保護(hù)性耕作研究范文
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《江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)雜志》2014年第五期
1中國研究與應(yīng)用現(xiàn)狀
我國保護(hù)性耕作的研究開始于20世紀(jì)60年代初，黑龍江國營農(nóng)場開展了免耕種植小麥試驗(yàn);20世紀(jì)70年代，江蘇無錫、徐州等地進(jìn)行稻茬免耕麥技術(shù)研究，與此同時(shí)西南農(nóng)業(yè)大學(xué)候光炯教授提出了“自然免耕”理論。貴州、云南等有關(guān)院校也開展了少免耕技術(shù)的研究，取得較好的增產(chǎn)效果。20世紀(jì)80年代開展旱地農(nóng)業(yè)耕作體系研究，向減少耕作和覆蓋方向發(fā)展;20世紀(jì)90年代，開展了農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)相結(jié)合的系統(tǒng)性試驗(yàn)，在適合中國國情的保護(hù)性耕作技術(shù)及機(jī)械設(shè)計(jì)方面取得了較大進(jìn)展，總結(jié)了3種適合山西省應(yīng)用的玉米機(jī)械化保護(hù)性耕作體系、3種小麥機(jī)械化保護(hù)性耕作體系，“九五”“十五”期間，被列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃。2002年農(nóng)業(yè)部在山西、北京、天津、河北、內(nèi)蒙古、遼寧及甘肅等地區(qū)，建立了38個(gè)項(xiàng)目縣，進(jìn)行保護(hù)性耕作技術(shù)示范和推廣。2004年在國家糧食豐產(chǎn)科技工程項(xiàng)目中，科技部專門設(shè)立不同主產(chǎn)區(qū)保護(hù)性耕作技術(shù)項(xiàng)目，開展相應(yīng)的試驗(yàn)示范。2007年，農(nóng)業(yè)部出臺(tái)《關(guān)于大力發(fā)展保護(hù)性耕作的意見》，力爭在“十一五”期末，保護(hù)性耕作實(shí)施面積超過400萬hm2，實(shí)現(xiàn)保護(hù)性耕作機(jī)具質(zhì)量基本滿足生產(chǎn)要求、技術(shù)體系基本完善，實(shí)施區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯提高的目標(biāo)，這標(biāo)志著中國保護(hù)性耕作的實(shí)施邁入一個(gè)新的時(shí)期。2011年9月，農(nóng)業(yè)部又了《全國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃》，其中的《保護(hù)性耕作工程建設(shè)規(guī)劃》指出，到2015年末新增保護(hù)性耕作面積1100萬hm2。保護(hù)性耕作受到各級(jí)政府的高度重視。據(jù)報(bào)道，2012年全國保護(hù)性耕作已超過667萬hm2，應(yīng)用范圍由北方旱作區(qū)為主向南方地區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，由小麥、玉米為主向水稻、馬鈴薯、油菜等多種作物不斷拓展。保護(hù)性耕作的專用機(jī)具種類大幅增加，作業(yè)質(zhì)量顯著提高，新型大豆免耕播種技術(shù)及稻作技術(shù)日益成熟。
2保護(hù)性耕作效應(yīng)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)外關(guān)于保護(hù)性耕作效應(yīng)的研究一直沒有間斷，保護(hù)性耕作影響農(nóng)田土壤水、肥、氣、熱、土壤微生物、酶、pH值及農(nóng)田小氣候，同時(shí)對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生有利影響。由于采用的技術(shù)措施不同，以及供試土壤和作物的差異，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果也不盡相同。
