保护性耕作技术研究现状及展望*

尚小龙，曹建斌，王艳，杨炳南，李道义，王辉

(中国农业机械化科学研究院，北京市，100083)

0 引言

保护性耕作又被称为保护性生产或者免耕法生产，属于作物生产系统及其管理系统的重要组成部分。保护性耕作尽量减少农田耕整作业的频次和强度，从而降低土壤扰动，保持土壤表层作物残留物，减少土壤扬尘，改善土壤健康[1-3]。与传统的耕作方法相比较，推广应用保护性耕作技术体系能够降低农业土壤CO2、N2O等温室气体和水蒸气的排放量，减少土壤侵蚀径流并限制侵蚀程度[4-6]。对于农业生产来说，采用保护性耕作技术能够减少农机装备的下田作业次数，降低燃料、劳动力、水肥等生产资料投入以及机械对农田土壤的碾压，直接或间接形成一系列环境效益和经济效益，促进农业生产系统的可持续发展[7-9]。

保护性耕作的实质是利用农作物的秸秆、残茬覆盖土壤表层，或者休耕期间在农田种植特定植被，并有效利用天然降水，以减少水土流失、风蚀、地表水分蒸发，保护农田土壤，提高劳动生产率，达到增产、节本、提质、降耗等目的[10]。从社会角度分析，通常农田水土流失程度与当地经济水平、自然因素和农业状况呈负相关的关系，即农民越贫困、自然环境越差、农业状况越糟糕，该地区水土流失通常也就越严重。因此，对于中国这样人多地少、干旱缺水的农业生产条件，尤其是在农业欠发达地区推广保护性耕作意义非常重大[11-12]。

本文从中国农业生产实际需求出发，介绍了国内外保护性耕作研究进展情况，并对其关键技术和设施装备等方面进行说明，以促进保护性耕作技术体系在中国普及推广，实现现代农业可持续发展的需求。

1 保护性耕作发展现状

1.1 国外发展现状

保护性耕作是人类在长期农业活动中逐渐形成的生产观念，其目的是恢复和保持土壤有机质含量，实现农作物的可持续生产。19世纪60年代，美国政府支持向西部大草原拓荒，把未开垦土地改造成农田，结果是过度开荒放牧导致土壤沙化。到了20世纪30～40年代，美国推广农业机械化，运用大马力拖拉机、宽幅重型农机装备开展多频次、大面积耕整土地，最终导致土壤严重退化，沙尘暴频繁发生。尤其是1935年的黑风暴，造成大约3亿t耕地表层的肥沃黑土流失到大西洋，16万农民逃离西部地区，美国粮食减产一半以上[13]。此后，美国开始重视保护性耕作，根据2012年调查数据，大约0.7×109hm2的美国农田实行了免耕或者保护性耕作，占美国农田总面积的62%[14]。美国还非常重视耕作技术与水土保持之间内在联系的研究，美国农业部耕作系统与水质研究所(USDA-ARS Cropping Systems and Water Quality Research Unit)根据1993—2012年统计数据，采用基于过程的土壤碳平衡模型(CQESTR model)评估和预测了北达科他州从2013—2032年的耕地管理方法、作物生产模式和气候变化对土壤有机质变化的影响。结果表明：采用轮作模式农田土壤中，有机碳的流失量非常轻微[15]。密歇根州立大学研究了玉米—棉花/玉米—大豆生产模式中，冬季黑麦草覆盖加休耕的模式与土壤中氮肥梯度之间的耦合作用关系。结果表明：在气候条件变化较大的情况下，在冬季黑麦草覆盖的农田地块的玉米产量不会降低。黑麦草覆盖对于土壤有机碳的直接影响很小，但它是一种有效的氮肥管理工具，对玉米产量没有影响[16]。

俄罗斯主要农业区位于北纬50°～53°之间的顿河流域、伏尔加流域和西伯利亚地区，干旱、水蚀和风蚀是当地农业生产的主要威胁，因此采用了马尔采夫无壁犁与加拿大抗旱留茬耕作法相结合的生产模式，地表保留多达80%以上根茬覆盖，实际应用效果较好[17]。苏联解体后，西伯利亚西部谷物带旱地小麦生产日趋扩大，导致欧亚谷物带的亚洲南部水分胁迫条件下的作物生产面临挑战。德国的奥斯纳布鲁克应用技术大学开展了西伯利亚地区小麦常规耕作与免耕的完全析因对比田间试验。结果表明：在西伯利亚西部、南部地区两个较往年更加湿冷的种植期中，保护性耕作的土壤蓄水量显著增加，对春小麦产量和籽粒品质也没有不利影响，因此保护性耕作可以成功地用于西伯利亚旱地种植[18]。

