保護性耕作知識講義-課件

保護性耕作知識講義

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主要內(nèi)容一、農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)的一場革命二、保護性耕作的起源與國外研究概況三、我國保護性耕作的試驗研究四、保護性耕作的效益五、保護性耕作的增產(chǎn)機理六、保性耕作的生態(tài)環(huán)境保護機理七、保護性耕作主要作業(yè)環(huán)節(jié)與實施要點主要內(nèi)容一、農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)的一場革命一、農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)的一場革命

保護性耕作是人類由不耕作到刀耕火種，由畜力耕作到傳統(tǒng)機械耕作后的又一次革命。前三次革命，人類都是通過耕作干預(yù)自然、帶來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一次次飛躍。特別是機械化的發(fā)展，人類掌握了強有力的耕作工具，成為“自然的主人”，可以隨意改變土地的原有狀態(tài)，提高勞動生產(chǎn)率和土地生產(chǎn)率。但是人類和自然的矛盾也愈來愈來突出。比如耕翻作業(yè)除掉殘茬雜草固然有利于播種，但同時也破壞了對地面的保護，導致土壤風吹水蝕加劇。旋耕切碎土壤，創(chuàng)造了松軟細碎的種床，但同時又消滅了土壤中的蚯蚓與生物，使土壤慢慢失去活性。耕作強度愈大，土壤偏離自然狀態(tài)愈遠，自然本身的保護和營養(yǎng)恢復(fù)功能就喪失愈多，要維持這種狀態(tài)的代價就愈大。近幾十年來，我國機械耕作活動增強，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量大幅度上升，但河流泛濫、沙塵暴猖撅、土壤退化、作業(yè)成本上升也是不爭的事實。保護性耕作取消鏵式犁翻耕，在保留地表覆蓋的前提下免耕播種，以保留土壤自我保護和營造機能，是機械耕作由單純改造自然到利用自然，與自然協(xié)調(diào)發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的革命性變化。一、農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)的一場革命保護性耕作是人類由不耕作

另一方面，以往農(nóng)業(yè)機械化就是提高勞動生產(chǎn)率和土地生產(chǎn)率，只要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)完成了，增產(chǎn)增收了，農(nóng)業(yè)機械化就完成任務(wù)了。沒有認識到農(nóng)業(yè)機械化和資源與環(huán)境保護密切相關(guān)，機械化可以破壞環(huán)境、也可以保護環(huán)境。深耕深翻、開荒種地，發(fā)展了生產(chǎn)，也帶來水土流失、環(huán)境惡化的問題，引起人們對機械化的質(zhì)疑。但是，機械化也是治理環(huán)境的最重要手段之一，如機械化秸稈還田減少焚燒秸稈導致的大氣污染；覆蓋減耕節(jié)約農(nóng)業(yè)用水；保護性耕作治理沙塵暴等等。因此，發(fā)展保護性耕作，可以認為是機械化由單純承擔生產(chǎn)任務(wù)向承擔生產(chǎn)和環(huán)保任務(wù)的轉(zhuǎn)折點，是一場機械化耕作技術(shù)的革命。另一方面，以往農(nóng)業(yè)機械化就是提高勞動生產(chǎn)率和土地生產(chǎn)率，保護性耕作的基本概念:保護性耕作是相對于傳統(tǒng)翻耕的一種新型耕作技術(shù)。它的定義是：“用大量秸稈殘茬覆蓋地表，將耕作減少到只要能保證種子發(fā)芽即可，主要用農(nóng)藥來控制雜草和病蟲害的耕作技術(shù)”。由于它有利于保水保土，所以稱為保護性耕作。針對保護性耕作的基本要點，也可用4句話來概括：秸稈覆蓋、免耕播種、以松代翻、化學除草。保護性耕作的基本概念:保護性耕作是相對于傳統(tǒng)翻耕的一種新型耕二、保護性耕作的起源與國外研究概況1、保護性耕作的起源一治理沙塵暴20世紀初，隨著加利福尼亞發(fā)現(xiàn)黃金，美國拉開了西部大開發(fā)的序幕。機械化翻耕土地，加快了土地開發(fā)，獲得了幾十年不錯的收成。但由于植被破壞，導致了一場震驚世界的災(zāi)難。1931年開始，持續(xù)的干旱、疏松的地表，在狂風襲擊下，大量表土被吹走，沙塵吹進人的眼睛、鼻孔，人們呼吸困難；幾千年才形成的沃土，瞬間被吹得無影無蹤。1935年5月一場“黑風暴”，從土地植被嚴重破壞的美國西部刮起，連續(xù)3天，橫掃美國2／3國土，把3億多噸土壤卷進大西洋。僅這一年美國就毀掉300萬平方公里耕地，冬小麥減產(chǎn)510萬噸。這就是震驚世界的美國黑風暴(我國稱為沙塵暴)。在此其間，人們生活極其困難，食品奇缺，牲畜缺少草料，瘦弱不堪。大量的動物直接死于沙塵暴，腸胃內(nèi)充滿了沙土。沙塵暴還導致大范圍的肺炎，堪薩斯州死亡的人口中，l／3死亡于沙塵暴引起的肺炎。二、保護性耕作的起源與國外研究概況1、保護性耕作的起源一治

