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《江蘇農業科學雜志》2014年第五期

1中國研究與應用現狀

我國保護性耕作的研究開始于20世紀60年代初，黑龍江國營農場開展了免耕種植小麥試驗;20世紀70年代，江蘇無錫、徐州等地進行稻茬免耕麥技術研究，與此同時西南農業大學候光炯教授提出了“自然免耕”理論。貴州、云南等有關院校也開展了少免耕技術的研究，取得較好的增產效果。20世紀80年代開展旱地農業耕作體系研究，向減少耕作和覆蓋方向發展;20世紀90年代，開展了農藝、農機相結合的系統性試驗，在適合中國國情的保護性耕作技術及機械設計方面取得了較大進展，總結了3種適合山西省應用的玉米機械化保護性耕作體系、3種小麥機械化保護性耕作體系，“九五”“十五”期間，被列入國家科技攻關計劃。2002年農業部在山西、北京、天津、河北、內蒙古、遼寧及甘肅等地區，建立了38個項目縣，進行保護性耕作技術示范和推廣。2004年在國家糧食豐產科技工程項目中，科技部專門設立不同主產區保護性耕作技術項目，開展相應的試驗示范。2007年，農業部出臺《關于大力發展保護性耕作的意見》，力爭在“十一五”期末，保護性耕作實施面積超過400萬hm2，實現保護性耕作機具質量基本滿足生產要求、技術體系基本完善，實施區域生態、經濟和社會效益明顯提高的目標，這標志著中國保護性耕作的實施邁入一個新的時期。2011年9月，農業部又了《全國農業機械化發展第十二個五年規劃》，其中的《保護性耕作工程建設規劃》指出，到2015年末新增保護性耕作面積1100萬hm2。保護性耕作受到各級政府的高度重視。據報道，2012年全國保護性耕作已超過667萬hm2，應用范圍由北方旱作區為主向南方地區持續擴大，由小麥、玉米為主向水稻、馬鈴薯、油菜等多種作物不斷拓展。保護性耕作的專用機具種類大幅增加，作業質量顯著提高，新型大豆免耕播種技術及稻作技術日益成熟。

2保護性耕作效應研究現狀

國內外關于保護性耕作效應的研究一直沒有間斷，保護性耕作影響農田土壤水、肥、氣、熱、土壤微生物、酶、pH值及農田小氣候，同時對整個生態系統和環境也會產生有利影響。由于采用的技術措施不同，以及供試土壤和作物的差異，導致試驗結果也不盡相同。

2．1保護性耕作對土壤物理性狀的影響土壤團粒結構是土壤的重要組成部分，影響土壤的物理化學性質，是土壤功能的重要指標。免耕可增加土壤團聚體數量，有利于土壤水分與土壤空氣的相互消長平衡，增強了土壤對環境水、熱變化的緩沖能力，為植物生長及微生物生命活動創造良好環境。秸稈還田可增加4．75mm以上粒徑的團聚體，秸稈還田結合少耕、免耕可使土粒平均直徑增加71%～98%，有利于提高土壤機械穩定性及水穩定性團聚體結構水平，增加土壤穩定性，改善土壤結構狀況。土壤容重是衡量土壤緊實程度的指標，是反映土壤結構、透氣性、透水性能以及保水能力高低的一項重要物理性質，土壤容重越小說明土壤結構、透氣透水性能越好，從而可以促進土壤微生物活動，增強土壤養分的供應。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。相關研究結果表明，秸稈覆蓋免耕還田對土壤容重、孔隙度、土壤微團聚體都有不同程度的影響，因為覆蓋抑制了地表水分蒸發，防止表土板結，使土壤通透性良好，三相比更趨于合理，有利改善肥力條件，為土壤良好結構的形成奠定了基礎。也有報道免耕條件下土壤容重有所增加。因此，保護性耕作在不同土壤類型和生態區條件下對土壤結構的影響還需進一步深入研究。

2．2保護性耕作對土壤溫度的影響保護性耕作對土壤溫度有明顯的調節作用，秸稈覆蓋對熱量傳導、光輻射吸收轉化均有影響，秸稈覆蓋下土壤溫度變化趨于緩和，高溫時有“低溫效應”，低溫時又有“增溫效應”，即能夠平抑地溫變化，縮小晝夜溫差，這種雙重效應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。周凌云等研究認為，冬季的增溫效應能減輕小麥凍害，降低死苗率，保證小麥安全越冬及促進小麥根系發育;在小麥生育后期，耕層土壤的降溫效應，有利于防御干熱風對小麥的危害，也有利于后茬作物夏玉米苗期的生長發育。

