免耕补水施肥播种机研究现状及在乌兰察布市应用可行性分析

郭建军， 曹 彦， 梅 雪， 赵培军， 郭晓晴， 许国文， 焦欣磊， 王小明

（1. 乌兰察布市农林科学研究所，内蒙古 乌兰察布 012000；2. 内蒙古农牧业技术推广中心，内蒙古 巴彦淖尔 015199）

0 引言

乌兰察布市地处中国正北方，内蒙古自治区中部，地理位置优越，交通便利。其气侯四季分明，全年降水少，冬季寒冷，春季风大，土壤大量失水，春播难。春季地温回升慢，夏季短促，秋季降霜早，积温低，生态环境脆弱，水资源匮乏。乌兰察布市旱地占耕地面积的绝大部分，耕层土体含水率低，再加上水分大量蒸发，很难满足种子萌发需求。近年来水资源的肆意开发利用，导致灌溉面积的继续扩大已接近极限。这不仅是乌兰察布市面临的问题，也是北方旱作区普遍面临的共性问题。我国85%旱地分布在昆仑山、秦岭、淮河以北的广大地区，约占全国耕地总面积的52%，能否高效利用这些旱地资源，对保障国家粮食安全意义重大[1]。

目前，我国北方主要以旱作农业为主，但由于水资源短缺，我国耕地干旱程度在不断加剧，再加上长期以来不合理的农业生产经营使我国旱作区土地水土流失严重，成为农业发展中的难题[2]。虽然乌兰察布市生态环境脆弱，但关于其保护性耕作的研究较少。目前关于免耕播种及施肥机的研究较多，但是免耕补水播种机的研究较少，免耕播种施肥机缺少补水功能，对于类似乌兰察布市的缺水地区，没有补水功能的免耕播种机种植效果不理想。本文介绍保护性耕作研究现状和免耕补水施肥播种机研究现状，分析免耕补水播种机在乌兰察布市应用的可行性，为在乌兰察布市等北方干旱区开展免耕补水播种机的研究及应用奠定理论基础。

1 保护性耕作

1.1 概念

保护性耕作是指通过少耕、免耕，地表覆盖、合理种植等综合配套措施，减少土壤风蚀、水蚀，提高土壤有机质含量，蓄水保墒、节本增效，可以获得生态效益、经济效益、社会效益的可持续农业技术[3-4]。该技术的核心环节是作物残茬覆盖和免耕播种作业，在进行播种前，选用先进的耕种设备代替传统的农耕方式，可以一次性完成开沟、播种、施肥等工作。保护性耕作取消了铧式犁翻耕，保留地表覆盖物，具有传统耕作无法相比的效益，最大化减少土壤耕作，对农田实行免耕、少耕，减少对土体的扰动，是提高土壤肥力和抗旱能力的可持续农业耕作技术[5-9]。

1.2 优势

相对于传统的精耕细作农艺，保护性耕作可有效控制土壤水土流失，锁住土壤水分，提高水分利用率，改善土壤可耕作性，减少土壤压实，改善农业生态环境；减少地表径流，增加雨雪渗入量，提高土壤蓄水保墒能力，提高表层土壤大团聚体含量，提高土壤有机碳含量，保持和改善土壤结构，增加土壤有机质，培肥地力；增加土壤中微生物数量，提高土壤中生物活性；减少劳动力投入，节省燃料，减少机器磨损，减少劳动时间，降低农业生产成本，增加产量，增加农民收入[10-13]。

1.3 北方旱作区保护性耕作研究现状

20 世纪90 年代，农业工作者开始探索旱作农业保护性耕作增产的效益分析研究，明确了保护性耕作的完整概念[14-17]。2002 年开始在全国范围内大规模推广保护性耕作，而主要开展区域集中在北方旱作农区[15]。齐华等[17]总结了我国北方旱作农田保护性耕作主要成就，其中包括节水减排型保护性耕作技术，玉米小麦少免耕播种技术，探索秸秆还田新型保护性耕作制度，并对北方旱作农田保护性耕作进行了展望。贾洪雷等[18]阐述了北方旱作区保护性耕作关键技术，其中包括地表覆盖、少耕免耕技术，并总结出6 项新技术。余海英等[19]通过田间试验，研究了免耕与传统翻耕条件下北京地区土壤水分的变化规律及其对土壤质地的影响，结果表明免耕对土壤水分利用率和玉米产量都有所提高。

1.4 乌兰察布市保护性耕作研究现状

乌兰察布市关于保护性耕作的报道很少，2017 年乌兰察布市市政府办公厅出台《乌兰察布市人民政府办公厅关于印发2017 年乌兰察布市农机深松整地作业补助试点工作方案的通知》文件，要求11 个旗县市区政府全面抓紧落实。张祚恬[20]开展了乌兰察布市后山旱作区保护性耕作的实践与探索，分析机械化保护性耕作技术对生态的保护作用，以及对小麦、油菜籽、玉米等作物的增产效果。研究结果表明，机械化保护性耕作在乌兰察布市后山地区可提高作物的抗旱能力和水分利用效率，减少风蚀、水蚀，增加土壤有机质含量，保护生态，降低投入，促进农民增产增收。