到1935年末，人們徹底絕望了，大平原南部各州，超過1／4的人離開家園，遠走他鄉(xiāng)，尋求生路。東海岸的各大城市，如紐約、芝加哥都遭受了沙塵暴的襲擊，每年有1200萬噸的沙土刮到芝加哥，相當于芝加哥每人4噸塵土。經(jīng)過多年的磨難，美國人終于明白是自己錯誤的耕種方式招來的后果。土壤學家、農(nóng)學家、農(nóng)機專家共同努力，總結(jié)研究開發(fā)出了保護性耕作法。經(jīng)過數(shù)十年的努力，保護性耕作和植樹、種草措施一起，有效地扼制了沙塵暴的再度猖撅。同時發(fā)現(xiàn)，保護性耕作減少徑流、減少蒸發(fā)，有效地增加土壤貯水量，提高作物產(chǎn)量。到1935年末，人們徹底絕望了，大平原南

2、美國保護性耕作試驗研究美國的研究，保護性耕作可以減少蒸發(fā)、減少徑流、增加土壤蓄水、提高作物產(chǎn)量、增加土壤有機質(zhì)。 免耕覆蓋可以減少蒸發(fā)、減少徑流、增加土壤蓄水量、提高產(chǎn)量。翻耕畜水量89mm、免耕蓄水量141mm，提高58％，翻耕產(chǎn)量2．56t／hm2、免耕產(chǎn)量3．44t／hm2，免耕產(chǎn)量提高30％。傳統(tǒng)耕作土壤有機質(zhì)逐年下降，而保護性耕作上升。其機理主要是翻耕時，土壤中的有機碳與空氣接觸被氧化，形成氣態(tài)C02而散失到大氣中去了。C、N含量降低不僅影響土壤肥力，而且影響土壤結(jié)構(gòu)性能以及微生物活動等。

