机械深松工艺的成效机理与应用研究

郝春天，长春市农机技术推广总站推广科科员，农艺师，毕业于中国农业大学，农学学士，主要研究方向为现行种植制度下的农机与农艺融合。2011年参加工作至今，获省、（部）级科技进步与推广奖2项，2013年年度吉林省优秀农机技术推广员。

李社潮，长春市农机技术推广总站党支部书记、研究员，国务院特殊津贴人员，长春市突出贡献专家，长期从事农业机械化技术推广和管理工作，获省、（部）级科技与技术推广成果奖励9项，获市级科技进步奖3项，市政府先进农业技术推广一等奖四项。获市级科技进步3项，市政府先进农业技术推广一等奖4项。获市级科技进步3项，市政府先进农业技术推广一等奖4项。

薛恩达，长春市恩达农业装备有限公司总经理，长期从事耕整地机具研究制造，曾获农业部农牧渔业丰收奖二等奖。

一、概述

截至2014年底，长春市玉米机械深松技术推广实施面积已发展到150万亩，占全市玉米播种面积的11%，目前已成为北方春玉米种植区机械深松应用面积最多，所占比例最高的地区。作为推广机械深松的技术依托单位，市农机技术推广总站几年来在推广过程中，对我市现行多种主要栽培模式，特别是玉米保护性耕作模式下的机械深松技术工艺进行了多点多因子的持续跟踪测查，对玉米各时期苗情长势、理论产量以及土壤理化性质变化情况实施监测，并从技术原理和具体实施技术理论上进行农艺与农机融合层面的深入思考和实践探索，我们深刻认识到，深松技术是当前耕作体制下确保增产的重要技术，是我市推广玉米保护性耕作必要的措施，必须高标准实施好机械化深松技术，同时探索构建以深松技术为核心的新的机械化耕作体系。

二、深松的定义与机械化技术模式

2.1机械深松的定义

深松是使用专用深松机，在不翻转、不打乱原有土壤耕层结构的情况下，进行深度松土的一种机械耕整地作业方式。

降低耕层土壤紧实度，打破犁底层，构建有利于高产的孔隙比是进行机械深松的根本目的。作物的根系分布在土壤中，因此土壤的理化性质对根系具有重要影响，生长发育进程中会因为多种因素作用而受到制约。当土壤紧实度较高和低孔隙比胁迫条件下，作物根系表现出长度、粗度、分布范围、代谢活力、肥料吸收利用率等方面的显著差异，限制根系的生长继而影响对土壤水份和矿质元素的吸收，影响植株正常生理代谢。我市农业生产耕作的机械化兴起于二十世纪九十年代初，旱田大多实行垄作栽培方式，对耕层进行的翻耕、旋耕灭茬、中耕铲蹚培土等作业以及长期大型机具的碾压，导致耕作层单薄、松散，保水保肥能力差，同时形成的犁底层厚重、硬度高，妨碍了根系在土壤中的拓展和耕层水分供给整体作用的发挥；在玉米保护性耕作转入规模推广以后，由于播种机的通过性，高寒地区秸秆覆盖和地温提升的矛盾，实际生产中秸秆还田量不超过30%，且由于免耕时间较短，土壤不可能像美国、澳大利亚那些多年实行保护性耕作的地块里蚯蚓等可以疏松土壤的生物那样多。因此，对于持续垄作栽培和实行保护性耕作的地块，应当进行必要的土壤疏松。

测查表明，玉米根系入土深度可达2m以上，但是80%以上的根系分布在距离表土30cm以内的土层中。这一范围内的作物根系吸收的土壤中作物所需的矿质离子占到全生育期的95%以上，所吸收的水分占到80%以上。因此，若想要通过机械深松拓展根系，达到抗旱保墒的目的，深松深度应至少突破30cm。容易发生伏季干旱且历年缺乏冬春降水的沙土地区，不建议连续实行深松，如实行深松，其主要目的在于缓解土壤紧实度，且深松深度不应超过25cm，防止跑墒。

2.2技术模式

根据不同深松时期可以将深松划分为苗期（伏季）深松和秋季深松；根据不同深松幅宽可以将深松划分为间隔深松和全方位深松。以现行生产实际来看，苗期深松归为间隔深松，秋季深松一般归为全方位深松。原则上在同一个生产周期内不可以进行不同深松时期的深松作业。

