加大科技攻關奏響中國旱地農業發展的“變奏曲”

策劃/本刊編輯部 文/本刊實習記者 李晶

農業氣候學將年降水量在200 mm 以下的地區稱為干旱區，將降雨量為200～500 mm 間的地區稱為半干旱區。二類地區合并稱為干旱區，或稱旱地農業區域，簡稱旱作區域。

按照這樣的氣候概念來定位旱地農業系統的重要性，可以得知，旱作區域約占地球陸地面積的30%，占我國國土面積的63%。毋容置疑，旱作區域面積廣大，是21 世紀我國與世界農業建設的主要戰略區域。

旱地農業是我國農業的重要生產方式。旱地農業氣候類型區域包括有無灌溉農業、有灌溉農業、天然草原利用，也包括設施農業等類型。隨著我國在西北、華北和東北等干旱缺水地區示范推廣旱地節水農業技術，旱地農業從被動抗旱逐步走向主動避旱。

摸清我國旱地“底細”

我國北方旱地農業區生產了全國58%的糧食（包含灌溉）和75%以上的牛羊肉，也覆蓋了70%以上的生態脆弱區，加強科技創新推動旱地農業發展對保障國家食物安全、生態安全的意義重大。

完全依靠自然降水進行生產的農業，叫做旱地農業，和它相對的概念是灌溉農業。所以，旱地農業包括全部不進行澆灌的農業生產。其中，在降水量入不敷出的干旱、半干旱地區則叫作旱地農業，也就是在干旱、半干旱的耕地上進行的旱地農業。

而我國是世界上嚴重干旱缺水的國家之一，旱地農業主要分布在秦嶺、淮河及昆侖山以北的廣大北方地區，涉及16個省（自治區、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。旱地作物如何實現適水種植是我們亟須攻克的難題。

要做好旱地農業，首先了解它，摸清規律。中國農業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，二是查明了主要農作物生產潛力的開發程度。

數年前，中國農科院就有研究團隊長期扎根黃土高原東部壽陽旱地農業試驗站，定位觀測研究北方旱地農田降水轉化動力學過程與高效調控途徑。自2001年以來，該團隊聯合國內多家優勢單位協同攻關，開展了北方旱地農業多點長期定位試驗，摸清了主要旱地作物干旱發生規律和適水種植優先序，闡明了旱地水碳氮高效轉化機制，攻克了土壤增碳擴容、地表覆蓋抑蒸、水肥協同提效等調控途徑，從而破解了旱地作物適水種植的科學難題。

團隊研究發現，北方旱地主要作物種植西擴北移1～2 個經緯度，受作物種植、生育期變化與降水減少、干旱頻發重發多因素互相作用，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，提升效應最優的降水區間為年降水量450～550 mm 的旱農區。

據此，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的適水種植優先序，也為科學布局種植結構并匹配適宜的節水栽培技術提供了科學依據。

積極選育抗旱豐產作物

選育抗旱作物無疑是旱地農業技術創新的基本工作之一，僅中國農科院，就選育了70 多個抗旱豐產作物品種。

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

這些創新技術在山西應用廣泛，比如在壽陽縣景尚鄉張韓村，當地村民種植玉米就采用了多種旱地農業技術。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業技術體系，適應不同環境的旱地種植。根據旱地的不同類型，我國已發展出五種旱地農業區域發展典型模式。

“七五”以來，中國農科院牽頭組織了全國多家科研院所和高等院校，在北方旱農區開展了旱地水分平衡、降水生產潛力開發和旱地秸稈還田與有機培肥等系列長期定位試驗研究，進行農田降水高效轉化機制、主要旱地作物水分生態適應性和降水生產力提升等方面的研究，系統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田水分動態平衡規律，突破了旱地適水種植的應用基礎理論和抗旱節水的關鍵技術與產品，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、鎮源等旱地農業綜合發展模式。

