我国农业应对干旱灾害的技术研究现状及展望

邓 忠，翟国亮，吕谋超，李 迎，宗 洁，蔡九茂，冯俊杰(中国农业科学院农田灌溉研究所/河南省节水农业重点实验室， 河南 新乡 453002)

干旱是世界性的农业气象灾害[1,2]，在我国发生的气象灾害中，干旱灾害对农业生产威胁最大，造成农业经济损失较严重。近年来，我国几乎每年都要遭受不同程度的旱灾，而且受旱程度呈逐年增加的趋势。1999-2002年我国北方连续4年严重干旱，其中2000年为新中国成立以来最严重的旱灾，全国农作物受灾面积达4 054万hm2，绝收800万hm2，因旱灾损失粮食近600亿kg，经济作物损失510亿元[3]。2005年云南、广西发生近50年来少见的严重春旱，2006年出现川渝特大夏伏旱，2009年中原地区大旱，造成中原4省市500多万hm2农田受灾，直接经济损失达300亿元[4]。2010年我国西南地区五省市遭受百年一遇旱灾，受灾农田面积652万hm2，直接经济损失达500亿元[5]，2014年河南遭受了63年以来的特大干旱，全省50%的河流断流，大部分地区秋粮作物受旱，产量严重下降甚至绝收。类似的旱灾同样发生在我国华南、华东、东北等地区，分布范围越来越广[6]。干旱在中国似乎已经成为一种常态，旱灾已经成为导致粮食产量波动的主要的自然力量，直接威胁国家粮食安全。本文研究了我国农业干旱发生的特点及应对干旱的技术现状，对未来我国农业应对干旱灾害的技术进行展望，为更好地解决我国农业干旱问题提供参考。

1 干旱发生特点分析

分析干旱灾害发生的特点，具体表现为：一是发生频率高。我国每年大约有14种气象灾害(干旱、洪涝、台风、低温、风雹等)发生，其中干旱灾害平均每年发生7.5次[7]。历史记载，公元前206-1949年的2 155 a，发生干旱达1 056次，平均每2年发生1次。1950-1990年的41 a，有11年发生重、特大干旱，发生频次为27%。1991-2008年的18 a间，有7 a发生重、特大干旱，平均不到3 a就发生1次，发生频次为38.9%[8]。二是持续时间长。近年来连季干旱、连年干旱的现象经常发生。以贵州省为例，从2009 年7月-2010 年4 月，全省降雨较常年大幅度减少，气温持续偏高，干旱持续时间最长的兴仁县长达242 d，长时间的干旱对作物造成了严重影响[9]。2006年夏季-2007年春季，重庆、四川发生百年不遇的夏秋冬春四季连旱。连年干旱的现象也经常发生，1997-2000年，北方大部分地区持续3年发生严重干旱。三是受灾范围广、经济损失大。近几年在传统的北方旱区旱情加重的同时，南方和东部多雨区旱情也在扩展和加重，范围遍及全国。大面积旱灾造成我国粮食总产量下降，影响整个国家粮食安全。四是突发性和季节性较强。这种突发性旱灾，目前的预警技术还无法准确预报出干旱发生的时间与严重程度，而且季节性干旱在我国各地频繁发生，呈规律性上升趋势[10]。

