免耕对不同覆盖条件下豌豆产量和经济效益的影响

免耕对不同覆盖条件下豌豆产量和经济效益的影响金琦甘肃农业大学资源与环境学院，兰州（730070)E-mail：[e-mail]摘要：免耕是保护性耕作的重要措施之一，通过免耕可以减少农业投入成本、提高耕地产量、减少水土流失。本文通过在定西旱地农业地区实施保护性耕作，对免耕在不同覆盖条件下的豌豆产量进行了试验研究，结果表明：在免耕措施下，豌豆产量普遍增加，农业成本投入得到明显降低，平均节约810元/hm2；在不覆盖、秸秆覆盖和地膜覆盖的条件下，纯收入分别增加1175.45、1682.70、968.25元/hm2。尤其在免耕不覆盖耕作形式下，农业成本投入最少，仅为1006.50元/hm2，经济效益率达却高达167.80%，经济效益十分明显。关键词：免耕，覆盖，产量，经济效益干旱缺水和水土流失是制约西部农业发展的主要因素。如何减少蒸发、抑制地表径流、增加土壤的蓄水，是这一地区开展现代农业研究的重要课题[1，2]。位于甘肃省中部的定西旱地农业区，多年平均降水量390.99mm，雨季降水量大而集中，整个冬季和春季干旱少雨，导致水分成为制约农业发展的限制因子。同时，年降水的60%～75%集中于6～9月份，农作物播种期和幼苗生长期的3～5月份降水量只占全年降水的18%～26%，降水时段与作物生长周期严重错位，自然条件不容乐观。加之，长期以来甘肃中部地区的传统土壤耕作技术力求纳秋水、抗春旱，但由于对耕层土壤翻动次数多，休闲期土地裸露，导致土地受外界光热影响大，水分蒸发强烈，有机质分解速度加快，使80%以上的耕地土壤水分和养分无效损失均有加重。传统耕作存在的这些养分利用率低、作物产量低而不稳、生产成本大等实际问题，以及由于资源利用率低，导致土壤退化、地力减退、水土流失严重、生态环境恶化，成为旱地农业生产中的一大难题。如果要从根本上解决由传统的耕作方式引发的一系列土壤生产力退化问题，就必须对现有的耕作模式进行改革，建立一套适应“二高一优”农业发展的、新的、可持续的耕作模式，而国内外广泛研究并推广的免耕结合覆盖等一系列保护性耕作措施正是解决以上问题的有效措施和途径之一[3]。保护性耕作[4～9]是针对传统耕作弊端而发展起来的一种耕作技术，起源于20世纪30年代的美国，其指导思想是在保护环境、减少污染和实现农业可持续发展的前提下，最有效地利用和节省资源，提高农作物产量，改善农产品品质，保持农业在国际市场中的竞争力。它的技术实质是依靠作物残茬覆盖地表，从而保护土壤，减少水土流失、风蚀及地表水分蒸发，减少劳动力、机械设备和资源的投入，充分利用天然降水资源，达到高产、高效、优质、低耗、可持续发展的目的[10～14]。自上个世纪九十年代初，就有人对陇中半干旱区应用免耕技术开展过研究工作[15]，从耕作、播种、施肥到田间管理都进行了较系统的探索，而且进行了较大面积的示范与推广，对协调高产与简化高效的矛盾，促进陇中地区粮食生产发挥了积极作用，但仍然满足不了当前退耕还林还草工作中粮食生产对简化高效和持续高产技术的需要。为此，由甘肃农业大学与澳大利亚有关部门合作，以提高甘肃黄土高原西部雨养农业系统生产力及其可持续发展为目的的项目于2001年8月在定西地区开始实施。本项目通过在陇中黄土高原半干旱区的定西县李家堡进行多种性耕作措施，将保护性耕作方式与传统耕作方式进行对比，针对传统耕作存在的问题，对保护性耕作对旱地农田春小麦和豌豆双序列轮作土壤水分动态及产量的影响展开研究，以期探索出一种提高旱地土壤保水能力和减少水土流失的方法与途径，改善日益恶化的生态环境，实现粮食生产的可持续发展，达到经济效益、社会效益和生态效益的协调统一。1.材料与方法1.1试验地概况本试验从2001年开始，在甘肃省定西县李家堡乡进行。李家堡位于甘肃省中部偏南，属中温带半干旱区。