【文章內(nèi)容簡介】 近 40年發(fā)展起來的新的耕作法， 60—70年代，免耕法引起世界范圍的重視，并在各國廣泛進(jìn)行試驗研究 [2]。試驗推廣適合我國北方旱地農(nóng)業(yè)的新型耕作 技術(shù)、對促進(jìn)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高、資源和環(huán)境的保護(hù)，具有十分重要的現(xiàn)實作用和長遠(yuǎn)意義。 保護(hù)性耕作是以機(jī)械化作業(yè)為主要手段，采取少耕或免耕方法，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，用農(nóng)作物秸稈及殘茬覆蓋地表，并主要用農(nóng)藥來控制雜草和病蟲害的一種重要的耕作技術(shù)。但是人類和自然的矛盾也愈來愈突出。如耕翻作業(yè)除掉地面殘茬、雜草固然有利于播種，但同時也破壞了對地面的保護(hù)，導(dǎo)致土壤風(fēng)蝕、水蝕加劇；旋耕切碎土壤，創(chuàng)造了松軟細(xì)碎的種床，但同時又消滅了土壤中的蚯蚓與生物，使土壤逐漸失去活性。耕作強(qiáng)度愈大，土壤偏離自然狀態(tài) 愈遠(yuǎn)，自然本身的保護(hù)功能、營養(yǎng)恢復(fù)功能就喪失愈多，要維持這種狀態(tài)的代價就愈大。近幾十年來，我國機(jī)械耕作活動增強(qiáng)，農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度上升，但河流泛濫、沙塵暴猖獗、土壤退化、作業(yè)成本上升也是不爭的事實。保護(hù)性耕作取消鏵式犁翻耕，在保留地表覆蓋物的前提下免耕播種，以保留土壤自我保護(hù)機(jī)能和營造機(jī)能，是機(jī)械化耕作由單純改造自然到利用自然、進(jìn)而與自然協(xié)調(diào)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的革命性變化。 保護(hù)性耕作其實是向自然的一種回歸，它放棄了多年來成為習(xí)慣、認(rèn)為土地就必須翻耕的做法，更加充分地利用自然保護(hù)土地、恢復(fù)地力。在實現(xiàn)早地增產(chǎn)增收的同 時，又有效地減少水土流失、抑制農(nóng)田揚(yáng)沙，培肥土壤，實現(xiàn)渭北旱作麥田保護(hù)性輪耕作蓄水保墑效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益研究 4 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前在美國、加拿大、澳大利亞、巴西等國家，保護(hù)性耕作技術(shù)得到快速推廣，并在引導(dǎo)著傳統(tǒng)耕作技術(shù)的革命 [4]。 保護(hù)性耕作的主要技術(shù)內(nèi)容包括以下四個方面： ① 改革鏵式犁翻耕土壤的傳統(tǒng)耕作方式，實行免耕或少耕。免耕即除播種之外不進(jìn)行任何耕作；少耕包括深松與表土耕作。② 利用作物秸稈殘茬覆蓋地表，在培肥地力的同時，用秸稈蓋土、根茬固土，保護(hù)土壤，減少風(fēng)蝕、水蝕和水分無效蒸發(fā)，提高天然降雨利用率。 ③ 采用免耕播種，在有殘茬覆蓋的地表實現(xiàn)開溝、播種、施肥、 施藥、覆土鎮(zhèn)壓復(fù)式作業(yè)，簡化工序，減少機(jī)械進(jìn)地次數(shù)，降低作業(yè)成本。 ④ 改翻耕控制雜草為噴灑除草劑或機(jī)械表土作業(yè)控制雜草 [10]。由此可見，保護(hù)性耕作作業(yè)就是通過專用機(jī)械，保證種子播種質(zhì)量和發(fā)芽率，借秸稈覆蓋減少風(fēng)蝕、水蝕，提高水分利用效率，從而達(dá)到節(jié)約成本增加效益的目的。 旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展保護(hù)性耕作技術(shù)，在減少農(nóng)田水分的無效蒸發(fā)，減緩徑流、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力狀況等方面貢獻(xiàn)突出，不僅降低了生產(chǎn)成本而且還增加了作物的產(chǎn)量，是實現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種優(yōu)良途徑。 