2．3保護性耕作對土壤水分的影響保護性耕作有利于提高土壤含水量和水分利用率。免耕比傳統耕作可增加土壤蓄水量10%，減少土壤蒸發約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，可以使自然降水的蓄水率由傳統耕作法的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生變化，減少了土壤的蒸發。免耕覆蓋秸稈后改變了土壤的理化性質，土壤具有良好的孔隙狀況，增加入滲量，提高土壤含水量，增加水分儲存，覆蓋秸稈又抑制了蒸發，麥田夏閑期秸稈覆蓋對土壤蒸發的抑制率為63．2%，春玉米田冬閑期秸稈覆蓋對土壤蒸發的抑制率為47．6%，冬小麥生育期間秸稈覆蓋對越冬至拔節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保護性耕作對土壤養分的影響土壤養分是土壤提供的植物生活所必須的營養元素，土壤養分含量是評價土壤自然肥力的重要因素之一，對作物的生長發育有重要影響。保護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入土壤，能增加氮、磷、特別是可溶性鉀的含量，并且促進土壤有機質的形成。免耕和秸稈覆蓋條件下土壤有機質、堿解氮、速效鉀、速效磷有明顯的表層富集現象，土壤表層的氮、磷、鉀含量提高，土壤有機碳顯著提高，下層土壤變化不大。免耕覆蓋處理對提高土壤有機質、堿解氮、速效磷養分含量效果最佳，秸稈還田處理次之，但均高于對照翻耕處理。秸稈連續還田3年，土壤的中活性有機質、活性有機質、總有機質平均含量較試驗初期分別增加了2．5倍、2．7倍、1．4倍。秸稈覆蓋不僅能直接補充土壤部分氮素，并可以促進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保護性耕作對作物生長發育的影響保護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育。采用保護性耕作方式種植的小麥，單株分蘗能力強，生育后期葉面積系數較高，干物質生產能力較強，單位面積穗數顯著高于傳統旋耕。保護性耕作處理的水稻干物質積累、葉面積指數、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，免耕處理比常規耕作處理莖蘗數多，分蘗早、數量多，夠苗早;免耕水稻的株高(至少在營養生長期內)比常規耕作水稻的高、營養生長比常規耕作水稻旺盛，為水稻孕穗打下了良好基礎;免耕水稻光合能力強，光合產物比常規耕作水稻的多，干物質積累總量也比常規耕作水稻的多。秸稈還田對作物生長發育的影響有“先抑后揚”的趨勢。李新舉等研究認為小麥播種時秸稈還田，分蘗期容易表現出分蘗數少，麥苗瘦弱，甚至“黃苗”等缺肥現象;隨著秸稈的腐解，后期土壤中礦質養分得到補充，麥苗的生長恢復正常。夏炎在稻麥秸稈持續還田的定位試驗中也得出相同的結果，當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作用，最終保證小麥成熟期有足夠的穗數;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的增加而降低，分蘗后期秸稈還田可以增強水稻的保分蘗能力，保證成熟期具有足夠的穗數而達到高產。研究發現，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程，表現出苗較遲、出苗率低、植株生長發育緩慢、生育期延長。由于免耕土壤具有較高的機械阻力及通氣不良，影響作物根系的生長而限制了作物對養分和水分的吸收，導致作物苗期生長弱，最終導致減產。

2．6保護性耕作對作物產量的影響保護性耕作對作物產量的影響，國內外學者進行了較多研究，但結果并不一致，大部分研究認為秸稈還田可以提高作物產量。周興祥等研究表明，保護性耕作體系可以提高小麥、玉米的產量，其中小麥產量平均提高7．2%，玉米提高11．9%。秸稈覆蓋免耕對冬小麥有明顯的增產作用，秸稈覆蓋下冬小麥產量比不蓋秸稈提高約9.2%～17.9%。李孝勇等連續4年調查發現，稻秸稈還田處理的油菜、水稻平均產量分別增長為8．56%～10．64%、6.89%～7．85%，油菜、麥秸草還田處理的油菜增產率分別為4.86%、2．78%，水稻增產率分別為5．67%、5．00%。秸稈還田也有減產的報道，減產原因可能是秸稈單獨還田導致土壤碳氮比失衡，耕作方式不當、播種質量差等導致出苗質量下降。王云超等在張家口壩上地區的研究表明，莜麥免耕后生物產量比翻耕減產36.11%，籽粒產量比翻耕減產36.30%。張保民等研究認為，大豆前茬小麥免耕比耕作減產59．6kg/hm2，但差異不顯著。賈樹龍等在河北低平原的壤質潮土上研究表明，連續少耕和免耕處理的前3年對作物產量沒有影響，3年后小麥產量顯著降低，最大降幅達到31.83%，而連續免耕對玉米產量沒有明顯影響。綜上所述，保護性耕作在不同生態條件下對作物產量的影響有待于進一步研究，以確定在不同的生態類型條件下應用何種保護性耕作技術。

3保護性耕作存在的問題與發展建議

經過70余年的發展，保護性耕作技術由粗糙變精細，面積也由小變大，美國、澳大利亞等保護性耕作發展較早的國家應用面積已達到總耕地面積的60%以上。至2012年，我國保護性耕作也超過667萬hm2。但是保護性耕作在推廣應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性耕作機具。已有的機具性能不盡完善，在實際操作過程中容易出現堵塞、種子漏播、播種精度不高等現象，播種質量不能保證，影響作物的出苗，從而影響產量和經濟效益，為保證保護性耕作技術效果的發揮，必須研發配套的保護性耕作專用機具。(2)適應不同生態區域的保護性耕作技術規程缺乏。我國幅員遼闊，各地區自然條件、經濟水平差異較大，形成農業生產形式、耕作制度等的多樣化特征。有些地區免耕推廣面積雖然較大，保護性耕作技術也比較成熟，但適宜區域并不十分明確;大部分地區仍然缺乏相對應的技術規程。應根據不同地域條件和實際情況，研究相應保護性耕作技術，建立相應的技術規程。(3)保護性耕作配套的技術問題有待解決。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藥造成的環境污染、土壤表面處理技術及與其他農藝技術措施綜合配套等問題都亟待解決。創新適應不同生態類型地區、不同作物的保護性耕作技術模式，研發保護性耕作病蟲草害防治方法和配套機具等，是解決我國保護性耕作技術示范推廣中的關鍵問題，也是保障保護性耕作技術廣泛推廣應用的一項重要舉措。

作者：王幸王宗標齊玉軍徐澤俊吳存祥單位：江蘇徐淮地區徐州農業科學研究所中國農業科學院作物科學研究所