保護性耕作

保護性耕作是指通過少耕、免耕、地表微地形改造技術及地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施, 從而減少農田土壤侵蝕, 保護農田生態環境, 並獲得生態效益、經濟效益及社會效益協調發展的可持續農業技術。其核心技術包括少耕、免耕、緩坡地等高耕作、溝壟耕作、殘茬覆蓋耕作、秸稈覆蓋等農田土壤表面耕作技術及其配套的專用機具等， 配套技術包括綠色覆蓋種植、作物輪作、帶狀種植、多作種植、合理密植、沙化草地恢復以及農田防護林建設等。

基本介紹

• 中文名：保護性耕作
• 外文名：Conservation Agriculture
• 主要手段：機械化作業

簡介

保護性耕作是以機械化作業為主要手段，採取少耕或免耕方法，將耕作減少到只要能保證種子發芽即可，用農作物秸稈及殘茬覆蓋地表，並主要用農藥來控制雜草和病蟲害的一種耕作技術。隨著傳統翻耕技術的發展，人類和自然的矛盾愈來愈突出，比如耕翻作業除掉地面殘茬、雜草固然有利於播種，但同時也破壞了對地面的保護，導致土壤風蝕、水蝕加劇；旋耕切碎土壤，創造了鬆軟細碎的種床，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，土壤偏離自然狀態愈遠，土壤本身的保護功能、營養恢復功能就喪失愈多，要維持這種狀態的代價就愈大。近幾十年來，我國機械耕作活動增強，農作物產量大幅度上升，但河流泛濫、沙塵暴猖獗、土壤退化、作業成本上升也是不爭的事實。保護性耕作取消鏵式犁翻耕，在保留地表覆蓋物的前提下免耕播種，以保留土壤自我保護機能和營造機能，是機械化耕作由單純改造自然到利用自然、進而與自然協調發展農業生產的革命性變化。

免耕播種作業

意義

對農民本身將帶來觀念上、生活質量上的革命性變化。1997年5月美國保護性耕作信息中心年會上，一位免耕農民的妻子巴巴拉.弗瑞安西斯(Barbara Francis)說，“除電的套用外，免耕法是對我的生活質量改善最大的事情”。

對農業機械化工作來說，以往農業機械化談論最多的是提高勞動生產率和土地生產率，只要農業生產任務按時完成、增產增收了，農業機械化就完成任務了。沒有認識到農業機械化和資源與環境保護密切相關，機械化可以破壞環境、也可以保護環境。深耕深翻、開荒種地，發展了生產，也帶來水土流失、環境惡化的問題，引起人們對機械化的質疑。但是，機械化也是治理環境的最重要手段之一，如機械化秸稈還田減少秸稈焚燒導致的大氣污染；覆蓋減耕節約農業用水；保護性耕作治理沙塵暴等等。

效益

保護性耕作具有許多傳統耕作或強烈耕作無法比擬的效益。

免耕播種作業

減少勞動量，節省時間

與兩次甚至多次的土壤耕作相比，僅僅一次作業工序完成播種意味著拖拉機及勞動力作業時間的減少或者相同時間內完成更多的播種面積。例如，在202.3hm（500英畝）的土地上一年就可以節約225工作h，按每周工作60h計，節約225h相當於節約近4個星期的勞動時間。

節省燃料

平均每hm節約13.25升燃油（每英畝節約3.5加侖）或者一個202.3hm（500英畝）的農場一年就可以節省6624.45升（1750加侖）燃油。

減少機器磨損

工作次數的減少使得每hm機器磨損減少約12.36美元（每英畝機器磨損減少約合5美元），也就是說，一個202.3hm（500英畝）的農場年維修費用可以節省2500美元。

免耕播種作業

改善土壤的可耕作性

連續免耕能夠增強土壤微粒的聚合（成為團粒結構），這樣可以使作物根系更容易發展。土壤耕作性能的提高也可以減少土壤壓實。當然耕作行程的減少也是降低土壤壓實的重要原因。

增加土壤有機質

研究表明耕作越多土壤中被釋放到空氣中的碳就越多，能夠為將來作物構建有機質的碳就越少。事實上有機質中有一半成分是碳。

鎖住土壤水分，提高水分利用率

保持土壤殘茬覆蓋，提供遮陰，鎖住土壤水分。殘茬的遮陰減少了土壤水分蒸發。另外，殘茬就像一個微小的水壩減慢水的流速，增加水分入滲的機會。另一個增加水分入滲的途徑是通過由蚯蚓及前茬作物根系腐爛後形成的通路（大孔隙）。事實上，夏末連續的免耕可以為作物多提供50.8mm（2英寸）的可利用水分。

