郭建軍， 曹 彥， 梅 雪， 趙培軍， 郭曉晴， 許國文， 焦欣磊， 王小明

（1. 烏蘭察布市農林科學研究所，內蒙古 烏蘭察布 012000；2. 內蒙古農牧業(yè)技術推廣中心，內蒙古 巴彥淖爾 015199）

0 引言

烏蘭察布市地處中國正北方，內蒙古自治區(qū)中部，地理位置優(yōu)越，交通便利。其氣侯四季分明，全年降水少，冬季寒冷，春季風大，土壤大量失水，春播難。春季地溫回升慢，夏季短促，秋季降霜早，積溫低，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源匱乏。烏蘭察布市旱地占耕地面積的絕大部分，耕層土體含水率低，再加上水分大量蒸發(fā)，很難滿足種子萌發(fā)需求。近年來水資源的肆意開發(fā)利用，導致灌溉面積的繼續(xù)擴大已接近極限。這不僅是烏蘭察布市面臨的問題，也是北方旱作區(qū)普遍面臨的共性問題。我國85%旱地分布在昆侖山、秦嶺、淮河以北的廣大地區(qū)，約占全國耕地總面積的52%，能否高效利用這些旱地資源，對保障國家糧食安全意義重大[1]。

目前，我國北方主要以旱作農業(yè)為主，但由于水資源短缺，我國耕地干旱程度在不斷加劇，再加上長期以來不合理的農業(yè)生產經營使我國旱作區(qū)土地水土流失嚴重，成為農業(yè)發(fā)展中的難題[2]。雖然烏蘭察布市生態(tài)環(huán)境脆弱，但關于其保護性耕作的研究較少。目前關于免耕播種及施肥機的研究較多，但是免耕補水播種機的研究較少，免耕播種施肥機缺少補水功能，對于類似烏蘭察布市的缺水地區(qū)，沒有補水功能的免耕播種機種植效果不理想。本文介紹保護性耕作研究現(xiàn)狀和免耕補水施肥播種機研究現(xiàn)狀，分析免耕補水播種機在烏蘭察布市應用的可行性，為在烏蘭察布市等北方干旱區(qū)開展免耕補水播種機的研究及應用奠定理論基礎。

1 保護性耕作

1.1 概念

保護性耕作是指通過少耕、免耕，地表覆蓋、合理種植等綜合配套措施，減少土壤風蝕、水蝕，提高土壤有機質含量，蓄水保墑、節(jié)本增效，可以獲得生態(tài)效益、經濟效益、社會效益的可持續(xù)農業(yè)技術[3-4]。該技術的核心環(huán)節(jié)是作物殘茬覆蓋和免耕播種作業(yè)，在進行播種前，選用先進的耕種設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的農耕方式，可以一次性完成開溝、播種、施肥等工作。保護性耕作取消了鏵式犁翻耕，保留地表覆蓋物，具有傳統(tǒng)耕作無法相比的效益，最大化減少土壤耕作，對農田實行免耕、少耕，減少對土體的擾動，是提高土壤肥力和抗旱能力的可持續(xù)農業(yè)耕作技術[5-9]。

1.2 優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)的精耕細作農藝，保護性耕作可有效控制土壤水土流失，鎖住土壤水分，提高水分利用率，改善土壤可耕作性，減少土壤壓實，改善農業(yè)生態(tài)環(huán)境；減少地表徑流，增加雨雪滲入量，提高土壤蓄水保墑能力，提高表層土壤大團聚體含量，提高土壤有機碳含量，保持和改善土壤結構，增加土壤有機質，培肥地力；增加土壤中微生物數(shù)量，提高土壤中生物活性；減少勞動力投入，節(jié)省燃料，減少機器磨損，減少勞動時間，降低農業(yè)生產成本，增加產量，增加農民收入[10-13]。

