樊廷錄 李尚中 趙剛 張建軍 王淑英 李興茂 程萬莉 周剛

摘要：西北地區(qū)是我國北方旱地農(nóng)業(yè)的重要組成部分，西北旱作區(qū)在保障區(qū)域糧食安全、綠色生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)調(diào)中發(fā)揮著特殊的作用與貢獻(xiàn)?；趯π聲r(shí)期西北旱地農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略地位和重大需求的再認(rèn)識，通過總結(jié)西北旱地農(nóng)業(yè)研究取得的主要進(jìn)展，提出了藏糧于地、藏糧于種、藏糧于水及藏水于技的旱地農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)思路，認(rèn)為西北旱地農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新攻關(guān)應(yīng)強(qiáng)化旱地應(yīng)用基礎(chǔ)研究，集中開展旱地農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)和不同應(yīng)用場景旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)集成模式的科技創(chuàng)新工作，旨在支撐抗旱增糧科技行動，確保西北區(qū)域糧食安全。

關(guān)鍵詞：旱地農(nóng)業(yè)；重大需求；研究進(jìn)展；科技創(chuàng)新；西北

中圖分類號：S-1? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2022）01-0026-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2022.01.005

Advances and Key Innovating Contents of Science and Technology

on Dryland Agriculture in Northwest China

FAN Tinglu 1， LI Shangzhong 2， ZHAO Gang 2， ZHANG Jianjun 2， WANG Shuying 2， LI Xingmao 2， CHEN Wanli 2， ZHOU Gang 2

（1. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Dryland Agriculture Institute， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Northwestern area is a crucial part for dry farming in northern China， dry farming area in the northwest plays important roles in ensuring regional food security， coordination between green production and ecological protection. Based on the re-understanding of the strategic position and major demands of dryland agriculture in Northwest China in the new period， this paper summarizes the research progress of dryland agriculture， thoughts of food crop production strategies based on farmland management and seeds innovation and water storage on tackling key problems in dryland agriculture are put forward. The scientific and technological innovation of dryland agriculture should strengthen the applied basic research and focus on key technologies tackling and technology integration systems for different application scenarios， so as to supporting yield increase of grain action with drought resistance and ensuring regional food security.

Key words： Dryland agriculture; Major technological need; Research progress; Technological innovation; Northwest

水是農(nóng)業(yè)的命脈。然而，全球81%的耕地、中國49%的耕地缺乏灌溉條件，僅依靠降水發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)。在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)版圖上，秦嶺、淮河昆侖山以北的旱作區(qū)，占國土面積的65%，耕地面積的56%，但水資源只占19%［1 ］。更重要的是，這個(gè)區(qū)域生產(chǎn)了全國58%的糧食，其中旱地生產(chǎn)了全國43%的糧食［2 ］。西北地區(qū)是我國北方旱地農(nóng)業(yè)的重要組成部分，在漫長的歷史中，低產(chǎn)、低效、靠天吃飯是旱地農(nóng)業(yè)的代名詞。然而，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，西北旱作區(qū)已成為區(qū)域糧食安全的壓艙石，在保障區(qū)域糧食安全、綠色生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)調(diào)中發(fā)揮著特殊的作用與貢獻(xiàn)，在鞏固脫貧攻堅(jiān)成果、鄉(xiāng)村振興中所擔(dān)負(fù)的責(zé)任日顯突出，無疑對科技創(chuàng)新的需求比以往更加強(qiáng)烈。

1? ?新時(shí)期加強(qiáng)西北旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略意義

1.1? ?突破農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展瓶頸， 強(qiáng)化糧食功能區(qū)建設(shè)