2．1保護(hù)性耕作對土壤物理性狀的影響土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)是土壤的重要組成部分，影響土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，是土壤功能的重要指標(biāo)。免耕可增加土壤團(tuán)聚體數(shù)量，有利于土壤水分與土壤空氣的相互消長平衡，增強(qiáng)了土壤對環(huán)境水、熱變化的緩沖能力，為植物生長及微生物生命活動(dòng)創(chuàng)造良好環(huán)境。秸稈還田可增加4．75mm以上粒徑的團(tuán)聚體，秸稈還田結(jié)合少耕、免耕可使土粒平均直徑增加71%～98%，有利于提高土壤機(jī)械穩(wěn)定性及水穩(wěn)定性團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)水平，增加土壤穩(wěn)定性，改善土壤結(jié)構(gòu)狀況。土壤容重是衡量土壤緊實(shí)程度的指標(biāo)，是反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力高低的一項(xiàng)重要物理性質(zhì)，土壤容重越小說明土壤結(jié)構(gòu)、透氣透水性能越好，從而可以促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，增強(qiáng)土壤養(yǎng)分的供應(yīng)。張志國等研究指出，在沙壤土上長期免耕或犁耕，只要把作物秸稈還田，就不會(huì)引起土壤板桔，而免耕條件下的土壤容重更類似于自然植被下的土壤容重。李新舉等研究結(jié)果，無論秸稈覆蓋還是秸稈翻壓都可以增加土壤孔隙度、減少土壤容重。相關(guān)研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋免耕還田對土壤容重、孔隙度、土壤微團(tuán)聚體都有不同程度的影響，因?yàn)楦采w抑制了地表水分蒸發(fā)，防止表土板結(jié)，使土壤通透性良好，三相比更趨于合理，有利改善肥力條件，為土壤良好結(jié)構(gòu)的形成奠定了基礎(chǔ)。也有報(bào)道免耕條件下土壤容重有所增加。因此，保護(hù)性耕作在不同土壤類型和生態(tài)區(qū)條件下對土壤結(jié)構(gòu)的影響還需進(jìn)一步深入研究。
2．2保護(hù)性耕作對土壤溫度的影響保護(hù)性耕作對土壤溫度有明顯的調(diào)節(jié)作用，秸稈覆蓋對熱量傳導(dǎo)、光輻射吸收轉(zhuǎn)化均有影響，秸稈覆蓋下土壤溫度變化趨于緩和，高溫時(shí)有“低溫效應(yīng)”，低溫時(shí)又有“增溫效應(yīng)”，即能夠平抑地溫變化，縮小晝夜溫差，這種雙重效應(yīng)對作物生長十分有利，能夠有效緩解氣溫激變對作物的傷害。周凌云等研究認(rèn)為，冬季的增溫效應(yīng)能減輕小麥凍害，降低死苗率，保證小麥安全越冬及促進(jìn)小麥根系發(fā)育;在小麥生育后期，耕層土壤的降溫效應(yīng)，有利于防御干熱風(fēng)對小麥的危害，也有利于后茬作物夏玉米苗期的生長發(fā)育。
2．3保護(hù)性耕作對土壤水分的影響保護(hù)性耕作有利于提高土壤含水量和水分利用率。免耕比傳統(tǒng)耕作可增加土壤蓄水量10%，減少土壤蒸發(fā)約40%，耗水量減少15%，水分利用效率提高10%。采用小麥秸稈全程覆蓋耕作技術(shù)，可以使自然降水的蓄水率由傳統(tǒng)耕作法的25%～35%，提高到50%～65%。免耕秸稈覆蓋可顯著提高0～50cm土層水分，其中免耕在0～20cm土層平均土壤體積含水量最高值分別比少耕和傳統(tǒng)耕作高3%～10%，尤其是可提高作物播種期表層土壤含水量。免耕土壤水分狀況較好，主要原因是免耕土壤孔隙發(fā)生變化，減少了土壤的蒸發(fā)。免耕覆蓋秸稈后改變了土壤的理化性質(zhì)，土壤具有良好的孔隙狀況，增加入滲量，提高土壤含水量，增加水分儲(chǔ)存，覆蓋秸稈又抑制了蒸發(fā)，麥田夏閑期秸稈覆蓋對土壤蒸發(fā)的抑制率為63．2%，春玉米田冬閑期秸稈覆蓋對土壤蒸發(fā)的抑制率為47．6%，冬小麥生育期間秸稈覆蓋對越冬至拔節(jié)期間蒸散量的抑制率為21．5%。表明覆蓋秸稈免耕具有良好的保水效果。
