加大科技攻關(guān)奏響中國(guó)旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展的“變奏曲”

策劃/本刊編輯部 文/本刊實(shí)習(xí)記者 李晶

農(nóng)業(yè)氣候?qū)W將年降水量在200 mm 以下的地區(qū)稱為干旱區(qū)，將降雨量為200～500 mm 間的地區(qū)稱為半干旱區(qū)。二類地區(qū)合并稱為干旱區(qū)，或稱旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域，簡(jiǎn)稱旱作區(qū)域。

按照這樣的氣候概念來定位旱地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的重要性，可以得知，旱作區(qū)域約占地球陸地面積的30%，占我國(guó)國(guó)土面積的63%。毋容置疑，旱作區(qū)域面積廣大，是21 世紀(jì)我國(guó)與世界農(nóng)業(yè)建設(shè)的主要戰(zhàn)略區(qū)域。

旱地農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)方式。旱地農(nóng)業(yè)氣候類型區(qū)域包括有無灌溉農(nóng)業(yè)、有灌溉農(nóng)業(yè)、天然草原利用，也包括設(shè)施農(nóng)業(yè)等類型。隨著我國(guó)在西北、華北和東北等干旱缺水地區(qū)示范推廣旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，旱地農(nóng)業(yè)從被動(dòng)抗旱逐步走向主動(dòng)避旱。

摸清我國(guó)旱地“底細(xì)”

我國(guó)北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)了全國(guó)58%的糧食（包含灌溉）和75%以上的牛羊肉，也覆蓋了70%以上的生態(tài)脆弱區(qū)，加強(qiáng)科技創(chuàng)新推動(dòng)旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)保障國(guó)家食物安全、生態(tài)安全的意義重大。

完全依靠自然降水進(jìn)行生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，叫做旱地農(nóng)業(yè)，和它相對(duì)的概念是灌溉農(nóng)業(yè)。所以，旱地農(nóng)業(yè)包括全部不進(jìn)行澆灌的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。其中，在降水量入不敷出的干旱、半干旱地區(qū)則叫作旱地農(nóng)業(yè)，也就是在干旱、半干旱的耕地上進(jìn)行的旱地農(nóng)業(yè)。

而我國(guó)是世界上嚴(yán)重干旱缺水的國(guó)家之一，旱地農(nóng)業(yè)主要分布在秦嶺、淮河及昆侖山以北的廣大北方地區(qū)，涉及16個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），國(guó)土面積和耕地面積均超過全國(guó)的一半，其中超過65%的耕地沒有灌溉條件。

如果建立一種能適應(yīng)干旱變化的種植制度，并匹配相應(yīng)的抗旱適水栽培技術(shù)，就可以保證作物不受天氣變化的影響而減產(chǎn)。旱地作物如何實(shí)現(xiàn)適水種植是我們亟須攻克的難題。

要做好旱地農(nóng)業(yè)，首先了解它，摸清規(guī)律。中國(guó)農(nóng)業(yè)專家的工作有兩方面：一是查明了北方旱地自然降水利用的狀況，二是查明了主要農(nóng)作物生產(chǎn)潛力的開發(fā)程度。

數(shù)年前，中國(guó)農(nóng)科院就有研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期扎根黃土高原東部壽陽旱地農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，定位觀測(cè)研究北方旱地農(nóng)田降水轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)過程與高效調(diào)控途徑。自2001年以來，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家優(yōu)勢(shì)單位協(xié)同攻關(guān)，開展了北方旱地農(nóng)業(yè)多點(diǎn)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，摸清了主要旱地作物干旱發(fā)生規(guī)律和適水種植優(yōu)先序，闡明了旱地水碳氮高效轉(zhuǎn)化機(jī)制，攻克了土壤增碳擴(kuò)容、地表覆蓋抑蒸、水肥協(xié)同提效等調(diào)控途徑，從而破解了旱地作物適水種植的科學(xué)難題。

