旱地农业发展_旱地农业技术发展趋向

  本文关键词：旱地农业技术发展趋向，由笔耕文化传播整理发布。

中国农业科学２００２，３５（７）；８４８

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旱地农业技术发展趋向

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ｆ巾周，Ｎ－学院、水利部水土保持研究所，西北农林科技太学，橱凌７１２，００）

摘要：在分析国内外旱地农业研究最新进展的基础上，就我国半干旱地区旱地农业技术发展趋向进行了论述

认为保护性耕作、有限堆溉、遗传改良、化学调控是今后我国旱农技术研究与发屣的几个重要方面，并对此提出了若干看法与建议。

关键词：旱地农业；保护性耕作；有限灌ｊ既；遗传改良；化学调控

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实现农业与牧业结合及对降水资源的充分保持与高效利用，是世界各国发展半１二旱地区农业取得的共同成功经验。就农田生产技术而言，在我国典型半干旱地区经历了传统耕作

基本农田建设增

施化肥与更新品种等发展阶段，与２０世纪８０年代初相比，旱作单位面积产量提高了１倍以上，目前在部分耕地上推行覆盖技术、少量耕地上推行集雨补灌技术也收到成效。今后为使这一地区旱作农业生产得以持续稳定发展，水的限制因素日益突出，为此有两个问题值得重视并应着重加以研究解决：一是寻求提高农田生产力和改善生态环境的新结合点，从区域全局角度确定农田产量目标和农业发展方向，即在考虑农业资源、特别是水土资源可持续利用，经济效益与生态效益最佳结合的前提下确定适宜的增产幅度和合理的农业结构，而不是单纯追求

收穑日期：２００１¨０５

单位面积产量的提高；二是寻求进一步挖掘降水生产能力的技术途径，因为在这方面存在很大潜力，目前只有３０％－４０％降水用于旱地作物直接蒸腾，另外，植物水分利用效率（ｗｕＥ）本身也有很大的提高余地。

本文主要从保护性耕作、有限灌溉、遗传改良、化学调控等４个方面讨论我国旱地农业技术的发展趋向。前两个方面属于较成熟技术，主要研究解决如何结合我国旱区实际进行有效推行的问题；后两个方面存在较大的应用开发潜力，但需要作进一步的深入研究与探索。

１

半干旱地区的保护性耕作

耕作技术属常规技术。至今，正确的土壤耕作

仍然是半干旱地区农田抗旱增产的基础。世界上半

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（Ｇ１９９９０１１７０８）和陕西省“九托”科技攻关项目（９６１＜．０２＿Ｇｑ８０１）作者筒介：ｔｈ色＇（１９３３）．男，ＩＩ

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Ｊ东龙口人，研究员．中国工程院院士，主要从事作物抗早生理和旱地农业研究。ｒｅ［：０２９＿７０１８３２５：Ｅ－㈨ｉｌ

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干旱地区面积大的同家，长期以来致山于以改革种植制度和耕作技术为主的早地农业的研究与实践。２０００年在美国得克萨斯（Ｔｅｘａｓ）举办的以“町持续农业生态系统和环境问题”为主题的同际旱农研讨班仍以保护性耕作和有限灌溉为基本内容。一些同家开发半十旱地区农业技术所取得的成功经验可归纳为：寻求改善生态环境和提高土地生产力的结合点，采取使两者同时受益的关键技术。这一关键技术园地而宜．但总的说来可称之为保护性耕作体系。美国的例子比较典型。美同１８世纪末开始向西部移民，开垦＇ｒ大量草地种植粮食作物，加之不合理的“强度”耕作，造成２０世纪３０年代初期震惊世界的黑风暴，使大量耕地被毁，从而引起当局的重视。为此采取了晦项被认为是最成功的措施，一是夏季休

闲（ｓｕｍｒｎａｒｆａｌｌｏｗ），二足保护耕作（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ

用，今后仍应作为综合治理的重要组成部分。相比之下，黄土高原耕作技术的改进却被严重忽视川，尽管群众经验丰富，在这一地区所实行的水土保持耕作法已不下２０种，但多是局部分散使用，迄今尚未形成适合我国国情的保护性耕作技术体系。这与我国北方旱农区人口密度高，坡耕地比例大．水土流失严重。传统耕作沿袭多年难以改变等因素有关。在这种情况下首先把建设基本农田放在首要位置是正确的，但同时亦不应忽视寻求适台我国情况、可大规模推行的保护性耕作模式的研究与应用。最近．通过考察初步查明了我国北方的主要沙尘暴区的范围和成因１“，证明都与草原破坏和耕作不当有关．其中之一就是蒙陕宁长城沿线旱作农业区，，说明推行保护性耕作不仅利于农田持续增产，而且是防止风蚀和保护环境所不可缺少的重要环节。

