辽宁黑土地玉米保护性耕作的研究与探索

摘要：以辽宁地区的第一大作物玉米为例，基于国外推行保护性耕作的成功经验，分析辽宁黑土地退化原因和具体改进措施，探讨保护性耕作技术推广和配套机具研发的重点和难点，为黑土地的合理利用和保护提供借鉴经验。

关键词：保护性耕作;黑土地;玉米;秸秆;农机

中图分类号：S513;S34    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）01-0088-03

收稿日期：2021-12-15

项目基金：辽宁省农业科学院基本科研业务费计划项目（2021HQ1909）

作者简介：高健博（1993—），男，硕士，助理工程师，从事农机设计与试验方面的工作。

辽宁省黑土区是全国重要产粮地之一，近年来面临着土壤退化的问题，不利于农业的可持续发展。为此，辽宁省认真贯彻东北黑土地保护性耕作行动计划，积极筹建县级高标准保护性耕作应用基地，整合农业、农机方面的科研力量研究探索保护性耕作模式及配套机具。以辽宁地区第一大作物玉米为例，基于国外推行保护性耕作的成功经验，分析辽宁黑土地退化原因和改进措施，探讨保护性耕作技术推广和配套机具研发的重点和难点，为黑土地的合理利用与保护提供借鉴。

1 基于国外经验的辽宁黑土地退化原因分析

1.1 辽宁黑土地现状

辽宁省黑土地主要分布在中部和北部地区，占全省耕地面积的38%，主要种植水稻、玉米等农作物，是重要的商品粮生产基地。2019年黑土地区域粮食产量达970万t，占全省粮食总量的55%。受种植模式、季风气候、地形地貌等因素的影响，辽宁黑土地资源呈现退化趋势，土壤中的有机质含量减少，土质变硬，黑土腐殖质层变薄，春旱和土壤侵蚀加剧。第二次土壤普查结果显示，辽宁地区已有40%的黑土腐殖质层厚度不足30 cm。

1.2 辽宁黑土地退化原因分析

乌克兰平原、北美密西西比河流域、南美潘帕斯草原和我国东北平原被誉为世界四大黑土区。由于只用不养等原因，四大黑土区均有不同程度的退化，详见表1。在推行保护性耕作制度前，国外三大平原主要采用“传统犁耕+秸秆翻埋”的耕作制度。犁耕翻埋有助于加速土壤有机质的矿化分解，且秸秆入土腐烂后可形成新的有机质，能够保障土壤有机质平衡。黑土退化主要是由风蚀或水蚀造成的黑土层“变薄”引起的。

在我国东北平原，秸秆离田或焚烧后进行旋耕或犁耕，不仅会因风蚀和水蚀而使黑土层“变薄”，而且秸秆离田容易造成有机物质归还少，进而导致土壤“变瘦”。这也是辽宁地区黑土地退化的主要原因。高强度利用和土壤侵蚀，使辽宁地区的黑土地自然肥力逐年下降，生态功能严重退化，由“生态功能区”逐渐变成“生态脆弱区”，严重影响当地农业生产的可持续发展。

2 保护性耕作技术的内涵

保护性耕作起源于美国，其发展历程为：免耕（18世纪）→轮作（19世纪，粮食+棉花）→保护性耕作（20世纪，少耕/免耕、植物覆盖）。对于保护性耕作的定义，美国以减少风蚀和水蚀为主，强调地面被作物殘茬覆盖的比率或产生的具体效果，在动力方面未作明确规定，主要推行“覆盖耕作+全面动土”的模式。与美国相邻的加拿大，认为保护性耕作是将大部分农作物残留物（杂物）留在土壤表面的耕作方法。当前，我国对保护性耕作十分重视。土壤质量提升的标准是土壤的物理、化学、生物等性状得到改善。从辽宁地区黑土地退化的严重形势来看，除推行秸秆覆盖还田增加土壤有机质含量外，还需要应用减少风蚀、水蚀的措施，解决黑土“变薄变瘦”的问题。秸秆覆盖土壤表面能够提高土壤肥力，尤其在提高土壤抗旱能力方面效果显著。相关研究显示，保护性耕作技术能有效缓解土壤变薄变硬问题，减缓辽宁地区黑土质量减退。

3 辽宁黑土地保护性耕作的研究与探索

3.1 政策支持

为了贯彻落实《东北黑土地保护性耕作国家行动计划（2020—2025年）》和《东北黑土地保护性耕作行动计划实施指导意见》文件精神，辽宁省制定并出台《辽宁省黑土地保护性耕作行动计划实施方案（2020—2025年）》《辽宁省县级高标准保护性耕作应用基地建设标准》《辽宁省2021年黑土地保护性耕作项目实施方案》，为全省推行黑土地保护性耕作提供制度支持。

