1、保护性耕作知识讲义 登封市农机技术推广站 主要内容v一、农业耕作技术的一场革命 v二、保护性耕作的起源与国外研究概况v三、我国保护性耕作的试验研究v四、保护性耕作的效益v五、保护性耕作的增产机理v六、保性耕作的生态环境保护机理v七、保护性耕作主要作业环节与实施要 点一、农业耕作技术的一场革命 v 保护性耕作是人类由不耕作到刀耕火种，由畜力耕作到传统机械耕作后的又一次革命。前三次革命，人类都是通过耕作干预自然、带来农业生产的一次次飞跃。特别是机械化的发展，人类掌握了强有力的耕作工具，成为“自然的主人”，可以随意改变土地的原有状态，提高劳动生产率和土地生产率。但是人类和自然的矛盾也愈来愈来突出。比
2、如耕翻作业除掉残茬杂草固然有利于播种，但同时也破坏了对地面的保护，导致土壤风吹水蚀加剧。旋耕切碎土壤，创造了松软细碎的种床，但同时又消灭了土壤中的蚯蚓与生物，使土壤慢慢失去活性。耕作强度愈大，土壤偏离自然状态愈远，自然本身的保护和营养恢复功能就丧失愈多，要维持这种状态的代价就愈大。近几十年来，我国机械耕作活动增强，农产品产量大幅度上升，但河流泛滥、沙尘暴猖撅、土壤退化、作业成本上升也是不争的事实。保护性耕作取消铧式犁翻耕，在保留地表覆盖的前提下免耕播种，以保留土壤自我保护和营造机能，是机械耕作由单纯改造自然到利用自然，与自然协调发展农业生产的革命性变化。v 另一方面，以往农业机械化就是提高劳动
3、生产率和土地生产率，只要农业生产任务完成了，增产增收了，农业机械化就完成任务了。没有认识到农业机械化和资源与环境保护密切相关，机械化可以破坏环境、也可以保护环境。深耕深翻、开荒种地，发展了生产，也带来水土流失、环境恶化的问题，引起人们对机械化的质疑。但是，机械化也是治理环境的最重要手段之一，如机械化秸秆还田减少焚烧秸秆导致的大气污染；覆盖减耕节约农业用水；保护性耕作治理沙尘暴等等。因此，发展保护性耕作，可以认为是机械化由单纯承担生产任务向承担生产和环保任务的转折点，是一场机械化耕作技术的革命。v保护性耕作的基本概念:保护性耕作是相对于传统翻耕的一种新型耕作技术。它的定义是：“用大量秸秆残茬覆盖
4、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”。由于它有利于保水保土，所以称为保护性耕作。针对保护性耕作的基本要点，也可用4句话来概括：秸秆覆盖、免耕播种、以松代翻、化学除草。二、保护性耕作的起源与国外研究概况 1、保护性耕作的起源一治理沙尘暴 20世纪初，随着加利福尼亚发现黄金，美国拉开了西部大开发的序幕。机械化翻耕土地，加快了土地开发，获得了几十年不错的收成。但由于植被破坏，导致了一场震惊世界的灾难。1931年开始，持续的干旱、疏松的地表，在狂风袭击下，大量表土被吹走，沙尘吹进人的眼睛、鼻孔，人们呼吸困难；几千年才形成的沃土，瞬间被吹得无影无踪。1935
5、年5月一场“黑风暴”，从土地植被严重破坏的美国西部刮起，连续3天，横扫美国23国土，把3亿多吨土壤卷进大西洋。仅这一年美国就毁掉300万平方公里耕地，冬小麦减产510万吨。这就是震惊世界的美国黑风暴(我国称为沙尘暴)。在此其间，人们生活极其困难，食品奇缺，牲畜缺少草料，瘦弱不堪。大量的动物直接死于沙尘暴，肠胃内充满了沙土。沙尘暴还导致大范围的肺炎，堪萨斯州死亡的人口中，l3死亡于沙尘暴引起的肺炎。到1935年末，人们彻底绝望了，大平原南部各州，超过14的人离开家园，远走他乡，寻求生路。东海岸的各大城市，如纽约、芝加哥都遭受了沙尘暴的袭击，每年有1200万吨的沙土刮到芝加哥，相当于芝加哥每人4吨
