保護(hù)性耕作的機(jī)械化實(shí)施流程與效益分析

周佰荷，陳慶發(fā)

(蛟河市農(nóng)業(yè)機(jī)械管理總站，吉林 蛟河 132500)

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的推廣普及，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化水平持續(xù)提高，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，機(jī)械化耕整地也造成了較為嚴(yán)重的土壤退化問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)政府部門加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)耕地保護(hù)相關(guān)工作，積極推廣保護(hù)性耕作技術(shù)，越來(lái)越多農(nóng)民認(rèn)識(shí)到了耕地保護(hù)的重要性，以吉林省為例，2019年以來(lái)，保護(hù)性耕作實(shí)施面積實(shí)現(xiàn)了連續(xù)增長(zhǎng)，截至2022年，吉林省保護(hù)性耕作實(shí)施面積達(dá)到218.87萬(wàn)hm2，保護(hù)性耕作的實(shí)施不僅有效保護(hù)了吉林省寶貴的黑土地資源，而且對(duì)提高糧食產(chǎn)量、抗旱保墑、肥藥雙減等方面作用明顯。與此同時(shí)，保護(hù)性耕作技術(shù)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一項(xiàng)新技術(shù)，與傳統(tǒng)生產(chǎn)模式及理念存在較大差異，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者對(duì)該技術(shù)的規(guī)范實(shí)施對(duì)于耕地保護(hù)的最終質(zhì)量影響很大。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀與特征

保護(hù)性耕作概念于20世紀(jì)40年代由美國(guó)提出，其目的是改善長(zhǎng)時(shí)間機(jī)械化耕整地造成的土壤風(fēng)蝕、水蝕等退化問(wèn)題，利用農(nóng)作物秸稈殘茬覆蓋地表，采用免耕、少耕的耕作模式，結(jié)合化學(xué)植保技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)耕地保護(hù)，長(zhǎng)期應(yīng)用可顯著恢復(fù)耕地地力。我國(guó)對(duì)于保護(hù)性耕作技術(shù)的研究起始于20世紀(jì)70年代，前期主要以研究探索為主，2002年以后，在國(guó)家農(nóng)業(yè)部的組織規(guī)劃下，逐漸開始推廣應(yīng)用這一新技術(shù)，經(jīng)過(guò)近20年的技術(shù)推廣，華北、東北、西北地區(qū)的保護(hù)性耕作生產(chǎn)模式已經(jīng)初具規(guī)模，北京、天津、山西、河北、內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、陜西、甘肅等省(市、自治區(qū))的保護(hù)性耕作工作取得了明顯成效。

保護(hù)性耕作的實(shí)施是將約30%～50%的作物秸稈殘茬覆蓋在耕地表面，利用覆蓋作用減少土壤的風(fēng)蝕、水蝕，并通過(guò)秸稈降解增加土壤肥力。同時(shí)秸稈覆蓋層還有利于自然降水滲入土壤中，減少地表徑流造成的水資源浪費(fèi)，并有利于形成地下水庫(kù)，提高耕地抗旱能力。東北三省及內(nèi)蒙古自治區(qū)2022年保護(hù)性耕作實(shí)施面積如圖1所示，由于地理氣候條件限制，我國(guó)北方地區(qū)的人均水資源不足1 000 m3，僅為南方人均水資源的30%～40%，北方地區(qū)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉用水量達(dá)到用水總量的60%～75%，農(nóng)業(yè)用水的水資源利用率較低，保護(hù)性耕作十分適宜在我國(guó)北方地區(qū)應(yīng)用。同時(shí)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)流程復(fù)雜，僅耕地處理和播種施肥就需要5～10次機(jī)械化作業(yè)，農(nóng)機(jī)作業(yè)不僅浪費(fèi)能源，而且會(huì)造成大量的CO2、NOx等有害氣體排放，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方地區(qū)的保護(hù)性耕作面積若達(dá)到70%，則全國(guó)CO2排放量可降低4%，NOx排放可降低5%～7%[1]。

圖1 東北三省及內(nèi)蒙古自治區(qū)2022年保護(hù)性耕作實(shí)施面積

2 保護(hù)性耕作實(shí)施流程

隨著保護(hù)性耕作技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)用，其在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中形成了較為系統(tǒng)的技術(shù)體系，以我國(guó)東北地區(qū)為例，主要糧食作物為一年一季，根據(jù)作物種類的不同，保護(hù)性耕作的實(shí)施流程也存在明顯差異，圖2所示為東北地區(qū)小麥和玉米的常規(guī)保護(hù)性耕作生產(chǎn)流程?？梢?jiàn)無(wú)論流程順序和細(xì)節(jié)有何差異，但主體的工藝步驟都包括秸稈粉碎覆蓋、免耕或少耕整地、雜草及病蟲害防治、隔年深松等[2]。

