推广作物粉垄栽培，保障国家粮食安全

2012-01-24，，，，，，3*

作物研究 2012年5期

关键词：耕作层良法良田

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(1 广西农业科学院，南宁 530007； 2 湖南农业大学，长沙 410128；3 国家杂交水稻工程技术研究中心，湖南长沙 410125)

2012-07-18

韦本辉(1957-)，男，广西北流市人，研究员，主要从事粮食作物与农业发展战略研究，Email:weibenhui@126.com。*通信作者，Email:baidelang@126.com。

国家科技支撑计划项目(2007BAD75B03)；国家公益性行业(农业)科研专项(HY20093022)；袁隆平院士基金项目(2011)。

推广作物粉垄栽培，保障国家粮食安全

韦本辉1，甘秀芹1，刘斌1，申章佑1，陈烈臣2，白德朗2，3*

(1 广西农业科学院，南宁 530007； 2 湖南农业大学，长沙 410128；3 国家杂交水稻工程技术研究中心，湖南长沙 410125)

作物粉垄农耕新技术，从根本上改变了传统耕作模式,实现了大田土壤活土保水，对充分挖掘作物单产潜力、促进中低产田改良、实现作物平衡增产具有重大意义。3年来经我国8省(区)在水稻、玉米、木薯、马铃薯等13种作物上的应用试验，证明其较传统耕作增产10%～30%。提出在加强作物良种化的同时，利用粉垄栽培技术能进一步提升耕地良田化、耕种良法化，以良田、良法、良种 “三良”综合效应提高粮食单产与总产; 并测算出粉垄栽培技术应用于我国粮食作物现有种植面积的30%，增产的粮食可多养活1亿人口；指出粉垄农耕技术在盐碱地、干旱地区的生态重建、部分草原改造，以及在耕地垦复构建新的耕作层等方面, 具有重大应用前景。

作物；粉垄栽培；耕作技术；粮食安全

粉垄农耕新方法，2008年开始研究，近3年来，在广西、湖南、河北、辽宁、甘肃、河南、广东、宁夏8个省(区)的13种不同作物(水稻、小麦、玉米、甘蔗、大豆、花生、淮山、木薯、马铃薯、甘薯、蚕桑、木瓜、牧草等)上应用试验，在同等施肥及管理水平下，其较传统耕作增产10%～30%，其中水稻，在广西增产10%以上；小麦，在河南增产10%以上；玉米，在辽宁增产12%以上；马铃薯，在甘肃增产20%以上；淮山药，在宁夏首次试种产量达37 500 kg/hm2以上……。

粉垄农耕,是利用发明的粉垄机械一个、一组或多组螺旋型钻头，垂直对土壤横向快速旋磨切割粉碎，自然悬浮成垄(厢)，在垄(厢)面上直接种植作物的配套新技术。2012年3月28日，该技术通过了广西区科技厅主持的科技成果鉴定。该方法的核心，在于从根本上改革了传统耕作方式，将耕层下移，合理增加并利用耕作层及其以下土壤和天然降水，实现活土保水，为农作物创造了单位面积上松土量增加且保水、透气的土壤生态环境。

1 耕地良田化、耕种良法化程度较低，己成为制约我国粮食作物单产提高的“瓶颈”

资料显示，我国实现了粮食连续8年增产，8年间总产量增加了14 051万吨，主要源于单产的提高，其占总产量增长份额的62.3%；且粮食单产的提高，主要得益于新品种的推广和良种化程度的提高。2011年《中国应对气候变化的政策与行动》称，全国主要农作物良种覆盖率已达到95%以上，良种对粮食增产贡献率达到40%左右[1]。

尽管如此，我国良种的实际增产潜能，远没有完全释放出来。水稻、玉米、小麦等作物新品种区域试验平均产量己经达到了8 895 kg/hm2，但生产上，实际平均产量只有4 530 kg/hm2。也就是说，与现有优良新品种区域试验平均产量相比，仍有至少40%以上的增产潜力空间。

如此大的增产潜力，表明至少在土壤环境和耕种方法上，尚未满足作物高产栽培之需求，这非常值得我们深思。其深层次问题，至少有如下几方面。

1.1 耕地耕作层浅薄普遍存在

对广西、云南、贵州、甘肃、辽宁、河南、广东、浙江、宁夏等多省区，实地进行耕地耕作层剖面调查，结果显示，多数旱地和稻田，虽然广泛使用拖拉机耕作，但目前的耕作松土层厚度，多数仍然保持在15 cm左右，厚的也在20 cm上下。由于耕作层浅薄，作物个体与群体单位面积所占有的土壤松土量偏少，导致作物根系下扎浅，水分、养分不能被充分利用，土壤通透性差，作物易发生早衰现象，遇到高温、低温和干旱等逆境，抵御能力较低[2]。可见，从“深水养大鱼”的道理上说，这应当是目前制约中国粮食作物单产增长与提高的主要原因。

