鄧 忠，翟國亮，呂謀超，李 迎，宗 潔，蔡九茂，馮俊杰(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所/河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室， 河南 新鄉(xiāng) 453002)

干旱是世界性的農(nóng)業(yè)氣象災害[1,2]，在我國發(fā)生的氣象災害中，干旱災害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅最大，造成農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失較嚴重。近年來，我國幾乎每年都要遭受不同程度的旱災，而且受旱程度呈逐年增加的趨勢。1999-2002年我國北方連續(xù)4年嚴重干旱，其中2000年為新中國成立以來最嚴重的旱災，全國農(nóng)作物受災面積達4 054萬hm2，絕收800萬hm2，因旱災損失糧食近600億kg，經(jīng)濟作物損失510億元[3]。2005年云南、廣西發(fā)生近50年來少見的嚴重春旱，2006年出現(xiàn)川渝特大夏伏旱，2009年中原地區(qū)大旱，造成中原4省市500多萬hm2農(nóng)田受災，直接經(jīng)濟損失達300億元[4]。2010年我國西南地區(qū)五省市遭受百年一遇旱災，受災農(nóng)田面積652萬hm2，直接經(jīng)濟損失達500億元[5]，2014年河南遭受了63年以來的特大干旱，全省50%的河流斷流，大部分地區(qū)秋糧作物受旱，產(chǎn)量嚴重下降甚至絕收。類似的旱災同樣發(fā)生在我國華南、華東、東北等地區(qū)，分布范圍越來越廣[6]。干旱在中國似乎已經(jīng)成為一種常態(tài)，旱災已經(jīng)成為導致糧食產(chǎn)量波動的主要的自然力量，直接威脅國家糧食安全。本文研究了我國農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的特點及應對干旱的技術現(xiàn)狀，對未來我國農(nóng)業(yè)應對干旱災害的技術進行展望，為更好地解決我國農(nóng)業(yè)干旱問題提供參考。

1 干旱發(fā)生特點分析

分析干旱災害發(fā)生的特點，具體表現(xiàn)為：一是發(fā)生頻率高。我國每年大約有14種氣象災害(干旱、洪澇、臺風、低溫、風雹等)發(fā)生，其中干旱災害平均每年發(fā)生7.5次[7]。歷史記載，公元前206-1949年的2 155 a，發(fā)生干旱達1 056次，平均每2年發(fā)生1次。1950-1990年的41 a，有11年發(fā)生重、特大干旱，發(fā)生頻次為27%。1991-2008年的18 a間，有7 a發(fā)生重、特大干旱，平均不到3 a就發(fā)生1次，發(fā)生頻次為38.9%[8]。二是持續(xù)時間長。近年來連季干旱、連年干旱的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。以貴州省為例，從2009 年7月-2010 年4 月，全省降雨較常年大幅度減少，氣溫持續(xù)偏高，干旱持續(xù)時間最長的興仁縣長達242 d，長時間的干旱對作物造成了嚴重影響[9]。2006年夏季-2007年春季，重慶、四川發(fā)生百年不遇的夏秋冬春四季連旱。連年干旱的現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，1997-2000年，北方大部分地區(qū)持續(xù)3年發(fā)生嚴重干旱。三是受災范圍廣、經(jīng)濟損失大。近幾年在傳統(tǒng)的北方旱區(qū)旱情加重的同時，南方和東部多雨區(qū)旱情也在擴展和加重，范圍遍及全國。大面積旱災造成我國糧食總產(chǎn)量下降，影響整個國家糧食安全。四是突發(fā)性和季節(jié)性較強。這種突發(fā)性旱災，目前的預警技術還無法準確預報出干旱發(fā)生的時間與嚴重程度，而且季節(jié)性干旱在我國各地頻繁發(fā)生，呈規(guī)律性上升趨勢[10]。

