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东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

主讲:吉林省农业科学院研究员刘武仁

一、保护性耕作的意义

(一)实行保护性耕作是农业生态环境的需要

东北地区是我国黑土主要分布区,是我国重要的粮食生产基地,该区主要作物为玉米、大豆。耕作方式为秋(春)季灭茬,2—3次铲趟,地表极少有残茬覆盖,该区有大量剩余秸杆资源未充分利用,季风性气候严重,土壤风蚀、水蚀重,阵性降雨带走土壤,持续高产高效比较困难,长期种植高产作物,掠夺式经营,土壤环境变差,有机质下降,水土流失严重,黑土年流失量1.3亿吨,黑土层变薄,50年代为59厘米,现仅为20厘米左右,耕层有机质含量下降1/3—1/2,土壤结构恶化,土壤板结,耕性变差,保水保肥性能下降。所以推广保护性耕作已刻不容缓。

实行少免耕技术有如下特点:

1、改善土壤耕性,增加土壤有机质。

2、增加土壤贮水性,改善土壤水分有效性。

3、保护土壤,减少侵蚀。

4、增加生物多样性。

5、改善空气质量。

(二)实行保护性耕作是提高农业生态效益的需要

传统耕作作业环节多,成本高,有机质还田量低,耕层结构变差,资源能源双消耗。保护性耕作与传统耕作比较有如下优点:

1、降低地表泾流60%左右,减少水土流失80%。

2、减少大风沙60%左右。

3、提高水分利用率17%—25%。

4、种植春玉米增产16%,冬小麦增产13%。

5、增加土壤肥力,提高土壤有机质含量。

6、节约人畜用工50%—60%。

7、提高经济效益,收入增加20%—30%。

二、关于保护性耕作概念的界定

(一)我国目前关于保护性耕作的界定:保护性耕作泛指保土保水的技术措施。

1、以减少农田土壤侵蚀、保护农田生态环境为目的。

2、通过少耕、免耕地表微地型改造及地表覆盖技术为手段。

3、实现生态效益、经济效益及社会效益的协调发展。

(二)从技术类型上分: 1、改变微地形为主的等高耕作。

2、改变土壤物理性状为主的少耕/深松/免耕等。

3、增加地面覆盖为主的秸杆覆盖/留茬/残茬覆盖等。

(三)概念:地表覆盖残茬30%以上,少动土高保续可持续的耕作技术。

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

三、国外保护性耕作研究推广现状

(一)北美地区应用的重要保护性耕作类型

1、免耕:除播种外,不进行任何形式的土壤耕作、化学除草,主要依靠于免耕播种机,播种、覆土、镇压(施肥、施药)作业一次完成。

2、条耕:条状翻搅播种区域,翻搅带不大于垄宽的1/3。

3、垄耕:除播种和做垄外(播种搅动不超过垄宽的1/3

)一般不进行其它形式的土壤耕作,化学除草和机械除草相结

合,作物秸杆留于垄沟,作垄可在春秋季节,播种时开沟、覆土、镇压一次完成作业。

4、留槎耕作:播种前或播种间全层扰动耕层一次(深松或切耙),化学除草和/或机械除草相结合。

5、少耕:全层扰动耕层一次或以上,化学除草和/或机械除草相结合,作物秸杆覆盖率小于30%但大于15%。 (二)世界上保护性耕作的发展历程

20世纪30—40年代:主要针对传统的机械化翻耕在水蚀、风蚀方面存在的弊端进行机具及耕法的改良,提出少耕、免耕及深松等保护耕作法,研制出深松铲、凿或犁等不翻土的农机具。20世纪50年代后:机械化免耕技术与保护性植被覆盖技术同步发展,带来的杂草蔓延或覆盖低温等技术原因导致该项技术推广缓慢。20世纪80年代以来:随着耕作机械的改进,除草剂以及作物种植结构调整,保护性耕作范围不断扩大。美国2004年实行免耕、垄作、覆盖耕作(指浅松留茬)和少耕

(指深松耕)技术占全国耕地的62.2% 。目前保护性耕作在苏联、加拿大、澳大利亚等国家的半干旱地区也开始广泛的推广应用,据统计迄今世界上约有7200万公顷的耕地已经开展保护性农业技术。

四、我国目前应用的主要保护性耕作技术模式

据中国耕作制度研究会1990年不完全统计,我国各类保护性耕作技术应用面积达2000万顷,以免耕套种占多数。其中麦田夏玉米免耕套种与铁茬播种占1/3,棉花与绿肥免耕特征免耕套种近1/3,水稻板田播麦、油菜、绿肥等约1/6,机械化深松和耙茬约1/6。2003年农业部组织进行了机械化免耕加秸杆还田示范项目,涉及北方13个省市区的25个示范点,其中仍以秸杆翻入土壤为主,秸杆表面覆盖的极少。

(一)东北地区的主要措施:从20世纪70年代开始,在原有的垄作基础上由原来的垄翻改为平翻,改畜力为机械动力,实行翻耕、深松与耙茬相结合。作用目的:保墒、抢农时,提高早春地温,防止风蚀,为进一步培肥地力,应将秸杆还田与少免耕相结合,同时解决秸杆覆盖条件下地温回升及作物出苗等技术问题。