團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，北方旱地主要作物種植西擴(kuò)北移1～2 個(gè)經(jīng)緯度，受作物種植、生育期變化與降水減少、干旱頻發(fā)重發(fā)多因素互相作用，作物降水滿足率降低超過5 個(gè)百分點(diǎn)。旱地地表覆蓋、秸稈還田、深松耕等技術(shù)提高水分利用效率程度與降水密切相關(guān)，提升效應(yīng)最優(yōu)的降水區(qū)間為年降水量450～550 mm 的旱農(nóng)區(qū)。

據(jù)此，他們明確了玉米、小麥、谷子、花生、大豆、馬鈴薯等作物在不同旱地類型區(qū)的適水種植優(yōu)先序，也為科學(xué)布局種植結(jié)構(gòu)并匹配適宜的節(jié)水栽培技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。

積極選育抗旱豐產(chǎn)作物

選育抗旱作物無疑是旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的基本工作之一，僅中國(guó)農(nóng)科院，就選育了70 多個(gè)抗旱豐產(chǎn)作物品種。

除了品種，田間管理技術(shù)同樣重要。針對(duì)北方旱地農(nóng)業(yè)的共性問題，我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)專家團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新了集雨覆蓋抗旱、秸稈適水還田、適水間作等關(guān)鍵技術(shù)，研制了種子包衣劑、土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑和全生物降解地膜、智慧灌溉施肥系統(tǒng)、壟膜溝植播種機(jī)等產(chǎn)品和裝備。這些技術(shù)已經(jīng)在不同的旱地農(nóng)業(yè)典型區(qū)域進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

這些創(chuàng)新技術(shù)在山西應(yīng)用廣泛，比如在壽陽縣景尚鄉(xiāng)張韓村，當(dāng)?shù)卮迕穹N植玉米就采用了多種旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)。比如寬覆膜，這是一種保水增密的種植技術(shù)，使用1.6 m寬的地膜，可以覆蓋4行，而普通地膜通常只覆蓋2 行。寬覆膜使用降解膜，收獲時(shí)地膜基本降解。寬覆膜還利于增加種植密度，每畝可多種1 000株左右，產(chǎn)量提高100～200 kg。

壽陽模式是該團(tuán)隊(duì)打造的典型模式之一。不同的模式具有不同的旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，適應(yīng)不同環(huán)境的旱地種植。根據(jù)旱地的不同類型，我國(guó)已發(fā)展出五種旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域發(fā)展典型模式。

“七五”以來，中國(guó)農(nóng)科院牽頭組織了全國(guó)多家科研院所和高等院校，在北方旱農(nóng)區(qū)開展了旱地水分平衡、降水生產(chǎn)潛力開發(fā)和旱地秸稈還田與有機(jī)培肥等系列長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究，進(jìn)行農(nóng)田降水高效轉(zhuǎn)化機(jī)制、主要旱地作物水分生態(tài)適應(yīng)性和降水生產(chǎn)力提升等方面的研究，系統(tǒng)查明了我國(guó)北方旱地降水利用狀況，揭示了我國(guó)北方旱地農(nóng)田水分動(dòng)態(tài)平衡規(guī)律，突破了旱地適水種植的應(yīng)用基礎(chǔ)理論和抗旱節(jié)水的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品，集成了典型旱地高效用水的種植模式及配套技術(shù)體系，形成了壽陽、阜新、鎮(zhèn)源等旱地農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展模式。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，“十三五”期間，隨著旱地農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國(guó)北方抗旱節(jié)水小麥品種覆蓋率提高到40%以上，綜合試驗(yàn)示范區(qū)農(nóng)田降水利用率提高到70%以上，大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的噸糧耗水降低到800 m3。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在西北、華北和東北等干旱缺水地區(qū)支持示范推廣旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，大力推廣覆蓋保墑、水肥一體化、集雨補(bǔ)灌、測(cè)墑節(jié)灌、耕作保墑等技術(shù)，每年節(jié)水技術(shù)應(yīng)用面積（按播種面積）超過4億畝次。

旱地農(nóng)業(yè)的五種典型模式

旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的種子，已在多地結(jié)出累累碩果。針對(duì)各地情況，我國(guó)已走出了五種旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域發(fā)展典型模式：