2 农作物抗旱技术研究现状

2.1 农艺抗旱技术

农艺技术对于农业增产增收具有重要的意义，在实现作物抗旱过程中也发挥着不可替代的作用。针对不同地域气候特点，各地形成了不同的农作物抗旱技术。如在我国西南丘陵区，集成了不同季节抗旱的关键技术：春旱区实施“座水种、盖地膜、优套作”的抗旱增产防控技术，夏旱区实施“调模式、双覆盖、等雨播、适时补灌”的避旱增产防控技术，秋旱区实施“深松土、秸秆盖、厢面种”的抗逆增产防控技术[11]，这些技术在农作物上的应用取得显著的抗旱效应。西北雨养旱区集成了旱地春玉米的抗旱保苗丰产技术：以土壤水分为调控指标，以墒情定播期，以播期定品种，适时调节播种期，实现了降雨高峰与玉米需水高峰相吻合[12]，农作物达到较好的雨水利用，实现有效抗旱。近年来，甘肃中东部旱作区大面积推广的玉米全膜双垄沟播技术，是一种新型抗旱耕作技术，集覆盖抑蒸、垄沟集雨、垄沟种植技术为一体，实现就地入渗、雨水富集叠加、保墒蓄墒的显著效果[13]。砂田是我国西北干旱、半干旱地区独特的一种抗旱耕作方式，在农田采用铺压砂砾石，达到较好的蓄水保墒、抑制蒸发和保持水土流失的作用，很好地抵御了季节性干旱的问题。因地制宜地实施各种农艺技术实现农作物的避旱、御旱和抗旱，实现作物的稳产和高产。

2.2 农业化学调控技术

农业化学抗旱节水技术是一种特殊的减灾技术[14]，它是通过利用化学物质改善土壤和作物水分状况，促进土壤-作物-大气连续体(SPAC)的水分平衡与高效运转，减少土壤水分的无效散失、渗漏，以及植物叶面水分的低效运转，达到提高植物的生产力和水分利用效率的目的。目前应用较多的化学制剂主要包括土壤保水剂、植物抗蒸腾剂、植物生长调节剂等。

土壤保水剂能增强土壤保水性，改良土壤结构，减少土壤水分养分流失，提高水肥利用率。研究表明，小麦、大麦、玉米、马铃薯等作物应用复合包衣剂后，可显著提高低土壤湿度条件下的出苗率，增产幅度达13.8%以上[15]。植物抗蒸腾剂的代表性产品-“FA旱地龙”在我国大部分省区大面积的推广应用，结果表明，施用“FA旱地龙”后粮食作物增产10%～15%，经济作物增产15%～40%，节水20%～30%[16]。植物生长调节剂种类繁多，主要包括生长素(IAA)、矮壮素(CCC)、多效唑(PP333)等，研究表明[17]，小麦拔节后10 d施多效唑具有明显的控长效应，促进根系生长，提高根冠比，促进籽粒灌浆和提高千粒重，达到了增产的目的。化学抗旱技术具有使用方法简便、使用时期灵活的特点，对于季节性干旱区，可根据干旱发生的时期和不同作物的生长发育特性灵活安排使用，以适应季节性干旱的波动性和变异性。

2.3 应急性抗旱技术与装备

应急抗旱主要用来解决作物发生干旱的正常生理需水而进行的临时性灌溉技术，在干旱发生过程中可灵活运用，具有移动方便快捷、灌溉高效的特点，达到作物的应急性抗旱。中国农业科学院农田灌溉研究所研发的“农业抗旱用轻型成套滴灌系统机具”[18]，操作简便、应用灵活，2009-2010年在宁夏盐池县马铃薯种植中推广应用，起到了较好的节水抗旱效益，较常规浇灌节水50%，增产29.38%。该单位研发的“移动式灌溉车”[19]，具有结构紧凑、移动方便、快捷的显著优点，可结合不同灌溉方式迅速的进行农田灌溉，产品在四川省遂宁市进行了3年的示范推广，在干旱季节发挥了应急抗旱的功效，受到用户的广泛青睐。中国灌溉排水发展中心研发的“自驱动集成式一体化滴(喷)灌机”[20,21]，产品将传统滴(喷)灌系统的首部集成为一个可移动的一体化设备，无需拆卸和安装，取水灵活，在多种水源条件下均可进行灌溉作业，适用于平原地区和坡度较小的丘陵地区使用，尤其适用于零散地块作业和应急抗旱。另外，轻小型移动式喷灌机是近几年发展迅速的一种节水灌溉设备，产品轻巧灵活，便于移动，适用性强，在小型田块、丘陵山区等应急抗旱非常实用。

