1 高寒旱小杂粮区生态特点及农业生产存在的问题高寒旱小杂粮区主要指山西省北部黄土丘陵区。境内丘陵面积占总面积的 90 %左右 ,水浇地面积不足总耕地面积的 1 2 %。该区地势较高 ,平均海拨 1 50 0 m,气温偏低 ,温差较大 ,平均气温 5.2℃ ,平均日温差为 1 3℃。年平均降水量 40 0 mm左右 ,大多集中在 7～ 9月份 ,蒸发量 1 896.8mm,无霜期 1 1 0天左右。“十年九旱”,“一年一场风 ,从春刮到冬”,“早穿皮袄午披纱 ,围着火炉吃西瓜”是该区典型的自然气候特征。该区土壤多为栗钙土、黄沙土 ,土壤有机质含量小于 1 %的面积达 68% ,其它养分状况总体是“氮少 ,磷缺 ,钾有余”。种植作物主要以莜麦、土豆、胡麻、豆类等小杂粮为主。从高寒旱小杂区农业生产自然条件和发展实际来看 ,主要存在以下几个突出问题 :1 .1 高寒干旱首先是无霜期短 ,年降雨量少。该区的年平均降雨量远远低于山西省年平均降雨量 (534mm)。无霜期比其它地区少 2 5天左右。其次是旱灾频繁 ,“十年九旱”是该区的主要特征。冬春两季季节性旱灾时常发生 ,春旱、伏旱、卡脖旱几乎年年存在 ,干旱少雨客观上成为该区粮食持续发展的“瓶颈”,是造成粮食生产起伏波动的最直接、最重要的因素。1 .2 水资源匮乏山西的水资源总量为 1 4 0 .8亿 m3,居全国倒数第 2位 ,人均占有水资源量为 50 7.5m3,不到全国人均占有量的 1 / 1 0。而高寒旱小杂粮区又是山西省水资源总量最贫乏的地区 ,人均占有水资源量仅为 2 2 0 m3。近几年 ,由于连年干旱少雨 ,水库枯竭 ,有近 80 %的水浇地成为“名义水浇地”,甚至部分地区人畜吃水也成了一个严重问题。随着经济和社会的不断发展 ,工业和城市对水的需求还要增加 ,水的供需矛盾将更加突出 ,进一步发展水浇地的潜力不大。1 .3 水蚀风蚀严重由于高寒旱小杂粮区山多川少 ,植被覆盖少 ,水土流失非常严重。每年侵蚀表土厚度在 0 .5cm以上的流失面积就达 80 % ,最严重地区流失厚度达到 1 .2 1 cm以上 ,“一年一场风 ,从春刮到冬”,很形象地描述了该区的气候特征。严重的水蚀风蚀 ,造成 3方面的问题。一是径流增加 ,降低了天然降雨的有效利用率 ,也就等于加重了旱情 ;二是造成土壤肥力减退 ;三是环境恶化的弊端逐渐暴露出来 ,“沙尘暴”的问题比较突出。1 .4 效益不高由于干旱、风蚀、水蚀严重影响 ,高寒旱小杂粮区的农业生产 ,尤其是粮食生产的效益比较差 ,严重影响农业的可持续发展。2 高寒旱小杂粮区机械化旱地保护性耕作发展模式2 .1 机械化保护性耕作技术的内涵保护性耕作有别于以铧式犁全面翻耕土壤为主要特征的传统耕作法 ,它是用大量秸秆残茬覆盖地表 ,将耕作减少到只要能保证种子发芽即可 ,并主要用农药来控制杂草和病虫害。其技术实质是依靠作物残茬覆盖地表 ,保护土壤的自然结构 ,减少风蚀、水蚀 ,减少地表水分蒸发 ,减少不必要的田间作业 ,减少对土壤耕层的破坏 ,减少劳动力、机械设备和能源的投入 ,充分利用天然降水资源 ,提高土壤的贮水量 ,提高土壤肥力 ,提高劳动生产率 ,从而达到高产、高效、优质、低耗、保护环境和可持续发展的目的。