中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)對土壤健康的影響

杜 璇

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

0 引言

世界各國對于保護(hù)性耕作有各自的定義，各種定義存在一定的差異，但其出發(fā)點及宗旨是相同的，均倡導(dǎo)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(hù)性耕作技術(shù)是結(jié)合我國的國情，采取機械化作業(yè)的手段，免耕或少耕農(nóng)田，以增加秸稈對地表的覆蓋率，達(dá)到蓄水保墑、增強土壤肥力及抗旱能力的目的，從而緩解風(fēng)蝕、水蝕對土壤的侵襲，減少溫室效應(yīng)和水土流失，在改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的生態(tài)化發(fā)展。我國雖是擁有悠久農(nóng)業(yè)歷史的人口大國和農(nóng)業(yè)大國，但長期以來，農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對土地的養(yǎng)護(hù)普遍不夠重視，過度耕作導(dǎo)致了土壤中的有機質(zhì)含量大大降低，土壤肥力得不到有效保證，耕地質(zhì)量每況愈下[1]。為此，國家高度重視保護(hù)性耕作技術(shù)的研發(fā)和推廣，歷經(jīng)長達(dá)10年的系統(tǒng)性試驗和研究，探索出了一套用于一年一熟地區(qū)的保護(hù)性耕作技術(shù)，該技術(shù)實施的可行性在長期的研究中得到論證。進(jìn)入21世紀(jì)，我國大力推廣中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)，率先在京、津、冀、晉、遼、陜、甘、內(nèi)蒙古共8個?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）建立了保護(hù)性耕作示范區(qū)38個，截至2012年，該技術(shù)推廣應(yīng)用的農(nóng)田面積已突破1億畝，取得了良好的成效，農(nóng)民增產(chǎn)增收，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益的大幅提升[2]。時至今日，在霧霾、沙塵暴、泥石流等環(huán)境問題不斷加劇的狀況下，保護(hù)性耕作技術(shù)更應(yīng)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，因此需要研究保護(hù)性耕作技術(shù)對土壤健康的影響，深入分析該技術(shù)在應(yīng)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(nóng)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展。

