加大科技攻关奏响中国旱地农业发展的“变奏曲”

策划/本刊编辑部 文/本刊实习记者 李晶

农业气候学将年降水量在200 mm 以下的地区称为干旱区，将降雨量为200～500 mm 间的地区称为半干旱区。二类地区合并称为干旱区，或称旱地农业区域，简称旱作区域。

按照这样的气候概念来定位旱地农业系统的重要性，可以得知，旱作区域约占地球陆地面积的30%，占我国国土面积的63%。毋容置疑，旱作区域面积广大，是21 世纪我国与世界农业建设的主要战略区域。

旱地农业是我国农业的重要生产方式。旱地农业气候类型区域包括有无灌溉农业、有灌溉农业、天然草原利用，也包括设施农业等类型。随着我国在西北、华北和东北等干旱缺水地区示范推广旱地节水农业技术，旱地农业从被动抗旱逐步走向主动避旱。

摸清我国旱地“底细”

我国北方旱地农业区生产了全国58%的粮食（包含灌溉）和75%以上的牛羊肉，也覆盖了70%以上的生态脆弱区，加强科技创新推动旱地农业发展对保障国家食物安全、生态安全的意义重大。

完全依靠自然降水进行生产的农业，叫做旱地农业，和它相对的概念是灌溉农业。所以，旱地农业包括全部不进行浇灌的农业生产。其中，在降水量入不敷出的干旱、半干旱地区则叫作旱地农业，也就是在干旱、半干旱的耕地上进行的旱地农业。

而我国是世界上严重干旱缺水的国家之一，旱地农业主要分布在秦岭、淮河及昆仑山以北的广大北方地区，涉及16个省（自治区、直辖市），国土面积和耕地面积均超过全国的一半，其中超过65%的耕地没有灌溉条件。

如果建立一种能适应干旱变化的种植制度，并匹配相应的抗旱适水栽培技术，就可以保证作物不受天气变化的影响而减产。旱地作物如何实现适水种植是我们亟须攻克的难题。

要做好旱地农业，首先了解它，摸清规律。中国农业专家的工作有两方面：一是查明了北方旱地自然降水利用的状况，二是查明了主要农作物生产潜力的开发程度。

数年前，中国农科院就有研究团队长期扎根黄土高原东部寿阳旱地农业试验站，定位观测研究北方旱地农田降水转化动力学过程与高效调控途径。自2001年以来，该团队联合国内多家优势单位协同攻关，开展了北方旱地农业多点长期定位试验，摸清了主要旱地作物干旱发生规律和适水种植优先序，阐明了旱地水碳氮高效转化机制，攻克了土壤增碳扩容、地表覆盖抑蒸、水肥协同提效等调控途径，从而破解了旱地作物适水种植的科学难题。

团队研究发现，北方旱地主要作物种植西扩北移1～2 个经纬度，受作物种植、生育期变化与降水减少、干旱频发重发多因素互相作用，作物降水满足率降低超过5 个百分点。旱地地表覆盖、秸秆还田、深松耕等技术提高水分利用效率程度与降水密切相关，提升效应最优的降水区间为年降水量450～550 mm 的旱农区。

据此，他们明确了玉米、小麦、谷子、花生、大豆、马铃薯等作物在不同旱地类型区的适水种植优先序，也为科学布局种植结构并匹配适宜的节水栽培技术提供了科学依据。

积极选育抗旱丰产作物

选育抗旱作物无疑是旱地农业技术创新的基本工作之一，仅中国农科院，就选育了70 多个抗旱丰产作物品种。

除了品种，田间管理技术同样重要。针对北方旱地农业的共性问题，我国旱地农业专家团队创新了集雨覆盖抗旱、秸秆适水还田、适水间作等关键技术，研制了种子包衣剂、土壤结构调理剂和全生物降解地膜、智慧灌溉施肥系统、垄膜沟植播种机等产品和装备。这些技术已经在不同的旱地农业典型区域进行了推广应用。

