低碳農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)——免耕栽培

熊繼東,成燕清

(湖南省植物保護(hù)研究所,長(zhǎng)沙 410125)

免耕栽培是指不需耕翻、平整、中耕及培土這些耕作措施,僅開小的播種或移栽穴,同時(shí)盡可能地將作物秸稈等殘茬覆蓋表土的栽培方法。它節(jié)約了耕作所需人力、機(jī)械、能源或畜力的投入,且只要技術(shù)措施達(dá)到它的要求,在同等條件下,免耕栽培較傳統(tǒng)耕作增產(chǎn)明顯,因而很明顯地減少了碳排放和提高了碳利用。同時(shí)最新研究表明,耕翻土壤促進(jìn)土壤有機(jī)碳以 CO2形式向大氣釋放。作物殘留物和土壤有機(jī)質(zhì)在土壤表層的累積是免耕最典型的特點(diǎn),它能促使有機(jī)質(zhì)在土體中再分布,也有助于在土壤中貯存較傳統(tǒng)耕作更多的有機(jī)質(zhì)[1],因而免耕栽培更加減少了碳排放,所以,免耕是低碳農(nóng)業(yè)重要的技術(shù)之一。

1 免耕栽培的形成

19世紀(jì)初美國(guó)大量用鏵式犁開荒,將數(shù)千萬公頃干旱半干旱草原開墾成農(nóng)田,耕翻后多次耙壓碎土、裸露休閑,獲得了幾十年的好收成,糧食大量出口,為美國(guó)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)利益。到了20世紀(jì)30年代,連續(xù)數(shù)年在美國(guó)西部刮起舉世震驚的“黑風(fēng)暴”,大風(fēng)在沒有遮攔的農(nóng)田裸地上橫掃,成千上萬噸表土被風(fēng)刮走。 1934年 5月一場(chǎng)典型的沙土暴從美國(guó)西部刮起,連續(xù) 3 d,橫掃 2/3國(guó)土,把3億多噸土壤卷進(jìn)大西洋。僅這一年美國(guó)毀壞300多萬公頃耕地,冬小麥減產(chǎn)510萬噸,16萬農(nóng)民傾家蕩產(chǎn)、逃離西部,留下的人們生活極其困難,不少人死于沙土暴引起的肺炎。之后美國(guó)對(duì)防止水土流失問題引起廣泛重視。1943年美國(guó)俄亥俄州農(nóng)學(xué)家 Edward Haulknor曾用園盤耙 (不用犁)整地,并把殘茬留在地面,減少水土流失。他寫的《犁耕者的愚蠢》一書,明確提出反對(duì)犁耕,引起了各國(guó)農(nóng)學(xué)家的重視。20世紀(jì) 50年代初,各國(guó)開始進(jìn)行減少耕作環(huán)節(jié)和次數(shù)的少耕試驗(yàn)。加之當(dāng)時(shí)除草劑的不斷合成,有力地推進(jìn)了這些試驗(yàn),隨后逐步發(fā)展到除了只開播種溝或穴,將種子播入土中的措施外,不進(jìn)行任何耕作的免耕栽培法[2]。

2 免耕增產(chǎn)的原理

作物生長(zhǎng)的土壤所含的水分,既不能太高也不能太低。如果水分含量太高,土壤透氣性必然差,土壤溫度就上不來,養(yǎng)分轉(zhuǎn)化供應(yīng)慢;反之,如果土壤含水量太少,土壤肥、氣、熱三因素也會(huì)變差。無論是多雨或干旱的情況下,免耕土壤的水分含量均不會(huì)太高,也不會(huì)太低,因?yàn)槊飧雌茐耐寥赖慕Y(jié)構(gòu)、層次和毛細(xì)管通道,加上土壤動(dòng)物和前作根系腐爛所殘留的孔隙,從而構(gòu)成上下連貫的通透體系。降雨時(shí),雨水能迅速滲入土層,可達(dá)到雨停即爽;干旱時(shí),又能大大降低蒸發(fā),且能迅速將深層水分吸到作物根區(qū),因而土壤內(nèi)水分含量較穩(wěn)定和適宜,相應(yīng)帶來土壤透氣性、保肥供肥性及土溫的較穩(wěn)定和適宜,水、肥、氣、熱協(xié)調(diào)性好。加上免耕土壤上層肥沃,更能為作物根系生長(zhǎng)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的通透環(huán)境,所以無論是旱地還是水田,只要搞好了雜草防除等配套措施,作物免耕栽培的長(zhǎng)勢(shì)一直要比傳統(tǒng)耕作的好。而傳統(tǒng)耕整分散了土體,破壞了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和孔隙狀況,剛耕過的土壤在晴天水分大量蒸發(fā),降雨時(shí)的雨滴沖擊,使細(xì)小顆粒移動(dòng),將土壤表層孔隙堵死結(jié)皮,這樣大量的雨水無法迅速進(jìn)入土層內(nèi),在表面形成徑流,造成水土流失,少部分進(jìn)入耕作層的雨水,因孔隙狀況被破壞,加上形成了犁底層等原因,易滯留在耕作層中,導(dǎo)致土壤含水量過多,干旱時(shí)表面結(jié)皮的土壤會(huì)迅速開裂,水分大量蒸發(fā),含水量又會(huì)太少,也帶來了土壤透氣性、保肥供肥性及土溫狀況變差,從而影響了作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。

