甘肅省旱地農業技術創新與實踐

郭賢仕，柳燕蘭，候慧芝，郭天文

(甘肅省農業科學院旱地農業研究所，甘肅省旱作區水資源高效利用重點實驗室，甘肅蘭州 730070)

1 前言

甘肅省70%以上的耕地是旱地，旱地農業在甘肅農業中占有重要地位，是農業生產的主要形式。甘肅省地理跨度大，氣候類型多種多樣，包括隴南南部河谷亞熱帶區、隴東半濕潤旱塬區、隴中半干旱黃土高原丘陵溝壑區、高寒濕潤偏旱區、荒漠和半荒漠干旱區等，旱地農業類型齊全。干旱缺水是制約甘肅省旱地農業發展的主要不利因素，農業生產一直處于小旱小災、大旱大災、年年遭災、年年抗旱的被動局面。以甘肅省小麥生產為例，隴中、隴東旱地小麥平均產量多在2250 kg/hm2以下，只有全國平均產量的40%左右，并且年際差異大，如2006年隴東的華池縣冬小麥平均產量只有474.9 kg/hm2。在長期的生產實踐中，甘肅地區人民群眾創造了許多發展旱作農業的經驗，如各種覆蓋保墑、壟作坑種、深翻、多耕、耱耙、鎮壓、集雨等技術措施［1］。甘肅省農業科技工作者把一些行之有效的傳統抗旱辦法和現代旱農耕作栽培理念、農田微集水保墑工程、農業機械、現代農資有機結合，圍繞蓄住天上水、保住土壤水、用好地表水的思路，創立了用水、保水、蓄水、攔水、截水五大技術體系，總結出了“梯田、水窖、地膜、調整”的發展路子，形成了雨水攔蓄入滲、覆蓋抑蒸、雨水富集疊加的旱作農業技術路線，初步實現了由被動抗旱向主動抗旱、由單一措施抗旱向綜合措施抗旱、由傳統抗旱向科學抗旱的轉變，農藝與農機措施相結合，生物與工程措施相配套，提高了旱作農業的可控性［1，5］。在旱地農業方面不斷創新性地提出了很多在全國有影響的抗旱增產技術和種植模式，并在農業生產實踐中得到廣泛應用，有力促進了甘肅省及同類型地區旱地農業發展。有著幾百年歷史的旱地砂［2］，20世紀90年代提出的旱農地膜小麥穴播技術、集雨農業技術體系，近年提出的全膜雙壟溝播玉米、膜上覆土小麥等，都是在甘肅省出現的旱農創新性技術。本文對甘肅省過去的一些傳統旱農技術進行回顧，對現階段的旱農創新技術基本原理及其在生產上的應用進行介紹。

2 甘肅省重大旱農技術創新回顧

2.1 砂田

傳統砂田主要起源地為甘肅省中部地區蘭州一帶，從明朝中期開始，距今大約有四五百年的歷史。在自然降水為200～300 mm的區域，在耕地表面覆蓋10～15 cm粗砂礫或卵石夾粗砂，種植小麥、西瓜、蔬菜等作物［2］。砂田是廣大勞動人民在長期適應干旱少雨及鹽堿不毛之地的耕作實踐中創造出來的獨特抗旱耕作形式，砂田除覆蓋抑蒸保墑、有利雨水下滲外，還具有明顯的改良和調節農田土壤和光熱等作用。1980年，全國砂田面積約1×105hm2，主要集中分布在甘肅省中部地區，以及與青海、新疆和寧夏的部分地區，其中，甘肅省蘭州市當時曾達到5.57 ×104hm2。

近年來，隨著瓜果蔬菜無公害生產的興起和與設施農業技術的結合，創造了多種高產高效的砂田種植模式，如砂田棗樹、砂田枸杞、砂田蘋果、各種高效砂田蔬菜等，甘肅砂田又呈現不斷擴大的發展趨勢。寧夏中衛、海原砂田西瓜發展迅速，近年種植面積達到6.67 ×104hm2以上［3］。

2.2 旱地地膜小麥穴播技術

旱地地膜小麥穴播種植模式的增溫、抑蒸效果顯著，光、熱、水等田間環境因素的改善有利于小麥生長發育和產量形成。旱地地膜小麥穴播技術是在多年試驗研究的基礎上，從1995年開始推廣，1999年達到最高種植面積2.04×105hm2，當時被農業部列為“九五”十項重大推廣技術之一，該技術通過地膜覆蓋能有效抑制土壤水分無效蒸發，增加地溫，促進作物生長發育，增產幅度一般可達到20% ～30%。