保护性耕作试验在我国一些地方已进行多年，并取得了较好效果。其主要技术组成为：以秸秆残茬覆盖，少耕与深松，表土作业。为此必须实行机械耕作，提倡化学除草，防止可能加剧的病虫害，同时注意苗期低温。根据各地试验资料，少耕秸秆覆盖的有利作用可归结为：改良土壤结构，增强蓄水性能，提高土壤微生物量及有机质含量，减少用工，降低成本，增加收入。高焕文在山西寿阳等地多年研究表明【６Ｊ，保护性耕作技术与传统翻耕技术相比，土壤蓄水量明显增加，土壤有机质年平均提高

０

ｔｉｌｌａｇｅ）。所谓保护耕作主要包括两项基本内容：少耕、免耕和残茬、秸秆覆盖。近几十年来，美周中西部大平原耕作技术的发展趋势是，由多耕到少耕，由表层松土覆盖到残茬秸秆覆盖，由机械耕作除草到化学除草，使保水效果不断增加，旱作产量逐渐提高。根据其典型地区长期观测结果：耕作次数已由１９３０年前的７～１０次，减少到０～１次，休闲地蓄水量由１０２ｍｍ增加到１８３ｒａｍ，休闲期土壤蓄水量从占降水量的１９％提高到４０％以上，小麦产量从１．０７ｔ／ｈａ增加到２６９ｔ／ｈａ…。澳大利亚的经验同样证明，土壤有机质衰竭一土壤结构破坏降低水分入渗和贮存～风蚀水蚀加剧

土地退化一产量下降足

相互联系着的，尽管这一恶化过程发展缓慢（３０—５０年），但一旦达到阀值，其后果却是致命的，不但危及农业生产，而且危及人类生存。Ｋ

Ｎ．Ｐｏｔｔｅｒ等多

年研究证明【２１，采用免耕技术可使土壤表层有机质明显增加。澳大利亚南部为防止土壤退化和有机质衰竭，所采取的一项主要措施是：用小麦与一年生可隔年自繁的苜蓿轮作，及对苜蓿施用磷肥。正是这两项技术“挽救ｒ南澳的农业”，使南澳和西澳的小麦／养羊农作制度得以建立并趋于稳定发展１３Ｊ。但在这一种植制度下产量提高缓慢。近年来，氮肥施用量增加并结合推行保护性耕作技术，生产水平有了明届提高，但学者们强调，草粮轮作制在澳大利哑旱农区是不可被替代的。

根据国情，为促进我国半干旱地区的农业发展与水土保持，首先推行ｒ农田基本建设。以黄土高原为例，以水平梯出为主的农田基本建设在一定发展阶段对防止水土流失和农田增产起到了关键作

０３％～０．０５％。另外，节约人畜用工量５０％～

６０％，增加纯收入２０％～３０％。现已在山西１３个县进行示范。李立科在陕西合阳进行“留茬少耕秸秆伞程覆盖”８年试验示范结果【７Ｊ：小麦亩产达到４０７ｋｇ，比传统耕作增产７２．６％．将自然降水保蓄率从２５％～３５％提高到５０％～６５％。娄成后等研究结果表明Ｌ８１，应用秸秆覆盖减耕技术，在小麦一夏玉米一年两熟轮作制中，连续进行１０年后，耕层０～２０ｃｍ内有机质含量比翻耕田高出１５．６％；全Ｎ

高出１７．４％。

应当看到，保护性耕作——少（免）耕覆盖技术也带来了一些问题，如在美国应用该技术后，普遍出现春季地温上升慢，致使作物播种期推迟；另外，由于有机质积累量大，耕层土壤不翻耕，导致某屿病虫害加莺。在我国试验中还发觋，免耕一定年限后，ｌＯ～２０ｃｍ间耕层养分和孔隙状况不如０～ｌＯｃｍ表层，因而主张应适当翻耕，随土壤肥力提高免耕周期可延长。前苏联许多研究者也主张，有壁犁和无壁犁相结合，将深翻与深松交替使用．即每隔２～３年

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翻耕１次，效果将会更好阳。

如上所述，我国半干旱地区的自然与社会经济

状况与美、澳等国有很大不同，我们应当立足国情，力求创新，采用符合我国情况的保护－陛耕作方式；同时，在克分调研的基础ｒ，确定适宜推行区域，并作出实施规划。要从整体上加强土壤耕作理论与技术的科学研究，形成专门队伍，坚持长期定位试验。另外，大范围推行保护性耕作必然关系到整个种植制度的改革，以及耕作机械、病虫防治、杂草清除等技术的改进，乃至对品种培育和栽培方法提出新的要求，因而要作长期打算，有步骤地在我国北方半干旱地区建立以保护耕作技术为核心的新农出种植体

