免耕補水施肥播種機研究現狀及在烏蘭察布市應用可行性分析

郭建軍， 曹 彥， 梅 雪， 趙培軍， 郭曉晴， 許國文， 焦欣磊， 王小明

（1. 烏蘭察布市農林科學研究所，內蒙古 烏蘭察布 012000；2. 內蒙古農牧業技術推廣中心，內蒙古 巴彥淖爾 015199）

0 引言

烏蘭察布市地處中國正北方，內蒙古自治區中部，地理位置優越，交通便利。其氣侯四季分明，全年降水少，冬季寒冷，春季風大，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，生態環境脆弱，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，很難滿足種子萌發需求。近年來水資源的肆意開發利用，導致灌溉面積的繼續擴大已接近極限。這不僅是烏蘭察布市面臨的問題，也是北方旱作區普遍面臨的共性問題。我國85%旱地分布在昆侖山、秦嶺、淮河以北的廣大地區，約占全國耕地總面積的52%，能否高效利用這些旱地資源，對保障國家糧食安全意義重大[1]。

目前，我國北方主要以旱作農業為主，但由于水資源短缺，我國耕地干旱程度在不斷加劇，再加上長期以來不合理的農業生產經營使我國旱作區土地水土流失嚴重，成為農業發展中的難題[2]。雖然烏蘭察布市生態環境脆弱，但關于其保護性耕作的研究較少。目前關于免耕播種及施肥機的研究較多，但是免耕補水播種機的研究較少，免耕播種施肥機缺少補水功能，對于類似烏蘭察布市的缺水地區，沒有補水功能的免耕播種機種植效果不理想。本文介紹保護性耕作研究現狀和免耕補水施肥播種機研究現狀，分析免耕補水播種機在烏蘭察布市應用的可行性，為在烏蘭察布市等北方干旱區開展免耕補水播種機的研究及應用奠定理論基礎。

1 保護性耕作

1.1 概念

保護性耕作是指通過少耕、免耕，地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施，減少土壤風蝕、水蝕，提高土壤有機質含量，蓄水保墑、節本增效，可以獲得生態效益、經濟效益、社會效益的可持續農業技術[3-4]。該技術的核心環節是作物殘茬覆蓋和免耕播種作業，在進行播種前，選用先進的耕種設備代替傳統的農耕方式，可以一次性完成開溝、播種、施肥等工作。保護性耕作取消了鏵式犁翻耕，保留地表覆蓋物，具有傳統耕作無法相比的效益，最大化減少土壤耕作，對農田實行免耕、少耕，減少對土體的擾動，是提高土壤肥力和抗旱能力的可持續農業耕作技術[5-9]。

1.2 優勢

相對于傳統的精耕細作農藝，保護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，改善農業生態環境；減少地表徑流，增加雨雪滲入量，提高土壤蓄水保墑能力，提高表層土壤大團聚體含量，提高土壤有機碳含量，保持和改善土壤結構，增加土壤有機質，培肥地力；增加土壤中微生物數量，提高土壤中生物活性；減少勞動力投入，節省燃料，減少機器磨損，減少勞動時間，降低農業生產成本，增加產量，增加農民收入[10-13]。

1.3 北方旱作區保護性耕作研究現狀

20 世紀90 年代，農業工作者開始探索旱作農業保護性耕作增產的效益分析研究，明確了保護性耕作的完整概念[14-17]。2002 年開始在全國范圍內大規模推廣保護性耕作，而主要開展區域集中在北方旱作農區[15]。齊華等[17]總結了我國北方旱作農田保護性耕作主要成就，其中包括節水減排型保護性耕作技術，玉米小麥少免耕播種技術，探索秸稈還田新型保護性耕作制度，并對北方旱作農田保護性耕作進行了展望。賈洪雷等[18]闡述了北方旱作區保護性耕作關鍵技術，其中包括地表覆蓋、少耕免耕技術，并總結出6 項新技術。余海英等[19]通過田間試驗，研究了免耕與傳統翻耕條件下北京地區土壤水分的變化規律及其對土壤質地的影響，結果表明免耕對土壤水分利用率和玉米產量都有所提高。

1.4 烏蘭察布市保護性耕作研究現狀

烏蘭察布市關于保護性耕作的報道很少，2017 年烏蘭察布市市政府辦公廳出臺《烏蘭察布市人民政府辦公廳關于印發2017 年烏蘭察布市農機深松整地作業補助試點工作方案的通知》文件，要求11 個旗縣市區政府全面抓緊落實。張祚恬[20]開展了烏蘭察布市后山旱作區保護性耕作的實踐與探索，分析機械化保護性耕作技術對生態的保護作用，以及對小麥、油菜籽、玉米等作物的增產效果。研究結果表明，機械化保護性耕作在烏蘭察布市后山地區可提高作物的抗旱能力和水分利用效率，減少風蝕、水蝕，增加土壤有機質含量，保護生態，降低投入，促進農民增產增收。

2 免耕補水施肥播種機研究概況

免耕補水施肥播種機是利用坐水播種原理，將人工坐水播種機械化。坐水播種是一種抗旱耕作栽培模式，局部有限灌溉方法，又稱抗旱點種，指在播種時先注水后播種，使種子周圍形成濕土團，作物種子恰好坐落在濕潤過的土上。坐水播種方式的優點：可以提高墑情，保證種子發芽與出苗；增加積溫，縮短出苗時間；提高肥效，根系健壯；節水[21]。機械化坐水播種技術普遍適用于我國旱作地區，其中包括北方干旱、半干旱地區。該技術可以保證適時春播，保證作物產量。坐水播種機種類很多，其按灌水方式的不同主要分為穴灌坐水播種機和條灌坐水播種機[22]。

