保護性耕作的原理與發(fā)展課件

保護性耕作技術

2耒耜3畜力犁4

第1章

保護性耕作的原理與發(fā)展

1.1保護性耕作概念與基本原理

鏵式犁:雙刃劍

——提高農業(yè)生產力

——加大環(huán)境破壞力6農業(yè)機械化的新使命：——承擔農業(yè)生產任務——承擔環(huán)境保護責任71.1.1概述(1)保護性耕作的起源高稈粉碎→揚肥→重耙滅茬→深耕→輕耙碎土耙平→旋耕→播種1935年5月，美國黑風暴，連續(xù)3天。橫掃美國2／3國土卷走3億多噸土毀掉300萬公頃耕地冬小麥減產510萬噸8美國人痛定思痛和數(shù)十年嘗試的結果

——保護性耕作有效地扼制了沙塵暴再度猖獗，減少徑流，減少蒸發(fā)，改善土壤結構，提高土壤肥力，節(jié)約生產成本和增加作物產量先進旱地農業(yè)生產技術9(2)保護性耕作的定義國外定義：“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。”我國農業(yè)部定義（2002年）：“對農田實行免耕、少耕，并用作物秸稈覆蓋地表，以減少風蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進農業(yè)耕作技術?！北Ｗo性耕作的前身稱為“免耕法”10(3)保護性耕作的耕作原理保護性耕作取消了鏵式犁翻耕、盡量減少耕作，噴除草劑除草，深施化肥。疏松土壤的途徑：①根系松土②蚯蚓松土③結構松土④脹縮松土11傳統(tǒng)耕作依靠機械、物理的外力手段，可以立即疏松土壤。但疏松后的土壤會不斷被壓實或自然回實，需要經(jīng)常進行耕作，才能保持疏松的狀態(tài)。保護性耕作的松土則不需外力，是緩慢的、自然進行的過程。但疏松的土壤形成后，可自然恢復、保持疏松，不需要再耕作。相反，其間如進行翻耕、旋耕等作業(yè)，還將阻礙、甚至破壞土壤疏松的過程。保護性耕作與傳統(tǒng)耕作的不同121.1.2研究保護性耕作的意義我國是主要的干旱國家之一。干旱、半干旱及半濕潤偏旱地區(qū)的面積占國土面積的52.5％，旱作農業(yè)的面積約3300萬公頃。

旱區(qū)農業(yè)主要問題：降雨少、氣溫低、土壤貧瘠、自然條件惡劣，產量低而不穩(wěn)，農民生活貧困。水土流失和風蝕沙化十分嚴重。13水土流失、生態(tài)惡化的原因：大量開荒、林草植被減少耕作方式不當焚燒秸稈鏵式犁翻耕土地裸露休閑翻耕的好處：疏松土壤、翻埋肥料雜草，再經(jīng)過碎土平地，創(chuàng)造良好的種床翻耕的壞處：地表疏松裸露、蒸發(fā)與徑流大、風刮起沙、水沖土流，是導致沙塵暴猖獗、荒漠化加劇的重要原因。14為了控制沙塵暴、保護生態(tài)環(huán)境、改變旱區(qū)面貌，在大力推行退耕還林、還草的同時，需要大力發(fā)展能保護農田、減少農田揚沙、減少土壤水蝕的保護性耕作法，發(fā)展機械化可持續(xù)旱地農業(yè)。15

1.1.3保護性耕作的基本技術內容免耕施肥播種秸稈殘茬管理雜草及病蟲害防治深松與表土作業(yè)16

(1)免耕播種施肥保護性耕作的種子和肥料要播施到有秸稈覆蓋的地里，所以必須使用特殊的免耕施肥播種機。對機具的要求：防堵性能入土性能大量施肥、深施肥良好的覆土鎮(zhèn)壓功能17

