美国肯塔基白肋烟免耕生产的历史发展与最新进展

邹聪明 ，PEARCE R C ， 胡小东 ， ZELEZNIK J M

1 肯塔基大学植物与土壤系，莱克星顿，肯塔基州 40546，美国；2 云南省烟草公司楚雄州公司，楚雄，云南 675000

1962年， 美国肯塔基州农民Harry Young Jr.在0.7英亩（约 0.28 hm2）玉米地开展免耕试验，开创了农田作物生产保护性耕作的新时代。1973年，肯塔基大学农业推广专家S. H. Phillips与 Harry Young Jr.合作出版的《No-tillage Farming》一书继续推进了免耕生产在美国及南美州的发展。作为美国白肋烟种植的主产区，肯塔基州早在20世纪70年代初就已经尝试将免耕技术应用于烟草生产[1-2]。由于杂草压力、土壤板结、经济效益低与烟农的传统耕作习惯等诸多压力，烟草免耕生产研究曾一度停滞[2-3]。但是免耕生产明显的保水保土效果与节约机械燃料等优势一直激励着烟草生产研究人员与推广工作者们积极地探索免耕新技术、寻求更加合适的方式促进免耕在烟草实际生产中的应用[4-6]。直到近年，除草剂的革新、免耕移栽机的改良与“配额买断”政策促进了烟草生产大集中，才使得烟草免耕生产的优势逐渐凸显出来，真正意义上实现从研究阶段进入了实际生产推广阶段。

美国肯塔基州这段积极探索实践烟草免耕生产的历史，对我国烟草实行保护性耕作具有很强的借鉴意义。因此，本文将从免耕在烟草生产中的现实需要、优势、制约因素、关键技术的突破与最新研究进展五个方面来综合阐述肯塔基白肋烟免耕生产的历史、现状与未来。同时依据美国烟草免耕生产与推广的规律，结合中国烟草生产的现状，对国内烟草保护性耕作生产的未来趋势进行了展望。

1 肯塔基白肋烟免耕生产的现实需要与优势

肯塔基白肋烟免耕生产的现实需要主要开始于2004年10月签署的“Tobacco Transition Payment Program or Tobacco Buyout”（“烟草过度阶段付款计划”或者“配额买断”）政策。烟农对烟叶市场价格与销售失去了以前“配额时代”的价格保护与市场保障，此政策造成的直接影响就是小农户不断退出烟叶生产的竞争市场，大农户则不断增加生产面积以提高利润[7]。这种新形势带来诸多方面的变化。第一，客观上，它迫使烟草生产从原来优选的平地向坡地扩张，使烟田直接面临着土壤侵蚀的威胁，需要保护性耕作取代传统耕作以缓解水土流失。第二，大农户通常已经具有较为成熟的玉米、大豆与小麦的免耕生产系统，他们希望烟草生产也同样保持的免耕系统。第三，利润空间的压缩导致大农户更为关注成本投入，包括人工、燃料与机械磨损等；同时，大烟农也更有财力购买新型免耕移栽机，选择更自由的轮作模式。这种新形势带来耕作模式的显著改变，据一项种植者耕作方式调研的数据, 2003年在肯塔基只有大约400 hm2的白肋烟生产采用保护性耕作。而2004 年该调研报告却显示超过3000 hm2的白肋烟生产采用了此耕作法[4]。

白肋烟免耕生产主要有如下优势：在土壤保护方面，免耕减少对土壤表层的扰动，保持土壤团聚体结构，提高土壤有机质含量，防止土壤侵蚀与地表径流，保持土壤供氮能力，干旱季节高有机质含量还有利于保持土壤水分。免耕还可以有效地防止耕层土壤板结，因为耕作下层板结很多时候是由耕作柄造成的，而免耕就减少了耕作环节。同时，免耕土壤有更好的物理结构，增强了土壤的抗压能力，所以相比传统耕作，农用拖拉机造成的耕下层板结问题在免耕田里也较为轻[5]。在轮作制度方面，免耕允许烟草在易侵蚀的坡地上种植还可以为作物轮作提供更多选择，如玉米，大豆与草坪草，同时轮作可以有效缓解病虫害压力[1.9]。在生产成本与烟叶品质方面，免耕措施节约人工与机械燃料的投入，同时，免耕农田表面多有植物秸秆残渣覆盖，可以防止在降雨过程中飞溅的土壤颗粒附着在下层烟叶上，提供了更为干净、评级高的成品烟叶[9]。

