淺談合理耕層構建理論與技術

孫盼盼 張艷輝 岳楊 馬藝文 李巖 孟令斌 康恒董 本春

(通化市農業科學研究院，吉林梅河口135007)

目前我國東北地區在農業生產上仍以小型動力作業為主。在生產上占據了主導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機淺旋耕后平播等。長期使用小四輪農機作業，使耕層越來越薄，犁底層慢慢增厚，進而導致耕層容量下降，土壤結構性變差，土壤貯水能力、抗逆性等減弱，土壤剖面構造呈 “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

現行的耕作制度產生了一些列的耕層問題，由于農村耕地的分散經營，在生產上大型農機具的應用急劇下降，小馬力的拖拉機成為主要功力，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，土壤養分的供應數量、質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

東北地區栽培玉米的經濟效益相對較高，農民栽培技術相對熟練[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的輪作制度[5]。連作玉米達到20a、30a以上的地區非常普遍。

1.1.2 施肥方式不合理

目前，農田以施用化肥為主，有機肥施用很少，有很多地塊已多年未施用有機肥[6]。而且，近些年市場上的高氮復合肥越來越多，農民多采用 “一炮轟”的施肥方式[7]，即在春季播種時一次性施入肥料，而且施肥量也逐年增多。

1.1.3 功力以小型農機具為主

目前，玉米種植過程中使用的主流功力主要是小型農機具和蓄力，大型農機具數量嚴重不足。由于缺乏大型的農機具，大多數農田已有20a未進行過深翻，采用小型農機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 環境污染

由于氮肥的過度施用，造成了水體的富營養化，造成了環境的污染[9]。畜禽糞便，生活垃圾的任意堆放，工業廢氣、污水、固體殘渣的任意排放，造成了土壤的污染，使土壤中重金屬超標，改變了土壤的理化性狀及養分狀況。

1.1.5 水土流失

由于農田秸稈一般都做焚燒處理，農田覆蓋物少。東北地區春天風力大，很容易造成風蝕[10]；而在夏季，降水集中、強度大，容易造成土壤的侵蝕[11]；冬春季節的凍融交替，進一步破壞了土壤結構，使農田黑土更加疏松，土壤的抗沖蝕能力下降[12]。

1.2 應對措施

1.2.1 建立合理的耕作制度

依據當地的自然條件、經濟條件、生產條件和技術條件，建立與之相適應的耕作制度和施肥制度。在玉米的種植過程中以輕小型機具為主要功力進行田間作業，每隔3a用大重型拖拉機在秋季深翻25～30cm。在收獲時高留茬或采用玉米聯合收割機將秸稈粉碎，將30%的玉米秸稈進行還田[13]。

1.2.2 建立合理的施肥制度

針對目前農田土地速效磷含量高、速效鉀含量不斷降低的養分現狀。優化現在的施肥技術，要穩定氮素的施用量，不要盲目的過量施用氮肥，造成玉米的貪青晚熟，籽粒品質下降[14]。同時造成投入的增加及環境的污染。根據當地的土壤養分現狀，深施和分期施肥；要減少磷肥的施用量[15]，補充鉀肥、鋅肥及其他中微量元素的施用量。

2 合理耕層評價

土壤質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]，是揭示土壤性狀動態最敏感的指標。土壤質量是指土壤在生態系統中維持環境質量、促進動植物的健康、保持生物生產力的能力[17]。土壤質量是土壤理化特性、生物學特性以及形成這些特性條件的綜合反映，是土壤環境質量、土壤健康質量和土壤肥力特性的有機聯系的綜合體。由于土壤肥力和土壤環境質量是土壤質量中最重要的2個評價因素，所以在對土壤質量評價時，應該將環境質量和肥料水平二者更好地結合起來，不可偏頗。

目前國際上對于土壤質量的評價方法還沒有統一的標準和統一的方法。常見評價方法可以分為定性評價和定量評價。定性評價是指通過對土壤的外觀進行觀察，并且通過其他表象來評價土壤質量的優劣[18]。比如通過觀察土壤中動物、耕層、滲透性等情況對土壤進行分級，并對每項觀察指標各等價進行十分詳盡的描述，進而得到土壤評價的定性情況。但是采用此方法進行土壤評價過程中，選取評價指標、構建評價方法和評價結果的分級都存在很大的爭議和缺憾。

3 合理耕層構建與農機具配套

3.1 合理耕層的構建

東北旱作區水資源嚴重缺乏，通過合理耕層的構建可以很好地解決這個問題。在科研和生產中，明確以改土、蓄水、保墑為核心內容，改良土壤結構，減少土壤的侵蝕，進而提高土壤肥力和蓄水保墑能力、保護生態環境；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業生產的保護性耕作模式、保證東北農業的可持續發展。

3.1.1 留高茬自然腐爛還田

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

3.1.2 茬帶寬幅深松

3.1.3 行間精密播種

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

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，可以很好地恢復地力，保證苗帶的土壤環境始終處于良好的狀態。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 配套農機具的研發

配套農機具的研發要以打破犁底層、改善土壤結構、提高土壤肥力，構建合理耕層為目的，在研發農機具時應注意以下幾個方面：研發可以進行全方位耕層復式作業的配套機具。全方位耕層復式作業即一次作業就可完成深松、碎土、施肥、起壟、鎮壓等多道工序，同時能夠打破犁底層，改善土壤通氣性；研發合理分層施肥的播種機具。將播種與分層施肥技術有機結合，實現定量分層施肥的效果，達到省時省工、提高肥料利用率的目的[21，22]。

4 總結

合理的耕層結構可以協調土壤環境中水、肥、氣、熱的關系[28]，有利于作物的生長發育，已達到作物高產穩產的目的[29]，合理耕層的構建還可以為耕作機具的研發及應用提供重要的理論依據。土壤耕作技術以及配套機具的研制是作物生產過程中的第一環節，也是提高土壤肥力和構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成果，但這些成果大都是單項技術，針對不同土壤類型和不同種植制度的合理耕層構建技術以及與之配套的耕作機具尚未成型。隨著科技及經濟水平的不斷提高，各地都需要創建適用于當地生態環境特點的合理耕層構建技術，研發與之配套的耕作機具，建立合理耕層構建技術集成模式，并大力推廣應用。這對增加耕地數量、提高耕地生產能力以及實現農田高效持續利用都具有重要意義。