甘蔗地保护性耕作技术发展与动态

刘胜利，韦丽娇，李 明，张 龙，张 朋

（1.湛江市麻章区仓龙农业技术服务中心，湛江 524000；2.中国热带农业科学院农业机械研究所，湛江 524091；3.广东省湛江农垦集团公司，湛江 524005；4. 湛江市一兀农业科技有限公司，湛江 524090 ）

0 引言

目前，甘蔗生产大国如巴西、澳大利亚等国家在实现机械化生产后使得甘蔗原材料价格在250～280 元/t，而我国为450～ 550 元/t[1]，我国手工作业的高成本、低效率，使种植户的经济效益大大降低。采用机械化生产是降低甘蔗成本的关键所在，而甘蔗地保护性耕作技术是甘蔗生产全程机械化的关键。目前我国甘蔗立地环境复杂，耕作仍采用传统翻耕方式，甘蔗叶处理基本是就地焚烧，施肥以浅施和手工撒施为主，为了保证甘蔗高产而施用过量化肥，致使土壤酸化、有机质含量低、地力日益衰退，造成化肥越施越多，甘蔗病虫害越来越严重，产量越来越低的恶性循环后果。《国务院关于促进农业机械化和农机工业又好又快发展的意见》提出的目标是“到2020年基本解决甘蔗种植、收获机械化关键技术问题”。为尽快实现以上目标，基于整治立地条件、保护甘蔗地生态、高效利用废弃资源来保育与改良土壤的需求，开展甘蔗地保护性耕作综合技术体系研究工作显得非常迫切和必要。

1 甘蔗地保护性耕作简介

1.1 土壤保护性耕作技术必要性

目前，我们面临着人类需求与自然界和谐相处的问题[2]。因此我们在进行农业生产时应尽量降低对自然生态的破坏。而土壤保护性耕作是目前应用最为广泛的技术之一，土壤耕作是对土壤进行物理操纵，以改善土壤对作物生长的条件[3]。保护性耕作是指通过少耕、免耕、地表微地形改造技术及地表覆盖、合理种植等综合配套措施,减少土壤有机碳含量及其矿化损失[4]，从而减少农田土壤侵蚀,保护农田生态环境,并获得生态效益、经济效益及社会效益协调发展的可持续农业技术[4，5]。随着农业生产规模的扩大、农民经济实力的增强和动力功率的提高，机械化耕整地技术特别是高效联合的机械化技术已成为世界上应用最广、效果最好、关注度最高的农业技术之一，同时它还能较好地解决土地资源保护与利用以及农业生产与生态环境保护之间的矛盾。机械化耕整地技术目前已成为多数国家推广现代化可持续发展农业模式的主导性技术[6]。

1.2 甘蔗地保护性耕作技术

甘蔗地耕作工序主要包括深松、耙地、旋耕、开沟等[6]，结合耕作工序将我国甘蔗地保护性耕作技术主要分为三个方面：甘蔗地深松技术、甘蔗地废弃物粉碎还田技术、甘蔗地深施肥技术。

2 甘蔗地深松技术

2.1 深松技术的必要性

深松是指在不把土层翻乱条件下，逐步加深耕作层，使生土熟化，耕作层增厚，从而改变土壤理化结构；同时耕作层加深提高了蓄水量，起到了保水作用；深松切断了毛细管，阻挡了毛细管内水向土表移动而被蒸发的情况发生。因此，深松可提高耕作层土壤的蓄水量和土壤的保水抗旱能力，从而提高甘蔗的单位产量。深耕深松对于易出现季节性干旱的地区，是很好的防旱技术[7]。

从甘蔗的生长发育、产量、产糖量以及经济效益来看，在甘蔗栽培中，采用纵横深松耕作的方式来进行保护性耕作的效果要明显好于单向深松作业和常规犁耕松土[8]。因此，采用纵横深松耕作方式种植甘蔗，可以提高甘蔗产量和经济效益。

2.2 深松技术的意义

甘蔗地机械深松技术对于改良土壤理化性结构、疏松耕作层面、消除杂草以及减少地下病虫害效果显著[9]，同时显著提高土壤含水量，提高甘蔗出苗率和分蘖率，促进甘蔗根系发达，加快生长速度，从而提高甘蔗产收率[10]。

采用机械进行耕作，其耕作层为35～45 cm，而且土层疏松，密度比耕前减少0.3 g/cm3左右，同时固相、液相、气相比例均衡持久，还能促进土壤中的水、肥、氧气、热量相互协调。而牛耕或人畜耕作的耕作层，一般只有13～17 cm，这一深度不仅限制了甘蔗根系的营养吸收，而且易造成雨后土壤板结，使根系难以深扎，抗旱性和抗倒伏性弱，影响了甘蔗单位产量的提高[7]。