南美洲的巴西是农牧业大国，以热带气候为主，水热充沛，农田牧场裸露土壤中的水分易挥发，降雨易形成地面径流，导致水土流失，因此种植覆盖作物或者采用秸秆残茬覆盖可以促进可持续发展。推进农田土壤保护性耕作的主要困难是如何实现营养元素循环，并确保经济可承受性[19]。巴西圣卡塔琳娜州联邦大学建立了描述土壤地表径流的时间变异性及相关沉积物产生过程的模型来研究土壤侵蚀过程，使用多重分形和联合多重分形技术量化水土流失的时间尺度关系[20]。巴西蓬塔格罗萨州立大学分析了大豆种植土壤中微量元素流失问题，在已经退化沙壤土上施用磷肥以促进土壤磷含量，并通过改善土壤覆盖提高大豆产量，试验认为在覆盖作物上施用磷肥比在犁沟里施用的效果更好[21]。

亚洲的孟加拉国沿海地区的现代农业生产技术应用较少，土壤肥沃但盐碱化程度较重、水灾风灾频繁，是世界上台风灾害最多的地区，以上因素造成农作物生产周期中遭受反复损失。由于土壤湿度高达30%以上，常规保护性耕作措施难以在当地农田使用。因此，保护性耕作技术和装备在孟加拉国的使用规模有限，主要处在示范推广阶段。孟加拉国农业大学对该国夏瓦普达、亚奥诺查尔、诺卡哈里等地农户旱季种植的大豆进行了少耕播种与常规耕作播种的对比试验，结果表明首先用拖拉机进行浅耕以晾干土壤中多余水分，再利用免耕播种机进行播种的模式最为适宜。与传统播种方法相比，这种方法的燃料和成本分别节约了40%和35%[22-23]。

南亚的印度河—恒河平原河流密布，土地肥沃，但是受全球气候变化影响，正面临着土壤质量恶化、地下水减少、能源短缺和农场盈利能力下降等方面的挑战。印度农业研究委员会调查研究了谷物保护性生产体系下水稻—小麦轮作/玉米—小麦轮作的能源、水分和经济盈利能力的影响因素。结果表明：在保护性耕作系统中，覆盖残留物在总能量输入中贡献最大；而传统耕作系统中，肥料施用在总能量输入中贡献最大。基于保护性耕作的谷物净能量和能量衰减均优于水稻—小麦传统耕作方法[24]。

非洲是对全球温室气体排放贡献最小的大洲，非常容易受到气候变化的影响。土壤侵蚀不仅导致平均气温上升和降雨模式改变，还使包括干旱、高温和洪水的发生频次和严重程度也呈上升趋势。根据估算，保护性农业对非洲固碳量的贡献达到每年1.43×108t，折合每年减排5.24×108t的CO2[25]。肯尼亚西部酸性风化土壤的保护性耕作试验表明，减少耕作和残茬覆盖可能会增加土壤团聚，从而降低磷吸收潜力[26]。撒哈拉以南非洲的小型农场在保护性农业下推广的商业家庭花园与高效用水技术，有可能为非洲的可持续农业发展做出贡献。美国国际开发署资助的一个在埃塞俄比亚、坦桑尼亚和加纳进行了蔬菜家庭菜园试验项目，结果表明：在埃塞俄比亚和加纳，保护性耕作处理下的蔬菜产量显著增加，但在坦桑尼亚，由于虫害和氮胁迫相关的香蕉叶覆盖，保护性耕作处理下的蔬菜产量较低。类似地，埃塞俄比亚在保护性耕作下使用的灌溉用水显著减少[27]。

1.2 国内发展现状

20世纪60年代初，我国在吸收美国、加拿大、澳大利亚等国水土保持经验基础上，引进了保护性耕作技术，并在黑龙江农场开展小麦免耕种植试验示范。经过多年发展，我国保护性耕作技术在理论研究和示范推广方面取得了较大进展，初步形成了具有中国不同地域特色的保护性耕作技术体系。

