免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)研究現(xiàn)狀及在烏蘭察布市應(yīng)用可行性分析

郭建軍， 曹 彥， 梅 雪， 趙培軍， 郭曉晴， 許國(guó)文， 焦欣磊， 王小明

（1. 烏蘭察布市農(nóng)林科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015199）

0 引言

烏蘭察布市地處中國(guó)正北方，內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，地理位置優(yōu)越，交通便利。其氣侯四季分明，全年降水少，冬季寒冷，春季風(fēng)大，土壤大量失水，春播難。春季地溫回升慢，夏季短促，秋季降霜早，積溫低，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源匱乏。烏蘭察布市旱地占耕地面積的絕大部分，耕層土體含水率低，再加上水分大量蒸發(fā)，很難滿足種子萌發(fā)需求。近年來(lái)水資源的肆意開(kāi)發(fā)利用，導(dǎo)致灌溉面積的繼續(xù)擴(kuò)大已接近極限。這不僅是烏蘭察布市面臨的問(wèn)題，也是北方旱作區(qū)普遍面臨的共性問(wèn)題。我國(guó)85%旱地分布在昆侖山、秦嶺、淮河以北的廣大地區(qū)，約占全國(guó)耕地總面積的52%，能否高效利用這些旱地資源，對(duì)保障國(guó)家糧食安全意義重大[1]。

目前，我國(guó)北方主要以旱作農(nóng)業(yè)為主，但由于水資源短缺，我國(guó)耕地干旱程度在不斷加劇，再加上長(zhǎng)期以來(lái)不合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)使我國(guó)旱作區(qū)土地水土流失嚴(yán)重，成為農(nóng)業(yè)發(fā)展中的難題[2]。雖然烏蘭察布市生態(tài)環(huán)境脆弱，但關(guān)于其保護(hù)性耕作的研究較少。目前關(guān)于免耕播種及施肥機(jī)的研究較多，但是免耕補(bǔ)水播種機(jī)的研究較少，免耕播種施肥機(jī)缺少補(bǔ)水功能，對(duì)于類似烏蘭察布市的缺水地區(qū)，沒(méi)有補(bǔ)水功能的免耕播種機(jī)種植效果不理想。本文介紹保護(hù)性耕作研究現(xiàn)狀和免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)研究現(xiàn)狀，分析免耕補(bǔ)水播種機(jī)在烏蘭察布市應(yīng)用的可行性，為在烏蘭察布市等北方干旱區(qū)開(kāi)展免耕補(bǔ)水播種機(jī)的研究及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 保護(hù)性耕作

1.1 概念

保護(hù)性耕作是指通過(guò)少耕、免耕，地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施，減少土壤風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，蓄水保墑、節(jié)本增效，可以獲得生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)[3-4]。該技術(shù)的核心環(huán)節(jié)是作物殘茬覆蓋和免耕播種作業(yè)，在進(jìn)行播種前，選用先進(jìn)的耕種設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農(nóng)耕方式，可以一次性完成開(kāi)溝、播種、施肥等工作。保護(hù)性耕作取消了鏵式犁翻耕，保留地表覆蓋物，具有傳統(tǒng)耕作無(wú)法相比的效益，最大化減少土壤耕作，對(duì)農(nóng)田實(shí)行免耕、少耕，減少對(duì)土體的擾動(dòng)，是提高土壤肥力和抗旱能力的可持續(xù)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)[5-9]。

1.2 優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)的精耕細(xì)作農(nóng)藝，保護(hù)性耕作可有效控制土壤水土流失，鎖住土壤水分，提高水分利用率，改善土壤可耕作性，減少土壤壓實(shí)，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境；減少地表徑流，增加雨雪滲入量，提高土壤蓄水保墑能力，提高表層土壤大團(tuán)聚體含量，提高土壤有機(jī)碳含量，保持和改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，培肥地力；增加土壤中微生物數(shù)量，提高土壤中生物活性；減少勞動(dòng)力投入，節(jié)省燃料，減少機(jī)器磨損，減少勞動(dòng)時(shí)間，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入[10-13]。

1.3 北方旱作區(qū)保護(hù)性耕作研究現(xiàn)狀

20 世紀(jì)90 年代，農(nóng)業(yè)工作者開(kāi)始探索旱作農(nóng)業(yè)保護(hù)性耕作增產(chǎn)的效益分析研究，明確了保護(hù)性耕作的完整概念[14-17]。2002 年開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模推廣保護(hù)性耕作，而主要開(kāi)展區(qū)域集中在北方旱作農(nóng)區(qū)[15]。齊華等[17]總結(jié)了我國(guó)北方旱作農(nóng)田保護(hù)性耕作主要成就，其中包括節(jié)水減排型保護(hù)性耕作技術(shù)，玉米小麥少免耕播種技術(shù)，探索秸稈還田新型保護(hù)性耕作制度，并對(duì)北方旱作農(nóng)田保護(hù)性耕作進(jìn)行了展望。賈洪雷等[18]闡述了北方旱作區(qū)保護(hù)性耕作關(guān)鍵技術(shù)，其中包括地表覆蓋、少耕免耕技術(shù)，并總結(jié)出6 項(xiàng)新技術(shù)。余海英等[19]通過(guò)田間試驗(yàn)，研究了免耕與傳統(tǒng)翻耕條件下北京地區(qū)土壤水分的變化規(guī)律及其對(duì)土壤質(zhì)地的影響，結(jié)果表明免耕對(duì)土壤水分利用率和玉米產(chǎn)量都有所提高。