6、尘土。经过多年的磨难，美国人终于明白是自己错误的耕种方式招来的后果。土壤学家、农学家、农机专家共同努力，总结研究开发出了保护性耕作法。经过数十年的努力，保护性耕作和植树、种草措施一起，有效地扼制了沙尘暴的再度猖撅。同时发现，保护性耕作减少径流、减少蒸发，有效地增加土壤贮水量，提高作物产量。2、美国保护性耕作试验研究 美国的研究，保护性耕作可以减少蒸发、减少径流、增加土壤蓄水、提高作物产量、增加土壤有机质。免耕覆盖可以减少蒸发、减少径流、增加土壤蓄水量、提高产量。翻耕畜水量89mm、免耕蓄水量141mm，提高58，翻耕产量256thm2、免耕产量344thm2，免耕产量提高30。传统耕作土壤有机
7、质逐年下降，而保护性耕作上升。其机理主要是翻耕时，土壤中的有机碳与空气接触被氧化，形成气态C02而散失到大气中去了。C、N含量降低不仅影响土壤肥力，而且影响土壤结构性能以及微生物活动等。1988年起，美国以秸秆残茬覆盖量为主，把耕作分为三类模式：传统耕作播后地面覆盖率15，深松或翻耕加表土耕作；少耕播后地面覆盖率在1530，多次表土耕作；保护性耕作播后地面覆盖率30，免耕或播前一次表土作业，除草剂除草。3、澳大利亚的保护性耕作 澳大利亚地处南半球，干旱面积约625万km2，占澳洲大陆的81，是典型的旱农国家。不少地方土层厚度仅100cm左右。经过20世纪初以来几十年翻耕作业，水土流失严重、土层
8、变浅已构成对农业的重大威胁。科学预测，如果不采取措施，100年后全澳耕地面积将减少50。70年代初，政府在全国各地建立了大批保护性耕作试验站，吸收农学、水土、农机专家参予试验研究工作，取得了显著成果。大量试验表明地面覆盖是一项有效的保水保土措施。有残茬覆盖的农田土壤受冲刷程度降至裸露农田的l10，大大减轻了土层变薄的威胁。昆士兰试验站15年对比试验，三种保护性耕作体系：覆盖耕作(松耕、表土耕作、机械除草)、少耕(松耕、表土耕作、化学除草)、免耕(免耕、化学除草)的谷物产量分别为3.32、346和3.64thm2，传统对照为244thm2。4俄罗斯的保护性耕作 俄罗斯的旱农区共有耕地9700万h
9、m2，占耕地的465，是主要的农业区。年降水量在350-450mm之间，各季节雨量分布均匀，冬春多雨雪，温度低，蒸发少。但是，干旱与风蚀水蚀仍是农业的主要威胁，风蚀面积达7000万hm2，产量低而不稳，年间差异大。20世纪50年代，俄罗斯试验了马尔采夫无壁犁耕作法(去掉有壁犁的犁镜)，效果不理想，杂草太多。后来，结合其耕作法与加拿大抗旱留茬耕作法，形成一套蓄水保墒保土耕作法，产生了重大效果。这种保护性耕作法，麦类留茬20cm，用茬地播种机直接播种。用无壁犁耕作，地表保留80左右根茬及植物残体，既稳固土壤、减轻风蚀水蚀，又能截留雨雪，并减少蒸发。结果产量明显提高。除上述国家，在旱农耕作方面有成就
10、的国家还有墨西哥、以色列、印度、埃及、巴基斯坦等。三、我国保护性耕作的试验研究 我国是主要的干旱国家之一。干旱、半干旱及半湿润偏旱地区的面积占国土面积的525，遍及昆仑山、秦岭、淮河以北的16个省、市、自治区，仅雨养农业面积即3300万hm2。旱区农业发展的主要问题，一是降雨少、气温低、土壤贫瘠，产量低而不隐，农民生活贫困。二是水土流失和风蚀沙化严重，以山西为例，每年流入黄河、海河的泥沙量达456亿吨，带走有机质508亿吨，氮、磷肥料30万吨，相当一年化肥施用量的25。大量水土流失不仅导致土壤肥力下降，而且蚕蚀耕地。风蚀沙化则是我国北方旱区近年来更为突出的问题，沙尘暴发生的频率愈来愈高。据统计