1988年起，美國以秸稈殘茬覆蓋量為主，把耕作分為三類模式：

·傳統(tǒng)耕作——播后地面覆蓋率＜15％，深松或翻耕加表土耕作；

·少耕——播后地面覆蓋率在15％—30％，多次表土耕作；

·保護性耕作——播后地面覆蓋率30％，免耕或播前一次表土作業(yè)，除草劑除草。2、美國保護性耕作試驗研究3、澳大利亞的保護性耕作澳大利亞地處南半球，干旱面積約625萬km2，占澳洲大陸的81％，是典型的旱農(nóng)國家。不少地方土層厚度僅100cm左右。經(jīng)過20世紀初以來幾十年翻耕作業(yè)，水土流失嚴重、土層變淺已構(gòu)成對農(nóng)業(yè)的重大威脅?？茖W預(yù)測，如果不采取措施，100年后全澳耕地面積將減少50％。70年代初，政府在全國各地建立了大批保護性耕作試驗站，吸收農(nóng)學、水土、農(nóng)機專家參予試驗研究工作，取得了顯著成果。大量試驗表明地面覆蓋是一項有效的保水保土措施。有殘茬覆蓋的農(nóng)田土壤受沖刷程度降至裸露農(nóng)田的l／10，大大減輕了土層變薄的威脅。昆士蘭試驗站15年對比試驗，三種保護性耕作體系：覆蓋耕作(松耕、表土耕作、機械除草)、少耕(松耕、表土耕作、化學除草)、免耕(免耕、化學除草)的谷物產(chǎn)量分別為3.32、3．46和3.64t／hm2，傳統(tǒng)對照為2．44t／hm2。3、澳大利亞的保護性耕作4．俄羅斯的保護性耕作俄羅斯的旱農(nóng)區(qū)共有耕地9700萬hm2，占耕地的46．5％，是主要的農(nóng)業(yè)區(qū)。年降水量在350-450mm之間，各季節(jié)雨量分布均勻，冬春多雨雪，溫度低，蒸發(fā)少。但是，干旱與風蝕水蝕仍是農(nóng)業(yè)的主要威脅，風蝕面積達7000萬hm2，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，年間差異大。

20世紀50年代，俄羅斯試驗了馬爾采夫無壁犁耕作法(去掉有壁犁的犁鏡)，效果不理想，雜草太多。后來，結(jié)合其耕作法與加拿大抗旱留茬耕作法，形成一套蓄水保墑保土耕作法，產(chǎn)生了重大效果。這種保護性耕作法，麥類留茬20cm，用茬地播種機直接播種。用無壁犁耕作，地表保留80％左右根茬及植物殘體，既穩(wěn)固土壤、減輕風蝕水蝕，又能截留雨雪，并減少蒸發(fā)。結(jié)果產(chǎn)量明顯提高。除上述國家，在旱農(nóng)耕作方面有成就的國家還有墨西哥、以色列、印度、埃及、巴基斯坦等。4．俄羅斯的保護性耕作三、我國保護性耕作的試驗研究

我國是主要的干旱國家之一。干旱、半干旱及半濕潤偏旱地區(qū)的面積占國土面積的52．5％，遍及昆侖山、秦嶺、淮河以北的16個省、市、自治區(qū)，僅雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)面積即3300萬hm2。

旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問題，一是降雨少、氣溫低、土壤貧瘠，產(chǎn)量低而不隱，農(nóng)民生活貧困。二是水土流失和風蝕沙化嚴重，以山西為例，每年流入黃河、海河的泥沙量達4．56億噸，帶走有機質(zhì)508億噸，氮、磷肥料30萬噸，相當一年化肥施用量的25％。大量水土流失不僅導致土壤肥力下降，而且蠶蝕耕地。風蝕沙化則是我國北方旱區(qū)近年來更為突出的問題，沙塵暴發(fā)生的頻率愈來愈高。據(jù)統(tǒng)計，我國發(fā)生沙塵暴次數(shù)逐年上升，50年代5次，60年代8次，70年代13次，80年代14次，90年代23次。連續(xù)數(shù)次沙塵暴，橫掃大半個中國，影響了城鄉(xiāng)人民生活，各報紛紛以“黑風暴啟示錄”，“狂沙直逼北京城!”，“一個國際問題”進行報道?；哪娣e則已經(jīng)占國土面積的28％，且還以每年2460km2的速度擴展。三、我國保護性耕作的試驗研究

為了抗旱增產(chǎn)、節(jié)本增收、保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)旱區(qū)可持續(xù)發(fā)展，從20世紀60年代起我國就已開展了保護性耕作的單項技術(shù)試驗研究和農(nóng)藝試驗研究。60年代初，黑龍江國營農(nóng)場開展了免耕種植小麥的試驗研究，江蘇開展稻茬地免耕播種小麥的研究；70年代末，西南農(nóng)業(yè)大學研究水田自然免耕法；80年代初，隨著人們對旱地農(nóng)業(yè)重要性認識的提高，原北京農(nóng)業(yè)大學、陜西農(nóng)科院、山西農(nóng)科院、河北省農(nóng)科院等都開展了以覆蓋或減少耕作為內(nèi)容的試驗研究，取得顯著的抗旱增產(chǎn)效果。但是，一般著眼他的增產(chǎn)功能、沒有看重他的環(huán)保功能，沒有進行系統(tǒng)的試驗研究，特別是對實施保護性耕作所需的關(guān)鍵機具研究不夠，上述研究受到一定局限。90年代初期，在農(nóng)業(yè)部農(nóng)機化司的支持下，中國農(nóng)大和山西省農(nóng)機局、澳大利亞昆士蘭大學、中國農(nóng)科院士肥所等合作，在山西開始了農(nóng)機農(nóng)藝結(jié)合的保護性耕作系統(tǒng)試驗研究。經(jīng)過10年試驗，完成了保護性耕作在我國的適應(yīng)性研究，回答了“保護性耕作在我國是否可行”的問題。

