免耕技术的发展及应用

免耕

　　免耕又称零耕，是指作物播前不用犁、耙整理土地，不清理作物残茬，直接在原茬地上播种，播后作物生育期间不使用农具进行土壤管理的耕作方法。

免耕技术的发展及应用

　　1．国外免耕技术的发展及应用

　　现代土壤保护性耕作技术起源于美国。20世纪30年代。美国发生特大沙尘暴，造成农田肥沃表土大量损失，生产能力下降。40年代美国开始进行少耕和残茬覆盖试验，50年代初试验成功免耕法，并发现免耕法具有保持水土、保蓄土壤水分和增加土壤肥力等优点，但草害、虫害等问题严重，限制了该技术的发展。之后除草剂的应用使杂草防治不再依赖于土壤耕翻和中耕，化肥的应用减少了作物对土壤养分的依赖，其使用也不再借助于耕翻完成，农业机械的发展使保护性耕作技术日趋完善。至20世纪70年代在世界范围内推广应用免耕，各类免耕技术相继出现并逐步发展为土壤保护性耕作技术，大面积应用于生产。美国作为保护性耕作的起源地，70多年来，从技术到机具及除草剂，尤其在降低耕作强度和增加地表作物残留物覆盖方面做了大量研究试验，目前田间作业次数由7-8次减到1-3次。随着农具、农药、技术的改进，保护性耕作得到了迅速发展。2000年采用保护性耕作的面积达2 400．0万hm²，占总耕地面积的21．0％。2002年增加到了6769．0万hm²，占总耕地面积的60．0％。澳大利亚从20世纪70年代，开始进行保护性耕作试验，80年代，开始大规模推广。澳大利亚谷物研究和发展委员会的调查报告显示，在1996-2002年间。澳大利亚保护性耕作应用面积由60．O％增加到73．O％，已经基本上取消铧式犁。加拿大在20世纪60年代，开始引进、试验保护性耕作技术，70-80年代研制成功配套机具和除草剂，1985年开始在3个农业省大面积推广，1996年加拿大保护性耕作面积达495．5万hm²，占全国耕地面积的30．5％。2002年保护性耕作面积达到l 300．0万hm²，占全国耕地的80．0％。欧洲在保护性耕作技术研究与应用方面起步相对较晚，但是发展较快，12个国家应用了此项技术，总应用面积与北美洲相差不大。与南美洲相当。欧洲大部分国家降雨充沛，土壤侵蚀并不严重，但是，为了简化农业生产工序。降低生产成本。德国、法国、瑞士等国家从20世纪80年代，开始推广应用保护性耕作。至2002年保护性耕作面积已有了较大增长。年年翻耕的土地越来越少，16．0％-28．0％的耕地已经应用了保护性耕作技术。拉丁美洲如巴西、阿根廷、智利、巴拉圭地处热带、亚热带，热带地区传统耕作的一大问题是土壤肥力持续下降，因此拉丁美洲国家开始研究发展保护性耕作。并且保护性耕作面积发展很快，且采用免耕的形式多，免耕面积已经占到保护性耕作的95．0％，已成为面积仅次于北美洲的第二大保护性耕作区。阿根廷免耕法试验是在20世纪70年代那时开始的，但是直到90年代才真正开始推广应用，面积从1990年的几十万公顷增至2003年的1 600．0万hm²，占阿根廷粮食种植面积的65．0％。对于条播机进行改进使其更适合于在土壤表面被覆盖的条件下的免耕作业，新一代除草剂的使用和其他管理方法的改进是阿根廷免耕法得到推广普及的重要原因。

　　从国外免耕技术的发展过程看，大体经历了3个阶段。一是迅速兴起阶段(20世纪30～40年代)。针对传统的机械化翻耕技术在水蚀和风蚀方面存在的弊端，对土壤耕作农机具和耕作方法进行改良，提出免耕和深松耕等保护性耕作法。美国在黑风暴过后成立了土壤保护局，大力研究改良传统翻耕耕作方法，研制深松铲、凿式犁等不翻土的农机具。免耕技术成为当时的主导技术。二是缓慢发展阶段(20世纪50～70年代)，也是机械化免耕技术与保护性植被覆盖技术同步发展阶段。在免耕技术大面积推广应用的过程中。许多研究证实了各种类型的机械化保护耕作对减少土壤侵蚀有显著效果，但也出现不少因杂草蔓延等技术原因使作物严重减产的例子，使得该项技术推广较慢。三是完善提高和推广普及阶段(20世纪80年代至今)。由于耕作机械的改进、除草剂的迅速发展与使用以及作物种植结构的调整，免耕法逐渐发展起来。在全球范围内推广应用。且面积不断扩大。据统计，从1990-2000年，美国农作物免耕栽培面积增加了2倍。其中大豆免耕栽培面积年均增长31．0％，玉米免耕栽培面积年均增长12．O％；到2005年，美国免耕栽培面积占总种植面积的29．0％，重点是大豆、玉米、棉花、高粱等。此外，巴西、阿根廷、澳大利亚等国家的免耕栽培技术应用面积也较大。

