保护性耕作对土壤的改良作用

机械化保护性耕作是相对于传统翻耕的一种新型耕作技术，其实质就是改善土壤结构，减少水蚀、风蚀和养分流失，保护土壤，减少土壤耕作层水分蒸发，有效提高宝贵水资源的利用率;减少劳动力投入，简化作业工序、减少机械进地次数，降低能源的消耗，提高劳动生产率，达到农业高效、低耗、可持续发展的目的。

2002年郑州市开始机械化保护性耕作技术研究和对比示范试验，2007年开始大面积推广应用，截至2016年底机械化保护性耕作技术实施面积达到104万亩，各类耕播种机累计推广2869台、深松机累计推广872台;经郑州市农机部门15年不间断监测对比：实施机械化保护性耕作技术可减少作业费用、节约化肥、增产粮食等每年亩增收节支平均145元，目前此技术推广使我市年增收节支约1.5亿元。

【一】 机械化保护性耕作技术主要内容

(一)机械化保护性耕作定义

机械化保护性耕作是对农田实行耕、少耕，尽可能减少对土壤耕作(减少到种子能够出苗即可)，并用作物秸秆覆盖地表，减少土壤风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力的一项先进农业耕作技术。其主要包括四项技术内容：1. 改革铧式犁翻耕土壤的传统耕作方式，实行耕或少耕;2. 将作物秸秆、残茬覆盖地表，在培肥地力的同时，用秸秆盖土、根茬固土，保护土壤，减少风蚀、水蚀和水分无效蒸发，提高天然降水利用率;3. 采用(少)耕播种技术，在有残茬覆盖的地表实现开沟、播种、施肥、施药、覆土镇压复式作业，简化工序，减少机械进地次数，降低农机作业成本;4. 改机械翻耕控制杂草为喷洒除草剂或机械表土作业控制杂草。

(二)机械化保护性耕作关键技术

机械化保护性耕作关键技术主要包括：秸秆残茬处理、(少)耕播种、机械化深松、杂草及病虫害防治、土壤改良五项技术，五项技术相辅相成，互相促进，才能保证机械化保护性耕作技术效益的发挥。其中秸秆残茬处理技术是机械化保护性耕作的基础，秸秆覆盖好坏，直接关系着机械化保护性耕作技术实施的成败;(少)耕播种技术是机械化保护性耕作技术实施的保障，没有性能优良、使用可靠的耕播种机，就无法实现在耕且有秸秆覆盖的地表上的播种作业，这两项技术为机械化保护性耕作的核心技术。

1. 秸秆残茬处理技术：农作物秸秆数量大、分布广，是农业生产的副产品，也是重要的生物质资源。据统计我国每年生产的6亿多吨秸秆中含氮300多万吨，含磷70多万吨，氮、磷、钾的含量超过我国目前化肥施用量的1/4。并且秸秆中还有大量的微量元素和有机质是无机化肥所不具备的。而随着农业生产力的发展、农民生活水平的提高和秸秆综合利用的滞后，许多地区出现了为争抢农时而焚烧秸秆的现象，造成了严重的环境污染和生物质资源浪费。机械化保护性耕作技术本身要求用秸秆覆盖地表以实现保水、保土，同时秸秆还田还可以增肥地力。因此，推广实施机械化保护性耕作技术是秸秆综合利用的有效途径。

2. (少)耕施肥播种技术：影响播种质量的土壤条件是种床质量，包括土地平整度、土壤肥力、土壤容重、土壤含水量等。传统耕作中，要求播种时土壤含水量合适，地表平整、细碎、疏松，无其他影响播种质量的杂物。而实施机械化保护性耕作技术的土地却无法全部满足上述条件，大的差别在于地表坚硬、平整度差，而且有大量的秸秆、残茬覆盖，因此(少)耕播种是机械化保护性耕作中的重要环节，播种质量的好坏直接影响到机械化保护性耕作技术所产生效益的大小。

(三)机械化保护性耕作技术基本原理

机械化保护性耕作技术是以保持水土为核心，通过耕、少耕、作物秸秆地表覆盖等技术手段，减少土壤耕作次数，降低土壤风蚀、水蚀，提高土壤蓄水保墒能力，节约成本，增加作物产量，增加效益。因此，机械化保护性耕作技术的基本原理可归纳为“三少两高”，即少动土、少裸露、少污染、高保蓄和高效益。