1.4 烏蘭察布市保護(hù)性耕作研究現(xiàn)狀

烏蘭察布市關(guān)于保護(hù)性耕作的報(bào)道很少，2017 年烏蘭察布市市政府辦公廳出臺(tái)《烏蘭察布市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)2017 年烏蘭察布市農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)補(bǔ)助試點(diǎn)工作方案的通知》文件，要求11 個(gè)旗縣市區(qū)政府全面抓緊落實(shí)。張祚恬[20]開(kāi)展了烏蘭察布市后山旱作區(qū)保護(hù)性耕作的實(shí)踐與探索，分析機(jī)械化保護(hù)性耕作技術(shù)對(duì)生態(tài)的保護(hù)作用，以及對(duì)小麥、油菜籽、玉米等作物的增產(chǎn)效果。研究結(jié)果表明，機(jī)械化保護(hù)性耕作在烏蘭察布市后山地區(qū)可提高作物的抗旱能力和水分利用效率，減少風(fēng)蝕、水蝕，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，保護(hù)生態(tài)，降低投入，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收。

2 免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)研究概況

免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)是利用坐水播種原理，將人工坐水播種機(jī)械化。坐水播種是一種抗旱耕作栽培模式，局部有限灌溉方法，又稱抗旱點(diǎn)種，指在播種時(shí)先注水后播種，使種子周圍形成濕土團(tuán)，作物種子恰好坐落在濕潤(rùn)過(guò)的土上。坐水播種方式的優(yōu)點(diǎn)：可以提高墑情，保證種子發(fā)芽與出苗；增加積溫，縮短出苗時(shí)間；提高肥效，根系健壯；節(jié)水[21]。機(jī)械化坐水播種技術(shù)普遍適用于我國(guó)旱作地區(qū)，其中包括北方干旱、半干旱地區(qū)。該技術(shù)可以保證適時(shí)春播，保證作物產(chǎn)量。坐水播種機(jī)種類很多，其按灌水方式的不同主要分為穴灌坐水播種機(jī)和條灌坐水播種機(jī)[22]。

青苡任等[22]開(kāi)展了我國(guó)旱作地區(qū)坐水播種機(jī)械研究，介紹了機(jī)械坐水播種的產(chǎn)生、優(yōu)勢(shì)及適用地區(qū)，分析了相關(guān)機(jī)械的技術(shù)要點(diǎn)、技術(shù)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題和不足。何俊達(dá)等[23]針對(duì)免耕施水播種機(jī)施水量的問(wèn)題，開(kāi)展試驗(yàn)測(cè)定不同行距玉米的施水量范圍，為夏玉米施水播種機(jī)高效使用提供可靠理論依據(jù)。段益平等[24]針對(duì)免耕播種作業(yè)時(shí)殘茬秸稈壅堵機(jī)具等問(wèn)題，系統(tǒng)闡述了國(guó)內(nèi)外免耕播種防堵技術(shù)研究進(jìn)展及應(yīng)用概況，提出免耕播種防堵技術(shù)發(fā)展建議。孫海全等[25]開(kāi)展了免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)的研究，機(jī)具上安裝了免耕補(bǔ)水裝置，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)施肥、播種、節(jié)水補(bǔ)灌等一系列操作，補(bǔ)水提墑的同時(shí)提高了水肥利用率。孫文良[26]設(shè)計(jì)了玉米免耕補(bǔ)水播種機(jī)設(shè)備構(gòu)成，并得出玉米免耕補(bǔ)水播種機(jī)機(jī)組作業(yè)速度、補(bǔ)水量和出口安裝形式的最佳播種效果組合。姜鑫銘[4]研究了秸稈覆蓋條件下播種機(jī)振動(dòng)對(duì)排種器工作性能的影響規(guī)律，進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的減振工作部件以減小免耕播種機(jī)振動(dòng)，提高播種質(zhì)量。白曉虎[27]以免耕播種機(jī)的關(guān)鍵部件為對(duì)象，以理論研究為基礎(chǔ)，通過(guò)機(jī)械性能試驗(yàn)優(yōu)化參數(shù)，改善關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，其中包括圓盤破茬刀。劉艷芬等[28]設(shè)計(jì)了輕量化玉米壟作免耕播種機(jī)，這種播種機(jī)的特點(diǎn)是其自身質(zhì)量是普通免耕播種機(jī)的一半，減輕壓實(shí)，可以利用拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)破茬深度。王韋韋等[29]針對(duì)傳統(tǒng)玉米免耕播種機(jī)在高茬、留茬地作業(yè)時(shí)存在開(kāi)溝壅堵、架種、晾種等問(wèn)題，通過(guò)防堵裝置的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)式秸稈移位防堵裝置。針對(duì)行間互作模式和寬窄行交替休閑模式，賈洪雷等[30]采用組合刀片式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種免耕播種機(jī)防堵裝置?？傮w來(lái)說(shuō)，免耕播種機(jī)尤其是玉米免耕播種機(jī)研究較多，但是關(guān)于免耕補(bǔ)水播種機(jī)，尤其是北方干旱、半干旱區(qū)域的研究較少。