保護(hù)性耕作技術(shù)研究進(jìn)展 我國在 20 世紀(jì) 70 年代就開始了少、免耕等保護(hù)性耕作技術(shù)的試驗、示范工作。謝瑞芝等 對以保護(hù)性耕作、少耕、免耕以及秸稈覆蓋、秸稈還田等為題名發(fā)表的論文進(jìn)行統(tǒng)計調(diào)查，認(rèn)為自 1994年以來，保護(hù)性耕作研究有了長足的發(fā)展，國內(nèi)各地區(qū)均有進(jìn)行保護(hù)性耕作研究的報道，研究涉及的作物和栽培耕作模式也幾乎覆蓋了國內(nèi)所有農(nóng)作物及其耕作方式 [3]。這是保護(hù)性耕作的意義逐漸凸顯的過程，也是農(nóng)業(yè)科技政策支持的結(jié)果。 保護(hù)性耕作對土壤物理性質(zhì)的影響 保護(hù)性耕作與常規(guī)耕作相比，由于減少了土壤耕作的次數(shù)，實施了秸稈覆蓋或秸稈粉碎還田 技術(shù)，因此，改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了土壤環(huán)境，使土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)相應(yīng)都發(fā)生了變化。許多研究表明，耕作方式對土壤溫度、含水量、孔隙度、容重、團(tuán)聚體等土壤物理特性產(chǎn)生了影響 [11] [12] [13]。 研究表明，保護(hù)性耕作對土壤溫度的影響存在 “低溫效應(yīng) ”和 “增溫效應(yīng) ”。如小麥生育后期耕層土壤的 “低溫效應(yīng) ”有利于防御干熱風(fēng)對小麥的危害，也有利于后續(xù)作物的生長發(fā)育；施彩仙研究表明，免耕直播稻田的土壤溫度等于或略高于翻耕田，土壤受熱較快，保溫性好，有利于根系的早發(fā)快發(fā) [14]。 保護(hù)性耕作能夠 增強(qiáng)土壤蓄水性能。保護(hù)性耕作不破壞土壤結(jié)構(gòu)，使得土壤有效持水孔隙比例增加，對增加降雨的入滲， 提高土壤含水量，增加水分存儲；而覆蓋又抑制了蒸發(fā)， 對減少土壤蒸發(fā)損失有一定的作用，所以保護(hù)性耕作具有較好的保水效果[15]。免耕與深松可以提高土壤耕層儲水量，為后季作物的播種及苗期生長提供較好的土渭北旱作麥田保護(hù)性輪耕作蓄水保墑效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益研究 5 壤環(huán)境。王曉燕研究表明，與常規(guī)耕作相比， 050cm土層的儲水量，免耕提高 14%，深松提高 22%[16]。保護(hù)性耕作將體閑期降水有效地保存在深層土壤，通過增加儲水與減少表層水分蒸發(fā)，保護(hù)性耕作提高了作物的水分利用效率。 保護(hù)性耕作對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響 不同耕作方式下土壤的溫度、水分、通透性不同，這些都影響到土壤養(yǎng)分的分解、轉(zhuǎn)化與積累。秸稈本身含有大量的有機(jī)物質(zhì)和礦質(zhì)營養(yǎng)，通過覆蓋還田，可以增加土壤養(yǎng)分。在農(nóng)田管理過程中，保護(hù)性耕作方式減少農(nóng)機(jī)具對土壤擾動，降低了農(nóng)田 CO2排放來減少土壤的碳損失，增加農(nóng)田土壤固碳潛力。與傳統(tǒng)耕作相比，保護(hù)性耕作可以導(dǎo)致土壤表層有機(jī)質(zhì)的累積 [17]，土壤中養(yǎng)分成層分布，這是保護(hù)性耕作（特別是免耕）最典型的特點之一 [47]。翻耕與免耕措施下土壤耕層內(nèi)的氮素儲量相當(dāng)，差別在于免耕 土壤全氮呈明顯的層次性分布且主要分布在表層， 而翻耕土壤上下層全氮含量相差較小，分布較均勻 [18]，秸稈還田能緩效提高土壤全氮。