互动科普

在美国华盛顿州东部的帕洛斯地区（Palouse），约翰·埃斯库利曼（John Aeschliman）在他那4,000英亩（约2.43万亩）的农场上，翻开了一铲子表层土。这种黑色土壤疏松易碎，表明它们具有多孔结构，并且富含能够促进根系生长的有机物；大量的蚯蚓则是土壤健康的另一个标志。

34年前，埃斯库利曼的土地里蚯蚓并不多，满满一铲土中也寥寥无几。当时，他每次种地之前都会犁地，掩埋此前的作物残茬（即作物收获后的残留物），让土地为下一季作物的生长做好准备。在以丘陵为主的帕洛斯地区，这样的耕作方法已持续了数十年。然而，这种耕作方式却一直危害着帕洛斯，导致以肥沃闻名的土地以惊人的速度退化。埃斯库利曼深信，必须采取更好的方式经营土地。1974年，他决定尝试一种新兴的农业方法——免耕法。

全世界大多数农民都会在播种农作物前耕地。播种前翻耕，可以掩埋作物残茬、动物粪肥以及妨碍作物生长的杂草，还可以使土壤透气和升温。但是这种清理和干扰（disruption）也使土壤容易遭到风雨的侵蚀。农业土地退化是全球最严重的环境问题之一，它对粮食生产和农村生计，特别是第三世界人口稠密的贫困地区构成了威胁，而翻耕则是导致这一问题的根本原因。20世纪70年代末，帕洛斯地区10%的农田表层土壤侵蚀强度高达100%，也就是说水蚀和风蚀带走了农田里所有的表层土壤，还有60%的农田表层土壤侵蚀强度介于25%到75%之间。此外，翻耕加剧了沉积物、化肥和农药流入河流、湖泊和海洋。相反，免耕旨在最大程度减少对土壤的干扰。收获后，农民将作物残茬留在农田里，使它们发挥地膜作用，保护土壤不受侵蚀，提高土壤的生产力。农民使用特制的播种机透过作物残茬在未经翻动的土壤上播种，然后种子发芽，新一轮的作物破土而出。

为了供养不断增长的世界人口，全球农业生产规模不断扩大，对环境、人类健康和生物多样性产生了巨大的影响。但是鉴于目前人类对环境容量（environment capacity）的认识，仅仅生产足够的粮食是不行的——这种生产必须具有可持续性。农场主需要生产充足的优质粮食，为后代保护自然资源，有足够的收入以维持生计，并对雇工和社区彰显社会公平。免耕法正是一种有潜力实现可持续农业的农业系统。正如任何其他新生技术一样，免耕法也要面临挑战和权衡。然而不管怎样，世界一些地区的农业种植者正逐渐放弃他们的犁。

犁耕为先

大约一万年前，人类开始栽培农作物，免耕法和耕作法都在农业生产的过程中使用过。在从狩猎采集向种植农作物的转变过程中，新石器时代（Neolithic）的祖先在居住地附近开辟园地，并在野外觅食。其中一些人通过棍棒打孔、孔洞播种和埋土实现了最早的免耕农业，另一些人则用棍棒刮开地面，将种子播种在土地表层之下，开创了原始的耕作——目前，发展中国家成千上万的农民依然使用着这种简单的播种方法。

犁的发明和使用使农业需要的劳动力大大缩减，使用器械进行耕作随之成为农作物种植和杂草控制的标准。最初的犁是一个简易的架子，上面固定着一根垂直的木棍，可以在表层土中拖拉，两个人一拉一扶就可以操纵这样一个早期的耕作农具。后来，经过驯养的拉犁牲畜，如公元前6,000年左右出现的美索不达米亚耕牛，取代了人力。接下来的一个重大进步发生在公元前3,500年左右，埃及人和苏美人发明了犁铧——一个前端镶有金属刃（当时的铁主要是从陨石中而不是铁矿石中提取，铁器极为稀少，人们主要使用青铜器）的楔形木质松土工具。11世纪，欧洲人进一步改造了这种犁铧，在犁铧后面安装了一个曲形铁制犁板，这个犁板可以将犁铧翻起的土壤进行二次翻耕。

