保護(hù)性耕作研究進(jìn)展綜述

王歡元 童 偉

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.國(guó)土資源部退化及未利用土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；3.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；4.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075）

當(dāng)前我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著許多嚴(yán)峻的問題，如水資源嚴(yán)重短缺、水氮利用效率不高、硝酸鹽污染水體、土壤退化、水土流失、沙塵暴頻繁發(fā)生和作物秸稈焚燒對(duì)環(huán)境的破壞等，亟待應(yīng)用新的技術(shù)來解決。而保護(hù)性耕作（如少耕和免耕）在節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約能源、增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)、減少作業(yè)環(huán)節(jié)、降低生產(chǎn)成本和增加農(nóng)民收入等方面具有獨(dú)特的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)功能。因此，近年來許多地區(qū)都嘗試通過推行保護(hù)性耕作技術(shù)來緩解上述問題。

保護(hù)性耕作是指在一定的生產(chǎn)周期內(nèi)，盡量減少機(jī)械耕作的次數(shù)或者既不耕不耙也不中耕。其主要是通過微生物的作用進(jìn)行土壤耕作，通過殘茬覆蓋來減輕雨水對(duì)表土的沖擊和土粒的移動(dòng)，從而減少地面徑流和土面水分蒸發(fā)。因此，與傳統(tǒng)耕作（翻耕）相比，保護(hù)性耕作具有諸如減少?gòu)搅骱驼舭l(fā)；增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力；降低生產(chǎn)成本，增加農(nóng)民收入等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，保護(hù)性耕作在改善生態(tài)環(huán)境、培肥地力和提高資源利用效率等方面將發(fā)揮重要作用。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用也越來越受到了人們的關(guān)注。

1 保護(hù)性耕作在國(guó)內(nèi)外的推廣應(yīng)用情況

在國(guó)外，免耕最早是20世紀(jì)30年代為防止土壤風(fēng)蝕而采取的措施，20世紀(jì)60年代得到迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球免耕種植面積已超過9 500萬hm2，但主要分布在美國(guó)、加拿大、澳大利亞、巴西、阿根廷等國(guó)家。在我國(guó)，自20世紀(jì)70年代后期開始了免耕的系統(tǒng)研究，政府從2002年開始示范和推廣保護(hù)性耕作?，F(xiàn)在已經(jīng)在13個(gè)省市的60個(gè)縣進(jìn)行了試點(diǎn)，包括北京、天津、遼寧、河北、河南、陜西、甘肅、寧夏、青海和新疆等省區(qū)市，示范面積從2003年的13萬hm2計(jì)劃發(fā)展到2015年的1 000萬hm2。雖然做了很多努力，但目前我國(guó)保護(hù)性耕作的面積僅占全世界保護(hù)性耕作面積的0.2%。由于與免耕種植相關(guān)的播種機(jī)、施肥、雜草防除、秸稈和土壤管理技術(shù)未能配套，我國(guó)小麥免耕的研究和應(yīng)用未能得到進(jìn)一步發(fā)展。玉米秸稈還田免耕播種小麥技術(shù)的采用率僅為7.4%，無法成為主流。

2 保護(hù)性耕作對(duì)土壤蒸發(fā)的影響

大多數(shù)研究認(rèn)為，保護(hù)性耕作由于地表秸稈覆蓋而減少了土表太陽輻射，降低了土表溫度，可以有效控制蒸發(fā)。同時(shí)，覆蓋的秸稈阻擋了水汽的上升，因此保護(hù)性耕作條件下土壤蒸發(fā)顯著減少。例如，Wang［1］和黃明［2］等基于田間試驗(yàn)得出華北平原免耕可以減少農(nóng)田土壤蒸發(fā)。但也有研究得出相反的結(jié)論，Moret等［3］應(yīng)用SiSPAT模型研究了傳統(tǒng)耕作、少耕、免耕下的農(nóng)田水分平衡，研究發(fā)現(xiàn)耕作措施降低了短期的土壤水分，免耕的蒸發(fā)量要大于少耕和傳統(tǒng)耕作。這些研究發(fā)現(xiàn)免耕土壤孔隙具有良好的連續(xù)度，會(huì)導(dǎo)致水分蒸發(fā)損失較多。分析這兩種截然對(duì)立的結(jié)論，原因可能是由于研究者所選擇研究區(qū)的氣候類型不同所導(dǎo)致。歸納分析可以看出，對(duì)于越干旱的地區(qū)，保護(hù)性耕作對(duì)減少土壤蒸發(fā)的作用越顯著。而對(duì)于較濕潤(rùn)地區(qū)，保護(hù)性耕作對(duì)于土壤蒸發(fā)的影響則存在多種可能。