11、，我国发生沙尘暴次数逐年上升，50年代5次，60年代8次，70年代13次，80年代14次，90年代23次。连续数次沙尘暴，横扫大半个中国，影响了城乡人民生活，各报纷纷以“黑风暴启示录”，“狂沙直逼北京城!”，“一个国际问题”进行报道。荒漠化面积则已经占国土面积的28，且还以每年2460km2的速度扩展。v 为了抗旱增产、节本增收、保护生态环境，实现旱区可持续发展，从20世纪60年代起我国就已开展了保护性耕作的单项技术试验研究和农艺试验研究。60年代初，黑龙江国营农场开展了免耕种植小麦的试验研究，江苏开展稻茬地免耕播种小麦的研究；70年代末，西南农业大学研究水田自然免耕法；80年代初，随着人们对
12、旱地农业重要性认识的提高，原北京农业大学、陕西农科院、山西农科院、河北省农科院等都开展了以覆盖或减少耕作为内容的试验研究，取得显著的抗旱增产效果。但是，一般着眼他的增产功能、没有看重他的环保功能，没有进行系统的试验研究，特别是对实施保护性耕作所需的关键机具研究不够，上述研究受到一定局限。90年代初期，在农业部农机化司的支持下，中国农大和山西省农机局、澳大利亚昆士兰大学、中国农科院士肥所等合作，在山西开始了农机农艺结合的保护性耕作系统试验研究。经过10年试验，完成了保护性耕作在我国的适应性研究，回答了“保护性耕作在我国是否可行”的问题。通过引进和自主开发，完成了适用我国北方的保护性耕作机具开发，
13、提出了相应的耕作技术体系，解决了在我国旱区实施保护性耕作的工具和手段问题。为什么要强调机具研制，因为世界上采用保护性耕作的国家都是发达国家，采用大型机具耕作，体积大、价格贵，不符合我国小地块、小动力、农民购买力弱的国情，合适的小型保护性耕作机具世界上还是空白。有些对我国很重要的功能，如播种时大量深施肥。国外机具还不行。因此，须自行开发研制。课题研制的3类(免耕播种机、深松机、浅松机)10多个型号的中、小型机具，满足了我国保护性耕作性能要求，而且适应于小地块、小动力，价格低廉，可以满足我国北方和类似的发展中国家需要。v目前，山西省已经成为我国保护性耕作试验示范基地，全省保护性耕示范推广到30多个
14、县近12万hm2土地。河北、内蒙、辽宁、陕西、甘肃、新疆、黑龙江等省区也先后开展了保护性耕作试验示范，总计面积8万多hm2。从应用效果看，采用保护性耕作后，玉米可以增产17，每公顷节支450元，小麦增产13，每公顷节支300元。根据中国农业大学等在山西10年的系统试验，保护性耕作与传统翻耕相比有三方面效益：1社会效益 减少径流(水分流失)60、水蚀(土壤 流失)80左右；减少风蚀(农田扬沙)，抑制沙尘暴；不烧秸秆、减少大气污染；四、保护性耕作的效益 2生态效益增加休闲期贮水量1415、提高水分利用效率1517、节约水资源；增加土壤肥力，有机质提高0.03、速效氮提高、速效钾提高；改善土壤结构，
15、土壤团粒结构和毛管孔隙度(含水孔隙)增加，大孔隙减少。3经济效益提高小麦，玉米产量1517；减少作业工序，降低作业成本1015；增加农民收入30。五、保护性耕作的增产机理五、保护性耕作的增产机理 1土壤水分增加 旱地土壤水分基本来自天然降雨，雨水消耗分三部分：一是径流消耗，它是指在降雨的时候，雨水还没有入渗到地里，就以地表径流的形式流走了，是无用的损失；二是地表蒸发，也是无效的消耗；第三才是供给作物生长的有效耗水。据测定，我国北方地区平地径流占降雨的10左右、坡地可以达到30多，蒸发占降雨的6080、是主要消耗，有效耗水占1020。要想增加有效水分，只能减少径流、减少蒸发。2减少径流 径流最大