2 .2 保护性耕作的关键技术内容保护性耕作的关键技术内容可概括为 :少耕 ,免耕 ,残茬覆盖和深松。(1 )残茬覆盖。保留残茬在保护性耕作技术体系中占有极其重要的地位。残茬覆盖可以保护土壤 ,减少风蚀水蚀 ,抑制扬沙 ,增加土壤中的有机质含量。在寒冷地区 ,用残茬覆盖地表还可以使冻土层变浅 ,有利于春季冻土层融化和提高地温。残茬最突出的功用是保持土壤水分 ,减少地表水分的蒸发。农业研究局卜士兰保护性耕作研究实验室的实验表明 ,残茬覆盖与传统的翻耕相比 ,在降雨量一致的条件下 ,残茬覆盖径流量大 ,渗水量小 ,对土壤的水蚀量小。虽然残茬覆盖的渗水量较传统翻耕的渗水量小 ,但由于其蒸发量比后者小得多 ,保护水分的能力较强 ,所以来年播种时 ,土壤墒情反而比翻耕过的土壤要好得多。(2 )少耕。保护性耕作在耕作制度上的主要特征就是取消铧式犁翻耕 ,减少对土壤的压实。铧式犁翻耕土壤对掩盖残茬和肥料有着极其重要的作用 ,但长期翻耕 ,会破坏土壤的有机结构 ,致使土壤有机质强烈消耗。据农业研究局北方中心土壤保护性研究试验室研究 ,土壤压实深度 60 cm,如果以后不再压实 ,自然恢复疏松程度需要 5年的时间 ,对产量的影响最大为30 % ,平均为 7% ,而耕作一次只能恢复 2 0 cm,但同时又造成新的压实 ,因此 ,适当减少不必要的耕作次数对农业生产是有利的。(3)免耕。直接用免耕播种机在茬地上翻开一条窄窄的沟或槽播种 ,沟的宽度和深度只要能够给种子盖上一层适当的土就行 ,作物残茬几乎原本不动地保留在地面 ,此为免耕。免耕制使用除草剂防治杂草 ,因此除草剂的用量会增多。这种方法最大限度地减少了机械进地的作业次数 ,对土壤物理结构破坏小 ,保墒性能最好 ,风蚀、水蚀最小。能够适时播种 ,节省劳动力 ,减轻灾害性天气的影响 ,所需机械设备和能量消耗比其它各种耕作制度都要小得多。(4)深松。保护性耕作主要靠作物根系疏松土壤 ,但由于作业时机具对地面的压实 ,还是有松土的必要。深松法则是在翻耕基础上总结出的一种适合旱地作业的保护性耕作法。它利用深松铲深松土壤 ,加深耕层而不翻转土壤 ,达到调节土壤三相比 ,改善耕层土壤结构 ,减轻土壤侵蚀 ,提高土壤蓄水抗旱能力的功效。2 .3 高寒旱小杂粮区保护性耕作技术发展模式的形成不同国家或地区发展保护性耕作原因不同 ,发展时间也不同。最早开始的是美国。 1 9世纪初美国开始大规模使用拖拉机翻耕土地 ,2 0世纪 30年代暴发了震惊世界的“黑风暴”,给农业和农民生活带来了灾难性影响。从沙尘暴的教训中反思 ,人们总结了传统翻耕存在的问题 ,以保水保土为目标的保护性耕作技术研究发展起来。 2 0世纪 30年代澳大利亚开始大规模机械化 ,机械化翻耕导致的土壤流失 ,使得原来就浅薄的耕地变得愈来愈薄 ,专家预测如果不采取措施 ,1 0 0年后澳大利亚的耕地面积将减少50 % ,从保护耕地出发 ,2 0世纪 70年代开始政府在全国组织开展了保护性耕作研究。我国是主要的干旱国家之一 ,干旱少雨 ,灾害频繁 ,产量低而不稳 ,农民生活贫困。农田裸露、水土流失严重一直是困扰旱地农业发展的两大问题。