土壤免耕后將變得緊實(shí),但這并不會(huì)阻礙根系或地下根莖(如紅薯、蘿卜、馬鈴薯等)的生長(zhǎng),因?yàn)樗鼈兊纳L(zhǎng),并不像機(jī)械鉆入土壤,而是產(chǎn)生了很多復(fù)雜的生理生化變化,除呼吸放出二氧化碳遇水形成碳酸外,還能分泌出檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸,這些無機(jī)酸和有機(jī)酸都能溶解難溶性礦物、甚至是巖石。在同等條件下傳統(tǒng)耕作的根系粗而少,與土壤接觸面積少,白根比例也小,而免耕的根系細(xì)而多,與土壤接觸面積大,白根比例也大,表土層分布亦較多(這是因?yàn)槊飧硗翆铀?、肥、氣、熱等因素協(xié)調(diào)較好所致)。

天然植被是肥沃土壤的締造者和保護(hù)者,農(nóng)田改良的主要措施是秸稈覆蓋、殘茬盤踞和施用有機(jī)肥料,耕翻、中耕反而破壞土壤。

3 免耕栽培的優(yōu)越性

可以這樣認(rèn)為:免耕栽培是耕作技術(shù)發(fā)展史上的一次革命,是現(xiàn)代“生態(tài)農(nóng)業(yè)”的重要組成部分。在美國(guó),有人說它是自“雜交玉米”以來農(nóng)業(yè)上最重要的進(jìn)展。具體優(yōu)點(diǎn)如下:

(1)節(jié)約投入。節(jié)約耕作所需的人工、畜力、能源、機(jī)械等投入,雖然有時(shí)增加除草劑的投入,但節(jié)約的遠(yuǎn)大于增加的。

(2)有利勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移和規(guī)模經(jīng)營(yíng)。

(3)增加產(chǎn)量。只要達(dá)到免耕所需的配套技術(shù),在同等條件下,免耕比傳統(tǒng)耕作增產(chǎn)是個(gè)客觀規(guī)律,增產(chǎn)幅度因氣候、土壤、作物及栽培措施不同而異。多年對(duì)比試驗(yàn)證實(shí)在沒有秸稈覆蓋的情況下,一般增產(chǎn) 5%～10%;在有秸稈覆蓋的情況下,一般增產(chǎn)10%～20%。在我國(guó)北方干旱嚴(yán)重或南方雨水很多的氣候條件下,免耕栽培因具有顯著的保水、爽水優(yōu)勢(shì),因而增產(chǎn)將更明顯。

至于有免耕減產(chǎn)的,是因?yàn)榕涮准夹g(shù)未跟上,如:早春在甘蔗蔸部覆蓋了較厚的蔗葉,因地溫難以上升,使出苗變差而減產(chǎn),而將蔗葉在出苗時(shí)只蓋行間,不蓋蔸部,甘蔗免耕又表現(xiàn)增產(chǎn)。又如南方水稻免耕基肥中氮素化肥如按傳統(tǒng)耕作一樣施用,因免耕不能深施,禾苗未吸收的就會(huì)大量揮發(fā)流失,幾天后,禾苗往往又缺氮肥,故導(dǎo)致增產(chǎn)不明顯、平產(chǎn)或減產(chǎn),而減少基肥中氮素化肥用量,增加追肥比例和次數(shù),按照免耕的具體情況施用,水稻免耕又表現(xiàn)增產(chǎn)。

此外,大面積應(yīng)用免耕后,因省工有利適時(shí)提早種植,故大面積的產(chǎn)量又因不違農(nóng)時(shí)而增加。

(4)保護(hù)土壤。免耕能大大提高土壤抗水蝕和風(fēng)蝕的能力,如將前作根系保留在土壤中,并搞好秸稈覆蓋,水土流失量將減少到接近零。它是解決我國(guó)日益嚴(yán)重的沙塵暴、干旱、洪澇、河湖淤積、土壤砂化(石漠化)、地力下降等日益嚴(yán)重災(zāi)害的主要措施。