1.2.1 寒带地区保护性耕作现状

河北农业大学刘玉华项目组，以晚熟莜麦为对象，研究了免耕、松耕和翻耕三种耕作方式对中国张北地区高寒砂质栗钙土耕层的含水率和水分利用率影响。结果表明：耕作方式的差异对作物耗水强度的影响不显著，但是采用免耕可以在莜麦苗期提高土壤耕层含水率；农作物水分利用效率方面，翻耕和深松的耕作效果明显高于免耕；而土壤容重方面则是是免耕最高而翻耕最低。综合评估认为，深松耕作是张北寒区兼顾生态环境保护及农田稳产增收的有效技术措施[28-29]。

青海省农牧机械推广站李全宇项目组，以油菜为对象，研究了常规耕翻、秸秆还田免耕、免耕旋播和留茬免耕共4种耕作措施对高寒地区油菜品质和土壤物理性状的影响。结果表明：保护性耕作方式下，早熟甘蓝型春油菜的生物量较常规耕作显著下降；三种保护性耕作措施与常规耕作相比，均可显著提高春油菜地上生物量，尤其是留茬免耕的增产效果最明显[30]。

甘肃农业大学张仁陟项目组，研究了陇中半干旱区的小麦—豌豆—小麦体系下的免耕、传统耕作加秸秆还田、免耕加秸秆覆盖3种保护性耕作措施对土壤容重和土壤养分的影响。结果表明：采用保护性耕作措施可显著提高农田浅层土壤有机碳、氮、磷、钾的含量，其中免耕加秸秆覆盖土壤的有机碳含量与传统耕作+秸秆还田差不多，其他指标则明显优于传统耕作+秸秆还田和免耕。综合来看，免耕加秸秆覆盖耕作方式是较优的[31]。

1.2.2 温带地区保护性耕作现状

西北农林科技大学李军项目组，以“豫玉22”春玉米为对象，研究了渭北旱塬保护性耕作模式下土壤蓄水保墒效果和作物增产增收效应。结果表明：采用冬闲期免耕/深松或者连续免耕等模式，比连续翻耕土层的土壤蓄水效率有明显提高。其中，平水年免耕/深松的蓄水效率要比连续免耕的更高，但枯水年三者的差异不显著。冬闲期采用深松/翻耕或者连续免耕方式，其土壤蓄水量、玉米产量和水分利用效率均优于传统连续翻耕。因此，免耕/深松的作业模式对于提高土壤蓄水保墒能力和作物增产效果是较优的[32]。

1.2.3 亚热带地区作现状

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所苏永中项目组，研究了亚热带红壤丘岗坡耕地的红壤坡耕地复式保护性耕作效应。结果表明：与常规耕作比较，耕层有机质含量和含水量明显提高，泥沙流失量和年侵蚀量下降，玉米和油菜大幅增产，投入产出比由1.57上升为2.59，投入回报率提高了65%[33]。

广西大学胡钧铭项目组，研究了在稻田粉垄翻耕条件下，与不施肥、常规施化肥、化肥与紫云英绿肥压青、化肥与双倍紫云英绿肥压青对稻田土壤温室气体排放的影响。结果表明：粉垄保护性耕作与绿肥压青相结合的耕作方式能有效农业温室气体排放，对CO2和N2O减排有影响显著，稻田中CH4排放量则与绿肥压青量相关[34]。

1.2.4 热带地区保护性耕作现状

海南大学唐树梅项目组及中国农业科学院农业资源与农业区划研究所徐爱国项目组，研究了海南岛热带农田表层土壤的有机碳变化规律。结果表明：1980—2000年期间，海南岛表层土壤的有机碳含量总体呈下降趋势，土壤低碳含量区分布范围逐渐增大，变化主要影响因素是降水量、土壤初始有机碳含量及耕作方式等[35]。耕作方式方面，海南岛土壤有机质含量下降的主要原因是水稻连作模式改为稻菜轮作、传统林地开垦为菜园、土地利用强度加大等[36]。

海南大学何应对项目组，研究了深耕、免耕、免耕覆盖秸秆等耕作方式对香蕉生长全周期园中土壤微量元素的含量变化。结果表明：免耕与秸秆覆盖相结合农艺方式处理的农田土壤，有效铜锌和交换性钙镁含量明显高于深耕和免耕；有效态硫含量随香蕉生长呈逐步降低，保护性耕作更适合香蕉园土壤微量元素的积累[37]。