2．4保護(hù)性耕作對土壤養(yǎng)分的影響土壤養(yǎng)分是土壤提供的植物生活所必須的營養(yǎng)元素，土壤養(yǎng)分含量是評(píng)價(jià)土壤自然肥力的重要因素之一，對作物的生長發(fā)育有重要影響。保護(hù)性耕作能夠提高土壤肥力。免耕3年后，土壤表層與耕翻相比，全氮、有機(jī)磷分別提高14.57%、13．86%。秸稈覆蓋還田后，在雨水和土壤微生物的作用下進(jìn)入土壤，能增加氮、磷、特別是可溶性鉀的含量，并且促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的形成。免耕和秸稈覆蓋條件下土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷有明顯的表層富集現(xiàn)象，土壤表層的氮、磷、鉀含量提高，土壤有機(jī)碳顯著提高，下層土壤變化不大。免耕覆蓋處理對提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷養(yǎng)分含量效果最佳，秸稈還田處理次之，但均高于對照翻耕處理。秸稈連續(xù)還田3年，土壤的中活性有機(jī)質(zhì)、活性有機(jī)質(zhì)、總有機(jī)質(zhì)平均含量較試驗(yàn)初期分別增加了2．5倍、2．7倍、1．4倍。秸稈覆蓋不僅能直接補(bǔ)充土壤部分氮素，并可以促進(jìn)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。秸稈還田對土壤中錳、鋅等微量元素的含量及有效性也都有提高作用。
2．5保護(hù)性耕作對作物生長發(fā)育的影響保護(hù)性耕作能提高表層土壤含水量，提高土壤肥力，有利于作物的生長發(fā)育。采用保護(hù)性耕作方式種植的小麥，單株分蘗能力強(qiáng)，生育后期葉面積系數(shù)較高，干物質(zhì)生產(chǎn)能力較強(qiáng)，單位面積穗數(shù)顯著高于傳統(tǒng)旋耕。保護(hù)性耕作處理的水稻干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)、葉片比葉重均明顯高于空閑對照;水稻根系活力較高、灌漿中后期葉綠素含量下降緩慢，有效延緩了葉片衰老，并提高了籽粒灌漿速率。在水稻生長前期，免耕處理比常規(guī)耕作處理莖蘗數(shù)多，分蘗早、數(shù)量多，夠苗早;免耕水稻的株高(至少在營養(yǎng)生長期內(nèi))比常規(guī)耕作水稻的高、營養(yǎng)生長比常規(guī)耕作水稻旺盛，為水稻孕穗打下了良好基礎(chǔ);免耕水稻光合能力強(qiáng)，光合產(chǎn)物比常規(guī)耕作水稻的多，干物質(zhì)積累總量也比常規(guī)耕作水稻的多。秸稈還田對作物生長發(fā)育的影響有“先抑后揚(yáng)”的趨勢。李新舉等研究認(rèn)為小麥播種時(shí)秸稈還田，分蘗期容易表現(xiàn)出分蘗數(shù)少，麥苗瘦弱，甚至“黃苗”等缺肥現(xiàn)象;隨著秸稈的腐解，后期土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分得到補(bǔ)充，麥苗的生長恢復(fù)正常。夏炎在稻麥秸稈持續(xù)還田的定位試驗(yàn)中也得出相同的結(jié)果，當(dāng)季水稻秸稈還田小麥的基本苗略有降低，后期對小麥分蘗有較大的促進(jìn)作用，最終保證小麥成熟期有足夠的穗數(shù);麥秸還田在秧苗分蘗初期，對水稻分蘗有短暫的抑制作用，抑制作用隨著還田季數(shù)的增加而降低，分蘗后期秸稈還田可以增強(qiáng)水稻的保分蘗能力，保證成熟期具有足夠的穗數(shù)而達(dá)到高產(chǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，免耕秸稈覆蓋后由于土壤溫度降低，影響玉米的正常生育進(jìn)程，表現(xiàn)出苗較遲、出苗率低、植株生長發(fā)育緩慢、生育期延長。由于免耕土壤具有較高的機(jī)械阻力及通氣不良，影響作物根系的生長而限制了作物對養(yǎng)分和水分的吸收，導(dǎo)致作物苗期生長弱，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。
