黑龍江省西部農(nóng)牧交錯區(qū)保護性耕作模式研究

胡軍，逄詩超,2，李海亮

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院，大慶 163319；2.黑龍江巨浪牧場）

黑龍江省西部農(nóng)牧交錯區(qū)是我國重要的商品糧和畜牧業(yè)基地，也是我國農(nóng)牧業(yè)后備資源存量最大的地區(qū)之一。該地區(qū)目前有耕地面積233.7×104hm2，其中鹽堿耕地為24.8×104hm2，占10.6%；草原面積為157.33×104hm2，其中鹽堿化草原為93.07×104hm2，占59.2%[1]。20 世紀70～90年代黑龍江省農(nóng)牧交錯區(qū)采用傳統(tǒng)的農(nóng)牧業(yè)耕作方式，如：在農(nóng)業(yè)區(qū)使用鏵式犁進行翻地、在牧業(yè)區(qū)進行過度放牧等，雖然達到土壤改良、提高產(chǎn)量的目的，但與此同時也造成了土壤大面積退化、水土流失、草場破壞等生態(tài)惡化的結(jié)果。因此，為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，黑龍江省農(nóng)牧交錯區(qū)應(yīng)該實施保護性耕作技術(shù)。該技術(shù)對保護草原，改善生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，農(nóng)民增收有著重要的現(xiàn)實意義。

1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國外的保護性耕作技術(shù)是20 世紀30年代美國等國家在遭遇嚴重水土流失和風沙危害后經(jīng)過總結(jié)而逐漸發(fā)展起來的，至今已有約80年左右的歷史。其中主要經(jīng)歷了三個階段，第一階段：改變傳統(tǒng)翻耕耕作方法，研制深松鏟、鑿式犁等不翻土的農(nóng)機具，免耕技術(shù)成為主導(dǎo)；第二階段：機械化免耕技術(shù)與保護性植被覆蓋技術(shù)同步發(fā)展，加入了不同作物輪作與作物秸稈還田覆蓋的內(nèi)容；第三階段：耕作機械的改進、除草劑以及作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整。通過這三階段的發(fā)展，使得保護性耕作的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，應(yīng)用范圍也不斷擴大[2]。

前蘇聯(lián)、加拿大、澳大利亞以及南美的巴西、阿根廷、墨西哥等國家紛紛學習美國的保護性耕作技術(shù)，在半干旱地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用。其中位于大洋洲的澳大利亞是世界上農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)較為發(fā)達的國家之一，屬于農(nóng)牧交錯區(qū)。到20 世紀70年代末由于采用傳統(tǒng)耕作方式，生產(chǎn)成本高，且造成嚴重了土壤壓實破壞和水土流失。在此背景下，澳大利亞開展了保護性耕作技術(shù)研究。2000年之后，免耕播種機逐步成熟，使用技術(shù)逐漸被農(nóng)民掌握，保護性耕作開始大面積推廣應(yīng)用，同時固定道作業(yè)、精準農(nóng)業(yè)技術(shù)開始得到較大范圍的應(yīng)用。據(jù)澳大利亞統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，截至2008年，澳大利亞農(nóng)田保護性耕作技術(shù)應(yīng)用面積達到77%，其中免耕面積占53%。在實施保護性耕作的區(qū)域，43%地塊秸稈全部覆蓋地表，34%地塊秸稈用于養(yǎng)畜，大部分耕地可以得到3 至9 個月的休閑。據(jù)澳大利亞糧食研究與發(fā)展中心（GRDC）資料顯示，澳大利亞近20年糧食產(chǎn)量增加一倍，其中保護性耕作的貢獻率在40%以上[3-5]。同時澳大利亞在土壤品質(zhì)、水資源利用、大氣質(zhì)量等方面也得到了明顯改善，顯示出良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益[6-7]。