　　2．国内免耕的发展及应用

　　中国保护性耕作从20世纪60年代，开始试验研究单项技术；70年代起部分高校和农业科研院所开始覆盖和免耕等试验研究，取得较好的增产效果；80年代，开始旱地农业耕作体系的研究，向覆盖和减少耕作发展。90年代起开始了农艺农机结合的系统性试验，在适合中国国情的保护性耕作机械设计和耕作技术方面取得了较大进展，总结出了3种适合山西省的玉米机械化保护性耕作体系和3种小麦机械化保护性耕作体系。“九五”到“十五”期间，被列入国家科技攻关项目计划。2002年农业部在山两北部、河北中北部、内蒙古中南部、辽宁西部、陕西北部、甘肃东部以及北京、天津等地区建立了38个项目县进行保护性耕作技术示范和推广。2005年的中央一号文件将“改革传统耕作方法，发展保护性耕作”列为提高农业综合生产能力的一项重要措施。2005年4月，由国家发改委、农业部、科技部、水利部和建设部等国家五部委联合发布的《国家节水技术政策大纲》提出要“积极推广保护性耕作技术，加强保护性耕作技术中秸秆残茬覆盖处理、机械化生物耕作、化学除草剂施用3个关键技术的研究，加强适用于不同地区的保护性耕作机具的研制与产业化”。2007年，农业部在《关于大力发展保护性耕作的意见》中指出。力争在“十一碓’期末，全国保护性耕作实施面积超过400．0万hm²，达到北方适宜地区耕地面积的6．0％．实现保护性耕作技术体系基本完善、机具质量基本满足生产要求，实施区域生态、经济和社会效益明显提高的目标。这标志着中国实施保护性耕作开始迈入新的时期。

　　从我国免耕栽培技术的发展过程看，大致也可划分为3个阶段。一是试验探索阶段(20世纪70年代)。最早在新疆阿克苏地区农垦六团开始试验研究，之后各地相继开展试验和示范。二是试验示范阶段(20世纪80～90年代)。各地通过试验示范，积累了一些经验，但由于免耕配套机具的缺陷和农民认识上的误区，推广速度比较缓慢。三是完善提高和全面推广阶段(20世纪末至今)。为适应农业发展的新形势，各地积极推广免耕栽培技术，在水稻、小麦、玉米、油菜、大豆等主要农作物上广泛推广应用。

　　经过多年探索实践，我国已形成了水田连作免耕、水旱轮作免耕、旱地连作免耕乏大类型、十余种免耕栽培模式，成为世界上免耕栽培模式和种植方式最丰富的国家。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750-1 500元，在有些作物如稻草覆盖免耕栽培马铃薯每公顷增收可达3000～4 500元。

　　①免耕面积逐步增加自1983年农业部把免耕技术列入全国农业重点推广项目以来，推广应用规模不断扩大。据农业部初步统计，2005年全国粮食作物免耕栽培面积1 600．0万hm²，约占粮食生产面积的15．4％。2006年。全国免耕栽培推广应用面积已达2 000多万公顷，居世界第四位。

　　②应用范围不断扩大免耕技术最初主要应用于粮食作物，现在已发展应用于油菜、大豆、花生、马铃薯甚至蔬菜等经济作物。种植地区不仅在山区、丘陵坡地，而且在平原也推广免耕；同时从干旱、半干旱地区发展到水田。山东省枣庄市山亭区于2001年开始推广蔬菜免耕种植技术，目前种植面积达1300 hm²，占菜田总面积的20．0％。经济效益显著。目前，我国南方的浙江、江苏、四川、广西、上海、湖南、湖北，北方的山东、河南、河北、陕西、山西、天津、内蒙等地都在大面积推广免耕技术。

　　③形式多样化近年来，各地积极推进农业增长方式的转变，大力推广农作物免耕栽培技术，已经形成了适应不同地区、适合不同作物、适宜不同轮作方式的技术模式。

　　1)旱地连作免耕栽培模式。华北地区一年两熟种植制度主要是小麦—玉米、小麦—大豆、小麦—棉花、小麦—花生等轮作，东北地区一年一熟区种植制度主要是玉米—大豆、小麦—大豆等轮作。北方地区旱地免耕栽培模式主要是玉米机械化免耕播种技术。