(5)增加土壤有機(jī)質(zhì)。最新研究表明,耕翻土壤促進(jìn)土壤有機(jī)碳以CO2形式向大氣釋放。作物殘留物和土壤有機(jī)質(zhì)在土壤表層的累積是免耕最典型的特點(diǎn)之一,免耕不僅促使有機(jī)質(zhì)在土體中再分布,也有助于在土壤貯存較常規(guī)耕作更多的有機(jī)質(zhì)[1]。

(6)改善水和大氣質(zhì)量。地表作物殘留物有助于截留和保存植物養(yǎng)分(特別是 P素)及農(nóng)藥和除草劑,減少這些物質(zhì)隨徑流進(jìn)入地下水的機(jī)會(huì)。同時(shí)富含有機(jī)質(zhì)的免耕土壤中,活躍的微生物活動(dòng)可加快土壤中農(nóng)藥和除草劑的降解,從而保護(hù)地下水和地表水質(zhì)量。作物殘留物覆蓋地表,可阻止風(fēng)蝕,降低空氣塵土含量,從而改善空氣質(zhì)量。降低能源消耗和加強(qiáng)土壤固碳,有益于緩沖大氣溫室效應(yīng)[1]。

(7)增加生物多樣性。作物殘留物覆蓋層,既為多種生物群系提供了生存空間,也為它們提供了食物和能量來源[1]。

4 免耕與少耕

除免耕外,還有少耕和保護(hù)性耕作的提法。在美國(guó),免耕是指播前不耕翻,播后地面覆蓋率大于30%;少耕是指播前不深松或翻耕、播后地面殘留覆蓋只有15%～30%,多次表土作業(yè)[2]。其實(shí)免耕的產(chǎn)量和防止風(fēng)蝕、水蝕效果均好于少耕。該國(guó)少耕存在的原因是:除草劑往往難以徹底防除所有雜草,因人平管理的面積大,難以輔助少量的人工除草,為清除這些,他們不得已進(jìn)行一些耕作。在我國(guó),少量雜草可結(jié)合輪作、人工除草等措施綜合控制,因而免耕栽培能更廣泛地應(yīng)用。

至于我國(guó)有甘蔗少耕等報(bào)道,其實(shí)是化學(xué)除草后不中耕,播前仍耕整。根據(jù)研究,甘蔗在我國(guó)完全能應(yīng)用免耕栽培,且明顯比化學(xué)除草不中耕先進(jìn)。

5 免耕栽培與化學(xué)除草等控草措施的關(guān)系

雜草總是伴隨作物生長(zhǎng),由于長(zhǎng)期的自然選擇,雜草具有了旺盛的生命力和強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力,要想有好的收成,必須控制雜草的危害。

在沒有除草劑的情況下,雜草防除的主要手段是耕翻、中耕這些耕作措施。這也是形成傳統(tǒng)耕作的主要原因,傳統(tǒng)耕作措施在沒有除草劑的情況下有些是符合生產(chǎn)實(shí)際的。

其實(shí),耕作的有益作用主要是防除雜草,如果雜草通過輪作、密植、化學(xué)除草等非耕作措施控制后,再去進(jìn)行耕翻中耕等作業(yè),則破壞了土壤結(jié)構(gòu),造成作物生長(zhǎng)變差,即使耕作沒有損傷作物根系,生長(zhǎng)也同樣變差,損傷了作物根系,則變得更差。耕作除使作物生長(zhǎng)變差外,還帶來水土流失,地力下降等弊端。免耕栽培將不再采用傳統(tǒng)耕翻、中耕、培土措施,必須通過除草劑、輪作、密植、種植覆蓋作物及少量人工除草等措施來控制雜草。免耕栽培能否成功,主要取決上述控草措施能否成功。當(dāng)然,免耕栽培還需搞好與之配套的病蟲防治、肥料施用和水的管理等。

單純依靠化學(xué)除草難以徹底地控制雜草,還需結(jié)合輪作、密植、種植覆蓋作物及少量工除草等措施,這樣免耕法才能長(zhǎng)期地、廣泛地應(yīng)用。

并非所有的免耕栽培均需化學(xué)除草,如苧麻、甘蔗宿根、水稻再生,在良好的管理下,因宿根苗(再生苗)早生快發(fā),完全可通過自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)來抑制雜草。油菜、紫云英的免耕栽培,在良好的管理下,也可通過自身較旺的生長(zhǎng)來抑制雜草。

6 免耕栽培與施用專用藥物

免耕栽培不需施用專用的藥物,國(guó)內(nèi)外推廣了那么多的免耕,都沒有施用專用藥物。有些人說免耕要施用專用藥物,這是騙人的,是誤導(dǎo)農(nóng)技人員和農(nóng)民。至于說它是有益的土壤調(diào)理劑,各地也應(yīng)嚴(yán)格試驗(yàn)確認(rèn)后才能推廣,它與免耕的成功沒有關(guān)系。如果沒有病、蟲、鼠、草的危害,那么免耕也不必施用防治病、蟲、鼠、草的藥物;如果有上述危害,則應(yīng)選用相應(yīng)的防治藥物。

