我國農業應對干旱災害的技術研究現狀及展望

鄧 忠，翟國亮，呂謀超，李 迎，宗 潔，蔡九茂，馮俊杰(中國農業科學院農田灌溉研究所/河南省節水農業重點實驗室， 河南 新鄉 453002)

干旱是世界性的農業氣象災害[1,2]，在我國發生的氣象災害中，干旱災害對農業生產威脅最大，造成農業經濟損失較嚴重。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，經濟作物損失510億元[3]。2005年云南、廣西發生近50年來少見的嚴重春旱，2006年出現川渝特大夏伏旱，2009年中原地區大旱，造成中原4省市500多萬hm2農田受災，直接經濟損失達300億元[4]。2010年我國西南地區五省市遭受百年一遇旱災，受災農田面積652萬hm2，直接經濟損失達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，大部分地區秋糧作物受旱，產量嚴重下降甚至絕收。類似的旱災同樣發生在我國華南、華東、東北等地區，分布范圍越來越廣[6]。干旱在中國似乎已經成為一種常態，旱災已經成為導致糧食產量波動的主要的自然力量，直接威脅國家糧食安全。本文研究了我國農業干旱發生的特點及應對干旱的技術現狀，對未來我國農業應對干旱災害的技術進行展望，為更好地解決我國農業干旱問題提供參考。

1 干旱發生特點分析

分析干旱災害發生的特點，具體表現為：一是發生頻率高。我國每年大約有14種氣象災害(干旱、洪澇、臺風、低溫、風雹等)發生，其中干旱災害平均每年發生7.5次[7]。歷史記載，公元前206-1949年的2 155 a，發生干旱達1 056次，平均每2年發生1次。1950-1990年的41 a，有11年發生重、特大干旱，發生頻次為27%。1991-2008年的18 a間，有7 a發生重、特大干旱，平均不到3 a就發生1次，發生頻次為38.9%[8]。二是持續時間長。近年來連季干旱、連年干旱的現象經常發生。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，氣溫持續偏高，干旱持續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、四川發生百年不遇的夏秋冬春四季連旱。連年干旱的現象也經常發生，1997-2000年，北方大部分地區持續3年發生嚴重干旱。三是受災范圍廣、經濟損失大。近幾年在傳統的北方旱區旱情加重的同時，南方和東部多雨區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量下降，影響整個國家糧食安全。四是突發性和季節性較強。這種突發性旱災，目前的預警技術還無法準確預報出干旱發生的時間與嚴重程度，而且季節性干旱在我國各地頻繁發生，呈規律性上升趨勢[10]。

2 農作物抗旱技術研究現狀

2.1 農藝抗旱技術

農藝技術對于農業增產增收具有重要的意義，在實現作物抗旱過程中也發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作物抗旱技術。如在我國西南丘陵區，集成了不同季節抗旱的關鍵技術：春旱區實施“座水種、蓋地膜、優套作”的抗旱增產防控技術，夏旱區實施“調模式、雙覆蓋、等雨播、適時補灌”的避旱增產防控技術，秋旱區實施“深松土、秸稈蓋、廂面種”的抗逆增產防控技術[11]，這些技術在農作物上的應用取得顯著的抗旱效應。西北雨養旱區集成了旱地春玉米的抗旱保苗豐產技術：以土壤水分為調控指標，以墑情定播期，以播期定品種，適時調節播種期，實現了降雨高峰與玉米需水高峰相吻合[12]，農作物達到較好的雨水利用，實現有效抗旱。近年來，甘肅中東部旱作區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、半干旱地區獨特的一種抗旱耕作方式，在農田采用鋪壓砂礫石，達到較好的蓄水保墑、抑制蒸發和保持水土流失的作用，很好地抵御了季節性干旱的問題。因地制宜地實施各種農藝技術實現農作物的避旱、御旱和抗旱，實現作物的穩產和高產。

2.2 農業化學調控技術

農業化學抗旱節水技術是一種特殊的減災技術[14]，它是通過利用化學物質改善土壤和作物水分狀況，促進土壤-作物-大氣連續體(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、植物生長調節劑等。

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，增產幅度達13.8%以上[15]。植物抗蒸騰劑的代表性產品-“FA旱地龍”在我國大部分省區大面積的推廣應用，結果表明，施用“FA旱地龍”后糧食作物增產10%～15%，經濟作物增產15%～40%，節水20%～30%[16]。植物生長調節劑種類繁多，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，達到了增產的目的。化學抗旱技術具有使用方法簡便、使用時期靈活的特點，對于季節性干旱區，可根據干旱發生的時期和不同作物的生長發育特性靈活安排使用，以適應季節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。中國農業科學院農田灌溉研究所研發的“農業抗旱用輕型成套滴灌系統機具”[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，起到了較好的節水抗旱效益，較常規澆灌節水50%，增產29.38%。該單位研發的“移動式灌溉車”[19]，具有結構緊湊、移動方便、快捷的顯著優點，可結合不同灌溉方式迅速的進行農田灌溉，產品在四川省遂寧市進行了3年的示范推廣，在干旱季節發揮了應急抗旱的功效，受到用戶的廣泛青睞。中國灌溉排水發展中心研發的“自驅動集成式一體化滴(噴)灌機”[20,21]，產品將傳統滴(噴)灌系統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，適用于平原地區和坡度較小的丘陵地區使用，尤其適用于零散地塊作業和應急抗旱。另外，輕小型移動式噴灌機是近幾年發展迅速的一種節水灌溉設備，產品輕巧靈活，便于移動，適用性強，在小型田塊、丘陵山區等應急抗旱非常實用。

