寒冬臘月，山西省晉中市壽陽縣常村的農(nóng)戶們還在忙著修剪果樹枝條。過去，這里主要種植玉米，冬季是農(nóng)閑時節(jié)。
常村村民侯志強說，如今，4600多畝旱地種上了玉露香梨。2019年，玉露香梨銷售收入700萬元，僅此一項，就讓全村人均收入超過1萬元。
為旱地農(nóng)業(yè)挑選適宜種植的農(nóng)作物，正是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（以下簡稱中國農(nóng)科院）旱作農(nóng)業(yè)創(chuàng)新團隊的成果之一。
在近日舉行的旱地農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展報告會上，中國農(nóng)科院研究員、旱地農(nóng)業(yè)學(xué)科首席科學(xué)家梅旭榮說，旱地農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的重要生產(chǎn)方式。隨著我國在西北、華北和東北等干旱缺水地區(qū)示范推廣旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，旱地農(nóng)業(yè)從被動抗旱逐步走向主動避旱。
長期定位試驗，摸清旱地“底細(xì)”
我國北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū)生產(chǎn)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(tài)脆弱區(qū)，加強科技創(chuàng)新推動旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展對保障國家食物安全、生態(tài)安全的意義重大。
“完全依靠自然降水進行生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，叫做旱作農(nóng)業(yè)，和它相對的概念是灌溉農(nóng)業(yè)。所以，旱作農(nóng)業(yè)包括全部不進行澆灌的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這其中，在降水量入不敷出的干旱、半干旱地區(qū)則叫做旱地農(nóng)業(yè)，也就是在干旱、半干旱的耕地上進行的旱作農(nóng)業(yè)。”梅旭榮解釋道。
我國是世界上嚴(yán)重干旱缺水的國家之一，旱地農(nóng)業(yè)主要分布在秦嶺、淮河及昆侖山以北的廣大北方地區(qū)，涉及16個省（自治區(qū)、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(yīng)干旱變化的種植制度，并匹配相應(yīng)的抗旱適水栽培技術(shù)，就可以保證作物不受天氣變化的影響而減產(chǎn)。”梅旭榮告訴《中國科學(xué)報》，這是旱地作物如何實現(xiàn)適水種植的難題。
“要做好旱地農(nóng)業(yè)，首先了解它，摸清規(guī)律。”梅旭榮說，“我們做的工作，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(nóng)作物生產(chǎn)潛力的開發(fā)程度。”
中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員龔道枝介紹，該團隊長期扎根黃土高原東部壽陽旱作農(nóng)業(yè)試驗站，定位觀測研究北方旱地農(nóng)田降水轉(zhuǎn)化動力學(xué)過程與高效調(diào)控途徑。
自2001年以來，該團隊聯(lián)合國內(nèi)多家優(yōu)勢單位協(xié)同攻關(guān)，開展了北方旱地農(nóng)業(yè)多點長期定位試驗，摸清了主要旱地作物干旱發(fā)生規(guī)律和適水種植優(yōu)先序，闡明了旱地水碳氮高效轉(zhuǎn)化機制，攻克了土壤增碳擴容、地表覆蓋抑蒸、水肥協(xié)同提效等調(diào)控途徑，從而破解了旱地作物適水種植的科學(xué)難題。
團隊骨干孫東寶副研究員告訴《中國科學(xué)報》，研究發(fā)現(xiàn)，北方旱地主要作物種植西擴北移1~2個經(jīng)緯度，受作物種植、生育期變化與降水減少、干旱頻發(fā)重發(fā)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(shù)提高水分利用效率程度與降水密切相關(guān)，提升效應(yīng)最優(yōu)的降水區(qū)間為年降水量450~550毫米的旱農(nóng)區(qū)。
據(jù)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(qū)的適水種植優(yōu)先序，也為科學(xué)布局種植結(jié)構(gòu)并匹配適宜的節(jié)水栽培技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。
五大模式提升旱地降水利用率
常村村民有了旱地農(nóng)業(yè)的適水作物玉露香梨，從此過上小康生活。
選育抗旱作物無疑是旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的基本工作之一，梅旭榮介紹，僅中國農(nóng)科院，就選育了70多個抗旱豐產(chǎn)作物品種。