青苡任等[22]開展了我國旱作地區坐水播種機械研究，介紹了機械坐水播種的產生、優勢及適用地區，分析了相關機械的技術要點、技術現狀、存在的問題和不足。何俊達等[23]針對免耕施水播種機施水量的問題，開展試驗測定不同行距玉米的施水量范圍，為夏玉米施水播種機高效使用提供可靠理論依據。段益平等[24]針對免耕播種作業時殘茬秸稈壅堵機具等問題，系統闡述了國內外免耕播種防堵技術研究進展及應用概況，提出免耕播種防堵技術發展建議。孫海全等[25]開展了免耕補水施肥播種機的研究，機具上安裝了免耕補水裝置，可同時實現施肥、播種、節水補灌等一系列操作，補水提墑的同時提高了水肥利用率。孫文良[26]設計了玉米免耕補水播種機設備構成，并得出玉米免耕補水播種機機組作業速度、補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振動對排種器工作性能的影響規律，進而設計相應的減振工作部件以減小免耕播種機振動，提高播種質量。白曉虎[27]以免耕播種機的關鍵部件為對象，以理論研究為基礎，通過機械性能試驗優化參數，改善關鍵部件設計質量和效率，其中包括圓盤破茬刀。劉艷芬等[28]設計了輕量化玉米壟作免耕播種機，這種播種機的特點是其自身質量是普通免耕播種機的一半，減輕壓實，可以利用拖拉機液壓系統調節破茬深度。王韋韋等[29]針對傳統玉米免耕播種機在高茬、留茬地作業時存在開溝壅堵、架種、晾種等問題，通過防堵裝置的旋轉擾動，設計了一種主動式秸稈移位防堵裝置。針對行間互作模式和寬窄行交替休閑模式，賈洪雷等[30]采用組合刀片式結構設計了一種免耕播種機防堵裝置。總體來說，免耕播種機尤其是玉米免耕播種機研究較多，但是關于免耕補水播種機，尤其是北方干旱、半干旱區域的研究較少。

3 免耕補水施肥播種機應用可行性分析

3.1 技術可行性

免耕補水施肥播種機可以解決干旱、半干旱地區播種季節因干旱少雨、耕層土壤含水量低而導致出苗難、保苗難的問題，在保留和優化現有免耕播種機免耕播種和免耕施肥功能的基礎上，增加了免耕補水新功能，保留免耕播種機保墑優勢的同時通過免耕補水裝置向種床同步同位施入水分，實現了施肥、播種、節水補灌等“一條龍”作業，達到補墑和提墑的雙重效果，降低補種、重播風險，減少人力、物力的投入，最終實現提高出苗率的目的，為豐產增收創造有利條件。為抵御春旱、提高出苗率，該裝置相比滴灌、大水漫灌等補水種植形式，大大降低了灌溉用水的使用量，同時降低了生產成本和勞動力消耗。節水、保苗、高效的機械化免耕補水種植模式，對于春旱但土壤地表5 cm 以下還有一定墑情的耕地非常適用，能夠為抗旱保苗奪豐收奠定基礎。

3.2 政策可行性

由于近幾年地下水資源日漸緊張，國家大力推進旱作農業耕作方式，烏蘭察布市也開展了大規模的水澆地退改旱工作。免耕補水施肥播種機可解決烏蘭察布市旱作區春旱播種難的問題，并且可節約大量的農田用水。

3.3 效益可行性

免耕補水施肥播種機在旱作農業中節水補灌，起到提墑和補墑的作用，可降低補種風險，節約人力物力成本，降低生產成本，保證出苗數和出苗率，比普通免耕播種機出苗率增加10%左右，可保證作物產量，增加農民的經濟效益[25]。免耕補水施肥播種機的生產造價并不高，在播種的過程中只需耗費燃油動力費用，在農民可以承受的范圍內。

3.4 社會可行性

近幾年農民的文化水平升高，科學種田的意識提高，對農業機械的接受程度提高，免耕補水施肥播種機在烏蘭察布地區等北方旱作農業區推廣，農民的接受程度高、社會基礎好。

3.5 生態可行性

免耕補水播種機在播種作業時，不僅保留了免耕播種機保墑的優勢，還可以根據土壤墑情調控水流大小，向播種行進行補水，相比滴管、大水漫灌等補水種植形式，大大降低灌溉用水量，對于烏蘭察布地區干旱程度嚴重、地下水缺乏、水土流失嚴重的生態環境來說，具有生態的可行性。

4 結束語

總結分析了免耕補水施肥播種機研究現狀，以及在內蒙古烏蘭察布市的應用可行性。烏蘭察布市降雨量少、蒸發量大，十年九旱，旱地占耕地面積的絕大部分，耕層土壤含水率低，種子難以發芽出苗。目前在烏蘭察布地區還沒有免耕補水播種機的銷售及大范圍使用，也沒有成熟的機型，可以根據烏蘭察布市具體情況，引進成熟機型，在應用及推廣的過程中，引進的機械需要做出相應的調整，并通過大量的試驗反復磨合驗證，還可以根據烏蘭察布地區自身的氣候條件等，研發適合當地的免耕補水施肥播種機。