保護(hù)性耕作的原理與發(fā)展課件

保護(hù)性耕作技術(shù)

2耒耜3畜力犁4

第1章

保護(hù)性耕作的原理與發(fā)展

1.1保護(hù)性耕作概念與基本原理

鏵式犁:雙刃劍

——提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力

——加大環(huán)境破壞力6農(nóng)業(yè)機(jī)械化的新使命：——承擔(dān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)——承擔(dān)環(huán)境保護(hù)責(zé)任71.1.1概述(1)保護(hù)性耕作的起源高稈粉碎→揚(yáng)肥→重耙滅茬→深耕→輕耙碎土耙平→旋耕→播種1935年5月，美國黑風(fēng)暴，連續(xù)3天。橫掃美國2／3國土卷走3億多噸土毀掉300萬公頃耕地冬小麥減產(chǎn)510萬噸8美國人痛定思痛和數(shù)十年嘗試的結(jié)果

——保護(hù)性耕作有效地扼制了沙塵暴再度猖獗，減少徑流，減少蒸發(fā)，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，節(jié)約生產(chǎn)成本和增加作物產(chǎn)量先進(jìn)旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)9(2)保護(hù)性耕作的定義國外定義：“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)?！蔽覈r(nóng)業(yè)部定義（2002年）：“對農(nóng)田實(shí)行免耕、少耕，并用作物秸稈覆蓋地表，以減少風(fēng)蝕、水蝕，提高土壤肥力和抗旱能力的先進(jìn)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)?！北Ｗo(hù)性耕作的前身稱為“免耕法”10(3)保護(hù)性耕作的耕作原理保護(hù)性耕作取消了鏵式犁翻耕、盡量減少耕作，噴除草劑除草，深施化肥。疏松土壤的途徑：①根系松土②蚯蚓松土③結(jié)構(gòu)松土④脹縮松土11傳統(tǒng)耕作依靠機(jī)械、物理的外力手段，可以立即疏松土壤。但疏松后的土壤會不斷被壓實(shí)或自然回實(shí)，需要經(jīng)常進(jìn)行耕作，才能保持疏松的狀態(tài)。保護(hù)性耕作的松土則不需外力，是緩慢的、自然進(jìn)行的過程。但疏松的土壤形成后，可自然恢復(fù)、保持疏松，不需要再耕作。相反，其間如進(jìn)行翻耕、旋耕等作業(yè)，還將阻礙、甚至破壞土壤疏松的過程。保護(hù)性耕作與傳統(tǒng)耕作的不同121.1.2研究保護(hù)性耕作的意義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％，旱作農(nóng)業(yè)的面積約3300萬公頃。

旱區(qū)農(nóng)業(yè)主要問題：降雨少、氣溫低、土壤貧瘠、自然條件惡劣，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，農(nóng)民生活貧困。水土流失和風(fēng)蝕沙化十分嚴(yán)重。13水土流失、生態(tài)惡化的原因：大量開荒、林草植被減少耕作方式不當(dāng)焚燒秸稈鏵式犁翻耕土地裸露休閑翻耕的好處：疏松土壤、翻埋肥料雜草，再經(jīng)過碎土平地，創(chuàng)造良好的種床翻耕的壞處：地表疏松裸露、蒸發(fā)與徑流大、風(fēng)刮起沙、水沖土流，是導(dǎo)致沙塵暴猖獗、荒漠化加劇的重要原因。14為了控制沙塵暴、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改變旱區(qū)面貌，在大力推行退耕還林、還草的同時(shí)，需要大力發(fā)展能保護(hù)農(nóng)田、減少農(nóng)田揚(yáng)沙、減少土壤水蝕的保護(hù)性耕作法，發(fā)展機(jī)械化可持續(xù)旱地農(nóng)業(yè)。15

1.1.3保護(hù)性耕作的基本技術(shù)內(nèi)容免耕施肥播種秸稈殘茬管理雜草及病蟲害防治深松與表土作業(yè)16

(1)免耕播種施肥保護(hù)性耕作的種子和肥料要播施到有秸稈覆蓋的地里，所以必須使用特殊的免耕施肥播種機(jī)。對機(jī)具的要求：防堵性能入土性能大量施肥、深施肥良好的覆土鎮(zhèn)壓功能17

(2)秸稈殘茬管理收獲后秸稈和殘茬留在地表做覆蓋物，是減少水土流失、抑制揚(yáng)沙的關(guān)鍵。但是，秸稈堆積或地表不平，將嚴(yán)重影響播種質(zhì)量。