旱農(nóng)區(qū)是西北重要的優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)基地，在保障區(qū)域糧食安全中有著特殊的地位［3 ］。但該區(qū)域農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，中低產(chǎn)田占比高達(dá)80%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨干旱缺水、規(guī)模化生產(chǎn)程度低、農(nóng)村勞動力短缺、機(jī)械化水平較低、殘膜污染等問題，農(nóng)業(yè)綠色增效和高質(zhì)量發(fā)展急需創(chuàng)新抗旱節(jié)水、土壤培肥、覆蓋及農(nóng)業(yè)機(jī)械等關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，以確保糧食安全及主要農(nóng)產(chǎn)品供給。同時(shí)，該區(qū)域糧食種植結(jié)構(gòu)比較單一，農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的穩(wěn)定性、地域自然災(zāi)害防御能力弱，需要增加優(yōu)質(zhì)口糧和飼料糧比重，提高效益，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

40多年來，西北旱作區(qū)根據(jù)自然規(guī)律、市場規(guī)律、經(jīng)濟(jì)規(guī)律調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，種植業(yè)比重、糧食種植比重明顯下降，瓜蔬、果樹等經(jīng)濟(jì)作物比重顯著增加，并向水資源相對富集和降水比較多的區(qū)域集中，迫使用水較少、比較效益低的糧食作物向旱作區(qū)、高海拔地區(qū)集中與轉(zhuǎn)移［3 ］。如甘肅旱作區(qū)，糧食播種面積占全省的比重由1991年的64.9%增加到2018年的71.9%，糧食總產(chǎn)所占比重由50.2%提高到62.5%，旱作區(qū)提供了65%的糧食，成為甘肅省糧食安全的“壓艙石”。因此，旱地農(nóng)業(yè)在穩(wěn)定糧食生產(chǎn)基本盤和接續(xù)鄉(xiāng)村振興中舉足輕重。

1.2? ?提升區(qū)域特色農(nóng)產(chǎn)品競爭力

西北旱作區(qū)光熱資源充足，生物多樣性豐富，土地類型多樣，農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入比較低，具有生產(chǎn)高品質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的自然資源稟賦，是我國馬鈴薯、果品、雜糧、優(yōu)質(zhì)糧食、瓜菜、牛羊等特色農(nóng)畜產(chǎn)品優(yōu)勢生產(chǎn)區(qū)。但該區(qū)域農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化弱，特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后，規(guī)?；?jīng)營不足，農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)興旺急需合理開發(fā)寒旱區(qū)氣候資源，提高特色生物資源效益，發(fā)展具有特殊品質(zhì)和區(qū)域特色農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)，發(fā)展品牌農(nóng)業(yè)，提升農(nóng)業(yè)效益。

1.3? ?推動區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)

西北旱作區(qū)是多民族匯聚的地區(qū)，是我國生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)和國家的重要生態(tài)安全屏障區(qū)，對環(huán)境變化反應(yīng)相對敏感，容易受到外界的干擾發(fā)生退化演替，而且系統(tǒng)自我修復(fù)能力較弱；對全球氣候變化反應(yīng)靈敏，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)空波動性大。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期盛行頻繁耕作、不合理施肥、過度墾殖等粗放生產(chǎn)方式，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重，土壤涵養(yǎng)水源功能變差、耕地?cái)?shù)量質(zhì)量雙重下滑。習(xí)總書記在視察山西時(shí)強(qiáng)調(diào)，“要堅(jiān)持走有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)路子，完善有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)體系”；視察甘肅時(shí)指出，“要重視和發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)、節(jié)水農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)”。因此，針對考慮西北農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題，圍繞水問題，轉(zhuǎn)變旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，建立用養(yǎng)結(jié)合的農(nóng)作制度，構(gòu)建生態(tài)友好型旱農(nóng)發(fā)展模式，是推動西北旱農(nóng)區(qū)生態(tài)文明建設(shè)和區(qū)域穩(wěn)定發(fā)展的重要途徑。

2? ?西北旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大需求

隨著農(nóng)業(yè)勞動力短缺、資源環(huán)境約束趨緊和生產(chǎn)成本增加等問題的日益凸顯，單純依靠勞動力密集投入、資源過度消耗、規(guī)模擴(kuò)張的外延發(fā)展模式正在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民增收、穩(wěn)糧保供的任務(wù)更加艱巨。依靠科技創(chuàng)新改變生產(chǎn)方式，提高勞動生產(chǎn)率，加快旱作區(qū)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，成為旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大需求。

