保护性耕作与作物生产.doc

保护性耕作与作物生产摘要：保护性耕作是实现农业可持续发展的重要手段，本研究通过收集中国公开发表的与保护性耕作相关的研究论文，整理前人研究提供的试验数据，分析保护性耕作措施对作物生产的影响，为保护性耕作条件下的作物稳产丰产研究提供支持。研究发现，保护性耕作对作物的生长发育、病虫害发生、水分利用等都有不同程度的影响，以当地传统耕作模式为对照，实施保护性耕作技术的作物产量平均增加12.51%。但有10.92%数据显示减产，表明保护性耕作减产是客观存在的，文章归纳了影响保护性耕作条件下作物产量的主要原因。中国自“六五”期间开始进行保护性耕作的研究工作，在理论研究和生产实践中取得了一定的成绩。随着对保护性耕作概念的深入理解，中国保护性耕作的研究和应用工作得到了长足发展，作为实践性较强的应用型研究，保护性耕作要充分重视理论研究和应用过程中存在的问题，利用新型研究技术和研究手段，明确保护性耕作影响作物生产的机制，为保护性耕作技术的创新和推广应用提供理论基础。关键词：保护性耕作；可持续农业；作物生产；产量；综述保护性耕作是在保护环境、提高环境质量的前提下，以保护性耕作为主体，有效地对可利用的土壤、水分及生物资源进行综合管理，实现农业的可持续发展。中国是生态环境脆弱的国家，随着保护性耕作重要性的逐渐显现，有关保护性耕作的研究得到了各级政府和研究机构的重视。美国保护性耕作信息中心总结了保护性耕作的10大优点：减少劳力投入，节省时间；节省能源；减少机械磨损；改善土壤耕作性质；提高土壤有机质含量；增加土壤持水量，提高水分利用效率；减少土壤侵蚀；改善水源质量；增加野生动植物数量；改善空气质量。因其独特的生态保护作用，保护性耕作在欧美国家广泛应用，被视为重要的可持续农业技术。据FAO公布的数据，2004/2005年度中国的保护性耕作土地面积是100万ha，而1999/2000年度则几乎没有相关的统计数据。与国外研究注重保护性耕作生态效应的研究相比，粮食安全是中国必须面对的现实问题，作物的稳产、丰产是保护性耕作技术推广应用的前提，也是中国保护性耕作研究的特色之一。本文通过对保护性耕作的相关研究结果的分析，明确中国保护性耕作的研究现状以及保护性耕作影响作物生长的关键因素，为保护性耕作条件下的作物稳产丰产的研究提供参考。1、保护性耕作对作物生长发育的影响保护性耕作影响作物的苗情，不同耕作措施对作物出苗的影响不同。秸秆覆盖的处理土壤表层墒情好，养分充足，小麦的出苗率高，冬前总茎数和春季总茎数增加；由于减少了耕翻次数和蹚地面积，在干旱严重的年份，大豆带作少耕栽培的出苗率比传统耕作方式高20%左右，而秸秆覆盖处理的夏玉米出苗率可提高4%13%1。秸秆粉碎直接还田条件下，种子发芽和生长有了充足的水分和养分，出苗率较高；而灭茬旋耕处理不当或土地整地质量差，种子播深不一致，出苗率和出苗质量均受到影响2。保护性耕作影响作物的根系发育，根系的分布及其生理生化指标均发生了变化3。前人研究表明，免耕处理的小麦020 cm土层根系较传统耕作高出4.8个百分点；间隔深松处理则促进根系下扎，020 cm土层根系比传统耕作降低3.511.4个百分点4；麦后免耕直播的杂交稻分布于较深土层的根量增加；稻田垄作免耕水稻根的总吸收面积、根系活力及根系的干物质积累也都明显高于常规耕作；免耕水稻比常耕水稻根冠比变大，水稻根系活力提高。保护性耕作改变了作物的生长进程，对不同作物及其不同生育阶段的影响不同。与常规育秧移栽相比，麦后免耕直播水稻的全生育期和营养生长期有较大幅度的缩短，株高降低，单株分蘖能力增强，低节位分蘖多，而且生长动态平稳，后期绿叶面积多，不易早衰；秸秆覆盖处理的水稻个体生长在前期受到一定的抑制，分蘖发生时间推迟、数量少、叶片变小、叶面积小，但生育中后期有利于水稻高位分蘖的发生与成穗；少、免耕处理的大麦生育时期提前，出苗比常规翻耕套作处理早，分蘖期、抽穗期也早，干物重比较高，在生长前期优势明显；油菜直播则能提早播期，能够充分利用温光条件，促进苗期生长；秸秆覆盖的处理冬季有保温作用，有利于冬小麦防御冻害威胁，保证冬小麦安全越冬，但推迟了返青期，起身拔节后麦苗生长势由弱变强，小麦植株生长发育良好，叶面积增大，小麦的光合效率显著提高5，后期叶片功能期延长，有利于小麦结实和灌浆。