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２旱作农业中的有限灌溉

由于水资源进一步紧缺，在我国半干旱地区大规模扩大常规灌溉面积已不可能，现有灌溉方式也受到挑战；随着人口增长和人民生活水平的提高，该地区旱地农业生产也出现了对补充灌溉的要求。如何解决这一矛盾？采取旱作农业与补充供水相结合的种植制度——有限灌溉制度将成为主要选择。美国一些科学家为适应生产者降低成本要求和根据地下水资源日趋减少的状况，于２０世纪８０年代初期提出了一种旱地补充灌溉，即有限灌溉制度ｉ”ｉ。在美中西部大平原降水量４８０ｍｍ左右地区推行后，收到良好效果，试验结果表明，在这类地区连续实行旱１５０ｒａｍ的有限灌溉则可使产量提高６０％以上，灌水ｍ３的极端缺水国家，由于制定并实施严格的水资源统一管理法规，全面９，以同样的耗水量使其农业产值增长数倍１１“。

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方数据小型蓄水库；（３）将雨水资源化，就地汇集利用。第３方面潜力较大，易于推行。以黄土高原典型半干旱地区为例，当前自然降水在农田下垫面的分配是：５０％～６０％损失于蒸发，３０％～４０％用于蒸腾，１０％左右形成径流或其它损失。黄土岛原地区年平均降

水总量约为３０００亿ｍ３，相当于传统水资源总量的

５倍，故通过雨水集流技术直接就地诃＿集部分雨水发展有限灌溉农业是很有希望的。

雨水集流技术既是一种汇集径流技术．也是一种抗蒸发技术，包括多个环节，体现了传统经验与现代技术的结合。雨水集流可采取多种形式（除目前田、引洪漫地、修建微蓄水库（池）等），它有可能成为推行有限灌溉还必须在灌溉水利用方面解决好根据已有资料和我们长期研究结果，可以认为，（１）不同作物、不同生育时期对下旱的敏感性不（２）水分亏缺对与作物产量密切有关的各个生（３）不同作物和品种对水分需求有明显差异，并集中采用的水窖蓄水外，还包括集水种植、隔坡梯治理水土流失和提高土地牛产力的新结合点和关键技术。从这个意义上看，雨水集流不但是一种技术，而且是一项系统工程，同时也是使干旱、半干旱地区农业得以持续发展的一条新思路。但目前尚需进行系统的研究与实践，以对其大规模推行的可行性作出会面评估。

以下３个方面的问题：一足提出适用于大田条件下应用的低成本微灌技术；二是建立先进的需水供水监控技术；三是制定有限水的灌溉制度。这３个方面都是实施科学的有限灌溉所必须具备的，而其中作物生育期少量补充供水能否产生显著效果，以及怎样用才能产生显著效果则是推行有限灌溉农业的前提。

实施有限灌溉的生物学基础已得到初步阐明，即按作物本身的需水规律使用比正规灌溉少得多的水量能收到明显增产效果，节水与增产的目标可以得到较好结合。其主要依据可简要归结为以下几点：

同，这为水的分配和选择关键供水期提供了依据。

理过程的影响程度和顺序不同，其顺序为：生长一气孔一蒸腾一光合一运输，生长对干旱的反应最为敏感，物质运输则最为迟钝，不很严重的干旱对其反而有促进作用。

存在很大的遗传潜势。已经证明，小麦在进化过程中，水分利用效率有递增趋势，现代小麦品种间的水分利用效率最大可相差１倍，种问差异更为显著，培育出高产与高水分利用效率相结合的新类型是可能

地耕作是可行的，但如在谷类怍物需水临界期进行利用效率高出充足灌溉处理的ｌ倍以上。以色列是一个人均占有水资源量仅２８５推行管道输水技术，创造并广泛应用了滴灌技术，以及实行有限灌溉的原则，已使灌溉水利用系数达到

０

我国半下旱、旱作农业区的情况与其它国家有很大不同，如黄土丘陵区，地下水资源贫乏且埋藏深，农业难以利用，又无其它稳定的水源，因此，发展有限灌溉只能以更低水量为标准。为此，根据我国国情，我们将有限灌溉农业定义为：根据可利用水资源量和作物需水规律，在充分利用自然降水的基础上进行低限补充供水的一种农业类型，属于旱地作物的管理范畴。以黄土高原为倒，有限灌溉的水源可来自：（１）将现有灌溉设施节约下来的～部分灌溉水引入旱区；（２）利用山区有利的地形地貌条件新建一批

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３作物抗旱性的遗传改良

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（４）作物水分利用效率的高值往往是在中等供水条件、而不足在充足供水条件下获得的，这～方面说明限量供水在一定程度上符合作物正常生长发育的需要，同时也说明进一步深入研究该问题的必要性。