16、的是刚翻耕过的地，其次是没有覆盖的地，径流最小是免耕覆盖和浅松覆盖地，保护性耕作累计径流量比传统翻耕减少60左右。显示出覆盖对减少水土流失的作用最大，其次是压实，耕作的影响较小。径流发生的原因是降雨速度超过入渗速度，不能下渗的雨水就会沿地表流走。没有覆盖的土地，雨水直接拍击土壤，使土粒细碎化并封满土壤表面孔道，形成所谓结壳，水分不能人渗，径流将大量增加。反之秸秆覆盖保护士壤、免受雨滴拍击、避免结壳，径流将大幅度减少。同时秸秆残茬阻碍水流、减缓径流速度，使雨水入渗时间增加，也是减少径流的因素。所以，测试结果，秸秆覆盖在减少径流中起第一位作用。作用率大约47。压实是影响径流的第2个因素，压实减少入
17、渗，同时使地表光滑，都是增大径流的因素。反之地表疏松、粗糙不平将减少径流。为增加入渗、减少径流，被压实的土壤应该深松。3保护性耕作减少蒸发 秸秆覆盖使地面温度降低、风速减小，从而减少蒸发，据测定，冬小麦休闲期内传统耕作地蒸发量平均2176mm，占休闲期降雨量277mm的79，而保护性耕作地蒸发量为1979mm、占71，减少蒸发损失197mm，增加休闲期蓄水量。由于蒸发和径流的减少，保护性耕作提高了水分利用效率，为增产创造了条件。4.提高土壤肥力 保护性耕作把大量秸秆通过覆盖的方式还田，直接增加有机质。减少耕作，特别是取消翻耕，可以间接增加有机质。据测定的小麦保护性耕作对土壤肥力的影响表明：土壤
18、有机质6年每年增加003，速效氮每年提高12，速效钾每年提高08，速效磷略有降低，每年下降24。保护性耕作还明显增加蚯蚓数量，蚯蚓数量是土壤肥沃程度的重要标志。澳大利亚昆士兰试验站测定，保护性耕作开展15年后，少耕覆盖、免耕覆盖的蚯蚓数分别为33条m2和44条m2，而传统耕作是19条m2。中国农业大学的测定，保护性耕作6年后的小麦地深松覆盖与免耕覆盖地分别为3条m2和5条m2，而传统翻耕地没有蚯蚓。分析原因是保护性耕作土壤含水量高、有机物质多，不翻耕及旋耕土壤。5保护性耕作对增产的不利因素(1)地表温度降低。对玉米等春播作物，由于播种出苗阶段地温低12，将对出苗产生不利影响。为了减少降低温度的
19、影响，应采用清除种行上的覆盖物，以及疏松种行表土等措施。(2)播种质量不易保证，保护性耕作由于地表不平整、软硬不均匀、秸秆覆盖量过多或覆盖物分布不均等原因，会导致播种时播深不一致，种子分布不均匀，甚至出现缺苗断垄等播种质量问题。为了减低不利影响，一方面要改进播种机性能，提高适应能力，另一方面播种前要检查地表状况，必要时进行秸秆粉碎、撒匀，耙地或浅松以适当减少覆盖量、疏松平整表土。(3)保护性耕作杂草控制较困难。翻耕有翻埋杂草作用，保护性耕作相对来说失去了一项控制杂草的手段。其次，有的杂草受秸秆遮盖，药液不易直接喷到杂草上，影响杀草效果。保护性耕作必须更仔细的观察杂草情况，发现杂草，在幼苗时就及
20、时喷施除草剂，或用机械锄草。但多年观察，尚未发现杂草出现问题不能控制的情况，可能与北方寒冷、干旱，杂草不严重有关。保护性耕作增产方面是根本性的，不利方面则与管理水平密切相关，只有加强管理，注意克服或减低保护性耕作的不利之处，充分发挥它的优越之处，保护性耕作才能成功，才能获得最好的效果。六、保性耕作的生态环境保护机理 1保护性耕作减少土壤水蚀v据在山西寿阳径流测试区对土壤水蚀测定结果：在有40mm以上暴雨的1999年，传统耕作土壤流失7365吨，而免耕覆盖处理145吨，减少土蚀80。在没有暴雨的1998年，土壤流失量总体较少，传统耕作172吨，而免耕覆盖046吨，减少73。v可见保护性耕作防治土