3.2 耕作模式探索

玉米是辽宁地区第一大作物，因此，保护性耕作相关研究仍以玉米种植为主。据全国农业机械化统计年报统计，近10 a来，辽宁省免少耕播种面积约为5.06×105 hm2，占全省（区）黑土地保护面积的39.9%。辽宁省大部分地区春季播种时水热条件充足，经过多年科研攻关，现已集成创新多种玉米免少耕种植方式。其中，秸秆覆盖还田方式主要有全量覆盖、部分覆盖、留茬覆盖等，种植方式主要有均匀行、宽窄行、二比空、四比空平作，以及宽窄行、均匀行垄作等。当前，辽宁省主要实行的保护性耕作模式及适宜地区见表2。

3.3 配套机具研发

近年来，根据区域特点、作物生长特性，辽宁地区集成创新多套玉米免少耕播种技术模式，并改进研发相应的玉米免少耕播种装备，建立多个监测点和示范区，使玉米免少耕播种技术得到大面积推广应用。

实施保护性耕作制度的初期，播种环节及配套耕作技术衔接不到位的情况时有发生，导致实施效果不明显甚至减产。因此，亟待研制清障防堵免耕播种施肥作业一体机，实现玉米秸秆循环利用、机械化秸秆处理和免耕播种作业。玉米免少耕播种机大多采用指夹式排种器，但其可靠性、耐用性等有待提升，攻关重点为排种器核心部件的材料和加工工艺。气力式排种器具有单粒率高、损伤小、可靠性强、种子适应性好等优点，但我国对气力排种的基础理论研究不足，排种器设计以模仿国外先进机具为主，亟待提升排种器尤其是电控高速精量排种器的性能。为进一步提高免少耕播种质量，还应加快智能控制技术（如精准排种排肥技术和播种深度精准控制技术）的研究。

3.4 研发难点

3.4.1 常年连作 美国、巴西、阿根廷的玉米种植以轮作为主，主要实行玉米-大豆轮作。大豆的秸秆量小，不影响翌年玉米播种;玉米秸秆的体量虽大，但大豆播种时秸秆已开始腐烂，对其播种质量的影响也较小。玉米是辽宁地区的主要种植作物，受大豆经济效益低和种植习惯的影响，大部分地块无法实现轮作。多年种植玉米产生大量秸秆，对翌年播种作业造成很大影响。

3.4.2 种植行距小 国外玉米种植行距为76.2 cm，这样的行距可以保证有足够的空间存放剩余秸秆。然而，辽宁地区的玉米种植行距小且不统一，西部为45 cm左右，中北部地区为55～60 cm，没有足够的空间存在大量的玉米秸秆，很难清理出没有秸秆的播种带。同时，经过多年的发展，与辽宁地区玉米种植行距相配套的农业机械已有一定的保有量，改动种植行距难度较大。免耕播种机的性能和作业质量有待提高。

3.4.3 种植模式不一 辽宁地区玉米种植行距不统一，甚至同一区域、相邻地块的种植模式也存在差异，现有机具无法满足多种种植要求。在种植模式不统一的情况下，农机与农艺的融合性有待提高，也对农机研发和重点攻关造成一定困难。

4 结语

国外农业生产经验表明，在干旱半干旱地区推行保护性耕作技术是应对土地退化问题、增强农业抗旱能力的有效措施。由于气候条件、耕作制度等存在差异，各地区实行的保护性耕作模式也有一些区别，但主要内容均为少耕/免耕和秸秆留田，再配合作物轮作、等高种植、防风带等技术。为防止遼宁地区黑土地进一步退化，应进一步优化成熟保护性耕作技术模式及配套机具，实现土壤保护与利用相结合，在确保粮食安全的基础上改善黑土地质量。

参考文献

[1] 韩晓增，李娜.中国东北黑土地研究进展与展望[J].地理科学，2018，38（7）：1 032-1 041.

[2] 陈文利.保护性耕作技术在辽宁黑土地保护中的应用[J].河北农机，2020（12）：21-22.

[3] 王庆杰，曹鑫鹏，王超，等.东北黑土地玉米免少耕播种技术与机具研究进展[J].农业机械学报，2021，52（10）：1-15.

[4] 敖曼，张旭东，关义新.东北黑土保护性耕作技术的研究与实践[J].中国科学院院刊，2021，36（10）：1 203-1 215.

Research and Exploration of Maize Conservation Tillage in Liaoning Black Land

GAO Jianbo

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： Taking maize， the largest crop in Liaoning province， as an example， based on the successful experience of conservation tillage in foreign countries， this paper analyzed the causes and specific improvement measures of black land degradation in Liaoning province， and discussed the key points and difficulties in the promotion of conservation tillage technology and the research and development of supporting equipment， so as to provide reference experience for rational utilization and protection of black land.

Key words： convervation tillage; black land; maize; straw; agricultural machinery