1.3 存在问题

至2018年，我国保护性耕作推广应用面积超过7.3×107hm2，但是受地理条件限制和社会发展因素影响，从资源来看，我国耕地资源有限、结构不好、后备不足的问题长期存在；从耕地质量的影响因素看，环境恶化、水体污染、退化持续的现状仍然存在；从耕地利用现状看，功能退化、增产乏力、污染严重的趋势改观尚不明显，而这些因素的叠加，也使得农业生产对保护性耕作模式的依赖程度不断增强，但是构建适合中国国情的保护性耕作技术体系仍存在许多困难。

一是我国农村耕地面积逐年减少，农业生产对保护性耕作依赖程度越来越大。2017年年末，全国耕地面积为1.349×109hm2[38]，与2017年相比净减少6.09×105hm2。此外，党和国家的供给侧结构性改革和退耕还林等政策的实施，部分差质耕地或是退耕还林，或是改成园艺花卉种植，也间接减少了农田土地面积。

二是耕地土壤肥力偏低。土壤肥力是反应土壤肥沃程度、确定土地可耕作性的重要指标，健康肥沃的土壤对于环境保护和农业可持续发展至关重要。目前，我国农田基础地力对粮食生产的贡献率仅为50%～60%，比欧美等发达国家低20%；农田耕层土壤有机质平均含量为24.65 g/kg，且呈下降趋势。此外，我国棕壤的有机质含量平均比欧洲农田土壤低1.5%～2.0%，褐土低1.0%，黑钙土低5.0%[39]。

三是耕地土壤退化严重。我国传统耕作方法过度压榨地力，造成多数地区土壤耕作层厚度变薄。土壤的透水透气性变差，保水保肥能力显著降低，严重阻碍了土壤绿色可持续修复能力的提升[40]。2018年我国水土流失面积273.69×105km2，其中的中轻度侵蚀占比高达78.7%，黄土高原、东北黑土区、长江经济带、石漠化水土等地区农田土壤保护压力巨大[41]。

四是耕地污染严峻。我国耕地土壤环境质量堪忧，受重金属污染的农田面积2×107hm2，受污染粮食产量1.2×107t，造成的年经济损失2×1010元[42-43]。与此同时，由于农药化肥的大量使用，土壤重金属污染进一步加剧，地膜残膜、农业用水污染、工业废水偷排等也都加剧了污染形势。相比之下，我国土壤重金属污染修复技术虽然已经引起广泛重视，但目前还未得到全面应用[44-45]。

2 保护性耕作关键技术与装备

2.1 保护性耕作关键技术

与传统耕作方式相比，保护性耕作的最大差别在于减少了对农机装备对土壤耕层的不合理扰动和秸秆离田方式，因此免耕播种和秸秆还田覆盖技术是保护性耕作技术体系的核心。优于农作物的生长模型各不相同，只有在已知农作物种类、土壤类型、气候条件和耕作方式前提下，才能对保护性耕作下精确定义。

2.1.1 秸秆还田技术

传统上，农民通常会将农作物秸秆做离田处理，作为家用生物燃料或为造纸、发电等提供工业原料。随着清洁能源的普及以及秸秆收储价格的降低，农民回收秸秆的意愿普遍降低。目前，工业用秸秆不足秸秆总量的8%，收获后就地焚烧成为很长一段时期农民的主要选择，但焚烧会使空气中烟尘、PM2.5等颗粒物数量急剧升高，直接导致大气污染。为此，我国2016年1月1日起施行《大气污染防治法》，进一步加强了秸秆焚烧行为的处罚力度，但根据生态环保部2018年的监测数据显示，焚烧问题依然严重[46]。

与焚烧相比，秸秆还田可以增加土壤团粒结构，腐解释放的养分可以代替化肥，从而减少化学物质的使用量。通过秸秆覆盖，也能有效减少因裸露地遭受水蚀风蚀引起的耕作层土壤流失和沙尘暴、扬沙等环境污染问题。研究显示，近年来我国实行秸秆还田利用的大部分地区，土壤有机质含量都有所增加[47]。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所逄焕成项目组，研究了被粉碎的秸秆颗粒对黑土亚表层土壤微生物群落结构的影响效应。结果表明：秸秆处理能够显著提高土壤总磷脂脂肪酸含量和真菌摩尔百分数，还田初期的秸秆还能显著提高真菌含量，利于长期维持生态系统稳定性。因此，秸秆还田可显著改变土壤理化因子水平[48]。