1 保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用對土壤健康影響研究

保護(hù)性耕作技術(shù)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(nèi)容。應(yīng)用該技術(shù)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(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)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(fā)的速度，令土壤的蓄水性得以提高，讓生長于土壤中的農(nóng)作物更好地得到水分的滋潤，促進(jìn)其產(chǎn)量提升。水是萬物生長的生命之源，水是農(nóng)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(qū)，不僅年降水量少，而且土壤多以黃土為主，其中沙土占據(jù)一部分。土壤結(jié)構(gòu)的單一加上氣候條件特殊，西北地區(qū)的土壤侵蝕程度嚴(yán)重。對此，可應(yīng)用保護(hù)性耕作技術(shù)來改善土壤條件。以寧夏南部山區(qū)為例，在冬小麥的種植中聯(lián)合應(yīng)用留茬免耕播種技術(shù)與深松技術(shù)，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(qū)的干旱地帶應(yīng)用保護(hù)性耕作技術(shù)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(hù)性耕作技術(shù)中秸稈覆蓋的措施，猶如為地表穿上了一層保護(hù)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(fēng)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(fēng)蝕和水蝕的破壞，還有利于減緩?fù)寥乐兴至魇У乃俣龋岣咄寥赖男钏芰?，為農(nóng)作物根系吸水提供保障，防止水分蒸發(fā)過快造成地表缺水、出現(xiàn)干旱而影響水分供給。而免耕播種技術(shù)的應(yīng)用較傳統(tǒng)耕作方式而言，免耕地塊上的土壤孔隙發(fā)生變化，不僅大小分布更為均勻，而且土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)也得到明顯改善。而孔隙結(jié)構(gòu)決定降雨的入滲，徑流得以延緩，水分蓄積狀況明顯優(yōu)于傳統(tǒng)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(tǒng)的耕作方式相比，免耕聯(lián)合秸稈覆蓋措施的應(yīng)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(xué)者的研究中發(fā)現(xiàn)，保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用于冷寒風(fēng)沙地區(qū)，能預(yù)防和減少沙塵暴的發(fā)生。大量的研究試驗顯示，保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用能減少水土流失，以及土壤中水分和養(yǎng)分的流失，達(dá)到涵養(yǎng)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(jié)構(gòu)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(xì)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(zhì)。當(dāng)秸稈還田后，為土壤微生物提供了能源從而激發(fā)其增殖。而有機物質(zhì)在分解的過程中消長的各種有機或無機營養(yǎng)成分，勢必令土壤微生物區(qū)的組成發(fā)生變化，二者所產(chǎn)生的綜合作用加速了土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，從而更新或補充了土壤肥力。因此土壤中微生物的含量關(guān)系到土壤肥力及生物區(qū)系的指標(biāo)。眾多研究表明，免耕措施的應(yīng)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(shù)的應(yīng)用能讓土壤中活躍微生物量較于傳統(tǒng)耕作方式提升25%以上[5]。而在另外一項研究中，深松耕技術(shù)的應(yīng)用令土壤中活躍微生物量得以顯著提高。保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用增加了土壤中微生物或穴居動物的數(shù)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(chǎn)生更多腐殖質(zhì)，為農(nóng)作物生長提供養(yǎng)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(jìn)農(nóng)作物的健康生長。與傳統(tǒng)的耕作方式相比，保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用能令15 cm深土層內(nèi)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(zhì)含量提高。若連續(xù)施行保護(hù)性耕作技術(shù)，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(zhì)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(fā)生、發(fā)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(zhì)轉(zhuǎn)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(chǎn)生直接影響。保護(hù)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(yǎng)分的生態(tài)循環(huán)，從而令土壤含水量及其表層碳氮養(yǎng)分更高，比傳統(tǒng)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(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)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(tǒng)翻耕技術(shù)高。而深松耕和免耕與傳統(tǒng)翻耕方式相比，土壤蔗糖酶及脲酶活性更高，這在西北旱區(qū)中應(yīng)用不同耕作方式進(jìn)行試驗后得到證實。大量研究數(shù)據(jù)表明，保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用讓土壤酶活性高于傳統(tǒng)翻耕方式，而土壤酶團(tuán)聚體分布規(guī)律因研究區(qū)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(tuán)聚體分布呈現(xiàn)出較復(fù)雜的規(guī)律?？傊?，土壤酶活性越強，表明微生物越活躍，土壤中碳氮物質(zhì)的周轉(zhuǎn)速率越快，能為農(nóng)作物的生長提供養(yǎng)分。而在貧瘠的土壤中，由于養(yǎng)分缺乏，酶活性較低，所以二者是有一定關(guān)聯(lián)的。

2 目前我國保護(hù)性耕作技術(shù)應(yīng)用中存在的不足

2.1 缺乏有針對性的保護(hù)性耕作體系

保護(hù)性耕作技術(shù)在我國推廣至今，雖然技術(shù)上不斷成熟，促進(jìn)了糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢向好，但尚缺乏針對不同地區(qū)的保護(hù)性耕作制度。我國領(lǐng)土廣闊，各地區(qū)的地形地貌不一，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境也存在諸多差異。南方多水田，北方旱作區(qū)較廣，南北在農(nóng)田形態(tài)、生態(tài)條件上均不同，這就需要根據(jù)不同地區(qū)的情況實施有針對性的保護(hù)性耕作制度，但顯然目前尚無有針對性的、適合各地區(qū)特點的保護(hù)性耕作體系，不利于充分發(fā)揮保護(hù)性耕作技術(shù)的優(yōu)勢。

2.2 缺乏配套的技術(shù)

保護(hù)性耕作技術(shù)的實施不僅需要適應(yīng)不同區(qū)域的相應(yīng)耕作體系及輪耕制度，還需要配套的機具才能確保保護(hù)性耕作技術(shù)落到實處。但當(dāng)前對落實保護(hù)性耕作技術(shù)所需配套關(guān)鍵機具的研發(fā)還不夠，且農(nóng)藝技術(shù)配套服務(wù)措施與技術(shù)服務(wù)水平等問題也亟待解決。

