机械化保护性耕作原理、技术与发展
机械化保护性耕作原理、技术与发展
日期： 2005-12-01 来源：吉林省农机推广站
中国农业大学教授 高焕文
我们要进行保护性耕作，首先要搞清楚什么是保护性耕作，也就是明白保护性耕作的定义和原理。
一、一场耕作技术的革命
从人类历史到现在，已经有 3次耕作革命了。从不耕作到刀耕火种是一次革命，从刀耕火种到传统人畜力耕作是第2次革命，从传统人畜力耕作到传统机械化耕作，这又是一次大革命。尽管我们目前还没全面实现机械化，但产量也是明显上去了，所以说传统机械化耕作，在我们人类的耕作上做出了突出贡献。从传统机械化耕作到保护性耕作，是又一次革命。也就是说，保护性耕作是耕作技术的第4次革命。
保护性耕作的实质：
把耕作由单纯改造自然，不考虑自然的机能，发展到利用自然的能力，人类的耕作措施与自然能力协调发展。
扭转传统耕作发展了生产，损害了环境，降低了土地生产力的局面，转变为发展生产、保护生态环境的双赢局面。
根茬越多，蚯蚓越多，地就越疏松，这个疏松土壤的工作由生物去做，那么人只需要保证地表的平整就可以了。
二、保护性耕作的定义
国外保护性耕作的定义：用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害的耕作技术。
我国保护性耕作的定义：对农田实施免耕、少耕，用农作物秸秆覆盖地表，减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术。
保护性耕作松土原理，主要是以下几方面：
1）根系松土，作物的根系腐烂后，留下大量孔道，时间愈长，孔道愈多。但一经翻耕，全部破坏。
2）蚯蚓松土，蚯蚓不断挖掘孔道、疏松土壤，创造更好的耕层。
3）结构松土，保护性耕作增加土壤团粒结构，有利形成稳定疏松的耕层，不容易压实、回实。
4）胀缩松土，土壤冬冻春融，干湿交替，使土壤疏松、空隙度增加。
搞保护性耕作，不能几年翻一次，一旦翻了，那么就有可能前功尽弃，因为保护性耕作是需要自然松土的，一般情况下一年看不出来，但 5年后效果就明显了。只要有庄稼，秸秆覆盖地表，生物根系、蚯蚓就会在土壤中形成大量孔道，起到松土的效果。以山西临汾免耕 10年的小麦地为例，传统麦地没有蚯蚓，保护性耕作6年后每平方米有3-5条，10年后每平方米有10-15条。
三、保护性耕作起源与国外研究概况
30年代，美国的沙尘暴猖獗。沙尘暴为什么出现在美国，是不是它最干旱？不是，就是因为它首先大规模机械化耕作，从19世纪末到20世纪四五十年代，它搞了四五十年机械化耕作，人为地将植被破坏了，土壤没有保护，沙尘暴就开始肆虐了。1942年，美国吸取黑风暴的教训，成立了国家土壤保护局，免耕法试验研究开始。1977年，经过30多年的努力，免耕法取得美国政府一等奖，正式确立了免耕法在国家农业发展中的地位。1995年，免耕法更名为保护性耕作。这个说法更全面。
西方国家从 70年代开始，逐步试用保护性耕作法。美国、澳大利亚、加拿大等国在这方面取得了不错的成效。美国在玉米茬地上免耕播种小麦，它是去年种玉米，今年种小麦，跟我们国家有所不同。美国的玉米秸秆覆盖量一点不比我们少，产量却比我们高，可以说，主要就是采取保护性耕作的缘故。
澳大利亚采用固定道保护性耕作，其保护性耕作发展的经验是：
1、19世纪七十年代开始试验研究，重点在配套机械和草虫病害防治。
