韦本辉，广西壮族自治区农业科学院二级研究员，粉垄技术发明人。曾担任广西壮族自治区农业科学院院长助理、计划财务处处长、经济作物研究所所长兼党委书记等职务。长期从事作物育种与栽培、粉垄耕作和软科学研究，发明了可替代犁头耕具系列立式钻头及其粉垄农机装备，开启了“超深耕深松不乱土层并使土壤颗粒化、不覆碾压”的粉垄农耕先河，创建了“粉垄农机十粉垄耕作十粉垄栽培”的“粉垄农业”技术体系；负责引进的甘蔗新品种‘新台糖22号’的种植面积曾达到广西甘蔗种植面积的70%，截至目前已累计推广逾亿亩；发明了淮山药“定向结薯”系列轻便栽培法；选育淮山药、马铃薯等审定品种26个，育成亚热带地区木薯诱导开花杂交品种5个，利用红薯南北生态品种杂交育成弱感光型品种6个并创建“一年两（三）熟”种植模式。获得授权发明专利22项、实用新型专利15项，编制技术标准7件，发表科技论文197篇，编撰《中国粉垄活土增粮生态》《中国淮山药栽培》等10部学术著作。获得国家科学技术进步奖二等奖1项（排名第6），省部级科学技术奖一等奖、二等奖12项（其中10项排名第1）。获得国务院政府特殊津贴专家、全国优秀科技工作者、广西壮族自治区优秀专家，广西有突出贡献科技人员、第十届“发明创业奖·人物奖”等荣誉称号。

本书基于韦本辉研究员所提出的“超深耕深松不乱土层”最新耕作理念和“粉垄理论”，介绍了由韦本辉等发明的立式钻头及三角板犁（撬犁）替代传统犁头和横轴旋耕，并由此引发的耕作模式与栽培方法变革的农耕新方法——粉垄技术，以及由钻头和板犁装备的粉垄农业机械以“粉垄农机+粉垄耕作+粉垄栽培”形式完整构建可替代现行农业的“粉垄农业”技术体系，在全国28个省份、50种作物上应用，使耕地增产10%～50%、盐碱地改造增产20%～100%；归纳总结了十几年来粉垄技术在全国不同气候、不同生态、不同土壤、不同作物上的试验研究及示范结果，并从粉垄技术提出的时代背景、理论基础、科学基础、技术体系、应用效果等方面进行详细阐述；对粉垄技术在保障国家粮食安全、建立和实施“六大工程”等方面的应用前景进行了展望。 本书内容翔实、图文并茂，易于加深读者对相关理论和技术的理解。本书主要面向作物栽培与耕作学、土壤学、农业机械学和其他相关研究方向的农业科技工作者、大专院校师生、农业技术推广人员和农业管理部门工作者等。

第一章粉垄技术的背景与理论
　　第一节　农业增长面临“天花板效应”
　　一、中国人口增长与粮食需求的现状
　　食为政首，谷为民命。2021年12月8日，习近平总书记在中央经济工作会议上，用他的目光，望向全场的党政领导干部，他们这一代人，或多或少都有吃不饱、饿肚子的经历，更能掂量出14亿多人口的大国走到今天，粮食安全之于国家安全举足轻重。习总书记谆谆告诫：“越是有粮食吃，越要想到没粮食的时候。我反复地讲，中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手中。决不能在吃饭这一基本生存问题上让别人卡住我们的脖子。”
　　对于一个国家的人民，真正的安全是粮食安全。国土丢了，有粮吃也能活；国土还在粮食没了，会饿死。全世界各国都非常重视基本生活物资的自我供给率，而基本生活物资中*重要的就是粮食。
　　我国粮食生产整体上不容乐观。
　　尽管我国粮食连年增产，但形势依然严峻。一方面，粮食单产逼近“天花板”、18亿亩（1亩≈667m2，后同）耕地红线难以守住、气候异常加剧农业风险、国际环境导致自给自足的压力陡增；另一方面，对于农药化肥的惯性依赖不仅造成不同程度的食品污染、危害人体健康和中华民族的长远发展，而且导致土壤板结、地力透支，农业可持续发展面临巨大挑战。
