第七讲-保护性耕作

第七讲保护性耕作李少昆主要内容一、保护性耕作的起源和定义二、国外保护性耕作的发展三、我国保护性耕作的主要模式四、保护性耕作条件下的稳产研究图3-2320世纪初美国农田的作业机械和黑风暴图片由Stewart提供20世纪初，农用机械的快速发展，美国开始大规模使用拖拉机翻耕土地。对土壤过度镇压，连年大面积翻耕，过频耕作，使土壤结构受到破坏，土壤变得疏松、干燥、裸露和平坦，土粒过细。保护性耕作的概念最早出现在美国。其产生和发展具有时代性，有强烈的社会和经济原因。保护性耕作的起源和定义(1)但是，到了20世纪30年代，震惊世界的“黑风暴”对农业造成了很大的打击。1934年5月一场沙尘暴，持续3天，席卷美国2/3大陆，把地表层10～50cm厚度的3.5亿吨土壤卷进大西洋，冬小麦减产51亿kg，16万农民倾家荡产，逃离西部，不少人死于由沙尘暴引起的肺炎。据美国农业部统计，这一时期美国约有17.12亿亩耕地和牧场因水土流失而受到严重破坏，还有47.04亿亩耕地和牧场受到不同程度的侵蚀。图3-24《犁耕者的愚蠢》封面1943年美国农民爱德华·福克纳（Edwardfaulkner）出版《犁耕者的愚蠢》一书（图3-24），否定了多年来翻耕土地、裸露休闲的传统耕作方法，提出少、免耕的概念，并用圆盘耙表土作业结合作物残茬覆盖措施进行了耕作改革实践，其结果引起人们对传统耕作措施的反思与质疑，同时也揭开了世界各地开展保护性耕作研究的序幕。“黑风暴”灾难惊醒了人们，使人们认识到人类与环境协调发展的重要性，推动了各种保土保水耕作方法的研究。保护性耕作的起源和定义(1)1967年，“保护耕作”一词在美国的伊利诺伊州为取得政府对减少耕作形式的支持而首先启用。保护性耕作的起源和定义(1)2001年10月初，FAO与欧洲保护性农业联合会在西班牙召开了第一届世界保护性农业大会，标志着保护性耕作在世界范围内得到广泛重视。保护性耕作的起源和定义(1)保护耕作（ConservationTillage）是指在一季作物之后地表残茬覆盖至少为30%，使土壤侵蚀控制约在50%的那种耕作和种植体系(1985年，Allmaras)。保护性耕作的起源和定义(1)保护耕作技术体系是采用少（免）耕、覆盖等耕法，结合施用除草剂，减少对土体的扰动和破坏，增加地表残茬，达到保持水、土资源，使土壤能维持相对高产的一套农艺和农机相结合的耕作技术体系。保护性耕作的起源和定义(1)保护耕作技术的实质就是改善土壤结构，减少水蚀风蚀和养分流失，保护土壤；减少劳动力、机械设备和能源的投入，达到高产、高效、低耗、优质、可持续发展的目的。保护性耕作制的技术特征•保护水土资源可持续性为基础•维护农田生态系统生产力为目标•少动土,少裸露,低污染，多覆盖为核心技术•保护稳定的产量效益、环境不退化、社会广泛应用的农作技术体系保护性耕作的起源和定义(1)国外相关研究表明，采用作物残茬覆盖免耕法可减轻土壤侵蚀48%，增加土壤水分贮存40～80毫米，增加防风蚀能力20%以上，增加地表土壤有机质含量20%～30%。采用免耕和少耕代替传统耕作时，可分别降低燃油消耗70%和50%以上，节约劳动力30%以上。在干旱条件下，采用保护性耕作措施可以获得较高的作物产量，比传统方法一般增产20%以上。保护性耕作国外发展状况第一阶段是20世纪30年代开始，主要是针对传统的机械化翻耕措施在水蚀和风蚀方面存在的弊端，对土壤耕作农机具和耕作方法进行改良，提出少耕、免耕和深松等保护耕作法。保护性耕作国外发展状况第二阶段是50年代以后，机械化免耕技术与保护性植被覆盖技术同步发展。到20世纪70年代，又加入了不同作物轮作与作物秸秆还田覆盖的内容，称之为保护性种植。保护性耕作国外发展状况第三阶段是20世纪80年代以来，随着耕作机械改进、除草剂以及作物种植结构调整，保护性耕作的应用得以较快发展，范围也不断拓展。