一、技术原理
机械化保护性耕作技术是以保持水土为核心，通过免耕、少耕、作物秸秆地表覆盖等技术手段，减少土壤耕作次数，降低土壤风蚀、水蚀，提高土壤蓄水保墒能力，节约成本，增加作物产量，增加效益。因此，机械化保护性耕作技术的基本原理可归纳为“三少两高”，即少动土、少裸露、少污染、高保蓄和高效益。
1.少动土。传统的灭茬打垄、翻耕、旋耕等耕作方式动土量大，土壤风蚀、水蚀严重。少动土是相对于传统耕作方式而言的，并不是完全不动土，而是通过合理减少机械对土壤的扰动，使作物能够正常生长发育。保护性耕作技术减少对土壤的耕作次数或耕作面积，避免大面积翻耕、旋耕后土壤水分散发和风蚀的发生，主要是通过免耕（少耕）、深松等技术代替灭茬打垄、翻耕、翻耙耕作方式，有时利用土壤中的生物作用代替机械耕作，降低了对土壤的扰动。
2.少裸露。传统耕作方式灭茬打垄不留茬、翻耕、旋耕等耕作方式秸秆覆盖率低，农田裸露，土壤水分蒸发量大，土壤风蚀水蚀严重，容易引起沙尘暴发生。保护性耕作技术通过作物根茬覆盖、秸秆覆盖以及绿色覆盖等地表覆盖技术，减少地表裸露，降低土壤水分蒸发和水土流失，提高土壤蓄水保墒能力。国外通常以残茬覆盖度为标准，在一季作物收获后地表留茬覆盖度大于30％为保护性耕作，残茬覆盖度在15％—30％为少耕。因此，地表裸露程度是判断保护性耕作的主要标准。
3.少污染。传统耕作方式秸秆不还田，肥料和农药投入量大，大量秸秆焚烧污染环境，过多的肥料和农药造成土壤和地下水污染。保护性耕作技术采用秸秆覆盖、残茬覆盖及配套水肥调控技术，降低了秸秆焚烧造成的大气污染，降低了化肥、农药用量过大对地下水和土壤的污染，起到了保护生态环境的效果。
4.高保蓄。传统耕作方式动土量大，土壤失墒严重。免耕（少耕）技术降低了耕作次数或强度，保持了土壤的自然结构，避免了由于耕作造成土壤水分的散失，起到保墒的作用。地表覆盖不仅可以切断地面与下层土壤的毛管联系，有效抑制土壤水分蒸发，还能有效减少地表径流和雨水的冲击，增加降水入渗土壤，减少水土流失。深松技术可以打破犁底层，储存自然降水，提高水分利用效率。可见，免耕（少耕）技术、地表覆盖以及深松等保护性耕作技术通过不同途径，提高了土壤蓄水保墒功能。
5.高效益。传统耕作方式田间作业程序多、繁琐、费工、费时及投入成本高。机械保护性耕作技术可直接或间接地给农民带来经济效益。一方面，机械化保护性耕作技术简化了工序，降低作业成本，改善作物生长环境，增加了粮食产量，节省劳动力，直接增加了收入。另一方面，采用机械化保护性耕作技术后，剩余的劳动力可以外出打工，间接增加了农民收入。
二、核心技术
机械化保护性耕作核心技术包括免耕（少耕）、秸秆或残茬覆盖、深松、除草及其配套的专用机具等。根据对土壤的影响程度，主要划分为以下两种类型。
1.少耕、免耕技术
（1）少耕、免耕技术保持土壤自然结构。一般认为，翻耕的土壤经过一个生长季后会沉实变紧，通气孔隙减少，通透性变差，从而不利于作物生长。翻耕的目的在于疏松紧实的土壤，调整耕层构造，以满足作物对水、肥、气、热诸因素协调供应的要求。对潜在的肥力高、有效肥力低、质地黏重、结构性差、通透不良的土壤来说，翻耕的作用是无可置疑的。但对土壤熟化程度较高，质地较轻的地块而言，减少某些耕作措施或者采取免耕措施种植是能满足下季作物生长要求的。
综合各地区的少耕、免耕的研究和应用，无论是旱地还是水田，一定自然生产条件下，采用各种形式的少耕、免耕，基本上都遵循这一技术原理，即尽量减少耕作次数和强度，以保持土壤的自然结构。与此同时调稳了有机质的矿化过程，这是依靠环境、作物、土壤之间的相互作用，加上人为的投入或干预，使农田生态系统趋向于良性发展。
（2）以生物松土代替机械松土。在免耕法的研究及应用中，人们经常引用“生物代耕”这一术语。免耕法的实质是依靠生物进行土壤耕作，包括作物根系、土壤微生物、蚯蚓等小动物的活动在内。作物根系不断穿插、分割土壤，在其死亡和被分解后形成大大小小的孔隙，使土壤三相比得到调整。土壤微生物分解作物残体，为作物提供矿物质营养，同时形成腐殖质，把土粒胶结成团粒。蚯蚓被誉为“生物犁”，其活动留下的洞穴能改善土壤的通气性。所有生物活动留下的“地下渠道”不会被翻耕、深松等截断或破坏，从而创造一个结构良好、孔隙度高的表土层；同时，“地下渠道”的数量会随着免耕的连续而逐渐积累，从而得以在一定年限内代替土壤耕作的作用。
