作物免耕栽培探究

摘 要：阐述了作物免耕栽培的定义、发展概况,综述了免耕栽培的优势及相关应用实例,探讨了其适用条件及存在的问题和应用前景,可为山地农作物免耕技术的推广应用提供参考依据.

关 键 词：免耕；水土保持；减工增效；适用性

中图分类号：S3文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

农业生产是劳动密集型产业,生产上劳动投入多、强度大,生产成本高、经济效益低.为了增产创收,农民不得不扩大复种指数,提高作业频率,并增加化肥、农药及除草剂等化工产品的施用量.频繁的耕作一方面由于生产投入增加而增加了农民的负担,另一方面土壤结构容易遭到破坏,从而降低耕田地力.更为重要的是,它还加大了由地表径流而带来的环境污染的风险,严重影响农业生产的可持续性.而作物免耕可为解决上述问题提供一条较好的出路[1].该技术是以降低成本、提高效益、生态安全为目的,是集保护性耕作与轻简型栽培于一体的一项农业先进实用新技术.能有效减少用工,降低劳动强度,提高作物综合生产能力,是促进农民增收的有效途径,对偏远山区及交通不发达地区如湖南湘西而言,具有积极的现实意义和广阔的发展前景.

1.免耕栽培的定义及发展概况

免耕又称零耕,是指作物播前不用犁耙整地,直接在茬地上播种,播后作物生育期内不使用农具进行土壤管理的耕作方法[2].它由四项关键技术组成,即免耕播种技术、秸秆残茬处理技术、杂草控制技术和深松耕技术[3].

作物免耕栽培最早起源于美国,并于20世纪50年始在我国兴起.经过不断的摸索示范,免耕技术基本趋于成熟,各地为适应农业新形势发展需求,积极在水稻、小麦、油菜等经济作物上大面积推广应用,免耕栽培技术取得蓬勃发展.经过数十年的探索实践,当前我国已形成了十多种典型的免耕栽培模式,栽培模式和种植方式的丰富程度走在世界前列[4].

2.免耕栽培的优势及实例

多项研究表明,作物免耕技术只要运用到位,其优势明显,存在较多的应用实例,国内外研究主要集中在以下几个方面.

2.1水土保持

免耕土壤表面覆盖着残株,可有效降低雨水的冲刷作用,因而可以降低土粒分散、表土板结、减少地表径流.另外免耕覆盖能保持地表湿润,可以保持较高的土壤入渗能力,有效地减小土壤水分蒸发.有研究表明,与传统耕作方式相比,免耕栽培普遍可增加土壤水2%～8%,且以2cm厚覆盖层效果最佳[5].但值得注意的是,只有长期实施免耕且覆盖达到一定程度时,免耕的增水效果才比较明显.

水田自然免耕能增加田间蓄水量,充分发挥土壤大水库作用；能大量储蓄利用天然降水,避免水分流失,改善和保持良好的土壤结构,最终达到抗旱减灌和水土保持的目的[6].

2.2稳定土壤结构,提高土壤地力

作物的生长发育主要依靠根部吸收水分和养分,而良好的土壤肥力是作物根系吸收和利用的前提.土壤结构的恢复和保持,有利于维持土壤孔隙的连续性,加速水、肥、气、热在土壤中的移动交换,达到提高土壤肥力的效果.研究认为,免耕发挥了土壤的自调作用,有利于提高土壤养分的组合优化度,能改善作物生长限制因子[7-9].而且农田长期施行免耕栽培,土壤有机质基本处于稳定状态,土壤有效养分增加,但免耕土地表层土壤有机质富集,土壤容重显著高于常规耕作[10-13],有效氮、有效磷、有效钾和有机质含量均分别高于常耕土壤.

2.3促进作物生长,提高产质量

水田自然免耕,水稻分蘖快,根系发达,有效穗高,稻米品质好,产量高.而且,免耕还能减轻常见病虫害的发病率,提高作物品质.免耕稻田能充分发挥稻田生产潜力,增加复种指数,提高产量和产值.肖剑英[14]等的研究分析认为免耕垄作水稻的农艺性状改善明显,考种产量比水旱轮作高20%,千粒重高7%,秆重、有效穗也比水旱轮作高.而且,杂草密度免耕垄作比水旱轮作低10%,比传统平作低67%,能减少杂草生长

稻田长期垄作免耕后,水稻根系数量、白根率、根系活力比常规平作和水旱轮作高,可有效增强抗旱能力,提高单位面积产量,而且干旱越重的年份,其增产幅度越大.李杰林[15]研究指出,在只耕不翻的少耕田撒播水稻比翻耕撒播的增产5.1%～14.7%,比移栽稻增产4.96%～15.3%.

2.4减工增效

免耕摆脱了物理和机械作用,依靠生物包括作物根系、土壤微生物、动物等的活动调节土壤的三相比,能同时满足作物对水、热、气、肥的要求[16].稻草全程覆盖具有调节温度和湿度的作用,改善了小环境,一定程度上抑制了病虫草害的发生,可有效减少农药和除草剂的施用量.既达到安全、卫生、无公害的目的,又降低了生产成本[17].周易天[18]等通过麦茬免耕直播种稻研究表明,免耕直播稻平均单产每公顷比对照高约2.11个百分点,而用工相对减少9.11%,按当时的工价和粮价计算,免耕直播每公顷可增收1115.1元,从产量和经济效益等方面验证了麦茬免耕直播种稻的可行性.

实践证明,该项技术只要运用到位,则增产增效的效果明显.与传统耕作栽培方式相比,免耕栽培每公顷至少节本增效750～1500元.免耕稻草覆盖种植马铃薯可以大大减轻劳动强度,提高劳动效率,降低劳动成本.在有些作物如稻草覆盖免耕栽培马铃薯每公顷增收可达3000～4500元[19].