(2)秸稈殘茬管理收獲后秸稈和殘茬留在地表做覆蓋物，是減少水土流失、抑制揚沙的關鍵。但是，秸稈堆積或地表不平，將嚴重影響播種質量。

需要對秸稈進行粉碎、撒勻等處理。181920

(3)雜草及病蟲害防治

實施保護性耕作后的土壤環(huán)境變化，一般會導致草蟲病害的增加。因而，能否成功地控制草蟲病害，往往成為保護性耕作能否成功的關鍵。我國北方旱區(qū)由于低溫和干旱，總體上雜草和病蟲危害不會太嚴重，但仍然需要實時觀察，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。雜草：噴除草劑、機械或人工除滅病蟲害：農藥拌種預防，噴灑殺蟲劑21

(4)深松與表土作業(yè)在保護性耕作實施初期，土壤的自我疏松能力還不強，有必要深松作業(yè)。由于機具作業(yè)時對地面的壓實，需機械松土。新采用保護性耕作的地塊，可能有犁底層存在，應先進行一次深松，打破硬底層。一般2～3年深松一次，直到土壤具備自我疏松能力，可以不再深松。深松時地表有秸稈覆蓋，要求深松機有較強的防堵能力。22深松機23

1.1.4保護性耕作的效益

(1)生態(tài)效益

減少徑流(水分流失)60％、水蝕(土壤流失)80％減少風蝕(農田揚沙)60％，抑制沙塵暴不燒秸稈、減少大氣污染休閑期土壤貯水量增加14-17％，水分利用效率提高15-19％土壤有機質年提高0.03％-0.05％

(2)經(jīng)濟效益提高小麥、玉米產量13％～17％減少作業(yè)工序，降低作業(yè)成本10％～20％增加農民收入20％～30％。

241.1.5保護性耕作減少土壤水蝕的原理

表：不同耕作與覆蓋對土壤流失影響1998年（無暴雨）1999年（有2次暴雨）處理土壤流失量/(t/hm2)土壤流失量/(t/hm2)免耕覆蓋0.4614.5淺松覆蓋0.822.93傳統(tǒng)對照CK1.7273.65251.1.6保護性耕作減少土壤風蝕的原理

(1)風蝕對土壤侵蝕及植物生長的影響多次耕翻土層和松土，使土壤團粒變得更小，土壤被侵蝕的危險性就更大，作物受害程度更高。保護性耕作既能保證土壤有必要的疏松，又幾乎不破壞表土面。地表殘茬能有效地阻擋或減輕土壤風蝕和水蝕，保持土壤中的水分，從而提高作物的產量。

26(2)農田是沙塵暴的重要沙源地

沙塵暴的沙塵主要不是來自沙漠，而是來自農田與荒漠草原。

大于500um粗粒(沙粒)100～500um細粒(土粒)小于100um微粒(塵粒)

沙漠基本是大顆粒的粗沙。微粒主要存在于耕作的農田和荒漠的草地，且耕作愈多的農田，微粒含量愈多。27強風下的土壤顆粒運動示意28

(3)保護性耕作是保護農田、減少風蝕的有效途徑保護性耕作把秸稈根茬留在地表，利用根茬固土、秸稈擋土，可以有效地減少揚沙和土粒運移。保護性耕作使地表濕潤、增加團粒結構，也是減少風蝕的重要因素。

291.1.7保護性耕作的增產原理

(1)保護性耕作增加土壤水分①保護性耕作減少徑流

4種主要田間處理1998-2002年的徑流量（mm）（山西.壽陽）處理方法合計免耕覆蓋92.9免耕無覆蓋276.2淺松覆蓋120.27淺松無覆蓋185.87傳統(tǒng)CK157.1330

②保護性耕作減少蒸發(fā)。秸稈覆蓋，使地面溫度降低、風速減小，無效蒸發(fā)減少。

③提高水分利用效率。保護性耕作使徑流減少、蒸發(fā)減少，從而提高了水分利用效率31(2)保護性耕作提高土壤肥力秸稈覆蓋和減少耕作有效提高了土壤肥力

①提高土壤有機質、速效氮、速效鉀的含量②增加蚯蚓數(shù)量澳大利亞，保護性耕作開展15年后，少耕覆蓋、免耕覆蓋的蚯蚓數(shù)分別為33條/m2和44條/m2，傳統(tǒng)耕作是19條/m2。山西臨汾，傳統(tǒng)翻耕地沒有蚯蚓，保護性耕作6年后的小麥地深松覆蓋與免耕覆蓋地分別為3條/m2和5條/m2，連續(xù)10年的免耕覆蓋地，蚯蚓數(shù)量增加到10-15條／m2。