3 我國農業應對干旱存在問題與展望

3.1 主要問題

(1)對主要農作物干旱發生發展規律研究不足。小麥、玉米、水稻等是我國主要的糧食作物，種植地域廣泛，干旱發生規律和特征不盡相同。我國華北平原地區主要采取冬小麥和夏玉米一年兩茬為主的種植模式，近年對此地區及農作物抗旱減災技術鮮有報道[22,23]，但是華北平原灌區農作物受旱的現象卻經常發生， 2014年河南發生的特大“夏旱”造成玉米在大喇叭口期的“卡脖子旱”而無法抽雄，大面積農作物減產甚至絕收，反映了人們對大旱以及連旱認識的不足。西北旱區是種植春玉米的重要生產基地，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，雖然水熱資源豐富，但降水的季節分布不均，大部分地區存在明顯的干濕季，近年時而會發生嚴重的季節性干旱。因此，迫切需要開展我國不同區域農作物干旱發生規律的認識和研究，為我國農業抗旱避災提供科學參考。

(2)農業節水技術推廣不夠。隨著氣候的日益變暖，干旱程度日益加重，在農業灌溉中采用先進的農業節水灌溉技術，包括工程節水、農藝節水和生物節水等技術是時代的需求。長期以來, 我國在旱作農業研究方面呈明顯的“重北方輕南方”局面，南方地區的旱作農業研究以單項的、零散的研究居多，缺乏對南方旱作農業的系統性研究，嚴重地制約著這些地區旱作農業的發展。以四川省為例，區域性缺水、季節性缺水問題比較突出，季節性干旱發生頻率達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)對適合我國區域農業生產特點的應急抗旱裝備研發不足。我國農村種植作物種類繁多，田塊分散且面積小，不適合機械化大規模作業，大部分旱地農業山丘區地形起伏大，一些降雨、河水、坑塘水等無法及時地引入農田進行灌溉，造成作物干旱。以我國西南地區四川省為例，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]。我國雨養旱區如甘肅、寧夏、陜西等，部分地區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，在播種季節或大旱來臨時，有限的水源在短時間內抽空而不能得到充分合理利用，造成很大浪費。因地制宜地研發一些小型的、簡易的移動式節水灌溉機具，充分利用其自身優勢達到應急性抗旱，最大可能地減少經濟損失。

(4)對農田發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驗表明風險規避比搶險救災具有更重要的意義[26]，但農業干旱監測作為減輕農業災害損失與影響的重要途徑，是目前干旱研究的薄弱環節。抗旱工作是一項包括旱前預防、旱期抗災以及旱后恢復的一個完整過程，目前我國大多數地區沒有實行抗旱預案制度，遇到旱情，臨時組織發動，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)加強對農作物干旱發生發展及其危害特征規律研究。我國西北雨養旱地年降水量不足400 mm，播種期干旱已成為影響玉米出苗及群體產量的主要因素，如何進行御旱和避旱，是雨養旱區實現農作物抗旱的主要途徑。華北大部分地區冬小麥生育期內自然降水較少，冬小麥生長均處于水分虧缺狀態，高產穩產必須通過補灌，而玉米生育期內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，季節性干旱時常發生。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量。因此，需加強對各地不同農作物干旱發生規律的研究，為更好地做到應對干旱打下堅實的理論基礎。

(2)大力發展農業節水技術，提高作物水分利用效率。農業是用水大戶，在農業灌溉中采用先進的節水灌溉技術，如滴灌、噴灌、管灌等技術是我國建設節水型社會的必然要求。根據作物不同生育階段需水規律和當地降水、蒸發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，必須發展農田節水、保水技術和農業適水種植的作物布局與耕作技術[28]。以西南地區四川省發展節水農業為例，應當把工程措施、生物措施、農藝措施、化學措施等有機結合起來,構建節水型農作制度是西南丘陵旱區農業可持續發展的重要途徑。

(3)研發適合我國區域生產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、西北平原區應對干旱可配備一些大中型的節水灌溉機具，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，在作物發生干旱時無法配備大中型的灌溉設備，需開發出家戶用、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)，充分發揮小水源所具有的解決零星分散干旱地區生產生活用水的突出功效。

(4)大力開展干旱預警監測技術研究。干旱是一種自然氣候現象，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，加強對干旱的監測和管理(遙感、地理信息系統、全球定位系統等)，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網絡。二是加強在旱情監測、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。

[1] 張養才，何維勛，李世奎. 中國農業氣象災害概論[M]. 北京：氣象出版社，1991：306-321.