2 白肋烟免耕生产的制约因素

与其他大田作物免耕生产相似，烟草免耕生产也存在一些必然的制约因素，主要包括杂草压力、土壤板结与相对经济效益低。而且这些制约因素在烟草生产中表现更加突出。

杂草是免耕的头号限制条件，美国农业生产基本是全程机械化，主要利用翻耕机或耕作机的覆盖、压铡，与施用除草剂来控制杂草。由于免耕，农田表层缺少机械覆盖与压铡，控制杂草基本上只能依赖除草剂。免耕缺乏耕作机混匀土壤与除草剂的环节，除草剂的使用效率大大降低，同时合法标识可用于烟草生产中的除草剂目前只有五种，远远少于大豆、玉米等作物，这些作物可使用的除草剂多达五、六十种，并且一些效果很好的除草剂，比如农达（Roundup）皆不能在烟草生产中直接施用。由于可供选择的化学除草剂品种类型较少，使得烟草免耕生产长期滞后于其他作物[10-11]。

再者，相比其他作物，土壤板结对烟草移栽影响更大。大豆与玉米基本都是机械化种子直播，但是烟草需要育苗移栽，理想状态下，要求移栽机的送苗入土深度约为10-12cm，在免耕条件下，表层土壤板结严重，送苗深度越深难度越大，这对烟苗移栽机的设计是一巨大挑战[12]。另一个方面，免耕条件下，土壤水分含量高，蒸发慢，在移栽季节，这将不利于烟草移栽机的运行，限制了移栽自由度。

最后，烟草免耕生产相对经济效益低使得农民对烟草免耕生产的接受度远低于其他作物。从1962年第一次免耕生产尝试开始，农民对其的接受度就持续地提高，直到目前，肯塔基州玉米、大豆免耕生产面积分别约占生产总面积的70% 与90%，但是白肋烟保护性耕作生产面积仅仅是15%，其中5%是免耕，10% 是耕作面积较小的条带耕作。造成这种现象的最初原因是烟叶经济价值高，烟农更倾向于将烟草种植在平整的土地上，在平地上土壤侵蚀并不严重，就没有必要选择免耕生产。但目前最主要的原因是与传统耕作方式相比，免耕烟草生产经济效益并不直接也不明显，同时免耕生产还要求投入新型移栽机，短期经济性价比并不高， 加上烟农对目前“烟草过度阶段付款计划（2005-2014）” 政策的信心度不够，且后续政策也不明朗，所以很大部分农民对这种长期回报型的机械投入持观望态度。这三个制约因素虽然比较严峻，但是随着技术的突破与革新，小型烟草生产种植农场的合并与集中，都将不断地被突克服。

3 白肋烟免耕生产的关键技术突破

美国肯塔基白肋烟实现免耕生产的关键技术突破主要在于除草剂、免耕移栽机改良与烟草漂浮育苗技术的研究。

3.1 除草剂的研究

在二十世纪70年代初，免耕生产烤烟与白肋烟的产量与传统耕作生产相比都降低了10%左右，并经常性出现 “瘦烟”[1-2]， 其原因在于杂草与之争光、争水、争养分与争空间，还有一些常春藤叶牵牛花（番薯属植物Hederacea L. ）的物理缠绕伤害。据当时研究发现，如果杂草存在2周以上，将损失5-10%的产量；如果存在6周以上，将损失40-50%的产量，如果整个季度都存在杂草，将损失50-90%的产量。因此，合法标识的可用于烟草生产的除草剂成功研发是烟草免耕生产经济效益的保障。

在肯塔基白肋烟免耕生产实践中，杂草控制一般分为两步走， 第一阶段，在移栽烟苗前，杀死杂草与冬季的覆盖作物，如小麦与草坪草； 第二阶段，烟草生长过程中，控制一年生的杂草与阔叶草。第一阶段，可以施入药性较为猛烈的除草剂控制杂草，甚至如果上茬作物不是烟草的话，可以施用非烟草可用的除草剂，但是要注意掌控好施用时间，一般要在移栽前30天施用，避免其残留伤害烟草幼苗。第二阶段，除草剂的选择需十分谨慎，因为很多的杂草，如茄属植物 、蔓陀罗等，跟烟草同属于茄科，这种情况大大提高了除草剂的选择难度。 同时，公众对烟草造成健康问题的巨大舆论压力更是迫使烟草公司强化了对收购烟叶农药残留类型与量的控制。