2．6保護(hù)性耕作對作物產(chǎn)量的影響保護(hù)性耕作對作物產(chǎn)量的影響，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了較多研究，但結(jié)果并不一致，大部分研究認(rèn)為秸稈還田可以提高作物產(chǎn)量。周興祥等研究表明，保護(hù)性耕作體系可以提高小麥、玉米的產(chǎn)量，其中小麥產(chǎn)量平均提高7．2%，玉米提高11．9%。秸稈覆蓋免耕對冬小麥有明顯的增產(chǎn)作用，秸稈覆蓋下冬小麥產(chǎn)量比不蓋秸稈提高約9.2%～17.9%。李孝勇等連續(xù)4年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，稻秸稈還田處理的油菜、水稻平均產(chǎn)量分別增長為8．56%～10．64%、6.89%～7．85%，油菜、麥秸草還田處理的油菜增產(chǎn)率分別為4.86%、2．78%，水稻增產(chǎn)率分別為5．67%、5．00%。秸稈還田也有減產(chǎn)的報(bào)道，減產(chǎn)原因可能是秸稈單獨(dú)還田導(dǎo)致土壤碳氮比失衡，耕作方式不當(dāng)、播種質(zhì)量差等導(dǎo)致出苗質(zhì)量下降。王云超等在張家口壩上地區(qū)的研究表明，莜麥免耕后生物產(chǎn)量比翻耕減產(chǎn)36.11%，籽粒產(chǎn)量比翻耕減產(chǎn)36.30%。張保民等研究認(rèn)為，大豆前茬小麥免耕比耕作減產(chǎn)59．6kg/hm2，但差異不顯著。賈樹龍等在河北低平原的壤質(zhì)潮土上研究表明，連續(xù)少耕和免耕處理的前3年對作物產(chǎn)量沒有影響，3年后小麥產(chǎn)量顯著降低，最大降幅達(dá)到31.83%，而連續(xù)免耕對玉米產(chǎn)量沒有明顯影響。綜上所述，保護(hù)性耕作在不同生態(tài)條件下對作物產(chǎn)量的影響有待于進(jìn)一步研究，以確定在不同的生態(tài)類型條件下應(yīng)用何種保護(hù)性耕作技術(shù)。
3保護(hù)性耕作存在的問題與發(fā)展建議
經(jīng)過70余年的發(fā)展，保護(hù)性耕作技術(shù)由粗糙變精細(xì)，面積也由小變大，美國、澳大利亞等保護(hù)性耕作發(fā)展較早的國家應(yīng)用面積已達(dá)到總耕地面積的60%以上。至2012年，我國保護(hù)性耕作也超過667萬hm2。但是保護(hù)性耕作在推廣應(yīng)用過程中還存在一些問題。(1)缺乏與不同作物相配套的保護(hù)性耕作機(jī)具。已有的機(jī)具性能不盡完善，在實(shí)際操作過程中容易出現(xiàn)堵塞、種子漏播、播種精度不高等現(xiàn)象，播種質(zhì)量不能保證，影響作物的出苗，從而影響產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，為保證保護(hù)性耕作技術(shù)效果的發(fā)揮，必須研發(fā)配套的保護(hù)性耕作專用機(jī)具。(2)適應(yīng)不同生態(tài)區(qū)域的保護(hù)性耕作技術(shù)規(guī)程缺乏。我國幅員遼闊，各地區(qū)自然條件、經(jīng)濟(jì)水平差異較大，形成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式、耕作制度等的多樣化特征。有些地區(qū)免耕推廣面積雖然較大，保護(hù)性耕作技術(shù)也比較成熟，但適宜區(qū)域并不十分明確;大部分地區(qū)仍然缺乏相對應(yīng)的技術(shù)規(guī)程。應(yīng)根據(jù)不同地域條件和實(shí)際情況，研究相應(yīng)保護(hù)性耕作技術(shù)，建立相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程。(3)保護(hù)性耕作配套的技術(shù)問題有待解決。低溫冷害、肥料施用、覆蓋作物殘茬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、土壤表面處理技術(shù)及與其他農(nóng)藝技術(shù)措施綜合配套等問題都亟待解決。創(chuàng)新適應(yīng)不同生態(tài)類型地區(qū)、不同作物的保護(hù)性耕作技術(shù)模式，研發(fā)保護(hù)性耕作病蟲草害防治方法和配套機(jī)具等，是解決我國保護(hù)性耕作技術(shù)示范推廣中的關(guān)鍵問題，也是保障保護(hù)性耕作技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用的一項(xiàng)重要舉措。
作者：王幸王宗標(biāo)齊玉軍徐澤俊吳存祥單位：江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所