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免耕---生态农业是发展中药农业的必由之路
时间:2021-09-04 12:35 来源:未知 作者:管理员 点击: 次

 

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菲律宾娱乐沙龙登入 www.ddg11.com 中药材免耕种植技术,就是在中药材种植过程中免除不必要的耕作,减少耕作次数和降低耕作强度的耕作方法,是中药材生态种植业中最具开发潜力的高新技术项目之一。随着我国城市化进程的加快,农村青壮年劳动力短缺、工价贵、中药材种植成本增加和农民生产积极性下降等问题日益凸显,常规精耕细作面临诸多困境。免耕所具备的省工、省时、省钱、高效的生产优势,以及其改善土壤结构、提高土壤肥力、保持水土和促进作物增产等诸多生态效益,切合中药材种植业可持续发展的现实需求和降低环境污染的当务之急,蕴藏着大的发展前景。


 本文梳理了免耕的概念以及发展历程,结合我国中药材种植业现状和问题,综合分析了免耕技术可为中药材种植业带来的生产与生态效益,提出了免耕技术在中药材种植业中的应用优势,以期为中药生态农业土壤健康的维持和土壤微生态调控提供技术指导。

 

 

一、免耕的概念与发展历程


生态农业是发展中药农业的必由之路,生态农业既是一种集社会、经济和生态效益三位一体的现代农业生产体系,又是一种具备一定结构和功能的人工生态系统。中药生态农业在理论上同样具有该双重架构,也是一种人工生态系统:在中药生态农业的实践中,可以积极探索利用生态学理论指导生产,对中药农业的生态系统进行科学调控。土壤 是药用植物生长的载体,是中药农业生态系统的核心,土壤资源的可持续利用是重中之重。长期以来,中药材栽培中存在大量不合理的田间管理措施,导致了一系列的土壤质量退化和生态环境恶化问题,严重威胁着土壤健康。贫瘠恶化的土壤必将导致药农的贫穷与产业的停滞,经济可行且可持续的土壤管理措施必将是未来中药生态农业的发展方向。

在生态农业中,以免耕为代表的?;ば愿魇侄?,相比集约式精细耕作 ,在保持、恢复土壤肥力与维持土壤生态系统稳定性等方面有显著优势。耕作是一种对土壤的强烈物理扰动,会导致土壤大闭聚体破坏、团聚体稳定性下降、有机物氧化、微生物多样性降低、侵蚀加速等不良后果。免耕减少了耕作次数、降低了耕作强度、免除了不必要的耕作,并利用前作残留物覆盖地表,借以减轻风侵水蚀,有利于土壤的长期可持续开发利用。免耕契合中药生态农业的拟境栽培,理念与自然农法接近 ,坚持天地人药合一” ,追求品质。免耕所具备的长期效益与药用植物长周期的种植特点相匹配,在较长的生长周期内优势更加明显。同时必须注意到,由于中药道地药材形成具有逆境效应 ,顺境出产量,逆境出品质,适度环境胁迫会刺激道地药材次生代谢产物的积累,促成道地药材的形成。因此,在指导中药生态农业开展免耕时,应科学采取措施,兼顾生态学基本规律和中药材生长规律,需要对免耕进行系统研究和科学总结。

近几十年来,免耕技术发展迅速,已有7 0 多个国家和地区开展免耕技术的研究与推广应用。与国外相比,我国对免耕技术的研究发展起步较晚,而随着城市化进程的加快 ,我国农村劳动力短缺、农业生产成本增加和农民生产积极性下降等问题日益凸显,常规精耕细作面临诸多困境:免耕所具备的省工、省时、高效的生产优势,以及其改善土壤结构 、提高土壤肥力、保持水土和促进作物增产等诸多生态效益 ,切合中药生态农业可持续发展的现实需求和降低环境污染的当务之急,蕴藏着大的发展前景。