1.2 耕地土壤质地相对较差

全国各地的旱地、水田，由于土壤母质与耕作方式的关系，相当面积的耕地土壤存在着因为过粘而板结、或者过沙而漏水的现象；加之耕作工具，或小型拖拉机的浅耕(相当面积为浅层旋耕)，部分耕地耕作层还有变浅的趋势；或重型拖拉机虽有较深的深耕，但年复一年的重力碾压又形成了坚硬的犁底层。由于这些因素的影响，目前全国耕地的耕作层土壤，相当部分存在着保水保肥性能较低，土壤透气性差等现象。这些因素对作物单产的提高，都是不利的。

1.3 土壤被污染或地力下降

有资料显示，我国化肥施用量，已由20世纪50年代每公顷4.05 kg增加到现在的433.95 kg，增长了100多倍，是国际公认的化肥施用安全上限的1.93倍[2]。如此过量的施用化肥、农药，加之有机肥施用量和补偿不足，造成全国部分旱地与水田耕作层土壤被污染(《2011年中国环境状况公报》称，农村地表水轻度污染，土壤样品超标率达到21.5%，垃圾场周边、农田、菜地和企业周边土壤的污染都比较严重)，或地力下降，这对作物单产提高和品质改善也是不利的[3]。

1.4 轻便高效耕种法配套相对不足

我国农作物耕作与栽培技术研究，长期以来投入相对不足，技术进步相对滞后；有所突破的，多停留在设施化喷滴灌技术、配方施肥技术、病虫害防控技术等方面，其中有的先进技术虽有良好的增产效果，但投入成本较高，在大面积推广应用中，尚有一定的局限性。

可见，在良种化问题已经得到初步解决的今天，耕地良田化、耕种良法化尚未同步跟上，已经成为严重制约中国农业发展和粮食安全的“瓶颈”问题。

因此，我们在更加重视利用杂种优势等技术来选育高产优质新品种，推进作物生产高度良种化的同时，应当审视现实，创新思维，科学发展，让良田、良法在粮食单产增加方面，发挥其应有的重要作用。首先，推进农机农艺的有机结合，变革创新耕作工具、耕作方法与方式，特别是，要通过新的耕作工具与耕作方法结合，把中低产水田与旱地变成一定程度上的良田良地；其次，在此基础上，研究与其配套的高效耕种技术，形成以充分合理利用耕地耕作层及其以下部分土壤资源和天然降水为重点，以节本、节耕、省工、增收为目的的“耕、种、管、收” 的简便“耕种良法”。利用现代装备和技术，构建具有我国特色的良种化、良田化、良法化的农业和粮食生产新体系，己成为我国国家粮食安全亟待解决的最现实的战略性问题。

2 促进粮食作物单产的进一步提高, 应赋予耕地良田化、耕种良法化新内涵

为实现粮食单产的进一步提高,我国将不断推出增产潜力更大的作物新品种；随之相应地起支撑作用的，应当是耕地质量和耕种技术的有效提升。因此，耕地的良田化，耕种的良法化，势在必行。

所谓的“耕地良田化”、“耕种良法化”概念，就是从提升土地生产能力和产品产出的经济性状出发，赋予耕地良田化、耕种良法化新的内涵：

其一，良田良地。至少要求耕作层要深厚、肥沃、保水，其土壤质量环境对作物的生产能力，在现有基础上提高5%以上；耕地良田化，应对现有的中低产旱地和水田，在田间道路和水利配套并基本实现田园化的基础上，将其耕作层土壤适当加深，培肥地力，生产能力得到较大幅度提高。其二，耕种良法。继承传统且高于传统，不同于现行栽培理念，以更简便高效为原则，农艺农机相结合，通过农机耕作带动新的耕种方式，有的作物和田地可实现整地、施肥、播种等一体化。在耕作上，创造良好的土壤环境和适种适管、高效利用水、肥、气及光能条件，配套相关栽培和田间管理技术，可使作物生产能力在现有基础上提高5%以上。耕种良法化，就是在创新耕种方式，促进作物进一步高产优质的前提下，实现耕、种、管、收的简便化、标准化、高效化。

