保護性耕作的機械化實施流程與效益分析

周佰荷，陳慶發

(蛟河市農業機械管理總站，吉林 蛟河 132500)

0 引言

隨著農業機械化技術的推廣普及，我國農業生產的機械化水平持續提高，在提高農業生產效率、降低農民勞動強度的同時，機械化耕整地也造成了較為嚴重的土壤退化問題。近年來，我國政府部門加強了農業耕地保護相關工作，積極推廣保護性耕作技術，越來越多農民認識到了耕地保護的重要性，以吉林省為例，2019年以來，保護性耕作實施面積實現了連續增長，截至2022年，吉林省保護性耕作實施面積達到218.87萬hm2，保護性耕作的實施不僅有效保護了吉林省寶貴的黑土地資源，而且對提高糧食產量、抗旱保墑、肥藥雙減等方面作用明顯。與此同時，保護性耕作技術作為農業生產中的一項新技術，與傳統生產模式及理念存在較大差異，農業生產經營者對該技術的規范實施對于耕地保護的最終質量影響很大。

1 應用現狀與特征

保護性耕作概念于20世紀40年代由美國提出，其目的是改善長時間機械化耕整地造成的土壤風蝕、水蝕等退化問題，利用農作物秸稈殘茬覆蓋地表，采用免耕、少耕的耕作模式，結合化學植保技術實現農業耕地保護，長期應用可顯著恢復耕地地力。我國對于保護性耕作技術的研究起始于20世紀70年代，前期主要以研究探索為主，2002年以后，在國家農業部的組織規劃下，逐漸開始推廣應用這一新技術，經過近20年的技術推廣，華北、東北、西北地區的保護性耕作生產模式已經初具規模，北京、天津、山西、河北、內蒙古、黑龍江、吉林、遼寧、陜西、甘肅等省(市、自治區)的保護性耕作工作取得了明顯成效。

保護性耕作的實施是將約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蝕、水蝕，并通過秸稈降解增加土壤肥力。同時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，并有利于形成地下水庫，提高耕地抗旱能力。東北三省及內蒙古自治區2022年保護性耕作實施面積如圖1所示，由于地理氣候條件限制，我國北方地區的人均水資源不足1 000 m3，僅為南方人均水資源的30%～40%，北方地區傳統農業灌溉用水量達到用水總量的60%～75%，農業用水的水資源利用率較低，保護性耕作十分適宜在我國北方地區應用。同時，傳統農業機械化生產流程復雜，僅耕地處理和播種施肥就需要5～10次機械化作業，農機作業不僅浪費能源，而且會造成大量的CO2、NOx等有害氣體排放，據統計，我國北方地區的保護性耕作面積若達到70%，則全國CO2排放量可降低4%，NOx排放可降低5%～7%[1]。

圖1 東北三省及內蒙古自治區2022年保護性耕作實施面積

2 保護性耕作實施流程

隨著保護性耕作技術的快速發展應用，其在我國農業生產中形成了較為系統的技術體系，以我國東北地區為例，主要糧食作物為一年一季，根據作物種類的不同，保護性耕作的實施流程也存在明顯差異，圖2所示為東北地區小麥和玉米的常規保護性耕作生產流程。可見無論流程順序和細節有何差異，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 東北地區小麥和玉米的常規保護性耕作生產流程

2.1 秸稈粉碎覆蓋

秸稈粉碎覆蓋是保護性耕作的關鍵流程之一，根據農業生產區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，在東北地區的保護性耕作農田習慣采用秸稈全量覆蓋或部分覆蓋的模式，即當農作物秸稈產出量事宜，例如小麥秸稈，通常采用全量還田；當秸稈產量較大，為保證保護性耕作質量，可將產出的秸稈一部分運離田間，剩下的秸稈進行粉碎覆蓋，如玉米秸稈。近年來從農業生產的實際來看，秸稈粉碎主要通過兩種方式實現：一是利用農作物聯合收獲機在收獲糧食的同時完成秸稈粉碎；二是部分收獲機或人工收獲會將秸稈割斷后放倒于田間，此時應利用專用的秸稈粉碎機進行秸稈粉碎作業，為更好保證保護性耕作的質量，秸稈粉碎的長度通常應控制在10 cm以下，過長的秸稈可能會影響覆蓋質量。根據不同的保護性耕作技術路線，部分農作物在進行保護性耕作之前，還需利用滅茬設備對根茬進行粉碎處理，以便后續工序的有效開展。