2.3 深松技术发展现状

目前，国外发达国家整地均已采用大型拖拉机配套深松机、大型旋耕机进行深松作业，深松深度达50～60 cm。我国推出的1LH-438型深耕犁、1L-340型深耕犁、ZSL-2B深松器、1SL-160型深松机一般耕深为40 cm，基本满足应用需求，但在结构、能耗、使用寿命等指标上还有较大提升空间[11]。基于我国热带地区土壤比阻和粘性较大的特点，中国热带农业科学院农业机械研究所研制的深松旋耕联合作业机，作业后可有效改善土壤深层组织疏松度，在华南九省区得到了推广应用，见图1。

图1 深松旋耕机及作业效果图Fig.1 Deep loosening rotary cultivator and work effect

联合作业是一项高效、节能的机械化技术，其经济效益、社会效益、生态效益显著，已成为国内外耕作机具的发展方向。目前，我国土壤耕作、深松所用的各种机具也正朝着联合作业方向发展，同时重点研究甘蔗地机械深松旋耕联合整地技术，将旋耕和深松作业结合，在一次作业过程中完成2项作业，并在土壤深层形成类似松土铲尖布局的许多暗沟，在干旱时蓄水保墒，洪涝时排水抗涝，改良土壤的结构和渗水、透气性，有利于作物根系的生长发育，达到增产增收的效果[12]。

3 甘蔗地废弃物粉碎还田技术

3.1 甘蔗地废弃物粉碎还田必要性

目前我国甘蔗种植面积仅次于巴西和印度，在世界排第三位。每年遗弃在蔗田中的蔗叶、蔗梢约1 873.8 万t[13]。这些蔗叶、蔗梢遗留在蔗田中会影响蔗田的后续作业（如破垄、耕翻、甘蔗苗期的培土作业），现在大多采用就地焚烧或腐烂方式解决[14]，如不加以利用，将造成大量的资源浪费和生态环境污染。二十一世纪我们面临的最大挑战是满足社会日益增长的粮食需求，同时减少农业对环境的危害[15]。随着甘蔗种植规模的不断扩大，解决好由其带来的废弃物利用问题已迫在眉睫，也是实现我国可持续发展的重要措施。

甘蔗废弃物含有丰富的氮、磷、钾、镁、钙等多种甘蔗生长必需的矿物元素，将蔗叶粉碎还田后，能使蔗叶中的多种养分和有机质回归土壤，可有效地改善土壤的结构和理化性状，增加各种养分含量，达到节肥的目标，并可改善土壤的生物环境和土壤结构，提高土壤自身调节水、肥、湿、气的能力，对甘蔗长年连作的可持续稳定增产具有非常重要的意义[16]。

3.2 甘蔗地废弃物机械化还田发展现状

目前，我国的甘蔗收获以后，大量蔗根残留于田中，给农民清理蔗根带来负担，同时也影响后续正常作业。蔗根粉碎还田后将有利于次季土地耕整、种植、施肥培土等一系列工序，提高蔗农劳动效率，以及增加甘蔗单位产量[17]。因此甘蔗根茬粉碎还田机的研制，对甘蔗地保护性耕作具有重要意义。近年来国内针对甘蔗起垄种植特点和甘蔗叶特性研制了不少甘蔗叶粉碎还田专用机具，如1GYF-120型粉碎还田机、4F-1.8型粉碎还田机等，均以轮式拖拉机配套动力，三点后悬挂于拖拉机上，利用拖拉机动力输出轴驱动机具动刀作高速运转而就地完成粉碎还田作业[18]。其中，中国热带农业科学院农业机械研究所和广东广垦机械有限公司研发的甘蔗根茬粉碎还田机，粉碎作业效果良好，并已进行大面积推广使用[19,20]，具体机型及作业效果见图2。

图2 蔗叶粉碎还田机及作业效果图Fig.2 Sugarcane leaves returning crushing machine and operation effect

4 甘蔗地深施肥技术

4.1 甘蔗地深施肥必要性

对甘蔗地深施肥培土作业可使甘蔗地土壤松碎透气，提高土壤蓄水保水能力，改善土壤土质，控制甘蔗多余的分蘖，去除杂草，增加养分，为甘蔗生长创造良好的条件[21]。

4.2 甘蔗地机械化深施肥技术的意义

目前，甘蔗地在施肥培土耕作方面仍处于半机械化水平，用工量多、劳动强度大、效率低、成本高[1]。同时施肥深度浅，施肥定位不精准，甚至有的未能撒施到沟里，造成肥料外露，降低了肥料的利用率。

机械作业无论是在管理成本方面，还是生产效率方面，效果都比人工作业佳[22]。应用机械技术进行施肥培土作业能提高甘蔗养分利用率，增加单位产量，节约用工成本，比人工种植模式和畜力结合种植模式在出苗、分蘖、生长速度方面具有更好的促进作用，经济效益更加显著[23]。发展甘蔗地机械化耕作特别是研发甘蔗一体化施肥培土机械已是产业发展的迫切需求，多功能一体化机械对推进甘蔗保护性耕作具有重要的意义。