3 粉垄农耕助力耕地良田化和耕种良法化

粉垄农耕新方法，打破了千年使用锄头、犁头翻耕纵向碎耙土壤的模式，超越了拖拉机耕作深度，深耕不乱土层，耕层中有“U”型聚集天然降水的“耕地水库”和土壤速效养分被释放增加10%～30%的功效，并一次性完成传统犁、耙、打等作业程序，有利于土壤水、气、肥的平衡和农作物的生长发育。

3.1 有助耕地良田化的提升

在推进耕地良田化方面，粉垄农耕技术能够实现耕地土壤的“深、松、肥、保(水)、高(产)”等效果。

(1)耕作层加深，实现单位面积上的松土量增加以获取自然性增产效果。根据作物种植要求，可整田粉垄或条带状(种植带)粉垄，对整田耕作层或种植带进行土壤松土加深，使犁底层合理下移，实现耕地单位面积上的松土量增加。如稻田耕作层，可由目前的15 cm左右加深至20～22 cm，土壤松土量可增加60%以上；旱地耕作层，由目前的15 cm左右加深至22～30 cm，土壤松土量可增加80%以上。这种耕作层的加深，是利用粉垄机械螺旋型钻头垂直对土壤横向旋磨切割粉碎悬浮的，原有土层基本不乱(有石头耕地不适用此方法)。采用这种耕作方法，试验证明可获取10%左右的自然性增产效果[4]。

(2)形成聚集天然降水的“耕地水库”，土壤速效养分释放增加10%以上[5]。缺水和干旱是中国耕地的普遍现象，也是制约作物单产提高的主要因素之一。据报道，土壤耕层每加深1 cm，每公顷地可增加30 t的蓄水能力，可以储存3 mm的降雨量。粉垄加深了耕作层，还有“U”型松土槽，成为几乎零投入的、可聚集天然降水的“耕地水库”，土壤贮水量比传统耕作增加80%以上，在干旱地区越冬休闲期也可增加20%以上。据甘肃省农业科学院对在典型干旱地区的甘肃省定西市粉垄耕作土壤越冬贮水进行的跟踪调查，休闲期为2011年9月20日至2012年3月25日，末日的测定结果显示，粉垄耕作深度40 cm，其0～100 cm间的土壤，平均含水量达到16.05%，而传统耕作只有12.6%，折算每公顷土壤贮水量比传统耕作增加了93 m3。也就是说，在西北干旱地区，粉垄耕作越冬，利用雪水每公顷可增加贮水量93 m3，这将对当地春夏播种保墒和促进作物生长发挥重要作用。粉垄耕作土壤速效养分被激活，速效氮、磷、钾和部分微量元素可增加10%以上，单位面积松土量增加了，速效养分总量亦可随之增加，有利于作物生长利用。

(3)耕地土壤物理性状改善，有益微生物数量增加。粉垄农耕土壤物理性状有所改善，通透性好，且不易板结。据河南省农科院测定，粉垄种植小麦，成熟期土壤耕层紧实度为7.2 kg,比传统种植的土壤降低了37.3%(表明粉垄土壤作物种植几个月后仍保持良好的疏松度)，小麦旗叶叶绿素含量达50.7 mg/kg，比传统种植增加了21.29%(表明粉垄小麦生长后劲足，有利子粒饱满度的增加并提高单产)。粉垄在螺旋钻头带动下，有20%左右犁底层土壤上浮，可起到客土改土作用。由于粉垄耕作土壤质地和通透性有所改善，土壤中有益微生物相对活跃，数量也有所增加[5]。这些土壤生态环境的改善，对作物生长有促进作用。

(4)提高作物光合效率。粉垄耕地种植作物，表现根系特别发达，植株健壮，光合效率可提高10%以上。其根系量和地面植株生物量均可增加15%以上，根系直接残留于土壤中和枝叶还田数量增多，有利于提高耕地地力[6]。

(5)减少水土流失，减轻旱涝灾害。粉垄耕作，有“U”型松土槽，天然降水容易快速下渗贮存于土中。旱坡地，采取一定角度的条带状粉垄，既可把天然降水留下来，又能减少坡地松土被雨水冲走，从而减少水土流失。即使降暴雨，流域性大面积实行粉垄耕作后，“耕地水库”也可发挥作用而减轻一定程度的洪涝灾害。干旱缺水时节，“耕地水库”的部分水源又可下渗，保持江河、水库有水源，保障农业等用水。此外，“耕地水库”还可以增加地下水的补偿能力，减轻农田因地下水过度开采而发生的地陷灾害。粉垄种植水稻，在减少稻田水、土、肥流失方面，也意义重大。干田粉垄，晒土氧化，插秧时节回水溶土即直接抛秧或插秧，免除传统的犁耙作业，既能减少水土和养分流失，又可形成适于水稻生长发育的水气平衡的“海绵状”土壤耕作层，保水性能强，土壤氧气足，水稻根系多，白根多，增产量大[7]。