保護(hù)性耕作農(nóng)田土壤全磷 [19]、速效磷含量高于常規(guī)耕作農(nóng)田，但其鉀的有效性幾乎沒有什么差別 [20]。 研究表明，秸稈全量還田可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，速效磷和速效鉀含量也會明顯提高。 保護(hù)性耕作對作物生長發(fā)育的影響 不同耕作和覆蓋措施對作物出苗的影響不同 ，秸稈粉碎直接還田條件下，種子萌發(fā)和生長時水分和養(yǎng)分條件較好，出苗率較高 [21]。逄煥成 認(rèn)為，秸稈覆蓋的處理土壤表層墑情 好，養(yǎng)分充足，小麥的出苗率高，冬前總莖數(shù)和春季總莖數(shù)增加 [30]；秸稈覆蓋處理的夏玉米出苗率可提高 4%13%[22]。保護(hù)性耕作影響作物的根系發(fā)育，根系的分布及其生理生化指標(biāo)均發(fā)生了變化 [23]。免耕處理的小麥 020 cm 土層根系擴(kuò)展，比傳統(tǒng)耕作根重增加；間隔深松處理則促進(jìn)根系下扎，表層根重降低。 保護(hù)性耕作改變了作物的生長進(jìn)程，對不同作物及其不同生育階段產(chǎn)生不同的影響。秸稈覆蓋在冬季具有保溫作用，有利于冬小麥防御凍害威脅，保證冬小麥安全越冬，但推遲了返青期，起身拔節(jié)后麥苗生長勢由弱變強(qiáng)，小麥植株生長 發(fā)育良好，葉面積增大，小麥的光合效率顯著提高，后期葉片功能期延長，后期綠葉面積多，不易早衰，有利于小麥結(jié)實和灌漿。保護(hù)性耕作還影響作物的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)。秸稈覆蓋量在每公頃 45007500 kg時，小麥的畝穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重都明顯提高，在一定范圍內(nèi)產(chǎn) 量有隨著覆蓋量的增加而提高的趨勢 [24]。 保護(hù)性耕作的產(chǎn)量、效益 謝瑞芝等 調(diào)查表明，以當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作模式為對照，保護(hù)性耕作產(chǎn)量數(shù)據(jù)大部分是增產(chǎn)或平產(chǎn)報告，平均增產(chǎn)幅度為 %，其中小麥為 %，水稻為 %，玉米為%[3]。不過 保護(hù)性耕作不增產(chǎn)或減產(chǎn)的現(xiàn)象也是客觀存在的。保護(hù)性耕作影響作物產(chǎn)量的原因是多方面的，前人也對其進(jìn)行了研究。保護(hù)性耕作持續(xù)時間影響作物產(chǎn)量：賈樹龍等 認(rèn)為連續(xù)少耕和免耕處理的前 3 年對作物產(chǎn)量沒有影響，之后小麥產(chǎn)量顯著降低（最大降幅達(dá)到 %），但連續(xù)免耕對玉米產(chǎn)量則沒有明顯影響 [25]?？导t等研究渭北旱作麥田保護(hù)性輪耕作蓄水保墑效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益研究 6 表明，免耕覆蓋初期小麥產(chǎn)量明顯低于常規(guī)耕作，隨著處理年限的增加，處理間的差異減小，產(chǎn)量基本相當(dāng) [26]。秸稈處理的數(shù)量、時間影響作物產(chǎn)量：玉米秸稈少量覆蓋可稍增加冬小麥產(chǎn)量，而增大覆蓋量則會減產(chǎn)，主要原因是覆 蓋造成了小麥返青期低溫，影響了冬小麥的正常生長 [17]。 Riley 等比較了國外翻耕和免耕試驗的結(jié)果，認(rèn)為免耕對產(chǎn)量幾乎沒有不利影響， 90%的免耕產(chǎn)量與翻耕沒有差異，而節(jié)省的機(jī)械、能源和勞力的費用，以及對土壤的有益性則是非常明顯 [48]。