表1  长春市现行机械深松技术工艺路线

注1：长春市保护性耕作主要采用宽窄行栽培模式

2.2.1苗期深松

苗期深松是针对玉米保护性耕作制度下的深松方式，因种植行距较窄时易出现“端垄”，目前应用仅限于宽窄行栽培模式。采用可以在秸秆覆盖条件下通过性较好的深松追肥机，在玉米拔节期进行作业，作业时深松部件作用于宽行中心线位置，深松深度30cm以上，如进行追肥，则将肥料施于苗带外侧15cm-25cm、深度8cm-15cm处。采用苗期深松的地块依照宽窄行栽培模式每年轮换倒茬而调整相应的深松位置，两年完成一次对整个耕层的深松。具体深松方法见图1。苗期深松可以解决高寒种植带免耕秸秆覆盖条件下前期地温较低的问题，削弱与常规垄作条件下的植株生长势差异。同时与农艺上的追肥相结合，提高肥料利用率，有效防止玉米生育后期脱肥。苗期深松追肥作业对于干旱半干旱严重、特别是伏季旱情严重地区，以及保水能力较差的沙质土壤、“跑风”等地块，应慎重采用，以防止因深松追肥作业，加剧土壤墒情的破坏，从而造成减产。

图1 宽窄行栽培技术苗期深松施肥位置示意图

2.2.2秋季深松

秋季深松适用范围较广，主要应用于常规均垄栽培模式的地块或部分宽窄行栽培模式的地块。用于均垄模式时为全方位深松，用于宽窄行模式时为间隔深松。作业时期一般在收获后至土壤封冻前，作业时深松部件位置对应相邻苗带中心线或当年宽行的中心线，深松深度30cm以上，宽窄行栽培模式每两年完成一次对整个耕层的疏松。具体深松方法见图2和图3。

图2 常规均垄栽培模式秋季深松位置示意图

图3 宽窄行栽培技术秋季深松位置示意图

三、机械深松的作用

3.1打破犁底层、有利于根系发育，解决传统翻耕后耕层紧实度低等问题。

犁底层一般距离地表12cm-25cm，厚度约5cm-7cm，最厚可达到20cm以上。结构大多为片、层状结构，质地坚硬且容重极大，透水性、透气性很差，不利于作物根系的纵深发展。除了上面所述长期机械碾压翻耕外，大量降水时土壤黏粒随水沉积以及土壤的自然沉降也是犁底层形成的重要原因之一。一般来说，土壤质地越是偏黏壤土，所形成的犁底层明显且厚度大，偏沙壤土的地块一般不形成犁底层或犁底层较薄。耕层有粘土硬盘或白浆层的土地在进行深松作业后还可以起到拓展耕层、熟化底土的作用。虽然犁底层对作物的根系纵深发展有显著影响，但对年降水量较少且土壤偏沙壤土的地块来说，较深且不太厚的犁底层对减少肥料养分的淋溶损耗以及储存耕层土壤水分还是非常有利的。我站于2011年10月16日在榆树市五棵树镇田丰合作社试验地块的测定结果显示，该地块土壤类型为黑土，犁底层距地表距离平均23.2cm，厚度超过5cm，在采用深度超过35cm的秋季机械深松作业后，拓展了耕层深度，比对照田在根系拓展深度和空间分布两方面都具有明显优势。

容重是土壤的基本物理性质，可直接影响土壤的蓄水和通气性，并间接影响植物的生长和土壤肥力状况。研究表明，随土壤容重增加，玉米苗期的总根系长度线性减少。传统的翻耕作业虽然能营造上实下虚的苗床结构，但当土壤容重小于1.1g/cm3时，玉米倒伏率显著增加。随着株型较高的品种的广泛使用和投肥量的不断增大，玉米生育后期的倒伏现象更为突出。2012年强热带气旋布拉万过境时，沿途重灾区德惠市米沙子镇采用传统垄作春季翻耕的地块倒伏率最高，且多为根倒。而保护性耕作宽窄行栽培模式采用苗期深松的地块倒伏率较低，且倒伏的植株多以瞬时强力风造成的茎折为多。深松不同于翻耕那样对整个耕层的搅动，通过深松部件在地下行进，以“抬升—回落”的方式对耕层进行松动，在满足根系发育的同时，仍将耕层土壤保持在较为紧实的状态，根系扎的牢固，不易发生根倒。

3.2构建耕层水库，提高抗旱能力。

提升耕地保墒蓄水抗旱能力，一直是我市旱作农业生产中的重要课题。传统翻耕作业在春季多风少雨气象条件下对播种和出苗造成严重影响。2015年春季我市持续近40天的大风扬沙天气，在榆树市八号镇晨辉合作社托管代耕地块和农安县小城子乡花园村世民合作社代耕地块内，因起垄后大风吹走表层土，抽干底墒而缺苗、断垄现象较多，部分地块毁种。进入伏季后在持续无降水的气象条件下，经过春季翻耕后的耕层蒸发量大，蓄水量不足的问题又凸显出来。2015年8月6日在九台区纪家镇凤财合作社的常规垄作地块内，持续的干旱严重阻碍玉米生育后期进程，败育和发育不完全籽粒数量多，空杆率高，预计减产幅度至少在20%以上，旱情严重地区花丝干枯，无穗或雌穗发育完全停滞。