[2] 盧 麗，程叢蘭，劉偉東，等. 30年來我國農業氣象災害對農業生產的影響及其空間分布特征[J]. 生態環境學報，2009，18(4)：1 573-1 578.

[3] 國家防汛抗旱總指揮辦公室. 2000年全國旱情及抗旱行動情況[J]. 防汛與抗旱，2001，(1)：52-56.

[4] 鄭大瑋，李茂松，霍治國. 農業災害與減災對策[M]. 北京：中國農業大學出版社，2013：81-87.

[5] 黃會平. 1949-2007年全國干旱特征、成因及減災對策[J]. 干旱區資源與環境，2010，24(11)：94-98.

[6] 張家團，屈艷萍. 近30年來中國干旱災害演變規律及抗旱減災對策探討[J]. 中國防汛抗旱，2008，(5)：47-52.

[7] 劉 彤，閆天池. 我國主要氣象災害及其經濟損失[J]. 自然災害學報，2011，20(2)：90-95.

[8] 白玉潔，段海花，侯學源. 我國主要氣象災害對農業生產的影響及應對策略[J]. 安徽農業科學，2011，39(16)：9 931-9 935.

[9] 商崇菊，王 群，郝志斌. 貴州省2009-2010 年特大干旱災害成因、特點及影響淺析[J]. 防汛與抗旱，2010，(17)：11-13.

[10] 黃晚華，楊曉光，李茂松，等. 基于標準化降水指數的中國南方季節性干旱近58 年演變特征[J]. 農業工程學報，2010，26(7)：50-59.

[11] 劉永紅，楊 勤，李 卓，等. 川南攀西玉米抗旱增產技術對策[J]. 四川農業科技，2012，(3)：12-13.

[12] 路海東，薛吉全，郝引川，等. 播期對雨養旱地春玉米生長發育及水分利用的影響[J]. 作物學報，2015，41(12)：1 906-1 914.

[13] 王紅麗，張緒成，宋尚有，等. 西北黃土高原旱地全膜雙壟溝播種植對玉米季節性耗水和產量的調節機制[J]. 中國農業科學，2013，46(5)：917-926.

[14] 王廣興，劉祖貴，吳海卿，等. 化學制劑及不同覆蓋材料應用在夏棉上的節水增收效益[J]. 中國農村水利水電，2000，(12)：4-5.

[15] 杜太生，康紹忠，魏 華. 保水劑在節水農業中的應用研究現狀與展望[J]. 農業現代化研究，2000，(5):317-321.

[16] 李茂松，李 森，張述義，等. 灌漿期噴施新型FA抗蒸騰劑對冬小麥的生理調節作用研究[J]. 中國農業科學，2005，38(4)：703-708.

[17] 王成雨，李 靜，張 一，等. 化控劑對冬小麥莖稈抗倒性能、植株整齊度及產量的影響[J]. 中國農業氣象，2015， 36(2)：170-177.

[18] 鄧 忠，翟國亮，馮俊杰，等. 移動式地下滴灌裝置的應用-以馬鈴薯抗旱灌溉為例[J]. 灌溉排水學報，2014，33(增刊1)：83-85.

[19] 鄧 忠，翟國亮，馮俊杰，等. 一種移動式灌溉車：中國[P]. 201220488537.3，2013-03-13.

[20] 李仰斌，謝崇寶，張國華，等. 自驅動集成式一體化滴灌機研發[J]. 節水灌溉，2014，(9)：84-86.

[21] 李仰斌，謝崇寶，張國華，等. 自驅動集成式一體化噴灌機研發[J]. 節水灌溉，2014，(8)：69-74.

[22] 成 林，張廣周，陳懷亮，等. 華北冬小麥夏玉米兩熟區干旱特征分析[J]. 氣象與環境科學，2014，37(4)：8-16.

[23] 薛昌穎，劉榮花，馬志紅. 黃淮海地區夏玉米干旱等級劃分[J]. 農業工程學報，2014，30(16)：147-156.

[24] 李 卓，劉永紅，楊 勤. 四省節水農業發展現狀、存在問題與未來研發重點[C]∥ 現代節水高效農業與生態灌區建設，2010:894-900.

[25] 樓豫紅，康紹忠，崔寧博，等. 四川省灌溉管理節水發展水平綜合評價模型構建與應用[J]. 農業工程學報，2014，30(4)：79-89.

[26] 吳冬平. 我國農業旱情監測技術現狀及發展趨勢分析[J]. 自然災害學報，2015，24(4)：24-35.

[27] 楊封科，高世銘，張緒成，等. 旱地玉米覆蓋栽培的土壤水熱及產量效應[J]. 核農學報，2014，28(2)：0 302-0 308.

[28] 霍治國，李世奎，安順清，等. 干旱綜合防御集成技術機制及在華北冬麥區的示范應用研究[J]. 自然資源學報，2002，17(5)：556-563.

[29] 劉憲鋒，朱秀芳，潘耀忠，等. 農業干旱監測研究進展與展望[J]. 地理學報，2015，70(11)：1 835-1 848.