4000多年前,陕西黄土高原上就开始采用甽田法,东汉《汉书·食货志》有“后稷始圳田”的记载,圳田最早采用沟垄种植法。战国时期,随铁器应用而发展了畎亩法,开始采用“上田弃亩,下田弃畎”的耕作方法,在“下田”力倡“亩欲广以平,畎欲小以深”的宽垄狭沟作垄法。西汉时垄作进一步发展成为代田法和区田法。代田法为沟垄互换的耕作方法,区田法分为沟种法和坎种法。北魏《齐民要术》总结北方旱地保水耕作技术,提出要轮作倒茬,以维持地力。从隋唐到明清,逐渐注重精耕细作,发展套耕、转耕、深耕、轮作、间作等。清代康熙(1662~1722)年间,西北地区还发展起来砂田。现代垄作耕法由古代演化而来的,代田法演化成横坡沟垄种植法和抗旱丰产沟耕作法,区田法演化成“掏钵”种植、“丰产坑”及“丰产沟”等水土保持耕作法。在北美、欧洲等地,把水土保持农业耕作措施作为长期或永久防治农田或牧地侵蚀的重要措施,保护性耕作、草粮轮作、间混作及农田夏季休闲等农耕技术发展比较快,山地多采用等高耕作技术。
在农业生产实践中一般是多种水土保持农业耕作措施综合应用,如间作与等高耕作(图1)的结合是坡耕地较普遍的耕作方式,垄沟与覆膜相结合是北方降雨地区较大面积应用的一种水土保持农业耕作措施。根据不同措施所起的作用和形式,水土保持农业耕作措施可分为四大类。
图1 高等耕作
主要有:①沟垄种植(图2),特点是等高开沟起垄,包括水平沟种植(即套犁沟播)、垄作区田、平播起垄、中耕换垄等;②坑田种植(又称掏钵种植)、大窝种植,种植坑上下交错,等高成行;③新式圳田,通过耕翻培埂,形成0.7~1.0米宽的窄小梯田,类似蓄水聚肥耕作及抽槽聚肥耕作;④水平防冲沟,主要在夏季休闲地或牧坡地上用犁横向开沟。
图2 沟垄种植
用疏密不同、生长季节不同的作物与作物、作物与牧草或树木实行等高间作、套种、混种、等高带状间作及草田轮作等方法,以增加植物覆盖度或被覆时间,达到保护土壤、防止侵蚀的目的。
主要有保留作物残茬或秸秆覆盖,地膜覆盖(图3),砂田等方法,保护地表土壤,改良表层土壤性质,增加地表粗糙度,促进降雨入渗,防止土壤水分蒸发,提高土壤抵抗水蚀和风蚀的能力,降低土壤水分损失。
图3 地膜覆盖
采用少耕、免耕措施,不翻或少翻表土,以保护地面,或结合深翻增施肥料、翻压绿肥,以增加土壤有机质,改良土壤理化性质,提高土蓄水保肥能力,增强土壤抗蚀性,以提高农田抗水蚀、风蚀的能力。
水土保持耕作措施的作用一是防止水土流失,二是改良土壤,三是增加作物产量。实践证明各地水土保持农业耕作措施都有拦蓄径流,减少径流冲刷,防风挡沙,改良土壤,显著增加产量的效果。20世纪50年代到90年代的研究表明,在中国西北黄土高原水蚀地区,采用水土保持农业耕作措施,在相同的降雨条件下,可减少径流50%~80%,减少土壤冲刷50%~90%;在东北风蚀地区,可减少土壤风蚀50%~70%;在南方四川等省可减少径流50%~70%,减少土壤冲刷50%~80%。同时,可减少土壤中的氮、磷、钾元素流失量50%~80%,使土壤中氮、磷、钾肥,有机质及团粒结构增加,孔隙度增大,土壤三相比更加合理,渗透贮水层加深。增产粮食一般为5%~50%以上。