(一) 免耕的概念及其与常规农业的对比

    免耕是?;ば愿鞯囊恢址绞?,收获后至播种前不搅动土壤,利用前作残留物覆盖地表,借以减轻风侵和水蚀。也可称为零耕法或者直接播种法,在不移动地表留物的前提下,开沟播种、覆土和镇压 ,一次完成作业,施肥可与播种同时进行或分期进行。免耕的土地应保留前茬作物的残茬覆盖,播种后这些作物残茬应尽可能保留在土壤的表面,以保证土壤未受侵蚀扰动。免耕是永久的、持续的,而不是一个季节免耕、另一个季节耕作,或者偶尔免耕、长期耕作。需要注意,免耕不是不要耕作,而是免除不必要的耕作。广义的免耕概念包括所有减少耕作次数和降低耕作强度的耕作方法,如改深耕为浅耕、直播、留茬、水土保持耕作等免耕少耕措施。常规农业耕作制度片面追求单位面积产量的增加,但是长期耕作易造成土壤质量退化,同时,高强度的土壤耕作加速土壤有机质矿化,促使作物残茬转化为二氧化碳,继而加剧温室效应。联合国粮农组织指出,采用拖拉机和犁耕地的耕作方式是造成许多发展中国家土壤严重流失的主要原因。随着拖拉机的应用,农民倾向于相信多耕耘、多收获。而事实是耕耘越多,土壤侵蚀和退化就越明显,在土壤瘠薄区与热带地区尤为严重。常规农业所导致的、土壤结构破坏、养分衰竭、贮水下降、风蚀水蚀加剧、生态环境恶化 、产量下降等一系列土壤环境恶化过程是缓慢的,通常几十年后才会显现,但其在气候、土壤和粮食生产方面导致的后果却是致命的。

 

与常规农业相比,免耕具备 3 个特点:一是减少土壤扰动 ;二是长期或永久性保持免耕;三是土壤表面保留作物残茬覆盖。严格意义上免耕是一种永久、持续的耕作制度。以免耕为代表的农业生产习惯 ,减少了对土壤生态系统的扰动,可以有效地控制土壤侵蚀、增加水分的有效入渗利用,可以实现少耕耘、多收获。长期来看,免耕带来的生态效益、社会效益和经济效益将会逐步提高。

常规耕作农业与免耕农业生产习惯比较

耕作方式

常规耕作

免耕

土地耕作

耕作不可或缺

无需耕作

作物残茬处理

废弃

还田

秸秆处理

焚烧

禁止焚烧

土壤表面处理

允许土壤长期裸露

土壤永久覆盖

土壤过程

过分注重土壤化学过程

重视土壤生过程

病虫害

首选化学杀虫剂

首选生物防治

土壤侵蚀

土壤侵蚀不可避免

减少土壤侵蚀

 

(二)免耕的发展历程

古代农业生产中 ,免耕已有朴素的应用。由于农业生产能力低、技术手段原始,靠双手的力量难以完成耕种,人们通过免耕来进行简单的农业活动。例如,非洲的古埃及人和南美的印第安人使用树枝在土地上插孔、种下种子。在我国悠久的古代农业耕作历史中,免耕法早在北魏《齐民要术》中就有记载,称为商(禾商)种 ,亦称耩种,并指出过度耕地会使土地坚硬、保水不足、耕翻为难(令地坚硬,乏泽难耕)。至明清时期,免耕播种发展迅速,明初长谷真逸《农田余话》、清朝李彦章《江南催耕课稻编》、黄皖《致富纪实》中分别记载了双季间作稻、连作稻的免耕播种经验,明朝宋应星《天工开物》和清朝张宗法《三农纪》中记载了稻豆复种和套种,另外有记载的还有麦棉套种,麦豆套种,粮肥套种的免耕播种等方法。

近代随着技术的进步,20世纪初的美国西部大开发中,机械化翻耕作业持续过度进行,土壤植被遭到严重破坏,导致了震惊世界的灾难。1935年 月 ,连 续 3 d 的“黑风暴”席卷美国 2 / 3国土,把 亿多吨土壤吹进大西洋。黑风暴持续多年,美国人终于认识到耕作措施的错误,开始研究推广免耕技术。2 0世纪 8 0 年代以来,随着耕作机械的改进、除草剂的使用以及作物种植结构调整,?;ば愿鞯挠τ玫靡越峡旆⒄?,范围也不断扩展。美国 2 0 0 4年实行免耕、垄作 、覆盖耕作和少耕的耕地占全国耕地的62. 2 % , 常规耕作面积为37. 7 % 。到 2 0 0 8年 ,澳大利亚农场免耕面积达到 53%。