以山西壽陽模式為代表，針對(duì)華北山地丘陵區(qū)種植結(jié)構(gòu)單一、種養(yǎng)分離、生產(chǎn)效益低下等問題，提出了旱作農(nóng)田玉米秸稈適水還田深施肥技術(shù)模式，包括“溝川壩地玉米秸稈秋季全量直接還田技術(shù)”“垣坪旱地玉米秸稈秋冬覆蓋春還田技術(shù)”。采用該模式，可以實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn)10%～25%、播前耕層土壤含水率提高2.3～5.1個(gè)百分點(diǎn)、耕層土壤有機(jī)質(zhì)3年累積提升1.0～1.8 g/kg，硝態(tài)氮淋失率降低12.1%～25.4%，肥料利用率提高4～6個(gè)百分點(diǎn)。

以遼寧阜新模式為代表，針對(duì)東北風(fēng)沙半干旱區(qū)熱量不足、水資源匱乏、耕地質(zhì)量退化等問題，提出了農(nóng)田立體防蝕增效理念，構(gòu)建了地上、地表、地下立體調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)。2010年以來，東北風(fēng)沙半干旱區(qū)連續(xù)多年發(fā)生干旱現(xiàn)象，該項(xiàng)技術(shù)成果的大面積推廣應(yīng)用，使農(nóng)田水分利用效率提高14%～19%，農(nóng)田風(fēng)蝕和水蝕量降低36%～43%，有效抵御了旱災(zāi)發(fā)生，保障了糧食穩(wěn)產(chǎn)。

以河北衡水模式為代表，針對(duì)華北地區(qū)水資源短缺、降水不能滿足現(xiàn)行的主要種植制度、地下水嚴(yán)重超采等問題，提出了冬小麥兩水高產(chǎn)高效栽培技術(shù)，以冬小麥水分生產(chǎn)力最大化而非產(chǎn)量最大化為目標(biāo)，其核心是減少一次灌水，由冬小麥正常生產(chǎn)的三水灌溉改為2 水灌溉。采用該模式，冬小麥產(chǎn)量由正常的每667 m2產(chǎn)量500 kg降低為每667 m2產(chǎn)量450 kg（即減產(chǎn)10%），每667 m2減少灌溉用水50 m3（即節(jié)約灌溉水30%），冬小麥水分生產(chǎn)力由1.75 kg/m3提高到1.91 kg/m3（即提升9.1%），既節(jié)水又保糧。

以甘肅鎮(zhèn)原模式為代表，針對(duì)西北旱塬半干旱區(qū)水土流失嚴(yán)重、降水利用難度大等問題，創(chuàng)新旱地玉米秋覆膜和壟溝覆膜集雨種植技術(shù)，解決了春季干旱少雨無法如期播種或播種出苗難的關(guān)鍵，增產(chǎn)20%～30%；集成創(chuàng)新了夏休閑期覆膜和全膜覆土穴播冬小麥豐產(chǎn)技術(shù)，增產(chǎn)40%；研發(fā)旱作地膜玉米密植增產(chǎn)全程機(jī)械化種植體系，提出以水定密、以密定水適水種植技術(shù)，平均每667 m2產(chǎn)量823.4 kg，增產(chǎn)10.0%，成本降低19%，創(chuàng)造了每667 m2產(chǎn)1 014 kg、水分利用效率達(dá)到2.54 kg/mm的玉米高產(chǎn)紀(jì)錄。

以內(nèi)蒙古武川模式為代表，針對(duì)內(nèi)蒙古旱作區(qū)干旱少雨水資源短缺、水分利用效率低，農(nóng)田風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重、土壤保水性差等突出問題，依托武川試區(qū)開展聚水保土技術(shù)研究，形成了生物籬柔性防風(fēng)、帶狀留茬間作和半干旱偏旱區(qū)田間集雨與節(jié)水三個(gè)技術(shù)體系，通過在四大主要作物上進(jìn)行規(guī)范化示范應(yīng)用，提高降水利用率8 個(gè)百分點(diǎn)以上，每667 m2水分利用效率是0.15 kg/mm以上和減少水土流失30%以上。