　　业内专家研究分析的结果警醒我国必须高度重视粮食生产和粮食生产与安全的可持续性。
　　曾任农业部（现农业农村部）农村经济研究中心主任、中国农业大学原校长的柯炳生教授指出，粮食消费分为直接消费和间接消费：直接消费，就是口粮消费；间接消费，是指吃的肉禽蛋奶鱼等动物源食品中所包含的粮食，即生产这些产品所消耗的饲料粮。按照一定的饲料转化率标准，可以根据这些产品的数量，计算出饲料粮数量。柯炳生教授在2018年中国农业展望大会上提出，未来的一段时间内，我国人均粮食消费量还将不断增长。首先，城镇人口人均的直接消费量已经10多年保持稳定，而动物源食品间接消费量继续增长；同时，农村人口人均的直接消费量呈继续下降趋势，但趋势减缓，动物源食品间接消费量增长趋势较强；更重要的是，人口结构持续发生重要变化，每年新增城镇人口超过2000万，而农村人口持续减少，由于城镇人口的人均粮食消费总水平显著高于农村人口，因此，即便人口总量不变，城镇人口比重的增加就意味着粮食需求的增加；*后一点也非常重要，就是农民工的粮食消费水平比统计部门调查的城镇和农村家庭人均粮食消费水平都显著高。中国农业大学典型调查的结果显示，农民工人均粮食消费水平比农村居民高出50%左右，比城镇居民高出30%左右。其间的道理不难理解：农民工比农村居民收入更高，而比城镇居民劳动强度更大。在这4个因素的综合作用下，我国人均粮食消费水平肯定还会继续有所增加，估算每年增加0.5%以上。
　　与此同时，我国人口总量每年继续增加，每年增加0.5%～0.6%。把人均增长和人口总量增长两项因素综合起来，可以推断，我国粮食消费总量每年增长的幅度应在1%以上。所以未来一个时期中，我国粮食需求增长的压力仍然是持续增加的。藏粮于库，只能管眼前；藏粮于地，藏粮于技，才是长远之计。这需要久久为功，坚持不懈地努力和加大投入，保证基本主粮的自给自足。
　　假如中国粮食完全依赖进口，那么中国14亿人口首先就会面临粮食危机问题。一旦粮食命脉被外部掌控，中国内部就会出现粮食短缺问题，轻者会引发饥饿与健康问题，中者会引发社会动荡，重者可以导致国家覆灭。
　　外国政要告诫世人粮食安全的无比重要性。掌握了一个国家的粮食就等于掌握了一个国家的命运。美国前国务卿基辛格曾告诫世人：谁控制了粮食，就控制了人类。所以，美欧一些重要国家都高度重视粮食问题，中国也同样如此。
　　从现在起，我们必须以科技创新寻求新的粮食增产途径。
　　粮食问题是国家安全问题，如果粮食全部依赖进口，那就等于把国家安全交了出去，不仅国家经济命脉将被外部掌控，国家的生死存亡问题也就摆在了眼前，所以中国的粮食是不可能完全依赖进口的。
　　粉垄农业与现行农业相比，具有农机装备优势、耕作优势、栽培优势、生态优势和增产提质优势。它以活化各种土地资源，增用水、土、气、温、光等自然资源，构成新的农业增产、提质、生态、减灾“四位一体”共性关键核心技术，在促进新一轮的农业自然增产、保障粮食安全中将发挥积极作用。
　　二、中国农业发展现状
　　“农为邦本，食为政首”，古来贯之。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视粮食安全保障和生态文明建设，提出了“让中国人的饭碗装满优质中国粮”“掌握粮食安全主动权，
　　进而才能掌控经济社会发展这个大局”“粮食生产的出路在科技”“生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计”等。由此可见，农业生产和粮食安全、生态文明建设，关系“健康饭碗”，关系国家长治久安和中华民族永续发展，时刻小觑不得。