需要對秸稈進(jìn)行粉碎、撒勻等處理。181920

(3)雜草及病蟲害防治

實(shí)施保護(hù)性耕作后的土壤環(huán)境變化，一般會導(dǎo)致草蟲病害的增加。因而，能否成功地控制草蟲病害，往往成為保護(hù)性耕作能否成功的關(guān)鍵。我國北方旱區(qū)由于低溫和干旱，總體上雜草和病蟲危害不會太嚴(yán)重，但仍然需要實(shí)時(shí)觀察，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。雜草：噴除草劑、機(jī)械或人工除滅病蟲害：農(nóng)藥拌種預(yù)防，噴灑殺蟲劑21

(4)深松與表土作業(yè)在保護(hù)性耕作實(shí)施初期，土壤的自我疏松能力還不強(qiáng)，有必要深松作業(yè)。由于機(jī)具作業(yè)時(shí)對地面的壓實(shí)，需機(jī)械松土。新采用保護(hù)性耕作的地塊，可能有犁底層存在，應(yīng)先進(jìn)行一次深松，打破硬底層。一般2～3年深松一次，直到土壤具備自我疏松能力，可以不再深松。深松時(shí)地表有秸稈覆蓋，要求深松機(jī)有較強(qiáng)的防堵能力。22深松機(jī)23

1.1.4保護(hù)性耕作的效益

(1)生態(tài)效益

減少徑流(水分流失)60％、水蝕(土壤流失)80％減少風(fēng)蝕(農(nóng)田揚(yáng)沙)60％，抑制沙塵暴不燒秸稈、減少大氣污染休閑期土壤貯水量增加14-17％，水分利用效率提高15-19％土壤有機(jī)質(zhì)年提高0.03％-0.05％

(2)經(jīng)濟(jì)效益提高小麥、玉米產(chǎn)量13％～17％減少作業(yè)工序，降低作業(yè)成本10％～20％增加農(nóng)民收入20％～30％。

241.1.5保護(hù)性耕作減少土壤水蝕的原理

表：不同耕作與覆蓋對土壤流失影響1998年（無暴雨）1999年（有2次暴雨）處理土壤流失量/(t/hm2)土壤流失量/(t/hm2)免耕覆蓋0.4614.5淺松覆蓋0.822.93傳統(tǒng)對照CK1.7273.65251.1.6保護(hù)性耕作減少土壤風(fēng)蝕的原理

(1)風(fēng)蝕對土壤侵蝕及植物生長的影響多次耕翻土層和松土，使土壤團(tuán)粒變得更小，土壤被侵蝕的危險(xiǎn)性就更大，作物受害程度更高。保護(hù)性耕作既能保證土壤有必要的疏松，又幾乎不破壞表土面。地表殘茬能有效地阻擋或減輕土壤風(fēng)蝕和水蝕，保持土壤中的水分，從而提高作物的產(chǎn)量。

26(2)農(nóng)田是沙塵暴的重要沙源地

沙塵暴的沙塵主要不是來自沙漠，而是來自農(nóng)田與荒漠草原。

大于500um粗粒(沙粒)100～500um細(xì)粒(土粒)小于100um微粒(塵粒)

沙漠基本是大顆粒的粗沙。微粒主要存在于耕作的農(nóng)田和荒漠的草地，且耕作愈多的農(nóng)田，微粒含量愈多。27強(qiáng)風(fēng)下的土壤顆粒運(yùn)動示意28

(3)保護(hù)性耕作是保護(hù)農(nóng)田、減少風(fēng)蝕的有效途徑保護(hù)性耕作把秸稈根茬留在地表，利用根茬固土、秸稈擋土，可以有效地減少揚(yáng)沙和土粒運(yùn)移。保護(hù)性耕作使地表濕潤、增加團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，也是減少風(fēng)蝕的重要因素。

291.1.7保護(hù)性耕作的增產(chǎn)原理

(1)保護(hù)性耕作增加土壤水分①保護(hù)性耕作減少徑流

4種主要田間處理1998-2002年的徑流量（mm）（山西.壽陽）處理方法合計(jì)免耕覆蓋92.9免耕無覆蓋276.2淺松覆蓋120.27淺松無覆蓋185.87傳統(tǒng)CK157.1330

②保護(hù)性耕作減少蒸發(fā)。秸稈覆蓋，使地面溫度降低、風(fēng)速減小，無效蒸發(fā)減少。

③提高水分利用效率。保護(hù)性耕作使徑流減少、蒸發(fā)減少，從而提高了水分利用效率31(2)保護(hù)性耕作提高土壤肥力秸稈覆蓋和減少耕作有效提高了土壤肥力

①提高土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效鉀的含量②增加蚯蚓數(shù)量澳大利亞，保護(hù)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，傳統(tǒng)耕作是19條/m2。山西臨汾，傳統(tǒng)翻耕地沒有蚯蚓，保護(hù)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，連續(xù)10年的免耕覆蓋地，蚯蚓數(shù)量增加到10-15條／m2。