2 黑龍江西部農(nóng)牧交錯區(qū)傳統(tǒng)耕作模式分析

2.1 試驗區(qū)簡介

巨浪牧場位于松嫩平原西部，林甸縣境內(nèi)，地理座標為東經(jīng)124°30′～124°41′，北緯47°02′～47°08′。地勢平坦開闊，起伏不大。平均海拔高度144～150 m，農(nóng)場東西長13 km，南北寬7.5 km，農(nóng)場東部地勢較高，且微地形起伏多變，是耕作區(qū)，西部地勢較低，為草場牧區(qū)，全場總面積0.97×104hm2。該區(qū)原以草原為主。在清光緒30年（1904）“蒙旗地開放”漢族移入，土地被大量墾殖[8]。其農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史，是在1960年建場后，才大規(guī)模開始，進而發(fā)展成以農(nóng)牧交錯的生產(chǎn)方式為主。

2.2 耕作方式的對比

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)耕作模式的經(jīng)營下，農(nóng)牧交錯區(qū)的巨浪牧場經(jīng)歷建了建場后幾次大面積開荒，耕地面積由7 800 hm2增加到2 733 hm2。糧食產(chǎn)量也逐漸增多，如表2-1 所示。

表1 巨浪牧場種植業(yè)各時期糧食產(chǎn)量統(tǒng)計表Table 1 The statistics of grain output each period in Julang farm

通過表1 中的數(shù)據(jù)可以分析出：對比1991～1995年和1996～2000年農(nóng)田面積和糧食單產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，雖然1991～1995年因為開墾草原，耕地面積增加了266.7 hm2，糧食總產(chǎn)和產(chǎn)值略有增加，但平均單產(chǎn)卻是下降了。分析其主要原因一是開墾的這部分耕地，并不適合農(nóng)業(yè)種植，產(chǎn)量不高；二是配套農(nóng)業(yè)機械和耕作模式也沒有達到應(yīng)有的作用。在2001～2010年這十年期間，因為開始實行保護性耕作，退耕還林、還草，耕地面積雖然減少了104.6 hm2，而糧食平均單產(chǎn)卻沒有降低，反而增加了97.8 kg，主要原因就是開始推廣保護性耕作，建立滴灌區(qū)，摒棄了傳統(tǒng)耕作模式的弊端，糧食單產(chǎn)逐年增加。

通過以上對試驗區(qū)播種面積、糧食產(chǎn)量等數(shù)據(jù)分析我們可以得出如下結(jié)論：（1）傳統(tǒng)耕作模式下的糧食產(chǎn)量不高，經(jīng)濟效益不高，很難增加職工的收入。（2）保護性耕作模式具有蓄水保墑、坑旱節(jié)水，減少水土流失，抑制沙塵暴，培肥地力，提高土壤有機質(zhì)含量，降低作業(yè)成本，穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，增加農(nóng)民收入等優(yōu)點[9-10]。

因此研究、推廣應(yīng)用適合黑龍江省西部農(nóng)牧交錯區(qū)的保護性耕作模式，具有十分重要的意義。

3 農(nóng)牧交錯區(qū)農(nóng)業(yè)保護性耕作模式研究

3.1 大壟雙行玉米滴灌技術(shù)

在玉米種植過程中，采用大壟雙行玉米滴灌技術(shù)。秋季采用鵝掌式深松機深松（每二年深松一次），該技術(shù)是在不將土層翻轉(zhuǎn)的情況下，全方位深松，地表留殘茬覆蓋，后部環(huán)狀耙可一次完成破茬、地表碎土、鎮(zhèn)壓、合墑等工序；起大壟施肥，壟距1.3 m，采用大壟寬窄行種植，窄行距55 cm，在窄行內(nèi)鋪設(shè)滴灌管，寬行75 cm，便于中耕管理；春季用免耕播種機播種，播后用機械鋪設(shè)滴灌管[11]。

巨浪牧場2010年滴灌區(qū)建成后，在牧場科技示范園區(qū)內(nèi)對滴灌大壟雙行玉米栽培技術(shù)與傳統(tǒng)玉米栽培技術(shù)進行了4年的產(chǎn)量對比試驗，試驗結(jié)果如表2。

由表2 可以看出，除2013年受澇災(zāi)影響外，試驗區(qū)內(nèi)采用滴灌方式的玉米平均畝產(chǎn)量遠遠高于傳統(tǒng)種植方式。

表2 巨浪牧場滴灌區(qū)大壟雙行玉米與普通區(qū)玉米產(chǎn)量對比表Table 2 The comparison yield of drip irrigation area of big ridge double row and common area corn