2.1? ?建設(shè)環(huán)境友好型和輕簡高效型旱地農(nóng)業(yè)

旱作區(qū)災(zāi)害性天氣事件日益增多，農(nóng)業(yè)灌溉水資源嚴(yán)重缺乏，加之氣候增溫趨勢明顯，水資源剛性約束日益加劇。優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品集中產(chǎn)區(qū)的長期連作導(dǎo)致土壤退化和病蟲害危害頻發(fā)重發(fā)，長期高強(qiáng)度地膜覆蓋導(dǎo)致白色污染和土壤肥力下降。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本中勞動力成本占50%以上，主要作物關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍以人工為主，適宜丘陵山地作業(yè)的機(jī)械比較缺乏。因此迫切需要加快農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，推進(jìn)藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略實(shí)施，提高資源利用率和機(jī)械化作業(yè)率。

2.2? ?提升旱作特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益

經(jīng)過近20年的發(fā)展，西北旱作區(qū)的特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，已成為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長級和鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)振興的引擎。如黃土高原蘋果、馬鈴薯和玉米、高寒冷涼農(nóng)區(qū)油菜及雜糧、設(shè)施果蔬、牛羊等迅速發(fā)展，占據(jù)主導(dǎo)地位。但產(chǎn)業(yè)科技支撐弱，產(chǎn)業(yè)鏈短，適度規(guī)模化效益低，迫切需要產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后關(guān)鍵技術(shù)的集成、突破和支撐，補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科技短板。

2.3? ?突破旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展體制機(jī)制約束

旱作區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)科教結(jié)合、產(chǎn)學(xué)研協(xié)作還不夠緊密，科技基礎(chǔ)條件及資源薄弱，共享機(jī)制尚未完全建立。旱作區(qū)國家財(cái)政科技投入項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi)均比較少，對長期從事旱作農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用科研團(tuán)隊(duì)和野外基地的缺乏穩(wěn)定投入機(jī)制，導(dǎo)致科研創(chuàng)新及科技基礎(chǔ)性工作不能持續(xù)進(jìn)行，迫切需要進(jìn)一步創(chuàng)新旱作區(qū)農(nóng)業(yè)科技管理與國家層面的立項(xiàng)體制機(jī)制，優(yōu)化農(nóng)業(yè)科技資源配置，突出穩(wěn)定支持，切實(shí)建立起中央與地方協(xié)同創(chuàng)新的長效機(jī)制，為新時(shí)代旱作區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技創(chuàng)新與全國同步發(fā)展提供保障。

3? ?西北旱地農(nóng)業(yè)研究主要進(jìn)展

旱地農(nóng)業(yè)研究始終突出“蓄水、保水、集水、節(jié)水、用水”體系，提高降水蓄保效率、作物水分利用效率、蒸耗比T/ET和降水利用率， 以實(shí)現(xiàn)抗逆增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)增效、環(huán)境增優(yōu)的目標(biāo)［3 ］。

3.1? ?揭示了旱地作物應(yīng)對氣候變化的響應(yīng)， 明確了關(guān)鍵技術(shù)的水分效應(yīng)

3.1.1? ? 旱地農(nóng)田作物耗水量與生育期的變化特征

分析甘肅鎮(zhèn)原旱農(nóng)試驗(yàn)區(qū)64 a的氣象數(shù)據(jù)及近40年農(nóng)田作物耗水量及作物水分滿足率研究數(shù)據(jù)表明，旱塬區(qū)呈現(xiàn)每10 a降水量減少11.2 mm、氣溫增加0.36 ℃的暖干化趨勢，導(dǎo)致每 10 a的冬小麥水分滿足率降低 5 百分點(diǎn)、耗水量減少22.1 mm，春玉米水分滿足率提高 3 百分點(diǎn)而耗水量無明顯變化，說明氣候變化過程中旱地麥田水分供需矛盾加劇，但有利于玉米面積擴(kuò)大［4 ］。為應(yīng)對氣候變化，作物生育期進(jìn)行了較大調(diào)整，40年來冬小麥和春玉米的生育期縮短了5.0～6.0 d，播種期分別推后3.6、1.7 d，收獲期分別提前了1.8、5.5 d。