　　但目前，由于中国人口多，人均耕地资源、可利用水资源少，近几十年为保障粮食和肉类等农产品的有效供给，发挥作物良种和畜禽鱼的增产潜力，农业生产上不得不投入大量化肥、农药、农膜，造成这几十年来国民食用的食品及饮用水或多或少地含有“化学品”，人们的身体健康受到影响。
　　针对中国的耕地，祖先留给我们的是无污染、健康的土地。而几十年来良田被大量化肥、农药等“围攻”，每亩投入少则1～2t，多达3～4t，中国的良田在“呻吟”，土壤中蚯蚓等有益昆虫在减少，农田中青蛙在减少，田沟小溪中鱼虾在减少，土壤板结，生产能力衰退，甚至水资源包括地下水也被严重污染，昔日小溪、江河鱼虾成群结队游弋的场景已不复存在，子孙“后路”被切断的风险在加剧。这必须要引起国人的高度警醒，应采取措施、亡羊补牢。
　　农业领域必须突破单要素思维，从资源利用、运作效率、系统弹性和可持续性的整体维度进行思考。我国农业生态效率不高、竞争力不强、生态不可持续的问题主要是在土地资源的利用方式上。因此，农业领域的科技突破需要从土地资源的治理、修复、提升入手。
　　粉垄农业技术着眼于耕地犁底层及其以下土壤资源的活化利用，着眼于耕地土壤的理化性状改善与提升，着眼于盐碱地的物理性改造，着眼于耕地（盐碱地）地面立体空间资源的有效利用。因此，粉垄农业技术对于土地资源的治理、修复、提升不失为一项重要的农耕技术措施。
　　三、中国农业耕作历史
　　农耕乃衣食之源、人类文明之根。
　　农耕文化是世界上*早的文化之一，也是对人类影响*大的文化之一。《论语》有云：“工欲善其事，必先利其器”，工具在劳动生产中的作用不言而喻，中国农业耕作技术的进步在很大程度上就是建立在耕作工具的发展之上。由此可见，农耕的首要是耕作工具；粉垄研究团队发明了“钻头”，特色是立式深旋耕不乱土层、土壤被高速旋切呈颗粒状，可以“四两拨千斤”之力撬动地面表层土壤，比现行农耕工具和农耕方式的耕作深度加深1倍或1倍以上，有望拓宽人类生存与发展空间。
　　（一）中国古代农业的耕作方式
　　我国古代农业的耕作方式以生产工具的发展为标志，将其划分为刀耕火种、石器锄耕（耜耕）和铁犁牛耕三个阶段。中国古代长期处于农耕文明发展阶段，这里“农业”与“耕作”的含义并称，即耕作行为就是农业行为，表明了耕作之重要，也体现出农业生产与耕作技术的密切关系。
　　1.刀耕火种
　　*原始的农业耕作是“刀耕火种”，是在初春时期先将山间树木砍倒，然后在春雨来临前的一天晚上，放火烧光，用作肥料，第二天趁土热下种，以后不做任何田间管理就等收获了。
　　人们在进行刀耕火种的时候，首先所要面临的就是土地的选择。刀耕火种一般不施肥，也不中耕，所以种植两三年之后就要另觅新地重新砍烧种植，农史学家将这种耕作形式称为“游耕”。这一时期使用的工具主要有石刀、石斧之类。
　　2.石器锄耕（耜耕）
　　从耕作方式、农具使用来分析我国古代农业生产发展水平，可将其划分为耕前期、耜耕期和犁耕期3个发展阶段。“刀耕火种”属于耕前期。随着大量骨耜和石耜的使用，人们已经脱离了刀耕火种的耕作方法，进入了“耜耕”农业阶段。耒耜的运用则提高了耕作效率，结束了原始社会刀耕火种、烧荒迁徙的历史。
　　3.铁犁牛耕
　　“刀耕火种”和“耜耕”时期原始农业生产方法十分简单。这样的农业生产只有种和收两个环节，只向自然索取而不予补偿，土壤营养的平衡完全依赖自然植被的自我恢复。这是只取不给的掠夺式的生产。