(6)后效明显，可轻耕、免耕、节耕而利于节能增效。据观察，在广西武鸣第四纪红土发育的旱地土壤粉垄种植薯类作物，后作耕层土壤仍然表现疏松，拖拉机犁耙强度明显减轻，效率提高[8]。稻田粉垄栽培水稻，在广西玉林市试验，犁底层适当下移(未发现有明显的漏水漏肥现象)，早稻增产20%左右，晚稻免耕栽培有9%的增产效果，第三造再免耕栽培仍然有8%的增产效果；粉垄后的稻田采用轻耕轻耙，保持底层土壤粉垄特性，水稻生长也表现良好[9]。按试验结果，稻田可考虑粉垄1次，轻耕或免耕种植水稻2～3年后再粉垄。如此轮耕，既可增产粮食，又可省工节能增效。

3.2 有助耕种良法化的提升

粉垄在“轻便、高效”的理念指导下，实现“节耕、节水、节肥、省工、增效”。具体为：

(1)一次性高效化完成耕作作业。通过对粉垄农耕原理的持续研究与探索，对粉垄机械进行不断地配套与改进，经完善后的粉垄机械，可一次性完成整地、施肥、播种等耕种作业，有利于农业生产的标准化。

(2)实现省工高效田间管理。由于粉垄栽培耕层土壤深厚，保水、保肥、透气能力强，单位面积上松土量和速效养分增加，可由传统耕种中对作物多次性施肥，改为一次性与土壤混施深施或少次性施用，提高肥料利用率，也减少人工投入；土壤深层贮水，表土层相对疏松，有利于利用更多天然降水和空气中的自由水分，减少人工灌溉；作物生长协调，人工田间管理可相对减少。

(3)作物栽培新理念、新理论的运用和抵御不良环境。由粉垄耕种引发出一系列作物栽培的新理念、新理论。如，作物根系特别发达，有利贯彻“以根为本”的栽培新理念；粉垄土壤水肥供应相对丰富，利用其“水肥均衡供应”特点促进作物在整个生育期中能均衡协调生长；根系超长深扎，在作物遇到干旱、高温、低温等逆境胁迫时，有较好的抵御和缓解作用，达到一定保障性增产增收的目的[7]。据观察，粉垄深耕30 cm种植玉米，在广西宾阳县7月高温、辽宁省昌图县和甘肃省定西市9月低温时，成熟后期的玉米，由于根系深扎，其生命活力与体征仍然保持较好状态，灌浆时间比传统耕种(耕层15 cm)可延长3～5 d，有利于提高籽粒饱满度，减少玉米秃顶现象，增产效果良好[10]。在广西武鸣粉垄深度40 cm带状种植甘蔗，在遇到冬春季节间歇性较低气温的40 d后测定，此期间每公顷甘蔗的产量仍增长3 469.5 kg，比传统耕种增加1 191 kg[11]。在广西北流稻田粉垄深度30 cm后冬种马铃薯，历经较长时间的低温过程，植株长势、叶片光泽度明显优于传统翻耕土壤深15 cm种植的马铃薯，产量增加20%以上[12]。在栽培上，利用粉垄深耕让作物根系深扎，抵御一定干旱、高温、低温等不良环境，保产增产，值得重视。

4 粉垄农耕应用于我国粮食作物现行种植面积的30%，增产的粮食可多养活1亿人口

粉垄栽培技术的应用，可促进耕地良田化、耕种良法化的提升，增产效果是令人欣喜的。依据全国8个省区多种作物粉垄栽培所表现的增产结果测算，我国水稻、玉米、小麦等粮食作物现行种植面积的30%约2 700万公顷应用粉垄农耕，按每公顷折合增产稻谷750 kg计，可增产粮食200亿公斤(新增效益可达500亿元)，相当新增加水稻播种面积270万公顷，可多养活1亿人口。

