中國特色保護性耕作技術對土壤健康的影響

杜 璇

（楊凌職業技術學院，陜西 楊凌 712100）

0 引言

世界各國對于保護性耕作有各自的定義，各種定義存在一定的差異，但其出發點及宗旨是相同的，均倡導以保留秸稈形成對地表的覆蓋，從而最大限度降低對土壤的破壞。中國特色保護性耕作技術是結合我國的國情，采取機械化作業的手段，免耕或少耕農田，以增加秸稈對地表的覆蓋率，達到蓄水保墑、增強土壤肥力及抗旱能力的目的，從而緩解風蝕、水蝕對土壤的侵襲，減少溫室效應和水土流失，在改善和保護生態環境的同時實現我國農業的生態化發展。我國雖是擁有悠久農業歷史的人口大國和農業大國，但長期以來，農戶在農業生產中對土地的養護普遍不夠重視，過度耕作導致了土壤中的有機質含量大大降低，土壤肥力得不到有效保證，耕地質量每況愈下[1]。為此，國家高度重視保護性耕作技術的研發和推廣，歷經長達10年的系統性試驗和研究，探索出了一套用于一年一熟地區的保護性耕作技術，該技術實施的可行性在長期的研究中得到論證。進入21世紀，我國大力推廣中國特色保護性耕作技術，率先在京、津、冀、晉、遼、陜、甘、內蒙古共8個省（直轄市、自治區）建立了保護性耕作示范區38個，截至2012年，該技術推廣應用的農田面積已突破1億畝，取得了良好的成效，農民增產增收，實現了經濟效益、社會效益、生態效益的大幅提升[2]。時至今日，在霧霾、沙塵暴、泥石流等環境問題不斷加劇的狀況下，保護性耕作技術更應得到廣泛的推廣和應用，因此需要研究保護性耕作技術對土壤健康的影響，深入分析該技術在應用中暴露出的不足，探討解決這些問題的對策，以推動我國農業健康、可持續發展。

1 保護性耕作技術應用對土壤健康影響研究

保護性耕作技術主要包括秸稈覆蓋、表土處理、深松翻土、田間除草、免耕少耕播種、病蟲害防治等內容。應用該技術對土壤健康具有以下4個方面影響。

1.1 有利于提升土壤的水分利用率

由于保護性耕作技術應用了秸稈覆蓋的措施，可避免土壤直接在陽光下暴曬，有效減少陽光直射，不僅地表溫度得以降低，而且因為土壤表面有秸稈覆蓋，水汽上升受到阻撓，從而大幅降低了水分蒸發的速度，令土壤的蓄水性得以提高，讓生長于土壤中的農作物更好地得到水分的滋潤，促進其產量提升。水是萬物生長的生命之源，水是農作物生長過程中不可或缺的部分。我國幅員遼闊，降水分布極不均衡，尤其是我國西北地區，不僅年降水量少，而且土壤多以黃土為主，其中沙土占據一部分。土壤結構的單一加上氣候條件特殊，西北地區的土壤侵蝕程度嚴重。對此，可應用保護性耕作技術來改善土壤條件。以寧夏南部山區為例，在冬小麥的種植中聯合應用留茬免耕播種技術與深松技術，可使冬小麥種植水分利用率提高一半以上[3]。而在寧夏中部地區的干旱地帶應用保護性耕作技術來種植玉米，可使水分利用率至少提高40%，最高可提高至少50%，這在萬平的試驗研究中均得到證實。

1.2 有利于減少土壤的水分流失

保護性耕作技術中秸稈覆蓋的措施，猶如為地表穿上了一層保護性的外衣，覆蓋地表的秸稈讓地面變得不再平坦，降雨時地面徑流速度得以減緩，避免了風直接吹蝕地表以及雨對地表的沖擊，不僅能有效減少土壤遭受風蝕和水蝕的破壞，還有利于減緩土壤中水分流失的速度，提高土壤的蓄水能力，為農作物根系吸水提供保障，防止水分蒸發過快造成地表缺水、出現干旱而影響水分供給。而免耕播種技術的應用較傳統耕作方式而言，免耕地塊上的土壤孔隙發生變化，不僅大小分布更為均勻，而且土壤中團粒結構也得到明顯改善。而孔隙結構決定降雨的入滲，徑流得以延緩，水分蓄積狀況明顯優于傳統耕作的土壤。若秸稈覆蓋率較高，則徑流初始時間及土壤含水量飽和時間也相對更晚，土壤水分流失量更少[4]。與傳統的耕作方式相比，免耕聯合秸稈覆蓋措施的應用，年徑流量及年土壤流失量可分別減少50%以上和80%以上。在部分學者的研究中發現，保護性耕作技術應用于冷寒風沙地區，能預防和減少沙塵暴的發生。大量的研究試驗顯示，保護性耕作技術的應用能減少水土流失，以及土壤中水分和養分的流失，達到涵養水土的目的。