2 免耕补水施肥播种机研究概况

免耕补水施肥播种机是利用坐水播种原理，将人工坐水播种机械化。坐水播种是一种抗旱耕作栽培模式，局部有限灌溉方法，又称抗旱点种，指在播种时先注水后播种，使种子周围形成湿土团，作物种子恰好坐落在湿润过的土上。坐水播种方式的优点：可以提高墒情，保证种子发芽与出苗；增加积温，缩短出苗时间；提高肥效，根系健壮；节水[21]。机械化坐水播种技术普遍适用于我国旱作地区，其中包括北方干旱、半干旱地区。该技术可以保证适时春播，保证作物产量。坐水播种机种类很多，其按灌水方式的不同主要分为穴灌坐水播种机和条灌坐水播种机[22]。

青苡任等[22]开展了我国旱作地区坐水播种机械研究，介绍了机械坐水播种的产生、优势及适用地区，分析了相关机械的技术要点、技术现状、存在的问题和不足。何俊达等[23]针对免耕施水播种机施水量的问题，开展试验测定不同行距玉米的施水量范围，为夏玉米施水播种机高效使用提供可靠理论依据。段益平等[24]针对免耕播种作业时残茬秸秆壅堵机具等问题，系统阐述了国内外免耕播种防堵技术研究进展及应用概况，提出免耕播种防堵技术发展建议。孙海全等[25]开展了免耕补水施肥播种机的研究，机具上安装了免耕补水装置，可同时实现施肥、播种、节水补灌等一系列操作，补水提墒的同时提高了水肥利用率。孙文良[26]设计了玉米免耕补水播种机设备构成，并得出玉米免耕补水播种机机组作业速度、补水量和出口安装形式的最佳播种效果组合。姜鑫铭[4]研究了秸秆覆盖条件下播种机振动对排种器工作性能的影响规律，进而设计相应的减振工作部件以减小免耕播种机振动，提高播种质量。白晓虎[27]以免耕播种机的关键部件为对象，以理论研究为基础，通过机械性能试验优化参数，改善关键部件设计质量和效率，其中包括圆盘破茬刀。刘艳芬等[28]设计了轻量化玉米垄作免耕播种机，这种播种机的特点是其自身质量是普通免耕播种机的一半，减轻压实，可以利用拖拉机液压系统调节破茬深度。王韦韦等[29]针对传统玉米免耕播种机在高茬、留茬地作业时存在开沟壅堵、架种、晾种等问题，通过防堵装置的旋转扰动，设计了一种主动式秸秆移位防堵装置。针对行间互作模式和宽窄行交替休闲模式，贾洪雷等[30]采用组合刀片式结构设计了一种免耕播种机防堵装置。总体来说，免耕播种机尤其是玉米免耕播种机研究较多，但是关于免耕补水播种机，尤其是北方干旱、半干旱区域的研究较少。

3 免耕补水施肥播种机应用可行性分析

3.1 技术可行性

免耕补水施肥播种机可以解决干旱、半干旱地区播种季节因干旱少雨、耕层土壤含水量低而导致出苗难、保苗难的问题，在保留和优化现有免耕播种机免耕播种和免耕施肥功能的基础上，增加了免耕补水新功能，保留免耕播种机保墒优势的同时通过免耕补水装置向种床同步同位施入水分，实现了施肥、播种、节水补灌等“一条龙”作业，达到补墒和提墒的双重效果，降低补种、重播风险，减少人力、物力的投入，最终实现提高出苗率的目的，为丰产增收创造有利条件。为抵御春旱、提高出苗率，该装置相比滴灌、大水漫灌等补水种植形式，大大降低了灌溉用水的使用量，同时降低了生产成本和劳动力消耗。节水、保苗、高效的机械化免耕补水种植模式，对于春旱但土壤地表5 cm 以下还有一定墒情的耕地非常适用，能够为抗旱保苗夺丰收奠定基础。

3.2 政策可行性

由于近几年地下水资源日渐紧张，国家大力推进旱作农业耕作方式，乌兰察布市也开展了大规模的水浇地退改旱工作。免耕补水施肥播种机可解决乌兰察布市旱作区春旱播种难的问题，并且可节约大量的农田用水。

3.3 效益可行性

免耕补水施肥播种机在旱作农业中节水补灌，起到提墒和补墒的作用，可降低补种风险，节约人力物力成本，降低生产成本，保证出苗数和出苗率，比普通免耕播种机出苗率增加10%左右，可保证作物产量，增加农民的经济效益[25]。免耕补水施肥播种机的生产造价并不高，在播种的过程中只需耗费燃油动力费用，在农民可以承受的范围内。

3.4 社会可行性

近几年农民的文化水平升高，科学种田的意识提高，对农业机械的接受程度提高，免耕补水施肥播种机在乌兰察布地区等北方旱作农业区推广，农民的接受程度高、社会基础好。

3.5 生态可行性

免耕补水播种机在播种作业时，不仅保留了免耕播种机保墒的优势，还可以根据土壤墒情调控水流大小，向播种行进行补水，相比滴管、大水漫灌等补水种植形式，大大降低灌溉用水量，对于乌兰察布地区干旱程度严重、地下水缺乏、水土流失严重的生态环境来说，具有生态的可行性。

4 结束语

总结分析了免耕补水施肥播种机研究现状，以及在内蒙古乌兰察布市的应用可行性。乌兰察布市降雨量少、蒸发量大，十年九旱，旱地占耕地面积的绝大部分，耕层土壤含水率低，种子难以发芽出苗。目前在乌兰察布地区还没有免耕补水播种机的销售及大范围使用，也没有成熟的机型，可以根据乌兰察布市具体情况，引进成熟机型，在应用及推广的过程中，引进的机械需要做出相应的调整，并通过大量的试验反复磨合验证，还可以根据乌兰察布地区自身的气候条件等，研发适合当地的免耕补水施肥播种机。