　　2)水田连作免耕栽培模式。双季稻区水稻免耕栽培技术主要模式以稻—稻连作为主。水稻免耕栽培技术主要有免耕抛秧和免耕直播，以免耕抛秧为主。水稻免耕抛秧的技术基本成熟。已经形成了双季稻免耕抛秧、中稻免耕抛秧等技术体系。以及稻草还田免耕抛秧、绿肥还田免耕抛秧、免耕抛秧稻田养鸭、免耕抛秧养鱼等高效无公害栽培模式。

　　3)水旱轮作免耕栽培模式。主要有稻—麦、稻—油、稻—菜、稻—薯等轮作方式。主要技术模式有麦秸全量还田免耕稻作栽培、水稻快速灭茬免耕栽培、秸秆覆盖免耕种植马铃薯等。如广西玉林大力推广的冬马铃薯—双季稻一年三熟三免耕栽培模式，即从冬始至下年秋末期间，在秋收稻后免耕种马铃薯并进行稻草覆盖，次年春收马铃薯后，将马铃薯茎叶和半腐烂的稻草直接还田，灌水沤田，然后免耕抛栽早稻，夏收后，喷施除草剂除灭田中杂草，再免耕抛种晚稻。试验证明，稻田免耕种植马铃薯，将种薯直接摆放在土面上，用稻草全程覆盖，配合适当的栽培措施，每公顷就能获得鲜薯22 500 kg以上的产量，而且薯块就长在草下的土面上，拨开稻草就能拣收。方法简便易行，人们形象地把这种实用的马铃薯栽培新技术总结为9个字：“摆一摆、盖一盖、拣一拣”。

　　4)丘陵旱地免耕栽培模式。丘陵旱地的免耕栽培主要有秸秆或地膜覆盖免耕栽培、小麦高留茬秸秆全程覆盖免耕栽培等模式。这些模式在减少水土流失、改善土壤生态环境、提高土壤综合生产能力上均发挥了积极的作用。

　　④改革了耕作制度免耕是耕作制度的一项重大改革。这无论在耕作方法和内容上都与传统耕作法有很大改进。在冷浸低产稻田由于运用自然免耕的理论，使稻田出现了半旱式栽培和垄作或畦作制度。免耕栽培在我国发展迅速，但总的来说，免耕栽培仍存在着“三多三少”的特点，即旱地多、水田少、北方多、南方少，粮食作物多、经济作物少。

免耕技术的作用及原理

　　推广免耕栽培技术可以实现节能、节水、节肥的统一；可以减少土壤侵蚀。试验表明。免耕法比翻耕法减少土壤流失92％～96％，土壤持水能力增加50％以上；可以改善环境，特别是对解决我国北方农区的沙化问题有明显作用，农业部保护性耕作中心主任、中国农业大学高焕文教授对沙尘暴与农耕地的关系进行的研究表明，北京外围地区55个县冬季农田翻耕休闲耕地面积超过沙尘来源面积的70％，可以节本增效。

　　免耕技术由4项关键技术组成，即免耕播种技术，使用特殊的免耕播种机将种子播在有秸秆覆盖的地表上；秸秆残茬处理技术，对秸秆残茬及地表需要进行粉碎等处理；杂草控制技术，靠除草剂或表土作业来控制杂草；深松耕技术。在地表覆有秸秆的情况下使用深松耕机具进行松土。

　　1．不耕土壤，直接播种或移栽

　　土壤耕作有利有弊，如翻耕可以降低杂草的竞争力，创造一个能促进作物生长的苗床，掩埋残茬减少病菌，刺激有机质矿化和养分释放，在作物的根深处混合肥料等，但是翻耕同样存在破坏聚合体降低土壤结构，破坏土壤大孔隙，加快土壤干燥并降低水分利用率，降低土壤中有机养分的储备量，扰乱有益生物如蚯蚓的生命周期等缺陷。相反，免耕则能够增加水稳性土壤团粒结构的数量；免耕地块蓄水保墒能力强，由于地表有秸秆覆盖。土壤的水、肥、气、热可协调供给，干旱时土壤不易裂缝。雨后不易积水。

　　免耕条件下播种，可以保持土壤良好的理化性质，有利于作物根系的生长，更好地吸收土壤中的养分，从而提高作物产量。目前。澳大利亚大部分旱作农业的田间耕作基本上用翼形铲取代了铧式犁，进行不翻动土壤的浅松耕作业。这样既能切断上茬作物和杂草的根系消灭杂草，又疏松了土壤，利于下茬作物根系的发育。Triplett Jr等比较了密西西比北部高度侵蚀黄土上翻耕和免耕的棉花产量。发现免耕棉花的产量大大高于翻耕制度下的产量。