為了抗旱增產(chǎn)、節(jié)本增收、保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)旱區(qū)可持續(xù)發(fā)

通過引進和自主開發(fā)，完成了適用我國北方的保護性耕作機具開發(fā)，提出了相應(yīng)的耕作技術(shù)體系，解決了在我國旱區(qū)實施保護性耕作的工具和手段問題。為什么要強調(diào)機具研制，因為世界上采用保護性耕作的國家都是發(fā)達國家，采用大型機具耕作，體積大、價格貴，不符合我國小地塊、小動力、農(nóng)民購買力弱的國情，合適的小型保護性耕作機具世界上還是空白。有些對我國很重要的功能，如播種時大量深施肥。國外機具還不行。因此，須自行開發(fā)研制。課題研制的3類(免耕播種機、深松機、淺松機)10多個型號的中、小型機具，滿足了我國保護性耕作性能要求，而且適應(yīng)于小地塊、小動力，價格低廉，可以滿足我國北方和類似的發(fā)展中國家需要。目前，山西省已經(jīng)成為我國保護性耕作試驗示范基地，全省保護性耕示范推廣到30多個縣近12萬hm2土地。河北、內(nèi)蒙、遼寧、陜西、甘肅、新疆、黑龍江等省區(qū)也先后開展了保護性耕作試驗示范，總計面積8萬多hm2。從應(yīng)用效果看，采用保護性耕作后，玉米可以增產(chǎn)17％，每公頃節(jié)支450元，小麥增產(chǎn)13％，每公頃節(jié)支300元。通過引進和自主開發(fā)，完成了適用我國北方的保護性耕

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學等在山西10年的系統(tǒng)試驗，保護性耕作與傳統(tǒng)翻耕相比有三方面效益：

1．社會效益

·減少徑流(水分流失)60％、水蝕(土壤流失)80％左右；

·減少風蝕(農(nóng)田揚沙)，抑制沙塵暴；

·不燒秸稈、減少大氣污染；四、保護性耕作的效益

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學等在山西10年的系統(tǒng)試驗，保護性耕作與傳2．生態(tài)效益·增加休閑期貯水量14—15％、提高水分利用效率15—17％、節(jié)約水資源；·增加土壤肥力，有機質(zhì)提高0.03％、速效氮提高、速效鉀提高；·改善土壤結(jié)構(gòu)，土壤團粒結(jié)構(gòu)和毛管孔隙度(含水孔隙)增加，大孔隙減少。3．經(jīng)濟效益·提高小麥，玉米產(chǎn)量15—17％；·減少作業(yè)工序，降低作業(yè)成本10—15％；·增加農(nóng)民收入30％。2．生態(tài)效益

五、保護性耕作的增產(chǎn)機理

1．土壤水分增加

旱地土壤水分基本來自天然降雨，雨水消耗分三部分：一是徑流消耗，它是指在降雨的時候，雨水還沒有入滲到地里，就以地表徑流的形式流走了，是無用的損失；二是地表蒸發(fā)，也是無效的消耗；第三才是供給作物生長的有效耗水。據(jù)測定，我國北方地區(qū)平地徑流占降雨的10％左右、坡地可以達到30％多，蒸發(fā)占降雨的60—80％、是主要消耗，有效耗水占10—20％。要想增加有效水分，只能減少徑流、減少蒸發(fā)。五、保護性耕作的增產(chǎn)機理1．土壤水分增加