數據統計顯示，“十三五”期間，隨著旱地農業科技的發展，我國北方抗旱節水小麥品種覆蓋率提高到40%以上，綜合試驗示范區農田降水利用率提高到70%以上，大田農業生產中的噸糧耗水降低到800 m3。農業農村部在西北、華北和東北等干旱缺水地區支持示范推廣旱地節水農業技術，大力推廣覆蓋保墑、水肥一體化、集雨補灌、測墑節灌、耕作保墑等技術，每年節水技術應用面積（按播種面積）超過4億畝次。

旱地農業的五種典型模式

旱地農業技術創新的種子，已在多地結出累累碩果。針對各地情況，我國已走出了五種旱地農業區域發展典型模式：

以山西壽陽模式為代表，針對華北山地丘陵區種植結構單一、種養分離、生產效益低下等問題，提出了旱作農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，可以實現玉米增產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3年累積提升1.0～1.8 g/kg，硝態氮淋失率降低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熱量不足、水資源匱乏、耕地質量退化等問題，提出了農田立體防蝕增效理念，構建了地上、地表、地下立體調控技術系統。2010年以來，東北風沙半干旱區連續多年發生干旱現象，該項技術成果的大面積推廣應用，使農田水分利用效率提高14%～19%，農田風蝕和水蝕量降低36%～43%，有效抵御了旱災發生，保障了糧食穩產。

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

以甘肅鎮原模式為代表，針對西北旱塬半干旱區水土流失嚴重、降水利用難度大等問題，創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20%～30%；集成創新了夏休閑期覆膜和全膜覆土穴播冬小麥豐產技術，增產40%；研發旱作地膜玉米密植增產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產量823.4 kg，增產10.0%，成本降低19%，創造了每667 m2產1 014 kg、水分利用效率達到2.54 kg/mm的玉米高產紀錄。

以內蒙古武川模式為代表，針對內蒙古旱作區干旱少雨水資源短缺、水分利用效率低，農田風蝕沙化嚴重、土壤保水性差等突出問題，依托武川試區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田間集雨與節水三個技術體系，通過在四大主要作物上進行規范化示范應用，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。

大力發展降水利用技術

日前，在中國農科院旱地農業創新發展報告會上，與會專家表示針對北方旱地頻旱多變環境、水土過度利用、生產穩定性下降等問題，中國農科院多年來開展技術攻關，根據作物水分供需變化規律，首次確定了抗旱適水種植的技術適宜性和作物優先序。

專家介紹說，東北風沙半干旱和半濕潤偏旱區優先序為春玉米、花生（大豆）、谷子等；西北旱塬半干旱和半濕潤偏旱區為春玉米、馬鈴薯、油菜、冬小麥等；華北丘陵半濕潤偏旱區為春玉米、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田，中國農科院通過創建不同抗旱適水種植主導技術，并研制配套技術產品實現標準化，將降水利用率提高到70%以上。

同時中國農科院將在旱地農業應用基礎研究、核心關鍵技術與產品和典型區域技術發展模式等方面發力，從深度節水和極限節水等方向開展旱地農業科技攻關。

“十三五”期間，隨著旱地農業科技的發展，我國北方抗旱節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提高到0.70 以上，噸糧耗水從844 m3下降到813 m3。

旱地農業沒有灌溉水源，盡可能地提高對自然降水的利用率是關鍵技術之一。2000年，我國北方旱地農業的自然降水利用率是56%。2020年這一數據提升到65%，相當于節約了近500億m3水。而在旱地農業技術的典型示范區，這一數據甚至可以達到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，中國農學會組織的評價小組認為，該團隊成果系統闡明了旱地農田土壤、地表和冠層協同調控機理與途徑；構建了主要類型區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，旱地農業還亟須從深度節水和極限節水等方向開展科研攻關。我國小麥平均耗水量是900～1 000 m3，但極限節水的情況下可以降到噸糧耗水400～500 m3。

同樣，旱地生產潛力也有可挖掘的空間。當前，我國抗旱作物的單產潛力開發程度是45%，而可行的合理開發程度是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，我國對旱地農業的重視程度仍需加強。要在糧食生產優勢區提高單產、穩定總產能的同時，騰出空間發展旱農地區的生物多樣性，保護旱農區的生態環境，這是未來整個旱地農業需要重點關注的新的技術區域性難題。