3.2 抗旱免耕精量坐水播種一體化技術(shù)

根據(jù)農(nóng)牧交錯區(qū)春旱嚴重的特點，將農(nóng)機與農(nóng)藝技術(shù)集成于一體，采用小型農(nóng)機具機械開溝，利用水罐灌水，氣吸式播種機完成播種、施肥、覆土的聯(lián)合作業(yè)流程，相對于人工坐水播種降低了作業(yè)成本，提高了工作效率。田間試驗結(jié)果表明，采用該模式進行機械化坐水種，適宜坐水量為45 m3·hm-2，是常規(guī)溝灌水量600 m3·hm-2的7.5%，節(jié)水效果顯著，而產(chǎn)量基本持平[12]。同時，由于機械化坐水種可一次完成開溝、坐水、施肥、播種、覆土等多項作業(yè)，工作效率高，節(jié)約了人工和生產(chǎn)費用。

3.3 高留茬春季滅茬播種技術(shù)

采用玉米收獲機收獲玉米，玉米收獲機后部帶有秸桿粉碎裝置，可用于秸桿還田，也可根據(jù)養(yǎng)牛戶需要留下秸桿，將粉碎的玉米秸桿回收、黃貯。為滿足秸桿覆蓋率不低于30%，留茬高度為30～40 cm；春季機械耙茬起壟；免耕播種機播種。通過巨浪牧場試驗結(jié)果表明，該模式比傳統(tǒng)作業(yè)模式提高工作效率1倍以上，減少作業(yè)工序2～3 道，節(jié)約種子30 kg·hm-2，作物增產(chǎn)750 kg·hm-2，節(jié)本增效1350 元·hm-2，提高水資源利用率16%，年增土壤有機質(zhì)0.05%，增加休閑期蓄水量30%，有效地減少了水土流失和大風揚塵。

4 農(nóng)牧交錯區(qū)草原保護性耕作模式研究

研究區(qū)天然草場處于退化之中，草畜矛盾日益尖銳，直接威脅畜牧業(yè)發(fā)展。建立科學合理的牧草生產(chǎn)工藝體系，大力發(fā)展牧草生產(chǎn)機械化技術(shù)，對恢復(fù)草場植被，改善草原生態(tài)環(huán)境，迅速恢復(fù)和提高草原生產(chǎn)力有著重要意義。

4.1 農(nóng)牧交錯區(qū)退耕還林

為了改善生態(tài)環(huán)境，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高職工收入，巨浪牧場針對試驗區(qū)部分耕地土壤堿化、沙化嚴重，不適合繼續(xù)種植糧食作物等問題，開始改變部分土地種植結(jié)構(gòu)，退耕還草、還林。試驗區(qū)巨浪牧場2002年開始退耕還林，到2006年共退耕還林面積600 hm2。在退耕還林過程中，采取在退耕還林地塊打井，禁止在栽植樹木的地塊進行間種，以達到95%以上的樹木成活率。這種退耕還林模式得到了總局林業(yè)部門的認可，發(fā)展成為西部農(nóng)墾局退耕還林的效仿的模式。

4.2 農(nóng)牧交錯區(qū)禁牧養(yǎng)草和草原改良

為了防止草原進一步退化，試驗區(qū)巨浪牧場、綠色草原牧場2005年開始實施禁牧養(yǎng)草，2012 開始實施改良草原種植苜蓿草配套節(jié)水噴灌項目。項目建成后，對牧場及黑龍江墾區(qū)乃至全省發(fā)展質(zhì)量效益型現(xiàn)代畜牧業(yè)都起到了積極的推動作用和示范引領(lǐng)作用，在提高草原單位產(chǎn)出率同時起到了防風固沙、改良土壤環(huán)境的作用[13-15]。

試驗區(qū)巨浪牧場1999年在第三生產(chǎn)隊4 號地退耕種植紫花苜蓿52 hm2，到2001年取得了較好的經(jīng)濟效益，如表3。

表3 巨浪牧場退耕種植苜蓿草與耕地種植玉米效益對比（2001年）Table 3 The benefited comparison of planting alfalfa and planting corn

