策劃/本刊編輯部 文/本刊實習記者 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%，占我國國土面積的63%。毋容置疑，旱作區(qū)域面積廣大，是21 世紀我國與世界農(nóng)業(yè)建設的主要戰(zhàn)略區(qū)域。

旱地農(nóng)業(yè)是我國農(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，也包括設施農(nóng)業(yè)等類型。隨著我國在西北、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，旱地農(nóng)業(yè)從被動抗旱逐步走向主動避旱。

摸清我國旱地“底細”

我國北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)了全國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)，加強科技創(chuàng)新推動旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展對保障國家食物安全、生態(tài)安全的意義重大。

完全依靠自然降水進行生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，叫做旱地農(nóng)業(yè)，和它相對的概念是灌溉農(nóng)業(yè)。所以，旱地農(nóng)業(yè)包括全部不進行澆灌的農(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、半干旱的耕地上進行的旱地農(nóng)業(yè)。

而我國是世界上嚴重干旱缺水的國家之一，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?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），國土面積和耕地面積均超過全國的一半，其中超過65%的耕地沒有灌溉條件。

如果建立一種能適應干旱變化的種植制度，并匹配相應的抗旱適水栽培技術，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，中國農(nóng)科院就有研究團隊長期扎根黃土高原東部壽陽旱地農(nóng)業(yè)試驗站，定位觀測研究北方旱地農(nóng)田降水轉(zhuǎn)化動力學過程與高效調(diào)控途徑。自2001年以來，該團隊聯(lián)合國內(nèi)多家優(yōu)勢單位協(xié)同攻關，開展了北方旱地農(nóng)業(yè)多點長期定位試驗，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)化機制，攻克了土壤增碳擴容、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難題。

團隊研究發(fā)現(xiàn)，北方旱地主要作物種植西擴北移1～2 個經(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 個百分點。旱地地表覆蓋、秸稈還田、深松耕等技術提高水分利用效率程度與降水密切相關，提升效應最優(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，也為科學布局種植結(jié)構并匹配適宜的節(jié)水栽培技術提供了科學依據(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)技術創(chuàng)新的基本工作之一，僅中國農(nóng)科院，就選育了70 多個抗旱豐產(chǎn)作物品種。

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

這些創(chuàng)新技術在山西應用廣泛，比如在壽陽縣景尚鄉(xiāng)張韓村，當?shù)卮迕穹N植玉米就采用了多種旱地農(nóng)業(yè)技術。比如寬覆膜，這是一種保水增密的種植技術，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。

壽陽模式是該團隊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)技術體系，適應不同環(huán)境的旱地種植。根據(jù)旱地的不同類型，我國已發(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，中國農(nóng)科院牽頭組織了全國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培肥等系列長期定位試驗研究，進行農(nóng)田降水高效轉(zhuǎn)化機制、主要旱地作物水分生態(tài)適應性和降水生產(chǎn)力提升等方面的研究，系統(tǒng)查明了我國北方旱地降水利用狀況，揭示了我國北方旱地農(nóng)田水分動態(tài)平衡規(guī)律，突破了旱地適水種植的應用基礎理論和抗旱節(jié)水的關鍵技術與產(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)計顯示，“十三五”期間，隨著旱地農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國北方抗旱節(jié)水小麥品種覆蓋率提高到40%以上，綜合試驗示范區(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，大力推廣覆蓋保墑、水肥一體化、集雨補灌、測墑節(jié)灌、耕作保墑等技術，每年節(jié)水技術應用面積（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)技術創(chuàng)新的種子，已在多地結(jié)出累累碩果。針對各地情況，我國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，針對華北山地丘陵區(qū)種植結(jié)構單一、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模式，包括“溝川壩地玉米秸稈秋季全量直接還田技術”“垣坪旱地玉米秸稈秋冬覆蓋春還田技術”。采用該模式，可以實現(xiàn)玉米增產(chǎn)10%～25%、播前耕層土壤含水率提高2.3～5.1個百分點、耕層土壤有機質(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個百分點。

以遼寧阜新模式為代表，針對東北風沙半干旱區(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，構建了地上、地表、地下立體調(diào)控技術系統(tǒng)。2010年以來，東北風沙半干旱區(qū)連續(xù)多年發(fā)生干旱現(xiàn)象，該項技術成果的大面積推廣應用，使農(nóng)田水分利用效率提高14%～19%，農(nóng)田風蝕和水蝕量降低36%～43%，有效抵御了旱災發(fā)生，保障了糧食穩(wěn)產(chǎn)。

以河北衡水模式為代表，針對華北地區(qū)水資源短缺、降水不能滿足現(xiàn)行的主要種植制度、地下水嚴重超采等問題，提出了冬小麥兩水高產(chǎn)高效栽培技術，以冬小麥水分生產(chǎn)力最大化而非產(chǎn)量最大化為目標，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，針對西北旱塬半干旱區(qū)水土流失嚴重、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，解決了春季干旱少雨無法如期播種或播種出苗難的關鍵，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，增產(chǎn)40%；研發(fā)旱作地膜玉米密植增產(chǎn)全程機械化種植體系，提出以水定密、以密定水適水種植技術，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、水分利用效率達到2.54 kg/mm的玉米高產(chǎn)紀錄。

以內(nèi)蒙古武川模式為代表，針對內(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)田風蝕沙化嚴重、土壤保水性差等突出問題，依托武川試區(qū)開展聚水保土技術研究，形成了生物籬柔性防風、帶狀留茬間作和半干旱偏旱區(qū)田間集雨與節(jié)水三個技術體系，通過在四大主要作物上進行規(guī)范化示范應用，提高降水利用率8 個百分點以上，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

日前，在中國農(nóng)科院旱地農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展報告會上，與會專家表示針對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，中國農(nóng)科院多年來開展技術攻關，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適宜性和作物優(yōu)先序。

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

此外，針對北方不同類型旱地農(nóng)田，中國農(nóng)科院通過創(chuàng)建不同抗旱適水種植主導技術，并研制配套技術產(chǎn)品實現(xiàn)標準化，將降水利用率提高到70%以上。

同時中國農(nóng)科院將在旱地農(nóng)業(yè)應用基礎研究、核心關鍵技術與產(chǎn)品和典型區(qū)域技術發(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。

“十三五”期間，隨著旱地農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國北方抗旱節(jié)水小麥品種覆蓋率提高到40%以上，旱地試驗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，盡可能地提高對自然降水的利用率是關鍵技術之一。2000年，我國北方旱地農(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%，相當于節(jié)約了近500億m3水。而在旱地農(nóng)業(yè)技術的典型示范區(qū)，這一數(shù)據(jù)甚至可以達到70%以上，遠比全球平均利用率的50%要高得多。

以中國工程院院士王浩、康紹忠為組長，中國農(nóng)學會組織的評價小組認為，該團隊成果系統(tǒng)闡明了旱地農(nóng)田土壤、地表和冠層協(xié)同調(diào)控機理與途徑；構建了主要類型區(qū)抗旱適水種植主導技術；降水利用率和水分利用效率等技術指標國際領先。

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。我國小麥平均耗水量是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。當前，我國抗旱作物的單產(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個百分點的差距，每提升一個百分點，都需要科研人員付出巨大的努力。

從整體上看，我國對旱地農(nóng)業(yè)的重視程度仍需加強。要在糧食生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)提高單產(chǎn)、穩(wěn)定總產(chǎn)能的同時，騰出空間發(fā)展旱農(nóng)地區(qū)的生物多樣性，保護旱農(nóng)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，這是未來整個旱地農(nóng)業(yè)需要重點關注的新的技術區(qū)域性難題。