(3)簡化作業(yè)、縮短農(nóng)耗、延長生育期

32①降低地表溫度②播種質(zhì)量不易保證③雜草控制較困難保護(hù)性耕作對增產(chǎn)不利的因素331.2國外保護(hù)性耕作的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)20世紀(jì)30年代：美國黑風(fēng)暴50年代：美國逐步形成機(jī)械化免耕技術(shù)60年代：加拿大等開始研究采用免耕技術(shù)70年代：澳大利亞、拉丁美洲開始采用當(dāng)今：上述國家的主體耕作技術(shù)歐洲相對發(fā)展緩慢341.2.1美國的保護(hù)性耕作美國中西部旱農(nóng)區(qū)年降雨量300～700mm“黑風(fēng)暴”災(zāi)難推動了保土保水耕作方法的研究1943年愛德華《犁耕者的愚蠢》1951年巴若恩斯《免耕技術(shù)實(shí)施成功的報(bào)道》發(fā)明阿特拉津、百草枯，開發(fā)成功免耕播種機(jī)1961年創(chuàng)建了世界上第一個機(jī)械化免耕農(nóng)場1973年《免耕農(nóng)業(yè)(no-tillagefarming)》出版1988年開始，用保護(hù)性耕作代替免耕的提法1994年美國聯(lián)邦立法，規(guī)定高侵蝕土地必須采用保護(hù)性耕作。35①傳統(tǒng)耕作。播后地面覆蓋率小于15％，包括深松或翻耕加表土耕作。②少耕。播后地面覆蓋率在15％～30％，包括多次表土耕作。③保護(hù)性耕作。播后地面覆蓋率大于30%，免耕或播前一次表土作業(yè)，除草劑除草。36美國近年來保護(hù)性耕作面積單位：億畝項(xiàng)目1990199219941996199820002001保護(hù)性耕作4.395.325.956.226.556.546.18其中免耕1.011.682.332.572.873.133.32大量的試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，保護(hù)性耕作不僅是抑制沙塵暴、減輕水土流失的重要技術(shù)，同時(shí)還是一項(xiàng)優(yōu)良的旱地農(nóng)業(yè)增產(chǎn)以及減少作業(yè)次數(shù)降低生產(chǎn)成本的先進(jìn)耕作技術(shù)。371.2.2加拿大的保護(hù)性耕作試驗(yàn)研究階段1955～1985年：研究除草劑和免耕播種機(jī)。示范推廣階段1985～1995年：除草劑價(jià)格下降，除草效率提高，有更多性能可靠的保護(hù)性耕作機(jī)具供選用，保護(hù)性耕作得到大面積的推廣應(yīng)用。近期發(fā)展階段1995年至今：研究降低生產(chǎn)成本技術(shù)。多種方式除草、降低除草劑的用量，改進(jìn)機(jī)具、減少作業(yè)阻力，降低機(jī)械作業(yè)成本。38

1.2.3澳大利亞保護(hù)性耕作和固定道耕作(1)歷程干旱面積約625萬平方千米，占澳洲大陸8l％。土壤水分不足，年蒸發(fā)量大。各季節(jié)降雨量分配不勻。夏季集中，強(qiáng)度大，土壤水蝕嚴(yán)重。

20世紀(jì)70年代，建立大批保護(hù)性耕作試驗(yàn)站，吸收農(nóng)學(xué)、水土、農(nóng)機(jī)專家參加試驗(yàn)研究工作，取得了顯著成果。20世紀(jì)80年代初開始大規(guī)模推廣20世紀(jì)末，主要農(nóng)業(yè)區(qū)基本實(shí)現(xiàn)保護(hù)性耕作39(2)澳大利亞的固定道保護(hù)性耕作體系作物生長區(qū)40

(3)澳大利亞保護(hù)性耕作的問題和風(fēng)險(xiǎn)

①病蟲草害增加的問題和風(fēng)險(xiǎn)。

在澳大利亞部分地區(qū)，曾有過每4～5年發(fā)生一次病蟲害的例子，用藥劑滅殺成本較高，農(nóng)民仍愿意用燒秸稈的方式進(jìn)行控制。多年連續(xù)使用除草劑之后，有些雜草抗藥性增加。

②澳大利亞研究表明，在個別鹽堿地區(qū)保護(hù)性耕作有增加土壤鹽堿化的風(fēng)險(xiǎn)。

③個別專家提出因?yàn)橥菩斜Ｗo(hù)性耕作，大量使用除草劑、殺蟲劑，一定程度上影響了生物多樣性的問題。41幾個主要保護(hù)性耕作國家不同年代的免耕面積