2 農(nóng)作物抗旱技術研究現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)藝抗旱技術

農(nóng)藝技術對于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收具有重要的意義，在實現(xiàn)作物抗旱過程中也發(fā)揮著不可替代的作用。針對不同地域氣候特點，各地形成了不同的農(nóng)作物抗旱技術。如在我國西南丘陵區(qū)，集成了不同季節(jié)抗旱的關鍵技術：春旱區(qū)實施“座水種、蓋地膜、優(yōu)套作”的抗旱增產(chǎn)防控技術，夏旱區(qū)實施“調(diào)模式、雙覆蓋、等雨播、適時補灌”的避旱增產(chǎn)防控技術，秋旱區(qū)實施“深松土、秸稈蓋、廂面種”的抗逆增產(chǎn)防控技術[11]，這些技術在農(nóng)作物上的應用取得顯著的抗旱效應。西北雨養(yǎng)旱區(qū)集成了旱地春玉米的抗旱保苗豐產(chǎn)技術：以土壤水分為調(diào)控指標，以墑情定播期，以播期定品種，適時調(diào)節(jié)播種期，實現(xiàn)了降雨高峰與玉米需水高峰相吻合[12]，農(nóng)作物達到較好的雨水利用，實現(xiàn)有效抗旱。近年來，甘肅中東部旱作區(qū)大面積推廣的玉米全膜雙壟溝播技術，是一種新型抗旱耕作技術，集覆蓋抑蒸、壟溝集雨、壟溝種植技術為一體，實現(xiàn)就地入滲、雨水富集疊加、保墑蓄墑的顯著效果[13]。砂田是我國西北干旱、半干旱地區(qū)獨特的一種抗旱耕作方式，在農(nóng)田采用鋪壓砂礫石，達到較好的蓄水保墑、抑制蒸發(fā)和保持水土流失的作用，很好地抵御了季節(jié)性干旱的問題。因地制宜地實施各種農(nóng)藝技術實現(xiàn)農(nóng)作物的避旱、御旱和抗旱，實現(xiàn)作物的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。

2.2 農(nóng)業(yè)化學調(diào)控技術

農(nóng)業(yè)化學抗旱節(jié)水技術是一種特殊的減災技術[14]，它是通過利用化學物質(zhì)改善土壤和作物水分狀況，促進土壤-作物-大氣連續(xù)體(SPAC)的水分平衡與高效運轉，減少土壤水分的無效散失、滲漏，以及植物葉面水分的低效運轉，達到提高植物的生產(chǎn)力和水分利用效率的目的。目前應用較多的化學制劑主要包括土壤保水劑、植物抗蒸騰劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。

土壤保水劑能增強土壤保水性，改良土壤結構，減少土壤水分養(yǎng)分流失，提高水肥利用率。研究表明，小麥、大麥、玉米、馬鈴薯等作物應用復合包衣劑后，可顯著提高低土壤濕度條件下的出苗率，增產(chǎn)幅度達13.8%以上[15]。植物抗蒸騰劑的代表性產(chǎn)品-“FA旱地龍”在我國大部分省區(qū)大面積的推廣應用，結果表明，施用“FA旱地龍”后糧食作物增產(chǎn)10%～15%，經(jīng)濟作物增產(chǎn)15%～40%，節(jié)水20%～30%[16]。植物生長調(diào)節(jié)劑種類繁多，主要包括生長素(IAA)、矮壯素(CCC)、多效唑(PP333)等，研究表明[17]，小麥拔節(jié)后10 d施多效唑具有明顯的控長效應，促進根系生長，提高根冠比，促進籽粒灌漿和提高千粒重，達到了增產(chǎn)的目的?；瘜W抗旱技術具有使用方法簡便、使用時期靈活的特點，對于季節(jié)性干旱區(qū)，可根據(jù)干旱發(fā)生的時期和不同作物的生長發(fā)育特性靈活安排使用，以適應季節(jié)性干旱的波動性和變異性。

2.3 應急性抗旱技術與裝備

應急抗旱主要用來解決作物發(fā)生干旱的正常生理需水而進行的臨時性灌溉技術，在干旱發(fā)生過程中可靈活運用，具有移動方便快捷、灌溉高效的特點，達到作物的應急性抗旱。中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所研發(fā)的“農(nóng)業(yè)抗旱用輕型成套滴灌系統(tǒng)機具”[18]，操作簡便、應用靈活，2009-2010年在寧夏鹽池縣馬鈴薯種植中推廣應用，起到了較好的節(jié)水抗旱效益，較常規(guī)澆灌節(jié)水50%，增產(chǎn)29.38%。該單位研發(fā)的“移動式灌溉車”[19]，具有結構緊湊、移動方便、快捷的顯著優(yōu)點，可結合不同灌溉方式迅速的進行農(nóng)田灌溉，產(chǎn)品在四川省遂寧市進行了3年的示范推廣，在干旱季節(jié)發(fā)揮了應急抗旱的功效，受到用戶的廣泛青睞。中國灌溉排水發(fā)展中心研發(fā)的“自驅動集成式一體化滴(噴)灌機”[20,21]，產(chǎn)品將傳統(tǒng)滴(噴)灌系統(tǒng)的首部集成為一個可移動的一體化設備，無需拆卸和安裝，取水靈活，在多種水源條件下均可進行灌溉作業(yè)，適用于平原地區(qū)和坡度較小的丘陵地區(qū)使用，尤其適用于零散地塊作業(yè)和應急抗旱。另外，輕小型移動式噴灌機是近幾年發(fā)展迅速的一種節(jié)水灌溉設備，產(chǎn)品輕巧靈活，便于移動，適用性強，在小型田塊、丘陵山區(qū)等應急抗旱非常實用。