3 我国农业应对干旱存在问题与展望

3.1 主要问题

(1)对主要农作物干旱发生发展规律研究不足。小麦、玉米、水稻等是我国主要的粮食作物，种植地域广泛，干旱发生规律和特征不尽相同。我国华北平原地区主要采取冬小麦和夏玉米一年两茬为主的种植模式，近年对此地区及农作物抗旱减灾技术鲜有报道[22,23]，但是华北平原灌区农作物受旱的现象却经常发生， 2014年河南发生的特大“夏旱”造成玉米在大喇叭口期的“卡脖子旱”而无法抽雄，大面积农作物减产甚至绝收，反映了人们对大旱以及连旱认识的不足。西北旱区是种植春玉米的重要生产基地，但是由于地域广阔，气候因素变化幅度大，造成干旱的因素也较多，不易掌握。水稻种植主要分布于我国南方地区，虽然水热资源丰富，但降水的季节分布不均，大部分地区存在明显的干湿季，近年时而会发生严重的季节性干旱。因此，迫切需要开展我国不同区域农作物干旱发生规律的认识和研究，为我国农业抗旱避灾提供科学参考。

(2)农业节水技术推广不够。随着气候的日益变暖，干旱程度日益加重，在农业灌溉中采用先进的农业节水灌溉技术，包括工程节水、农艺节水和生物节水等技术是时代的需求。长期以来, 我国在旱作农业研究方面呈明显的“重北方轻南方”局面，南方地区的旱作农业研究以单项的、零散的研究居多，缺乏对南方旱作农业的系统性研究，严重地制约着这些地区旱作农业的发展。以四川省为例，区域性缺水、季节性缺水问题比较突出，季节性干旱发生频率达95%[24]，但针对坡耕地的集雨补灌灌溉制度与灌溉技术研究不够，尚无简便、实用、高效且易于推广应用的节水灌溉模式，导致作物对降雨的有效利用率不高。

(3)对适合我国区域农业生产特点的应急抗旱装备研发不足。我国农村种植作物种类繁多，田块分散且面积小，不适合机械化大规模作业，大部分旱地农业山丘区地形起伏大，一些降雨、河水、坑塘水等无法及时地引入农田进行灌溉，造成作物干旱。以我国西南地区四川省为例，85%以上土地是坡耕地，土层薄，土壤水库容小，但是大部分小水库、小堰塘、水池、水窖等小型蓄水设施配套程度低，天然降雨大部分成为无效径流[25]。我国雨养旱区如甘肃、宁夏、陕西等，部分地区也配备了一些小型的移动抽水机组，但是没有充分利用地形地势进行合理的蓄集降雨，在播种季节或大旱来临时，有限的水源在短时间内抽空而不能得到充分合理利用，造成很大浪费。因地制宜地研发一些小型的、简易的移动式节水灌溉机具，充分利用其自身优势达到应急性抗旱，最大可能地减少经济损失。

(4)对农田发生干旱的预警技术和防控预案研究不足。以往应对重大自然灾害的经验表明风险规避比抢险救灾具有更重要的意义[26]，但农业干旱监测作为减轻农业灾害损失与影响的重要途径，是目前干旱研究的薄弱环节。抗旱工作是一项包括旱前预防、旱期抗灾以及旱后恢复的一个完整过程，目前我国大多数地区没有实行抗旱预案制度，遇到旱情，临时组织发动，临时采取措施，这样常会导致抗旱决策缺乏周密计划和全面考虑，达不到真正抗旱的目的。对旱情监测、预报、评估以及抗旱水源的合理配置等非工程措施重视不够，没有建立比较科学的旱灾评估体系。