1.3 有利于增加土壤中微生物的含量，增強土壤肥力，改善土壤理化性狀

土壤中微生物對改良土壤結構以及增強土壤肥力的具有積極作用。土壤中的微生物主要包括細菌、真菌、藻類和體積大于5×103μm3的原生土壤動物等一切具有生命活動的有機物質。當秸稈還田后，為土壤微生物提供了能源從而激發其增殖。而有機物質在分解的過程中消長的各種有機或無機營養成分，勢必令土壤微生物區的組成發生變化，二者所產生的綜合作用加速了土壤中營養物質的循環，從而更新或補充了土壤肥力。因此土壤中微生物的含量關系到土壤肥力及生物區系的指標。眾多研究表明，免耕措施的應用有利于增加土壤中微生物的含量，增強土壤肥力。有研究證實了免耕能讓土壤表層的微生物含量提高，活性菌絲長度及總菌絲長度能得以增加，而翻耕技術的應用能讓土壤中活躍微生物量較于傳統耕作方式提升25%以上[5]。而在另外一項研究中，深松耕技術的應用令土壤中活躍微生物量得以顯著提高。保護性耕作技術的應用增加了土壤中微生物或穴居動物的數量，增加了其活性，尤其是蚯蚓等生存于地下的穴居動物。土壤中蚯蚓對土壤的疏松透氣以及改善土壤的排水性具有不可小覷的作用，而且能幫助土壤產生更多腐殖質，為農作物生長提供養分。而且蚯蚓排泄的糞便還能變成有機肥，能增加土壤肥力，促進農作物的健康生長。與傳統的耕作方式相比，保護性耕作技術的應用能令15 cm深土層內的蚯蚓增加23～26條/m2。此外秸稈分解后還有助于土壤中氮、磷、鉀及有機質含量提高。若連續施行保護性耕作技術，隨著“免耕+秸稈覆蓋”措施實施年限增長，地壤中的全氮、全磷、全鉀、速效磷、速效鉀及有機質的含量在秸稈還田免耕措施實施5年后均可得到明顯提高，平均可分別提高25%以上、15%以上、10%以上、40%以上、30%以上、50%以上。

1.4 有利于提高土壤酶活性

土壤酶是存在于土壤中各酶類的總稱，也是土壤的組成成分之一，土壤酶參與土壤發生、發育及其肥力形成和演化的全過程[6]。土壤酶活性是指土壤酶催化物質轉化的能力，可反映出土壤中微生物的活性，而耕作方式對微生物產生直接影響。保護性耕作有利于土壤微生物的生存，微生物可分泌酶并參與氮、磷、碳等養分的生態循環，從而令土壤含水量及其表層碳氮養分更高，比傳統耕作方式獲得的可利用資源如微生物及土壤的酶活性更高，這在眾多研究中均得以證實。保護性耕作技術的應用，讓土壤脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶、堿性磷酸酶的活性比傳統翻耕技術高。而深松耕和免耕與傳統翻耕方式相比，土壤蔗糖酶及脲酶活性更高，這在西北旱區中應用不同耕作方式進行試驗后得到證實。大量研究數據表明，保護性耕作技術的應用讓土壤酶活性高于傳統翻耕方式，而土壤酶團聚體分布規律因研究區域的土壤和植被類型、土地利用方式不同而存在差異，這也讓土壤酶團聚體分布呈現出較復雜的規律。總之，土壤酶活性越強，表明微生物越活躍，土壤中碳氮物質的周轉速率越快，能為農作物的生長提供養分。而在貧瘠的土壤中，由于養分缺乏，酶活性較低，所以二者是有一定關聯的。