圖2 東北地區(qū)小麥和玉米的常規(guī)保護(hù)性耕作生產(chǎn)流程

2.1 秸稈粉碎覆蓋

秸稈粉碎覆蓋是保護(hù)性耕作的關(guān)鍵流程之一，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域差異和作物品種的不同，秸稈覆蓋的形式也存在明顯差異，在東北地區(qū)的保護(hù)性耕作農(nóng)田習(xí)慣采用秸稈全量覆蓋或部分覆蓋的模式，即當(dāng)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)出量事宜，例如小麥秸稈，通常采用全量還田；當(dāng)秸稈產(chǎn)量較大，為保證保護(hù)性耕作質(zhì)量，可將產(chǎn)出的秸稈一部分運(yùn)離田間，剩下的秸稈進(jìn)行粉碎覆蓋，如玉米秸稈。近年來(lái)從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際來(lái)看，秸稈粉碎主要通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是利用農(nóng)作物聯(lián)合收獲機(jī)在收獲糧食的同時(shí)完成秸稈粉碎；二是部分收獲機(jī)或人工收獲會(huì)將秸稈割斷后放倒于田間，此時(shí)應(yīng)利用專用的秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行秸稈粉碎作業(yè)，為更好保證保護(hù)性耕作的質(zhì)量，秸稈粉碎的長(zhǎng)度通常應(yīng)控制在10 cm以下，過(guò)長(zhǎng)的秸稈可能會(huì)影響覆蓋質(zhì)量。根據(jù)不同的保護(hù)性耕作技術(shù)路線，部分農(nóng)作物在進(jìn)行保護(hù)性耕作之前，還需利用滅茬設(shè)備對(duì)根茬進(jìn)行粉碎處理，以便后續(xù)工序的有效開展。

2.2 免耕播種技術(shù)

免耕播種技術(shù)是保護(hù)性耕作實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)，通常利用專用的免耕播種機(jī)實(shí)施作業(yè)，免耕播種機(jī)可以在有秸稈覆蓋的地表上直接進(jìn)行開溝、播種、施肥、覆土、鎮(zhèn)壓等一系列工序，能夠在機(jī)器行駛的過(guò)程中對(duì)地表秸稈向一側(cè)轉(zhuǎn)移，在完成播種作業(yè)和施肥作業(yè)后，再利用鄰行作業(yè)的秸稈覆蓋上一行播種的地表，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在盡量少動(dòng)土或不動(dòng)土的條件下進(jìn)行播種、施肥，對(duì)于大部分農(nóng)作物而言，免耕播種的深度僅為地表下2～3 cm，并利用地表秸稈覆蓋播種位置，確保種子具有良好的萌發(fā)環(huán)境。在免耕播種技術(shù)實(shí)施的過(guò)程中，存在以下技術(shù)難點(diǎn)：一是由于地表有秸稈殘茬覆蓋，農(nóng)機(jī)行駛的通過(guò)性較差；二是免耕耕地的土壤容重大，開溝器不易入土，不易維持均勻的開溝深度；三是地表未經(jīng)過(guò)機(jī)械化耕整，平整度較差，導(dǎo)致播種均勻度不佳。為改善以上免耕播種的不利因素，近年來(lái)對(duì)免耕播種作業(yè)常引進(jìn)淺松整平改善地表播種狀態(tài)，提高免耕播種質(zhì)量[3]。

2.3 雜草及病蟲害控制

由于耕地表面有大量秸稈覆蓋，耕層與秸稈層之間會(huì)形成較為適宜雜草和病蟲害滋生的環(huán)境條件，草害和病蟲害也成為保護(hù)性耕作農(nóng)田主要損失形式之一，因此在實(shí)施保護(hù)性耕作的過(guò)程中必須重視草害及病蟲害的防治。對(duì)于草害的防治主要以化學(xué)除草為主，這是由于化學(xué)除草對(duì)耕地表面的秸稈覆蓋層擾動(dòng)較小，有利于保持理想的秸稈覆蓋結(jié)構(gòu)。對(duì)于部分農(nóng)作物也可采用機(jī)械除草，或人工除草等結(jié)合的形式，以降低化學(xué)藥劑的使用量，在選用化學(xué)除草劑的時(shí)候，優(yōu)先選用百草敵、2-甲基-4-氯苯氧乙酸、2/4-D丁酯等低毒性除草劑，避免使用莠去津、克蕪蹤等中高毒性的除草劑。對(duì)于病蟲害防治應(yīng)采取復(fù)合性防治方式，一方面在種子處理過(guò)程中，合理實(shí)施種子包衣和藥劑拌種，在播種完成后對(duì)于苗期和生長(zhǎng)期要做好殺蟲劑、除菌劑的噴施，科學(xué)預(yù)防病蟲害。