沈阳农业大学邹洪涛项目组，以辽宁省凌源市半干旱地区褐土为对象，研究了玉米秸秆深还田对土壤团聚体结构以及有机碳和作物产量的影响。结果表明：秸秆还田可以降低耕层土壤容重；提升土壤团聚体稳定性，增加土壤团聚体碳含量，促进土壤质量和玉米产量的提高[49]。

东北农业大学龚振平项目组，以松嫩平原玉米连作黑土地为对象，研究了玉米秸秆还田量与磷肥使用量对土壤磷吸附与解吸特性的影响。结果表明：玉米秸秆还田量与磷肥施用量显著影响黑土壤对磷的吸附与解吸特性。在相同农艺条件下，随着磷肥施用量的增加，土壤对磷的吸附能力均逐渐降低，而土壤中磷的解吸量和解吸率均逐渐增加[50]。

中国农业大学张海林项目组，研究了双季稻田的土壤团聚体稳定性及碳、氮含量对耕作方式的响应，结果表明：长期秸秆还田能够显著增加土层大团聚体比重，采取免耕与秸秆还田组合的耕作方式能够改善土壤中的碳、氮含量，促进土壤大团聚体形成和稳定，对改善稻田耕层土壤团聚体稳定性具有显著效果[51]。

宁夏大学侯贤清项目组，以宁夏扬黄灌区干旱沙壤土为对象，研究了秸秆还田与氮肥组合方式对土壤性状与玉米水分利用效率的影响。结果表明：秸秆还田与氮肥施用相结合的方式，可以有效改善土壤的物理性质、增强土壤的蓄水保墒能力，显著提高土壤肥力。与传统耕作方式相比较，玉米籽粒产量提高33.9%，水分利用效率提高26.2%[52]。

2.1.2 免耕播种技术

传统铧式犁翻耕作业，翻耕时由于拖拉机碾压会使土壤团粒结构遭到破坏，会导致犁底层的形成和增厚；翻后细碎土壤裸露地表，风蚀、水蚀加剧，耕层土壤流失严重，作物容易失墒。免耕播种技术减少了作业环节或者采用复式作业，由于耕作工序少，减少了机具的多机种、多工序作业对土壤结构造成的破坏，同时也降低了作业成本。随着免耕播种机技术的不断进步，目前已经研制出了可以实现种子和化肥分层施用的相关装备。

中国农业大学王庆杰项目组，研究了华北平原小麦—玉米两熟区的小麦免耕播种问题，针对在玉米秸秆覆盖的农田地表容易造成播种机构秸秆堵塞、麦种架空、晾籽等问题，研发出一种先播种后覆盖秸秆的小麦播种机，通过旋耕刀片正转抛土形成土壤、秸秆的有序覆盖，可一次完成旋耕、均匀撒播、覆土、覆盖秸秆、镇压等作业，机具播种后秸秆覆盖量达到作业前秸秆覆盖量的80%[53]。

华中农业大学廖庆喜项目组，研究了长江中下游地区油菜土壤的保护性耕作问题，针对油菜播种耕作阻力大、土壤含水率高等问题，采用微分几何理论并结合EDEM仿真方法分析了触土曲面牵引阻力和曲面参数，确定了触土曲面主要结构参数范围。结果表明：犁曲面的结构参数一定时，导曲线为抛物线型的开畦沟前犁和船式开沟犁表现出较好的减阻特性[54]。

中国农业大学何进、李洪文项目组，针对华北平原一年两熟制的玉米秸秆覆盖土壤的小麦少免耕播种机易堵塞问题，研发出一种条带式旋切后抛防堵装置，与传统旋耕刀相比，在通过性能基本一致的情况下，机具功耗下降13.83%、土壤扰动减少37.5%，总体性能满足免耕施肥播种机国标要求[55]。

东北农业大学陈海涛项目组，针对目前秸秆回收机与免耕播种机均只能实现单一功能的问题，设计出免耕播种与秸秆回收同步作业的复式作业装置，通过综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素，并分析了清秸装置侧向抛出秸秆的空间运动轨迹，试验结果显示秸秆回收率达到91.21%[56]。

山东省农业机械科学研究院方会敏项目组，研究了解决麦茬地作业的免耕播种机拥堵塞问题，设计了一种阿基米德螺线型防堵机构，可引导秸秆层叠堆积，减少局部集中造成的堵塞。结果表明：播种过程中新型防堵机构作业顺畅，未发生中、重度堵塞及晾籽，秸秆清除率最高达到92.6%[57]。

