng)注意選擇耐密品種，播種時(shí)要加大密度?；剩ǖ?、口肥）和追肥相結(jié)合，磷、鉀肥和1/4氮肥作基肥，其余的3/4氮肥在玉米拔節(jié)前結(jié)合深松追施。如采取一次性施肥，要保證側(cè)深施，側(cè)5—8cm,深8—10cm。采用機(jī)械化半精量（加密）播種為主。如果追肥期遇到干旱，深松期應(yīng)適當(dāng)延