3 我國農(nóng)業(yè)應對干旱存在問題與展望

3.1 主要問題

(1)對主要農(nóng)作物干旱發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究不足。小麥、玉米、水稻等是我國主要的糧食作物，種植地域廣泛，干旱發(fā)生規(guī)律和特征不盡相同。我國華北平原地區(qū)主要采取冬小麥和夏玉米一年兩茬為主的種植模式，近年對此地區(qū)及農(nóng)作物抗旱減災技術鮮有報道[22,23]，但是華北平原灌區(qū)農(nóng)作物受旱的現(xiàn)象卻經(jīng)常發(fā)生， 2014年河南發(fā)生的特大“夏旱”造成玉米在大喇叭口期的“卡脖子旱”而無法抽雄，大面積農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收，反映了人們對大旱以及連旱認識的不足。西北旱區(qū)是種植春玉米的重要生產(chǎn)基地，但是由于地域廣闊，氣候因素變化幅度大，造成干旱的因素也較多，不易掌握。水稻種植主要分布于我國南方地區(qū)，雖然水熱資源豐富，但降水的季節(jié)分布不均，大部分地區(qū)存在明顯的干濕季，近年時而會發(fā)生嚴重的季節(jié)性干旱。因此，迫切需要開展我國不同區(qū)域農(nóng)作物干旱發(fā)生規(guī)律的認識和研究，為我國農(nóng)業(yè)抗旱避災提供科學參考。

(2)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術推廣不夠。隨著氣候的日益變暖，干旱程度日益加重，在農(nóng)業(yè)灌溉中采用先進的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術，包括工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水和生物節(jié)水等技術是時代的需求。長期以來, 我國在旱作農(nóng)業(yè)研究方面呈明顯的“重北方輕南方”局面，南方地區(qū)的旱作農(nóng)業(yè)研究以單項的、零散的研究居多，缺乏對南方旱作農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)性研究，嚴重地制約著這些地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展。以四川省為例，區(qū)域性缺水、季節(jié)性缺水問題比較突出，季節(jié)性干旱發(fā)生頻率達95%[24]，但針對坡耕地的集雨補灌灌溉制度與灌溉技術研究不夠，尚無簡便、實用、高效且易于推廣應用的節(jié)水灌溉模式，導致作物對降雨的有效利用率不高。

(3)對適合我國區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點的應急抗旱裝備研發(fā)不足。我國農(nóng)村種植作物種類繁多，田塊分散且面積小，不適合機械化大規(guī)模作業(yè)，大部分旱地農(nóng)業(yè)山丘區(qū)地形起伏大，一些降雨、河水、坑塘水等無法及時地引入農(nóng)田進行灌溉，造成作物干旱。以我國西南地區(qū)四川省為例，85%以上土地是坡耕地，土層薄，土壤水庫容小，但是大部分小水庫、小堰塘、水池、水窖等小型蓄水設施配套程度低，天然降雨大部分成為無效徑流[25]。我國雨養(yǎng)旱區(qū)如甘肅、寧夏、陜西等，部分地區(qū)也配備了一些小型的移動抽水機組，但是沒有充分利用地形地勢進行合理的蓄集降雨，在播種季節(jié)或大旱來臨時，有限的水源在短時間內(nèi)抽空而不能得到充分合理利用，造成很大浪費。因地制宜地研發(fā)一些小型的、簡易的移動式節(jié)水灌溉機具，充分利用其自身優(yōu)勢達到應急性抗旱，最大可能地減少經(jīng)濟損失。