2.3 集雨農業技術體系

集雨農業技術體系是從20世紀80年代后期，甘肅省農業科技界系統總結了以往旱農研究的成效性和局限性，提出“主動抗旱，以雨水治旱”的新思路。典型半干旱地區自然降水資源存在時間、空間分配局限性，降水高峰期與夏季作物需水關鍵期錯位，有限的自然降水利用效率很低。通過小型集水工程，收集、儲存自然或人工集水面的降水，使雨水富集疊加，在作物需水關鍵期進行少量補灌，顯著提高作物產量。此方法于20世紀90年代在作物、大棚蔬菜、藥材種植、養殖上得到應用，推動了半干旱地區農業種植結構調整，使農民增產增收，促進了旱區農業經濟發展。

3 現階段旱農創新技術與實踐

3.1 全膜雙壟溝播玉米

3.1.1 種植技術體系的基本特點

全膜雙壟溝播玉米是把耕作與栽培技術相結合，農機、農藝、農資相結合，集地膜覆蓋抑蒸增溫、壟面集雨、壟溝雨水富集為一體的抗旱保墑新技術。通過耕作在田間起大小雙壟(小壟寬0.4 m、壟高0.15 ～0.20 m，大壟寬0.7 m、壟高0.1 ～0.15 m，大小雙壟共寬1.10 m)，使大小壟相接處形成播種溝，然后采用寬120 cm的薄膜全地面覆蓋，最后在溝內播種。同普通的地膜覆蓋相比，在覆蓋方式上由半膜覆蓋變為全膜覆蓋，在種植方式上由平鋪穴播變為壟溝穴播，既能起到保墑增溫作用，又能形成自然的集流面，使5 mm以下的無效降水富集在種植溝內都被作物有效吸收。這一技術保水效果顯著，在干旱年份的春播時，一般露地含水量僅為6% ～8%，而按全膜技術要求已在秋季覆膜的耕地含水量為18% ～22%，能將水分的利用率提高到70%～ 80%［4，5］。

3.1.2 試驗示范的增產效果

2006—2008年，甘肅省農業技術推廣總站在甘肅省中東部9個具有代表性的旱作農業縣區進行全膜雙壟溝播玉米增產效果試驗研究，其中，靖遠縣若笠鄉、會寧縣四方鄉和榆中縣蓮塔鄉代表半干旱偏旱區，多年平均年降雨量250～350 mm;通渭縣碧玉鄉、靜寧縣余灣鄉和慶城縣太白鄉代表半干旱區，多年平均年降雨量為350～500 mm;涇川縣太平鄉、秦州區平南鄉和廣河縣水泉鄉代表半濕潤偏旱區，多年平均年降雨量為500～600 mm。

研究結果表明，9個試驗點全膜雙壟溝播玉米的產量都顯著高于傳統的半膜覆蓋，平均增產2 102.5 kg/hm2，平均增產率 31.3%。全膜雙壟溝播玉米在不同降水區域產量和增產量差異較大，降水量較大的區域產量和增產量都較高，增產率隨降水量提高而遞減，但增產率差異不大，半干旱偏旱區、半干旱區、半濕潤偏旱區增產率分別為35.5%、30.4% 、28.0%［6］。

表1 2006—2008年甘肅省中東部全膜雙壟溝播玉米增產效果Table 1 Yield increasing effect of whole plastic-film mulching on double ridge and planting corn in catchment furrows in the middle and east of Gansu province during 2006—2008

續表

3.1.3 生產應用情況

從2003—2005年，全膜雙壟溝播技術在甘肅省不同的生態區域進行了試驗示范，種植玉米比相同條件下的半膜平覆增產多在30%以上。2006年和2007年，這項技術在甘肅中東部小范圍推廣時，經受了大旱的考驗。2008年，推廣面積迅速達到1.93×105hm2;2009年新覆膜面積達4.613×105hm2，加上2008年一膜兩用，使全省全膜雙壟溝播面積達到5×105hm2;2010年在全省51個旱作農業縣區推廣6.987×105hm2，全膜雙壟溝播玉米平均產量8 970 kg/hm2，較半膜增產 2 075 kg/hm2，增產 30.1%;2011年全膜雙壟溝播種植面積達到6.66×105hm2以上。

全膜雙壟溝播玉米技術延伸:一膜二用，上一年使用后不揭膜，下一年度免耕繼續種植作物;覆蓋膜時間變化，在覆蓋時間上由播種時覆膜變為秋覆膜、頂凌覆膜或雨后搶墑覆膜等;針對不對作物特點使用不同顏色的地膜，如種植馬鈴薯使用黑色地膜;雙壟溝起壟覆膜機械已研究成功，并在生產中大面積使用。