在 20世 纪 70、80年代， Chappell W.E.与Shilling D. G. 等研究人员分别对免耕生产的白肋烟与烤烟进行了杂草控制试验，并取得了初步的试验成果[10-11]。但是很多除草剂只能限制在科学试验条件下施用，其成果无法转化于在生产实践当中。据调查，目前在美国合法标识的可供烟草生产上使用的除草剂很少，原因之一是从大田作物总生产面积来看，烟草生产面积比例相对较小，农药公司针对烟草研发与注册新产品获得的经济效益较低。 目前只有如下五种，其商品名分别是：Prowl 3.3EC 、Command 3 ME、Devrinol 50 DF、Poast 1.53 E 与 Spartan 4 F 。其中 Spartan （化学名：甲磺草胺 或 Sulfentrazone）的出现使得免耕生产的烟叶产量可以达到甚至超过传统耕作方式[9](见图1) 。肯塔基烟草推广研究人员对这些除草剂的特性进行了试点研究，概括出这些除草剂 的不同特性及其适用的情况，同时进行了农药残留量与烟草伤害试验，提出了单种施用与多种配合的科学方案，既可以基本满足免耕生产需求，又能防止药害、控制农残[7]。

图1 在不同除草剂与方法下的免耕与传统耕作生产的烟叶产量试验（1994年肯塔基华盛顿郡）

3.2 烟草免耕移栽机改良的研究

改良烟草移栽机是机械化免耕烟草生产的必要条件。在免耕条件下，紧实的土壤与被除草剂消灭后余下的庞大杂草根系严重阻碍了移栽机的田间运行与推进。玉米，大豆与小麦这些作物只要种子与土壤适当接触覆盖就可能发育成苗，但烟草与之不同，烟草需移植幼苗，必须将烟苗送入土壤10-12cm深度，并同时输入送苗水，才能保护好脆弱的幼苗，保证成活率与田间立苗率，更新改良移栽机就成为免耕烟草研究的重点课题。传统烟草移栽机虽然可一次完成开沟，秧苗栽植，定量灌水，覆土压实等多项农艺作业工序，但不能直接运用于免耕生产，最主要的问题是传统烟草移栽机没有犁刀与耕作柄，特别在杂草或冬季覆盖作物庞大根系的阻挡之下，无法打破免耕田紧实的表土层将幼苗送入土中。1973年开始，Morrison 尝试通过增加移栽机重量的方式增强对土壤表层的穿透力[12]，他先在移栽机前面增加一个犁刀与一个双圆盘开沟器，然后用平整轮来覆土，同时，除了200多公斤的水罐，还加载了约160公斤的压载。这种改良移栽机活苗率与传统移栽机接近，在部分地区，活苗率低于传统移栽机，但它最大问题就是重量过大，小型拖拉机难以操作，且当土壤水分含量较高时，额外的重量容易造成耕作底层土壤板结。 于是，来自肯塔基大学农学系的Pearce R.C. 和Zeleznik J.M. 与来自生物系统与农业机械系的Swetnam L. 和 King C.合作，在机械模型6000的基础上开发了新型免耕烟草移栽机[13]（见图2）。新型机主要完成四大重要器械部件改良： 1.增加了犁刀，2.拉长了机身便于安放犁刀，3.增加了 一个地表浅层耕作柄 , 4.增加了切割与重新覆盖土的压力轮。其中最大的突破就是增加了地表浅层耕作柄，它可耕作到10到15cm的土层，为幼苗根系提供必要的疏松土壤条件，也可在进入土壤的同时为压力轮提供向下的压力，很好地覆盖幼苗根系。据烟农反馈，这种移栽改良机适用于肯塔基州各种类型的土壤，目前此机械已经实现了商品化（见图3），基本满足了烟草免耕生产的需求[13]。但是它还有发展改进的空间，因为这种移栽机略显笨重，在肯塔基州粘土含量高的土壤十分适用，而在沙粒含量较高的土壤区域，则应开发更为轻便、有效的移栽机。