2.4 深松及淺松整地

深松整地不是保護(hù)性播種的必須流程，但深松整地與保護(hù)性耕作結(jié)合使用能起到保護(hù)土壤的良好效果，由于常年進(jìn)行機(jī)械化作業(yè)的耕地會(huì)不可必免地形成堅(jiān)實(shí)的犁底層，犁底層的深度通常在20～25 cm之間，犁底層的存在會(huì)嚴(yán)重影響雨水滲入土壤，雨水在耕地表面聚集易形成地表徑流造成水土流失。因此，在實(shí)施保護(hù)性耕作的過(guò)程中定期進(jìn)行機(jī)械化深松作業(yè)，能有效改善耕層條件，利用深度超過(guò)30 cm的深松鏟，有效打破犁底層，在改善土壤耕層結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高土壤蓄水能力，并破壞表層土壤中病蟲草害的生存環(huán)境，提高保護(hù)性耕作的實(shí)施效果。深松整地不需連年實(shí)施，通常間隔1～2年實(shí)施一次即可。由于深松整地也是在地表有秸稈覆蓋的條件下實(shí)施的，因此，實(shí)施深松整時(shí)應(yīng)選擇具有較強(qiáng)防堵功能的深松機(jī)，或選用具有旋耕深松功能的聯(lián)合作業(yè)機(jī)，并在耕整地作業(yè)完成后進(jìn)行機(jī)械整平。

淺松整地是近年來(lái)在保護(hù)性耕作過(guò)程中新增加的作業(yè)模式，其作業(yè)重點(diǎn)是對(duì)表土進(jìn)行細(xì)碎平整，將表層存在的溝轍消除，為免耕播種等作業(yè)創(chuàng)造良好的條件。淺松作業(yè)主要利用旋切式淺松機(jī)等新型設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，適用于旱地保護(hù)性耕作的播種前松土，并能實(shí)現(xiàn)較好的除草整地效果，有利于提高耕地地溫，并降低土壤容重，為免耕播種開溝作業(yè)創(chuàng)造良好土壤條件，并在作業(yè)過(guò)程中有效證播種的作業(yè)質(zhì)量。

3 保護(hù)性耕作的效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

1)保護(hù)性耕作省去了秸稈處理、耕整地等多重工序，使農(nóng)機(jī)進(jìn)地次數(shù)減少了3～5次，由于不進(jìn)行負(fù)載較大的耕整地作業(yè)，農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的能源消耗顯著減少，用工費(fèi)用實(shí)現(xiàn)降低。與此同時(shí)，保護(hù)性耕作技術(shù)利用秸稈覆蓋實(shí)現(xiàn)自然降水實(shí)現(xiàn)自然降水的高效積聚與利用，有效減少人工灌溉的用水量和用工量。

2)保護(hù)性耕作的規(guī)范實(shí)施可利用3～5年有效培肥耕地地力，優(yōu)化土壤墑情，后期實(shí)現(xiàn)連年增產(chǎn)增收，得益于秸稈覆蓋的保護(hù)作用，可有效預(yù)防旱災(zāi)，減少旱情造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 社會(huì)效益

保護(hù)性耕作的實(shí)施有效轉(zhuǎn)變了我國(guó)農(nóng)民傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)思維，使農(nóng)民從粗放的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣中轉(zhuǎn)變思想，逐漸接受新農(nóng)藝，重視農(nóng)業(yè)耕地的保護(hù)，認(rèn)識(shí)到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性。在此過(guò)程中，農(nóng)民不僅利用自身行動(dòng)改善了耕地條件，而且認(rèn)識(shí)到農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合的重要性，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程向合理化發(fā)展。與此同時(shí)，保護(hù)性耕作的實(shí)施有效縮短了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的時(shí)間消耗，節(jié)省人力、物力，將農(nóng)民從繁重的生產(chǎn)活動(dòng)中解放出來(lái)，并為二三產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的助力[4]。

3.3 生態(tài)效益

保護(hù)性耕作的推廣與實(shí)施有效降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所造成的環(huán)境污染問(wèn)題，一方面秸稈資源得到了有效利用，避免了田間焚燒秸稈造成的空氣污染及耕地土壤中的微生物破壞等問(wèn)題，同時(shí)秸稈覆蓋層有效減少了耕地土壤被風(fēng)蝕、水蝕的概率，降低了揚(yáng)塵天氣發(fā)生的概率。另一方面由于作業(yè)工序的優(yōu)化，農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用量明顯減少，農(nóng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的排放污染問(wèn)題得到有效控制，二氧化碳、氮氧化物的排放量明顯降低，農(nóng)田周圍邊的空氣環(huán)境得到改善。此外，保護(hù)性耕作的連年實(shí)施使原本遭到破壞的土壤恢復(fù)地力，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量明顯增多，土壤變得松軟，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)自然災(zāi)害的抵抗能力明顯增強(qiáng)，為發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)創(chuàng)造了有利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，保護(hù)性耕作在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣與應(yīng)用具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義，農(nóng)業(yè)管理部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這一技術(shù)的推廣普及與技術(shù)指導(dǎo)，確保農(nóng)民掌握保護(hù)性耕作技術(shù)實(shí)施的要點(diǎn)，使保護(hù)性耕作在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中真正發(fā)揮應(yīng)有的作用，為農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展提供助力。