　　2．秸秆覆盖技术能够保水保墒，减少土壤侵蚀。培肥地力

　　根据中国农业大学测试结果，秸秆覆盖在减少径流中起第一位的作用，作用率约47％。秸秆覆盖使地面温度降低，风速减小，从而减少水分蒸发，提高了水分利用效率。为增产创造了条件。以中国农业大学在山西临汾试验的保护性耕作小麦9年的监测结果可见，免耕的休闲期蓄水量高于传统耕作14％，对小麦出苗和根系发育十分有利，免耕的水分利用效率平均高于传统耕作17％。表面残茬减少了直接到达土壤表面的太阳辐射量，而在晚上则成为一个减少热量损失的隔热物质，更高的土壤含水量也能够使地温上升。

　　雨水冲击对侵蚀初期土壤颗粒的移动提供了主要的能量来源，而覆盖在土壤表面的残茬则阻拦雨水并吸收了雨水的大量能量，残茬和直立植株的植被覆盖降低了流速，减少了土壤颗粒的悬浮和运输，生长在土壤一残茬界面及其附近的植物根系锁住了土壤颗粒并产生附加的阻力阻止颗粒的移动和土壤运动，从而减轻水蚀作用。同样，这些覆盖物将会使土壤的风蚀运动降低到无足轻重的程度。大量秸秆通过覆盖的方式还田，直接增加了土壤有机质，再加上免耕不动土。好气性分解较缓慢，因而有利于土壤有机质的积累。被残茬覆盖的免耕土壤表面保留了水分，并促进了根系在残茬一土表界面的生长，如果根系和养分都集中在残茬下的土壤表层。它将保证养分的有效吸收。只有在极端干旱条件下当根系失去活性时，积累在土壤表层的有机质和无机物质才会阻碍作物对养分的吸收。免耕还明显增加蚯蚓数量，蚯蚓数量也是土壤肥沃程度的重要标志。

　　3．免耕的杂草控制技术

　　免耕条件下的杂草控制主要依靠除草剂的施用。一般在播种或移栽前施用广谱除草剂杀灭所有田间杂草及前茬作物，也可以在轮作时，有针对性地施用某种除草剂杀灭前作杂草，而在作物生长期间一般不进行中耕除草或只在表土浅耕除草。目前使用较多的除草剂有麦草畏、2，4-D、百草枯和草甘膦等。

　　4．免耕的深松耕技术

　　深松耕是用无壁犁或松土铲只疏松土层而不翻转土层的一种耕作方式，主要适用于耕层较浅的地块。其特点是不翻转土壤、不破坏土壤层结构、提高土壤含水量、降低土壤容重、使土壤疏松，这些都有利于作物根系生长，有利于增产增收。深松耕后耕层呈比较均匀的疏松状，有利于蓄水保墒，对于干旱地区效果更佳。低洼易涝地块深松耕后有降低耕层里的含水量和洗碱作用。但对杂草较多地块不易用深松耕法。

　　深松耕目前主要有两种方式：一是全面深松耕，应用深松犁全面松土。深松耕后耕层呈比较均匀的疏松状。二是局部深松耕，应用齿杆、凿形铲或铧式铲进行松土与不松土相间隔的局部松土，松土后地面呈疏松与紧实带相间存在的状态。疏松带有利于降雨入渗，增加土壤水分，并且利于雨后土壤的通气及好气性微生物的活动，促进土壤养分的有效化。紧实带可阻止已深入耕层的水分沿犁底层在耕层内向坡下移动。因此，局部深松耕有明显的蓄水保墒增产效果。目前免耕栽培已发展一种深松碎秆覆盖体系，即每隔2-3年深松耕一次，适合多数土壤条件，特别在开始试验保护性耕作的地区。

免耕技术适用的条件

　　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。免耕的效果因作物的种类、前作、土壤类型、地形、降水量、温度等条件而异。在丘陵地带或干旱地区免耕种植大豆、玉米比传统耕法效果好。在土壤湿度大、排水不良的粘性土壤及有机质含量低的沙土上免耕效果不佳。

　　不同肥力特征土壤条件下，进行免耕油菜栽培试验表明，水肥气热协调型土壤上免耕种植油菜生育性状明显优于质地粘重的土壤。表现为植株高度、绿叶数量、叶面积和干物质积累有明显的优势。免耕油菜在水肥气热协调的土壤条件下。根系生长发育良好，从而可以保证地上部分的生长发育。同时，水肥气热协调型土壤条件下，免耕油菜抗冻害能力较强，免耕油菜的经济性状表现较好。一次分枝、单株角果数、每角果粒数、千粒重等指标均高于质地粘重的处理，而与质地粘重土壤翻耕油菜基本相等。表明稻茬免耕种植油菜对土壤有一定的选择性。为达到免耕节本增效的目的，应该将免耕模式实施在土壤质地疏松、结构良好的稻田上。土壤板结、结构不好的土壤不宜种植免耕油菜。