1. 少动土：传统的灭茬、翻耕、旋耕等耕作方式动土量大，土壤风蚀、水蚀严重。少动土是相对于传统耕作方式而言的，并不是完全不动土，而是通过合理减少机械对土壤的扰动，使作物能够正常生长发育。机械化保护性耕作技术减少对土壤的耕作次数或耕作面积，避大面积翻耕、旋耕后土壤水分散发和风蚀的发生，主要是通过(少)耕、深松等技术代替灭茬、翻耕、旋耕等耕作方式，有效利用土壤中的生物作用代替机械耕作，降低对土壤的扰动。

2. 少裸露：传统耕作方式灭茬、翻耕、旋耕等耕作方式秸秆覆盖率低，农田裸露，土壤水分蒸发量大，土壤风蚀、水蚀严重，容易引起沙尘暴。机械化保护性耕作技术通过作物根茬、秸秆以及绿色植被覆盖，减少地表裸露，降低土壤水分蒸发和水土流失，提高土壤蓄水保墒能力。

3. 少污染：传统耕作方式秸秆利用率低，随意堆放、焚烧污染环境;化肥和农药使用量大造成土壤和地下水污染。机械化保护性耕作技术采用秸秆、残茬覆盖及配套水肥调控技术，降低了秸秆焚烧造成的大气污染，降低了化肥、农药用量过大对地下水和土壤的污染，起到了保护生态环境的作用。

4. 高保蓄：传统耕作方式动土量大，土壤失墒严重。(少)耕技术降低了耕作次数或度，保持了土壤的自然结构，避了由于耕作造成土壤水分的散失，起到保墒的作用;地表覆盖秸秆可以有效抑制土壤水分蒸发，还能有效减少地表径流和雨水的冲击，增加降水入渗土壤，减少水土流失;深松技术可以打破犁底层，储存自然降水，提高水分利用效率。

5. 高效益：传统耕作方式田间作业程序多、繁琐、费工、费时及投入成本高，机械化保护性耕作技术可直接或间接地给农民带来经济效益。一方面，机械化保护性耕作技术简化了工序，降低作业成本，改善作物生长环境，增加了粮食产量，节省劳动力，直接增加了收入;另一方面，采用机械化保护性耕作技术后，剩余的劳动力可以外出打工，间接增加了农民收入。

【二】

机械化保护性耕作的意义

1. 有效蓄水保墒

机械化保护性耕作的主要作用就是蓄水保墒。耕、少耕、秸秆覆盖等保护性耕作技术措施可明显增加土壤含水量，起到蓄水保墒的作用。据监测表明，秸秆覆盖与裸露栽培相比，秸秆覆盖的土壤含水量比裸露栽培高12.86%。

2. 降低土壤侵蚀

机械化保护性耕作技术与传统耕作技术相比具有显著降低风蚀和水蚀的作用。据监测表明，机械化保护性耕作土壤风蚀量较传统耕作方式降低13.30%、水蚀量降低17.90%;机械化保护性耕作可以减少地表径流50%～60%，减少土壤流失80%左右;少耕、耕等保护性耕作技术减少对土壤的扰动，作物根系起到固土作用，加上地表常年有残茬和作物秸秆的覆盖，大大减少了降水对表土的冲刷，起到降低风蚀、水蚀的作用。

3. 培肥保育土壤

机械化保护性耕作的重要作用就是提高土壤有机质含量，培肥地力，实现土壤资源的可持续利用。传统的耕作方式“重用轻养”导致土壤有机质下降。机械化保护性耕作技术实施可使作物根茬或秸秆直接还田腐烂，明显提高土壤有机质含量，起到培肥地力的作用，据相关研究显示，实行保护性耕作三年地块10厘米耕层有机质含量比传统耕作方式的地块增加了25%。

4. 改善土壤结构

机械化保护性耕作能够调节土壤孔隙，改善土壤结构。传统的耕作方式使土壤板结，犁底层加厚，不利于作物根系的生长发育。机械化保护性耕作与传统耕法比较，0～40厘米土层土壤容重和土壤硬度有降低趋势，总孔隙度增加，固相、液相、气相三相比趋于合理;秸秆覆盖技术，0～10厘米土壤孔隙度增加，土壤容重比对照田降低0.09～0.103克/立方厘米，连续两年秸秆覆盖后土壤孔隙度比常规耕作增加了13.10%～8.37%。机械化保护性耕作技术实施能降低土壤容重，增加土壤孔隙度，调节土壤固、液和气三相比，进而改善土壤结构，为作物的根系生长发育提供良好的环境。