3 免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)應(yīng)用可行性分析

3.1 技術(shù)可行性

免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)可以解決干旱、半干旱地區(qū)播種季節(jié)因干旱少雨、耕層土壤含水量低而導(dǎo)致出苗難、保苗難的問(wèn)題，在保留和優(yōu)化現(xiàn)有免耕播種機(jī)免耕播種和免耕施肥功能的基礎(chǔ)上，增加了免耕補(bǔ)水新功能，保留免耕播種機(jī)保墑優(yōu)勢(shì)的同時(shí)通過(guò)免耕補(bǔ)水裝置向種床同步同位施入水分，實(shí)現(xiàn)了施肥、播種、節(jié)水補(bǔ)灌等“一條龍”作業(yè)，達(dá)到補(bǔ)墑和提墑的雙重效果，降低補(bǔ)種、重播風(fēng)險(xiǎn)，減少人力、物力的投入，最終實(shí)現(xiàn)提高出苗率的目的，為豐產(chǎn)增收創(chuàng)造有利條件。為抵御春旱、提高出苗率，該裝置相比滴灌、大水漫灌等補(bǔ)水種植形式，大大降低了灌溉用水的使用量，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本和勞動(dòng)力消耗。節(jié)水、保苗、高效的機(jī)械化免耕補(bǔ)水種植模式，對(duì)于春旱但土壤地表5 cm 以下還有一定墑情的耕地非常適用，能夠?yàn)榭购当Ｃ鐘Z豐收奠定基礎(chǔ)。

3.2 政策可行性

由于近幾年地下水資源日漸緊張，國(guó)家大力推進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)耕作方式，烏蘭察布市也開(kāi)展了大規(guī)模的水澆地退改旱工作。免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)可解決烏蘭察布市旱作區(qū)春旱播種難的問(wèn)題，并且可節(jié)約大量的農(nóng)田用水。

3.3 效益可行性

免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)在旱作農(nóng)業(yè)中節(jié)水補(bǔ)灌，起到提墑和補(bǔ)墑的作用，可降低補(bǔ)種風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約人力物力成本，降低生產(chǎn)成本，保證出苗數(shù)和出苗率，比普通免耕播種機(jī)出苗率增加10%左右，可保證作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益[25]。免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)的生產(chǎn)造價(jià)并不高，在播種的過(guò)程中只需耗費(fèi)燃油動(dòng)力費(fèi)用，在農(nóng)民可以承受的范圍內(nèi)。

3.4 社會(huì)可行性

近幾年農(nóng)民的文化水平升高，科學(xué)種田的意識(shí)提高，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的接受程度提高，免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)在烏蘭察布地區(qū)等北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)推廣，農(nóng)民的接受程度高、社會(huì)基礎(chǔ)好。

3.5 生態(tài)可行性

免耕補(bǔ)水播種機(jī)在播種作業(yè)時(shí)，不僅保留了免耕播種機(jī)保墑的優(yōu)勢(shì)，還可以根據(jù)土壤墑情調(diào)控水流大小，向播種行進(jìn)行補(bǔ)水，相比滴管、大水漫灌等補(bǔ)水種植形式，大大降低灌溉用水量，對(duì)于烏蘭察布地區(qū)干旱程度嚴(yán)重、地下水缺乏、水土流失嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境來(lái)說(shuō)，具有生態(tài)的可行性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總結(jié)分析了免耕補(bǔ)水施肥播種機(jī)研究現(xiàn)狀，以及在內(nèi)蒙古烏蘭察布市的應(yīng)用可行性。烏蘭察布市降雨量少、蒸發(fā)量大，十年九旱，旱地占耕地面積的絕大部分，耕層土壤含水率低，種子難以發(fā)芽出苗。目前在烏蘭察布地區(qū)還沒(méi)有免耕補(bǔ)水播種機(jī)的銷售及大范圍使用，也沒(méi)有成熟的機(jī)型，可以根據(jù)烏蘭察布市具體情況，引進(jìn)成熟機(jī)型，在應(yīng)用及推廣的過(guò)程中，引進(jìn)的機(jī)械需要做出相應(yīng)的調(diào)整，并通過(guò)大量的試驗(yàn)反復(fù)磨合驗(yàn)證，還可以根據(jù)烏蘭察布地區(qū)自身的氣候條件等，研發(fā)適合當(dāng)?shù)氐拿飧a(bǔ)水施肥播種機(jī)。