在巴西和阿根廷,免耕占耕地面积的比例超过 6 0 % ,巴拉圭约为 6 5 % 。据估计 ,2005年全球免耕的面积约为 1 5hm2,2009 年增至约 11 076 万 hm2,2014 年已增至 15 481 万 hm2 。

现代我国的秸杆覆盖免耕始于2 0世纪 5 0年代中期,经过 6 0余年的改进和完善,逐渐形成为一项现代化农业生产管理措施。2 0 世 纪 7 0 年代末期,北京农业大学耕作研究室在国内率先引进和试验免耕技术,并研制出了我国第一代免耕播种机;自“六五”以来,科技部等部门在旱地农业攻关项目、黄土高原综合治理项目、西部专项中,加入了有关农田免耕方面的研究,并取得了一定成效。西北农林科技大学的坡地水土保持耕作法、小麦秸秆和地膜覆盖耕作、小麦高留茬秸杆全程覆盖耕作,山西省农业科学院的旱地玉米免耕整秸 秆半覆盖技术,中国农业大学?;ば愿髦行牡南挠衩酌飧哺且约盎祷飧哺羌际醯?,都取得了一定成功。南方水田少耕、免耕的研究始于 2 0 世 纪 7 0 年代末期至 8 0 年代初期。据统计,我国 2 0 世纪 9 0 年代初期以来,免耕技术应用面积达 2 0 0 0万 hm2。近二十年以来,中国的免耕处于快速发展阶段。2 0 0 4年 ,中国的免耕面积约为 1 0万 hm2,排名全球第 1 7名。2 0 1 4年 ,中国免耕面积增至 6 6 7万 hm2,排名全球第 位。20 1 8年我国机械化免耕播种面积为 1471万 hm2,机械化免耕播种面积占全部机耕面积的 1.2%,传统的耕作模式仍处于主导地位,新型机械化免耕播种模式所占比重还很低。目前我国免耕研究的深度、广度乃至宣传推广都与世界先进水平存在差距。

 


二、免耕在中药材生产中的应用优势与生态效益


道地药材生产中道地产区的独特的地理环境与土壤理化性质对道地药材的形成有重要影响。近年来,中药材生产实践中水土流失与土壤环境恶化两个问题日益严重。土壤资源短期内不可再生,道地产区可供道地药材栽培使用的有限土地资源尤为珍贵。当前不合理的耕作方式、滥采滥挖以及水旱风灾害,导致道地产区中药材栽培土地资源面临永久流失的巨大风险。此外 ,药用植物多为多年生宿根植物 。与生长周期短的作物不同,土壤环境恶化不仅表现为重茬 ,还表现为随栽培年龄增加出现的一系列土壤环境问题。对于多年生或连作药用植物,由于耕作,施 肥 、灌溉等方式固定不变,会导致土壤理化性质恶化。如地黄连作引起严重病毒病,药材减产,同一块地在 8~ 1 0年不能重茬;人参栽种到5~6年后发病率急剧增加,而且连作障碍严重,老参地通常几十年不能重茬等。因此,土壤环境恶化是药用植物栽培中无法避的问题,不能仅借助常规的轮作倒茬解决。近年 ,随着栽培面积的不断扩大及中药材规范化种植的推行,药用植物栽培中的土壤环境恶化及连作障碍的危害日益突出。

 

当前中药生态农业正大力发展林下种植,力图改变大田栽培模式,并且充分利用山地、荒坡地开展野生抚育或仿生栽培,同时因地制宜地合理开发利用土地资源。在此过程中,如何避免开荒利用土地带来的水土流失与土壤环境恶化问题仍是重中之重。免耕是可持续农业的重要手段,免耕不仅具有高产低耗的巨大优势,更拥有其他耕作方式所不具备的优良生态效益。耕作制度直接影响土壤有机质和土

