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无土栽培对产量和土壤质量的影响：

斯堪的纳维亚的审查

K.J.拉斯穆森*

丹麦农业科学研究所，农业工程系，研究中心Bygholm，

PO Box 536，丹麦的Horsens DK 8700

1999年5月26日收到; 于1999年7月8日以修订形式收到; 于1999年7月15日接受

摘要：丹麦，芬兰，挪威和瑞典的斯堪的纳维亚国家对土壤无耕作物对产量和土壤质量参数的影响进行了综述。土壤条件和气候条件差别很大，导致斯堪的纳维亚半岛北部生长季节的长度变化很大。减少耕作和直接钻探的成功取决于作物种类以及土壤类型和气候条件。最好的结果似乎是在最重的粘土土壤上获得的，这是使用传统土壤耕作方法制备的最难的土壤。在冬小麦（Triticum sp。），冬油菜（Brassica sp。）和晚收土豆（Solanum tuberosum L.）的无耕地上获得满意的产量。小麦谷物的无耕作系统中作物轮作和作物之前的作物受到的关注较少。另外，减少耕作作物的施肥受到的关注太少，但似乎氮不能补偿次优耕作。无耕地耕作最显着的效果之一就是耕作深度以下的土壤密度增加。增加的土壤密度减少了大孔隙的体积（gt; 30plusmn;60 mm），增加了中孔隙的体积（30plusmn;0.2 mm），而小孔隙（lt;0.2 mm）的体积受土壤耕作的影响不大。增加的土壤容重降低了空气渗透性，空气扩散性和透气性以及水力传导性，有时还会降低根系的发育。在无耕地耕作之后，更多的植物残体留在土壤表面或附近，导致上部（0plusmn;10cm）土壤层的蒸散量和土壤含水量较高。这也导致土壤温度降低，土壤团聚体更加稳定，从而更好地保护土壤免受侵蚀。耕作后土壤表层养分和有机质积累，长期以来土壤反应（pH）下降。几乎所有种类的蚯蚓在无耕地上都有所增加。尤其是在秋季进行的时候，氮肥的浸出似乎随着耕作的加深而增加。 ＃1999 Elsevier Science B.V.保留所有权利。

关键词：耕作;减少耕作;孔隙率;土壤水分;根系生长;蚯蚓

一，简介

与其他许多温带地区一样，斯堪的纳维亚地区的传统耕作体系包括秋耕到18plusmn;30厘米的深度以控制杂草并将植物残体埋藏起来，然后进行二次培育以生产一个种子床。 在这样的系统中固有的矛盾是土壤首先被松动，然后在播种之前重新播种。除了浪费能源和劳力投入之外，这导致了土壤长期处于高度易受侵蚀和营养损失的状态（Riley等，1994）。

20世纪70年代初，Scan-dinavia引入了无土耕作系统。 农民对这些系统的兴趣是基于通过控制除草剂的杂草，减少水土流失和营养损失，从而节省昂贵和费力的翻耕作业的可能性。

在今天的斯堪的纳维亚国家，只有少量种植面积连续ploughless SYS-TEMS耕种。 通常情况下，农民使用先前种植的土壤结构良好，杂草较少的农作物，对小粒谷物采用无耕作法。以前的作物是马铃薯（Solanum tubero-sum L.），油菜（Brassica sp。），豌豆 （Pisum sp。），甜菜（Beta vulgsris L.）等。单作体系中的无土栽培通常会导致作物建立和生长不良，因为土壤结构差，植物病害等。Yuml;改变土壤耕作制度，系统采用浅耕种或直接钻井的无土系统，几乎所有物理，化学并且土壤的生物性质可能受到影响。耕作系统的变化也可能影响杂草，病虫害的状况。

通过将土壤耕作系统从犁耕系统改造为无耕种系统或直接耕作，几乎可以影响土壤的所有物理，化学和生物学特性。耕作系统的变化也可能影响耕地 杂草，植物病虫害的分配。

一个困难的问题是估计土壤质量变化对种子出苗和植物生长条件的影响。 有时，同一性质的变化可能会有不同的影响，取决于主要的土壤条件和气候条件（Riley et al。，1994）。