19世纪中期，对犁具的持续改进促进了农业的蓬勃发展。在东欧、南非、加拿大、澳大利亚、新西兰和美国等地，农民将大草原开垦成农田，种植玉米、小麦或其他农作物。由于又厚又黏的草皮阻碍了开垦，这种耕作模式在美国中西部的高草大草原受到了限制。到1837年，美国伊利诺伊州一个名叫约翰·迪尔（John Deere）的铁匠锻造出了一种光滑而坚硬的钢制犁板，能够切割草皮。如今，这片曾经的草原，包括闻名遐迩的玉米带，已经是当今世界农业生产力最高的地区之一。

20世纪初，随着多犁拖拉机等大型集中化农业机械的发明，农业机械化进程继续推进。然而，这些耕作手段也面临着巨大考验。1931年—1939年的沙尘暴，暴露出耕作农业的弱点：美国南部平原遭到干旱袭击后，狂风卷走了平原上珍贵的表层土，只留下满目疮痍的农场。土壤保护运动因此应运而生。农学家开始探索新手段，以减少耕作、保留作物残茬以充当护地膜。1934年，极具争议的《农夫的愚蠢》（Plowman’s Folly）出版，大大促进了土壤保护运动的发展，该书作者农学家爱德华·福克纳（Edward Faulkner）质疑耕作的必要性。第二次世界大战后，随着除草剂［如2,4-D、莠去津（atrazine）、百草枯（paraquat）］的发明，福克纳激进的主张更加站得住脚。到20世纪60年代，使用现代手段对免耕农业的研究也逐渐开展起来。

由于犁具已经在农耕中发挥了关键作用，设想一种没有犁具参与的农作方式，相当富有挑战性，这涉及对农业生产的各个方面进行彻底改造。但是，自20世纪60年代以来，专门设计的播种机不断进步，逐步满足了免耕农业独特的机械化需要。这些新型播种机与化学除草剂是最终促使农民大规模采用免耕法的两项主要技术。

参与免耕

今天，农民通过对土壤不同程度的干扰来做播前准备：铧式犁彻底翻耕15~25厘米厚的土壤，并掩埋大部分作物残茬；凿式犁仅仅破坏表层土，保存了更多的地面残茬。而免耕法只是在种植行挖开1.5~7.5厘米宽的沟槽用于播种，基本上不会干扰土壤。免耕农业符合保护性耕作的定义。保护性耕作是一个宽泛的概念：任何能够保留充足作物残茬，保证播种后残茬覆盖率达到30%以上的技术，都可以算作是保护性耕作。这些残茬对土壤的保护作用相当可观。根据美国农业部的国家资源调查数据，1982年—2003年间，美国因水蚀和风蚀造成的耕地土壤退化率降低了43%，这在很大程度上得益于保护性耕作。

保护土壤免遭侵蚀并不是免耕法的唯一好处。保留作物残茬可以增加土壤渗透性、减少地表径流，进而减少地表径流带走沉积物、化肥和农药，污染附近水资源；作物残茬还可以通过减少水分蒸发来涵养水源。在某些情况下，水资源供给是限制作物产量的主要因子，更好的水分保持能力意味着作物更加高产，或者能够种植其他需要更多水分的替代作物。

免耕法还通过增加土壤有机质和稳定生物栖息地，增加了土壤动植物的多样性，例如以作物残茬为食的蚯蚓。土壤有机质的增多和生物多样性的增加，使土壤内部结构更加稳定，加强了土壤生长农作物的整体能力，降低了农业活动和环境灾害对土壤的压力。因此，免耕法可以促进那些面临土壤侵蚀等风险的中高坡度坡地上的农业可持续地发展。

野生生物也从免耕中获益，因为竖立的作物残茬和谷物收割时掉落在地里的粮食为高空嬉戏的鸟类等生物提供了庇护所和食物。1986年，美国艾奥瓦州的研究人员在一项研究中发现，有12种鸟类在免耕地里安家，而犁耕地里仅有3种。