图2 基于机械模型6000改良版的免耕烟草移栽机

图3 商品化的 RJNT 600的免耕烟草移栽机

3.3 烟草漂浮育苗技术的研究

烟草漂浮育苗技术的出现极大促进烟草生产，它既能够提供更加健康强壮的烟苗，同时给烟农幼苗移栽时带来极大便利。传统的育苗方式，在移栽季节，烟农需要投入很多劳力，很早拔苗，如果傍晚移栽不完，已拔好的烟草只有扔掉。但是，很少会有人将它联系到烟草的免耕生产。实际上，烟草漂浮育苗技术的出现为免耕生产提供两个重要条件。第一，它的出现客观上使单户农民拥有大生产面积成为了可能。因为它在节约劳力与成本的同时提供更多的烟苗，也促使商业化供应烟苗成为现实。大烟农才有能力增加生产投入购买免耕烟草移栽机。第二，从技术上讲，它的出现保证了烟草免耕生产的立苗率。因为相对传统耕作，烟草免耕在移栽环节很多时候不能很好地将土覆盖住全部根系。但是浮盘育苗的幼苗根系发达并自带有培养基质，所以，即使没有很好地覆盖根系，幼苗也不会受到伤害，立苗率高。

4 白肋烟免耕生产最新研究进展

目前，随着烟草免耕生产的推广与应用，研究人员继续对烟草的生长与产量，烟叶的品质与经济效益，免耕烟田的水分与养分，免耕轮作与覆盖作物管理等方面不断地进行探索。

在20世纪70年代初，烟草免耕生产研究才起步，免耕生产的烟叶产量没有竞争力，相对于传统耕作方式，烟叶产量通常低了10%。1984年，由于新除草剂的研发与应用，肯塔基大学Zeleznik J. M. 与Phillips R. E. 重新开始进行免耕生产研究[1-2]。多年多点的研究数据表明，在免耕与传统耕作之间，烟草的产量与烟叶的品质没有显著差异，直接烟叶经济效益也没有显著差异。在烟苗移植30天期间，传统耕作条件下的烟苗生长发育好于免耕，但是在30天之后，免耕条件下烟苗生长发育更好，从整个发育生长周期来看没有显著差异。不同年份与土壤类型也可影响因耕作方式造成的烟草生长发育的差异，其具体原因也与烟草根系的形态发育有关[14-15]。关于耕作方式导致烟叶产量差异的研究，国内外结论基本一致[1,16-17]。总体而言，在干旱条件下，免耕烟草保产的优势更加明显。

目前肯塔基大学白肋烟免耕生产研究主要集中在土壤结构与水分，有机碳与田间N素水平管理等方面。免耕土壤表层的植物秸秆与残渣形成保护层，可以降低土壤水分蒸发， Phillips R.E. 考察了烟苗移栽之后30 至70天之内的土壤水分变化，发现免耕的土壤水分含量都高于传统耕作方式，最高差异达到18.5%[2]。 这种土壤水分含量差异在干旱季节更为明显。通常，干旱季节免耕农田土壤重力含水量高于传统耕作的1-5%。在传统耕作中搅动烟田土壤，加快了土壤的有机质消耗，直接破坏了土壤物理结构，容易失去表层土壤肥力。 在各种白肋烟轮作/耕作系统中，6年免耕与传统耕作方式相比较，免耕农田0-10cm的土壤有机质含量高于传统耕作3%以上。在有机氮矿化实验条件下，长期免耕的烟田土壤当季可以矿化提供92 kg/hm2的无机氮，而传统耕作方式只提供了47 kg/hm2无机氮[18]。这些试验结果直接证明了免耕烟草生产可以提高土壤有机质，贮水与供氮能力。