海拔2000m，年均太阳辐射141.6×1.48kJcm2，日照时数2476.6h，年均气温6.4℃，≥0℃积温2933.5℃，≥10℃积温2239.1℃，无霜期140d。多年平均降雨量390.99mm，年蒸发量1531mm，干燥度2.53，为典型的半干旱雨养农业区。试验地土壤为黄绵土，土壤容重1.19g/cm3，pH值8.36，土壤有机质12.01g/kg，全氮0.76g/kg，全磷1.77g/kg。1.2试验设计与方法试验采用春小麦和豌豆双序列轮作方式(W/P和P/W)，共设6个处理，随机区组排列，每个处理4次重复，共48个小区，小区面积20m×4m。各处理分别为：T：传统耕作不覆盖(Conventionaltillagewithnostraw)，试验地在前茬收获后三耕两耱。八月份收获后马上进行第一次耕作，八月底和九月份别进行第二、三次耕作，耕深依次为20cm，10cm和5cm。九月份第三次耕后耱一次，十月份冻结前再耱一次。这是定西地区很典型的传统耕作方式。NT：免耕不覆盖(No–tillwithnostrawcover)，人工收获→化学除草→免耕播种→人工收获。TS：传统耕作结合秸秆还田(Conventionaltillagewithstrawincorporated)，试验地耕耱同处理T(三耕两耱)，但在第一次耕作的同时将秸秆翻入。前茬作物收获的所有秸秆脱粒后立即还原小区，并随耕作翻入土壤。NTS：免耕结合秸秆覆盖(No-tillwithstrawcover)，整个试验期免耕。从八月至第二年三月地面覆盖前茬作物秸秆。前茬作物收获的所有秸秆脱粒后立即还原小区。TP：传统耕作结合地膜覆盖(Conventionaltillagewithplasticmulch)，试验地耕耱同处理T(三耕两耱)，但在十月份最后一次耱后覆盖塑料薄膜。膜宽40cm，膜侧种作物，因此该处理作物宽窄行种植，宽行40cm，窄行10cm，平均25cm。NTP：免耕结合地膜覆盖(No-tillwithplasticmulch)，整个试验阶段免耕。十月份用覆膜机（同处理TP）覆膜。为避免前茬秸秆挂坏薄膜，收获后用剪草机剪平或耱平残茬。1.3供试作物及播种供试作物为春小麦(定西35号，播种量187.5Kg/hm2)和豌豆(绿豌豆，播种量180kg/hm2)。T、NT、NTS、TS用中国农业大学研制的免耕播种机播种；TP、NTP用当地的起垄覆膜膜侧播种机播种，宽窄行种植，所用的地膜为40cm宽，0.015mm厚的聚乙烯薄膜，用量60kg/hm2。覆盖所用秸秆为当年的春小麦秸秆，收获打碾后切碎(5cm左右)，均匀还与各自的小区，用量平均每年为3000kg/hm2。1.4施肥及收获春小麦各处理均施纯氮105kg/hm2，纯P2O5105kg/hm2(AU+二铵)；豌豆各处理均施纯氮20kg/hm2，纯P2O5105kg/hm2(过磷酸钙+二铵)，所有肥料均作为基肥在播种时同时施入。收获时取样20株进行考种，各小区除去边行0.5m后单打单收，并以各小区打碾产量为准折算公顷产量。本试验以2006年在该试验区进行的试验为依据，以豌豆为供试作物。主要对免耕在不同覆盖条件下对豌豆产量和经济效益的影响进行研究。2.结果与分析2.1不同处理的产量分析作物产量通常分为生物产量和经济产量[16]。豌豆的经济产量包括籽粒产量和秸秆产量两部分，其中，籽粒为主产物，秸秆为副产物。将免耕处理的产量与各处理的产量进行对比，见表1。表1免耕在不同覆盖条件下的产量分析表处理籽粒产量（Kg/hm2）增产率（%）显著性（5%）秸秆产量（Kg/hm2）增产率（%）显著性（5%）生物产量（Kg/hm2）增产率（%）显著性（5%）T758.55——ab2348.25——ab3106.80——abNT890.2117.34ab2794.0718.99a3684.2718.59aTS551.72——b1996.70——b2548.42——bNTS871.9458.04ab2430.0821.70ab3302.0229.57abTP1019.53——a2036.87——ab3056.40——abNTP1049.072.90a2491.1822.30ab3540.2515.83a注：同一列上不同字母表示0.05差异水平。