浅谈合理耕层构建理论与技术

孙盼盼 张艳辉 岳杨 马艺文 李岩 孟令斌 康恒董 本春

(通化市农业科学研究院，吉林梅河口135007)

目前我国东北地区在农业生产上仍以小型动力作业为主。在生产上占据了主导地位的种植方式主要有用小四轮灭茬起垄然后于垄上播种或者用小型农机浅旋耕后平播等。长期使用小四轮农机作业，使耕层越来越薄，犁底层慢慢增厚，进而导致耕层容量下降，土壤结构性变差，土壤贮水能力、抗逆性等减弱，土壤剖面构造呈 “波浪型”，影响玉米根系的下扎生长。因此，面对防止土壤退化、黑土保育、以及确保国家粮食安全的破切需求，通过改变耕作措施的方式来构建合理耕层成为主要的解决方式。

1 土壤耕层问题与对策

现行的耕作制度产生了一些列的耕层问题，由于农村耕地的分散经营，在生产上大型农机具的应用急剧下降，小马力的拖拉机成为主要功力，在这种制度下，黑土层变薄、耕层变浅，犁底层升高、加厚，耕层容量下降，耕层的土壤物理性状变差，从而降低了土壤的保水、保肥能力，土壤养分的供应数量、质量与作物的需求相差变大，减弱了土壤的抗逆性[1-3]。

1.1 造成耕层问题的原因

1.1.1 种植制度不合理

东北地区栽培玉米的经济效益相对较高，农民栽培技术相对熟练[4]。其次，玉米秸秆既可作为燃料，又可作为饲料，种植玉米可以一举多得。因此，玉米的种植面积一直占有很高的比例，玉米连作代替了传统的轮作制度[5]。连作玉米达到20a、30a以上的地区非常普遍。

1.1.2 施肥方式不合理

目前，农田以施用化肥为主，有机肥施用很少，有很多地块已多年未施用有机肥[6]。而且，近些年市场上的高氮复合肥越来越多，农民多采用 “一炮轰”的施肥方式[7]，即在春季播种时一次性施入肥料，而且施肥量也逐年增多。

1.1.3 功力以小型农机具为主

目前，玉米种植过程中使用的主流功力主要是小型农机具和蓄力，大型农机具数量严重不足。由于缺乏大型的农机具，大多数农田已有20a未进行过深翻，采用小型农机具将玉米跟茬打碎还田，旋耕起垄，深度很浅，一般在10cm左右[8]。

1.1.4 环境污染

由于氮肥的过度施用，造成了水体的富营养化，造成了环境的污染[9]。畜禽粪便，生活垃圾的任意堆放，工业废气、污水、固体残渣的任意排放，造成了土壤的污染，使土壤中重金属超标，改变了土壤的理化性状及养分状况。

1.1.5 水土流失

由于农田秸秆一般都做焚烧处理，农田覆盖物少。东北地区春天风力大，很容易造成风蚀[10]；而在夏季，降水集中、强度大，容易造成土壤的侵蚀[11]；冬春季节的冻融交替，进一步破坏了土壤结构，使农田黑土更加疏松，土壤的抗冲蚀能力下降[12]。

1.2 应对措施

1.2.1 建立合理的耕作制度

依据当地的自然条件、经济条件、生产条件和技术条件，建立与之相适应的耕作制度和施肥制度。在玉米的种植过程中以轻小型机具为主要功力进行田间作业，每隔3a用大重型拖拉机在秋季深翻25～30cm。在收获时高留茬或采用玉米联合收割机将秸秆粉碎，将30%的玉米秸秆进行还田[13]。

1.2.2 建立合理的施肥制度

针对目前农田土地速效磷含量高、速效钾含量不断降低的养分现状。优化现在的施肥技术，要稳定氮素的施用量，不要盲目的过量施用氮肥，造成玉米的贪青晚熟，籽粒品质下降[14]。同时造成投入的增加及环境的污染。根据当地的土壤养分现状，深施和分期施肥；要减少磷肥的施用量[15]，补充钾肥、锌肥及其他中微量元素的施用量。