壤理化性质和生物特征,在中药农业系统中有着重要的地位。中药生态农业采用免耕制度的环境效益包括以下方面。

(一)提高土壤结构稳定性

相比常规耕作方式 ,免耕能够有效改善土壤结构。土壤容重是衡量土壤结构变化最直观的土壤物理性质,常规翻耙、旋耕或深松等物理机械耕作,虽然可以降低作物播种期和苗前期土壤容重,但随着土壤的自然沉实,土壤容重在苗期后会迅速上升 。研究均发现免耕能够降低010 cm 土壤容重,提高土壤孔隙度,增加大粒径团聚体数量及其稳定性,长期来看,免耕地表土层容重有随年限增加而降低的趋势。免耕有助于土壤团聚体的形成,避免了常规耕作制度对于土壤团聚体的破坏 ,防止土壤过于致密。研究表明实施免耕后土壤表层各级水稳性团聚体增加。研究发现免耕减少了对大团聚体的破坏并促进大团聚体形成,降低了团聚体的周转速率有利于对有机质的固定和积累。

(二)控制土壤侵蚀

免耕基本不扰动耕层土壤 ,保证了土壤结构的相对完整,减少了土壤的暴露 ,配合作物残茬覆盖,可以有效地缓解地表径流、促进水流土,防止径流导致的土壤侵蚀,同时减少了风蚀水蚀对土壤产生的影响。研究表明,在易受侵蚀的坡度的粉砂壤玉米地中实施免耕,每公顷土壤流失可由常规耕作的 20. 5 t 减少到 2. 0 t ;免耕也可

对抗暴风对土壤的侵蚀,一次暴风期间翻耕玉米地每公顷损失 321 t 土壤,而免耕地仅损失 5 t。

(三)保持土壤水分和增加水分有效性

耕作方式直接作用于土壤蒸发,其影响不仅限于耕作初期阶段,而是会长期影响土壤蒸发特征。频繁和不适宜的耕作,降低了土壤结构的稳定性,土壤孔隙分布与连续性发生不利于作物生长的改变 ,使得作物产量降低。连续在同一深度耕翻,在该深度会形成一层紧实的犁底层,阻碍雨水的渗和根系下扎。而免耕在提高土壤蓄水保墒能力上有明显优势,免耕配合作物残茬覆盖,可以增加土壤水分渗、降低土壤容重、提高土壤孔隙度、有效地降低土壤表面的水分蒸发,从而提高土壤的保水能力,最终提高水分利用效率。免耕法土壤结构保持相对完整,上茬作物的残根腐烂后便成为水分渗人土层的途径,转化为土壤集水系统,覆盖在土壤表面的作物残茬可有效降低土壤水分蒸发,有效地 保水。另一方面,免耕制度减少了土壤有机质的损耗,促进了有机质的积累,有机质可以减少土壤结皮和表面的板

 ,显著提高表层土壤水稳性团聚体的分布和稳定性,增加渗能力的同时提高贮水量。与常规耕作相比,免耕条件下土壤总孔隙度及非毛管孔隙度均有所增加,特别是非毛管孔隙度增加显著。研究表明免耕地 0~ 100 cm 土层的土壤贮水量在不同时刻以及不同降雨条件下均高于翻耕地。免耕法在土壤集水、保水 、储水上有明显优势,这对于易发生旱灾的地区具有特别重要的意义。

 

(四)提高土壤肥力

土壤肥力是土壤各种基本性质的综合表现,免耕对土壤结构的破坏较小,有利于土壤结构的恢复、保持与优化,长期免耕土壤肥力通常稳定提高。在免耕措施下,奥地利黑钙土中大于 63μm粗颗粒的有机质增加,常规耕作措施却降低了其含量。在 0~80 cm 土层深度免耕处理的土壤有机质高于常规耕作处理的有机质,且在 0 ~ 40 cm 土层各粒级有机质含量均提高。在临汾连续 1 8年 、1 2年 、1 0年免耕覆盖和常规耕作对土壤肥力和酶活性的影响研究结果表明,长期免耕提高了表层土壤有机质与氮磷钾含量,并使表层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著增加。 与翻耕相比,免耕使 0~20 cm 土层的有机碳含量增加约3 0 % ,并且这种变化随着秸秆覆盖量的增加而有所加强。有关研究认为,免耕降低了土壤有机碳的矿化率,显著增加了 0 5 cm 土层有机碳含量。