2.地面覆盖技术
地面覆盖技术主要包括秸秆覆盖、留茬或残茬覆盖，作物收获后秸秆和残茬留在地表做覆盖物，是减少水土流失、抑制扬沙的有效措施。地表覆盖的作用表现在多个方面，如防止雨水冲击造成土壤板结，减缓土壤水分蒸发，保蓄土壤水分，促进土壤有机质的积累和团粒结构的形成，控制杂草，防止水土流失和风蚀，调节土壤温度等。
三、作用
1.有效蓄水保墒。机械化保护性耕作的主要作用就是蓄水保墒。以吉林省为例，当地常常出现季节性干旱，特别是在西部半干旱地区，情况更为严重。在西部半干旱区秸秆覆盖与裸露栽培相比，秸秆覆盖的土壤含水量比裸露栽培高12.86％。在梨树县，应用免耕播种技术3年的地块，土壤耕层含水量较传统种植方式增加12.39％，相当于增加了50毫米降雨量；在公主岭市，玉米立茬覆盖少耕保护性耕作0—50厘米土壤含水量高于春灭茬打垄21.60％，高于秋灭茬打垄17.80％。可见，免耕、少耕、秸秆覆盖等保护性耕作可明显增加土壤含水量，起到蓄水保墒的作用。
2.降低土壤侵蚀。机械化保护性耕作技术与传统耕作技术相比具有显著降低风蚀和水蚀的作用。据监测表明，玉米立茬覆盖保护性耕作土壤风蚀量较传统耕作方式降低13.30％、水蚀量降低17.90％；也有资料显示，保护性耕作可以减少地表径流50％—60％，减少土壤流失80％左右。少耕、免耕等保护性耕作技术减少了对土壤的扰动，作物根系起到固土作用，加上地表常年有残茬和作物的覆盖，大大减少了降水对表土的冲刷，起到降低风蚀水蚀的作用。
3.培肥保育土壤。机械化保护性耕作的另一个重要作用就是提高土壤有机质含量，培肥地力，实现土壤资源的可持续利用。传统的耕作方式重用轻养导致土壤有机质下降。据相关研究显示，吉林省黑土区土壤有机质由开垦初期的5％下降到现在的2％左右，秸秆还田后有机质含量每年增加0.01—0.03个百分点。实行保护性耕作3年地块10厘米耕层有机质含量比传统耕作方式的地块增加了25％。总之，保护性耕作作物根茬或秸秆直接还田腐烂，可明显提高土壤有机质含量，起到培肥地力的作用。
4.改善土壤结构。机械化保护性耕作能够调节土壤孔隙，改善土壤结构。传统的耕作方式使土壤板结，犁底层加厚，不利于作物根系的生长发育。玉米立茬覆盖深松保护性耕作与传统耕法比较，0—40厘米土层土壤容重和土壤硬度有降低趋势，总孔隙度增加，固相、液相、气相三相比趋于合理。秸秆覆盖技术增加0—10厘米土壤孔隙度，土壤容重比对照降低0.09—0.103克/厘米，连续两年秸秆覆盖后土壤孔隙度比常规耕作增加了13.10％—8.37％。不同的保护性耕作方法能降低土壤容重，增加土壤孔隙度，调节土壤固、液和气三相比，进而改善土壤结构，为作物的根系生长发育提供良好的土壤环境。
5.实现节本增效。 机械化保护性耕作具有节本增效的作用。保护性耕作方式种植的玉米可减少耕整地环节，用免耕播种可降低成本500—700元/公顷；在干旱地区，实行保护性耕作技术可以节肥、节水、节省劳力，节省能耗成本750元/公顷以上。保护性耕作技术机械一次进地完成多项作业，节省了清理秸秆、整地起垄、镇压、浇水等程序，降低了能耗成本，增加了经济效益。
6.持续增产稳产。因地制宜，科学采用机械化保护性耕作技术可以提高作物产量。据某地100公顷大面积分片实验，实施2年和3年保护性耕作，玉米增产均达到10％。
秸秆还田作业：不仅杜绝了秸秆焚烧所造成的大气污染，还有增肥增产作用，能增加土壤有机质，改善土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，促进微生物活力和作物根系的发育。
深松作业：实现土壤疏松，打破犁底层，增强雨水入渗速度和数量，减少径流，减少水分蒸发。作业后使耕层土壤不乱，动土量小，特别适合于黑土层浅、不宜耕翻作业的土壤。
免耕播种作业：节省作业费，同时增强土壤的蓄水保墒能力。由于地表有秸秆覆盖，土壤的水、肥、气、热可协调供给，干旱时土壤不易裂缝，雨后不易积水。
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