本文概述了各个斯堪的纳维亚研究人员就不同土壤耕作体系及其对选定土壤质量参数和作物产量的影响所做的工作。 在斯堪的纳维亚半岛，耕作通常是用模塑犁头进行的。

二、耕作，土壤类型和气候条件

在斯堪的那维亚国家，许多不同的土壤耕作方法被用于小型泥drilling的钻探，并且在这个回顾中使用了耕作系统的几个名字。 因此，本文中描述的方法定义如下：

常规养殖：将模板在秋季或春季栽培至正常深度18plusmn;30 cm，然后播种。

减少的（或浅的）土壤耕作：通过耕作机，圆盘耙，旋耕机等将土壤耕作到最大深度10厘米。

直接钻进（或免耕）：直接钻进未经耕作的土壤中，秸秆被移除或燃烧，杂草被化学物质杀死。 大多数播种试验是通过使用盘式钻机进行的。

无耕地耕作：直接耕作或减少耕作系统的不同方法，排除耕作。

保护性耕作：植物残留物留在土壤表面。植物的建立是通过直接钻进或减少土壤耕作方法。

在斯堪的纳维亚大部分地区，谷物的生长季节是从四月到九月。 在十一月到四月期间，土壤被覆盖着雪，冻结或非常潮湿，因此不能进行耕作。

主要耕地的夏季降雨量普遍较高，而在夏末和秋季，收获和耕作往往受到降雨过多的阻碍。 因此，建立快速植物的适宜条件对于保证春季充足的水分，避免秋季的收获损失具有重要意义。 通常，建立秋播作物的时间是不够的。 因此，除了最南端的地区外，春播谷物占主导地位。

根据母材沉积的性质和模式，土壤条件差别很大。

根据粮农组织的土壤分类，斯堪的纳维亚土壤可以分为以下几种主要的土壤类型（FAO，1988; Greve等，1999）：丹麦：Eutriv Fluvisol; 挪威：Stagnic Luvisol; 瑞典和芬兰：Glayic Cambisol。

粘土含量从丹麦西部的30plusmn;40 g·kg-1改变到瑞典和芬兰大面积的600plusmn;700 g·kg-1。

在没有耕作的情况下，与杂草等因素相比，土壤类型对作物产量的影响往往不重要。 尽管如此，在排水不良的粘性土壤，而不是在排水良好的沙质土壤上，可能还是会有更大的困难。 在Nor- way（Riley，1985）和丹麦粉质沼泽土壤（Rasmussen，1988）的早期播种中发现的结果不佳，可能是由于发芽时出现水涝。 另外，瑞典和芬兰的粉质粘土也是无土栽培最成功的土壤类型之一（Rydberg，1982; Elonen，1988; Pitkanen，1994）。 后者被认为是由于在干旱期间改善了表面湿度关系，并且可能也是为了更好地生根未泥土（Rydberg，1986）。

生长季节的气候条件也似乎在无耕地的耕作成功中起了一定的作用。 在挪威，干旱年代往往比湿年更好（Ekeberg，1987; Marti，1984; Riley，1983）。 这与下面讨论的土壤物理条件的变化是一致的。 然而，丹麦的研究（Djurhuus，1985）揭示了生长季节耕作对作物水分利用效率的影响。

三、耕作对作物产量的影响

二十世纪七八十年代，斯堪的纳维亚进行了小粒作物的田间试验。 大多数的实验是在谷物单作栽培中进行的。 一些产量结果总结在图1中。

图1.斯堪的纳维亚土壤耕作研究的平均相对谷物产量（实验年数在括号内）（基于Elonen，1988年的结果; Pitkanen，1994; Riley等，1994）

这些试验的最突出的特点一直是忽略性耕作对产量的影响已经比较小了。 直到最近，耕作一直被认为是必不可少的。 平均产量超过传统耕作所获得的90％以上的产量通常已经达到。 考虑到机器，劳动力和燃料的潜在节约，减少耕作会带来净效益（Riley et al。，1994）。

实验以及农民的经验表明，直接钻进和减少土壤耕作所取得的成功将取决于作物种植，前作和土壤类型。 斯堪的纳维亚的研究表明，冬小麦（Triticum sp。）是一种单一的谷物单作作物轮作，是唯一一种在直接钻探和耕作时具有相似产量的作物。 对于其他作物的测试，最高产量是在耕作时获得的（Rasmussen，1988）。 冬季油菜（Brassica sp。）（图2）在丹麦的粗沙和砂壤土上。瑞典不同土壤类型的平均值（图2），冬油菜（Brassica sp。） 钻井只是略少（Cedell，1988）。

图2.丹麦和瑞典的冬油菜（Brassica sp。）的产量（Cedell，1988; Rasmussen，1994）

直接钻土豆（Solanum tuberosum L.）可能是一个现实的选择犁耕种植方法。 挪威的一项研究表明，尽管在生长早期的发育速度有所减缓，但在未膨胀土壤中种植的土豆在秋季仍会继续生长，并且与传统耕作的土豆相比，它们的产量往往更高 （表格1）。 这样的系统不适合早期马铃薯的生产，但是如果种植者具有合适的种植和起垄设备（Riley等，1994; Ekeberg和Riley，1996），则似乎是完全可行的。

表格1 马铃薯（Solanum tuberosum L.）块茎在挪威的两种土壤耕作系统和采伐树的次数（Mg / ha）（Ekeberg和Riley，1996年）

为了最大限度地减少与真菌病相关的问题，以及作为通过使用除草剂来减少杂草问题的手段，作物轮作的确对于无土壤耕作比传统系统更重要。 斯堪的纳维亚地区对作物轮作的后果和作物播种的重要性相对较少。

在斯堪的纳维亚地区，

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