(3)簡化作業(yè)、縮短農耗、延長生育期

32①降低地表溫度②播種質量不易保證③雜草控制較困難保護性耕作對增產不利的因素331.2國外保護性耕作的發(fā)展經(jīng)驗20世紀30年代：美國黑風暴50年代：美國逐步形成機械化免耕技術60年代：加拿大等開始研究采用免耕技術70年代：澳大利亞、拉丁美洲開始采用當今：上述國家的主體耕作技術歐洲相對發(fā)展緩慢341.2.1美國的保護性耕作美國中西部旱農區(qū)年降雨量300～700mm“黑風暴”災難推動了保土保水耕作方法的研究1943年愛德華《犁耕者的愚蠢》1951年巴若恩斯《免耕技術實施成功的報道》發(fā)明阿特拉津、百草枯，開發(fā)成功免耕播種機1961年創(chuàng)建了世界上第一個機械化免耕農場1973年《免耕農業(yè)(no-tillagefarming)》出版1988年開始，用保護性耕作代替免耕的提法1994年美國聯(lián)邦立法，規(guī)定高侵蝕土地必須采用保護性耕作。35①傳統(tǒng)耕作。播后地面覆蓋率小于15％，包括深松或翻耕加表土耕作。②少耕。播后地面覆蓋率在15％～30％，包括多次表土耕作。③保護性耕作。播后地面覆蓋率大于30%，免耕或播前一次表土作業(yè)，除草劑除草。36美國近年來保護性耕作面積單位：億畝項目1990199219941996199820002001保護性耕作4.395.325.956.226.556.546.18其中免耕1.011.682.332.572.873.133.32大量的試驗和生產實踐證明，保護性耕作不僅是抑制沙塵暴、減輕水土流失的重要技術，同時還是一項優(yōu)良的旱地農業(yè)增產以及減少作業(yè)次數(shù)降低生產成本的先進耕作技術。371.2.2加拿大的保護性耕作試驗研究階段1955～1985年：研究除草劑和免耕播種機。示范推廣階段1985～1995年：除草劑價格下降，除草效率提高，有更多性能可靠的保護性耕作機具供選用，保護性耕作得到大面積的推廣應用。近期發(fā)展階段1995年至今：研究降低生產成本技術。多種方式除草、降低除草劑的用量，改進機具、減少作業(yè)阻力，降低機械作業(yè)成本。38

1.2.3澳大利亞保護性耕作和固定道耕作(1)歷程干旱面積約625萬平方千米，占澳洲大陸8l％。土壤水分不足，年蒸發(fā)量大。各季節(jié)降雨量分配不勻。夏季集中，強度大，土壤水蝕嚴重。

20世紀70年代，建立大批保護性耕作試驗站，吸收農學、水土、農機專家參加試驗研究工作，取得了顯著成果。20世紀80年代初開始大規(guī)模推廣20世紀末，主要農業(yè)區(qū)基本實現(xiàn)保護性耕作39(2)澳大利亞的固定道保護性耕作體系作物生長區(qū)40

(3)澳大利亞保護性耕作的問題和風險

①病蟲草害增加的問題和風險。

在澳大利亞部分地區(qū)，曾有過每4～5年發(fā)生一次病蟲害的例子，用藥劑滅殺成本較高，農民仍愿意用燒秸稈的方式進行控制。多年連續(xù)使用除草劑之后，有些雜草抗藥性增加。