實行保護(hù)性耕作，減少土壤耕作次數(shù)，有效降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入成本，具有比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 保護(hù)性耕作技術(shù)研究展望 目前國內(nèi)保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用面積仍不盡人意，只占我國耕地面積的 6%左右，而北美地區(qū)保護(hù)性耕作面積占耕地面積的 60%以上。影響保護(hù)性耕作技術(shù)推廣應(yīng)用的主 要原因是作物產(chǎn)量不高、效益不明顯，保護(hù)性耕作農(nóng)田的穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)技術(shù)不過關(guān)限制其推廣應(yīng)用。緩解保護(hù)性耕作措施對作物生產(chǎn)的負(fù)面影響，需要對保護(hù)性耕作影響作物生長的機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究 [3]，綜觀國內(nèi)保護(hù)性耕作的研究現(xiàn)狀，還需在以下方面進(jìn)行深入研究：（ 1）不同保護(hù)性耕作措施下土壤性質(zhì)變化對作物生產(chǎn)的影響尚難確定。一 般認(rèn)為保護(hù)性耕作會增加土壤的容重，不利于作物的生長，但王昌全等 的長期定位試驗結(jié)果表明，連續(xù) 8年的免耕處理土壤容重小于傳統(tǒng)翻耕處理，且免耕能增加土壤孔隙度、促進(jìn)團(tuán)聚體的形成 [27]；而何奇鏡等 則認(rèn)為 ，連年少 免耕引起的土壤緊實對玉米生長沒有不利影響 [28]。（ 2）不同保護(hù)性耕作措施下土壤溫度變化對作物生產(chǎn)的影響還需要進(jìn)行深入研究。一些研究者提出了 “秸稈覆蓋在低溫時有增溫效應(yīng)，高溫時有降溫效應(yīng) ”的觀點，認(rèn)為覆蓋有利于作物生長，但減產(chǎn)現(xiàn)象也都被歸咎為土壤溫度的變化 [29]。高亞軍等 認(rèn)為，絕大多數(shù)研究只是測定了作物某一生長階段的溫度，沒有土壤溫度變化的系統(tǒng)測定結(jié)果，難以解釋土壤溫度變化造成的作物生產(chǎn)上的差異 [42]。（ 3）保護(hù)性耕作條件下病蟲草害的發(fā)生規(guī)律發(fā)生了變化，對保護(hù)性耕作條件下病蟲草害的防治技術(shù)也應(yīng)有針對性的 創(chuàng)新。（ 4）不同保護(hù)性耕作措施對作物生產(chǎn)的影響還需要進(jìn)行深入研究。由于保護(hù)性耕作采用的少免耕及秸稈還田措施，容易引起土地整地質(zhì)量下降，從而降低了種子的播種質(zhì)量，使出苗率和出苗質(zhì)量均受到影響 [21]；但也有報道認(rèn)為保護(hù)性耕作處理的土壤表層墑情好，養(yǎng)分充足，提高了出苗率 [22] [30]。不同的耕作措施、秸稈還田的數(shù)量、方式以及還田的時間對作物生產(chǎn)的影響也都存在很大的爭議。所以，需要充分理解保護(hù)性耕作條件下的作物生長發(fā)育規(guī)律特點，才能制定有針對性的保護(hù)性耕作技術(shù)管理方案。 保護(hù)性耕作所采取的任何措施都會作用于作 物的生長環(huán)境從而直接、間接的影響作物生長發(fā)育，保護(hù)性耕作的效益也是通過作物的生長發(fā)育過程最終在產(chǎn)量上體現(xiàn)。在不同的試驗條件下，同一種保護(hù)性耕作措施獲得不同的甚至是完全矛盾的試驗結(jié)果屢見不鮮，但目前的研究并沒有認(rèn)真分析這些因素的作用，對保護(hù)性耕作措施的評價各執(zhí)一詞。只有系統(tǒng)考慮保護(hù)性耕作措施對作物生長發(fā)育的影響因素，制定有針對性的解決方案，才能解決生產(chǎn)中存在的實際問題 [3]。我國自 80年代以來開始系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)性耕作的研究渭北旱作麥田保護(hù)性輪耕作蓄水保墑效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益研究 7 工作，一批具有遠(yuǎn)見的研究者建立了長期定位的研究基地，在理論研究和生產(chǎn)實踐中積累了一定的經(jīng)驗 ，也為保護(hù)性耕作的研究奠定了基礎(chǔ) [31]。