 

(五)增加土壤生物多样性

免耕制度结合作物残茬覆盖 ,有利于创造稳定的土壤环境,维持土壤的生物多样性,尤其是土壤微生物的多样性。早稻免耕田内土壤动物平均密度比常规耕作增加37. 4 % ,线虫 、线蚓、蚯蚓分别增加 44. 8 % , 55. 1 % , 68. 6 % 。稀有土壤动物物种数相较其他耕作增加 种 ,数量增加达55. 6%。研究发现免耕土壤表层微生物量活跃,真菌生物量显著提高。免耕系统更接近于未受扰动的自然生态系统,可能更加依赖于土壤生物体的固有作用;与常规耕作相比,免耕系统中土壤微生物的丰富度或生物量增加,土壤酶活性增强 ,土壤呼吸作用减弱。

(六)防除杂草

有效对农田杂草进行控制是实施免耕技术成功的重要指标之一,免耕结合作物残茬覆盖,地表的杂草生长反而会得到抑制,会起到比较好的防除杂草的效果,并且降低了除草剂的使用量。联合国粮食及农业组织(FA0)报告显示,在印度和巴基斯坦的西北部高产、机械化程度较高的农田中,因为免耕对土壤破坏较少,杂草种子很少裸露、

难以发芽,从而减轻了杂草问题。研究发现保留高残茬可有效抑制免耕大豆生产中的杂草。当杂草生物量高时,保留高残茬显著提高了大豆产量。此外,适度保留杂草可维持农田生态系统更多的生物多样性,有益于病虫害的防控,杂草与中药材竞争可产生一定的逆境效应,有利于中药材品质的提高。

(七)节约人力物力、节省能源

免耕制度由于不需要进行耕作前的除草、整地、耕地等劳动操作,节省了大量的人力、物力和能源,有效地降低了生产成本。同时,长期免耕措施增加了土壤中腐殖质的输,土壤动物的种类和数量都得以提高。土壤中蚯蚓数量的提高可以起到生物代耕的积极作用 ,对节约人力物力减少能耗有重要作用。免耕整地能耗只有翻耕的 1/4。对年有机免耕玉米-大豆-小麦轮作的分析表明,覆盖作物轮作免耕比传统有机管理方式节省了 2 5 % 的能源和 3 1 % 的劳动力。吉林伊通免耕地的数据表明每亩地减少生产费用约 2 0 % ,经济收增加 26. 3 % 。

(八)提高作物产量与品质

免耕并不会降低作物的产量,反而可能会在一定程度上增加作物的产量。在干旱、半干旱地区,免耕土壤种子水分条件好、出苗率高、长势更好。山东农业大学 2 4年长期定位不同耕作方式试验结果表明免耕前期增产作用不显著,但后期产量显著提升。通过 1 0年免耕玉米连作的研究表明,免耕秸杆还田的玉米产量较传统耕作每公顷增产 1 012.5 kg,增产率达17. 6 %。免耕保障了土壤的原生环境 ,有利于作物品质提升。曾报道重庆市 3 0 年密植免耕茶园茶叶品质产量产值均处于较高水平,并预测目前产量品质仍可持续10年左右。通过比较研究认为水稻免耕套种可明显改善稻米品质、提高稻米蛋白质含量、降低直链淀粉含量 ,优化稻米品质。

(九)长期的生态效益

长期的免耕将带来长期的经济效益,这在国外的多年田间试验中已经得到证明。免耕做到了对土壤的最小破坏,长期免耕的土壤不断积累有机质,有助于形成稳定的土壤结构,可有效控制土壤侵蚀、改善土壤质量 、改善地表与地下水质,有利于土地的长期可持续利用,实现经济与环境的综合生态效益。同时,免耕增加了农业生态系统的稳定性,在长周期栽培中,可以降低自然灾害对中药材种植的损害程度。我国北方半干旱区旱地不同耕作系统 6 年免耕覆盖试验结果表明,在特大干旱年份,相比常规耕作 ,免耕秸杆覆盖增产幅度最大。在山西省晋东南旱地秸杆免耕半覆盖 年试验发现免耕地每公顷平均增产 2 2 5 0 ~ 3 000k g ,并且具有大旱大增产、小旱小增产、不旱也增产的特点。