这些创新技术在山西应用广泛，比如在寿阳县景尚乡张韩村，当地村民种植玉米就采用了多种旱地农业技术。比如宽覆膜，这是一种保水增密的种植技术，使用1.6 m宽的地膜，可以覆盖4行，而普通地膜通常只覆盖2 行。宽覆膜使用降解膜，收获时地膜基本降解。宽覆膜还利于增加种植密度，每亩可多种1 000株左右，产量提高100～200 kg。

寿阳模式是该团队打造的典型模式之一。不同的模式具有不同的旱地农业技术体系，适应不同环境的旱地种植。根据旱地的不同类型，我国已发展出五种旱地农业区域发展典型模式。

“七五”以来，中国农科院牵头组织了全国多家科研院所和高等院校，在北方旱农区开展了旱地水分平衡、降水生产潜力开发和旱地秸秆还田与有机培肥等系列长期定位试验研究，进行农田降水高效转化机制、主要旱地作物水分生态适应性和降水生产力提升等方面的研究，系统查明了我国北方旱地降水利用状况，揭示了我国北方旱地农田水分动态平衡规律，突破了旱地适水种植的应用基础理论和抗旱节水的关键技术与产品，集成了典型旱地高效用水的种植模式及配套技术体系，形成了寿阳、阜新、镇源等旱地农业综合发展模式。

数据统计显示，“十三五”期间，随着旱地农业科技的发展，我国北方抗旱节水小麦品种覆盖率提高到40%以上，综合试验示范区农田降水利用率提高到70%以上，大田农业生产中的吨粮耗水降低到800 m3。农业农村部在西北、华北和东北等干旱缺水地区支持示范推广旱地节水农业技术，大力推广覆盖保墒、水肥一体化、集雨补灌、测墒节灌、耕作保墒等技术，每年节水技术应用面积（按播种面积）超过4亿亩次。

旱地农业的五种典型模式

旱地农业技术创新的种子，已在多地结出累累硕果。针对各地情况，我国已走出了五种旱地农业区域发展典型模式：

以山西寿阳模式为代表，针对华北山地丘陵区种植结构单一、种养分离、生产效益低下等问题，提出了旱作农田玉米秸秆适水还田深施肥技术模式，包括“沟川坝地玉米秸秆秋季全量直接还田技术”“垣坪旱地玉米秸秆秋冬覆盖春还田技术”。采用该模式，可以实现玉米增产10%～25%、播前耕层土壤含水率提高2.3～5.1个百分点、耕层土壤有机质3年累积提升1.0～1.8 g/kg，硝态氮淋失率降低12.1%～25.4%，肥料利用率提高4～6个百分点。

以辽宁阜新模式为代表，针对东北风沙半干旱区热量不足、水资源匮乏、耕地质量退化等问题，提出了农田立体防蚀增效理念，构建了地上、地表、地下立体调控技术系统。2010年以来，东北风沙半干旱区连续多年发生干旱现象，该项技术成果的大面积推广应用，使农田水分利用效率提高14%～19%，农田风蚀和水蚀量降低36%～43%，有效抵御了旱灾发生，保障了粮食稳产。

以河北衡水模式为代表，针对华北地区水资源短缺、降水不能满足现行的主要种植制度、地下水严重超采等问题，提出了冬小麦两水高产高效栽培技术，以冬小麦水分生产力最大化而非产量最大化为目标，其核心是减少一次灌水，由冬小麦正常生产的三水灌溉改为2 水灌溉。采用该模式，冬小麦产量由正常的每667 m2产量500 kg降低为每667 m2产量450 kg（即减产10%），每667 m2减少灌溉用水50 m3（即节约灌溉水30%），冬小麦水分生产力由1.75 kg/m3提高到1.91 kg/m3（即提升9.1%），既节水又保粮。