2 目前我國保護性耕作技術應用中存在的不足

2.1 缺乏有針對性的保護性耕作體系

保護性耕作技術在我國推廣至今，雖然技術上不斷成熟，促進了糧食增產和農民增收，農業經濟發展態勢向好，但尚缺乏針對不同地區的保護性耕作制度。我國領土廣闊，各地區的地形地貌不一，農田生態環境也存在諸多差異。南方多水田，北方旱作區較廣，南北在農田形態、生態條件上均不同，這就需要根據不同地區的情況實施有針對性的保護性耕作制度，但顯然目前尚無有針對性的、適合各地區特點的保護性耕作體系，不利于充分發揮保護性耕作技術的優勢。

2.2 缺乏配套的技術

保護性耕作技術的實施不僅需要適應不同區域的相應耕作體系及輪耕制度，還需要配套的機具才能確保保護性耕作技術落到實處。但當前對落實保護性耕作技術所需配套關鍵機具的研發還不夠，且農藝技術配套服務措施與技術服務水平等問題也亟待解決。

3 中國特色保護性耕作技術的發展策略

3.1 因地制宜建立保護性耕作技術體系

我國地廣人稠，雖然領土遼闊，但人均占有面積極為有限，而長期以來的傳統耕作方式對土壤結構、土壤肥力均構成破壞，加之近年來過度耕作以及環境污染，耕地土壤質量每況愈下，土地惡化嚴重，出現程度不一的水土流失現象。因此，需要積極推廣和普及中國特色保護性耕作技術，針對不同地區的氣候特點、地理特征因地制宜地建立有針對性的保護性耕作技術體系。例如，西北地區黃土高原區域水土流失位居世界之首，每年流失的土壤數量以億噸計，為此西北地區應著重研究以涵養水土、減少侵蝕和保持水土為重點的保護性耕作技術體系。總之，各地區應根據區域存在的關鍵性問題，研究有針對性的、行之有效的保護性耕作技術，并開展相應的耕作試驗與研究，最終形成具有區域特色的保護性耕作技術體系，為耕地生態環境提供保障的同時促進農作物的增產增收。

3.2 研發具中國特色的保護性耕作技術配套機具

將中國特色的保護性耕作技術落到實處，離不開與之相配套的農業機具。國外農機體形龐大，不適合在我國農村地區復雜的地形地塊中使用，加之價格昂貴，是普通農戶經濟上難以承受的。因此，一方面需要加強與科研機構、高校合作，研發符合我國國情的、具有中國特色的小型農機具。另一方面，科研機構與農機部門應發揮各自的科研與推廣作用，推動科技成果的轉化，讓更多適合我國農村使用的小型農機具走向市場，面向大眾，實現保護性耕作機具研發、生產、推廣、銷售、售后一條龍服務[7]。

3.3 加大扶持力度，激發農民購買、使用農機的熱情

各地區政府應積極發揮其職能和作用，根據當地保護性耕作技術體系，加大對農機的推廣和扶持力度，給予一定的政策傾斜和購機補貼，激發廣大農戶購買和使用保護性耕作機具的熱情。并在保護性耕作機具生產環節以及機具作業環節實施稅收減免政策和農機用油優惠政策，以推動保護性耕作技術的廣泛應用。同時，各地區需加大對保護性耕作技術的宣傳力度，建立相應的示范區，通過示范宣傳吸引和發動廣大農戶踴躍參與形式各異的保護性耕作技術培訓，使其形成主動自覺使用保護性耕作技術的意識，讓保護性耕作技術得到全面推廣和大范圍應用。此外，還要完善農藝技術配套服務措施，提升技術服務水平，實現農機與農藝的完美結合，如配方肥的使用、病蟲害防治、土壤質量改善等，讓農業向著現代生態農業方向不斷發展。

4 結語

綜上所述，農業要想實現長期可持續發展，就要有長遠發展的目光，不能為了追求短期利益而犧牲生態環境。中國特色保護性耕作技術的應用對我國耕地土壤的健康具有積極影響。農業種植應積極更新理念和思維，要以現代綠色生態農業為發展目標，全面推廣和普及保護性耕作技術，為我國農業的健康長期發展奠定基礎。