从 1 983年全国旱地农业会议以来 ,国家投入了大量的人力物力对旱作技术进行试验研究 ,90年代初开始了机械化保护性耕作体系的研究 ,但无论是哪项试验成果 ,研究的着眼点一直是抗旱增产 ,土壤保护、环境保护等问题并没有提到议事日程。直到 90年代中期 ,我国的粮食生产形势有了较大的好转 ,而环境恶化的弊端逐渐暴露出来 ,保护性耕作技术的环境保护功能与可持续发展功能才进一步为人们所重视。1 998年山西省农机局根据全省各地农业生产、自然条件和发展需要 ,研究制定了全省机械化保护性耕作示范推广项目计划任务 ,作为项目承担单位之一的左云县农机局在县内城关乡、张家场乡等乡镇设立了试验区 ,至 2 0 0 0年共在全县 6个乡镇 2 5个行政村布点实施机械化旱作农业示范田 0 .33万 hm2 ,幅射面积 0 .33万 hm2 ,其中布点示范保护性耕作 40 0 hm2 ,幅射推广 40 0 hm2 ,试验示范了免耕、少耕、留茬固土、轮作倒茬、地膜覆盖等保护性耕作技术体系 ,并在保护性耕作技术与传统耕作技术相结合的基础上 ,探索出了“三年一耕、轮作倒茬”这一适合高寒旱小杂粮区的保护性耕作新模式 ,因地制宜地改制了配套机具 ,为高寒旱小杂粮区机械化保护性耕作体系的优化和发展奠定了坚定的基础。3 高寒旱小杂粮区保护性耕作技术模式的内容与特点3.1 “三年一耕 ,轮作倒茬”的工艺流程第一年机铺膜点播土豆 ,收获时加耙耘辅收获 ,后留茬免耕 ;第二年在免耕的土豆茬解冻前镇压 ,既进一步粉碎了残茬 ,又达到了提霜保墒的作用。春播莜麦一次性完成开沟、施肥、下种、覆土、平整耙耘。秋收莜麦留茬 3cm～ 5cm,残荐覆盖地表固土保墒。第三年在莜麦残茬上机播胡麻 ,一次完成开沟、施肥、下种、覆土、镇压。胡麻收获后进行深耕 ,为增加土壤肥力及次年种植土豆打下基础。3.2 专用机具的改制针对不同作物种植工艺的要求 ,对试验中引进的农具进行了合理改制推广。首先从内蒙噔口引进的 2 BF- 6D分层播种机 ,其作业性能很适合试验田的地理条件 ,但由于该机是应用于内蒙河套地区的肥沃土壤 ,相对于试验田的土壤条件而言 ,垄距偏窄 ,因此在引进后将原机 7垄改成 6垄 ,并根据当地农艺要求加制了镇压轮 ,试验推广后 ,受到了农民的普遍欢迎。其次 ,因土豆属块茎类作物 ,需较厚的活土层 ,小型施耕铺膜达不到种植深度 ,为一次性完成土豆施耕铺膜作业工序 ,试验中在铁牛 55拖拉机牵引的2 0 0 S型施耕机上 ,创新改制了一套铺膜机 ,使该机能一次完成施耕铺两幅膜的作业工序 ,又达到了农艺要求的深度和垄距宽度。3.3 高寒旱小杂粮区保护性耕作技术模式的优点(1 )少耕 ,轮作 ,覆盖 ,耙耘保墒 ,镇压提墒 ,深耕蓄墒 ,对天然降雨进行了最大限度的“蓄、保、用、节”,提高了自然降水的利用率 ,变被动抗旱为主动抗旱。(2 )少耕、轮作、覆盖可使冻土层变浅 ,有利于冻土层融化和提高地温 ,促进作物早熟 ,解决了大秋作物因遭受早冻而减产减收的历史难题。(3)少耕、轮作可以改善土壤肥力 ,减少病虫害 ,减少大
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