从表1可以看出，就主产物籽粒而言，除TS处理外，其他处理的产量较之T处理，均有不同程度的增长。产量的总体排序结果为：NTP＞TP＞NT＞NTS＞T＞TS。在耕作与免耕两类处理类型中，免耕各处理（NT、NTS、NTP）与耕作各处理（T、TS、TP）对应比较，虽然均表现为增产，但增产幅度差异较大。其中以NTS较NT增产最多，增产率达58.04%，NT较T次之，增产率为17.34%，NTP较TP增产最少，增产率仅为2.90%。而对于副产物秸秆来说，除TS处理外，TP处理的产量也低于T处理的产量，其他处理的产量较之T处理，仍然有不同程度的增长。产量的总体排序结果为：NT＞NTP＞NTS＞T＞TP＞TS。在耕作与免耕两类处理类型中，免耕各处理（NT、NTS、NTP）与耕作各处理（T、TS、TP）对应比较，均表现为增产，且增产幅度比较接近。其中以NTP较TP增产最多，增产率为22.30%，NTS较TS次之，增产率为21.70%，NTP较TP增产最少，增产率为18.99%。生物产量与秸秆产量的总体排序结果一致，即NT＞NTP＞NTS＞T＞TP＞TS。在耕作与免耕两类处理类型中，免耕各处理（NT、NTS、NTP）与耕作各处理（T、TS、TP）比较，均表现为增产，增产幅度差异不大。其中以NTS较NT增产最多，增产率为29.57%，NT较T次之，增产率为18.59%，NTP较TP增产最少，增产率为15.83%。另一方面，将免耕各处理（NT、NTS、NTP）与耕作各处理（T、TS、TP）对应比较。发现，无论籽粒产量、秸秆产量还是生物产量，NT较T、NTS较TS、NTP较TP均表现为增产不显著。2.2不同处理的投入分析由作业流程可知，对于NT、NTS、NTP三个处理只在播种、收获、化学除草、覆草或覆膜时才需要人工，而T、TS、TP三个处理在三耕两耱这一流程就需要大量劳动力和机械的投入。根据当地实际情况，三耕两耱共需要人工42个/hm2;人工锄草需要人工25个/hm2，化学除草需人工5个/hm2，覆膜、覆草需人工7.5个/hm2，播种需人工3个/hm2，收获需人工20个/hm2。结合对劳动力和机械的投入的分析以及农业生产中的生产资料的投入和农产品价格，对不同处理的成本投入进行分析，见表2：表2不同处理的成本投入分析表(单位：元/hm2)投入TNTTSNTSTPNTP种子432.0432.0432.0432.0432.0432.0化肥352.0352.0352.0352.0352.0352.0农药022.5022.5022.5秸秆00360.0360.000地膜0000480.0480.0机械450.00450.00500.050.0人工550.0200.0650.0250.0650.0250.0合计1784.01006.52244.01416.52414.01586.5注：其中豌豆按2.4元／kg，覆盖小麦秸秆按0.12元/kg，地膜按8元／kg，公顷用量60kg，人工按10元／工作日，纯氮2.60元／kg，纯P205。2.86元／kg。由表2可知，各处理在种子和化肥方面的投入是相同的，但从总投入来看却存在相当大的差异。其中，TP处理的投入最多，TS处理次之，NT处理最少。将各处理的总投入排序，结果为：TP＞TS＞T＞NTP＞NTS＞NT。可见，在耕作与免耕两类处理类型中，耕作各处理（T、TS、TP）的投入总是高于免耕各处理（NT、NTS、NTP）。这主要是由于耕作各处理（T、TS、TP）虽然在农药投入上可以节约成本，但农药投入在总投入中只占到很小的比例，而在占有很大比例的人工和机械费用投