遼寧黑土地玉米保護性耕作的研究與探索

摘要：以遼寧地區(qū)的第一大作物玉米為例，基于國外推行保護性耕作的成功經(jīng)驗，分析遼寧黑土地退化原因和具體改進措施，探討保護性耕作技術(shù)推廣和配套機具研發(fā)的重點和難點，為黑土地的合理利用和保護提供借鑒經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：保護性耕作;黑土地;玉米;秸稈;農(nóng)機

中圖分類號：S513;S34? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）01-0088-03

收稿日期：2021-12-15

項目基金：遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費計劃項目（2021HQ1909）

作者簡介：高健博（1993—），男，碩士，助理工程師，從事農(nóng)機設(shè)計與試驗方面的工作。

遼寧省黑土區(qū)是全國重要產(chǎn)糧地之一，近年來面臨著土壤退化的問題，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為此，遼寧省認(rèn)真貫徹東北黑土地保護性耕作行動計劃，積極籌建縣級高標(biāo)準(zhǔn)保護性耕作應(yīng)用基地，整合農(nóng)業(yè)、農(nóng)機方面的科研力量研究探索保護性耕作模式及配套機具。以遼寧地區(qū)第一大作物玉米為例，基于國外推行保護性耕作的成功經(jīng)驗，分析遼寧黑土地退化原因和改進措施，探討保護性耕作技術(shù)推廣和配套機具研發(fā)的重點和難點，為黑土地的合理利用與保護提供借鑒。

1 基于國外經(jīng)驗的遼寧黑土地退化原因分析

1.1 遼寧黑土地現(xiàn)狀

遼寧省黑土地主要分布在中部和北部地區(qū)，占全省耕地面積的38%，主要種植水稻、玉米等農(nóng)作物，是重要的商品糧生產(chǎn)基地。2019年黑土地區(qū)域糧食產(chǎn)量達970萬t，占全省糧食總量的55%。受種植模式、季風(fēng)氣候、地形地貌等因素的影響，遼寧黑土地資源呈現(xiàn)退化趨勢，土壤中的有機質(zhì)含量減少，土質(zhì)變硬，黑土腐殖質(zhì)層變薄，春旱和土壤侵蝕加劇。第二次土壤普查結(jié)果顯示，遼寧地區(qū)已有40%的黑土腐殖質(zhì)層厚度不足30 cm。

1.2 遼寧黑土地退化原因分析

烏克蘭平原、北美密西西比河流域、南美潘帕斯草原和我國東北平原被譽為世界四大黑土區(qū)。由于只用不養(yǎng)等原因，四大黑土區(qū)均有不同程度的退化，詳見表1。在推行保護性耕作制度前，國外三大平原主要采用“傳統(tǒng)犁耕+秸稈翻埋”的耕作制度。犁耕翻埋有助于加速土壤有機質(zhì)的礦化分解，且秸稈入土腐爛后可形成新的有機質(zhì)，能夠保障土壤有機質(zhì)平衡。黑土退化主要是由風(fēng)蝕或水蝕造成的黑土層“變薄”引起的。

在我國東北平原，秸稈離田或焚燒后進行旋耕或犁耕，不僅會因風(fēng)蝕和水蝕而使黑土層“變薄”，而且秸稈離田容易造成有機物質(zhì)歸還少，進而導(dǎo)致土壤“變瘦”。這也是遼寧地區(qū)黑土地退化的主要原因。高強度利用和土壤侵蝕，使遼寧地區(qū)的黑土地自然肥力逐年下降，生態(tài)功能嚴(yán)重退化，由“生態(tài)功能區(qū)”逐漸變成“生態(tài)脆弱區(qū)”，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

2 保護性耕作技術(shù)的內(nèi)涵

保護性耕作起源于美國，其發(fā)展歷程為：免耕（18世紀(jì)）→輪作（19世紀(jì)，糧食+棉花）→保護性耕作（20世紀(jì)，少耕/免耕、植物覆蓋）。對于保護性耕作的定義，美國以減少風(fēng)蝕和水蝕為主，強調(diào)地面被作物殘茬覆蓋的比率或產(chǎn)生的具體效果，在動力方面未作明確規(guī)定，主要推行“覆蓋耕作+全面動土”的模式。與美國相鄰的加拿大，認(rèn)為保護性耕作是將大部分農(nóng)作物殘留物（雜物）留在土壤表面的耕作方法。當(dāng)前，我國對保護性耕作十分重視。土壤質(zhì)量提升的標(biāo)準(zhǔn)是土壤的物理、化學(xué)、生物等性狀得到改善。從遼寧地區(qū)黑土地退化的嚴(yán)重形勢來看，除推行秸稈覆蓋還田增加土壤有機質(zhì)含量外，還需要應(yīng)用減少風(fēng)蝕、水蝕的措施，解決黑土“變薄變瘦”的問題。秸稈覆蓋土壤表面能夠提高土壤肥力，尤其在提高土壤抗旱能力方面效果顯著。相關(guān)研究顯示，保護性耕作技術(shù)能有效緩解土壤變薄變硬問題，減緩遼寧地區(qū)黑土質(zhì)量減退。

3 遼寧黑土地保護性耕作的研究與探索

3.1 政策支持

為了貫徹落實《東北黑土地保護性耕作國家行動計劃（2020—2025年）》和《東北黑土地保護性耕作行動計劃實施指導(dǎo)意見》文件精神，遼寧省制定并出臺《遼寧省黑土地保護性耕作行動計劃實施方案（2020—2025年）》《遼寧省縣級高標(biāo)準(zhǔn)保護性耕作應(yīng)用基地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》《遼寧省2021年黑土地保護性耕作項目實施方案》，為全省推行黑土地保護性耕作提供制度支持。