5. 降低作业成本，增加粮食产量

机械化保护性耕作技术机械一次进地完成多项作业，节省了清理秸秆、整地、镇压、浇水等程序，降低了能耗成本，增加了经济效益。机械化保护性耕作可减少耕整地环节，每公顷可降低成本500～700元;在干旱地区，实行保护性耕作技术每公顷可以节肥、节水、节省劳动力、减少能耗等750元以上;实施保护性耕作能在不同程度上提高粮食作物产量15%～17%。

6. 减少秸秆燃烧造成的大气污染，有效避沙尘暴危害

机械化保护性耕作是防治沙尘暴的主要途径之一，可有效地改善生态环境，促进了人与自然的和谐发展。机械化保护性耕作采用秸秆还田覆盖技术，减少传统农业在处理作物秸秆时采用焚烧的办法造成的大气污染，同时也减少火灾的发生，相关研究表明采用耕覆盖技术的土壤抗风蚀能力可提高20%以上。

7. 增农民科学种田、养田的意识

通过召开机械化保护性耕作现场会，举办技术培训班、设立大面积示范区等措施，宣传机械化保护性耕作对农业增产增效、农民增收以及保护自然环境的重要意义，增加广大农民对推广机械化保护性耕作重要性的认识程度，增农民科学种田、科学用田、科学养田的意识，营造学习知识、运用技术的积氛围，提高农民的整体素质。

8. 提高农业机械化整体水平，促进农机与农艺的相互融合

农业机械的应用是机械化保护性耕作的基础，农机与农艺的融合是该项技术大规模应用的关键，惟有将农机与农艺相互融合，才能使机械化保护性耕作大范围、大面积地推广并应用，促进农业的可持续发展。

【三】

郑州市机械化保护性耕作

技术模式及作业技术规范

郑州市属于黄淮海两茬平作区，机械化保护性耕作技术模式以小麦—玉米一年两熟为主。

(一)区域特点

郑州市属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬季漫长而干冷，雨雪稀少;春季干燥少雨，多春旱，冷暖多变大风多;夏季比较炎热，降水高度集中;秋季气候凉爽，时间短促;种植模式以一年两熟为主，主要农作物为小麦、玉米和花生等。郑州市传统耕作农业面临的主要技术难题：“小麦—玉米”两熟制的秸秆产出量多，秸秆利用难度大，秸秆焚烧造成大气污染严重;化肥、农药、灌溉及机械作业投入多，造成农业生产成本持续加大;化肥、农药的过度使用造成土壤和地下水的污染;用地度大，农田地力维持困难;水资源短缺，地下水超采严重，灌溉用水多。

(二)主要技术模式

玉米联合收获机收获玉米(或人工摘穗) 机械粉碎秸秆还田 耕覆盖播种机播种小麦 机械喷施除草剂 机械追肥 机械植保(病虫害防治) 联合收获机收获小麦 酌情机械深松 耕覆盖播种机播种玉米 机械喷施除草剂 机械追肥 机械植保(病虫害防治) 玉米联合收获机收获玉米(或人工摘穗)。

1. 小麦—玉米秸秆还田耕直播技术模式

将小麦机械化收获粉碎还田技术、玉米耕机械直播技术、玉米秸秆机械化粉碎还田技术，以及适时播种技术、节水灌溉技术、简化高效施肥技术等集成，实现简化作业、减少能耗、降低生产成本，以及培肥地力、节约灌溉用水目的。

其技术要点包括：采用配备秸秆粉碎及抛撒装置的联合收割机收获小麦，实现小麦秸秆的全量还田;玉米秸秆粉碎机将站立的玉米秸秸粉碎1～2遍，使玉米秸秆粉碎还田;小麦、玉米实行耕施肥播种技术，播种机要有良好的通过性、可靠性，避被秸秆杂草堵塞，影响播种质量;进行病、虫、草害防治，用喷除草剂、机械锄草、人工锄草相结合的方式综合治理杂草。

2. 小麦—玉米秸秆还田少耕技术模式

该模式同样以应用小麦机械化收获粉碎还田技术、玉米秸秆机械化粉碎还田技术为主，但在玉米秸秆处理及播种小麦时，采用旋耕播种方式，实现简化作业、降低生产成本，以及秸秆全量还田培肥地力、节约灌溉用水。

其技术要点包括：采用配备秸秆粉碎及抛撒装置的联合收割机收获小麦，实现小麦秸秆的全量还田，耕播种玉米，机械、化学除草;秋季玉米收获后，秸秆粉碎旋耕还田并播种小麦，进行病、虫、草害防治和合理灌溉。