3.2 展 望

(1)加强对农作物干旱发生发展及其危害特征规律研究。我国西北雨养旱地年降水量不足400 mm，播种期干旱已成为影响玉米出苗及群体产量的主要因素，如何进行御旱和避旱，是雨养旱区实现农作物抗旱的主要途径。华北大部分地区冬小麦生育期内自然降水较少，冬小麦生长均处于水分亏缺状态，高产稳产必须通过补灌，而玉米生育期内多年平均水分条件基本能满足其生长需求，但由于年际较大，季节性干旱时常发生。不同作物、品种，以及不同生育时期作物对缺水的敏感性差异很大，因而灾害后果也不相同。如甘肃省旱地玉米生育期最佳的补灌时期应在大喇叭口期[27]，此期为大气干旱阶段，否则会造成玉米在此生育期的干旱而最终影响籽粒产量。因此，需加强对各地不同农作物干旱发生规律的研究，为更好地做到应对干旱打下坚实的理论基础。

(2)大力发展农业节水技术，提高作物水分利用效率。农业是用水大户，在农业灌溉中采用先进的节水灌溉技术，如滴灌、喷灌、管灌等技术是我国建设节水型社会的必然要求。根据作物不同生育阶段需水规律和当地降水、蒸发特点及土壤水分状况，制定合理的灌溉制度，既满足作物需水又不浪费水资源。另外，各地需大力发展干旱综合防御集成技术，由于不同生育阶段的生物量累积对水分亏缺反应的敏感性、后效性不同，在生产中抗旱技术单一，缺乏应变性，所采取的措施往往达不到预期的抗旱效果，必须发展农田节水、保水技术和农业适水种植的作物布局与耕作技术[28]。以西南地区四川省发展节水农业为例，应当把工程措施、生物措施、农艺措施、化学措施等有机结合起来,构建节水型农作制度是西南丘陵旱区农业可持续发展的重要途径。

(3)研发适合我国区域生产特点的应急性抗旱装备。良好的灌溉设施是减轻干旱灾害最有效的方法，我国华北、西北平原区应对干旱可配备一些大中型的节水灌溉机具，如喷灌机，一次灌溉面积可达几百亩甚至上千亩，应急性抗旱灌溉效率非常高。我国南方由于地势的原因，在作物发生干旱时无法配备大中型的灌溉设备，需开发出家户用、轻小简装式、适宜于小水源的抗旱装备，以增加应对突发性旱情的快速处理能力。同时积极寻找应急抗旱水源，科学布置小型蓄水工程(塘堰、坑坝、水池等)，充分发挥小水源所具有的解决零星分散干旱地区生产生活用水的突出功效。

(4)大力开展干旱预警监测技术研究。干旱是一种自然气候现象，不可避免的，它有一定的波动性和周期性，这一点无法人为改变[29]。但是，通过科技进步，加强对干旱的监测和管理(遥感、地理信息系统、全球定位系统等)，最大限度地减少旱灾带来的损失。一是加强抗旱信息化建设，建立、完善水文气象的干旱预报预警机制和大范围旱情监测体系，做到信息共享、获取及时，建立起土壤墒情旱情测报系统网络。二是加强在旱情监测、识别和评估以及抗旱减灾风险评价、预警和管理等关键技术方面的研究，提高我国干旱灾害监测预警能力和综合防御能力, 增强对干旱灾害的可预见性和综合响应能力。

[1] 张养才，何维勋，李世奎. 中国农业气象灾害概论[M]. 北京：气象出版社，1991：306-321.

[2] 卢 丽，程丛兰，刘伟东，等. 30年来我国农业气象灾害对农业生产的影响及其空间分布特征[J]. 生态环境学报，2009，18(4)：1 573-1 578.

[3] 国家防汛抗旱总指挥办公室. 2000年全国旱情及抗旱行动情况[J]. 防汛与抗旱，2001，(1)：52-56.

[4] 郑大玮，李茂松，霍治国. 农业灾害与减灾对策[M]. 北京：中国农业大学出版社，2013：81-87.

[5] 黄会平. 1949-2007年全国干旱特征、成因及减灾对策[J]. 干旱区资源与环境，2010，24(11)：94-98.

[6] 张家团，屈艳萍. 近30年来中国干旱灾害演变规律及抗旱减灾对策探讨[J]. 中国防汛抗旱，2008，(5)：47-52.

[7] 刘 彤，闫天池. 我国主要气象灾害及其经济损失[J]. 自然灾害学报，2011，20(2)：90-95.