2、截止到2000年，保护性耕作面积达到70% 。
3、20年间，澳大利亚谷物单产增长一倍，保护性耕作的作用占40%，73%的农民从改变耕作中受益。
4、最近1次沙尘暴出现在1992年，10多年来没有再出现。
关于少耕与免耕的差别：少耕法在播种前用表土耕作灭草，免耕在播种前喷除草剂灭草。
2002年统计，全世界保护性耕作面积达到16900万公顷，占耕地总面积的11.3%，其中免耕面积7476万公顷，占保护性耕作面积的44%。主要应用在旱地作物上，地区集中在北美洲、南美洲、欧洲。应用面积占到本国耕地 60%以上的国家有美国、澳大利亚、巴西、阿根廷、巴拉圭等。亚洲、非洲国家相对较少，是未来发展的重点。
四、我国为什么要研究保护性耕作
我国旱作面积大，干旱严重，产量低，沙尘暴日益频繁，土壤沙漠化扩大，水土流失严重，焚烧秸秆污染环境。在这种情况下，研究和推广保护性耕作就成为我们的现实课题。尤其是西北地区，土地干旱贫瘠，发展保护性耕作就显得更为重要。而对山东来说，主要是减少秸秆焚烧对环境的污染，利用秸秆覆盖地表实施保护性耕作。
五、我国保护性耕作系统试验
60年代，我国开始各种旱地增产耕作技术的试验研究。
1991年，中国农业大学和山西省农机局等合作，开始了农机农艺结合的保护性耕作系统试验研究。
经过 10年的持续试验，完成了保护性耕作在我国的适应性研究，证明保护性耕作在北方是适合的，可行的，可以达到节本增收和环境保护双赢。在山西寿阳玉米试验地，我们可以看到保护性耕作所取得的成效。
从1999年开始，在河北、辽宁、内蒙、甘肃试验。2002年农业部启动“保护性耕作示范工程”项目。2003年、2004年农业部分别向全国推荐了一批小麦免耕播种机、玉米免耕机。2005年以来，保护性耕作在北方进入大面积示范推广阶段。
六、保护性耕作对增产的不利因素
保护性耕作对增产的不利因素主要有以下几个方面：一是秸秆覆盖，降低地表温度；二是保护性耕作质量不易保证； 三是保护性耕作影响杂草控制。
土地生产力下降的主要原因是土壤流失。我国每年因风蚀、水蚀造成的耕地损失为 33亿吨。相当部分地区每年风蚀、水蚀带走大量肥沃的表土，导致土壤肥力降低，这是产量下降的主要原因。
翻耕使风蚀、水蚀持续进行，当表面的细土被吹走，只剩下硬土后，风蚀、水蚀将逐渐减少。而下面的土翻上来，于是一场新的土壤侵蚀又开始了，年复一年，直到耕层的细土全部被刮走。每年这么刮，翻地再加上水土流失，地就瘦了。
七、保护性耕作的实施要点
1、取消铧式犁翻耕，土壤容重较大时，用深松代替；
2、秸秆全程覆盖，播种后地面覆盖率不低于30%；
3、保持播前地表基本平整；
4、免耕施肥播种，一次完成施肥播种；
5、通过除草剂和机械及时控制杂草。
保护性耕作工艺体系主要包括三项基本作业：秸秆处理，保证播前地表秸秆均匀分布；地表平整，免耕施肥播种；深松土壤。分析比较，还是这种模式比较适合中国的国情。
八、保护性耕作关键机具
圆盘开沟器免耕播种机 ：
主要特点：通过性能较好，种沟形状较好，结构比较复杂。
主要问题：在免耕覆盖地入土困难，要求正压力大， 机器重。
适应范围：目前主要是引进国外的大型免耕播种机在大型农场或大城市郊区采用，我国自行研发的不多。北京市引进的迪尔公司（DEERE）大型小麦免耕播种机作业，3万美元一台。考虑到实际使用，在山东这种地块，估计很难发挥作用。
