旱地农业：从被动抗旱到主动避旱
寒冬腊月，山西省晋中市寿阳县常村的农户们还在忙着修剪果树枝条。过去，这里主要种植玉米，冬季是农闲时节。
常村村民侯志强说，如今，4600多亩旱地种上了玉露香梨。2019年，玉露香梨销售收入700万元，仅此一项，就让全村人均收入超过1万元。
为旱地农业挑选适宜种植的农作物，正是中国农业科学院（以下简称中国农科院）旱作农业创新团队的成果之一。
在近日举行的旱地农业创新发展报告会上，中国农科院研究员、旱地农业学科首席科学家梅旭荣说，旱地农业是我国农业的重要生产方式。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。
长期定位试验，摸清旱地“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，叫做旱作农业，和它相对的概念是灌溉农业。所以，旱作农业包括全部不进行浇灌的农业生产。这其中，在降水量入不敷出的干旱、半干旱地区则叫做旱地农业，也就是在干旱、半干旱的耕地上进行的旱作农业。”梅旭荣解释道。
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。”梅旭荣告诉《中国科学报》，这是旱地作物如何实现适水种植的难题。
“要做好旱地农业，首先了解它，摸清规律。”梅旭荣说，“我们做的工作，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。”
中国农科院农业环境与可持续发展研究所研究员龚道枝介绍，该团队长期扎根黄土高原东部寿阳旱作农业试验站，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。
团队骨干孙东宝副研究员告诉《中国科学报》，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毫米的旱农区。
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。
五大模式提升旱地降水利用率
常村村民有了旱地农业的适水作物玉露香梨，从此过上小康生活。
选育抗旱作物无疑是旱地农业技术创新的基本工作之一，梅旭荣介绍，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。龚道枝介绍，针对北方旱地农业的共性问题，研发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。
与传统种植方式不同，寿阳县景尚乡张韩村的种植大户郭三平种植玉米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米宽的地膜，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1000株左右，产量提高100~200公斤。
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。孙东宝介绍，我国已发展出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，解决了秸秆降解与玉米出苗生长争水争肥的难题，可实现玉米增产10％~25％。
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，构建了地上—地表—地下立体调控技术系统，可使农田水分利用效率提高14％~19％，有效抵御了旱灾发生。
以河北衡水模式为代表，针对华北地区水资源短缺、地下水严重超采等问题，通过旱地农业技术高效利用田间自然降水的前提下进行需水关键期的补充灌溉，提出将冬小麦正常生产的三水灌溉减为二水灌溉，从而达到小麦水分生产力最大化。
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的覆盖节水种植技术，可让玉米增产20％~30％、冬小麦增产40％。
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、农田风蚀沙化严重、土壤保水性差等突出问题，形成了半干旱偏旱区生物篱柔性防风、带状留茬间作和田间微集雨等三个技术体系，提高降水利用率8个百分点以上，减少水土流失30％以上。
向深度节水、极限节水进发
“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立方米下降到813立方米。
梅旭荣强调，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500亿立方米水。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。梅旭荣举例说，我国小麦平均耗水量是900~1000立方米，但极限节水的情况下可以降到吨粮耗水400~500立方米。
同样，生产潜力也有可挖掘的空间。梅旭荣指出，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，我们对旱地农业的重视程度仍需加强。”梅旭荣表示，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技术区域性难题。