3.1.2? ? 旱地農(nóng)田水分轉(zhuǎn)化關(guān)系及作物耗水結(jié)構(gòu)? ?對甘肅隴東、陜西渭北和晉南旱地農(nóng)田土壤水分、降水、作物耗水的研究表明，旱地農(nóng)田夏休閑期降水約占年降水量60%以上，但其中2/3通過無效蒸發(fā)和徑流損失，深耕耙耱保墑的傳統(tǒng)耕作技術(shù)對夏休閑期降水的保蓄率僅有30%～40%［5 ］；年降水中因休閑期和作物生育前期土壤裸露蒸發(fā)損失的占50%～60%。利用蒸滲儀連續(xù)監(jiān)測了春玉米、冬小麥蒸騰與蒸發(fā)耗水結(jié)構(gòu)的變化，在旱地小麥、春玉米田間耗水中，棵間土壤蒸發(fā)分別占57.5%、32.3%。可見，減少土壤水分蒸發(fā)損失和土壤擴(kuò)蓄增容是旱地農(nóng)田高效用水的核心。

3.1.3? ? 旱地農(nóng)田全膜雙壟集雨種植的水分調(diào)控效應(yīng)? ? 旱地作物壟膜溝種系統(tǒng)中，以壟作為集水面產(chǎn)流，以溝作為聚集和保蓄壟面徑流的種植帶。監(jiān)測結(jié)果表明，不同降水量下收集的降水差異較大，1次5～10 mm降水的收集效率高達(dá)80%～92%，1次<5 mm降水的收集率位65%～80%，1次10～15 mm降水的收集率為45%～80%［5 ］。作物根域水分富集量（Wp）與壟溝比（N1/N2）、徑流系數(shù)Er、降水量P的關(guān)系為Wp=（1+Er×N1/N2）×P， 即根域水分隨壟與溝寬之比的增大而提高。理論上，1、5 mm的無效降水在種植溝內(nèi)富集的水分量可分別達(dá)到1.5、12.3 mm，10 mm降水富集量達(dá)25.2 mm，壟溝種植使降水在根域土壤中有效聚集，變成作物有效水，實(shí)現(xiàn)了小降水量的水分倍增效應(yīng)。全膜雙壟溝集雨種植實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田無效降水、小降水量的最大富集利用［6 - 7 ］。

3.1.4? ? 休閑期地表覆蓋的抑蒸減耗效應(yīng)? ? 休閑期覆蓋具有明顯的蓄水保墑效果，增強(qiáng)對底墑的恢復(fù)調(diào)控能力。旱地冬小麥高留茬收獲、夏休閑地膜覆蓋、綠色覆蓋提高了播前0～2 m土壤貯水量，其中地膜覆蓋和高留茬較傳統(tǒng)耕作提高40.6、26.6 mm，復(fù)種大豆、油菜和糜子的土壤蓄水量提高7.3、7.8、18.4 mm，即夏休閑期地表覆蓋可使降水邊蓄邊用，特別是復(fù)種油菜將無效蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為生物量歸還土壤養(yǎng)分179.6 kg/hm2，抑蒸與土壤培肥協(xié)同增進(jìn)。復(fù)種油菜 — 冬小麥輪作的周年水分利用效率達(dá)到60.3 kg/（mm·hm2），提高74.8%［8 ］。玉米收獲后留膜留茬可多蓄水25～30 mm，根茬歸還土壤碳1 050～1 350 kg/hm2，冬春休閑期地表風(fēng)蝕減少20%～30%。前季作物收獲后，11月秋季覆膜，玉米播前0～2 m土壤平均多貯水27.4 mm，玉米水分利用效率為30.6 kg/（mm·hm2）。