②澳大利亞研究表明，在個別鹽堿地區(qū)保護性耕作有增加土壤鹽堿化的風險。

③個別專家提出因為推行保護性耕作，大量使用除草劑、殺蟲劑，一定程度上影響了生物多樣性的問題。41幾個主要保護性耕作國家不同年代的免耕面積

單位：萬公頃

1973-19741983-19841996-19972000-2001美22048019402112澳1040100864加--670408巴0.140650134742保護性耕作出現(xiàn)在西方國家的原因：農業(yè)實現(xiàn)機械化較早，而傳統(tǒng)的機械化耕作引起了生態(tài)環(huán)境破壞，為保護耕地、保護環(huán)境才研究產生的，在應用中又發(fā)現(xiàn)了其節(jié)能、節(jié)本、增收功能。保護性耕作推廣應用成功的原因：自然、地理的因素：輕質土壤地區(qū)相對容易些科技因素：機械和除草劑的研制成功431.3中國保護性耕作的試驗研究

1.3.1中國早期采用保護性耕作面臨的問題爭論：保護性耕作是否適合我國國情擔心1：保護性耕作降低產量。擔心2：中國農民用不起除草劑，且污染環(huán)境。擔心3：沒有能在我國地塊小、動力小、經(jīng)濟欠發(fā)達情況下使用的現(xiàn)成保護性耕作機具。441.3.2保護性耕作在我國的試驗研究

60年代，黑龍江國營農場開始進行免耕種植小麥的試驗示范60年代末到70年代初，江蘇太湖開展稻茬地上免耕播種小麥的研究；80年代開始，旱地農業(yè)耕作體系的研究，有向覆蓋和減少耕作發(fā)展的趨勢原北京農業(yè)大學的殘茬覆蓋減耕法陜西省農科院的旱地小麥高留茬少耕全程覆蓋技術河北省農科院的一年兩熟地區(qū)少免耕栽培技術

4590年代前的研究評價：這些試驗研究，以抗旱增產為目標，從不同的方面推動了我國保護性耕作的前期進展。但這些研究多數(shù)還沒有以可持續(xù)發(fā)展為目標，同時解決生產效益和生態(tài)環(huán)境效益問題；多還以人畜力作業(yè)為主，關鍵的免耕施肥播種機等問題沒有解決，勞動強度大，大面積推廣有困難。4.1991年，保護性耕作的系統(tǒng)研究歷時10年。中國農業(yè)大學以抗旱增收和減少水土流失、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標，進行了農藝、農機結合的保護性耕作系統(tǒng)試驗研究。46

(1)試驗區(qū)建設1991年開始黃土高原的山西臨汾：一年一熟冬小麥保護性耕作黃土高原的山西壽陽：一年一熟春玉米保護性耕作冷涼風沙區(qū)的河北張北：一年一熟春小麥保護性耕作冷涼風沙區(qū)的河北豐寧：一年一熟莜麥、玉米保護性耕作華北平原的河北香河：一年兩熟小麥—玉米保護性耕作華北平原的河北定興：一年兩熟小麥—玉米保護性耕作山西壽陽：天然徑流測試區(qū)河北豐寧、張北：農田風沙測試區(qū)47(2)保護性耕作的試驗結論①具有良好的生態(tài)環(huán)境保護效益。保護性耕作比傳統(tǒng)耕作減少土壤水蝕73％，減少風蝕60％。②有明顯的節(jié)本增產效益。大面積記錄增產10％～15％，節(jié)約成本10％左右，農戶的田間收入增加20％以上。③有明顯的培肥地力效益。臨汾土壤有機質每年增加0．04％；大于1mm的團粒結構增多，蚯蚓從無到有。48

(3)保護性耕作試驗研究初步總結①我國北方實施保護性耕作是可行的。增產增收，除草劑用量少，中小型機具已具備，保水保土，培肥地力，節(jié)約水資源。②保護性耕作的適用范圍廣。在我國北方大部分干旱、風蝕、水蝕地區(qū)適用。雨水太多、積水太多、排水不暢、氣溫很低的地區(qū)，不適合采用保護性耕作的地區(qū)③推廣保護性耕作是一個艱巨的過程。④建設保護性耕作試驗區(qū)是個好經(jīng)驗。49⑤保護性耕作機具要逐步進入專業(yè)化生產。提高制造質量和降低生產成本⑥重視雜草、病蟲害防治。要農藝農機結合，加強非化學防治技術的試驗和應用