美國內布拉斯加不同耕作法土壤蓄水、徑流和蒸發等測定結果見表3，德克薩斯連續5年試驗結果見表1-4。

表1-4 美國內布拉斯加不同耕作法土壤蓄水、徑流、蒸發量測定

秸稈覆蓋量; (t/hm)	耕作方法	土壤蓄水量; (mm)	徑流量; (mm)	蒸發量; (mm)	蒸發損失; (%)
4.5	常規翻耕	29	10	282	88
4.5	深松	54	5	262	82
17.9	免耕	139	0	182	57
0（無秸稈）	圓盤犁	7	60	254	79
0（無秸稈）	水平溝耕作	34	0	287	89

註：測定期4月10日到9月27日，該期間降雨321mm。

資料來源：美國農業部農業研究中心（USDA—ARS）

表1-4所列內布拉斯加試驗表明，免耕和秸稈覆蓋可以有效減少蒸發，增加土壤蓄水量。傳統翻耕法的土壤水分蒸發占降雨量的88%，而覆蓋免耕為57%。保護性耕作可以減少徑流，傳統翻耕徑流10mm，免耕覆蓋沒有徑流。蒸發和徑流的減少，使土壤蓄水量達到139mm，而翻耕、深松、開水平溝等分別只蓄水29、54、34mm。

由於蓄水量增多，產量相應提高。德克薩斯州連續五年試驗（表1-5）測得，免耕法蓄水量141mm，產量3.34 t/hm，而翻耕、旋耕、深松只有89、85、114mm，產量分別為2.56、2.19、2.77 t/hm，免耕產量提高21%~52%。

表1-5 德克薩斯州1983—1987年不同耕作法種植高粱試驗結果

耕作方法	降雨量 (mm)	土壤蓄水量	產量; (t/hm)
休閒期	作物生長期	mm	%
鏵式犁	316	301	89	29	2.56
圓盤耙	316	301	109	34	2.37
旋 耕	316	301	85	27	2.19
深 松	316	301	114	36	2.77
免 耕	316	301	141	45	3.44

資料來源： Unger and Wiese 1984, 美國農業部研究局（USDA-ARS）

減少土壤侵蝕

作物殘茬覆蓋在土壤表面可以減少土壤風蝕、水蝕。與沒有保護的、經過強烈耕作的土地相比，殘茬覆蓋可以減少達90%的土壤侵蝕。

美國使用風洞裝置，人工模擬風速和風量，對不同秸稈覆蓋率、不同耕作方式下（不同粗糙度）的土壤風蝕量進行了對比測定，測定結果見表1-6。說明秸稈覆蓋及保持較大的粗糙度能顯著減少土壤風蝕。

表1-6 秸稈殘茬覆蓋率和地表粗糙度對土壤風蝕的影響

覆蓋率; (%)	粗糙度 (cm)
0.64	1.27	2.54	3.81	5.08
平整地面	中等粗糙地面	粗糙地面
0	0.72	0.51	0.26	0.14	0.07
10	0.44	0.31	0.16	0.08	0.04
20	0.26	0.19	0.10	0.05	0.03
30	0.16	0.12	0.06	0.03	0.02
40	0.10	0.07	0.04	0.02	0.01
50	0.06	0.04	0.02	0.01	0.01

註：資料來自羅伯特.佩彭狄克 (Robert Papendick)等, 華盛頓州立大學，1998年在減少水蝕方面，美國農業部南方丘陵保護耕作研究中心研究結果表明，坡耕地水土流失嚴重，實施保護性耕作前近30年間每年表土流失達0.5cm，而表層土壤每被沖刷掉1cm，玉米hm產量將降低147kg。保護性耕作法減輕水土流失功能被證實後，從1952年起，美國農業部推廣這一方法。坡地實行保護性耕作，土壤水蝕得到有效控制。

提高水的質量

作物殘茬幫助土壤保存肥料與殺蟲劑，減少其流入地表水中的可能。事實上，殘茬可以使殺蟲劑的流失減少一半。而且，在富碳的土壤中生存的微生物能夠很快的降解殺蟲劑並充分利用肥料，從而保護了地下水的質量。

另外，由於水蝕的減少，使得隨水蝕流入河流中的泥沙量減少，也是提高水質量的原因。

增加野生動植物

作物殘茬為野生動植物提供掩蔽處和食物，例如獵鳥和一些小動物。

提高空氣品質

保護性耕作減少風蝕，因此減少了空氣中的灰塵量；減少拖拉機進地的行程減少了礦物燃料的排放；在有機質中聚集更多的碳減少了釋放到大氣中的二氧化碳量。所以，空氣品質改善。