(三)技术规范

郑州市农机部门通过多年对项目示范区的对比监测试验、分析研究，制定了郑州市小麦、玉米两茬连作机械化保护性耕作技术规范。

1. 小麦耕覆盖播种机械化技术规范

(1)土壤墒情：小麦适宜播种的土壤含水量为16%～20%，若预测播种时土壤墒情不足，应在玉米收获前15天左右灌水造墒;(2)秸秆处理：玉米秸秆采用联合收获机或秸秆还田机粉碎后还田;(3)地块准备：实施小麦耕覆盖播种的地块应地面平整、无石头、无沟渠，以利机械作业;(4)选择优良品种与种子处理;(5)施肥：应根据土壤养分化验结果科学施肥;(6)播期：半冬性品种为10月8日至10月18日，弱春性品种为10月15日至10月22日;(7)播量：一般亩播种量为8～13公斤，比当地传统耕作播量增加10%;(8)播深：一般播深为2～4厘米，比传统耕作稍浅;(9)行距：宜采用宽窄行播种，一般水浇地宽行26厘米，窄行12厘米;旱地宽行20厘米，窄行12厘米;(10)播前对播种机进行检查调整，使之达到正常工作状态;(11)试作业：作业前应试作业，调整耕播种机达到要求后正式作业;(12)田间管理：出苗期如发现缺苗断垅的及时补种;生育期间根据天气、墒情、苗情做好水肥管理;播后出苗前和早春及时化学除草;生长期间应及时检查苗情，如有病虫害发生及时喷洒农药。

2. 玉米耕覆盖播种机械化技术规范

(1)收获与秸秆处理：使用配备秸秆粉碎及抛撒装置的联合收获机收获小麦;(2)深松作业：实施机械化保护性耕作初期，如有犁底层，需进行深松作业，实施机械化保护性耕作过程中3～5年深松一次;(3)选择优良品种：应选择农业部门推荐的生育期适中、高产稳产、抗病抗逆性的中早熟优质杂交品种，要求种子纯度不低于97%，发芽率不低于85%;(4)播期：5月底6月上旬麦收后及时抢播;(5)播量：在水、肥、土条件较好的高产田，播量一般每亩3～3.5公斤;(6)播深：一般播种深度4～6厘米。如果土壤黏重且墒情较好，播深3～5厘米，对质地疏松的砂质土壤，播深6～8厘米，但深不能超过10厘米;(7)行株距：采用宽窄行种植的，宽行一般为80厘米，窄行为40厘米;等行距种植的行距为60厘米;(8)合理施肥：化肥要选用氮、磷、钾有效养分含量40%以上的颗粒状复合肥或复混肥，施用量每亩2.5～5公斤，化肥应施在玉米种子侧下方5.5厘米处，避化肥与种子直接接触;(9)作业前对玉米耕覆盖播种机进行检查调整;(10)试播：播种前进行试播，检查播深一致性和排种均匀性，检查行距、株距、覆土、镇压等是否能达到农艺要求，调整后进行正常作业;(11)田间管理：出苗后发现缺苗断垅的，应及时补种或移栽;适时适量喷施化学除草剂，一般在播种后玉米出2～3叶前，喷施化学除草剂;生育期间，应做好抗旱防涝;及时追肥，玉米全生育期一般追肥两次;发现病虫害及时对症施药防治;(12)在玉米完熟期收获。

【四】

机械化保护性耕作主要机具

操作要求及注意事项

1. 小麦耕播种机

(1)小麦耕播种机行走路线应根据实际情况，选择方案，地头要有起落线，后播地横头;

(2)机组工作前，应发出信号，确认所有人员都处于安全位置时，才可起步工作;

(3)播种过程中，前进速度要均匀，不要忽快忽慢，更不能中途停顿和倒退，以防止损坏开沟器;

(4)地头转弯时，需将小麦耕播种机升起，以浪费种子或损坏开沟器;

(5)播种时要时刻观察划行器，是否行走在指定位置，无划行器的要注意和邻接行的距离，以保证行距一致;

(6)播种时要注意观察种子箱内的种子数量，当种子箱内种子少于三分之一时应及时添加;

(7)经常观察排种器、排肥器、传运装置、开沟器、输种(肥)管工作是否正常，如发生故障应立即停车排除;播种过程中发现漏播，应立即在漏播处做出标记，以便随后补种;

(8)耕播种时，应根据上茬玉米的长势，并在保证碎土及秸秆粉碎达到技术要求的情况下，确定合适的前进速度;

(9)经常观察开沟器、松土铲是否有壅土、缠草现象，镇压轮是否粘泥土过多，如有应停车清理;

(10)如需更换种子品种，应清理种子箱，以防品种混杂，同时根据农艺要求和品种特性，适当调整播量;