与传统的犁耕相比，减少耕作增加了土壤对二氧化碳的吸收。农业主要的温室气体削减策略之一是土壤固碳，作物通过光合作用从大气中吸收二氧化碳，没有收获的作物残茬和根系则转化成土壤有机质，碳含量达58%。美国耕地的固碳能力大约有一半得益于包括免耕在内的保护性耕作。

免耕也为农民带来了经济利益。利用免耕法，播种和收获所需的翻耕次数从7次以上减少到了4次以下。因此，相对于耕作农业，免耕农业的燃料能源消耗降低了50%～80%，需要的劳动力也降低了30%～50%，明显降低了每亩地的生产成本。虽然特制的免耕播种机价格昂贵，一些精良的播种机器价逾10万美元，但是农场主无须再使用和维护其他耕作设备，从而使种植作物所需的资本总额和机械操作费用降低了50%。由于时间和费用上的节省，农场主在较小地块上可以拥有更大的竞争力，也可以利用同样的设备和劳动力种植更大面积的田地。而且，令许多农民欣慰的是，免耕使他们可以把空余出来的时间花在更有挑战性的农事、家庭生活和消遣娱乐上面，因此总体生活质量得到了提高。

农场投注

免耕法及其他保护性耕作系统广泛适用于多种气候、土壤和地理位置。除湿地水稻和根茎作物（如马铃薯）之外，持续使用免耕法也适用于大多数作物。但2004年的数据显示，全球仅有2.36亿英亩（约14.3亿亩）土地使用免耕法，不足全球耕地的7%。

世界上免耕栽培面积前五名的国家，依次是美国、巴西、阿根廷、加拿大和澳大利亚， 85%左右的免耕地分布在南北美洲。据粗略统计，2004年，美国41%的农田使用了保护性耕作系统，而在1990年只有26%。大部分增长来自免耕法的推广，在那段时间内，免耕地面积翻了三番，达到了美国农田总面积的22%。毫无疑问，这在一定程度上反映出一个事实：美国通过政府补贴和其他项目鼓励农民采用保护性耕作系统。在南美洲，由于大学农业教育工作者和当地农场社区的共同努力，制定出了一套切实可行的免耕种植制度，使免耕农业推广相对迅速。

而另一方面，在欧洲、非洲和亚洲的大多数地区，免耕法的采用率却很低，在亚非一些发展中国家推行起来尤其困难，因为当地农民经常把作物残茬用作燃料、动物饲料和其他用途。而且，这些地区可能没有专门用于免耕播种的播种机和控制杂草的除草剂，即便有，对农作物栽培者来说也过分昂贵了。在欧洲，政府没有出台相关的免耕法推广政策，加上严格限制使用农药（包括除草剂）等原因，农民对这种做法也缺乏积极性。

犁耕农业向免耕农业的转型并非易事。转型本身相当困难，加上人们普遍认为免耕会增加农业歉收的风险或相对传统农业纯收益较低，严重阻碍了免耕法在更广阔地域范围内的推行。虽然农民很清楚农业并不是一个没有风险的行业，但如果采取新的农作方式会比保持传统产生更大的风险，谁都会犹豫不决。因为免耕是背离了其他耕作方法的激进改革，种植者学习免耕法是一个艰难的历程。除了需要完全不同的种植方式，转型也会对农田及其土壤产生深刻的影响。在从耕作农业向免耕农业转变过程中，新的害虫可能会随之产生，杂草和作物病害的种类也会发生变化。例如，因免耕造成的土壤湿度增加，会促使以前耕作农业可以控制的土壤真菌疾病再次流行。事实上，向免耕农业转变的过程中常常会发现新的作物疾病。

免耕法引起的一些变化会在数年甚至数十年后才显现出来，因此农民必须保持警惕，并适应新的、有时是意料之外的状况，如土壤、作物残茬或水肥管理中产生的变化。在转型中，也确实存在减产和无收的风险。在帕劳斯，20世纪80年代一些尝试免耕的农民就因此无法继续从事农业生产。所以刚开始时，向免耕转型的农民应该把免耕栽培的面积控制在农场总面积的10%～15%。

