旱地耕层构建技术及适配机具研究与应用
张旭 裴泽莲 聂影
摘要：针对辽北棕壤区、黄淮海北部缺水区和西北干旱区三大区域土壤质量下降的实际问题，开展旱地耕层构建技术及适配机具研究。阐述项目实施的技术路线和主要内容，分析应用效益，以促进项目研究成果的推广应用，大幅度提升耕地质量和综合生产能力，保障粮食持续稳定增产。
关键词：旱地;耕层构建;技术，机具;应用
中图分类号：S158 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2021）05-0018-03
我国北方旱区面积占全国耕地总面积的51%，是主要粮油作物的主产区，其产粮能力与国家粮食安全密切相关。在长期耕作过程中，耕层结构发生改变，阻碍作物根系对水分养分的利用，进一步影响作物产量。具体来看：辽北棕壤区由于长期实行旋耕方式，土壤耕层变浅，普遍少于15 cm，犁底层变硬上移，当地秸秆还田率较低，土壤有机质含量下降，导致耕层土壤抗逆性和缓冲性减弱，易旱、易涝、脱水、脱肥及养分失衡现象频繁发生;黄淮海北部缺水区由于对耕地掠夺式经营严重，大部分耕地20～30 a未进行过深翻，一直采用旋耕方式，使得有效耕层变薄且上肥下瘦;西北干旱区问题也较为突出，一方面盐碱化地区地下水活动频繁，耕层浅且含盐高，质地黏重，作物缺苗严重，产量水平较低，另一方面荒漠绿洲区耕层土壤沙化，有机质含量低，漏水漏肥严重。总体来看，北方不同生态区域均面临土壤耕作方式转变带来的耕层结构不合理问题，亟需实行合理的耕层建设和适配机具研究，提升这些区域土地生产能力。
合理耕层构建是指通过协调土壤中的水、肥、气、热关系，创造有利于作物生长发育和作物持续高产稳产的土壤环境。近20 a来，我国在土壤耕作方面形成了一系列单项技术成果，但目前尚缺乏针对北方不同生态区域、不同旱地土壤类型（包括盐碱地）的合理耕层构建技术及配套耕作机具研究。为此，开展旱地耕层构建技术及适配机具研究项目，改进与研制适用于不同生态区域特点的合理耕层构建技术及配套耕作机具，建立相应的技术规范，满足农业生产的重大技术需求，促进耕地质量和综合生产能力大幅度提升。
1 技术路线
项目以提升土壤质量理论为指导，以关键机械化技术攻关为重点，发挥农机技术的优势，采取多点同步试验示范的方式，建立高效生产技术模式和示范区。实行产、学、研、推相结合，新技术与常规技术相结合，技术创新与集成相结合，试验与示范相结合，以及推广与基地建设相结合，集成人才、技术、资金优势，实现产业化开发与市场需求紧密连接。提高机械化在农业生产中的贡献率，力争取得显著的经济、社会和生态效益。项目实施过程中，积极组织优秀科技人才，统一设计，分工合作，进行攻关与示范，发挥农机技术在土壤耕层合理构建中的作用，实现农业可持续发展。项目实施技术路线如图1所示。
2 主要内容
项目针对旱地土壤中存在的犁底层增厚、耕层变浅、肥力降低、漏水漏肥和蓄水保墒能力差等土壤质量下降的实际问题，开展适配机具研究，并进行推广应用，取得了较好的示范效果。
2.1 全方位松旋整地技术
创新研究能够实现全方位松旋整地作业的实用新技术，配套研制1ZSX-180型全方位松旋联合整地机（技术参数见表1）。该机具一次进地可以完成深松、细碎土壤、起垄、镇压等多道工序，保证耕层厚度，打破犁底层影响，减少机具进地作业次数，减轻机具对土壤的有害压实和破坏，缩短作业周期，节约人工，降低能耗，抢农时，实现高效、联合整地作业。
2.2 秸秆培肥联合整地技术
研究基于潜土逆旋原理的秸秆还田作业技术，配套研制1ZF-180型秸秆培肥联合整地机（技术参数见表2）。该机具在结构设计上改变旋耕刀轴旋转方向，由正转改为反转;改变灭茬刀轴配置，由弯刀改为弯直刀组合，在垄台位置采用直刀切割。改进后减少了机具前进阻力，避免起垄时堵塞，作业效果较为理想，一次进地可以实现原有垄台深松、灭茬、全幅旋耕、秸秆混埋和错行起垄、镇压等作业，形成了一套新的秸秆掩埋整地方式，具有一定的独创性。
2.3 新型秸秆深埋整地技术
创新研究将秸秆埋入耕层下部使秸秆不与耕层土壤混合的整地技术，配套研制1LF-1型秸秆掩埋深耕犁（技术参数见表3）。该机具作业后的耕层土壤不影响作物播种，解决了传统秸秆地表还田后难处理的问题，改善了土壤耕作条件。
3 应用效果
3.1 经济效益
根据《全国农牧渔业丰收奖经济效益计算办法》，结合项目特点进行相应取值。计算公式为：总经济效益=单位规模新增纯收益×单位规模新增纯收益缩值系数×推广规模×推广规模缩值系數-总推广费用。式中：单位规模新增纯收益缩值系数和规模缩值系数分别规定为0.7和0.9。经计算得出总经济效益为
4 890.42万元。
3.2 社会效益
项目实施期间，举办各种培训班和现场会15次、发放宣传材料2 000余份、培训基层技术骨干和农民350人次。研发机械化作业技术3项，研制适配机具3种型号，共计应用70余台，获得专利授权5项（其中发明专利1项），发表学术论文4篇，出版论著1部。项目研发水平达到国内领先水平。
3.3 生态效益
应用松旋整地技术后，土壤容重比传统旋耕降低2.5%～16.3%，有机质含量提高1.0%以上，倒伏率下降14.8%。应用秸秆培肥联合整地技术将秸秆掩埋1 a后，土壤容重降低0.04 g/cm3，孔隙度增加2.0%，水分含量提高0.7%，有机质含量有所提高，苗期地温提高2.17 ℃。应用新型秸秆掩埋整地技术后，土壤疏松，容量降低，孔隙度增加，有机质含量提高，土壤微生物活力增强，作物根系发育得到促进，大大提升了秸秆还田效果，实现秸秆肥料化利用，解决因焚烧秸秆造成的大气污染问题，改善秋季农村及城镇环境空气质量。项目生态效益显著。
參考文献
[1] 翟振.犁底层对作物生产与环境效应的影响及其机制研究[D].北京：中国农业科学院，2017.
[2] 高建胜，董国豪，郭建军，等.耕层厚度对冬小麦农艺性状及产量的影响[J].山东农业科学，2018，50（8）：54-57.
[3] 刘清华.辽宁省推进秸秆还田保护性耕作的思考和建议[J].农业科技与装备，2017（7）：67-68.
Research and Application of Arable Layer Construction Technology
and Adaptive Tools in Dry Land
ZHANG Xu， PEI Zelian， NIE Ying
（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）
Abstract：
In view of the actual problems of soil quality decline in brown soil area of northern Liaoning Province， water-deficient area of northern Huang-Huai-Hai River and arid area of northwest China， the research on dry land arable layer construction technology and suitable machinery and tools was carried out. This paper expounds the technical roadmap and main contents of the project implementation， analyzes the application benefits， in order to promote the popularization and application of the research results of the project， greatly improve the quality of cultivated land and comprehensive production capacity， and ensure the sustainable and stable increase of grain production.
Key words：
dry land; arable layer construction; technology; machinery; application
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