表4 綠色草原牧場草原改良后產(chǎn)草量及效益對比Table 4 The comparison of yield and benefit after improvement

參照上述模式，截至2012年，綠色草原牧場共改良草原種植苜蓿草800 hm2，應(yīng)用大型噴灌控制面積達到266.6 hm2；2013年改良草原種植苜蓿草達到4 200 hm2，大型噴灌控制面積達到0.13×104hm2。綠色草原牧場草原改良后效益對比如表4。

由上表可知，實施草原保護性耕作前，草原生態(tài)環(huán)境的保護和草場荒漠化的治理主要采取的方式是圍封休牧。隨著保護性耕作方式的應(yīng)用，在草場的改良、草原沙化治理方面取得了一定的效果。

綜上，在草原保護性耕模式中，可采用如下兩種模式：（1）在退化、鹽堿化嚴重的草原（如放牧區(qū)）宜采用免耕補播牧草或免耕松土補播牧草，在不破壞或少破壞天然草原原生植被的情況下，劃破原生植被、疏松土壤，補播適宜當?shù)氐膬?yōu)質(zhì)牧草，實現(xiàn)恢復(fù)草場的再生能力；（2）對草場植被有一定密度，但牧草品質(zhì)低的退化草原，宜建設(shè)大型噴灌項目，改良草質(zhì)[16-19]。

通過以上模式實現(xiàn)草原的保護性耕作，對防止草原進一步沙化退化，保護草原具有十分重要的意義。

5 黑龍江西部農(nóng)牧交錯區(qū)保護性耕作機具發(fā)展建議

在研究中發(fā)現(xiàn)，目前能夠滿足農(nóng)牧交錯區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，適合于大面積推廣應(yīng)用的保護性耕作機械技術(shù)性能和可靠性較差，真正實現(xiàn)節(jié)能高效的聯(lián)合作業(yè)難度較大，這在一定程度上影響了保護性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用。針對上述問題，結(jié)合試驗區(qū)農(nóng)業(yè)、草原保護性耕作模式的研究效果，提出以下發(fā)展建議：

（1）加強保護性耕作機具的研制和開發(fā)

加強保護性耕作技術(shù)的研制和開發(fā)力度，降低保護性耕作機械生產(chǎn)成本和價格，提高通用性能，提高機具的作業(yè)質(zhì)量。免耕播種機應(yīng)滿足良好的通過性、對表土擾動少、實現(xiàn)種肥分施等要求；深松要滿足離地間隙大，防止堵塞的要求；玉米收獲機要滿足扒皮凈度高，玉米破碎率小等要求。

（2）從單純的土壤耕作機具向綜合可持續(xù)方向發(fā)展

進一步將少耕、免耕、秸桿覆蓋技術(shù)與施肥技術(shù)、輪作制度，病蟲害防治技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)保護農(nóng)田水土資源、增加農(nóng)田有機質(zhì)含量、減少能源消耗環(huán)境污染、增產(chǎn)增收的綜合技術(shù)體系。

（3）加強免耕播種機濾水效率的研究工作

配套的自行式載水車是提高作業(yè)效率的重要措施，今后的研究工作重視濾水設(shè)備研究的開發(fā)和設(shè)備，實現(xiàn)便捷、快速地加水，減少輔助時間，以提高坐水種作業(yè)效率。

（4）加強田間雜草和病蟲害防治技術(shù)的研究

在不依靠翻耕和有秸桿覆蓋的情況下，對雜草和病蟲害進行控制。主要依靠輪作、秸桿覆蓋、噴施化學藥劑，機械和人工等相結(jié)合的綜合控制措施。特別加強作物秸桿還田后病蟲害的防治工作，消除或顯著降低病蟲對作物植株的危害，提高作物產(chǎn)量。