保护性耕作还影响作物的产量结构。与常规耕作栽培水稻相比，免耕水稻的有效穗数、每穗实粒数、千粒重分别增加1.1%、5.1%、0.6%，产量提高10.0%6。秸秆覆盖量在每公顷4 5007 500 kg时，小麦的亩穗数、穗粒数、千粒重都明显提高，产量有随覆盖量的增加而提高的趋势。棉花秸秆覆盖增加果枝数、棉铃重、籽棉重，提高棉花产量，而且覆盖量越大产量越高。秸秆覆盖处理的玉米叶面积和株高均高于对照，光合面积增加，单株干物重提高，秃尖长减少，平均穗粒数增加，穗粒重增加，通过增加穗粒数，实现子粒产量的增加7。2、保护性耕作的水分利用前人对保护性耕作条件下土壤水分利用状况的研究比较多，保护性耕作有利于土壤水分的利用已成为共识。覆盖秸秆可有效保持表层土壤结构，使表层土壤含水量提高2%11%，越是干旱年份保水保墒效果越显著。玉米整秸秆覆盖较常规耕作方式地表径流量减少57%，蒸发量降低32%，降水利用率提高43%；玉米实施秸秆覆盖，土壤含水量显著高于对照，并且其效应一直持续到7月。冬小麦秸秆覆盖的夏玉米整个生育期土壤蒸发量平均降低56.5%，水分利用效率提高13.0%，耗水系数降低11.5%，每生产1 kg玉米少耗水0.005 mm，每 mm水多生产玉米0.32 kg。小麦秸秆全程覆盖耕作技术可以使自然降水的蓄水率由传统耕作法的25%35%，提高到50%65%39。张海林40认为，免耕比传统耕作增加土壤蓄水量10%，减少土壤蒸发约40%，耗水量减少15%，水分利用效率提高10%。秸秆覆盖还可明显控制土壤盐分的表聚，随着覆盖量的增加，土壤盐分表聚现象逐渐减轻，地下层盐分逐渐增加，从而改良盐渍土8。3、保护性耕作的病虫草害保护性耕作技术的实施改变了田间环境，也影响了作物病虫草害的发生。玉米螟老熟幼虫在覆盖秸秆内安全越冬率高达93.8%，增加了病虫基数。但玉米螟越冬代成虫产卵趋向于早播、茂密的玉米田中，秸秆覆盖处理的玉米生长比常规耕作推迟，危害则相对减轻9。秸秆还田、覆盖还使得玉米丝黑穗病土壤含菌量增加，加重病害的发生。同时，秸秆覆盖使土壤含水量和腐殖质增加，地下害虫危害率显著增加，而且有随免耕覆盖年限的推移而增大的趋势。与传统耕作方式相比，免耕、少耕的麦田杂草种子散落土表，出草时不需顶土消耗养分，出草齐、数量多、个体壮、分蘖（分枝）多、群体大，株高增加8%30%，鲜草重增加19%50%，且随着耕作年限的延长，草害有逐年加重的趋势；秸秆覆盖量与大田杂草株数间呈高度负相关，棉花覆盖秸秆的处理杂草数量减少29.6%91.3%10。随覆草量增加，小麦田杂草数量也呈下降趋势，杂草数和杂草鲜重都比对照减少。发现免耕1年的杂草较少，免耕2年时数量最大，免耕3年后趋于稳定。连续2年免、少耕麦田的看麦娘的发生量是免少耕1年的2倍，连续4年免少耕麦田杂草发生量是免少耕1年的6倍以上，连续5年免少耕后杂草发生量趋于稳定。但多数保护性耕作研究都采用了除草剂处理，相关研究较少。4、保护性耕作的生化他感效应研究不同作物对自身或其它作物都有明显的生化他感作用 ：蚕豆秸秆对小麦和大豆幼苗生长有明显的他感相克作用；大豆秸秆对小麦幼苗生长有他感相克作用，而对大豆幼苗生长有自感相生作用；玉米秸秆对小麦幼苗的相克作用最强，但对大豆幼苗生长的他感相生和玉米幼苗的自感相生作用显著；小麦秸秆对小麦、玉米和大豆幼苗生长也都有相克作用。小麦秸秆覆盖后释放的他感化合物抑制了玉米地上部鲜重的增加，对玉米苗期的株高、干重、根干重、叶面积等方面也有不同影响，覆盖量越大效应越明显。