带状旋耕小麦免耕播种机
主要特点：动力驱动、通过性强，入土容易、重量不大，结构比较复杂。
主要问题：功率消耗较大，带状旋耕机具表土扰动大。
适应范围：目前大量应用于玉米秸秆覆盖地，垄作地，是我国自行研制的一种免耕播种机。
九、保护性耕作实施成功是一个长期艰巨的过程
保护性耕作的成功，特别是产量提高取决于三个因素：
1、土壤保持较多的水分（短期实现）。
2、土壤肥力提高（长期实现）。
3、良好的管理（长期实现）。
目前，实施保护性耕作往往很难一年就见效，农民也许会说，你这机器也不怎么样啊，但是如果我们能给他们降低成本，提高产量，农户就高兴了。我的体会是，如果小麦普遍长的很好，老百姓当然没意见，产量高、成本又低，这就合老百姓的意了。如果效果不很明显，一定要坚持，再做一年，找到原因，效果可能会越来越好。
土壤肥力提高，需要3-5年以上的时间才有明显效果。时间长短取决于秸秆覆盖率，进行什么耕作等，如进行旋耕，土壤结构破坏，蚯蚓被杀死，土壤改造过程将停止。
推广免耕还是少耕，要因地制宜。10年的时间使我们认识到，免耕的保水保持效果好、作业成本低，因此，条件具备时，推广免耕比少耕效益好。免耕要求的条件高，如果不能满足这些条件，免耕可能导致减产。免耕之所以减产，是因为地表没有处理好，当然如果有机器压过，压成饼子一样，使土壤变硬，也会造成减产。要避免这些问题，就是采取少耕的办法。地不平，发现土壤板结，可以采取疏松的办法。推广保护性耕作，一般要满足4个条件：一是土壤具有自我疏松能力。二是能够保证足够的秸秆覆盖量，没有秸秆覆盖，免耕作用不好。三是机具的适应性要好。四是驾驶员和农户的作业与管理达到相应水平。希望大家在推广机械化保护性耕作中，要注意把握好以上几个问题。
摘自山东农机化信息网
中国农业大学教授 高焕文
我们要进行保护性耕作，首先要搞清楚什么是保护性耕作，也就是明白保护性耕作的定义和原理。
一、一场耕作技术的革命
从人类历史到现在，已经有 3次耕作革命了。从不耕作到刀耕火种是一次革命，从刀耕火种到传统人畜力耕作是第2次革命，从传统人畜力耕作到传统机械化耕作，这又是一次大革命。尽管我们目前还没全面实现机械化，但产量也是明显上去了，所以说传统机械化耕作，在我们人类的耕作上做出了突出贡献。从传统机械化耕作到保护性耕作，是又一次革命。也就是说，保护性耕作是耕作技术的第4次革命。
保护性耕作的实质：
把耕作由单纯改造自然，不考虑自然的机能，发展到利用自然的能力，人类的耕作措施与自然能力协调发展。
扭转传统耕作发展了生产，损害了环境，降低了土地生产力的局面，转变为发展生产、保护生态环境的双赢局面。
根茬越多，蚯蚓越多，地就越疏松，这个疏松土壤的工作由生物去做，那么人只需要保证地表的平整就可以了。
二、保护性耕作的定义
国外保护性耕作的定义：用大量秸秆残茬覆盖地表，将耕作减少到只要能保证种子发芽即可，主要用农药来控制杂草和病虫害的耕作技术。
我国保护性耕作的定义：对农田实施免耕、少耕，用农作物秸秆覆盖地表，减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的先进农业耕作技术。
保护性耕作松土原理，主要是以下几方面：
1）根系松土，作物的根系腐烂后，留下大量孔道，时间愈长，孔道愈多。但一经翻耕，全部破坏。
2）蚯蚓松土，蚯蚓不断挖掘孔道、疏松土壤，创造更好的耕层。