21、壤流失的效果是非常明显的。2保护性耕作减少土壤风蚀、防治“沙尘暴”(1)农田是“沙尘暴”的重要沙源地 从土粒在风吹情况下的运动看，可以按直径分为三类：直径500um以上，为粗粒(沙粒)；直径70500um，为细粒(土粒)；直径70um以下，为尘粒(微粒)。粗沙粒不会被风吹离地面，只会在大风吹动下沿地面滚动。细粒会被风吹离地面，但不可能升上高空，而是在近空跃动前进，风大时跃起来、风小时落下。跃移的高度一般在05m内。粗粒和细粒都只能运移几十米、几百米的短距离，不可能长途移动。只有尘粒才能被风吹到高空，运移千里之外，是沙尘暴的主要成分。有些科学家还把70um以下的尘粒进一步分为20-70um和20
22、um以下两种，20um以下的可以自由的漂浮在空中，几千公里远的远距离移动，甚至飘洋过海。而2070um的微粒可以悬浮在空中，但风力减小时会首先沉积下来。沙漠是经过多年风蚀形成的，已经没有尘粒存留下来，留下的基本是大颗粒的粗沙。尘粒主要存在于耕作的农田和荒漠的草地，耕作愈多的农田，微粒含量愈多。因此，裸露的农田是沙尘暴的重要沙源。(2)保护性耕作是保护农田减少风蚀最有效的途径 秸秆残茬降低风速，根茬固土、秸秆挡土，可以有效地减少土粒运移和飞扬，保护性耕作使地表湿润、增加团粒结构，也是减少风蚀的重要因素。美国和澳大利亚等使用风洞装置，对不同秸秆覆盖率、不同土质及不同耕作方式下的土壤风蚀量进行了对比
23、测定。前者按地表粗造度划分，后者按土质(沙土、壤土)与用途(农地、草地)划分。结果都显示出，无论何种土壤、粗糙度如何，保护性耕作均有很强的减少土壤风蚀能力，只要保护30的秸秆覆盖，其风蚀减少程度即可达7080。地边种树也是农田保护的重要措施，可以降低风速和阻挡沙粒滚动、跃动，但不可能阻挡上升的微尘。所以农田保护，应该保护性耕作为主，田边植树为辅。七、保护性耕作主要作业环节与实施要点 机械化保护性耕作有四项作业：秸秆与表土处理；免耕播种施肥；杂草及病虫害防治；深松。实施要点如下：1、秸秆与表土处理 秸秆处理是为了既保持良好的地面覆盖，又不过分影响播种作业，秸秆包括地面覆盖与地下根茬固土两部分，减
24、少蒸发主要靠地面覆盖，减少风蚀则主要靠根茬固土。一般情况要秸秆全程覆盖，并在播种后秸秆覆盖率不低于30。只有在一些防治风沙为主，秸秆又有其它用途的地区，可能根茬固土为主，留低茬(1020cm)覆盖；表土作业的任务，主要是为提高播种质量创造条件，是否需要表土作业由播前检查决定。当发现秸秆过多、起堆，有杂草或地表不平时，需要进行秸秆与表土处理作业。如秸秆粉碎、耙地、浅松等平整地面、消灭杂草、适当减少覆盖量。2、免耕施肥播种 保护性耕作的种子和肥料要播施到有秸秆覆盖的地里，必须使用免耕播种机，由于施肥量大，种子和肥料之间要保持5cm左右的距离，种肥可垂直分施、也可以侧分施或水平分施，以肥料在种子下方
25、或侧下方为好。为减少蒸发，开沟覆土动土量应尽量小，种子应播在湿土上。3、杂草及病虫害控制 这是保护性耕作能否成功的关键。北方旱区由于低温和干旱，一般情况下杂草和病虫害不严重。但必须随时观查、发现问题、及时处理。杂草用喷除草剂、机械或人工锄草，病虫害主要靠农药拌种预防，发现虫害后喷杀虫剂。4、深松 保护性耕作取消了铧式犁，但机器作业及人畜仍不断对地面压实，因此，一定时期土壤需要深松。根据情况，每2-3年松一次，深度30cm左右，以利作物根系发育。对新实行保护性耕作的地块，可能有犁底层存在，应先进行一次深松，打破硬底层。谢谢各位对登封市农机化工作的大力支持，祝：身身体健康！体健康！万万事如意！事如意！