3 中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)的發(fā)展策略

3.1 因地制宜建立保護(hù)性耕作技術(shù)體系

我國地廣人稠，雖然領(lǐng)土遼闊，但人均占有面積極為有限，而長期以來的傳統(tǒng)耕作方式對土壤結(jié)構(gòu)、土壤肥力均構(gòu)成破壞，加之近年來過度耕作以及環(huán)境污染，耕地土壤質(zhì)量每況愈下，土地惡化嚴(yán)重，出現(xiàn)程度不一的水土流失現(xiàn)象。因此，需要積極推廣和普及中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)，針對不同地區(qū)的氣候特點、地理特征因地制宜地建立有針對性的保護(hù)性耕作技術(shù)體系。例如，西北地區(qū)黃土高原區(qū)域水土流失位居世界之首，每年流失的土壤數(shù)量以億噸計，為此西北地區(qū)應(yīng)著重研究以涵養(yǎng)水土、減少侵蝕和保持水土為重點的保護(hù)性耕作技術(shù)體系?？傊?，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)區(qū)域存在的關(guān)鍵性問題，研究有針對性的、行之有效的保護(hù)性耕作技術(shù)，并開展相應(yīng)的耕作試驗與研究，最終形成具有區(qū)域特色的保護(hù)性耕作技術(shù)體系，為耕地生態(tài)環(huán)境提供保障的同時促進(jìn)農(nóng)作物的增產(chǎn)增收。

3.2 研發(fā)具中國特色的保護(hù)性耕作技術(shù)配套機具

將中國特色的保護(hù)性耕作技術(shù)落到實處，離不開與之相配套的農(nóng)業(yè)機具。國外農(nóng)機體形龐大，不適合在我國農(nóng)村地區(qū)復(fù)雜的地形地塊中使用，加之價格昂貴，是普通農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)上難以承受的。因此，一方面需要加強與科研機構(gòu)、高校合作，研發(fā)符合我國國情的、具有中國特色的小型農(nóng)機具。另一方面，科研機構(gòu)與農(nóng)機部門應(yīng)發(fā)揮各自的科研與推廣作用，推動科技成果的轉(zhuǎn)化，讓更多適合我國農(nóng)村使用的小型農(nóng)機具走向市場，面向大眾，實現(xiàn)保護(hù)性耕作機具研發(fā)、生產(chǎn)、推廣、銷售、售后一條龍服務(wù)[7]。

3.3 加大扶持力度，激發(fā)農(nóng)民購買、使用農(nóng)機的熱情

各地區(qū)政府應(yīng)積極發(fā)揮其職能和作用，根據(jù)當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)性耕作技術(shù)體系，加大對農(nóng)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(fā)廣大農(nóng)戶購買和使用保護(hù)性耕作機具的熱情。并在保護(hù)性耕作機具生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及機具作業(yè)環(huán)節(jié)實施稅收減免政策和農(nóng)機用油優(yōu)惠政策，以推動保護(hù)性耕作技術(shù)的廣泛應(yīng)用。同時，各地區(qū)需加大對保護(hù)性耕作技術(shù)的宣傳力度，建立相應(yīng)的示范區(qū)，通過示范宣傳吸引和發(fā)動廣大農(nóng)戶踴躍參與形式各異的保護(hù)性耕作技術(shù)培訓(xùn)，使其形成主動自覺使用保護(hù)性耕作技術(shù)的意識，讓保護(hù)性耕作技術(shù)得到全面推廣和大范圍應(yīng)用。此外，還要完善農(nóng)藝技術(shù)配套服務(wù)措施，提升技術(shù)服務(wù)水平，實現(xiàn)農(nóng)機與農(nóng)藝的完美結(jié)合，如配方肥的使用、病蟲害防治、土壤質(zhì)量改善等，讓農(nóng)業(yè)向著現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)方向不斷發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)業(yè)要想實現(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展，就要有長遠(yuǎn)發(fā)展的目光，不能為了追求短期利益而犧牲生態(tài)環(huán)境。中國特色保護(hù)性耕作技術(shù)的應(yīng)用對我國耕地土壤的健康具有積極影響。農(nóng)業(yè)種植應(yīng)積極更新理念和思維，要以現(xiàn)代綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)為發(fā)展目標(biāo)，全面推廣和普及保護(hù)性耕作技術(shù)，為我國農(nóng)業(yè)的健康長期發(fā)展奠定基礎(chǔ)。