3.免耕栽的适应性及劣势

3.1适用条件

综上所述,作物免耕栽培具有诸多方面的优越性,但同样具有一定的适用性,与当地的气候特点、耕作方式、土壤类型、结构及其肥力有关,不可盲目滥用.研究表明,免耕特别适合风沙干旱地区、水土流失严重的丘陵地带以及抢农时的多熟区,而在粘土或有机质含量低的沙土上则效果不够理想[20].此外,免耕栽培的效果也因作物的种类、前作、地形等条件的差异而有所不同,甚至存在作物减产、品质下降的可能.因此,该技术在推广应用时需因地制宜,通盘考虑,以达到免耕减工降本、提质增效的目的.3.1降低表层土壤温度

研究认为[21]认为影响土壤温度低的原因是多方面的,一是秸秆的覆盖作用削弱太阳辐射热；另一方面秸秆覆盖后土壤水分损失少,土壤水分含量高,土壤的传热性大,因此流向下层的热量多,而用于温暖苗床的热量相对减少；三是湿土的热容量大于干土,因此同等条件下免耕栽培土壤升温幅度相对较小.影响免耕在温带地区推广,但对热带地区和夏季作物则是它的优点.为了解决免耕引起土温低的问题,在技术和措施上进行了大量的研究,如早春移栽和重新分配秸秆使播种区接受更多的太阳辐射,提高土湿,以利于出苗等.

3.2降低土壤酸pH值

大量研究表明,免耕3至5年导致土壤表层酸化,尤其是30cm土层内土壤pH值降低最为明显,显著低于对照,严重时甚至影响作物正常生长[22].土壤酸化的原因主要有两点,一是有机质分解产物有机酸的淋洗作用；二是大量生理酸性化肥的使用.并且随着免耕年份的增加,免耕土壤的pH值明显低于对照,使得土壤有效养分如交换性Ca含量下降,而交换性Ai、Mn含量增加,进而影响作物产量[23].不过这在盐渍土地区则是免耕的优势,即适当的进行免耕栽培覆盖,可降低盐碱地区土壤pH值.

3.3杂草及地下害虫防治问题

免耕条件下由于除草时秸秆覆盖难于耕作,杂草就成为一大问题,是推广应用免耕技术的主要限制因素之一.而地下害虫的增加是秸秆覆盖的又一不利因素,据彭祖厚[24]研究表明,在未采取防治措施的条件下,免耕栽培下的土壤害虫比深耕、浅耕分别高19.08和23.34个百分点,影响作物出苗率,而且地下害虫有随着免耕年限的增加而逐渐增加的趋势[25],因此如何安全高效的防治地下害虫是推广免耕亟待考量的问题.

3.4土壤及地下水污染

由于免耕条件下增加了病虫草害的可能,这就使得生产上除草剂和农药的施用量也相应增加,从而使得土壤农残高于对照,增加了土壤污染,影响生物安全性.另一方面,由于免耕增加了土壤渗透性,土壤下渗流污染物也相应增加,特别是进入地下水的消态氮量明显高于对照,增加了地下水的污染.

4.应用瓶颈

4.1观念难转变,知识更新慢

免耕栽培要求一整套不同于传统栽培的技术,这就使得多年来已习惯和掌握了传统翻耕技术的农民面临许多困难.同时,研究者也存在改变研究和教学内容的问题,知识体系更新相对较慢.

4.2配套农机未成体系

免耕栽培技术虽然具有较好的经济实用性,但适用的技术需要与之相配套的设备来完成,针对当前对免耕栽培灌溉复杂、除草难的问题,现有的农机设备还无法很好的应对.如适用于一年一熟区的免耕播种机还有待于进一步改进完善,应用于解决实施保护性耕作后农牧交错区和灌溉区杂草严重等问题的机械除草技术的研究起步较晚,取得的成果也相对较少[26],难以满足技术需求.

4.3技术研究相对滞后

虽然当前我国免耕技术较为成熟,也得到了大面积的推广应用,但如小杂粮保护性耕作技术体系、免耕条件下的病虫草害防治技术研究还相对欠缺,尚待完善改进[27].免耕下的灌溉虽然免耕可保持土壤水分,但为了作物的高产必须适时灌溉,但由于表层秸秆的覆盖,常规的灌溉方式很难应用,这一问题也是限制免耕推广的一大因素.

4.4作物减产

高产、优质、高效是农业生产的不懈追求,而作物实行免耕后,增加了由于土壤表层地温低、草害严重等问题带来减产的可能,从而抑制免耕栽培广泛推广的进程.

5.结论及讨论

综上可知,作物免耕栽培具有保持水土、改善土壤理化性质、减工降本及增产增收等优势,但其负面效应也不容忽视.因此,在实际生产中要积极宣传引导,并因地制宜,选择适宜的耕地、耕作时间及建立与之相关的免耕栽培配套体系.一是加强政府扶持力度,加大投入,同时加强宣传改变农民的传统观念.二是确立作物免耕栽培的时间,避免免耕降低土温带来的不利影响,并通过滴灌、喷灌等节水灌溉措施来解决覆盖灌溉难的问题；三是确定适宜的土壤类型,应当选取土壤质地疏松、结构及土壤通气状况良好的壤砂土和砂壤土,防止作物根系的生长受抑制而减产；四是测定土壤肥力,通过测土配方的形式,选取土壤肥力较协调且pH偏高的田土实行免耕操作,减少土壤进一步酸化的可能；五是确立最佳的连续免耕年份,虽然长期免耕可以在一定程度上提质增效,但由于长期免耕而导致作物减产的报道也较多,因而需确定适应的免耕年份,保障作物持续增产增收.