　　由于那时人口较少，人们对自然的需求不高，而且生产力低下，因此原始农业的生产还没有超过自然的负荷能力和恢复能力，并且人对自然生态系统的破坏很小。
　　但随着人口数量和人类对自然要求的增加，以及农业生产工具的改进，中国进入到传统农业阶段，即“铁犁牛耕”时期。
　　商周时期出现了青铜农具，那时其在农业上还很少使用。但由于人们懂得了施肥技术，依靠肥沃的土地可以连续耕作，对于贫瘠的土地也可以在休耕一两年后轮耕。随着春秋时期人们开始使用铁农具，战国时期普遍使用铁农具，农业生产力水平也有了质的飞跃。牛耕在春秋战国时期的出现和初步的推广，加上灌溉和施肥技术的新进展，大大提高了中国古代农业生产水平，从此，铁犁牛耕成为中国农业的重要耕作方式。
　　铁犁牛耕时代，新的耕作工具较少出现，但传统耕具却始终处于改良进化之中，有些耕具在今天的农村仍然使用。显然，农耕耕具和农耕方式看似简单，但蕴含巨大的科学作用，人类生存一刻也离不开农耕耕具。
　　（二）中国现代农业耕作方式
　　人多地少是我国基本国情，加之城市化发展快速，耕地面积不断锐减，养活我国14亿人口是当今政府和农业科技工作者的头等大事。
　　党的十九大报告明确指出，确保国家粮食安全，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。在现有的耕地面积，不增加化肥、农药投入量的情况下，如何实现增产提质是亟待解决的重大问题。
　　千百年来，农业都与耕种联系在一起，通常是先“耕”后“种”，“耕”决定“种”。近百年来，由拖拉机提供动力的农田、农地的耕作技术，一直沿用“犁”与“耙”的模式，后发展为“旋耕”（或称“悬耕”），但其整地效果局限为“浅耕”，因此，农业“耕”的技术问题没有太多的实质性进展。
　　长期以来，轻简化的小型旋耕农机具导致耕作层土壤质量明显下降。第一是耕地土壤普遍存在耕作层变浅；第二是犁底层增厚；第三是秸秆还田难、有机质补偿不足；第四是土壤结构紧实，尤其是增施化肥导致土壤酸化。
　　上述这些问题导致耕地土壤水、肥、气、热供给不协调，限制作物根系生长，阻碍作物产量的提高；也导致农药、化肥的利用率低，生态环境污染加剧。
　　因此，耕作措施是影响土壤质量的主要因素之一，合理的耕作方式能够协调耕作层土壤的水、肥、气、热等因素，为作物生长发育提供一个良好的生长环境，而不合理的耕作方式会加剧土壤退化。显然，农业耕作方式和农业生态的改善，要在现有基础上面有所突破，关键是农耕的再度进化（图1-1）。
　　图1-1　不同耕作方式下花生种植效果
　　1.现行主要耕作技术
　　现行农业生产方式为了追求单位面积产量的不断增加，同时为了更加直观的产量表现，几乎是在推行一种“杂交良种＋水利灌溉＋化肥农药”的技术模式，对土壤的利用与栽培关联的技术往往被忽视，形成了一种不可持续发展的态势。
　　土壤耕作是调控土壤水、肥、气、热资源的重要措施，通过改进耕作措施实现对土壤理化性状的改善，提高土壤水分利用效率，也是节水农业研究的一个重要方向。目前研究表明，翻耕或深耕、深松均有利于提高土壤含水量、增加根冠比和提高产量。
　　粉垄耕作是近期科技创新的一个新生事物，是超深耕深松不乱土层，有效活化利用土壤尤其是犁底层以下土壤资源，有望改变上述农业生产方式的不可持续发展，提供新的耕作途径。
　　（1）翻耕
　　翻耕是指通过犁头耕作，把土地的土壤犁翻，翻耕的土壤呈“Ｖ”状，表面看起来很深，但通过耙纵向碎土即打散、疏松等把土地变得平整松

目录
序　i
前言　iii
第一章　粉垄技术的背景与理论　1
第一节　农业增长面临“天花板效应”　1