4.3 甘蔗地深施肥技术现状

目前，从施肥和施肥成分来看，世界上先进国家实行“测土施肥、合理施肥、均衡施肥”，机械化施肥正向精密、定位施肥方向发展，向提高化肥有效利用率即深施技术方向发展，以及向自动控制和机电一体化方向发展。

我国甘蔗主产区的种植零星、分散、面积小，种植的土壤类型主要为水旱田、旱坡地等，导致大型农业机械难以适应[24]，同时大型农业机械挂靠的重型拖拉机的使用对农田土壤也会产生很大的影响，破坏土壤物理性结构。因此，依靠引进国外技术和设备，难以适应我国的自然条件和管理水平，是不切合实际的。应根据我国甘蔗生产特点，研制适合我国国情的甘蔗施肥培土机具，突出解决机具的可靠性和实用性。中国热带农业科学院农业机械研究所研制的甘蔗叶深埋还田机，通过深埋的方式将粉碎后的甘蔗叶还田，以期达到快速腐解、调整土壤结构和减少化肥使用量的多重目的，作业机具和作业效果见图3。中国热带农业科学院农业机械研究所和广西贵港市西江机械有限公司合作开发的3ZSP-2 型中型多功能甘蔗施肥培土机，能一次性完成旋耕除草、开沟、施肥、培土等作业，适应热带地区土壤条件，尤其适用于甘蔗中耕管理作业[25]；柳州汉森公司开发的1KFW-3开沟施肥机，可一次性开2～3条植沟，并同时完成施基肥、覆土的工序，避免了种芽与基肥的直接接触而受伤；3ZP-2X0.4系列甘蔗深松施肥培土机，适用于砂质土壤甘蔗小苗培土等工序[26]。

图3 蔗叶深埋还田机及作业效果图Fig.3 Sugarcane leaves deep counters-field renderings and operation effect

5 我国发展甘蔗地保护性耕作的对策及建议

当前，全球人口持续增长，到本世纪中，人口数量将稳定在90亿[27]，以及全球气候变暖对主要粮食产量的影响[28]，因此可持续发展已成为当今世界重要话题。联合国粮食及农业组织指出, 保护性耕作将成为新的绿色革命的主要技术之一。在我国,目前主要处于机械（或畜力）开沟、人工摆种作业阶段，尽管有一些自主研发和进口的种植机型在推广使用，但与国内整体农艺的衔接还不是很完善，适应性不强。我国应从种植机械化起步，开发适合中国国情的甘蔗地保护性耕作机械。

5.1 推进甘蔗地保护性耕作技术的创新

推进甘蔗地保护性耕作技术的创新，要结合我国当前的基本国情。目前我国甘蔗地种植较为分散，以小户型种植为主，因此，发展小型耕作农机是现阶段的最好选择，成本低，操作方便，适用于小户型耕作，同时要进一步发展综合性耕作农机，节约成本，提高效率。

5.2 利用政策扶持，把握发展方向

近年来，国家不断加大对农业扶持力度，并出台一系列文件，还专门制定了针对保护性耕作的政策《保护性耕作工程建设规划（2009—2015年）》，特别是中共中央、国务院印发的《关于全面深化农村改革加快推进农业现代化的若干意见》，进一步凸显了农业在现阶段国家发展中的地位。应充分利用政策的扶持，以市场为导向，同时引入民间资本，做好甘蔗地保护性耕作机械的推广使用，从而达到高产、高效、节能、环保的目的。

5.3 引进发达国家农机技术

目前，我国旋耕技术在速度以及刀片刚度方面仍然存在很多不足之处，使得作业效果达不到理想要求，同时效率低，成本高。深耕机械方面也很难达到对土壤的深度要求。

相比较而言，国外农机技术起步早，发展成熟，我国可以通过引进国外的先进产品，消化吸收先进技术，研发适合我国发展现状的产品，这样可以缩短产品研发周期，也能缩小我国与发达国家之间农机水平的差距。

5.4 农机与农艺结合

随着越来越多的农村人口进入城市，我国农村人口逐渐减少，这将导致人均耕地有所增长。面对新形势下的格局，农业机械将在近些年急剧增长，这将有助于农机与农艺的相互结合和实现优质、高产、高效农业目标。

要搞好农机与农艺的结合，在传统农业向现代化农业转变过程中，必须遵循以下几个原则：一是尽可能做到农业制度区域化、最优化和规范化；二是要因地制宜，以便于机械作业为目的，确定耕作制度；三是农机设计要注意一机多用、机动灵活、可靠性和耐用性强，以适应农业生产的季节性、多样性和恶劣的工作条件；四是政府部门必须加强组织与协调，从实际出发，着眼于经济效果的分析和节本增效。就我国现阶段发展情况来看，提高农机补助比例，建立甘蔗地保护性耕作示范基地，对农户进行必要的技术性培训，让农民真正了解到甘蔗地保护性耕作带来的好处已成为当务之急。

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