3.2 膜上覆土小麥

3.2.1 種植技術體系及基本特點

1995年前種植的地膜小麥，是常規播種小麥后再覆蓋地膜，要在膜上打孔放苗，小麥需從孔里長出，遇到刮風容易造成麥苗與孔洞錯位，導致出苗率低。后來發明了小麥穴播機，但麥苗與孔洞錯位的問題依然較嚴重。為了解決麥苗與孔洞之間的錯位，用土在麥苗周圍進行固定，使錯位的問題得到解決，但是更加費工費時，后來索性在地膜上鋪一層土，不僅把地膜固定住了，也省工省時。在甘肅省甘谷降水450～500 mm地區，旱地小麥平均產量達4 500 kg/hm2，增產多在1 500 kg以上，增產率超過40%［7，8］。

這一新技術的創新點在于全膜覆蓋，減少蒸發，集雨保墑，同時膜上覆土，可使地膜更好完整保存，以便留膜免耕、多茬種植，可以一茬種小麥，二茬留膜復種小麥或油菜，三茬留膜復種馬鈴薯、夏大豆、油菜、蔬菜等，工序簡單，節約成本，勞動強度減輕。

全膜覆土穴播小麥適宜在地勢平緩、土層深厚、肥力中上的梯田地種植，在年降水量300～600 mm的干旱半干旱區增產效果最為明顯。

3.2.2 試驗示范增產效果

2009—2011年，在甘肅省中東部20個縣進行了旱地全膜覆土穴播冬小麥試驗示范增產效果研究。研究結果表明，各個試驗示范點全膜覆土穴播冬小麥增產效果顯著，增產量在570.0～3 195.0 kg/hm2之 間，增產率在14.46% ～100.89%之間，20個試驗縣平均增產量為1 708.1 kg/hm2，平均增產率 54.95% 。其中，多年平均年降水量為400～450 mm的6個縣3年平均增產量和增產率分別為 1 296.1 kg/hm2、61.94%，多年平均年降水量為450～550 mm的14個縣3年平均增產量和增產率分別為 1 827.5 kg/hm2、52.37%。

表2 2009—2011年甘肅省中東部全膜覆土穴播冬小麥試驗增產效果Table 2 Yield increasing effect of soil over filmmulched and bunch-seeded winter wheat in the middle and east of Gansu province during 2009—2011

2010—2011年，在甘肅省中部4個縣區8個試驗點，進行了旱地全膜覆土穴播春小麥試驗示范。研究結果表明，各個試驗示范點全膜覆土穴播春小麥增產效果顯著，增產量在889.5～1958.3 kg/hm2之間，增產率在41.2% ～125.5%之間，8個試驗點平均增產量為 1 302.2 kg/hm2，平均增產率89.9%。春小麥平均增產量小于冬小麥，但春小麥增產幅度大于冬小麥，并且春小麥年際增產幅度變化較大，2010年、2011年春小麥多點平均增產幅度分別為 66.1%、164.5%。

表3 2010—2011年甘肅省中部全膜覆土穴播春小麥試驗增產效果Table 3 Yield increasing effect of soil over filmmulched and bunch-seeded spring wheat in the middle of Gansu province during 2010—2011

3.2.3 生產應用情況

該項技術于2006——2010年在甘肅省中東部10個旱作農業縣區累計示范推廣2.664×104hm2，小麥平均產量4 405.5 kg/hm2，較露地小麥增產1459.5 kg/hm2，增產率49.5%，共增產糧食3.888 1×107kg，較露地條播小麥平均節約生產成本1 500元/hm2，新增純收益5 880元/hm2。其中，2010年甘肅省示范推廣全膜覆土穴播小麥1.13 ×104hm2，平均產量達4 587 kg/hm2，較對照的露地條播小麥增產 1 570.5 kg/hm2，增幅達52.1%。2011年全膜覆土穴播小麥面積2.006×104hm2，干旱嚴重的中部春小麥增產率多在100%以上。

栽培作物由冬小麥延伸到春小麥、青稞、莜麥、大豆、油菜、谷子、胡麻等10多種作物。甘肅省適宜該項技術的旱作面積可達3.333×105hm2，這些耕地采取該技術按增產1 500 kg/hm2計算，年可增產糧食5×108kg。

3.2.4 相關農業機械研制與應用情況

人工覆膜覆土勞動強度大，今年我省已成功研發出覆膜覆土一體機，可實現覆膜覆土一次完成，極大地減輕了勞動強度，為我省大面積推廣全膜覆土穴播技術創造了有利條件。

4 結語

甘肅省地理跨度大，氣候類型多種多樣，旱地農業類型齊全。在長期的生產實踐中，為適應甘肅省干旱半干旱農業生產環境，甘肅省把傳統抗旱辦法與現代農田微集雨保墑工程、旱農耕作栽培技術、農業機械和農村社會經濟發展需要有機結合，在近10多年的時間里，不斷創新性地提出一些在區域甚至全國有影響的有效抗旱增產技術體系，促進了我國旱地農業發展。