保护性耕作国外发展状况近年来提出保护性农业（ConservationAgriculture）的概念，主要以永久性土壤覆盖（绿色覆盖）、作物轮作（特别旱田轮作）和减少对土壤的人为干扰，在减少物质和能量投入基础上，保持和增加作物产量，其范围包括农田、草地等土地类型。表3-7发达国家保护性耕作核心技术演变趋势技术环节1940～19701980～1990近20年来土壤处理减少翻耕次数免耕技术少耕、免耕与翻耕结合,深松覆盖技术作物残茬高留茬和秸秆直接还田秸秆、植物绿色覆盖机械配套旋耕、松耕等大型机械化秸秆处理机械、免耕播种机高效能、高通过的播种机与全程机械化除草技术大量化学除草剂除草剂与覆盖植物覆盖、间作、轮作、除草剂种植制度扩大休闲、单作休闲制与农草结合多样化和轮作体系技术目标保护土壤保护土壤与获得收益保护土壤、环境、经济资料来源：高旺盛，2007。主要内容一、保护性耕作的起源和定义二、国外保护性耕作的发展三、我国保护性耕作的主要模式四、保护性耕作条件下的稳产研究Derpsch,2005Argentina18Paraguay1.7Brazil23USA25Europe0.5Canada12Africa0.5Asia3.3China1?India1?Australia9世界保护性耕作面积分布（2005）单位：millionha百万公顷图3-12玉米田秸秆还田2009年2月17日拍摄于美国密歇根翻耕残茬高度15-cm秸秆高度30-cm风速:0%15%68%潜在蒸散:0%5%30%与传统耕作比较降低率：CutforthandMcConkey,1995图3-27加拿大圆盘式开沟器在玉米秸秆地的工作情况图3-39美国玉米大豆免耕播种复式作业机组图澳大利亚的固定道保护性耕作图巴西Semeato玉米免耕播种机免耕播种机可解决全部播种问题，零配件供应方便图阿根廷免耕播种机•加拿大果园覆盖200309•加拿大多年生牧草种植•隔年行间间隔种植（2003年9月）保护耕作——促进土壤蓄水，提高水分利用率•加拿大西部–比翻耕多蓄水5－25mm–表面蒸发降低31%–保护性耕作下连年种植取代夏休闲–产量提高59%WUE提高67%到2000年，保护耕作占总播种面积74％中西部：昔日“黑风暴”源，今天变粮仓与1982年相比，保护性耕作使1992年土壤侵蚀减少。装满土的汽车可以从洛杉矶排到纽约！保护性耕作促使美国农业可持续发展•由于少、免耕和秸秆覆盖存在杂草、病虫害蔓延和地温降低等问题，因此，保护性耕作在一些地区也表现出一些弊病与局限，主要表现在：•（1）免耕和秸秆还田致使春季土壤温度偏低，拟制玉米的发芽。美国试验表明，春季地表下2.5cm处的土温，免耕者较传统耕作约低6℃。美国玉米带南部免耕的玉米播种期通常比传统耕法晚7～10d。地温降低在较寒冷地区不利于幼苗生长，是美国生育期短、较寒冷的北部平原免耕推广受阻的主要原因。弊病与局限•（2）连续免耕和秸秆覆盖，使一些病虫害和杂草增加。少、免耕和秸秆还田为病虫害的越冬和蔓延创造了条件。病虫害发生，尤其是地下害虫，如地老虎、蝼蛄和金针虫等危害更重。加拿大研究认为，在感染大斑病的玉米茬上采用免耕法进行玉米连作是不明智的。免耕或少耕处理往往由于在多雨年份土壤湿度过大，或在干旱、半干旱土壤过干等原因致使除草剂不能奏效，造成田间杂草滋生。在水分变率梯度大的半干旱地区，由于使用除草剂灭草的安全系数大大降低，除草剂效果不佳是影响这些地区少免耕成功的主要因素。•（3）大量秸秆覆盖或覆盖物分布不均等都会导致作物出苗困难，影响出苗率和幼苗生长的整齐度。•（4）连续免耕一般5年左右，会使土壤容重下降，犁底层加厚，农田土壤养分表现“上富下贫”的不均衡现象。•（5）农药与除草剂污染。免耕玉米一般要比传统耕作多用近50％左右的农药和除草剂，容易对环境造成污染。•（6）一般在降雨偏多的湿润地区易出现减产现象。在土壤湿度大、排水不良的粘性土壤上免耕效果较差。美国俄亥俄州12年的试验表明，在排水差的粘土上免耕玉米产量比传统耕法减产30％。