一、中国人口增长与粮食需求的现状　1
二、中国农业发展现状　2
三、中国农业耕作历史　3
四、农业资源利用现状　7
第二节　生态文明呼唤农业生产方式改善　8
一、建设生态文明是新时代的呼唤和必然要求　9
二、防治土壤污染需要改变当前的农业生产方式　9
第三节　粉垄技术概念与研究背景　10
一、农耕新方法“粉垄技术”的基本概念　10
二、粉垄技术的研究背景　11
三、粉垄技术的特点与属性　14
四、粉垄技术解决现实耕作中存在的问题　14
第四节　“钻耕”“板犁”粉垄农机耕作　16
一、“钻头”耕具研发的起源与粉垄农机装备的研制　17
二、“钻头”耕具粉垄农机的耕作效果　18
第五节　粉垄理论与潜能　18
一、“天地资源”理论　19
二、粉垄“4453”增产提质效应理论　20
三、粉垄绿色生态农业“3＋1”产业体系　20
四、自然力的“粉垄物理肥力”理论　20
五、“粉垄农业”挖掘“41635”潜能理论　21
六、甘蔗粉垄“145”模式　22
七、“粉垄定律”理论　24
第二章　粉垄农业创造良好土壤生态环境　27
第一节　粉垄耕作的特点与效果　27
第二节　粉垄耕作的不同方式及其特点　28
一、粉垄全层耕　29
二、粉垄局部全层耕　29
三、粉垄“板犁”底层耕（遁耕）　30
第三节　粉垄耕作土壤理化性状　30
一、粉垄耕作土壤超微结构特点　31
二、粉垄耕作土壤物理特性　33
三、粉垄耕作土壤化学特性　38
第四节　粉垄耕作土壤微生物特性　41
一、土壤微生物多样性　41
二、土壤酶活性　42
第五节　粉垄耕作土壤贮水与利用特点　44
一、南方地区　44
二、北方黄淮海地区　47
三、西北雨养农业旱区　49
第六节　粉垄物理改造盐碱地的土壤特点　50
第三章　粉垄农业的作物生长发育特点　53
第一节　粉垄作物根系特点　53
一、粉垄作物根系农艺性状特性　53
二、粉垄作物根系超微结构特性　58
第二节　粉垄作物茎叶特性　60
一、粉垄作物茎生长特点　60
二、粉垄作物叶光合特点　62
第三节　粉垄零基础肥力的作物生长与增产效应　66
一、广西粉垄零基础肥力水稻、玉米、花生产量　66
二、甘肃粉垄零基础肥力马铃薯产量　68
三、河北粉垄零基础肥力玉米、小麦产量　68
第四节　粉垄作物不增加施肥量和灌溉用水量的增产特点　69
一、粉垄作物不增施肥料和灌溉用水量的增产特点　69
二、粉垄作物减施化肥的增产特点　71
第五节　粉垄持续多年作物的增产特点　74
一、南方地区粉垄持续多年作物增产增收　74
二、黄淮海地区粉垄持续多年作物增产增收　77
三、西北地区粉垄持续多年作物增产增收　79
第六节　粉垄作物品质和效益　81
一、品质提升　81
二、效益提高　82
第四章　粉垄农业与生态环境　84
第一节　粉垄土壤气体排放和田间空气湿度特点　84
一、气体排放减少　84
二、空气湿度增加　86
第二节　粉垄抵御低温灾害的特点　86
一、粉垄对南方地区低温的影响特点　86
二、粉垄对北方地区低温的影响特点　87
第三节　粉垄对干旱的影响　88
第五章　粉垄农业技术体系　90
第一节　粉垄农业技术体系的内涵　90
第二节　稻田粉垄农业技术体系　91
一、粉垄全层耕回水软土栽培技术　91
二、粉垄全层耕干田抛秧回水栽培技术　92
三、粉垄全层耕再生稻栽培技术　94
四、粉垄稻田直播栽培技术　95
五、粉垄稻田底层耕（遁耕）栽培技术　96
六、稻田水层条件下粉垄耕作栽培技术　97
第三节　旱地粉垄农业技术体系　98
一、玉米粉垄栽培技术　98
二、小麦粉垄栽培技术　100