除了品種，田間管理技術(shù)同樣重要。龔道枝介紹，針對北方旱地農(nóng)業(yè)的共性問題，研發(fā)團隊創(chuàng)新了集雨覆蓋抗旱、秸稈適水還田、適水間作等關(guān)鍵技術(shù)，研制了種子包衣劑、土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑和全生物降解地膜、智慧灌溉施肥系統(tǒng)、壟膜溝植播種機等產(chǎn)品和裝備。這些技術(shù)已經(jīng)在不同的旱地農(nóng)業(yè)典型區(qū)域進行了推廣應(yīng)用。
與傳統(tǒng)種植方式不同，壽陽縣景尚鄉(xiāng)張韓村的種植大戶郭三平種植玉米采用了多種旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)。比如寬覆膜，這是一種保水增密的種植技術(shù)，使用1.6米寬的地膜，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1000株左右，產(chǎn)量提高100~200公斤。
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(nóng)業(yè)技術(shù)體系，適應(yīng)不同環(huán)境的旱地種植。孫東寶介紹，我國已發(fā)展出五種旱地農(nóng)業(yè)區(qū)域發(fā)展典型模式。
以山西壽陽模式為代表，針對華北山地丘陵區(qū)種植結(jié)構(gòu)單一、種養(yǎng)分離、生產(chǎn)效益低等問題，提出了旱作農(nóng)田玉米秸稈適水還田深施肥技術(shù)模式，解決了秸稈降解與玉米出苗生長爭水爭肥的難題，可實現(xiàn)玉米增產(chǎn)10％~25％。
以遼寧阜新模式為代表，針對東北風(fēng)沙半干旱區(qū)熱量不足、水資源匱乏、耕地質(zhì)量退化等問題，構(gòu)建了地上—地表—地下立體調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)，可使農(nóng)田水分利用效率提高14％~19％，有效抵御了旱災(zāi)發(fā)生。
以河北衡水模式為代表，針對華北地區(qū)水資源短缺、地下水嚴(yán)重超采等問題，通過旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)高效利用田間自然降水的前提下進行需水關(guān)鍵期的補充灌溉，提出將冬小麥正常生產(chǎn)的三水灌溉減為二水灌溉，從而達(dá)到小麥水分生產(chǎn)力最大化。
以甘肅鎮(zhèn)原模式為代表，針對西北旱塬半干旱區(qū)水土流失嚴(yán)重、降水利用難度大等問題創(chuàng)新的覆蓋節(jié)水種植技術(shù)，可讓玉米增產(chǎn)20％~30％、冬小麥增產(chǎn)40％。
以內(nèi)蒙古武川模式為代表，針對內(nèi)蒙古旱作區(qū)干旱少雨水資源短缺、農(nóng)田風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重、土壤保水性差等突出問題，形成了半干旱偏旱區(qū)生物籬柔性防風(fēng)、帶狀留茬間作和田間微集雨等三個技術(shù)體系，提高降水利用率8個百分點以上，減少水土流失30％以上。
向深度節(jié)水、極限節(jié)水進發(fā)
“十三五”期間，隨著旱地農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國北方抗旱節(jié)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(shù)提高到0.70以上，噸糧耗水從844立方米下降到813立方米。
梅旭榮強調(diào)，旱地農(nóng)業(yè)沒有灌溉水源，盡可能地提高對自然降水的利用率是關(guān)鍵技術(shù)之一。
2000年，我國北方旱地農(nóng)業(yè)的自然降水利用率是56%。2020年這一數(shù)據(jù)提升到65%，相當(dāng)于節(jié)約了近500億立方米水。而在旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)的典型示范區(qū)，這一數(shù)據(jù)甚至可以達(dá)到70％以上，遠(yuǎn)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(nóng)學(xué)會組織的評價小組認(rèn)為，該團隊成果系統(tǒng)闡明了旱地農(nóng)田土壤、地表和冠層協(xié)同調(diào)控機理與途徑；構(gòu)建了主要類型區(qū)抗旱適水種植主導(dǎo)技術(shù)；降水利用率和水分利用效率等技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先。
未來，旱地農(nóng)業(yè)還亟須從深度節(jié)水和極限節(jié)水等方向開展科研攻關(guān)。梅旭榮舉例說，我國小麥平均耗水量是900~1000立方米，但極限節(jié)水的情況下可以降到噸糧耗水400~500立方米。
同樣，生產(chǎn)潛力也有可挖掘的空間。梅旭榮指出，當(dāng)前，我國抗旱作物的單產(chǎn)潛力開發(fā)程度是45%，而可行的合理開發(fā)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，我們對旱地農(nóng)業(yè)的重視程度仍需加強。”梅旭榮表示，要在糧食生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)提高單產(chǎn)、穩(wěn)定總產(chǎn)能的同時，騰出空間發(fā)展旱農(nóng)地區(qū)的生物多樣性，保護旱農(nóng)區(qū)的生態(tài)環(huán)境，這是未來整個旱地農(nóng)業(yè)需要重點關(guān)注的技術(shù)區(qū)域性難題。
