淺談合理耕層構(gòu)建理論與技術(shù)

孫盼盼 張艷輝 岳楊 馬藝文 李巖 孟令斌 康恒董 本春

(通化市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，吉林梅河口135007)

目前我國東北地區(qū)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上仍以小型動(dòng)力作業(yè)為主。在生產(chǎn)上占據(jù)了主導(dǎo)地位的種植方式主要有用小四輪滅茬起壟然后于壟上播種或者用小型農(nóng)機(jī)淺旋耕后平播等。長期使用小四輪農(nóng)機(jī)作業(yè)，使耕層越來越薄，犁底層慢慢增厚，進(jìn)而導(dǎo)致耕層容量下降，土壤結(jié)構(gòu)性變差，土壤貯水能力、抗逆性等減弱，土壤剖面構(gòu)造呈 “波浪型”，影響玉米根系的下扎生長。因此，面對防止土壤退化、黑土保育、以及確保國家糧食安全的破切需求，通過改變耕作措施的方式來構(gòu)建合理耕層成為主要的解決方式。

1 土壤耕層問題與對策

現(xiàn)行的耕作制度產(chǎn)生了一些列的耕層問題，由于農(nóng)村耕地的分散經(jīng)營，在生產(chǎn)上大型農(nóng)機(jī)具的應(yīng)用急劇下降，小馬力的拖拉機(jī)成為主要功力，在這種制度下，黑土層變薄、耕層變淺，犁底層升高、加厚，耕層容量下降，耕層的土壤物理性狀變差，從而降低了土壤的保水、保肥能力，土壤養(yǎng)分的供應(yīng)數(shù)量、質(zhì)量與作物的需求相差變大，減弱了土壤的抗逆性[1-3]。

1.1 造成耕層問題的原因

1.1.1 種植制度不合理

東北地區(qū)栽培玉米的經(jīng)濟(jì)效益相對較高，農(nóng)民栽培技術(shù)相對熟練[4]。其次，玉米秸稈既可作為燃料，又可作為飼料，種植玉米可以一舉多得。因此，玉米的種植面積一直占有很高的比例，玉米連作代替了傳統(tǒng)的輪作制度[5]。連作玉米達(dá)到20a、30a以上的地區(qū)非常普遍。

1.1.2 施肥方式不合理

目前，農(nóng)田以施用化肥為主，有機(jī)肥施用很少，有很多地塊已多年未施用有機(jī)肥[6]。而且，近些年市場上的高氮復(fù)合肥越來越多，農(nóng)民多采用 “一炮轟”的施肥方式[7]，即在春季播種時(shí)一次性施入肥料，而且施肥量也逐年增多。

1.1.3 功力以小型農(nóng)機(jī)具為主

目前，玉米種植過程中使用的主流功力主要是小型農(nóng)機(jī)具和蓄力，大型農(nóng)機(jī)具數(shù)量嚴(yán)重不足。由于缺乏大型的農(nóng)機(jī)具，大多數(shù)農(nóng)田已有20a未進(jìn)行過深翻，采用小型農(nóng)機(jī)具將玉米跟茬打碎還田，旋耕起壟，深度很淺，一般在10cm左右[8]。

1.1.4 環(huán)境污染

由于氮肥的過度施用，造成了水體的富營養(yǎng)化，造成了環(huán)境的污染[9]。畜禽糞便，生活垃圾的任意堆放，工業(yè)廢氣、污水、固體殘?jiān)娜我馀欧?，造成了土壤的污染，使土壤中重金屬超?biāo)，改變了土壤的理化性狀及養(yǎng)分狀況。

1.1.5 水土流失

由于農(nóng)田秸稈一般都做焚燒處理，農(nóng)田覆蓋物少。東北地區(qū)春天風(fēng)力大，很容易造成風(fēng)蝕[10]；而在夏季，降水集中、強(qiáng)度大，容易造成土壤的侵蝕[11]；冬春季節(jié)的凍融交替，進(jìn)一步破壞了土壤結(jié)構(gòu)，使農(nóng)田黑土更加疏松，土壤的抗沖蝕能力下降[12]。

1.2 應(yīng)對措施

1.2.1 建立合理的耕作制度

依據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、經(jīng)濟(jì)條件、生產(chǎn)條件和技術(shù)條件，建立與之相適應(yīng)的耕作制度和施肥制度。在玉米的種植過程中以輕小型機(jī)具為主要功力進(jìn)行田間作業(yè)，每隔3a用大重型拖拉機(jī)在秋季深翻25～30cm。在收獲時(shí)高留茬或采用玉米聯(lián)合收割機(jī)將秸稈粉碎，將30%的玉米秸稈進(jìn)行還田[13]。

1.2.2 建立合理的施肥制度

針對目前農(nóng)田土地速效磷含量高、速效鉀含量不斷降低的養(yǎng)分現(xiàn)狀。優(yōu)化現(xiàn)在的施肥技術(shù)，要穩(wěn)定氮素的施用量，不要盲目的過量施用氮肥，造成玉米的貪青晚熟，籽粒品質(zhì)下降[14]。同時(shí)造成投入的增加及環(huán)境的污染。根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥鲤B(yǎng)分現(xiàn)狀，深施和分期施肥；要減少磷肥的施用量[15]，補(bǔ)充鉀肥、鋅肥及其他中微量元素的施用量。

2 合理耕層評價(jià)