3 保護(hù)性耕作對(duì)水氮運(yùn)移的影響

有機(jī)氮含量、溫度、水分、土壤動(dòng)物、土壤微生物、質(zhì)地和耕作方式等都會(huì)對(duì)土壤氮礦化有所影響，特別是溫度和水分是氮礦化的主要影響因素，并且他們存在明顯的交互作用。不同的耕作方式影響土壤的容重、孔隙度、理化性質(zhì)等，間接導(dǎo)致了土壤氮礦化過程的差異。很多學(xué)者研究的免耕措施會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田二氧化氮排放量增加。

耕作措施是增加還是減少農(nóng)田氮素淋失也存在不同的研究結(jié)果。耕作易于造成硝態(tài)氮淋失的解釋是結(jié)構(gòu)性好的土壤耕作后產(chǎn)生大的土壤比表面積和短的彌散路徑，免耕易于造成硝態(tài)氮淋失的解釋是蚯蚓的數(shù)量和活性得以提高，形成大的土壤孔徑。研究者得出何種結(jié)論與在何種質(zhì)地土壤上進(jìn)行研究有很大關(guān)系。在沙壤土上進(jìn)行的研究認(rèn)為，耕作增加了硝態(tài)氮的淋失，由于耕翻創(chuàng)造了良好的通氣狀況，易于硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化作用，對(duì)土壤中氮素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮有促進(jìn)作用。

Azevedo等［4］用RZWQM模型在排水條件下做了鏵式犁和免耕下氮素淋失的靈敏性分析，發(fā)現(xiàn)免耕條件下排水中的氮素淋失比鏵式犁耕作高。Kumar等［5］利用RZWQM模型研究了鑿式犁耕作、鏵式犁耕作、免耕、起壟耕作4種耕作管理對(duì)農(nóng)田水氮運(yùn)移的影響，發(fā)現(xiàn)鏵式犁和免耕處理土壤剖面的硝態(tài)氮要比鑿式犁和起壟耕作高。Ma等［6］利用RZWQM模型研究了不同種植制度、耕作（免耕、起壟耕作、鑿式犁耕作、鏵式犁耕作）對(duì)作物產(chǎn)量的硝態(tài)氮淋失的影響，結(jié)果表明，隨著耕作強(qiáng)度的增加，排水中的氮濃度有增加趨勢(shì)。Xu等［7］利用WAVE模型研究了傳統(tǒng)耕作、免耕和翻耕下的水分平衡各組分，發(fā)現(xiàn)在通常氣象條件下傳統(tǒng)耕作和免耕下的水分平衡各組分類似，但深翻下的水分平衡各組分有很大不同。

4 保護(hù)性耕作對(duì)作物產(chǎn)量的影響

很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)冬小麥免耕可以增產(chǎn)，但也有學(xué)者指出冬小麥季的免耕措施雖然對(duì)土壤物理性狀改良、有機(jī)碳和氮儲(chǔ)量增加、土壤動(dòng)物多樣性有益，但其對(duì)作物生產(chǎn)產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng)。一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)免耕造成冬小麥產(chǎn)量顯著減少，出現(xiàn)減產(chǎn)的原因可能一是因?yàn)橥寥垒^高的機(jī)械阻力和土壤通氣不良，影響作物根系的生長(zhǎng)，從而限制了作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致冬小麥出苗困難或麥苗長(zhǎng)勢(shì)較弱；二是冬小麥苗期和返青期的“低溫效應(yīng)”對(duì)冬小麥早期生長(zhǎng)影響很大，推遲了返青期，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降［8-10］。

5 結(jié)語

我國(guó)的耕地資源非常有限，人口壓力巨大，提高農(nóng)田水氮利用效率和作物產(chǎn)量，減少資源消耗和氮肥農(nóng)業(yè)面源污染，降低農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，是當(dāng)前我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的一個(gè)重要而緊迫的問題。在當(dāng)前資源短缺與環(huán)境保護(hù)矛盾日益突出的情況下，保護(hù)性耕作對(duì)于農(nóng)田環(huán)境節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的作用仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)研究。國(guó)內(nèi)外的研究人員對(duì)保護(hù)性耕作的影響因素進(jìn)行了大量的研究，雖然不同學(xué)者對(duì)于相同因素的研究存在不同的結(jié)論，但探索造成不同結(jié)論背后的原因更有助于大家全面客觀地認(rèn)識(shí)保護(hù)性耕作的作用，而這些研究也無疑推動(dòng)了我國(guó)對(duì)于保護(hù)性耕作在不同區(qū)域、不同氣候類型、不同土壤類型等條件下推廣應(yīng)用的步伐。各個(gè)領(lǐng)域的專家學(xué)者還需進(jìn)一步探索研究保護(hù)性耕作可行的技術(shù)體系和調(diào)控原理。