(二)华北地区主要措施:实行两熟制,秋季麦种前进行土壤基本操作,多采用翻耕或旋耕,下茬免耕套种或免耕(缺茬)播种。机械化秸杆还田尚在推广中,秸杆仍以翻埋为主,地面覆盖极少。20世纪70年代末期,原北京农大引进和试验少免耕技术原量,并研制了我国第一代免耕播种机,开展了夏玉米免耕覆盖技术的研究及推广。

(三)西北地区:该区属于干旱半干旱地区,干旱少雨,坡地多,保土保水为该区土壤耕作的主要任务。生产状况:目前该区仍以传统耕作为主,保护性耕作主要微地型的水土保持耕作法,现代的秸杆覆盖与少免耕技术应用尚少。研究现状:西北农业科技大学研究的坡地水土保持耕作法、小麦和地膜覆盖耕作、小麦高留茬秸杆全程覆盖耕作;山西农科院试验成功的旱地玉米免耕整秸杆半覆盖技术;中国农业大学保护性耕作中心研究的机械化免耕覆盖技术。

(四)南方地区:南方农田当前仍以传统耕作为主,基本耕作为畜力或机械翻耕。少免耕的主要内容是传统的免耕套作(稻田套麦、油菜、紫云英)与稻后板田播种小麦、油菜、绿肥等。另外还有两种近年开始流行水田少、免耕作法,一是针对西南地区冷漫田、烂泥田、深沤田等冬水田变传统平作为垄作,种植、养殖小培肥有机结合的水田半旱式少耕法,二是变稻田翻耕为旋耕。

五、我国保护性耕作技术发展存在的一些问题

(一)缺乏保护性耕作发展的总体规划,未形成适合不同地区耕作制度特点的保护性耕作技术体系,如西北及农牧交错等干旱半干旱地区,虽然开始保护性耕作技术研究多年,但缺乏区域发展总体战略指导,技术分散,未形成保护性耕作主导技术和配套体系。作为我国粮食生产区的东北平原、华北平原和长江中下游平原,由于多年来连续种植高产作物,土地重用轻养,导致土壤肥力和有机质下降,保护性耕作技术薄弱而且面积有限,此外,针对不同种植制度高产条件下的保护性耕作研究少,部分地区实行保护性耕作技术后导致产量下降等。

(二)保护性耕作尚存许多配套技术问题没有解决

1、在土壤耕作方面没有形成与种植制度相适应的土壤耕作体系和轮作制。

2、缺少适合不同地区、不同种植制度的保护性耕作专用配套机具,而且已有的机具性能不完善。

3、低温问题特别是早春温度回升较慢,影响作物播种、发芽和幼苗早期生长及作物产量。

4、杂草问题,保护性耕作由于秸杆覆盖难于耕作,但当秸杆覆盖量增加到一定程度时杂草就不成问题,但又不影响作物的播种,如何协调二者矛盾也是尚需解决的问题。

5、施肥问题,特别是有机肥如何使用。

6、作物残茬覆盖引起的病虫草害变化,大量使用除草剂和农药造成的环境污染,土壤恶化处理技术及与其它农艺技术措施综合配套等问题亟需解决。

六、我省玉米保护性耕作技术研究现状

(一)吉林省旱作耕作制度的变迁:50年代初是传统轮作制,根据作物种类的前茬,决定扣种、耲种、挤种、马拉机。60年代初是新耕作制,机翻、机播、苗眼镇压中耕起垄。70—80年代是轮翻制,机械深耕、轮翻平播、重镇压后起垄和原垄机播,大型动力机械化平播后起垄。80年代中后期是免耕少耕,留茬免耕和旋耕除茬播种,灭茬起垄垄上播。90年代是轮耕制,灭茬、破旧垄、合新垄,垄上播或三犁川打垄,坐水种。2000年以来是新耕法,保护性耕作、宽窄行交替休闲耕作技术(示范),通用播种机留高茬、灭茬、深秋起垄、镇压。

(二)九五以来,吉林省农科院研究的几项保护性耕作技术模式:

1、玉米宽窄行留茬交替休闲种植技术;

2、均匀垅平作留高茬行间种植技术;

3、窄开沟、深开沟、浅覆土、重镇压抗旱保苗技术。

七、玉米宽窄行留茬交替休闲种植技术

1、操作规程:

把现行耕法的均匀垄(65cm)种植,改成宽行90cm,窄行40cm种植,宽窄行种植追肥期在90cm宽行结合追肥进行深松,秋收时苗带窄行留高茬(40cm左右)。秋收后用条带旋耕机对宽行进行旋耕,达到播种状态,窄行(苗带)留高茬自然腐烂还田。第二年春季,在旋耕过的宽行播种,形成新的窄行苗带,追肥期,再在新的宽行中耕深松追肥,即完成了隔年深松、苗带轮换、交替休闲的宽窄行耕种。

示意图:

东北黑土区保护性耕作模式

植株高茬深松

2、技术要点:

通过缩小种植带窄行行距,加宽深松工作带(宽行),实施宽行追肥期宽幅深松,留高茬自然腐烂还田,秋季宽行旋耕整地,翌年春新形成的窄行精密播种,实现宽行和窄行交替休闲。

①宽行追肥期宽幅深松:在玉米拔节期结合追肥进行深松,可以打破犁底层,加深耕层,改善耕层物理性状,减少径流,接纳和储存更多的降水,形成耕层土壤水库,可做到伏雨秋用和春用,提高自然降水利用效率。

②高茬自然腐烂还田:玉米秋收时留高茬,是目前东北地区农肥资源不足,秸秆安全还田尚无良法,采取留高茬自然腐烂还田,具有增加土壤有机质、培肥地力、减少土壤风蚀的作用。

③秋季宽行旋耕整地:在追肥期深松的基础上,收获后在宽行旋耕一次,达到播种标准。翌年春季不整地直接播种,有利于保墒、保苗。

④窄行精密播种:精密播种系指精细整地和精量播种,窄行精密播种系指在秋季精细整地的基础上,在上年宽行实行精量播种。可节约用种量,降低成本。

⑤交替休闲:系指苗带隔年轮换后形成的宽行和窄行交替休闲。具有恢复地力、保证苗带处于良好的土壤环境,通过建立土壤水库,为作物生育期间提供充足的水分,保证苗期生长,解决春季水分供求矛盾。

3、解决生产上存在的主要问题

现行耕法:①春秋两季整地土壤失墒较重,夏季地表径流严重,降水利用效率低。②实施秸杆还田困难,土壤风蚀严重,土地用养失调,黑土层变薄。③耕作层变浅,犁底层加厚。④田间作业环节多、成本高。

新耕法:①伏深松建立土壤水库,秋旋耕一次整地备来年种床。②留高茬(40cm )自然腐烂还田,增加土壤有机物料。③隔行深松,打破犁底层,改善土壤结构。④减少作业环节,降低生产成本。

4、宽窄行交替休闲种植与现行耕法土壤养分含量与物理性状变化比较,见图表:

经过七年的宽窄行种植速效磷提高2.3mg/kg ,速效钾提高50.1mg/kg,速效氮降低了54.9mg/kg,速效氮有所降低,主要原因是宽窄行种植实行半秸杆还田,七年的秸杆还田,秸杆在分解过程中要消耗一些N 素,没有特殊的增施N 肥调节C 、N 比。

土壤容重降低,见下图:

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

050

100150

200250土壤速效养分变化情况(单位ppm)

经过七年的宽窄行种植速效磷提高2.3mg/kg ,速效钾提高50.1mg/kg,速效氮降低了54.9mg/kg,速效氮有所降低,主要原因是宽窄行种植实行半秸杆还田,七年的秸杆还田,秸杆在分解过程中要消耗一些N 素,没有特殊的增施N 肥调节C 、N 比。

土壤容重降低,见下图:

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

土壤硬度下降,见下图:

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

24681012

14宽行窄行

均匀垅

不同处理土壤硬度变化(单位:kg/cm 2)

0.20.40.60.811.2

1.4

土壤通透性增强,见下图:

东北黑土区保护性耕作模式

定位试验研究结果表明,玉米宽窄行种植土壤水分全生育期平均较现行耕法提高0.3—2.4个百分点。 0—50cm 土壤水分全生育期平均统计结果:

东北黑土区保护性耕作模式

增产效果明显(定位试验产量结果——四密25):

102030405060700-20cm

20-40cm

不同处理土壤总孔隙度变化情况(%)

东北黑土区保护性耕作模式

东北黑土区保护性耕作模式

5、生产应用需注意的几个问题:

①本技术模式适宜在雨养农业区及类型区的推广应用。

②应注意选择耐密品种,播种时要加大密度。

③基肥(底、口肥)和追肥相结合,磷、钾肥和1/4氮肥作基肥,其余的3/4氮肥在玉米拔节前结合深松追施。

④如采取一次性施肥,要保证侧深施,侧5—8cm,深8—10cm。

⑤采用机械化半精量(加密)播种为主。

⑥如果追肥期遇到干旱,深松期应适当延后,深松的深度不宜过深,控制在30cm以内。

⑦秋收时玉米留高茬40-50cm,要及时旋耕,旋耕不宜过深,8-12cm,以床土平面平整碎土好达到播种状态为标准。

八、推广保护性耕作亟需解决的几个问题

(一)保护性耕作条件下配套高产栽培技术研究。

(二)病/虫/草害的防治。

(三)新型机具的研制。

(四)适宜轮作期限等问题。

九、关于加强保护性耕作技术推广的几点建议

(一)要继续加以宣传,提高公众认识。

(二)建立相对统一的技术标准,研究推广有的放矢。

(三)加强多学科的协作及政府、农民等相关部门的联合。

(四)建议进行保护性耕作技术补偿制度。

公主岭市农业科技入户办公室整理2007年7月3日