以甘肃镇原模式为代表，针对西北旱塬半干旱区水土流失严重、降水利用难度大等问题，创新旱地玉米秋覆膜和垄沟覆膜集雨种植技术，解决了春季干旱少雨无法如期播种或播种出苗难的关键，增产20%～30%；集成创新了夏休闲期覆膜和全膜覆土穴播冬小麦丰产技术，增产40%；研发旱作地膜玉米密植增产全程机械化种植体系，提出以水定密、以密定水适水种植技术，平均每667 m2产量823.4 kg，增产10.0%，成本降低19%，创造了每667 m2产1 014 kg、水分利用效率达到2.54 kg/mm的玉米高产纪录。

以内蒙古武川模式为代表，针对内蒙古旱作区干旱少雨水资源短缺、水分利用效率低，农田风蚀沙化严重、土壤保水性差等突出问题，依托武川试区开展聚水保土技术研究，形成了生物篱柔性防风、带状留茬间作和半干旱偏旱区田间集雨与节水三个技术体系，通过在四大主要作物上进行规范化示范应用，提高降水利用率8 个百分点以上，每667 m2水分利用效率是0.15 kg/mm以上和减少水土流失30%以上。

大力发展降水利用技术

日前，在中国农科院旱地农业创新发展报告会上，与会专家表示针对北方旱地频旱多变环境、水土过度利用、生产稳定性下降等问题，中国农科院多年来开展技术攻关，根据作物水分供需变化规律，首次确定了抗旱适水种植的技术适宜性和作物优先序。

专家介绍说，东北风沙半干旱和半湿润偏旱区优先序为春玉米、花生（大豆）、谷子等；西北旱塬半干旱和半湿润偏旱区为春玉米、马铃薯、油菜、冬小麦等；华北丘陵半湿润偏旱区为春玉米、谷子、马铃薯和杂豆等；华北平原半湿润和半湿润偏旱区为夏玉米、冬小麦、花生（棉花）、大豆等。

此外，针对北方不同类型旱地农田，中国农科院通过创建不同抗旱适水种植主导技术，并研制配套技术产品实现标准化，将降水利用率提高到70%以上。

同时中国农科院将在旱地农业应用基础研究、核心关键技术与产品和典型区域技术发展模式等方面发力，从深度节水和极限节水等方向开展旱地农业科技攻关。

“十三五”期间，随着旱地农业科技的发展，我国北方抗旱节水小麦品种覆盖率提高到40%以上，旱地试验示范田降水利用系数提高到0.70 以上，吨粮耗水从844 m3下降到813 m3。

旱地农业没有灌溉水源，尽可能地提高对自然降水的利用率是关键技术之一。2000年，我国北方旱地农业的自然降水利用率是56%。2020年这一数据提升到65%，相当于节约了近500亿m3水。而在旱地农业技术的典型示范区，这一数据甚至可以达到70%以上，远比全球平均利用率的50%要高得多。

以中国工程院院士王浩、康绍忠为组长，中国农学会组织的评价小组认为，该团队成果系统阐明了旱地农田土壤、地表和冠层协同调控机理与途径；构建了主要类型区抗旱适水种植主导技术；降水利用率和水分利用效率等技术指标国际领先。

未来，旱地农业还亟须从深度节水和极限节水等方向开展科研攻关。我国小麦平均耗水量是900～1 000 m3，但极限节水的情况下可以降到吨粮耗水400～500 m3。

同样，旱地生产潜力也有可挖掘的空间。当前，我国抗旱作物的单产潜力开发程度是45%，而可行的合理开发程度是65%，这中间尚有20个百分点的差距，每提升一个百分点，都需要科研人员付出巨大的努力。

从整体上看，我国对旱地农业的重视程度仍需加强。要在粮食生产优势区提高单产、稳定总产能的同时，腾出空间发展旱农地区的生物多样性，保护旱农区的生态环境，这是未来整个旱地农业需要重点关注的新的技术区域性难题。