旱地農業在我國農業生產中占有重要地位，旱地農業技術創新及其應用對促進我國旱地農業發展有重要意義。旱地農業技術創新是一個艱難的過程，但有效的旱農增產新技術要在生產中充分發揮作用比技術創新本身更困難。甘肅省在20世紀90年代提出的旱農地膜小麥穴播技術、集雨農業技術體系都是增產效果很好的創新性抗旱增產技術，只在20世紀90年代中后期在甘肅省及周邊少數區域進行了示范推廣，但并沒有在區域大面積、長時間發揮效益。旱農新技術的推廣應用是一個系統工程，需要各級政府強力支持、農技部門推廣、科研和農機部門配套支持。

1)政府強力支持可促進農業新技術的推廣應用。由于農業受自然和市場的雙重約束，本質上是一種弱質產業，所以世界各國對農業都采取扶持政策。現在推廣應用的全膜雙壟溝播玉米，之所以能在甘肅省年推廣面積達6.667×104hm2以上，是甘肅省政府及各級地方政府的強力主導的結果，省政府在政策上強力宣導，加強農業、財政、科技、水利、金融等部門的協作配合，形成扶持旱作農業技術推廣和農業產業開發的良好機制。對農戶進行地膜、農業機械財政補貼，僅2011年甘肅省財政就籌集了2.4億元專項資金，對農民種植全膜雙壟溝播玉米進行地膜補貼。雖然全膜雙壟溝播玉米增產率在30%以上，僅依靠農業科研與推廣部門，很難達到現在的應用規模。

2)各級農技部門積極參與是旱農新技術推廣的技術保證。建立、健全農業科技推廣體系，省、地、縣、鄉、村農業技術推廣部門在旱農技術的推廣中把好技術關，使農民較好領悟新技術，在實施的過程中技術不走樣，充分發揮新技術的增產增效功能。

3)科研和農機部門配套支持也很重要。旱農技術的創新是一個漫長的過程，要使旱農新技術不斷完善，需要科技主管部門不斷支持?，F在農業新技術多需要農業機械的配套使用，只有完善的農業機械配套，才能更好推動旱農新技術的推廣應用。

4)農民應用新技術的意愿降低，是當前新技術推廣的難題。過去，只要是增產增收的新技術，農民較容易接受，現在即使是增產增收的農業技術，農民接受的意愿也不高。全膜覆土穴播小麥在甘肅省中東部應用增產率多在50%以上，在2011年干旱年份增產率甚至達到100%以上，從投入產出來說，一般也是增效的，但農民接受的意愿不高。在當前的經濟社會發展形式下，農村青壯年農民多外出打工，農村勞動力缺乏，新技術應用要求更多的勞動投入，同時農村留守人員對新技術的理解與應用能力下降，使農業新技術推廣應用面臨困境。如何研究出不增加勞動投入，或者是更好地與小型農業機械結合的新技術，是今后旱農技術創新過程中必須優先考慮的。

［1］李福.甘肅省發展旱作農業的實踐及建議［J］.甘肅農業科技，2010(6):36–38.

［2］陳年來，劉東順，王曉巍，等.甘肅砂田的研究與發展［J］.中國瓜菜，2008(2):29 –31.

［3］吳建義，鄭新瑞.砂田地膜塑料大棚覆蓋白蘭瓜優質豐產栽培技術［J］.中國西瓜甜瓜，1995(4):18–19.

［4］李來祥，楊祁峰，劉廣才，等.旱地全膜雙壟溝播技術在甘肅省旱作農業中的應用［J］.現代農業科技，2009(17):55–57.

［5］李來祥，劉廣才，楊祁峰，等.甘肅省旱地全膜雙壟溝播技術研究與應用進展［J］.干旱地區農業研究，2009，27(1):114–117.

［6］劉廣才，楊祁峰，李來祥，等.旱地玉米全膜雙壟溝播技術增產效果研究［J］.農業現代化研究，2009，30(6):739–743.

［7］黨翼，郭天文，李尚中，等.不同冬小麥品種全膜覆土穴播栽培比較試驗［J］.甘肅科技，2011(14):153–154.

［8］侯慧芝，呂軍峰，張緒成，等.隴中半干旱區全膜覆土穴播小麥的土壤水分及產量效應［J］.作物雜志，2010(1):21–24.