大力發(fā)展降水利用技術(shù)

日前，在中國(guó)農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展報(bào)告會(huì)上，與會(huì)專家表示針對(duì)北方旱地頻旱多變環(huán)境、水土過度利用、生產(chǎn)穩(wěn)定性下降等問題，中國(guó)農(nóng)科院多年來開展技術(shù)攻關(guān)，根據(jù)作物水分供需變化規(guī)律，首次確定了抗旱適水種植的技術(shù)適宜性和作物優(yōu)先序。

專家介紹說，東北風(fēng)沙半干旱和半濕潤(rùn)偏旱區(qū)優(yōu)先序?yàn)榇河衩?、花生（大豆）、谷子等；西北旱塬半干旱和半濕?rùn)偏旱區(qū)為春玉米、馬鈴薯、油菜、冬小麥等；華北丘陵半濕潤(rùn)偏旱區(qū)為春玉米、谷子、馬鈴薯和雜豆等；華北平原半濕潤(rùn)和半濕潤(rùn)偏旱區(qū)為夏玉米、冬小麥、花生（棉花）、大豆等。

此外，針對(duì)北方不同類型旱地農(nóng)田，中國(guó)農(nóng)科院通過創(chuàng)建不同抗旱適水種植主導(dǎo)技術(shù)，并研制配套技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，將降水利用率提高到70%以上。

同時(shí)中國(guó)農(nóng)科院將在旱地農(nóng)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究、核心關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品和典型區(qū)域技術(shù)發(fā)展模式等方面發(fā)力，從深度節(jié)水和極限節(jié)水等方向開展旱地農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)。

“十三五”期間，隨著旱地農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國(guó)北方抗旱節(jié)水小麥品種覆蓋率提高到40%以上，旱地試驗(yàn)示范田降水利用系數(shù)提高到0.70 以上，噸糧耗水從844 m3下降到813 m3。

旱地農(nóng)業(yè)沒有灌溉水源，盡可能地提高對(duì)自然降水的利用率是關(guān)鍵技術(shù)之一。2000年，我國(guó)北方旱地農(nóng)業(yè)的自然降水利用率是56%。2020年這一數(shù)據(jù)提升到65%，相當(dāng)于節(jié)約了近500億m3水。而在旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)的典型示范區(qū)，這一數(shù)據(jù)甚至可以達(dá)到70%以上，遠(yuǎn)比全球平均利用率的50%要高得多。

以中國(guó)工程院院士王浩、康紹忠為組長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)組織的評(píng)價(jià)小組認(rèn)為，該團(tuán)隊(duì)成果系統(tǒng)闡明了旱地農(nóng)田土壤、地表和冠層協(xié)同調(diào)控機(jī)理與途徑；構(gòu)建了主要類型區(qū)抗旱適水種植主導(dǎo)技術(shù)；降水利用率和水分利用效率等技術(shù)指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。

未來，旱地農(nóng)業(yè)還亟須從深度節(jié)水和極限節(jié)水等方向開展科研攻關(guān)。我國(guó)小麥平均耗水量是900～1 000 m3，但極限節(jié)水的情況下可以降到噸糧耗水400～500 m3。

同樣，旱地生產(chǎn)潛力也有可挖掘的空間。當(dāng)前，我國(guó)抗旱作物的單產(chǎn)潛力開發(fā)程度是45%，而可行的合理開發(fā)程度是65%，這中間尚有20個(gè)百分點(diǎn)的差距，每提升一個(gè)百分點(diǎn)，都需要科研人員付出巨大的努力。

從整體上看，我國(guó)對(duì)旱地農(nóng)業(yè)的重視程度仍需加強(qiáng)。要在糧食生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)提高單產(chǎn)、穩(wěn)定總產(chǎn)能的同時(shí)，騰出空間發(fā)展旱農(nóng)地區(qū)的生物多樣性，保護(hù)旱農(nóng)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，這是未來整個(gè)旱地農(nóng)業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的新的技術(shù)區(qū)域性難題。