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应对农业干旱的技术选择山仑西北农林科技大学中科院水利部水土保持研究所主要内容一、应对农业干旱的几个关系问题1区域关系2高、中、低田关系3粮食增产与发展畜牧业的关系4常规技术与高新技术的关系二、应对农业干旱的技术途径1发展半旱地农业2建立节水型农业结构3选育抗旱节水新品种4改进耕作技术5开辟农业新水源6树立“以丰补欠”策略思想，推进适应性农业一、应对农业干旱的几个关系问题1区域关系上世纪90年代以来，我国粮食生产格局由“南粮北运”转变为“北粮南调”。北方调节入南方粮食年平均2600万吨，占北方粮食产量的12%，相当于调运虚拟水量约200亿m3。北方地区人口占全国47%，耕地占全国65%，而水资源仅约占水资源总量的19%（近年下降为16%）。因此，从水资源合理利用与粮食均衡生产角度看，“北粮南调”的做法不尽合理。020406080100占全国百分比（%）南方北方西北水资源土地面积南方和北方水资源土地资源比较北方干旱区：光热土地资源丰富，但水分短缺严重限制了区域农业生产的发展。中国农业干旱类型分区示意图南北方粮食主产区分布图我国南方处于降水量充足（1000mm以上）的湿润地区，北方则处于干旱、半干旱和半湿润三个气候带，其中大部份可通称之为“旱区”，即“联合国防治荒漠化公约”中所的土地易退化地区。干旱地区——无灌溉基本无农田生产的地区半干旱地区——降水量处于农田正常生产下限的地区半湿润易旱地区——干旱缺水经常是农田生产主要限制因子的地区半湿润地区半干旱地区干旱地区干旱、包括严重干旱可以在世界任何地方发生，特别是近年来我国南方湿润区干旱频繁引起普遍关注。今后我国应对干旱的重点与难点依然在北方。应处理好南北方之间粮食供求和资源平衡关系：•作出有利于增强南方粮食生产能力的政策调整•加强南方农田水利工程建设•北方要大力发展节水农业，提高用水效率，尽快做到农业水资源供需平衡2高、中、低产田的关系今后我国粮食增产将主要依靠提高单位面积产量这一途径，但单产的提高应主要体现在提高平均单产上。在全国范围内高、中、低产田约分别占到耕地面积的30%，30%和40%。目前增产技术和科学研究针对高产田的居多，对中低产田的改造和提升重视不够。如何提高中低产田的农田生产力？一是环境控制，即改造环境使之适应于植物的需求；二是生物改良，即改造植物本身以适应外部环境。以地处半干旱地区的黄土高原旱作农业为例，其农业技术体系的发展主要经历了：以保水保土——有效利用土壤储水——充分利用自然降水。下一步应采用环境控制与生物改良、即提高水分利用率和水分利用效率并重的技术路线。半干旱地区旱作农业中水资源高效利用提高作物水分利用效率提高农田水分利用率提高降水利用率和利用效率实现有限水资源的高效利用控制水土流失防止土壤蒸发利用土壤深层储水汇集非耕地径流遗传改良生理调控群体适应生物改良环境控制提高旱地农田生产力的两个途径3粮食增产与发展畜牧业的关系旱区草地畜牧业的加快发展将有力促进生态系统的稳定和农田生产力的提升。国际经验表明，世界各国开发旱区特别是半干旱地区农业取得的一个共同成功经验是，实行农业与牧业结合，两者产值约各占50%。我国情况：学术界一直倡导旱区畜牧业、特别是草地畜牧业的发展。至今，人工草地建设仍然是大农业发展中的一个最薄弱的环节。如何建立稳定的人工草地是一项复杂的工作，涉及到整个农业结构的调整和产业化体系的形成。一些关键科技问题有待解决：一是如何将牧草纳入正式种植制度之中，二是如何加快选育抗旱性强、广适应的优良草种群。4常规技术和高新技术的关系在现阶段，提高农业生产、特别是提高干旱逆境下粮食生产的主流技术仍属常规技术，信息技术的推动作用明显增强，而生物技术则尚处于辅助技术地位。在可预见的未来，农业常规技术仍将作为提高旱区农业生产力的主要技术途径，对其只能革新，不能“跨越”。常规技术与高新技术的有效结合无疑将会给旱区农业的持续发展带来新的动力。二、应对农业干旱的技术途径1发展半干旱地农业我国推行农业节水以应对干旱取得了一定成效，但从全局看，节水农业发展仍然缓慢。为了节约大量灌溉用水发展半旱地农业是一种必然选择。半旱地农业是指在运用旱作技术充分利用自然降水并提高其效率的基础上进行少量水补充灌溉的一种农业用水类型。它首先适合于在半湿润的黄淮海缺水灌区推行，在地处半干旱的黄土丘陵地区可通过雨水集流加以应用，今后在南方季节性干旱地区也有发展前途。灌溉农业旱地农业半旱地农业在充分利用降水的基础上高效利用少量灌溉水单位耗水量的生产量调查中发现，半旱地农业在农业生产中已实际存在，有些是主动做出的，更多的则是被动存在。现在问题是，如何尽快将被动存在转变为主动应对。主动应对的实例：★山东恒台县——低定额灌溉条件下保持高产★北京市——实行半旱轮作制桓台成效充分采取农艺节水措施，实行标准小畦灌溉，小麦灌溉定额保持在每亩100m3左右，作物水分生产效率提高到1.80kg/m3小麦单产连续13年稳定在510kg左右，玉米单产连续19年保持在620kg左右。增粮少增水，灌溉水利用系数提高到了0.8，地下水位下降明显趋缓，一些年份保持了采补平衡。北京经验初步建立了小麦少灌、玉米不灌的半旱轮作体系。近10年，冬小麦种植面积减少了150万亩，雨养玉米面积已占到粮食种植面积的62%，年节水4000万m3以上。