2.2 免耕播種技術

免耕播種技術是保護性耕作實施的關鍵技術，通常利用專用的免耕播種機實施作業，免耕播種機可以在有秸稈覆蓋的地表上直接進行開溝、播種、施肥、覆土、鎮壓等一系列工序，能夠在機器行駛的過程中對地表秸稈向一側轉移，在完成播種作業和施肥作業后，再利用鄰行作業的秸稈覆蓋上一行播種的地表，進而實現在盡量少動土或不動土的條件下進行播種、施肥，對于大部分農作物而言，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環境。在免耕播種技術實施的過程中，存在以下技術難點：一是由于地表有秸稈殘茬覆蓋，農機行駛的通過性較差；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；三是地表未經過機械化耕整，平整度較差，導致播種均勻度不佳。為改善以上免耕播種的不利因素，近年來對免耕播種作業常引進淺松整平改善地表播種狀態，提高免耕播種質量[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形成較為適宜雜草和病蟲害滋生的環境條件，草害和病蟲害也成為保護性耕作農田主要損失形式之一，因此在實施保護性耕作的過程中必須重視草害及病蟲害的防治。對于草害的防治主要以化學除草為主，這是由于化學除草對耕地表面的秸稈覆蓋層擾動較小，有利于保持理想的秸稈覆蓋結構。對于部分農作物也可采用機械除草，或人工除草等結合的形式，以降低化學藥劑的使用量，在選用化學除草劑的時候，優先選用百草敵、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。對于病蟲害防治應采取復合性防治方式，一方面在種子處理過程中，合理實施種子包衣和藥劑拌種，在播種完成后對于苗期和生長期要做好殺蟲劑、除菌劑的噴施，科學預防病蟲害。

2.4 深松及淺松整地

深松整地不是保護性播種的必須流程，但深松整地與保護性耕作結合使用能起到保護土壤的良好效果，由于常年進行機械化作業的耕地會不可必免地形成堅實的犁底層，犁底層的深度通常在20～25 cm之間，犁底層的存在會嚴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，在實施保護性耕作的過程中定期進行機械化深松作業，能有效改善耕層條件，利用深度超過30 cm的深松鏟，有效打破犁底層，在改善土壤耕層結構的同時提高土壤蓄水能力，并破壞表層土壤中病蟲草害的生存環境，提高保護性耕作的實施效果。深松整地不需連年實施，通常間隔1～2年實施一次即可。由于深松整地也是在地表有秸稈覆蓋的條件下實施的，因此，實施深松整時應選擇具有較強防堵功能的深松機，或選用具有旋耕深松功能的聯合作業機，并在耕整地作業完成后進行機械整平。

淺松整地是近年來在保護性耕作過程中新增加的作業模式，其作業重點是對表土進行細碎平整，將表層存在的溝轍消除，為免耕播種等作業創造良好的條件。淺松作業主要利用旋切式淺松機等新型設備進行作業，適用于旱地保護性耕作的播種前松土，并能實現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創造良好土壤條件，并在作業過程中有效證播種的作業質量。

3 保護性耕作的效益分析

3.1 經濟效益

1)保護性耕作省去了秸稈處理、耕整地等多重工序，使農機進地次數減少了3～5次，由于不進行負載較大的耕整地作業，農機化生產的能源消耗顯著減少，用工費用實現降低。與此同時，保護性耕作技術利用秸稈覆蓋實現自然降水實現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)保護性耕作的規范實施可利用3～5年有效培肥耕地地力，優化土壤墑情，后期實現連年增產增收，得益于秸稈覆蓋的保護作用，可有效預防旱災，減少旱情造成的經濟損失。

3.2 社會效益

保護性耕作的實施有效轉變了我國農民傳統的農業生產思維，使農民從粗放的農業生產習慣中轉變思想，逐漸接受新農藝，重視農業耕地的保護，認識到農業可持續發展的重要性。在此過程中，農民不僅利用自身行動改善了耕地條件，而且認識到農機農藝結合的重要性，使農業生產的過程向合理化發展。與此同時，保護性耕作的實施有效縮短了農業生產的時間消耗，節省人力、物力，將農民從繁重的生產活動中解放出來，并為二三產業提供強有力的助力[4]。

3.3 生態效益

保護性耕作的推廣與實施有效降低了農業生產所造成的環境污染問題，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題，同時秸稈覆蓋層有效減少了耕地土壤被風蝕、水蝕的概率，降低了揚塵天氣發生的概率。另一方面由于作業工序的優化，農業機械的使用量明顯減少，農機運轉的排放污染問題得到有效控制，二氧化碳、氮氧化物的排放量明顯降低，農田周圍邊的空氣環境得到改善。此外，保護性耕作的連年實施使原本遭到破壞的土壤恢復地力，土壤中的有機質含量明顯增多，土壤變得松軟，團粒結構得到恢復，農業生產中對自然災害的抵抗能力明顯增強，為發展綠色農業創造了有利條件。

4 結語

綜上所述，保護性耕作在我國農業生產中推廣與應用具有顯著的現實意義，農業管理部門應加強對這一技術的推廣普及與技術指導，確保農民掌握保護性耕作技術實施的要點，使保護性耕作在我國農業生產中真正發揮應有的作用，為農業的綠色發展、可持續發展提供助力。