3）结构松土，保护性耕作增加土壤团粒结构，有利形成稳定疏松的耕层，不容易压实、回实。
4）胀缩松土，土壤冬冻春融，干湿交替，使土壤疏松、空隙度增加。
搞保护性耕作，不能几年翻一次，一旦翻了，那么就有可能前功尽弃，因为保护性耕作是需要自然松土的，一般情况下一年看不出来，但 5年后效果就明显了。只要有庄稼，秸秆覆盖地表，生物根系、蚯蚓就会在土壤中形成大量孔道，起到松土的效果。以山西临汾免耕 10年的小麦地为例，传统麦地没有蚯蚓，保护性耕作6年后每平方米有3-5条，10年后每平方米有10-15条。
三、保护性耕作起源与国外研究概况
30年代，美国的沙尘暴猖獗。沙尘暴为什么出现在美国，是不是它最干旱？不是，就是因为它首先大规模机械化耕作，从19世纪末到20世纪四五十年代，它搞了四五十年机械化耕作，人为地将植被破坏了，土壤没有保护，沙尘暴就开始肆虐了。1942年，美国吸取黑风暴的教训，成立了国家土壤保护局，免耕法试验研究开始。1977年，经过30多年的努力，免耕法取得美国政府一等奖，正式确立了免耕法在国家农业发展中的地位。1995年，免耕法更名为保护性耕作。这个说法更全面。
西方国家从 70年代开始，逐步试用保护性耕作法。美国、澳大利亚、加拿大等国在这方面取得了不错的成效。美国在玉米茬地上免耕播种小麦，它是去年种玉米，今年种小麦，跟我们国家有所不同。美国的玉米秸秆覆盖量一点不比我们少，产量却比我们高，可以说，主要就是采取保护性耕作的缘故。
澳大利亚采用固定道保护性耕作，其保护性耕作发展的经验是：
1、19世纪七十年代开始试验研究，重点在配套机械和草虫病害防治。
2、截止到2000年，保护性耕作面积达到70% 。
3、20年间，澳大利亚谷物单产增长一倍，保护性耕作的作用占40%，73%的农民从改变耕作中受益。
4、最近1次沙尘暴出现在1992年，10多年来没有再出现。
关于少耕与免耕的差别：少耕法在播种前用表土耕作灭草，免耕在播种前喷除草剂灭草。
2002年统计，全世界保护性耕作面积达到16900万公顷，占耕地总面积的11.3%，其中免耕面积7476万公顷，占保护性耕作面积的44%。主要应用在旱地作物上，地区集中在北美洲、南美洲、欧洲。应用面积占到本国耕地 60%以上的国家有美国、澳大利亚、巴西、阿根廷、巴拉圭等。亚洲、非洲国家相对较少，是未来发展的重点。
四、我国为什么要研究保护性耕作
我国旱作面积大，干旱严重，产量低，沙尘暴日益频繁，土壤沙漠化扩大，水土流失严重，焚烧秸秆污染环境。在这种情况下，研究和推广保护性耕作就成为我们的现实课题。尤其是西北地区，土地干旱贫瘠，发展保护性耕作就显得更为重要。而对山东来说，主要是减少秸秆焚烧对环境的污染，利用秸秆覆盖地表实施保护性耕作。
五、我国保护性耕作系统试验
60年代，我国开始各种旱地增产耕作技术的试验研究。
1991年，中国农业大学和山西省农机局等合作，开始了农机农艺结合的保护性耕作系统试验研究。
经过 10年的持续试验，完成了保护性耕作在我国的适应性研究，证明保护性耕作在北方是适合的，可行的，可以达到节本增收和环境保护双赢。在山西寿阳玉米试验地，我们可以看到保护性耕作所取得的成效。
从1999年开始，在河北、辽宁、内蒙、甘肃试验。2002年农业部启动“保护性耕作示范工程”项目。2003年、2004年农业部分别向全国推荐了一批小麦免耕播种机、玉米免耕机。2005年以来，保护性耕作在北方进入大面积示范推广阶段。