保护性耕作国外发展状况国外的经验表明，保护性耕作应根据以下具体条件确定适宜的耕作措施：1、气候类型；2、作物类型；3、种植制度；4、管理水平；5、土壤类型主要内容一、保护性耕作的起源和定义二、国外保护性耕作的发展三、我国保护性耕作的主要模式四、保护性耕作条件下的稳产研究•从我国数千年来土壤耕作的发展看，中国许多传统耕作技术如等高耕作、带状种植、垄沟种植、轮作、挑水下种等都具有保护性耕作的特征与作用，而具有一定少耕特征的畎亩法、区田法、砂田法等我国传统耕作技术，却完全不同于西方发达国家的少免耕技术。20世纪60年代，黑龙江国营农场开展了免耕种植小麦试验，江苏开始了稻茬地免耕播种小麦的研究，西南农业大学提出水田“自然免耕法”理论，拉开了我国现代保护性耕作的序幕。70年代引进、试验和示范国外少耕、免耕等保护性耕作技术，吸取国外保护性耕作的科学原理，与传统耕作制度融汇在一起，形成了与不同类型及条件相适应的具有中国特色的保护性耕作技术。•据不完全估计，我国目前各种保护性耕作面积已达2.8亿亩，约占实际耕地面积的14％。其中：小麦玉米两熟免耕直播1亿亩；一季玉米留茬免耕垄作1500万亩；水稻免耕直播1500万亩；南方水稻抛秧免耕3000万亩；稻草覆盖马铃薯免耕种植1000万亩；玉米、棉花地膜覆盖少免耕种植1亿亩；农作物间作带状保护种植2000万亩（高旺盛，2009）。•另据农业部统计数据，2005年全国秸秆还田占总耕地面积18％，其中，翻耕还田面积达到29010万亩，约占当年播种面积的12.9％；秸秆或根茬留在地表覆盖还田11130万亩，约占当年播种面积的5％。地区耕作类型耕作模式具体耕作措施东北平原一年一熟区传统耕作模式灭茬起垄中部半湿润区以垄作为主,灭茬起垄垄上播或灭茬后再破茬合垄垄上播；西部半干旱区少部分采用大垄双行覆膜种植,多数为机械抗旱播种一条龙坐水种。种植作物以玉米为主。翻耕翻耕后种植玉米等作物；水田翻耕后种植水稻。部分秸秆还田+少耕破茬合垄春灭茬倒垄（留茬高度20-25cm），种植玉米。秋灭茬倒垄（留茬高度20-25cm），种植玉米。宽窄行留高茬交替休闲种植宽窄行留高茬（留茬高度30-40cm）交替休闲种植+条带深松，种植玉米。其他保护性耕作模式常规垄留高茬垄沟种植或留茬平播玉米等作物。大垄双行留高茬种植玉米等作物。少耕留茬垄侧播种东部湿润区以留茬（留根茬）垄侧栽培+苗期深松为主，种植玉米等作物。保护性耕作主要模式地区耕作类型耕作模式具体耕作措施华北平原一年两熟区传统耕作模式翻耕翻耕，播种小麦、玉米、棉花等作物。少耕旋耕播种小麦旋耕，播种小麦，上茬秸秆不还田。免耕免耕直播玉米免耕播种玉米，上茬秸秆不还田。免耕播种小麦免耕播种小麦，上茬秸秆不还田。秸秆还田+少耕玉米秸秆还田+旋耕播种小麦旋耕，播种小麦，上茬玉米秸秆还田。秸秆还田+免耕小麦秸秆还田+免耕直播玉米铁茬直播玉米等作物，上茬小麦秸秆还田。玉米秸秆还田+免耕播种小麦免耕播种小麦，上茬玉米秸秆粉碎还田。.保护性耕作主要模式地区耕作类型耕作模式具体耕作措施成都平原一年两熟或三熟区传统模式翻耕翻耕，秸秆不还田，种植水稻、小麦、玉米、马铃薯等作物。秸秆还田+免耕小麦、油菜、马铃薯免耕+稻草覆盖免耕种植小麦或油菜或马铃薯等作物，水稻秸秆覆盖还田。其他保护性耕作模式免耕播种水稻，稻秸还田，免耕播种小麦。.免耕播种玉米，玉米秸秆还田。免耕免耕直播玉米或小麦等作物水稻秸秆不还田，免耕种植玉米、小麦、甘薯、豌豆等作物，秸秆不还田。.免耕播种小麦，秸秆不还田。免耕播种水稻，秸秆不还田。保护性耕作主要模式地区耕作类型耕作模式具体耕作措施西北绿洲一年一熟或两熟区传统耕作模式翻耕翻耕，种植小麦、玉米等作物。翻耕，覆膜种植棉花、玉米、番茄等作物。免耕留高茬免耕直播上茬小麦留高茬，直播豌豆等，隔2-3年深松一次。免耕直播小麦或玉米一年一季，覆膜，免耕种玉米。免耕种小麦，隔2-3年深松一次。部分秸秆还田+少耕苗带旋耕旋耕，播种小麦、玉米等作物。保护性耕作主要模式1．东北冷凉旱作区•包括东北平原和大兴安岭西麓地区