1.3 北方旱作區(qū)保護性耕作研究現(xiàn)狀

20 世紀90 年代，農業(yè)工作者開始探索旱作農業(yè)保護性耕作增產的效益分析研究，明確了保護性耕作的完整概念[14-17]。2002 年開始在全國范圍內大規(guī)模推廣保護性耕作，而主要開展區(qū)域集中在北方旱作農區(qū)[15]。齊華等[17]總結了我國北方旱作農田保護性耕作主要成就，其中包括節(jié)水減排型保護性耕作技術，玉米小麥少免耕播種技術，探索秸稈還田新型保護性耕作制度，并對北方旱作農田保護性耕作進行了展望。賈洪雷等[18]闡述了北方旱作區(qū)保護性耕作關鍵技術，其中包括地表覆蓋、少耕免耕技術，并總結出6 項新技術。余海英等[19]通過田間試驗，研究了免耕與傳統(tǒng)翻耕條件下北京地區(qū)土壤水分的變化規(guī)律及其對土壤質地的影響，結果表明免耕對土壤水分利用率和玉米產量都有所提高。

1.4 烏蘭察布市保護性耕作研究現(xiàn)狀

烏蘭察布市關于保護性耕作的報道很少，2017 年烏蘭察布市市政府辦公廳出臺《烏蘭察布市人民政府辦公廳關于印發(fā)2017 年烏蘭察布市農機深松整地作業(yè)補助試點工作方案的通知》文件，要求11 個旗縣市區(qū)政府全面抓緊落實。張祚恬[20]開展了烏蘭察布市后山旱作區(qū)保護性耕作的實踐與探索，分析機械化保護性耕作技術對生態(tài)的保護作用，以及對小麥、油菜籽、玉米等作物的增產效果。研究結果表明，機械化保護性耕作在烏蘭察布市后山地區(qū)可提高作物的抗旱能力和水分利用效率，減少風蝕、水蝕，增加土壤有機質含量，保護生態(tài)，降低投入，促進農民增產增收。

2 免耕補水施肥播種機研究概況

免耕補水施肥播種機是利用坐水播種原理，將人工坐水播種機械化。坐水播種是一種抗旱耕作栽培模式，局部有限灌溉方法，又稱抗旱點種，指在播種時先注水后播種，使種子周圍形成濕土團，作物種子恰好坐落在濕潤過的土上。坐水播種方式的優(yōu)點：可以提高墑情，保證種子發(fā)芽與出苗；增加積溫，縮短出苗時間；提高肥效，根系健壯；節(jié)水[21]。機械化坐水播種技術普遍適用于我國旱作地區(qū)，其中包括北方干旱、半干旱地區(qū)。該技術可以保證適時春播，保證作物產量。坐水播種機種類很多，其按灌水方式的不同主要分為穴灌坐水播種機和條灌坐水播種機[22]。

青苡任等[22]開展了我國旱作地區(qū)坐水播種機械研究，介紹了機械坐水播種的產生、優(yōu)勢及適用地區(qū)，分析了相關機械的技術要點、技術現(xiàn)狀、存在的問題和不足。何俊達等[23]針對免耕施水播種機施水量的問題，開展試驗測定不同行距玉米的施水量范圍，為夏玉米施水播種機高效使用提供可靠理論依據(jù)。段益平等[24]針對免耕播種作業(yè)時殘茬秸稈壅堵機具等問題，系統(tǒng)闡述了國內外免耕播種防堵技術研究進展及應用概況，提出免耕播種防堵技術發(fā)展建議。孫海全等[25]開展了免耕補水施肥播種機的研究，機具上安裝了免耕補水裝置，可同時實現(xiàn)施肥、播種、節(jié)水補灌等一系列操作，補水提墑的同時提高了水肥利用率。孫文良[26]設計了玉米免耕補水播種機設備構成，并得出玉米免耕補水播種機機組作業(yè)速度、補水量和出口安裝形式的最佳播種效果組合。姜鑫銘[4]研究了秸稈覆蓋條件下播種機振動對排種器工作性能的影響規(guī)律，進而設計相應的減振工作部件以減小免耕播種機振動，提高播種質量。白曉虎[27]以免耕播種機的關鍵部件為對象，以理論研究為基礎，通過機械性能試驗優(yōu)化參數(shù)，改善關鍵部件設計質量和效率，其中包括圓盤破茬刀。劉艷芬等[28]設計了輕量化玉米壟作免耕播種機，這種播種機的特點是其自身質量是普通免耕播種機的一半，減輕壓實，可以利用拖拉機液壓系統(tǒng)調節(jié)破茬深度。王韋韋等[29]針對傳統(tǒng)玉米免耕播種機在高茬、留茬地作業(yè)時存在開溝壅堵、架種、晾種等問題，通過防堵裝置的旋轉擾動，設計了一種主動式秸稈移位防堵裝置。針對行間互作模式和寬窄行交替休閑模式，賈洪雷等[30]采用組合刀片式結構設計了一種免耕播種機防堵裝置?？傮w來說，免耕播種機尤其是玉米免耕播種機研究較多，但是關于免耕補水播種機，尤其是北方干旱、半干旱區(qū)域的研究較少。