玉米秸秆覆盖的小麦产量总是高于小麦秸秆覆盖的处理。棉田秸秆覆盖杂草减少的原因很可能与秸秆分解产生的有机物质对杂草种子萌发及生长有毒害作用有关。有学者认为，秸秆施入土中会形成生理活性物质乙烯，对作物又具有催熟作用，秸秆还田促进玉米生长发育，增强玉米抵御不良环境条件的能力，降低玉米收获时果穗含水量，提早成熟，并改善了玉米产品质量，提高玉米籽粒中蛋白质、氨基酸、必需氨基酸含量。还有学者推测，秸秆在土壤中分解会产生一些生理活性物质，对产量的影响在于缓解气候及其他不利条件的危害，从而实现稳产，但这方面的研究还有待于进一步深入。5、保护性耕作的产量、效益保护性耕作产量数据均以当地传统耕作模式为对照，大部分是增产或平产报告，平均增产幅度为12.51%，其中小麦为8.98%，水稻为6.23%，玉米为15.88%。这些研究数据虽然是在特定的生产条件下产生的，但是也充分表明适宜的保护性耕作措施有巨大的增产潜力。6、保护性耕作减产情况保护性耕作增产的结论似乎是无庸置疑的，但保护性耕作不增产或减产的现象也是客观存在的。保护性耕作持续时间影响作物产量。连续少耕和免耕处理的前3年对作物产量没有影响，之后小麦产量显著降低（最大降幅达到31.83%），但连续免耕对玉米产量则没有明显影响。小麦秸秆还田处理第一年略有减产，其后五六年内略有增产但不甚显著，随后则显示出明显增产的效果。免耕覆盖初期小麦产量明显低于常规耕作，随着处理年限的增加，处理间的差异减小，产量基本相当。在施肥量相同的情况下，免耕处理的小麦和水稻均比传统处理产量高，双季免耕又比单免略高，免耕处理在前两年产量变幅不大，在第3年明显增加，且随免耕年限增加作物产量呈增加趋势，达到最高产量后趋于稳定。不同耕作处理影响作物产量。山西的小麦少耕沟播处理比常规耕作增产8.7%，大面积生产示范比常规耕种增产2.2%，但是免耕沟播则减产比较明显11。春小麦上翻下松的耕作处理较传统耕作增产5.6%，低茬间松的少耕处理产量为常规耕作的96.3%，但高茬免耕则仅为常规耕作的88.7%。秸秆处理的数量、时间影响作物产量。玉米秸秆少量覆盖可增加冬小麦产量2.7%，而增大覆盖量则会减产4.1%，主要原因是覆盖造成了小麦返青期低温，影响了冬小麦的正常生长。早期秸秆覆盖，降低土壤温度，影响了玉米的出苗和生长，千粒重减少，产量降低。秸秆覆盖能有效的抑制蒸发、增加降水入渗、改善土壤的水分状况，但在土壤含水量高的情况下有可能出现作物减产。7、结论与建议统计数据显示，中国的保护性耕作技术应用面积仍不尽人意。本研究进行的生产调查表明，影响保护性耕作技术推广应用的主要原因是作物产量不高、效益不明显，保护性耕作条件下的稳产丰产技术是目前中国保护性耕作技术推广应用的限制性因素之一。创新保护性耕作技术，缓解保护性耕作措施对作物生产的负面影响，必须深刻理解保护性耕作影响作物生长的机理，进行系统的理论研究。保护性耕作采取的任何措施都会作用于作物的生长环境从而直接、间接的影响作物生长发育，保护性耕作的效益也是通过作物的生长发育过程最终在产量上体现。作物的生长受自身的遗传节律控制，在不同生长时期有不同的要求，保护性耕作措施对作物生长环境的影响究竟对作物生长发育起什么作用、在多大程度上起作用，应该与作物生产的生态环境、生长季节、生产条件以及作物需求一起进行综合评价。在不同的试验条件下，同一种保护性耕作措施获得不同的甚至是完全矛盾的试验结果屡见不鲜，但目前的研究并没有认真分析这些因素的作用，对保护性耕作措施的评价各执一词。只有系统考虑保护性耕作措施对作物生长发育的影响因素，制定有针对性的解决方案，才能解决生产中存在的实际问题。根据中国的生产实际，对保护性耕作做出客观、科学的评价，通过机理性研究，创新保护性耕作条件下作物稳产丰产技术，推动中国农业的可持续的发展。参考文献：1逄焕成. 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