3.1.5? ? 旱地春玉米覆膜與增密的水分效應(yīng)? ? 地膜覆蓋減小了玉米農(nóng)田蒸散量。山西壽陽覆膜玉米較露地玉米蒸散量減少21.4 mm，甘肅鎮(zhèn)原玉米全覆膜較半覆膜、露地種植蒸散量分別減少8.2、20.0 mm。覆膜較露地種植不同密度間蒸散量極差達(dá)31.9%，即覆膜種植減少了玉米對土壤水分的消耗，緩沖了密度增加對土壤水分消耗的增加［9 ］。隨著玉米種植密度的增加，田間蒸散量隨之增加，密度從4.50萬株/hm2增加到6.75萬株/hm2時(shí)，平均產(chǎn)量增加了20.6%，耗水量增加了10.6 mm，水分利用效率則提高了 17.4%；密度從6.75萬株/hm2提高9.00萬株/hm2時(shí)，平均產(chǎn)量提高了12.0%，水分利用效率提高了12.7%，而田間蒸散量并未增加［10 ］。經(jīng)在隴東旱塬5 a的試驗(yàn)表明，玉米種植密度在4.50萬～10.50萬株/hm2范圍內(nèi)時(shí)，密度每增加1.50萬株/hm2，玉米耗水量無差異，即群體增大并未增加蒸散量，但平均產(chǎn)量和水分利用效率卻隨密度增加而提高。因此，旱地玉米密植后相對于產(chǎn)量和水分利用效率的增加，田間蒸散量變化要小得多，增密后玉米產(chǎn)量得到提高，但并未明顯增加蒸散量，而是通過增大群體提高葉面積指數(shù)將蒸發(fā)耗水轉(zhuǎn)化為蒸騰耗水，提高了蒸騰系數(shù)。

3.2? ?探明了旱地農(nóng)田土壤有機(jī)碳演變特征及土壤水庫擴(kuò)蓄增容機(jī)理

40 a的黑壚土長期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無論增施化肥還是有機(jī)肥，旱地農(nóng)田土壤有機(jī)碳均呈增加趨勢［11 - 13 ］。長期施用N、P化肥雖然增加了土壤有機(jī)碳含量，但碳固定速率僅為0.069 7 g/（kg·a），是有機(jī)肥、秸稈還田、有機(jī)無機(jī)配合投入處理的35%～77%；單施N肥、不施肥也可增加土壤固碳量，碳固定速率在0.040 0 g/（kg·a）左右，即旱地長期不施肥靠根茬還田維持農(nóng)田碳的投入，這種情況下不施肥冬小麥產(chǎn)量（1.5 t/hm2）和玉米產(chǎn)量（3.5 t/hm2）基本穩(wěn)定。長期施肥的土壤有機(jī)碳持續(xù)增加，改善了土壤水分入滲參數(shù)。每年還田秸稈3 750 kg/hm2、有機(jī)肥與無機(jī)肥配施23～26 a，土壤有機(jī)碳含量分別達(dá)到12.9 、13.4 g/kg的平衡點(diǎn)。增加有機(jī)碳投入，可有效提高土壤大團(tuán)聚體黏結(jié)度和穩(wěn)定性，土壤有機(jī)碳每增加1.0 g/kg，土壤大團(tuán)聚體有機(jī)碳含量就增加14.9 g/kg，土壤容重降低0.05 g/cm3，總孔隙度增加1.8百分點(diǎn)，田間土壤持水量提高1百分點(diǎn)，0～20 cm土壤蓄水庫容增加3.6 mm，水分入滲率提高0.17 mm/min，同時(shí)提高了土壤比水容量，使土壤貯水和釋放給作物用水的能力增強(qiáng)。