 


三、免耕在中药生态农业中的推广应用策略思考


从常规耕作到免耕的转变,是注重短期效益向注重长期效益的转变。随着中药现代化进程的推进,我国中药材生产更加注重质量??蒲У乩孟钟懈?nbsp;,提高生产效率,实现种植地的可持续利用,已成为当前中药农业中亟待解决的重要问题。尽管如此,常规耕作农业已有悠久的历史,其固定模式已深人心,耕作模式的转换中人们观念的转变是最困难的,这也是目前推广免耕的最大障碍。以免耕在全球可持续农业中的发展历程为鉴,未来在中药生态农业领域推广的基本策略应包括以下方面。

(一)广泛科普,转变观念 

从全球经验看 ,打破常规耕作制度的重点是突破思维观念束缚,消除从业人员对于免耕的错误理解,真正理解并积极看待免耕制度。所有利益相关者共同推广免耕技术,系统收集各方面的知识。要加强对于中药材种植人员,包括农民、技术推广人员、研究人员等的技术培训和研发,克服认识上的偏见。

(二)加强研究,科学配置

目前 ,免耕在中药生态农业中的应用,尚处于摸索阶段,在一些领域应重点开展基础研究,着重加强生态学规律的应用。例如 ,免耕控制土壤侵蚀的原理 、改善土壤理化性质和生物学特征、降低机械使用成本、减少劳动时间、提高经济回报和生态效益。在中药生态农业中,应加强对于免耕的调查研究与田间试验,提供科学依据。

(三)联合施策,保土增肥

免耕可与其他生态农业技术联合,共同作为中药生态农业的核心策略。例如 ,施用有机肥应与免耕、保留作物残茬等措施相互之间并不矛盾,反而可以有效地互补,联合使用可以有效?;ね寥烂庥谇质?,有助于土壤生物活性的保持和土壤肥力的改善。免耕结合作物残茬覆盖,在南美的免耕农业中,业已取得较为成功的效果,再结合中国传统的施用有机肥的策略,有望在中药生态农业中具备良好的应用前景。

(四)因地制宜,精准管理

在中药生态农业生产实践中,应结合各地的气候环境、药用植物类型、土壤条件、种植制度等因素,因地制宜,发展各具特色的中药生态农业土壤综合管理模式。免耕的地域适应性、有机肥在当地加工和使用的力度 ,均需要因地制宜制定田间管理措施。

(五)标准先行,规范模式

免耕在中药农业中的应用处于起步阶段。免耕和施用有机肥仍缺乏较为规范的各种标准,制约了其在中药生态农业中的有效利用。未来应进一步加强规范化中药生态农业中免耕和施用有机肥的行业标准。

(六)多样生产,政策支持

免耕的优势显而易见 ,但在实践中并不总是立竿见影,因此在长期的生产活动中,接受这种生产模式转变的农民需要长期和强有力的支持。在种植过程中鼓励农民开展多样化生产,减少耕作方式转变过程中可能面临的风险。

总之,免耕作为保育土壤的基本策略,遵循了生态学的基本规律,能有效减轻土壤侵蚀,有助于土壤生物活性的保持和土壤肥力的改善。在中药生态农业生产实践中,应结合各地的气候环境、药用植物类型、土壤条件、种植制度等因素 ,因地制宜,发展各具特色的免耕管理措施。面对中国耕地土壤水土流失严重、地力持续下降以及生态环境恶化的严酷现实,中药材种植业秉承不与农田抢地的原则,结合中药生态农业以林下种植、充分利用山地荒坡地开展野生抚育或仿生栽培、因地制宜地合理开发的土地利用策略,免耕应作为核心策略在中药生态农业的生产实践中加以推广利用。

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