2.2 保护性耕作设备配套情况

2.2.1 旱田保护性耕作设备配套情况

我国的干旱及半干旱耕地面积约占全国耕地总面积的52.5%，遍及北方16个省市区[58]。中国西北地区普遍属于干旱、半干旱地区，气候寒冷、土壤贫瘠、近30年来平均土壤风蚀量高达160.1亿t[59]；华北灌溉农业区虽然气候水土较好，但是存在地下水超采、秸秆焚烧情况严重等问题，尤其农业开采量占华北平原地下水总开采量65%以上[60]。在解决上述问题方面，保护性耕作有着独特优势，特别适合土壤侵蚀严重、干旱缺水、资源消耗大的小麦、玉米和豆类农业生产区域。

从小麦、玉米等主粮作物生产实践来看，保护性耕作体系的主要支撑技术包括秸秆覆盖、免耕少耕、种肥同施、病虫草害防治、深松及表土处理等技术。一般来说，小麦、玉米的保护性耕作技术流程是：作物收获—秸秆还田—深松(选择性处理)—表土作业—休闲—免耕施肥播种—杂草控制—田间管理—作物收获。传统的旱田耕作技术体系与保护性耕作技术体系的差异如表1所示，可以看出能保护性耕作可以减少工序次数，降低装备数量。旱田保护性耕作不仅能够保持水土，还能取得较好经济效益。例如，根据2010—2012年河北地区小麦—玉米一年两熟区实测结果[61]，保护性耕作的土壤深松面积750 khm2，保护性耕作技术面积1 227 khm2，可获经济效益24.28亿元，平均每年经济效益约409元/hm2。

表1 传统旱田耕作体系与免耕耕作体系对比Tab. 1 Comparison between conventional farming systems and no-till farming systems in dry land

2.2.2 水田保护性耕作设备配套情况

水田保护性耕作以水稻种植为代表，种植模式主要有水—旱轮作如水稻—油菜轮作、水—水轮作如小麦—水稻—水稻轮作等。水田保护性耕作的主要技术有免耕少耕、机械化埋茬起浆整地、机械化旱种水管以及高效低毒植保技术等。由于不同地区种植方式、耕作习惯不同，耕作农艺和农机装备也没有统一的标准。实践中，水田保护性耕作主要有机械化插秧(或移栽)和机械化直播两种常见模式。以水稻为例，水田的旋耕耕作体系与免耕耕作体系的差异如表2所示。

表2 传统水田(水稻)旋耕耕作体系与免耕耕作体系对比Tab. 2 Comparison between traditional rotary tillage system and no-till tillage system in rice field

水稻保护性耕作的机械化插秧作业首先是在秋季采用留高茬方式收割前茬作物，次年春季运用水田埋茬起浆整地机作业，然后利用同步施肥插秧机插秧，田间管理则采用机械化高效低毒植保技术，该模式技术难度较低，可应用于大部分水田区。通常机械化旱直播的主要作业流程是：作物收获—秸秆切碎还田—秋季秸秆深埋—春季精旋—机械化旱直播—药剂除草—机械化高效低毒植保—收获。该模式适用于缺水、单产较低地区。广东省生产实践表明，水稻保护性耕作比传统耕作能减少肥料使用量15%，农药10%，且不需要犁耙水田，总生产成本大大下降[62]。

2.3 存在问题

2.3.1 保护性耕作理念尚未普及

我国农业有精耕细作的传统习惯，尤其是人多地少、包产到户的农业生产条件，广大农户普遍认同发挥生产积极性、通过增加生产投入提高单位面积生产收益的种植理念。由于近年来农机具、化肥、农药和灌溉条件的迅速普及，采用精耕细作也能使粮食产量保持较高水平，因此农民对变更生产模式的积极性不足，甚至把留田秸秆看作影响机械化播种的障碍。因此目前保护性耕作在国家层面支持力度很大，但是基层推广仍有较大阻力，多数地方需要采取保护性耕作补贴才能推行。