作物生產(chǎn)同時(shí)受制于降水條件和土壤有機(jī)質(zhì)的雙重制約。長期試驗(yàn)的大量測試數(shù)據(jù)表明，旱地冬小麥產(chǎn)量（Yw）與耗水量（ET）、土壤有機(jī)質(zhì)含量（SOM）呈明顯的增加關(guān)系：Yw=-1.538+0.012 4 ET+? 0.042 9 SOM（R2=0.77），即土壤有機(jī)質(zhì)增加10 g/kg可增產(chǎn)42.9 kg/hm2，耗水量增加1 mm可增產(chǎn)12.4 kg/hm2。每提升1 g/kg 土壤有機(jī)質(zhì)可增產(chǎn)28.6 kg/hm2，土壤有機(jī)質(zhì)提升的抗逆增產(chǎn)作用越加突出。

3.3? ?研究形成了抗旱節(jié)水增糧關(guān)鍵技術(shù)及模式

3.3.1? ? 抗旱高水分利用效率品種篩選? ? 篩選高水分利用效率品種是抗旱增糧的關(guān)鍵，核心是發(fā)揮生物及品種主動抗旱、適應(yīng)干旱和避旱的特性。如甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院鎮(zhèn)原試驗(yàn)站先后收集和保存冬小麥優(yōu)異種質(zhì)資源3 000多份，歷時(shí)13 a先后選育的隴鑒系列冬小麥新品種隴鑒196、隴鑒127等，有效地抵御了20世紀(jì)80年代小麥條銹病和干旱的威脅；利用美國抗旱優(yōu)質(zhì)資源，歷時(shí)16 a選育出2個(gè)強(qiáng)筋麥品種，突破了旱地優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋麥種質(zhì)“卡脖子”技術(shù)，2019 — 2022年隴東旱塬凍旱交替災(zāi)害，單產(chǎn)達(dá)到5.25～6.30 t/hm2，水分利用效率達(dá)18.0 kg/（mm·hm2）。

3.3.2? ? 集雨補(bǔ)灌抗旱減災(zāi)技術(shù)模式? ? 20世紀(jì)90年代，西北旱作區(qū)廣泛實(shí)施“121雨水集流工程”“窯水農(nóng)業(yè)”“甘露工程”“112”集雨節(jié)水灌溉工程等集雨高效農(nóng)業(yè)工程［14 ］。甘肅鎮(zhèn)原試驗(yàn)區(qū)、定西試驗(yàn)區(qū)形成的公路集雨高效種植模式，利用公路集雨提供了果園耗水的61%，蘋果增產(chǎn)40.8%，梨園供水效率為120.0～150.0 kg/（mm·hm2）；在土壤干旱時(shí)稀植作物補(bǔ)水15～45 m3/hm2保苗達(dá)到95%以上；作物卡脖旱時(shí)補(bǔ)灌150～600 m3/hm2“救命”水可保證穩(wěn)定豐產(chǎn)；地膜玉米大喇叭口期補(bǔ)灌可增產(chǎn)27.7%，供水效率達(dá)33.0 kg/（mm·hm2） ［15 ］。形成的雨水集流庭院經(jīng)濟(jì)模式和棚面集雨設(shè)施蔬菜高效生產(chǎn)模式，有效地解決了蔬菜和果園的缺水問題。另外，果園壟膜集雨保墑和根域覆膜集雨入滲技術(shù)結(jié)合，延緩了果園干層發(fā)生，降水利用率達(dá)到80%，蘋果增產(chǎn)18.0%～30.0%［16 ］。