7 免耕栽培所適合的作物和土壤

國(guó)內(nèi)外實(shí)踐已證明,免耕栽培適合所有植物,包括小麥、玉米、水稻、油菜、棉花、甘蔗、甜菜、辣椒、果樹、林木、草類等。

免耕栽培適合于絕大多數(shù)土壤,但排水不良、透水性差的重粘土免耕種植旱作物,會(huì)使土壤保持水分過多,土溫降低,造成生長(zhǎng)不良。但這些土壤在排開冷浸水后,可免耕種植水稻。如通過使用大量有機(jī)質(zhì)等措施來改變此類土壤的結(jié)構(gòu),并開好排水溝排除漬水,免耕種植旱作物也能成功。

8 免耕栽培與免耕時(shí)間長(zhǎng)短

只要搞好雜草防除等管理,土壤可以長(zhǎng)期免耕下去。其實(shí)農(nóng)作物種植與森林草木一樣,可長(zhǎng)年累月采用免耕,并非隔 2～3年又要翻耕一次。如果做到將前作殘留根系保留在土中和將秸稈覆蓋還田,免耕時(shí)間越久,土壤結(jié)構(gòu)將越好,也更利于作物生長(zhǎng)。我院免耕栽培定位試驗(yàn)已達(dá)30年之久,湖南常德西洞庭農(nóng)場(chǎng)5 730 hm2土地 10多年一直采用免耕,且免耕比傳統(tǒng)耕作總是增產(chǎn)。英國(guó)還有 100多年免耕成功的報(bào)道[4]。

9 免耕栽培的病蟲害變化情況

免耕栽培與傳統(tǒng)耕作方法比較,有些害蟲增加,有些病害減輕,有些病蟲害差別不大。如:花生田免耕后,地老虎增多;而棉花免耕后,立枯病和枯黃萎病減輕,特別是立枯病,僅用免耕措施就可控制,防效可達(dá)98%以上。英國(guó)也報(bào)道,免耕小麥的全蝕病顯著減輕。

雖然有些害蟲增加,但并沒有達(dá)到影響免耕應(yīng)用的程度,有些還很好解決。如水稻免耕二化螟增加,可采用在越冬代快羽化時(shí),將稻田淹水,并用牛拖輥將稻蔸和綠肥壓入水中,這樣就可淹死田中的二化螟。

10 免耕栽培的肥料施用

免耕栽培的化學(xué)氮肥施用方法,有些與傳統(tǒng)耕作不同,有些則基本相同。如水稻采用傳統(tǒng)耕作法栽培時(shí),因稻茬等秸稈翻入泥中,導(dǎo)致生物奪氮,底肥中氮素化肥需施得多,而采用免耕的則不需施那么多,也不能施那么多,因?yàn)椴皇巧钍?易揮發(fā)流失,基肥中的化學(xué)氮肥比例應(yīng)減少,追肥的比例應(yīng)增加,且濕潤(rùn)施用,但總耗氮量免耕往往要少于傳統(tǒng)耕作。原因主要是免耕追肥比重較大,利用率較高。而玉米等旱作采用傳統(tǒng)耕作方法與免耕法栽培的一般都是根據(jù)不同時(shí)期追幾次肥,追肥時(shí)期、追肥次數(shù)、用量等都基本一致。有少量報(bào)道免耕作物易早衰和氮肥用量較多,這是沒有按照免耕栽培的要求施用所致。

免耕栽培所需磷、鉀肥也不比傳統(tǒng)耕作多。因磷肥施入有機(jī)質(zhì)豐富的表層,其有效性還能提高。同時(shí)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐還證明,免耕栽培磷、鉀肥長(zhǎng)期施在表層,并不影響作物的生長(zhǎng)。

免耕栽培的有機(jī)肥施用,旱作大多做蓋種肥,豬牛糞草則可鋪在作物行間,水田則撒施在田面,但需防止隨灌溉水流失。

[1]楊學(xué)明,張曉平,方華軍,等.北美保護(hù)性耕作及對(duì)中國(guó)的意義 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,5(2):335-340.

[2]路 明.我國(guó)沙塵暴發(fā)生成因及其防御策略 [J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,35(4):440-446.

[3]浙江農(nóng)業(yè)大學(xué).耕作學(xué) (南方本)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1984.129.

[4][美 ]菲利普 SH,楊 HN.陳士平 譯.免耕農(nóng) 用制 [M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1983.

[5]鄒應(yīng)斌.國(guó)外作物免耕栽培的研究與應(yīng)用 [J].作物研究,2004,18(3):127-131.

[6]任澤明.湖南水稻免耕直播、免耕拋秧技術(shù)的發(fā)展前景[J].作物研究,2003,17(4):174-175.