(4)對農(nóng)田發(fā)生干旱的預警技術和防控預案研究不足。以往應對重大自然災害的經(jīng)驗表明風險規(guī)避比搶險救災具有更重要的意義[26]，但農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測作為減輕農(nóng)業(yè)災害損失與影響的重要途徑，是目前干旱研究的薄弱環(huán)節(jié)?？购倒ぷ魇且豁棸ê登邦A防、旱期抗災以及旱后恢復的一個完整過程，目前我國大多數(shù)地區(qū)沒有實行抗旱預案制度，遇到旱情，臨時組織發(fā)動，臨時采取措施，這樣常會導致抗旱決策缺乏周密計劃和全面考慮，達不到真正抗旱的目的。對旱情監(jiān)測、預報、評估以及抗旱水源的合理配置等非工程措施重視不夠，沒有建立比較科學的旱災評估體系。

3.2 展 望

(1)加強對農(nóng)作物干旱發(fā)生發(fā)展及其危害特征規(guī)律研究。我國西北雨養(yǎng)旱地年降水量不足400 mm，播種期干旱已成為影響玉米出苗及群體產(chǎn)量的主要因素，如何進行御旱和避旱，是雨養(yǎng)旱區(qū)實現(xiàn)農(nóng)作物抗旱的主要途徑。華北大部分地區(qū)冬小麥生育期內(nèi)自然降水較少，冬小麥生長均處于水分虧缺狀態(tài)，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須通過補灌，而玉米生育期內(nèi)多年平均水分條件基本能滿足其生長需求，但由于年際較大，季節(jié)性干旱時常發(fā)生。不同作物、品種，以及不同生育時期作物對缺水的敏感性差異很大，因而災害后果也不相同。如甘肅省旱地玉米生育期最佳的補灌時期應在大喇叭口期[27]，此期為大氣干旱階段，否則會造成玉米在此生育期的干旱而最終影響籽粒產(chǎn)量。因此，需加強對各地不同農(nóng)作物干旱發(fā)生規(guī)律的研究，為更好地做到應對干旱打下堅實的理論基礎。

(2)大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水技術，提高作物水分利用效率。農(nóng)業(yè)是用水大戶，在農(nóng)業(yè)灌溉中采用先進的節(jié)水灌溉技術，如滴灌、噴灌、管灌等技術是我國建設節(jié)水型社會的必然要求。根據(jù)作物不同生育階段需水規(guī)律和當?shù)亟邓?、蒸發(fā)特點及土壤水分狀況，制定合理的灌溉制度，既滿足作物需水又不浪費水資源。另外，各地需大力發(fā)展干旱綜合防御集成技術，由于不同生育階段的生物量累積對水分虧缺反應的敏感性、后效性不同，在生產(chǎn)中抗旱技術單一，缺乏應變性，所采取的措施往往達不到預期的抗旱效果，必須發(fā)展農(nóng)田節(jié)水、保水技術和農(nóng)業(yè)適水種植的作物布局與耕作技術[28]。以西南地區(qū)四川省發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)為例，應當把工程措施、生物措施、農(nóng)藝措施、化學措施等有機結合起來,構建節(jié)水型農(nóng)作制度是西南丘陵旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

(3)研發(fā)適合我國區(qū)域生產(chǎn)特點的應急性抗旱裝備。良好的灌溉設施是減輕干旱災害最有效的方法，我國華北、西北平原區(qū)應對干旱可配備一些大中型的節(jié)水灌溉機具，如噴灌機，一次灌溉面積可達幾百畝甚至上千畝，應急性抗旱灌溉效率非常高。我國南方由于地勢的原因，在作物發(fā)生干旱時無法配備大中型的灌溉設備，需開發(fā)出家戶用、輕小簡裝式、適宜于小水源的抗旱裝備，以增加應對突發(fā)性旱情的快速處理能力。同時積極尋找應急抗旱水源，科學布置小型蓄水工程(塘堰、坑壩、水池等)，充分發(fā)揮小水源所具有的解決零星分散干旱地區(qū)生產(chǎn)生活用水的突出功效。

(4)大力開展干旱預警監(jiān)測技術研究。干旱是一種自然氣候現(xiàn)象，不可避免的，它有一定的波動性和周期性，這一點無法人為改變[29]。但是，通過科技進步，加強對干旱的監(jiān)測和管理(遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等)，最大限度地減少旱災帶來的損失。一是加強抗旱信息化建設，建立、完善水文氣象的干旱預報預警機制和大范圍旱情監(jiān)測體系，做到信息共享、獲取及時，建立起土壤墑情旱情測報系統(tǒng)網(wǎng)絡。二是加強在旱情監(jiān)測、識別和評估以及抗旱減災風險評價、預警和管理等關鍵技術方面的研究，提高我國干旱災害監(jiān)測預警能力和綜合防御能力, 增強對干旱災害的可預見性和綜合響應能力。

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