土壤質(zhì)量是土壤綜合特性的反映，最早是在1977年，由Warkentin和Fletcher2人共同提出的[16]，是揭示土壤性狀動(dòng)態(tài)最敏感的指標(biāo)。土壤質(zhì)量是指土壤在生態(tài)系統(tǒng)中維持環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)動(dòng)植物的健康、保持生物生產(chǎn)力的能力[17]。土壤質(zhì)量是土壤理化特性、生物學(xué)特性以及形成這些特性條件的綜合反映，是土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤健康質(zhì)量和土壤肥力特性的有機(jī)聯(lián)系的綜合體。由于土壤肥力和土壤環(huán)境質(zhì)量是土壤質(zhì)量中最重要的2個(gè)評價(jià)因素，所以在對土壤質(zhì)量評價(jià)時(shí)，應(yīng)該將環(huán)境質(zhì)量和肥料水平二者更好地結(jié)合起來，不可偏頗。

目前國際上對于土壤質(zhì)量的評價(jià)方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的方法。常見評價(jià)方法可以分為定性評價(jià)和定量評價(jià)。定性評價(jià)是指通過對土壤的外觀進(jìn)行觀察，并且通過其他表象來評價(jià)土壤質(zhì)量的優(yōu)劣[18]。比如通過觀察土壤中動(dòng)物、耕層、滲透性等情況對土壤進(jìn)行分級，并對每項(xiàng)觀察指標(biāo)各等價(jià)進(jìn)行十分詳盡的描述，進(jìn)而得到土壤評價(jià)的定性情況。但是采用此方法進(jìn)行土壤評價(jià)過程中，選取評價(jià)指標(biāo)、構(gòu)建評價(jià)方法和評價(jià)結(jié)果的分級都存在很大的爭議和缺憾。

3 合理耕層構(gòu)建與農(nóng)機(jī)具配套

3.1 合理耕層的構(gòu)建

東北旱作區(qū)水資源嚴(yán)重缺乏，通過合理耕層的構(gòu)建可以很好地解決這個(gè)問題。在科研和生產(chǎn)中，明確以改土、蓄水、保墑為核心內(nèi)容，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤的侵蝕，進(jìn)而提高土壤肥力和蓄水保墑能力、保護(hù)生態(tài)環(huán)境；徹底改變以淺旋耕壟作為主的耕作方式、形成一種新的更適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護(hù)性耕作模式、保證東北農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.1.1 留高茬自然腐爛還田

在農(nóng)家肥肥源不充足，秸稈安全還田沒有適宜方法的時(shí)候，可以通過留高茬自然腐爛進(jìn)行還田，留茬高度在30～50cm，秸稈的還田量可以達(dá)到占秸稈總量的30%左右。這種方法既可以增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，起到培肥地力的效果，還可以減少土壤的風(fēng)蝕[19]。

3.1.2 茬帶寬幅深松

3.1.3 行間精密播種

在播種的時(shí)候，可以在上年留茬的行間采取精量播種。這樣不僅節(jié)約了用種量，而且降低了生產(chǎn)的成本。

3.1.4 苗帶和茬帶交替休閑

通過在苗帶和茬帶的隔年輪換種植，形成交替休閑的耕種方式，可以很好地恢復(fù)地力，保證苗帶的土壤環(huán)境始終處于良好的狀態(tài)。通過深松建立起來的土壤水庫，解決了因干旱造成的土壤水分供應(yīng)不足的問題，為作物的生長提供更加充足的水分。

3.2 配套農(nóng)機(jī)具的研發(fā)

配套農(nóng)機(jī)具的研發(fā)要以打破犁底層、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，構(gòu)建合理耕層為目的，在研發(fā)農(nóng)機(jī)具時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：研發(fā)可以進(jìn)行全方位耕層復(fù)式作業(yè)的配套機(jī)具。全方位耕層復(fù)式作業(yè)即一次作業(yè)就可完成深松、碎土、施肥、起壟、鎮(zhèn)壓等多道工序，同時(shí)能夠打破犁底層，改善土壤通氣性；研發(fā)合理分層施肥的播種機(jī)具。將播種與分層施肥技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定量分層施肥的效果，達(dá)到省時(shí)省工、提高肥料利用率的目的[21，22]。

4 總結(jié)

合理的耕層結(jié)構(gòu)可以協(xié)調(diào)土壤環(huán)境中水、肥、氣、熱的關(guān)系[28]，有利于作物的生長發(fā)育，已達(dá)到作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的[29]，合理耕層的構(gòu)建還可以為耕作機(jī)具的研發(fā)及應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。土壤耕作技術(shù)以及配套機(jī)具的研制是作物生產(chǎn)過程中的第一環(huán)節(jié)，也是提高土壤肥力和構(gòu)建合理耕層的有效措施。近些年來，我國在土壤耕作的研究上獲得了一系列的技術(shù)成果，但這些成果大都是單項(xiàng)技術(shù)，針對不同土壤類型和不同種植制度的合理耕層構(gòu)建技術(shù)以及與之配套的耕作機(jī)具尚未成型。隨著科技及經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，各地都需要?jiǎng)?chuàng)建適用于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境特點(diǎn)的合理耕層構(gòu)建技術(shù)，研發(fā)與之配套的耕作機(jī)具，建立合理耕層構(gòu)建技術(shù)集成模式，并大力推廣應(yīng)用。這對增加耕地?cái)?shù)量、提高耕地生產(chǎn)能力以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)田高效持續(xù)利用都具有重要意義。