六、保护性耕作对增产的不利因素
保护性耕作对增产的不利因素主要有以下几个方面：一是秸秆覆盖，降低地表温度；二是保护性耕作质量不易保证； 三是保护性耕作影响杂草控制。
土地生产力下降的主要原因是土壤流失。我国每年因风蚀、水蚀造成的耕地损失为 33亿吨。相当部分地区每年风蚀、水蚀带走大量肥沃的表土，导致土壤肥力降低，这是产量下降的主要原因。
翻耕使风蚀、水蚀持续进行，当表面的细土被吹走，只剩下硬土后，风蚀、水蚀将逐渐减少。而下面的土翻上来，于是一场新的土壤侵蚀又开始了，年复一年，直到耕层的细土全部被刮走。每年这么刮，翻地再加上水土流失，地就瘦了。
七、保护性耕作的实施要点
1、取消铧式犁翻耕，土壤容重较大时，用深松代替；
2、秸秆全程覆盖，播种后地面覆盖率不低于30%；
3、保持播前地表基本平整；
4、免耕施肥播种，一次完成施肥播种；
5、通过除草剂和机械及时控制杂草。
保护性耕作工艺体系主要包括三项基本作业：秸秆处理，保证播前地表秸秆均匀分布；地表平整，免耕施肥播种；深松土壤。分析比较，还是这种模式比较适合中国的国情。
八、保护性耕作关键机具
圆盘开沟器免耕播种机 ：
主要特点：通过性能较好，种沟形状较好，结构比较复杂。
主要问题：在免耕覆盖地入土困难，要求正压力大， 机器重。
适应范围：目前主要是引进国外的大型免耕播种机在大型农场或大城市郊区采用，我国自行研发的不多。北京市引进的迪尔公司（DEERE）大型小麦免耕播种机作业，3万美元一台。考虑到实际使用，在山东这种地块，估计很难发挥作用。
带状旋耕小麦免耕播种机
主要特点：动力驱动、通过性强，入土容易、重量不大，结构比较复杂。
主要问题：功率消耗较大，带状旋耕机具表土扰动大。
适应范围：目前大量应用于玉米秸秆覆盖地，垄作地，是我国自行研制的一种免耕播种机。
九、保护性耕作实施成功是一个长期艰巨的过程
保护性耕作的成功，特别是产量提高取决于三个因素：
1、土壤保持较多的水分（短期实现）。
2、土壤肥力提高（长期实现）。
3、良好的管理（长期实现）。
目前，实施保护性耕作往往很难一年就见效，农民也许会说，你这机器也不怎么样啊，但是如果我们能给他们降低成本，提高产量，农户就高兴了。我的体会是，如果小麦普遍长的很好，老百姓当然没意见，产量高、成本又低，这就合老百姓的意了。如果效果不很明显，一定要坚持，再做一年，找到原因，效果可能会越来越好。
土壤肥力提高，需要3-5年以上的时间才有明显效果。时间长短取决于秸秆覆盖率，进行什么耕作等，如进行旋耕，土壤结构破坏，蚯蚓被杀死，土壤改造过程将停止。
推广免耕还是少耕，要因地制宜。10年的时间使我们认识到，免耕的保水保持效果好、作业成本低，因此，条件具备时，推广免耕比少耕效益好。免耕要求的条件高，如果不能满足这些条件，免耕可能导致减产。免耕之所以减产，是因为地表没有处理好，当然如果有机器压过，压成饼子一样，使土壤变硬，也会造成减产。要避免这些问题，就是采取少耕的办法。地不平，发现土壤板结，可以采取疏松的办法。推广保护性耕作，一般要满足4个条件：一是土壤具有自我疏松能力。二是能够保证足够的秸秆覆盖量，没有秸秆覆盖，免耕作用不好。三是机具的适应性要好。四是驾驶员和农户的作业与管理达到相应水平。希望大家在推广机械化保护性耕作中，要注意把握好以上几个问题。
摘自山东农机化信息网
