王欢元 童 伟

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.国土资源部退化及未利用土地整治重点实验室，陕西 西安 710075；3.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075；4.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075）

当前我国的农业生产面临着许多严峻的问题，如水资源严重短缺、水氮利用效率不高、硝酸盐污染水体、土壤退化、水土流失、沙尘暴频繁发生和作物秸秆焚烧对环境的破坏等，亟待应用新的技术来解决。而保护性耕作（如少耕和免耕）在节水、节肥、节约能源、增加土壤有机质、改善土壤结构、减少作业环节、降低生产成本和增加农民收入等方面具有独特的生态、经济功能。因此，近年来许多地区都尝试通过推行保护性耕作技术来缓解上述问题。

保护性耕作是指在一定的生产周期内，尽量减少机械耕作的次数或者既不耕不耙也不中耕。其主要是通过微生物的作用进行土壤耕作，通过残茬覆盖来减轻雨水对表土的冲击和土粒的移动，从而减少地面径流和土面水分蒸发。因此，与传统耕作（翻耕）相比，保护性耕作具有诸如减少径流和蒸发；增加土壤有机质，改善土壤结构，提高土壤肥力；降低生产成本，增加农民收入等许多优点。随着农业生产的发展和科学技术的进步，保护性耕作在改善生态环境、培肥地力和提高资源利用效率等方面将发挥重要作用。在现代农业生产中，保护性耕作技术的推广应用也越来越受到了人们的关注。

1 保护性耕作在国内外的推广应用情况

在国外，免耕最早是20世纪30年代为防止土壤风蚀而采取的措施，20世纪60年代得到迅速发展。据统计，目前全球免耕种植面积已超过9 500万hm2，但主要分布在美国、加拿大、澳大利亚、巴西、阿根廷等国家。在我国，自20世纪70年代后期开始了免耕的系统研究，政府从2002年开始示范和推广保护性耕作。现在已经在13个省市的60个县进行了试点，包括北京、天津、辽宁、河北、河南、陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆等省区市，示范面积从2003年的13万hm2计划发展到2015年的1 000万hm2。虽然做了很多努力，但目前我国保护性耕作的面积仅占全世界保护性耕作面积的0.2%。由于与免耕种植相关的播种机、施肥、杂草防除、秸秆和土壤管理技术未能配套，我国小麦免耕的研究和应用未能得到进一步发展。玉米秸秆还田免耕播种小麦技术的采用率仅为7.4%，无法成为主流。

2 保护性耕作对土壤蒸发的影响

大多数研究认为，保护性耕作由于地表秸秆覆盖而减少了土表太阳辐射，降低了土表温度，可以有效控制蒸发。同时，覆盖的秸秆阻挡了水汽的上升，因此保护性耕作条件下土壤蒸发显著减少。例如，Wang［1］和黄明［2］等基于田间试验得出华北平原免耕可以减少农田土壤蒸发。但也有研究得出相反的结论，Moret等［3］应用SiSPAT模型研究了传统耕作、少耕、免耕下的农田水分平衡，研究发现耕作措施降低了短期的土壤水分，免耕的蒸发量要大于少耕和传统耕作。这些研究发现免耕土壤孔隙具有良好的连续度，会导致水分蒸发损失较多。分析这两种截然对立的结论，原因可能是由于研究者所选择研究区的气候类型不同所导致。归纳分析可以看出，对于越干旱的地区，保护性耕作对减少土壤蒸发的作用越显著。而对于较湿润地区，保护性耕作对于土壤蒸发的影响则存在多种可能。

3 保护性耕作对水氮运移的影响

有机氮含量、温度、水分、土壤动物、土壤微生物、质地和耕作方式等都会对土壤氮矿化有所影响，特别是温度和水分是氮矿化的主要影响因素，并且他们存在明显的交互作用。不同的耕作方式影响土壤的容重、孔隙度、理化性质等，间接导致了土壤氮矿化过程的差异。很多学者研究的免耕措施会导致农田二氧化氮排放量增加。

耕作措施是增加还是减少农田氮素淋失也存在不同的研究结果。耕作易于造成硝态氮淋失的解释是结构性好的土壤耕作后产生大的土壤比表面积和短的弥散路径，免耕易于造成硝态氮淋失的解释是蚯蚓的数量和活性得以提高，形成大的土壤孔径。研究者得出何种结论与在何种质地土壤上进行研究有很大关系。在沙壤土上进行的研究认为，耕作增加了硝态氮的淋失，由于耕翻创造了良好的通气状况，易于硝化细菌进行硝化作用，对土壤中氮素转化为硝态氮有促进作用。

Azevedo等［4］用RZWQM模型在排水条件下做了铧式犁和免耕下氮素淋失的灵敏性分析，发现免耕条件下排水中的氮素淋失比铧式犁耕作高。Kumar等［5］利用RZWQM模型研究了凿式犁耕作、铧式犁耕作、免耕、起垄耕作4种耕作管理对农田水氮运移的影响，发现铧式犁和免耕处理土壤剖面的硝态氮要比凿式犁和起垄耕作高。Ma等［6］利用RZWQM模型研究了不同种植制度、耕作（免耕、起垄耕作、凿式犁耕作、铧式犁耕作）对作物产量的硝态氮淋失的影响，结果表明，随着耕作强度的增加，排水中的氮浓度有增加趋势。Xu等［7］利用WAVE模型研究了传统耕作、免耕和翻耕下的水分平衡各组分，发现在通常气象条件下传统耕作和免耕下的水分平衡各组分类似，但深翻下的水分平衡各组分有很大不同。

4 保护性耕作对作物产量的影响

很多学者研究发现冬小麦免耕可以增产，但也有学者指出冬小麦季的免耕措施虽然对土壤物理性状改良、有机碳和氮储量增加、土壤动物多样性有益，但其对作物生产产生了负面效应。一些学者研究发现免耕造成冬小麦产量显著减少，出现减产的原因可能一是因为土壤较高的机械阻力和土壤通气不良，影响作物根系的生长，从而限制了作物对水分和养分的吸收，导致冬小麦出苗困难或麦苗长势较弱；二是冬小麦苗期和返青期的“低温效应”对冬小麦早期生长影响很大，推迟了返青期，最终导致产量下降［8-10］。

5 结语

我国的耕地资源非常有限，人口压力巨大，提高农田水氮利用效率和作物产量，减少资源消耗和氮肥农业面源污染，降低农业活动对环境的影响，是当前我国农业可持续发展面临的一个重要而紧迫的问题。在当前资源短缺与环境保护矛盾日益突出的情况下，保护性耕作对于农田环境节约资源和保护环境的作用仍有待进一步加强研究。国内外的研究人员对保护性耕作的影响因素进行了大量的研究，虽然不同学者对于相同因素的研究存在不同的结论，但探索造成不同结论背后的原因更有助于大家全面客观地认识保护性耕作的作用，而这些研究也无疑推动了我国对于保护性耕作在不同区域、不同气候类型、不同土壤类型等条件下推广应用的步伐。各个领域的专家学者还需进一步探索研究保护性耕作可行的技术体系和调控原理。