雨养旱作玉米在水资源严重紧缺的河北省，近1/3灌区已无法进行正常水量灌溉，目前已在积极倡导小麦少灌、玉米不灌的种植模式。他们认为，该省许多地方的水浇地变成半旱地甚至旱地已是大势所趋。理论研究也表明，通常意义上的气象干旱不总是必然降低产量，许多作物一定生育阶段适度水分亏缺可以产生产量形成上的补偿效应，节水与增产有可能同时实现。表1适度干旱下作物产生的补偿效应Compensationeffectofcropundermoderationdroughtconditions生理反应方面水分利用方面生长和产量方面高水势下保持低渗透势蒸腾速率迅速恢复新生叶片加速生长气孔调节能力增强总耗水量下降上部叶面积增大细胞持水能力增大作物水分利用效率提高新根出现，根冠比增大叶绿素含量增加灌溉水利用率增加日干物质积累速率加快保护酶活性增强根系吸水速率加快千粒重增加（粒数减少）光合速率提高经济系数增大物质运输加快产量不减或略升、略降再度受旱是膜伤害出现推迟推行半旱地农业利于均衡增产，提高平均单产。灌溉农业与旱地农业之间是互通的，是一个连续系统，两者之间可以有更多的选择，而发展半旱地农业则是对实施节水农业的一个有力推动。灌溉农业，旱地农业和半旱地农业并存将成为未来农业用水的一种新格局。2建立节水型农业结构近期作物品种抗旱性改良的效果将不会超过种间抗旱性差异，故利用种间差异调整农业结构、改革种植制度以应对干旱是一条现实的途径。苜蓿、小麦、高梁水分利用效率差异不同类型作物对多变低水环境的反应春小麦马铃薯谷子大豆苏丹草玉米正常供水100100100100100100干湿交替97.793.589.365.057.727.4持续干旱61.244.648.221.238.26.1不同作物在变水环境下的相对产量(%)甘肃省扩大马铃薯种植面积取得成功的实例半干旱区高梁面积下降引发的问题0102030405060708090100SufficientwatersupplyLightdroughtModeratedroughtHeavydroughtSeveredroughtRelativeyield(%)SorghumMaize020040060080010001200140016001800200022002400260028003000193019401950196019701980199020002010YearCultivationarea(×10000hm2)SorghumMaize不同干旱下高梁、玉米相对产量变化高梁、玉米种植面积变化黄淮海平原种植结构调整问题黄淮海平原是否应当压缩小麦种植面积是一个有争议的问题。小麦该地区的主栽作物，产量占到全国的54%，但黄淮海平原又是水资源供需矛盾最为尖锐的地区，由于小麦高产且生育期间的需水与降水不同季，故消耗了约70%的灌溉水量。当前大量压缩小麦种植面积存在风险，但应当考虑在严重缺水地区控制小麦的发展，增种耐旱作物或适雨作物，以解决地下水长期严重超采问题。3选育抗旱节水新品种关于作物育种方向。今后应重视确立抗非生物逆境和高资源利用效率，即抗逆、广适性的育种目标，特别是抗旱与水资源高效利用的目标。关于常规育种与转基因育种的关系。加强两者的结合。关于抗旱性状与节水性状的关系。促进两者的结合。4改进耕作技术，重视土壤培肥良好的耕层表土状态是农业生产可持续增长的基础，也是人类赖以生存的前提。至今，正确的土壤耕作仍然是世界各国旱区农田增产和土地保护的一项不可替代的基本措施。在世界广大旱区，推行保护性耕作成效显著。在我国，虽在推行各类保水保土耕作措施方面取得很大成绩，但较分散，尚未示形成一个完整的抗旱耕作技术体系。另外，我国旱区土壤肥力普遍低下，有机质含量多在1%左右，需要稳步提高。适合我国国情的保护性耕作体系的建立与推行是一项系统工程。为此需要有一支专门的科技队伍，国家在科技立项和人才培养方面应给予足够有力支持。5努力开辟农业新水源农业水资源具有多样性和复杂性的特点。除地表水与地下水以外，再生水、微咸水、就地集蓄的雨水，以及凝结水、人工增雨等都可以作为给农田补充供水的水源。特别是再生水和就地拦蓄雨水潜力很大，有待挖掘。再生水控制灌溉面积60万亩平谷区马坊镇二条街村坑塘再生水和微咸水挖掘利用潜力较大地表水,0.19,2%地下水,8.00,74%再生水,2.64,24%2008年，北京市农田灌溉用水量10.83亿m3，其中再生水2.64亿m3，占24.34%。2010年北京市再生水灌溉可利用量3亿m3地区2004年2005年2006年邯郸市141471285812905邢台市5455501717保定市391538954029衡水市308936195917沧州市390341453994廊坊市200368472唐山市9601030940秦皇岛市00903张家口市6364400小计273952690530877河北省微咸水利用量单位：万m3面向未来，我国北方地区大范围的扩大常规水灌溉已很困难，，因此，努力开辟新水源——非常规水源以应对农业干旱是一条重要出路。不同形式雨水集流路面集流荒坡集流屋面集流人工混凝土集流面6树立“以丰补欠”策略思想，积极发展适应性农业在当前科技水平下遭受严重干旱造成大幅度减产的年份还都不可避免。为此，对产量的要求不拟以单一年度来衡量，而应着眼于一个周期年内的平衡。为此要积极发展适应性农业，即在全球气候变化、灾害频发的背景下，不断加强农业的预测性和应变性，除采取各项应急措施外，还要因地制宜、因时制宜，将不避免的干旱灾害造成的损失降到最低。