3.3.3? ? 旱地玉米大面積豐產(chǎn)技術(shù)模式? ? 針對全膜雙壟溝覆膜、施肥、播種三大環(huán)節(jié)脫離的問題，研究形成了“耐密品種、適水增密、控釋氮肥一次基施、壟溝覆膜集雨、膜上穴種”一體化技術(shù)方案?？鐓^(qū)聯(lián)網(wǎng)與定位試驗(yàn)表明，玉米產(chǎn)量與密度均呈現(xiàn)二次拋物線關(guān)系，達(dá)到最大產(chǎn)量的最高密度在不同降水量的地區(qū)存在明顯差異，而降水量超過500 mm的地區(qū)增密的增產(chǎn)效應(yīng)有限。在降水300～500 mm的地區(qū)，降水量（x）和玉米種植最高密度（y）呈y=9.886x-52.11（R2= 0.795）的增加關(guān)系，即降水量每增加1 mm可增加玉米密度150株/hm2，形成了旱地玉米適水定密、以密定產(chǎn)技術(shù)。旱地全膜雙壟種植玉米創(chuàng)造了旱作玉米水分利用效率54.6 kg/（mm·hm2）的世界紀(jì)錄，農(nóng)田降水利用率達(dá)80%。地膜覆蓋集雨種植技術(shù)30 a使玉米單產(chǎn)連續(xù)邁上了7.95、9.30、12.90 t/hm2的臺階，水分利用效率從17.6 、21.2 kg/（mm·hm2）提高到33.0 kg/（mm·hm2），作物耗水量由8 550、6 900 m3/t下降到了4 500 m3/t，創(chuàng)建了旱塬玉米“噸糧田”。

3.3.4? ? 旱地黑膜馬鈴薯壟上微溝集雨栽培技術(shù)模式? ? 該技術(shù)綜合集成壟面集雨、雨水富集、入滲疊加利用原理，將壟上降水進(jìn)行再分配，增加干旱階段的壟上土壤水分含量，降低雨季大壟溝雨水聚集。一方面改弓型壟面為“ m ”型壟面，解決了大壟中間部位始終較干的問題，有效提高了干旱季節(jié)的壟上土壤貯水量，為塊莖生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。另一方面改側(cè)播為壟上脊播，增加了土壤熟土層厚度及薯塊有效生長空間，使薯塊生長均勻，提高了馬鈴薯商品率。該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了旱季聚水和雨季排澇的作用，較全膜覆蓋壟溝種植平均增產(chǎn)8%以上，水分利用效率提高5%以上。

3.3.5? ? 旱地冬小麥“以水定肥”監(jiān)控定量施肥技術(shù)模式? ? 針對黃土高原雨養(yǎng)麥田降水分布規(guī)律，建立了冬小麥產(chǎn)量（Y）和播前土壤0～2 m底墑（X1）、生育期10月至翌年4月（冬小麥苗期至小麥灌漿期）降水量（X2）的回歸關(guān)系：Y=7.541X1 + 32.27X2 - 1 565.1（R2=0.876），提出了“以水定產(chǎn)”方法。根據(jù)“0～1 m土層土壤硝態(tài)氮監(jiān)控施肥，磷鉀恒量施肥技術(shù)”實(shí)現(xiàn)“以產(chǎn)定肥”。該技術(shù)在減氮49%基礎(chǔ)上，較傳統(tǒng)施肥平均增產(chǎn)9.2%；監(jiān)控平衡施肥氮肥當(dāng)季回收率平均為23.3%，較傳統(tǒng)施肥增加14百分點(diǎn)，對應(yīng)氮肥偏生產(chǎn)力提高了2.3倍。

4? ?旱地農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新攻關(guān)重點(diǎn)內(nèi)容

西北旱區(qū)“水缺”比“地少”更為嚴(yán)峻，科技創(chuàng)新攻關(guān)要堅(jiān)持藏糧于地、藏糧于種、藏糧于水及藏水于技的思路，旨在支撐抗旱節(jié)水增糧食行動，確保西北區(qū)域糧食安全生產(chǎn)。

4.1? ?強(qiáng)化旱地農(nóng)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究

以雨水高效利用為主攻方向，強(qiáng)化旱地農(nóng)業(yè)土壤水庫、營養(yǎng)、微生物等方面的長期性研究，依托長期定位試驗(yàn)揭示旱地海綿田水肥“集、蓄、保、用”的節(jié)水增碳土壤定向培肥機(jī)制，保持旱地農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)研究的連續(xù)性，保護(hù)好“油盆糧倉”黃土旱塬和河谷盆地；優(yōu)化氣候應(yīng)變型農(nóng)牧種養(yǎng)結(jié)合制度，探索糧果生產(chǎn)潛力提高途徑，支撐旱地優(yōu)質(zhì)小麥、玉米、馬鈴薯和蘋果區(qū)域性優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)帶建設(shè)。加強(qiáng)多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，推動旱地農(nóng)業(yè)保護(hù)性耕作綜合生產(chǎn)技術(shù)體系建設(shè)，支持旱地適度規(guī)模精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)土壤保持、節(jié)水增碳、生產(chǎn)力持續(xù)提升的目標(biāo)。