3 免耕補水施肥播種機應用可行性分析

3.1 技術可行性

免耕補水施肥播種機可以解決干旱、半干旱地區(qū)播種季節(jié)因干旱少雨、耕層土壤含水量低而導致出苗難、保苗難的問題，在保留和優(yōu)化現(xiàn)有免耕播種機免耕播種和免耕施肥功能的基礎上，增加了免耕補水新功能，保留免耕播種機保墑優(yōu)勢的同時通過免耕補水裝置向種床同步同位施入水分，實現(xiàn)了施肥、播種、節(jié)水補灌等“一條龍”作業(yè)，達到補墑和提墑的雙重效果，降低補種、重播風險，減少人力、物力的投入，最終實現(xiàn)提高出苗率的目的，為豐產增收創(chuàng)造有利條件。為抵御春旱、提高出苗率，該裝置相比滴灌、大水漫灌等補水種植形式，大大降低了灌溉用水的使用量，同時降低了生產成本和勞動力消耗。節(jié)水、保苗、高效的機械化免耕補水種植模式，對于春旱但土壤地表5 cm 以下還有一定墑情的耕地非常適用，能夠為抗旱保苗奪豐收奠定基礎。

3.2 政策可行性

由于近幾年地下水資源日漸緊張，國家大力推進旱作農業(yè)耕作方式，烏蘭察布市也開展了大規(guī)模的水澆地退改旱工作。免耕補水施肥播種機可解決烏蘭察布市旱作區(qū)春旱播種難的問題，并且可節(jié)約大量的農田用水。

3.3 效益可行性

免耕補水施肥播種機在旱作農業(yè)中節(jié)水補灌，起到提墑和補墑的作用，可降低補種風險，節(jié)約人力物力成本，降低生產成本，保證出苗數(shù)和出苗率，比普通免耕播種機出苗率增加10%左右，可保證作物產量，增加農民的經濟效益[25]。免耕補水施肥播種機的生產造價并不高，在播種的過程中只需耗費燃油動力費用，在農民可以承受的范圍內。

3.4 社會可行性

近幾年農民的文化水平升高，科學種田的意識提高，對農業(yè)機械的接受程度提高，免耕補水施肥播種機在烏蘭察布地區(qū)等北方旱作農業(yè)區(qū)推廣，農民的接受程度高、社會基礎好。

3.5 生態(tài)可行性

免耕補水播種機在播種作業(yè)時，不僅保留了免耕播種機保墑的優(yōu)勢，還可以根據(jù)土壤墑情調控水流大小，向播種行進行補水，相比滴管、大水漫灌等補水種植形式，大大降低灌溉用水量，對于烏蘭察布地區(qū)干旱程度嚴重、地下水缺乏、水土流失嚴重的生態(tài)環(huán)境來說，具有生態(tài)的可行性。

4 結束語

總結分析了免耕補水施肥播種機研究現(xiàn)狀，以及在內蒙古烏蘭察布市的應用可行性。烏蘭察布市降雨量少、蒸發(fā)量大，十年九旱，旱地占耕地面積的絕大部分，耕層土壤含水率低，種子難以發(fā)芽出苗。目前在烏蘭察布地區(qū)還沒有免耕補水播種機的銷售及大范圍使用，也沒有成熟的機型，可以根據(jù)烏蘭察布市具體情況，引進成熟機型，在應用及推廣的過程中，引進的機械需要做出相應的調整，并通過大量的試驗反復磨合驗證，還可以根據(jù)烏蘭察布地區(qū)自身的氣候條件等，研發(fā)適合當?shù)氐拿飧a水施肥播種機。