2.3.2 现有农业经营模式对保护性耕作有限制

除了新疆、东北等地区农场种植规模较大，适合大面积推广保护性耕作外，在我国其他地区农户经营面积往往只有几亩，人口稠密、经济基础较好的中东部农村甚至每户只有几垄土地，过窄的农田不仅导致宽窄行种植等技术难以实施，而且秸秆覆盖导致的病虫草害容易传播到相邻农田引发矛盾。因此，在土地规模经营较小的我国中东部地区，推广保护性耕作有较大难度。

2.3.3 保护性耕作装备不配套

实施保护性耕作的农田土壤未经精细平整，且地表覆盖秸秆，不可避免地会妨碍农机装备作业，这对免耕作业装备提出了很高要求。尤其是免耕播种装备，既要具备良好的地形适应性，又要保证种子入土精度和种肥同施品质。此外，秸秆覆盖引发的作物出芽、间苗、施肥、除草等农艺，都需要相应农机装备和配套农艺来解决。目前我国大部分农机具都是针对无残茬覆盖农田，对于适应不同地区、不同保护性耕作制度的专用装备的研发明显滞后。

3 保护性耕作的发展建议

从长期效果来看，保护性耕作对于改善土壤有机质含量、增产增收、节水节药都具有正向促进作用，但连续实施全量秸秆还田以及持续进行免耕少耕作业是否能够始终保持对地力的正向激励是保护性耕作中值得关注的两个重要问题。

3.1 秸秆适量还田

实践表明，在保护性耕作中秸秆还田后只有充分腐解才能有效释放养分，且不会阻碍种子出苗率。秸秆腐解与多种环境因素有关，例如时间、温度、水土比和腐解剂等[63]。一般情况下，秸秆在寒冷地区比在温湿地区更难分解、浅埋处理比深埋处理更难分解、大粒度秸秆比小粒度秸秆更难分解、不休耕不换茬比休耕换茬更难分解。除了腐解程度以外，秸秆还田后，病虫会随秸秆进入土壤，增加治理难度，如果是连续还田且治理不当，秸秆中自带病虫也会持续积累，降低作物品质，增加农药使用量。

3.2 免耕少耕农艺

连年免耕少耕能否始终促进土壤品质提升是又一个值得关注的问题。有研究表明，免耕少耕小麦种植对中低产田小麦增产有显著的作用，但随着免耕年限的增加，也会出现土壤环境劣化，生长环境变差，增产优势将逐渐减弱的情况。因此，如采用连年免耕种麦技术，其连续免耕的年限以2～3年为宜。在病虫害方面，免耕特别是连年免耕的稻田由于没有进行翻耕，难以对水稻纹枯病的菌核及地上部病残体的菌丝体产生机械破坏和翻埋，理论上纹枯病应当重于常耕稻田。

综上所述，尽管目前对于连年大量秸秆还田加免耕少耕模式对土壤及农作物产量的影响深度研究较少，但其不利影响是现实存在的。整体来看，秸秆还田量如何确定，免耕少耕实施农艺如何安排，决定依据主要来源于对土壤性能的动态监测，尤其是秸秆腐烂分解程度及病虫害程度的科学判断，如果秸秆腐烂程度好、病虫害程度低，则可以增加还田量，继续采用免耕少耕作业；如果腐烂程度差、病虫害程度高，则应减少秸秆还田量或增加粉碎率，或选择隔年还田，以及深松、深翻等，同时，同步监测土壤及作物产品、品质变化情况，适时对耕作方式做出调整。因此，在决定是否适合采用保护性耕作模式时，除考虑土壤性能改善外，也需要考虑经济程度、设备配套等因素。

4 结论与展望

1) 保护性耕作利用农作物残茬或者种植植被来覆盖土壤表层，保护农田土壤，减少水土流失，对于环境保护和农业可持续发展意义重大。

2) 保护性耕作的具体实施方法与农业环境条件密切相关。国内外不同地区的温度、水分、土壤等因素差别极大，因此应当因地制宜，有针对性地发展适合各自区域特点的保护性耕作模式。

3) 我国在保护性耕作在秸秆还田和免耕播种领域均取得一定进展，在旱田和水田的保护性耕作方面初步形成了适合中国国情的技术体系，但是适用装备体系还不够完善，保护性耕作专用的农机与农艺相结合不紧密。

4) 保护性耕作是长期持续发展过程，其中秸秆适量还田和免耕少耕农艺是保护性耕作的关键环节。未来需要加强对保护性耕作的理论基础研究，确立有地域特色的保护性耕作实施模式，并配套适用农机装备，形成因地制宜的保护性耕作技术体系。