根据上述研究结果可取得这样的认识：干旱缺水小总是降低产鼍，一定时期的有限水分亏缺可能对增产和节水都有利。其机理可以解释为：下旱缺水对作物的影响有一个从“适应”到“伤害”的过程，不超过适盛范围的缺水．往往在复水后，可产生生理上和产量形成上的“补偿效应”，在节约大量用水的同时，可获得较高产量。

这一认识小但在理论研究上获得支持，并在田间产量试验和实践中得到证明。我们在宁夏固原县的一项系统试验表明…－，应用地面灌溉技术，拔节期给予春小麦每公顷６００ｍ３的补供水，产量达到每公顷３９１５ｋｇ，高出对照７６％，供水量只相当于允足灌溉处理的ｌ／４，但产量却相当于３／４，灌溉水利用效率达到每公顷４２ｋｇ／ｍ３，作物水分利用效率为每公顷１１．８２妇／ｒａｍ，均达到高值。国家“九五”科技攻关专题“人Ｔ汇集雨水高教利用技术研究”，在甘肃定西地区根据作物需水规律和作物适度缺水产生补偿效应的原理进行集雨补灌＿【＝程的试验和示范，在６万多ｈａ耕地上取得小麦、玉米等作物平均每公顷产３０００ｋｇ，增产６６％的结果”“。另外，有限灌溉技术还可以通过局部灌溉来实现¨“。根据适度干旱下町产生ＡＢＡ信号调节植物气孔开闭以及刺激饭系产生补偿性生长的原理，采用控制性根系分区突替灌溉技术取得成功，研究结果表明，在灌溉量减少一半的情况下产量保持不变，而水分利用效率得以显著提高。

需要指出的是，推行有限灌溉不是没有风险，而且需要具备一定条件。所谓“风险”，主要指在情况复杂、环境多变的田问条件下，有限水量何时用，怎么用，是有严格要求的，如运用“不当”，“有益”作用将变为“有害”。为此，必须改变目前的粗放灌溉方式，逐步向精确灌溉的方向发展。

根据水资源日趋紧缺的现实，有限灌溉技术的应用前景是广阔的，在我国北方，一个灌溉农业与旱地农业紧密结合并融为一体的新的农业技术发展方向将会逐步形成，从现在起我们就应组织有关专家对其进行系统研究与实践。

提高早地农田生产可通过两个途径：～是改造生态环境使之适应于作物生长的需要，二是改造作物本身使之适应于外部环境。当半干旱地区有限降水资源得到最大限度地有效控制之后，生物学意义上的抗早节水就将成为一个关键性问题。因此，运用遗传改良和生理调控技术以增加旱区农业生产力不但具有现实意义，更是未来的一个重要发展方向和潜力所在。

在作物育种、包括抗病虫育种不断取得令人瞩目成就的同时，抗旱育种工作却发展迟缓。由于在实践中．抗旱性强的品种往往趋于低产，因此一个时期内是否需要专门进行“抗旱育种”，即将抗旱性作为一个主要育种目标存在不同意见１１“。上一世纪，在世界典型的适宜降水区，小麦品种改良效果显著．平均年增产３０～３８ｋｇ／ｈａ，而在半干旱区仅增产６ｋｇ／ｈａ【ｌ“。在我国，近年来在作物抗旱品种的引进与推广方面取得了进展【ｌ７Ｉ。但北方旱区作物品种更新缓慢，如农家春小麦品种红芒麦直到２０世纪９０年代前仍在宁夏南部山区广泛种植，半干旱区小麦新品种８～１０年才能换代１次¨“，因此加强作物抗旱育种研究工作，使其成为一个相对独立的育种方向已刻不容缓。

３．１

品种的抗旱性与丰产性

在品种抗旱性与丰产性的关系上，长期存在着

两种认识：一些育种学家认为，现有抗早性较强的品种，其丰产性往往欠佳；反之，丰产潜力大的品种，其抗旱性能较差，因此，提高抗旱性和增产两者不可兼得。另一些研究者则认为，丰产性与抗旱性可看作是相对独立的遗传特性．一般由不同的基因或基因组合控制，通过育种，特别是基因工程存种，将不同亲本的抗旱性和丰产性结合于同一品种之中是町能的＿ｌ“。从理论上分析，后一种认识是成立的。

概括而言，作物的抗旱性可以区分为御旱和耐旱两大类，而每一类中又可分为若干具体途径或不同的形成机制。因此，作物品种抗旱性与丰产性能否结合不町一概而论。通过增大品种根系、增强吸收能力以及嗣节输导组织发达程度来维持植物体内高水势，既是一种抗旱性状，又与丰产性有直接关系。因而从这一特定性状看，抗旱性与丰产性是可以得到统一的。通过气孔调节降低蒸腾以维持体内水分状况、增强抗旱能力的途径与丰产性的关系则比较复杂，怎样培育出干旱条件下气孔适度关闭使

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