[8] 白玉洁，段海花，侯学源. 我国主要气象灾害对农业生产的影响及应对策略[J]. 安徽农业科学，2011，39(16)：9 931-9 935.

[9] 商崇菊，王 群，郝志斌. 贵州省2009-2010 年特大干旱灾害成因、特点及影响浅析[J]. 防汛与抗旱，2010，(17)：11-13.

[10] 黄晚华，杨晓光，李茂松，等. 基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58 年演变特征[J]. 农业工程学报，2010，26(7)：50-59.

[11] 刘永红，杨 勤，李 卓，等. 川南攀西玉米抗旱增产技术对策[J]. 四川农业科技，2012，(3)：12-13.

[12] 路海东，薛吉全，郝引川，等. 播期对雨养旱地春玉米生长发育及水分利用的影响[J]. 作物学报，2015，41(12)：1 906-1 914.

[13] 王红丽，张绪成，宋尚有，等. 西北黄土高原旱地全膜双垄沟播种植对玉米季节性耗水和产量的调节机制[J]. 中国农业科学，2013，46(5)：917-926.

[14] 王广兴，刘祖贵，吴海卿，等. 化学制剂及不同覆盖材料应用在夏棉上的节水增收效益[J]. 中国农村水利水电，2000，(12)：4-5.

[15] 杜太生，康绍忠，魏 华. 保水剂在节水农业中的应用研究现状与展望[J]. 农业现代化研究，2000，(5):317-321.

[16] 李茂松，李 森，张述义，等. 灌浆期喷施新型FA抗蒸腾剂对冬小麦的生理调节作用研究[J]. 中国农业科学，2005，38(4)：703-708.

[17] 王成雨，李 静，张 一，等. 化控剂对冬小麦茎秆抗倒性能、植株整齐度及产量的影响[J]. 中国农业气象，2015， 36(2)：170-177.

[18] 邓 忠，翟国亮，冯俊杰，等. 移动式地下滴灌装置的应用-以马铃薯抗旱灌溉为例[J]. 灌溉排水学报，2014，33(增刊1)：83-85.

[19] 邓 忠，翟国亮，冯俊杰，等. 一种移动式灌溉车：中国[P]. 201220488537.3，2013-03-13.

[20] 李仰斌，谢崇宝，张国华，等. 自驱动集成式一体化滴灌机研发[J]. 节水灌溉，2014，(9)：84-86.

[21] 李仰斌，谢崇宝，张国华，等. 自驱动集成式一体化喷灌机研发[J]. 节水灌溉，2014，(8)：69-74.

[22] 成 林，张广周，陈怀亮，等. 华北冬小麦夏玉米两熟区干旱特征分析[J]. 气象与环境科学，2014，37(4)：8-16.

[23] 薛昌颖，刘荣花，马志红. 黄淮海地区夏玉米干旱等级划分[J]. 农业工程学报，2014，30(16)：147-156.

[24] 李 卓，刘永红，杨 勤. 四省节水农业发展现状、存在问题与未来研发重点[C]∥ 现代节水高效农业与生态灌区建设，2010:894-900.

[25] 楼豫红，康绍忠，崔宁博，等. 四川省灌溉管理节水发展水平综合评价模型构建与应用[J]. 农业工程学报，2014，30(4)：79-89.

[26] 吴冬平. 我国农业旱情监测技术现状及发展趋势分析[J]. 自然灾害学报，2015，24(4)：24-35.

[27] 杨封科，高世铭，张绪成，等. 旱地玉米覆盖栽培的土壤水热及产量效应[J]. 核农学报，2014，28(2)：0 302-0 308.

[28] 霍治国，李世奎，安顺清，等. 干旱综合防御集成技术机制及在华北冬麦区的示范应用研究[J]. 自然资源学报，2002，17(5)：556-563.

[29] 刘宪锋，朱秀芳，潘耀忠，等. 农业干旱监测研究进展与展望[J]. 地理学报，2015，70(11)：1 835-1 848.