苗期深松技术一般在玉米拔节期前后进行，时间对应在6月中下旬期间。长春市属温带大陆性季风气候区，全年降水的70%以上集中在7、8月份，通过深松作业疏松耕层，伏季降水到来后可以短时间迅速通过深松孔道入渗，在短时强降水时，地表径流形成时间比不深松地块显著延迟。我站于2015年8月5日在九台区龙嘉镇对多种耕作模式的试验地块进行不同深度耕层含水率的测定，结果显示采用免耕秸秆覆盖以及秋季深松的地块在单因素试验下对比常规垄作在植株“黄脚”叶片数和耕层含水率都显著占优；在短时少量降水后采用苗期深松的地块耕层含水率显著高于不深松地块，其中5cm和10cm耕层的平均含水率同比多8个百分点和4.2个百分点；进行深松深度35cm以上的秋季深松的常规垄作栽培地块对比不深松的含水率高，其中5cm和10cm耕层的平均含水率同比相邻对照田常规垄作分别多1.2个百分点和3.7个百分点。

近年在东北地区开展的墨西哥玉米高产栽培模式，该模式的技术环节之一是在秋季收获后进行深松深度超过60cm的“超深松”。，同日，我们在九台区兴隆镇对采用“超深松”后起垄种植的地块10cm和20cm耕层的含水率进行测定，结果同比相邻对照田无深松作业的常规垄作地块分别多8.2个百分点和7.7个百分点。目前针对该项技术措施的理论体系与成效机理研究还在进行。

3.3提高地温

春季气温偏低，不定期发生的“倒春寒”是我市春播生产中面临的首要问题。当冬春降水量偏多时，土壤解冻和地温回升愈加趋缓。长春地区每年4月21日到6月1日前后，是整个玉米生育期的土壤低温阶段。以秸秆覆盖为重要标志的玉米保护性耕作技术，在免耕条件下，尤其是有秸秆残茬覆盖，太阳辐射不能直接作用于地表，耕层土壤孔隙比低，据我站2012年4月25日在农安县合隆镇陈家店村正午时的地温测定结果显示，免耕的地温比常规垄作平均低5以上，最大温差接近10℃。地温低对种子萌动和出苗后的发育影响大，易发生粉籽、僵苗、弱苗和药害。将苗期深松施肥列为我市推广玉米保护性耕作技术的关键环节之一，缓解了免耕条件下因地表秸秆覆盖和耕层紧实造成的热交换效率低。苗期深松通过深松犁柱在地下的行进，松碎耕层，增大土壤孔隙度，与外界大气的热量交换加强，促进地温提升。2013年6月24日在九台区上河湾镇四台村庆山家庭农场的测定结果显示，苗期深松后的免耕地块比不深松的地块5cm和10cm耕层地温高5.3℃和2.6℃。

3.4粮食增产显著

我站2014年10月通过对九台区兴隆镇大荒村刘贺农机合作社的4块实行不同深松及栽培模式的试验地块进行测产结果显示，深松后地块比对照田均增产5%以上，详见表2。按照每公斤玉米收购价格1.6元计算，保守估计全市150万亩实行机械深松累计增产粮食6150万公斤，直接经济效益9840万元。

表2 九台区兴隆镇机械深松产量对比表

四、存在的问题与建议

4.1秋季深松作业存在的技术难题

4.1.1机收粉碎的地块拖堆现象严重

拖堆是苗期深松和秋季深松作业都存在的问题，拖堆在机收粉碎秸秆全覆盖地块最为严重，人工割茬或站杆收获的地块发生程度较轻。配合保护性耕作技术的苗期深松由于作业时大部分地表秸秆已被微生物分解殆尽，所以不如秋季深松拖堆严重。常规垄作过去一直存在收获后焚烧秸秆的现象，因此在进行秋季深松时这一问题并不明显。加装圆盘切刀等防装置的深松机目前还处于试验研发阶段，短时间内尚不能达到较多的保有量。如何在秸秆全面禁烧和综合利用行业发展进程缓慢的情况下解决作业堵塞问题是需要技术推广部门和机具生产厂商解决的当务之急。