2 合理耕层评价

土壤质量是土壤综合特性的反映，最早是在1977年，由Warkentin和Fletcher2人共同提出的[16]，是揭示土壤性状动态最敏感的指标。土壤质量是指土壤在生态系统中维持环境质量、促进动植物的健康、保持生物生产力的能力[17]。土壤质量是土壤理化特性、生物学特性以及形成这些特性条件的综合反映，是土壤环境质量、土壤健康质量和土壤肥力特性的有机联系的综合体。由于土壤肥力和土壤环境质量是土壤质量中最重要的2个评价因素，所以在对土壤质量评价时，应该将环境质量和肥料水平二者更好地结合起来，不可偏颇。

目前国际上对于土壤质量的评价方法还没有统一的标准和统一的方法。常见评价方法可以分为定性评价和定量评价。定性评价是指通过对土壤的外观进行观察，并且通过其他表象来评价土壤质量的优劣[18]。比如通过观察土壤中动物、耕层、渗透性等情况对土壤进行分级，并对每项观察指标各等价进行十分详尽的描述，进而得到土壤评价的定性情况。但是采用此方法进行土壤评价过程中，选取评价指标、构建评价方法和评价结果的分级都存在很大的争议和缺憾。

3 合理耕层构建与农机具配套

3.1 合理耕层的构建

东北旱作区水资源严重缺乏，通过合理耕层的构建可以很好地解决这个问题。在科研和生产中，明确以改土、蓄水、保墒为核心内容，改良土壤结构，减少土壤的侵蚀，进而提高土壤肥力和蓄水保墒能力、保护生态环境；彻底改变以浅旋耕垄作为主的耕作方式、形成一种新的更适合农业生产的保护性耕作模式、保证东北农业的可持续发展。

3.1.1 留高茬自然腐烂还田

在农家肥肥源不充足，秸秆安全还田没有适宜方法的时候，可以通过留高茬自然腐烂进行还田，留茬高度在30～50cm，秸秆的还田量可以达到占秸秆总量的30%左右。这种方法既可以增加土壤中有机质的含量，起到培肥地力的效果，还可以减少土壤的风蚀[19]。

3.1.2 茬带宽幅深松

3.1.3 行间精密播种

在播种的时候，可以在上年留茬的行间采取精量播种。这样不仅节约了用种量，而且降低了生产的成本。

3.1.4 苗带和茬带交替休闲

通过在苗带和茬带的隔年轮换种植，形成交替休闲的耕种方式，可以很好地恢复地力，保证苗带的土壤环境始终处于良好的状态。通过深松建立起来的土壤水库，解决了因干旱造成的土壤水分供应不足的问题，为作物的生长提供更加充足的水分。

3.2 配套农机具的研发

配套农机具的研发要以打破犁底层、改善土壤结构、提高土壤肥力，构建合理耕层为目的，在研发农机具时应注意以下几个方面：研发可以进行全方位耕层复式作业的配套机具。全方位耕层复式作业即一次作业就可完成深松、碎土、施肥、起垄、镇压等多道工序，同时能够打破犁底层，改善土壤通气性；研发合理分层施肥的播种机具。将播种与分层施肥技术有机结合，实现定量分层施肥的效果，达到省时省工、提高肥料利用率的目的[21，22]。

4 总结

合理的耕层结构可以协调土壤环境中水、肥、气、热的关系[28]，有利于作物的生长发育，已达到作物高产稳产的目的[29]，合理耕层的构建还可以为耕作机具的研发及应用提供重要的理论依据。土壤耕作技术以及配套机具的研制是作物生产过程中的第一环节，也是提高土壤肥力和构建合理耕层的有效措施。近些年来，我国在土壤耕作的研究上获得了一系列的技术成果，但这些成果大都是单项技术，针对不同土壤类型和不同种植制度的合理耕层构建技术以及与之配套的耕作机具尚未成型。随着科技及经济水平的不断提高，各地都需要创建适用于当地生态环境特点的合理耕层构建技术，研发与之配套的耕作机具，建立合理耕层构建技术集成模式，并大力推广应用。这对增加耕地数量、提高耕地生产能力以及实现农田高效持续利用都具有重要意义。