單位：萬公頃

1973-19741983-19841996-19972000-2001美22048019402112澳1040100864加--670408巴0.140650134742保護(hù)性耕作出現(xiàn)在西方國家的原因：農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化較早，而傳統(tǒng)的機(jī)械化耕作引起了生態(tài)環(huán)境破壞，為保護(hù)耕地、保護(hù)環(huán)境才研究產(chǎn)生的，在應(yīng)用中又發(fā)現(xiàn)了其節(jié)能、節(jié)本、增收功能。保護(hù)性耕作推廣應(yīng)用成功的原因：自然、地理的因素：輕質(zhì)土壤地區(qū)相對容易些科技因素：機(jī)械和除草劑的研制成功431.3中國保護(hù)性耕作的試驗(yàn)研究

1.3.1中國早期采用保護(hù)性耕作面臨的問題爭論：保護(hù)性耕作是否適合我國國情擔(dān)心1：保護(hù)性耕作降低產(chǎn)量。擔(dān)心2：中國農(nóng)民用不起除草劑，且污染環(huán)境。擔(dān)心3：沒有能在我國地塊小、動力小、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)情況下使用的現(xiàn)成保護(hù)性耕作機(jī)具。441.3.2保護(hù)性耕作在我國的試驗(yàn)研究

60年代，黑龍江國營農(nóng)場開始進(jìn)行免耕種植小麥的試驗(yàn)示范60年代末到70年代初，江蘇太湖開展稻茬地上免耕播種小麥的研究；80年代開始，旱地農(nóng)業(yè)耕作體系的研究，有向覆蓋和減少耕作發(fā)展的趨勢原北京農(nóng)業(yè)大學(xué)的殘茬覆蓋減耕法陜西省農(nóng)科院的旱地小麥高留茬少耕全程覆蓋技術(shù)河北省農(nóng)科院的一年兩熟地區(qū)少免耕栽培技術(shù)

4590年代前的研究評價(jià)：這些試驗(yàn)研究，以抗旱增產(chǎn)為目標(biāo)，從不同的方面推動了我國保護(hù)性耕作的前期進(jìn)展。但這些研究多數(shù)還沒有以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，同時(shí)解決生產(chǎn)效益和生態(tài)環(huán)境效益問題；多還以人畜力作業(yè)為主，關(guān)鍵的免耕施肥播種機(jī)等問題沒有解決，勞動強(qiáng)度大，大面積推廣有困難。4.1991年，保護(hù)性耕作的系統(tǒng)研究歷時(shí)10年。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)以抗旱增收和減少水土流失、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，進(jìn)行了農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)結(jié)合的保護(hù)性耕作系統(tǒng)試驗(yàn)研究。46

(1)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)1991年開始黃土高原的山西臨汾：一年一熟冬小麥保護(hù)性耕作黃土高原的山西壽陽：一年一熟春玉米保護(hù)性耕作冷涼風(fēng)沙區(qū)的河北張北：一年一熟春小麥保護(hù)性耕作冷涼風(fēng)沙區(qū)的河北豐寧：一年一熟莜麥、玉米保護(hù)性耕作華北平原的河北香河：一年兩熟小麥—玉米保護(hù)性耕作華北平原的河北定興：一年兩熟小麥—玉米保護(hù)性耕作山西壽陽：天然徑流測試區(qū)河北豐寧、張北：農(nóng)田風(fēng)沙測試區(qū)47(2)保護(hù)性耕作的試驗(yàn)結(jié)論①具有良好的生態(tài)環(huán)境保護(hù)效益。保護(hù)性耕作比傳統(tǒng)耕作減少土壤水蝕73％，減少風(fēng)蝕60％。②有明顯的節(jié)本增產(chǎn)效益。大面積記錄增產(chǎn)10％～15％，節(jié)約成本10％左右，農(nóng)戶的田間收入增加20％以上。③有明顯的培肥地力效益。臨汾土壤有機(jī)質(zhì)每年增加0．04％；大于1mm的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增多，蚯蚓從無到有。48

(3)保護(hù)性耕作試驗(yàn)研究初步總結(jié)①我國北方實(shí)施保護(hù)性耕作是可行的。增產(chǎn)增收，除草劑用量少，中小型機(jī)具已具備，保水保土，培肥地力，節(jié)約水資源。②保護(hù)性耕作的適用范圍廣。在我國北方大部分干旱、風(fēng)蝕、水蝕地區(qū)適用。雨水太多、積水太多、排水不暢、氣溫很低的地區(qū)，不適合采用保護(hù)性耕作的地區(qū)③推廣保護(hù)性耕作是一個艱巨的過程。④建設(shè)保護(hù)性耕作試驗(yàn)區(qū)是個好經(jīng)驗(yàn)。49⑤保護(hù)性耕作機(jī)具要逐步進(jìn)入專業(yè)化生產(chǎn)。提高制造質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本⑥重視雜草、病蟲害防治。要農(nóng)藝農(nóng)機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)非化學(xué)防治技術(shù)的試驗(yàn)和應(yīng)用