4.1.2作业阻力大

秋季深松作业时间集中在10月中旬到封冻前（11月10日前），此时当年玉米根系尚未完全腐烂，具有一定的韧性。玉米的根系横向分布主要集中在以植株茎杆为中心，半径30cm的圆周范围内。以常规垄作65cm的垄距来看，这一位置来自相邻苗带植株的根系多且交叉纵横，增大了深松阻力，必然导致秋季深松油耗加大。可以选择在秋季收获后隔20天左右的时间，待根细胞完全死亡失水后再进行深松作业。

4.1.3作业后地表平整度差影响播种

免耕模式下秋季深松到翌年播种前同比当年苗期深松少约4个月的自然沉降时间，且苗期深松后的沟壑还要受伏季降水的淋溶和冲刷，因此，秋季深松后的地表平整度对免耕播种影响更大。如当年伏季降水较多，且土壤质地较为黏重，作业后容易出现大面积的裂缝和垡块，这样即使经历一个冬季的沉降也不能弥合深松后的痕迹，翌年播种时，驾驶机具行进方向稍稍偏离，就可能出现有的种子掉入深度后未能弥合好的深松沟内，轻者点状缺苗，严重时整条种植带无苗。可以选择具有镇压、合墒和碎土功能部件的深松机进行深松作业，如作业后仍不能满足播种条件，可在播前进行一次浅耙作业。常规垄作栽培模式在播前会进行一次复式整地作业，因此对深松作业后地表平整度要求不高。

4.2苗期深松的注意事项

4.2.1苗期深松宜早

及早进行苗期深松作业，除了上述的提升地温的因素外，进入伏季后,降水也逐渐增多，拖拉机容易打滑和陷车，作业会产生大垡块压苗也是不容忽视的因素之一。如在拔节期以后作业，此时玉米进入快速生长期，达到全生育期内最为旺盛的时段。这时进行作业，机车行进中出刮倒、折断一部分植株外，带动的垡块等也会压苗，同时对根系损伤严重，妨碍植株根系水平和垂直方向的生长和分布。

4.2.2科学调整植株与肥料的间距

在我市现行的保护性耕作技术路线图中，苗期深松是与追肥共同配套实施的。苗期深松作业高峰时，日间最高气温在20℃左右，玉米进入拔节期，各营养器官生长十分迅速。此时追肥，不但要考虑肥料的利用时间，还要了解玉米根系的生长特点。玉米的根系在生长进程中，大龄根不断老化，表皮细胞逐渐失去吸收土壤中无机盐的能力，而真正起到吸收营养元素的主力是根系的尖端部位和丛生的幼嫩毛细根，主要集中在以植株为中心，向外20cm-25cm的截面圆周边际。因此，调整深松施肥机的施肥铲位置对应两个种植带向休耕带延伸20cm以上的距离可以达到最佳的肥效利用效果，而不是离植株位点越近越好。

4.3机具选型

目前我市主推的两种深松机型，各具特点，各有优势，应根据每种机型的特点并结合自己的实际情况选择适用的深松机。

4.3.1偏柱式深松机

偏柱式深松机以两片深松铲呈“U”型放置为市场主推机型，由于铲柱独特的设计结构，它的作业最深位置并不在位于地表的深松沟垂直正下方，而是向内侧偏移10cm-15cm，同时这种深松铲臂的设计与土壤的接触面大，作业时的阻力增加，当深松深度为30cm时配套动力不能低于55马力拖拉机。除了苗期作业时间不及时会破坏作物根系外，作业后耕层内产生一个“U”型真空带，削弱上、下层土壤的水分交换，在伏季少雨的年份反而不耐旱。

4.3.2柱式深松机

柱式深松机是目前我市保有量最多的专用深松机。深松部件为翼型深松铲，铲尖处装有松土翼。该结构在作业时除了在深松沟底部形成一个直径约7cm的鼠洞用于蓄水外，通过倾斜的翼面还有推升整个耕层后再回落的效果，对地表以及地下部份的破坏最小，松动效果好。装有特殊的螺旋镇压器，可一次性完成深松、施肥、镇压等工序。 深松、施肥部件全部采用滑动套调整方式，使用方便。深松深度30cm配套动力50马力拖拉机即可。

参考文献

[1] 成洪，郑铁志，刘玉梅. 玉米机械化保护性耕作实用技术读本 [M].吉林:吉林大学出版社，2015:76-82

[2] 农业部农业机械化管理司.中国保护性耕作[M].北京:中国农业出版社，2008:121

[3] 郝春天，李社潮. 提升粮食单产的农机技术措施 [J]. 农机科技推广，2014(8):32