烟草生产体系的科学管理也有力地保障了免耕生产的可持续性与效益性。烟草生产通常选择冬季覆盖作物，因为相比玉米、小麦与大豆作物，烟田的作物残渣量并不多，白肋烟采用整株收获方式，同时为避免病虫害积累，也不建议将烟杆直接还田，这将延长季后裸地时间，提高土壤侵蚀的风险。另一方面，肯塔基湿润的冬季与雨水较多的春季还会造成农田上季未消耗完与后期矿化出剩余无机氮淋溶进入地下水与反硝化作用。所以，冬季覆盖作物，如冬小麦与黑麦，在免耕烟草生产中减少土壤氮肥流失与减少地下水污染起着积极的作用。 免耕情况下，烟草土传性土壤病害积累较多，因此需烟草与其他作物轮作，以减轻免耕烟草病虫害压力[6]。 同时，推广人员建议大农户同时采用传统耕作与免耕方式，可以有效缓解免耕情况移栽自由度低的问题。这样烟农可以先移栽烟苗到干得较快的传统耕作田里，然后移栽到干得较慢的免耕地里。

5 展望

美国白肋烟免耕生产技术与管理体系已经逐渐发展成熟，并在配额买断政策之后继续在烟农中普及推广，特别是在2012年夏季美国中西部大旱，使得更多的烟农切实意识到免耕生产的保水保肥作用与抵御自然灾害的能力。同时，合同种植取代了配额种植，这加强了美国烟草公司对烟农生产行为的实际控制能力。目前，公司正鼓励烟农发展烟草GAP（Good Agriculture Practices）生产认证与可持续烟草生产计划，预计这种形势将进一步扩大烟草免耕生产面积。

肯塔基白肋烟免耕生产实践主要具有以下特点，首先，单户烟农生产种植面积大，据目前调查，白肋烟烟农平均单户烟草种植面积约为8.00 hm2。另外，他们具有一定的机械化生产基础，对新技术的接受程度高。从目前的烟草生产条件来看，这种全程机械化免耕方式尚不适用于中国以小户种植为主的烟草生产方式。 但是，现阶段中国可以根据实际情况开展烟草保护性耕作研究与生产实践，当农业集约化，机械化程度发展成熟的时候，再借鉴美国规模化烟草免耕生产模式与道路。

我国目前生产烟草类型以烤烟为主，相对于白肋烟，烤烟的根系比较薄弱，怕涝，大部分产区采用起垄栽培模式，免耕生产可能性较低。因此，保护性耕作生产道路必须做到因地制宜，不要脱离当地实际生产条件。小户种植没有条件发展机械化免耕，但是可以发展其他保护性农业措施，如覆盖 、条带耕作与轮作。覆盖植烟土壤可以包括地膜覆盖，秸秆覆盖，绿肥掩青等多种手段，国内外研究已经证明其保水抗草等优势[19-20]， 巴西等地烟农也在发展小规模机械化的绿肥掩青生产方式[21]。条带耕作是新型保护性耕作方式，其实际耕作面积约占全农田面积的1/3，并且它可以克服免耕状态下土壤板结造成烟草根系不易延伸的问题，肯塔基的普林斯顿农业研究教育中心研究人员已经对其在深色晾晒烟（雪茄烟）生产的产量与经济效益上展开多年的比较研究。烟草保护性农业措施结合其他作物轮作方式，其抗病虫害与保水肥能力也能有所提高[6-7,18]。

为提高烟叶生产效率，降低生产成本，提高国际烟叶价格竞争力，中国需要依法创新土地流转机制，发展适度规模化种植[22]。当连片的烟叶生产面积增加，可以考虑适度提高农业机械化水平以提高生产效率。同时，中国南方气候与土壤较适于优质烤烟生产，同时受经济发展等诸多因素影响，烤烟主产区逐渐向南方转移[23]。但是，西南部烟草主产区的地形与肯塔基州相似，由于具有较大的坡度，烟田面临着土壤侵蚀、水土流失等重大问题。此外，随着劳动力、机械、燃料等生产成本的不断提高，机械化保护性耕作也将成为我国规模化烟叶生产的重要选择。

致谢：作者真心感谢肯塔基大学植物与土壤系John H. Grove， Mark S. Coyne，Gary K. Palmer教授与蔡斌博士对本文创作的悉心指导与评阅。作者由衷感谢中国留学基金委“国家建设高水平大学公派研究生项目”的生活、学习费用资助，感谢Altria Client Service Fellowship与Philip Morris Graduate Fellowship资助学费。文中涉及到所有药品与机械的商品名仅作为肯塔基白肋烟生产研究历史记录材料，并没有宣传他们的意图，且此研究报告也没有获得他们的资助。

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