3.2 耕作模式探索

玉米是遼寧地區(qū)第一大作物，因此，保護性耕作相關(guān)研究仍以玉米種植為主。據(jù)全國農(nóng)業(yè)機械化統(tǒng)計年報統(tǒng)計，近10 a來，遼寧省免少耕播種面積約為5.06×105 hm2，占全?。▍^(qū)）黑土地保護面積的39.9%。遼寧省大部分地區(qū)春季播種時水熱條件充足，經(jīng)過多年科研攻關(guān)，現(xiàn)已集成創(chuàng)新多種玉米免少耕種植方式。其中，秸稈覆蓋還田方式主要有全量覆蓋、部分覆蓋、留茬覆蓋等，種植方式主要有均勻行、寬窄行、二比空、四比空平作，以及寬窄行、均勻行壟作等。當(dāng)前，遼寧省主要實行的保護性耕作模式及適宜地區(qū)見表2。

3.3 配套機具研發(fā)

近年來，根據(jù)區(qū)域特點、作物生長特性，遼寧地區(qū)集成創(chuàng)新多套玉米免少耕播種技術(shù)模式，并改進研發(fā)相應(yīng)的玉米免少耕播種裝備，建立多個監(jiān)測點和示范區(qū)，使玉米免少耕播種技術(shù)得到大面積推廣應(yīng)用。

實施保護性耕作制度的初期，播種環(huán)節(jié)及配套耕作技術(shù)銜接不到位的情況時有發(fā)生，導(dǎo)致實施效果不明顯甚至減產(chǎn)。因此，亟待研制清障防堵免耕播種施肥作業(yè)一體機，實現(xiàn)玉米秸稈循環(huán)利用、機械化秸稈處理和免耕播種作業(yè)。玉米免少耕播種機大多采用指夾式排種器，但其可靠性、耐用性等有待提升，攻關(guān)重點為排種器核心部件的材料和加工工藝。氣力式排種器具有單粒率高、損傷小、可靠性強、種子適應(yīng)性好等優(yōu)點，但我國對氣力排種的基礎(chǔ)理論研究不足，排種器設(shè)計以模仿國外先進機具為主，亟待提升排種器尤其是電控高速精量排種器的性能。為進一步提高免少耕播種質(zhì)量，還應(yīng)加快智能控制技術(shù)（如精準(zhǔn)排種排肥技術(shù)和播種深度精準(zhǔn)控制技術(shù)）的研究。

3.4 研發(fā)難點

3.4.1 常年連作 美國、巴西、阿根廷的玉米種植以輪作為主，主要實行玉米-大豆輪作。大豆的秸稈量小，不影響翌年玉米播種;玉米秸稈的體量雖大，但大豆播種時秸稈已開始腐爛，對其播種質(zhì)量的影響也較小。玉米是遼寧地區(qū)的主要種植作物，受大豆經(jīng)濟效益低和種植習(xí)慣的影響，大部分地塊無法實現(xiàn)輪作。多年種植玉米產(chǎn)生大量秸稈，對翌年播種作業(yè)造成很大影響。

3.4.2 種植行距小 國外玉米種植行距為76.2 cm，這樣的行距可以保證有足夠的空間存放剩余秸稈。然而，遼寧地區(qū)的玉米種植行距小且不統(tǒng)一，西部為45 cm左右，中北部地區(qū)為55～60 cm，沒有足夠的空間存在大量的玉米秸稈，很難清理出沒有秸稈的播種帶。同時，經(jīng)過多年的發(fā)展，與遼寧地區(qū)玉米種植行距相配套的農(nóng)業(yè)機械已有一定的保有量，改動種植行距難度較大。免耕播種機的性能和作業(yè)質(zhì)量有待提高。

3.4.3 種植模式不一 遼寧地區(qū)玉米種植行距不統(tǒng)一，甚至同一區(qū)域、相鄰地塊的種植模式也存在差異，現(xiàn)有機具無法滿足多種種植要求。在種植模式不統(tǒng)一的情況下，農(nóng)機與農(nóng)藝的融合性有待提高，也對農(nóng)機研發(fā)和重點攻關(guān)造成一定困難。

4 結(jié)語

國外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗表明，在干旱半干旱地區(qū)推行保護性耕作技術(shù)是應(yīng)對土地退化問題、增強農(nóng)業(yè)抗旱能力的有效措施。由于氣候條件、耕作制度等存在差異，各地區(qū)實行的保護性耕作模式也有一些區(qū)別，但主要內(nèi)容均為少耕/免耕和秸稈留田，再配合作物輪作、等高種植、防風(fēng)帶等技術(shù)。為防止遼寧地區(qū)黑土地進一步退化，應(yīng)進一步優(yōu)化成熟保護性耕作技術(shù)模式及配套機具，實現(xiàn)土壤保護與利用相結(jié)合，在確保糧食安全的基礎(chǔ)上改善黑土地質(zhì)量。

參考文獻

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Research and Exploration of Maize Conservation Tillage in?Liaoning Black Land

GAO Jianbo

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Taking maize， the largest crop in Liaoning province， as an example， based on the successful experience of conservation tillage in foreign countries， this paper analyzed the causes and specific improvement measures of black land degradation in Liaoning province， and discussed the key points and difficulties in the promotion of conservation tillage technology and the research and development of supporting equipment， so as to provide reference experience for rational utilization and protection of black land.

Key words： convervation tillage; black land; maize; straw; agricultural machinery