保护性耕作的机械化实施流程与效益分析

2023-01-15周佰荷陈庆发

农机使用与维修 2023年1期

周佰荷，陈庆发

(蛟河市农业机械管理总站，吉林蛟河 132500)

0 引言

随着农业机械化技术的推广普及，我国农业生产的机械化水平持续提高，在提高农业生产效率、降低农民劳动强度的同时，机械化耕整地也造成了较为严重的土壤退化问题。近年来，我国政府部门加强了农业耕地保护相关工作，积极推广保护性耕作技术，越来越多农民认识到了耕地保护的重要性，以吉林省为例，2019年以来，保护性耕作实施面积实现了连续增长，截至2022年，吉林省保护性耕作实施面积达到218.87万hm2，保护性耕作的实施不仅有效保护了吉林省宝贵的黑土地资源，而且对提高粮食产量、抗旱保墒、肥药双减等方面作用明显。与此同时，保护性耕作技术作为农业生产中的一项新技术，与传统生产模式及理念存在较大差异，农业生产经营者对该技术的规范实施对于耕地保护的最终质量影响很大。

1 应用现状与特征

保护性耕作概念于20世纪40年代由美国提出，其目的是改善长时间机械化耕整地造成的土壤风蚀、水蚀等退化问题，利用农作物秸秆残茬覆盖地表，采用免耕、少耕的耕作模式，结合化学植保技术实现农业耕地保护，长期应用可显著恢复耕地地力。我国对于保护性耕作技术的研究起始于20世纪70年代，前期主要以研究探索为主，2002年以后，在国家农业部的组织规划下，逐渐开始推广应用这一新技术，经过近20年的技术推广，华北、东北、西北地区的保护性耕作生产模式已经初具规模，北京、天津、山西、河北、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁、陕西、甘肃等省(市、自治区)的保护性耕作工作取得了明显成效。

保护性耕作的实施是将约30%～50%的作物秸秆残茬覆盖在耕地表面，利用覆盖作用减少土壤的风蚀、水蚀，并通过秸秆降解增加土壤肥力。同时秸秆覆盖层还有利于自然降水渗入土壤中，减少地表径流造成的水资源浪费，并有利于形成地下水库，提高耕地抗旱能力。东北三省及内蒙古自治区2022年保护性耕作实施面积如图1所示，由于地理气候条件限制，我国北方地区的人均水资源不足1 000 m3，仅为南方人均水资源的30%～40%，北方地区传统农业灌溉用水量达到用水总量的60%～75%，农业用水的水资源利用率较低，保护性耕作十分适宜在我国北方地区应用。同时，传统农业机械化生产流程复杂，仅耕地处理和播种施肥就需要5～10次机械化作业，农机作业不仅浪费能源，而且会造成大量的CO2、NOx等有害气体排放，据统计，我国北方地区的保护性耕作面积若达到70%，则全国CO2排放量可降低4%，NOx排放可降低5%～7%[1]。

图1 东北三省及内蒙古自治区2022年保护性耕作实施面积

2 保护性耕作实施流程

随着保护性耕作技术的快速发展应用，其在我国农业生产中形成了较为系统的技术体系，以我国东北地区为例，主要粮食作物为一年一季，根据作物种类的不同，保护性耕作的实施流程也存在明显差异，图2所示为东北地区小麦和玉米的常规保护性耕作生产流程。可见无论流程顺序和细节有何差异，但主体的工艺步骤都包括秸秆粉碎覆盖、免耕或少耕整地、杂草及病虫害防治、隔年深松等[2]。

图2 东北地区小麦和玉米的常规保护性耕作生产流程

2.1 秸秆粉碎覆盖

秸秆粉碎覆盖是保护性耕作的关键流程之一，根据农业生产区域差异和作物品种的不同，秸秆覆盖的形式也存在明显差异，在东北地区的保护性耕作农田习惯采用秸秆全量覆盖或部分覆盖的模式，即当农作物秸秆产出量事宜，例如小麦秸秆，通常采用全量还田；当秸秆产量较大，为保证保护性耕作质量，可将产出的秸秆一部分运离田间，剩下的秸秆进行粉碎覆盖，如玉米秸秆。近年来从农业生产的实际来看，秸秆粉碎主要通过两种方式实现：一是利用农作物联合收获机在收获粮食的同时完成秸秆粉碎；二是部分收获机或人工收获会将秸秆割断后放倒于田间，此时应利用专用的秸秆粉碎机进行秸秆粉碎作业，为更好保证保护性耕作的质量，秸秆粉碎的长度通常应控制在10 cm以下，过长的秸秆可能会影响覆盖质量。根据不同的保护性耕作技术路线，部分农作物在进行保护性耕作之前，还需利用灭茬设备对根茬进行粉碎处理，以便后续工序的有效开展。