对免耕技术不熟悉的农民可以经常参观成功的运作模式，并成立地方或区域性的互助小组，以分享经验和讨论技术细节。但是他们在有限采用免耕法的地区获取的意见可能是不完整或矛盾的，知识、经验或技术上的盲点很可能导致灾难性后果。如果农村社区内盛行免耕比传统技术风险大的观点，银行或许就不会给使用免耕法的农民提供贷款。租赁土地的种植者还有可能遇到这样的情况：土地所有者因担心收益受损而反对免耕。毋庸置疑，通过改进农民、大学、涉农企业、政府之间信息交流的质量来克服这些障碍，还有很长一段路要走。

即使是具有丰富免耕农业经验的农民，也无法克服免耕法的某些缺陷。在结构致密、排水性差的土壤环境中，免耕法尤其成问题，常常导致农业减产。例如免耕玉米往往比传统耕作的玉米减产5%～10%。特别是在美国北部地区，因为作物残茬阻挡了太阳光，使土壤温度达不到传统耕作的土壤温度，导致春天土温过低，延误和限制了种子发芽和玉米等喜温作物的早期生长。

在最初的4～6年间，免耕法也要求加施氮肥以满足部分作物的养料需求——肥量要比传统耕作系统多20%——因为土地表面逐渐增多的有机质固定了包括氮在内的养分。由于没有翻耕，农民更加依赖除草剂抑制杂草生长。在免耕农场里对除草剂产生抗性的杂草已经越来越常见。因此，免耕法的持续发展高度依赖新型除草剂配方以及其他控制杂草方法的开发。撇开成本问题不谈，对农药过分依赖可能会对其他物种产生有害影响，或造成空气、水体和土壤的污染。

综合免耕

全球面临人口增长、环境恶化、能源耗竭和气候变化等艰巨挑战，免耕法有很大潜力，能带来一系列利益，使人们越来越需要它。但是免耕法不是万灵丹（农业中不存在这种万灵丹），而是可持续农业宏大且不断发展的远景中的一个组成部分。这一远景包括各种各样健康的农业方式，从免耕农业到有机农业或是二者相结合。我们认为，如果可行的话，最终所有农民都会在自己的农场里将保护性耕作方法和免耕法结合使用。

未来的免耕农业将需要更多控制各种害虫和杂草的相关策略，包括各种能减少抗药性威胁的生物、物理和化学方法。在这方面，有机农业系统的成功实践有可能具有启发性。轮作技术就是这样一种种植方式——农民在同一块田地上，连续在不同的季节里种植一系列不同作物。当同一作物在同一块土地上持续种植时，杂草、害虫和疾病也会持续发展和繁衍，轮作技术可以打破它们的发展繁衍周期，因此已在免耕过程中害虫和杂草的抑制方面收到成效。

种植多种经济作物可以促进免耕农业的进步，使免耕农业对农民更具吸引力。但是目前的重点是利用玉米制造乙醇，这使得许多地区（例如美国中西部）的玉米带正推行单一种植——即玉米或其他单一作物在广阔的土地上每年重复种植，这很有可能加大这些地区采用免耕法的难度。专家仍然在争论种植生物燃料作物是否有益，然而如果要以可持续的方式继续种植生物燃料作物，就应该让它们成为免耕轮作循环中的一种作物。在边缘土地上种植生物能源作物的替代作物，包括柳枝稷等多年生植物，可以像目前种植的多年生粮食作物一样补充和促进免耕农业（参见《环球科学》2008年9月《粮食作物多年生不是科幻》）。

30年后的今天，最初在帕洛斯农场尝试免耕法的约翰·埃斯库利曼，已在他的农场全面推行免耕法。在采用免耕法的过程中，他走了一条渐进的、谨慎的道路，这条道路最大程度地减少了农业减产和净收入减少的风险。因此，他成了或多或少受益于免耕法，帮助农业向可持续方向发展的众多农民之一。