2．減少徑流徑流最大的是剛翻耕過的地，其次是沒有覆蓋的地，徑流最小是免耕覆蓋和淺松覆蓋地，保護性耕作累計徑流量比傳統(tǒng)翻耕減少60％左右。顯示出覆蓋對減少水土流失的作用最大，其次是壓實，耕作的影響較小。徑流發(fā)生的原因是降雨速度超過入滲速度，不能下滲的雨水就會沿地表流走。沒有覆蓋的土地，雨水直接拍擊土壤，使土粒細碎化并封滿土壤表面孔道，形成所謂結(jié)殼，水分不能人滲，徑流將大量增加。反之秸稈覆蓋保護士壤、免受雨滴拍擊、避免結(jié)殼，徑流將大幅度減少。同時秸稈殘茬阻礙水流、減緩徑流速度，使雨水入滲時間增加，也是減少徑流的因素。所以，測試結(jié)果，秸稈覆蓋在減少徑流中起第一位作用。作用率大約47％。壓實是影響徑流的第2個因素，壓實減少入滲，同時使地表光滑，都是增大徑流的因素。反之地表疏松、粗糙不平將減少徑流。為增加入滲、減少徑流，被壓實的土壤應(yīng)該深松。2．減少徑流3．保護性耕作減少蒸發(fā)

秸稈覆蓋使地面溫度降低、風速減小，從而減少蒸發(fā)，據(jù)測定，冬小麥休閑期內(nèi)傳統(tǒng)耕作地蒸發(fā)量平均217．6mm，占休閑期降雨量277mm的79％，而保護性耕作地蒸發(fā)量為197．9mm、占71％，減少蒸發(fā)損失19．7mm，增加休閑期蓄水量。由于蒸發(fā)和徑流的減少，保護性耕作提高了水分利用效率，為增產(chǎn)創(chuàng)造了條件。3．保護性耕作減少蒸發(fā)4.提高土壤肥力保護性耕作把大量秸稈通過覆蓋的方式還田，直接增加有機質(zhì)。減少耕作，特別是取消翻耕，可以間接增加有機質(zhì)。據(jù)測定的小麥保護性耕作對土壤肥力的影響表明：土壤有機質(zhì)6年每年增加0．03％，速效氮每年提高1．2％，速效鉀每年提高0．8％，速效磷略有降低，每年下降2．4％。保護性耕作還明顯增加蚯蚓數(shù)量，蚯蚓數(shù)量是土壤肥沃程度的重要標志。澳大利亞昆士蘭試驗站測定，保護性耕作開展15年后，少耕覆蓋、免耕覆蓋的蚯蚓數(shù)分別為33條／m2和44條／m2，而傳統(tǒng)耕作是19條／m2。中國農(nóng)業(yè)大學的測定，保護性耕作6年后的小麥地深松覆蓋與免耕覆蓋地分別為3條／m2和5條／m2，而傳統(tǒng)翻耕地沒有蚯蚓。分析原因是保護性耕作土壤含水量高、有機物質(zhì)多，不翻耕及旋耕土壤。4.提高土壤肥力5．保護性耕作對增產(chǎn)的不利因素

(1)地表溫度降低。對玉米等春播作物，由于播種出苗階段地溫低1—2℃，將對出苗產(chǎn)生不利影響。為了減少降低溫度的影響，應(yīng)采用清除種行上的覆蓋物，以及疏松種行表土等措施。

(2)播種質(zhì)量不易保證，保護性耕作由于地表不平整、軟硬不均勻、秸稈覆蓋量過多或覆蓋物分布不均等原因，會導致播種時播深不一致，種子分布不均勻，甚至出現(xiàn)缺苗斷壟等播種質(zhì)量問題。為了減低不利影響，一方面要改進播種機性能，提高適應(yīng)能力，另一方面播種前要檢查地表狀況，必要時進行秸稈粉碎、撒勻，耙地或淺松以適當減少覆蓋量、疏松平整表土。