2.2 免耕播种技术

免耕播种技术是保护性耕作实施的关键技术，通常利用专用的免耕播种机实施作业，免耕播种机可以在有秸秆覆盖的地表上直接进行开沟、播种、施肥、覆土、镇压等一系列工序，能够在机器行驶的过程中对地表秸秆向一侧转移，在完成播种作业和施肥作业后，再利用邻行作业的秸秆覆盖上一行播种的地表，进而实现在尽量少动土或不动土的条件下进行播种、施肥，对于大部分农作物而言，免耕播种的深度仅为地表下2～3 cm，并利用地表秸秆覆盖播种位置，确保种子具有良好的萌发环境。在免耕播种技术实施的过程中，存在以下技术难点：一是由于地表有秸秆残茬覆盖，农机行驶的通过性较差；二是免耕耕地的土壤容重大，开沟器不易入土，不易维持均匀的开沟深度；三是地表未经过机械化耕整，平整度较差，导致播种均匀度不佳。为改善以上免耕播种的不利因素，近年来对免耕播种作业常引进浅松整平改善地表播种状态，提高免耕播种质量[3]。

2.3 杂草及病虫害控制

由于耕地表面有大量秸秆覆盖，耕层与秸秆层之间会形成较为适宜杂草和病虫害滋生的环境条件，草害和病虫害也成为保护性耕作农田主要损失形式之一，因此在实施保护性耕作的过程中必须重视草害及病虫害的防治。对于草害的防治主要以化学除草为主，这是由于化学除草对耕地表面的秸秆覆盖层扰动较小，有利于保持理想的秸秆覆盖结构。对于部分农作物也可采用机械除草，或人工除草等结合的形式，以降低化学药剂的使用量，在选用化学除草剂的时候，优先选用百草敌、2-甲基-4-氯苯氧乙酸、2/4-D丁酯等低毒性除草剂，避免使用莠去津、克芜踪等中高毒性的除草剂。对于病虫害防治应采取复合性防治方式，一方面在种子处理过程中，合理实施种子包衣和药剂拌种，在播种完成后对于苗期和生长期要做好杀虫剂、除菌剂的喷施，科学预防病虫害。

2.4 深松及浅松整地

深松整地不是保护性播种的必须流程，但深松整地与保护性耕作结合使用能起到保护土壤的良好效果，由于常年进行机械化作业的耕地会不可必免地形成坚实的犁底层，犁底层的深度通常在20～25 cm之间，犁底层的存在会严重影响雨水渗入土壤，雨水在耕地表面聚集易形成地表径流造成水土流失。因此，在实施保护性耕作的过程中定期进行机械化深松作业，能有效改善耕层条件，利用深度超过30 cm的深松铲，有效打破犁底层，在改善土壤耕层结构的同时提高土壤蓄水能力，并破坏表层土壤中病虫草害的生存环境，提高保护性耕作的实施效果。深松整地不需连年实施，通常间隔1～2年实施一次即可。由于深松整地也是在地表有秸秆覆盖的条件下实施的，因此，实施深松整时应选择具有较强防堵功能的深松机，或选用具有旋耕深松功能的联合作业机，并在耕整地作业完成后进行机械整平。

浅松整地是近年来在保护性耕作过程中新增加的作业模式，其作业重点是对表土进行细碎平整，将表层存在的沟辙消除，为免耕播种等作业创造良好的条件。浅松作业主要利用旋切式浅松机等新型设备进行作业，适用于旱地保护性耕作的播种前松土，并能实现较好的除草整地效果，有利于提高耕地地温，并降低土壤容重，为免耕播种开沟作业创造良好土壤条件，并在作业过程中有效证播种的作业质量。

3 保护性耕作的效益分析

3.1 经济效益

1)保护性耕作省去了秸秆处理、耕整地等多重工序，使农机进地次数减少了3～5次，由于不进行负载较大的耕整地作业，农机化生产的能源消耗显著减少，用工费用实现降低。与此同时，保护性耕作技术利用秸秆覆盖实现自然降水实现自然降水的高效积聚与利用，有效减少人工灌溉的用水量和用工量。

2)保护性耕作的规范实施可利用3～5年有效培肥耕地地力，优化土壤墒情，后期实现连年增产增收，得益于秸秆覆盖的保护作用，可有效预防旱灾，减少旱情造成的经济损失。

3.2 社会效益

保护性耕作的实施有效转变了我国农民传统的农业生产思维，使农民从粗放的农业生产习惯中转变思想，逐渐接受新农艺，重视农业耕地的保护，认识到农业可持续发展的重要性。在此过程中，农民不仅利用自身行动改善了耕地条件，而且认识到农机农艺结合的重要性，使农业生产的过程向合理化发展。与此同时，保护性耕作的实施有效缩短了农业生产的时间消耗，节省人力、物力，将农民从繁重的生产活动中解放出来，并为二三产业提供强有力的助力[4]。

3.3 生态效益

保护性耕作的推广与实施有效降低了农业生产所造成的环境污染问题，一方面秸秆资源得到了有效利用，避免了田间焚烧秸秆造成的空气污染及耕地土壤中的微生物破坏等问题，同时秸秆覆盖层有效减少了耕地土壤被风蚀、水蚀的概率，降低了扬尘天气发生的概率。另一方面由于作业工序的优化，农业机械的使用量明显减少，农机运转的排放污染问题得到有效控制，二氧化碳、氮氧化物的排放量明显降低，农田周围边的空气环境得到改善。此外，保护性耕作的连年实施使原本遭到破坏的土壤恢复地力，土壤中的有机质含量明显增多，土壤变得松软，团粒结构得到恢复，农业生产中对自然灾害的抵抗能力明显增强，为发展绿色农业创造了有利条件。