6 結(jié)論

通過研究國內(nèi)外農(nóng)牧交錯區(qū)保護性耕作模式和應(yīng)用的發(fā)展動態(tài)，分析了傳統(tǒng)耕作模式中存在的經(jīng)濟效益低和破壞生態(tài)環(huán)境等問題，結(jié)合農(nóng)牧交錯區(qū)特點，以巨浪牧場和綠色草原牧場為研究對象，對農(nóng)牧交錯區(qū)采用的保護性耕作模式進行了總結(jié)，得出了以下結(jié)論：

（1）為擴大保護性耕作的使用范圍，需要加強保護性耕作機具的研究。黑龍江地區(qū)保護性耕作技術(shù)推廣滯后的主要原因，是現(xiàn)有大型農(nóng)機具、保護性耕作機械與抗旱、秸桿回收機具不配套，需要加強對此類保護性耕作機具的研制和開發(fā)。

（2）研究區(qū)保護性耕作技術(shù)體系仍需要完善，尤其是對草原的保護性耕作。需實現(xiàn)少免耕、牧草補播和施肥技術(shù)、節(jié)水灌溉制度、病蟲害防治技術(shù)，最終達到抗旱、增產(chǎn)、提高效益的目的。

［1］黃彥.鹽堿土改良見成效草原披綠不是夢［J］.水利天地，2006（7）：27-29.

［2］邸穎.淺談國內(nèi)外保護性耕作發(fā)展概況［J］.農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，2008（3）：35-36.

［3］楊林，趙嘉琨，王衍，等.澳大利亞機械化旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)和保護性耕作考察報告［J］.農(nóng)機推廣，2001（3）：20-22.

［4］劉憲，劉博.澳大利亞農(nóng)業(yè)暨保護性耕作［J］.農(nóng)機質(zhì)量與監(jiān)督，2004（1）：42-43.

［5］王慶杰，李洪文，奚佳有，等.壟作區(qū)幾種保護性耕作種植模式研究［J］.農(nóng)機化研究，2009（7）：35-37.

［6］王金達，王起超，劉景雙，等.東北地區(qū)西部農(nóng)牧交錯區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)想［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2001（1）：25-27.

［7］白淑英，額爾敦格日樂，周薇.農(nóng)牧交錯區(qū)土地利用/覆被變化及其驅(qū)動力——以大慶市杜爾伯特蒙古族自治縣為例［J］.中國土地科學，2008（1）：16-22.

［8］劉武仁，鄭金玉，羅洋，等.東北黑土區(qū)玉米保護性耕作技術(shù)模式研究［J］.玉米科學，2007，15（6）：86-88.

［9］姚增福，趙海燕，周圍.大慶 地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展對策研究［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2013，25（4）：99-101.

［10］王明澤，任翠梅，郭麗.大慶市草原的現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.內(nèi)蒙古草業(yè)，2010，22（1）：15-16.

［11］陳勇，畢曉偉.旱地機械化保護性耕作模式的探討［J］.農(nóng)村牧區(qū)機械化，2004（4）：10.

［12］王玉晶，張煒，胡靖明，等.2BM-5 型圓盤式草原免耕播種機的研制［J］.農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2008（5）：34-35.

［13］王建軍.實施保護性耕作加快畜牧業(yè)草原生態(tài)建設(shè)［J］.農(nóng)村牧區(qū)機械化，2001（1）：21-22.

［14］于曉秋.北方寒地大規(guī)模水稻秧苗配送系統(tǒng)優(yōu)化［D］.大慶 ：黑龍江八一農(nóng)墾大學，2013.

［15］蘭秀英.機械化草原松土補播改良技術(shù)措施［J］.新疆農(nóng)機化，2007（4）：41-42.

［16］于子民.保護性耕作技術(shù)改良草原發(fā)展前景與實施［J］.農(nóng)村牧區(qū)機械化，2002（4）：32-34.

［17］吳占合，孫建東，段冬梅.退化草原機械化免耕補播、松土復(fù)壯改良工藝的實施條件及效果分析［J］.農(nóng)村牧區(qū)機械化，2007（4）：11-12.

［18］黃明智.保護性耕作態(tài)勢研究［J］.農(nóng)村牧區(qū)機械化，2007（2）：12-13.

［19］張義峰，楊景波，衣淑娟.牧草免耕播種與液體施肥機的設(shè)計［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，2011，23（4）：20-22.