(3)保護性耕作雜草控制較困難。翻耕有翻埋雜草作用，保護性耕作相對來說失去了一項控制雜草的手段。其次，有的雜草受秸稈遮蓋，藥液不易直接噴到雜草上，影響殺草效果。保護性耕作必須更仔細的觀察雜草情況，發(fā)現(xiàn)雜草，在幼苗時就及時噴施除草劑，或用機械鋤草。但多年觀察，尚未發(fā)現(xiàn)雜草出現(xiàn)問題不能控制的情況，可能與北方寒冷、干旱，雜草不嚴重有關(guān)。保護性耕作增產(chǎn)方面是根本性的，不利方面則與管理水平密切相關(guān)，只有加強管理，注意克服或減低保護性耕作的不利之處，充分發(fā)揮它的優(yōu)越之處，保護性耕作才能成功，才能獲得最好的效果。5．保護性耕作對增產(chǎn)的不利因素六、保性耕作的生態(tài)環(huán)境保護

機理

1．保護性耕作減少土壤水蝕據(jù)在山西壽陽徑流測試區(qū)對土壤水蝕測定結(jié)果：在有40mm以上暴雨的1999年，傳統(tǒng)耕作土壤流失73．65噸，而免耕覆蓋處理14．5噸，減少土蝕80％。在沒有暴雨的1998年，土壤流失量總體較少，傳統(tǒng)耕作1．72噸，而免耕覆蓋0．46噸，減少73％。可見保護性耕作防治土壤流失的效果是非常明顯的。六、保性耕作的生態(tài)環(huán)境保護

機理1．保護性耕作減少土壤2．保護性耕作減少土壤風蝕、防治“沙塵暴”(1)農(nóng)田是“沙塵暴”的重要沙源地

從土粒在風吹情況下的運動看，可以按直徑分為三類：

直徑500um以上，為粗粒(沙粒)；直徑70—500um，為細粒(土粒)；直徑70um以下，為塵粒(微粒)。粗沙粒不會被風吹離地面，只會在大風吹動下沿地面滾動。細粒會被風吹離地面，但不可能升上高空，而是在近空躍動前進，風大時躍起來、風小時落下。躍移的高度一般在0．5m內(nèi)。粗粒和細粒都只能運移幾十米、幾百米的短距離，不可能長途移動。只有塵粒才能被風吹到高空，運移千里之外，是沙塵暴的主要成分。有些科學家還把70um以下的塵粒進一步分為20-70um和20um以下兩種，20um以下的可以自由的漂浮在空中，幾千公里遠的遠距離移動，甚至飄洋過海。而20—70um的微?？梢詰腋≡诳罩?，但風力減小時會首先沉積下來。沙漠是經(jīng)過多年風蝕形成的，已經(jīng)沒有塵粒存留下來，留下的基本是大顆粒的粗沙。塵粒主要存在于耕作的農(nóng)田和荒漠的草地，耕作愈多的農(nóng)田，微粒含量愈多。因此，裸露的農(nóng)田是沙塵暴的重要沙源。2．保護性耕作減少土壤風蝕、防治“沙塵暴”(2)保護性耕作是保護農(nóng)田減少風蝕最有效的途徑

秸稈殘茬降低風速，根茬固土、秸稈擋土，可以有效地減少土粒運移和飛揚，保護性耕作使地表濕潤、增加團粒結(jié)構(gòu)，也是減少風蝕的重要因素。

美國和澳大利亞等使用風洞裝置，對不同秸稈覆蓋率、不同土質(zhì)及不同耕作方式下的土壤風蝕量進行了對比測定。前者按地表粗造度劃分，后者按土質(zhì)(沙土、壤土)與用途(農(nóng)地、草地)劃分。結(jié)果都顯示出，無論何種土壤、粗糙度如何，保護性耕作均有很強的減少土壤風蝕能力，只要保護30％的秸稈覆蓋，其風蝕減少程度即可達70％—80％。

地邊種樹也是農(nóng)田保護的重要措施，可以降低風速和阻擋沙粒滾動、躍動，但不可能阻擋上升的微塵。所以農(nóng)田保護，應(yīng)該保護性耕作為主，田邊植樹為輔。(2)保護性耕作是保護農(nóng)田減少風蝕最有效的途徑七、保護性耕作主要