當(dāng)前，保護(hù)性耕作的研究人員應(yīng)深入分析我國保護(hù)性耕作研究和推廣應(yīng)用過程中存在的問題，根據(jù)我國的生產(chǎn)實際，對保護(hù)性耕作做出科學(xué)的評價，通過機(jī)理性研究，創(chuàng)新保護(hù)性耕作條件下作物穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)技術(shù)，推動保護(hù)性耕作技術(shù)在我國的發(fā)展和應(yīng)用。渭北旱作麥田保護(hù)性輪耕作蓄水保墑效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)效益研究 8 2 試驗區(qū) 概況和 研究 方法 研究背景和意義 陜西渭北旱塬區(qū)地處黃土高原東南部，降水在 400—730 mm[32]，水資源極度缺乏 ,農(nóng)業(yè)用水主要依靠天然降雨 ,為典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū) (李崗 ,1997)。長期以來， “蓄住天上水，保住地中墑 ”是渭北 旱塬農(nóng)田作物生產(chǎn)管理的主要任務(wù)，而土壤耕作是旱作農(nóng)田實現(xiàn)蓄水保墑的重要技術(shù)途徑。傳統(tǒng)的 “冬小麥－夏閑 ”農(nóng)作制中，在 6月下旬至 9月中旬的夏閑期，為了促進(jìn)雨季降水入滲和耕層土壤熟化，渭北旱塬區(qū)長期普遍采用 “多次翻耕－耙耱 ”土壤耕作法。李立科在渭北旱塬進(jìn)行多年耕作試驗研究表明，由于夏閑期頻繁翻耕作業(yè) 2次以上，麥田地表疏松裸露，夏閑期的自然降水保蓄率僅 30％左右，同時多耕多耙破壞土壤結(jié)構(gòu)， 降低土壤潛在肥力，又增加作業(yè)成本，在水蝕風(fēng)蝕地區(qū)，不利于保水保土 [33]。因此，傳統(tǒng) “冬小麥－夏閑 ”翻耕耕作制難以達(dá)到理想的蓄 水保墑目的，如何進(jìn)一步提高有限降水的就地入滲、土壤貯蓄是渭北旱塬旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的生產(chǎn)難題。而以秸稈覆蓋免耕和深松為主的保護(hù)性耕作技術(shù)，能有效減少耕層土壤擾動，促進(jìn)自然降水多蓄少耗，增加土壤蓄水量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量，同時減輕水土流失威脅，降低風(fēng)蝕揚(yáng)塵危害，維護(hù)和改善耕地質(zhì)量 [4] [34]， 是渭北旱塬旱作糧田蓄水保墑、培肥地力和增產(chǎn)節(jié)本的重要技術(shù)措施之一。 渭北旱塬的旱作農(nóng)田地面平整和土層深厚，水蝕和風(fēng)蝕相對較輕，保護(hù)性耕作技術(shù)的主要任務(wù)和作用是蓄水保墑和增加產(chǎn)量。在 20世紀(jì) 80年代，渭北旱 塬開始了保護(hù)性耕作技術(shù)的田間試驗，李立科 、 韓思明等分別在渭北旱塬合陽縣和乾縣開展了抗旱保護(hù)性耕作法研究，結(jié)果表明，留茬免耕、少耕秸稈覆蓋或殘茬覆蓋深松法較傳統(tǒng)翻耕法，增加了夏閑末 2m土層內(nèi)蓄水量，冬小麥顯著增產(chǎn) [33]。雖然渭北旱塬保護(hù)性耕作技術(shù)研究已相繼開展了 20多年，但當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)性耕作技術(shù)發(fā)展速度緩慢，只在合陽、乾縣等部分地區(qū)進(jìn)行了一些試驗示范，生產(chǎn)推廣應(yīng)用面積較少，反應(yīng)了保護(hù)性耕作技術(shù)研究不夠深入，技術(shù)缺陷比較明顯，配套技術(shù)不夠完善。其中，免耕和深松配套機(jī)具短缺、雜草和病蟲防除技術(shù)不過關(guān)、秸稈覆蓋后施肥 和播種質(zhì)量較差、