5 粉垄农耕与拖拉机耕作的效率、效益比较

粉垄机械己获国家专利，由广西五丰机械有限公司研究、制造的样机参与了多个省区的粉垄作物种植试验。与同等动力的拖拉机相比，粉垄机械一次性完成了拖拉机所需犁耙打的作业程序，耕作层加深了5～10 cm(拖拉机难以办到的)，总体效益是好的，但样机的工作效率稍低。如2011年在广西玉林市进行的12 hm2粉垄栽培水稻试验，早稻粉垄耕作，稻田耕作层比拖拉机耕作加深7 cm，晚稻免耕栽培，早、晚两造测产合计每公顷产稻谷19 452 kg，比拖拉机耕作增产2 752.5 kg/hm2。如按照大面积每年双季每公顷增产1 500 kg，粉垄耕作成本以每公顷1 800元、比拖拉机耕作多支出450元计，每公顷纯收入增加3 450元，纯收入增加幅度可达30%以上[9]。再如，广西大马力拖拉机犁、耙和开行种植甘蔗，耕犁深度30 cm，每公顷机耕费需要3 000元左右，而采用粉垄耕作甘蔗种植带土壤深度可达40 cm以上，因粉垄是机械一次性完成其整地作业，每公顷只需2 700元即可。

6 粉垄农耕应用前景广阔

粉垄耕作，己有3年和全国多地区、多作物的应用经历，应用面积累计400多公顷。其中，水稻粉垄栽培，同一块稻田两年三造均表现增产，有的粉垄一造后连续两造免耕种植水稻仍表现良好；甘蔗、木薯、淮山药等已有3年以上的粉垄栽培经历，多数作物每年的增产率一般都达20%，高的达30%左右。

可见，粉垄栽培技术对作物的增产作用是客观存在的，该技术可以使低产田更中产田、中产田更高产田、高产田更高产，同时提高产品品质。按照粉垄的活土保水、土层基本不变和耕作深浅易于操作的功效与原理，粉垄在盐碱地、西北干旱地区生态重建、部分草原改造等方面，也具有潜在的应用价值，一旦试验成功，前景不言而喻。同时，国土、农业综合开发等部门，每年数千亿巨资投入进行的土地整理整治和耕地垦复，在最后平整土地构建新的耕作层的环节中，利用粉垄技术直接一次性深耕深松，既便于垦复耕地质量检验，又有利于垦复耕地当年耕种和作物产量的提高。人类的生存与发展，是一个对土壤、水分、光能等自然资源增量挖掘和利用的过程。粉垄，比拖拉机耕作可更进一步的改善土壤环境，促进作物进一步的提高光能利用率，进而在单位面积上获取更多的农产品，而且较大份额上是自然性的增产效果；其实质，就是一个合理增加利用土壤、水分、光能等自然资源的“增量效应”，与农耕发展史上使用石锄、铁锄、牲畜犁耙、拖拉机犁耙，所呈现的土壤、水分、光能等相应利用量的逐渐增多、作物产量水平随之上升的效应是相一致的。

根据目前的研究实践，我们有理由相信，粉垄作为一种新的农耕方法，一旦被人们所认识，重视和加强包括其基础性研究，不同区域不同作物耕种，盐碱地、部分草原和西北干旱地区生态重建，以及粉垄机械升级研究，做好各地的示范推广工作，将有可能对我国甚至世界农业发展和粮食安全，带来积极而深远的影响。

[1] 解振华.中国应对气候变化的政策与行动[M].北京：社会科学文献出版社，2010.

[2] 蒋高明.中国生态环境危急[M].海口：海南出版社，2011.

[3] 中华人民共和国环境保护部.2011年中国环境状况公报[EB/OL]. http://jcs.mep.gov.cn/hjzl/zkgb/2011zkgb/.

[4] 韦本辉.旱地作物粉垄栽培技术研究简报[J].中国农业科学，2010，43(20)：4330.

[5] 韦本辉,甘秀芹,陈保善,等.农耕新方法粉垄整地土壤速效养分研究[J].广东农业科学，2011，(17) ：42-45.

[6] 甘秀芹,韦本辉,申章佑,等.桑树粉垄栽培的根系、植株及产量性状表现[J].浙江农业科学，2011，(3) ：705-707.

[7] 韦本辉.粉垄栽培增产效果及其引发的栽培学新理论探讨[J]. 广西农学报，2011，26(2)：25-28.

[8] 刘贵文，黄樟华，韦本辉，等.粉垄技术对木薯生长发育和产量的影响[J]. 南方农业学报，2011，42(8)：975-978.

[9] 本刊编辑部.超级稻粉垄栽培研究与示范[J].科技成果管理与研究，2011，(9)：104.

[10] 韦本辉,甘秀芹,陈保善,等.粉垄整地与传统整地方式种植玉米和花生效果比较[J].安徽农业科学，2011，39(6) ：3216-3219.

[11] 韦本辉,甘秀芹,申章佑,等.粉垄栽培甘蔗试验增产效果[J].中国农业科学，2011，44(21) ：4544-4550.