(11)机组工作时，禁止润滑、紧固和排除故障，禁止人员上下或坐在种子箱、机架上;

(12)要保证小麦耕播种后，秸秆覆盖率在技术要求以上。

2. 玉米耕播种机

(1)播种时，机手应精力集中，要求播行直线性好，相邻行距一致;

(2)播种时，应保证机具匀速前进，不要忽快忽慢。播种过程中尽量不要停车，以造成播种不均匀;

(3)应经常观察开沟器、覆土器的工作情况，如有缠草和壅土及时停车清理;

(4)应经常观察排种器、排肥器和传动机构的工作情况，如果发生故障，应立即停车排除;

(5)作业中严禁人员蹲坐在机架上，播种机未提升时严禁倒退和转弯;

(6)要保证玉米耕播种后，秸秆覆盖率在技术要求以上。

【五】

机械化保护性耕作配套

主要机具及选用原则

1.机械化保护性耕作配套机具

机械化保护性耕作技术机具分为关键机具和通用机具两类：关键机具包括耕覆盖播种机、深松机和浅松机三大类，相关的通用机具有秸秆粉碎还田机、喷雾器、圆盘耙等。

由于机械化保护性耕作技术是在具有秸秆或根茬的地块中进行作业，因此对机具特别是关键机具的性能结构具有较高的要求，尤其是耕播种机，结构比普通播种机复杂，性能要求也更高。

机械化保护性耕作技术实施中使用机具类型较多，现使用的机具性能分类及机型性能差异较大，而且大多具有一机多能、一机多用、调整方便、性能稳定、配套主机动力较大等特点。因此使用中用户应根据自身的经济条件和本地气候、土壤、种植模式等自然条件，从经济性、实用性等角度出发科学合理地配置各环节的机具及配套主机。

2.机械化保护性耕作技术主要机具选用原则

(1)选择有推广许可证的机型;

(2)选择适宜当地农艺要求和种植模式的机型;

(3)选择规模企业的成熟机型;

(4)有条件的尽量选择复式作业机型，做到一次进地完成多道作业工序，达到节约作业成本，争取农时，提高工作效率和节本增效的目的。

3.小麦耕播种机性能要求：(1)各行排量一致性变异系数 3.9%;(2)总排量稳定性变异系数 1.3%;(3)种子破碎率 0.5%;(4)播种深度合格率 75%( 1厘米为合格);(5)播种均匀性变异系数 40%(按10厘米分段);(6)各行排肥量一致性变异系数 13%，总排肥量稳定性变异系数 7.8%，排肥断条率<3%，排肥均匀性变异系数 40%，施肥位置准确率 70%;(7)除具有传统播种机开沟、播种、施肥等功能外，还应有很好的防堵、入土、覆土镇压功能。

4. 玉米耕播种机性能要求：(1)播种性能、精度指标：粒距合格指数 75%，重播指数 75%，漏播指数 13%;(2)种子破损率：机械式为 1.5%，气力式 0.5%;(3)播种深度：合格率不小于80%( 1厘米为合格);(4)行距一致：同一播幅内行距的大偏差 4厘米;(5)施肥：各行排肥量一致性变异系数 13%，总排肥量稳定性变异系数 7.8%，排肥断条率<3%，排肥均匀性变异系数 40%，施肥位置准确率 70%。

5. 深松机：深松机用于松动土壤，打破犁底层，但不翻转土壤。按作业性质可分为局部深松和全面深松两种;按结构原理可分为凿式深松、翼铲式深松、振动深松、鹅掌式深松等。不同深松机具因结构特点不一，作业性能也有一定差异，适用土壤及耕地类型也有一定的变化。一般来讲，以松土、打破犁底层作业为目的的常采用全面深松法;以打破犁底层、蓄水为主要目的的常采用局部深松法。重型带翼深松机，动土量大，作业深度大，适合棉花、花生地块休闲期前作业;凿铲式间隔深松机，动土量小，适合宽行作物行间深松;振动深松机，动土量中等，可将土壤表面全部松动，适合小麦播前深松。

【六】

机械化保护性耕作技术

发展前景

近年来党中央国务院高度重视机械化保护性耕作发展，提出资源节约、环境友好、社会和谐的发展要求，不仅为发展机械化保护性耕作提供了政策依据，也为加快推广普及机械化保护性耕作提供了有利契机。同时，近年来中央支农、惠农政策的实施力度不断加大，农民购买农业机械发展农机化的积性高涨，为积推进机械化保护性耕作创造了良好机遇，我国机械化保护性耕作在以后几年必将步入快速发展时期。