三、马铃薯粉垄栽培技术　101
四、甘蔗粉垄栽培技术　102
五、其他旱地作物粉垄栽培技术　106
第四节　旱地盐碱地粉垄改良技术体系　108
一、旱地盐碱地粉垄改良原理　108
二、旱地盐碱地粉垄改良技术　110
三、重度旱地盐碱地粉垄改良效果　111
四、中、低度旱地盐碱地粉垄改良效果　115
第五节　旱地间隔性粉垄技术体系　116
一、甘蔗　116
二、棉花、玉米等作物　117
三、瓜类作物　117
第六节　其他粉垄技术体系　118
一、粉垄改良砂姜黑土技术体系　118
二、粉垄改良退化草原技术体系　119
三、粉垄果园技术体系　120
第六章　粉垄农业之 2021年　124
第一节　创建粉垄农业技术体系　124
第二节　稻田水层粉垄耕作与栽培　125
一、人工插秧栽培　126
二、机插栽培　127
三、直播栽培　128
第三节　稻田粉垄后第 5年至第 8年耕作层与水稻生长状况　130
一、稻田粉垄后第 5年　130
二、粉垄后第 8年　130
第四节　甘蔗粉垄“ 145”模式与成效　135
一、甘蔗粉垄“145”模式的背景与内涵　135
二、创造以减轻“三旱一低”制约和利于全程机械化的技术模式　137
三、“ 145”模式利于甘蔗机械化采收又便于宿根甘蔗侧底层耕　138
四、甘蔗粉垄“145”模式耕作机械研发成功　140
五、广西 2021年甘蔗粉垄“145”模式取得的成效　140
第五节　旱地粉垄第 4年雨养节水栽培表现　141
第六节　旱地粉垄第 5年小麦种植表现　143
第七节　重度盐碱地粉垄两次第 6年棉花种植表现　146
第八节　西藏盐碱地粉垄青稞表现　147
第九节　西藏耕地粉垄青稞表现　149
第十节　粉垄农机新装备　150
一、螺旋型钻头履带式和牵引式粉垄整机　150
二、两刀钻悬挂式等新型粉垄机　151
第七章　粉垄农业构建与前景　154
第一节　为改变农业单一格局、自主保障国家粮食安全提供可能　154
一、耕地粉垄深耕深松　155
二、粉垄改良旱地盐碱地　156
三、粉垄改良退化草原　156
四、粉垄利用边际、荒漠化土地　157
五、粉垄活化利用河流、湖泊、近海水域发展自然性渔业　158
第二节　粉垄可建立和实施“六大工程”　159
一、建立高标准农田、地力培肥工程　159
二、建立旱地雨养、稻田环保工程　159
三、建立零灌溉“土壤水库”农业工程　160
四、建立高原农业增粮增饲工程　161
五、建立粉垄林果和健康产业工程　161
六、建立减缓自然灾害工程　162
七、建立粉垄农业大数据工程　162
第八章　“粉垄学”（粉垄大科学）创立的可能　163
第一节　粉垄及建立“粉垄学”（粉垄大科学）的基础　163
第二节　创立“粉垄学”（粉垄大科学）的研究方向及学术意义　165
一、 “粉垄学”（粉垄大科学）的研究方向　165
二、 “粉垄学”研究具有“粉垄大科学”的学术意义　166
第三节　创建“粉垄学”（粉垄大科学）已有的初步条件　167
一、构建了粉垄农业技术体系　167
二、初步编制了一批技术标准与规程　168
三、出版专著和发表论文并提出了部分粉垄理论观点　168
第四节　“粉垄学”（粉垄大科学）研究可涉及的领域　168
一、粉垄耕作工具及现代化粉垄农机装备研究　168
二、耕作方式与栽培方法研究　168
三、活化利用各种土地资源研究　169
四、“五大自然资源”活化利用研究　169
五、其他领域研究　169
第五节　“粉垄学”（粉垄大科学）可涉及的研究对象与学科　169
参考文献　170
附录　176