4.2? ?強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品研究

4.2.1? ? 旱地農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)? ? 一是篩選抗旱優(yōu)質(zhì)宜機(jī)收作物品種。重點(diǎn)開展“三低一長”耐密宜機(jī)收玉米品種、耐裂莢/抗旱抗寒豐產(chǎn)油菜品種、玉米/大豆帶狀復(fù)合種植模式下的耐密中早熟玉米和耐陰耐密早熟大豆品種、抗除草劑和適宜機(jī)收糜谷品種、抗旱優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)/強(qiáng)筋/功能性小麥品種等的篩選及評價(jià)。二是旱地農(nóng)田土壤水庫擴(kuò)蓄增容關(guān)鍵技術(shù)。開展冬小麥高留茬收獲機(jī)械深松耕、春玉米收獲后留膜留茬少免耕及秸稈還田、機(jī)械化壟溝集雨種植等土壤蓄水能力提升關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)生物炭、微生物有機(jī)肥、土壤結(jié)構(gòu)改良劑、土壤擴(kuò)蓄增容肥等產(chǎn)品，提高土壤蓄水保水能力。三是旱地玉米抗旱增糧關(guān)鍵技術(shù)。研究與不同區(qū)域降水量相適應(yīng)的種植密度，確定適水豐產(chǎn)技術(shù)方案；研究密植減氮與溫室氣體減排、控釋肥一次高效施肥等技術(shù)；研究密植玉米化控抗倒水分高效利用關(guān)鍵技術(shù)。研究基于適度規(guī)模種養(yǎng)水平的有機(jī)肥替代化肥玉米豐產(chǎn)、基于適度規(guī)模養(yǎng)殖場的青貯玉米豐產(chǎn)提質(zhì)增效關(guān)鍵技術(shù)；研究旱地玉米延期低水分機(jī)械粒收技術(shù)。四是旱地小麥產(chǎn)量品質(zhì)協(xié)同提升關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)不同生態(tài)區(qū)冬小麥生產(chǎn)需求，研究提高產(chǎn)量的群體調(diào)控、休閑期土壤蓄水、主要病害綠色防治等技術(shù)；研究以關(guān)鍵品質(zhì)提升為主的營養(yǎng)強(qiáng)化與增產(chǎn)協(xié)同增進(jìn)技術(shù)。創(chuàng)建地域優(yōu)質(zhì)小麥品牌，建立優(yōu)質(zhì)品種種加一體化體系。五是馬鈴薯脫毒種薯低成本高效繁育技術(shù)。以提高種薯繁育效率和效益為核心，研究輕簡化全開放馬鈴薯脫毒組培苗快繁技術(shù)，篩選低成本基質(zhì)；研究增加馬鈴薯脫毒種薯繁殖數(shù)量和商品率的化學(xué)調(diào)控技術(shù)，以及微型種薯直播栽培技術(shù)、微型種薯霧培低成本工廠化高效繁育及種薯保存技術(shù)。推廣開放式組培繁育技術(shù)，該技術(shù)較瓶苗擴(kuò)繁系數(shù)提高4倍以上，生產(chǎn)成本降低30%；篩選2～3種化學(xué)調(diào)控技術(shù)，使溫室脫毒種薯繁殖數(shù)量增加5%～10%，商品率提高20%。六是新修農(nóng)田土壤耕層構(gòu)建及快速培育技術(shù)。針對新修農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)差、肥力瘠薄等障礙因素，評價(jià)篩選耕層快速構(gòu)建的活性有機(jī)材料和生物激發(fā)劑。引進(jìn)篩選新修農(nóng)田土壤快速培肥先鋒作物、化學(xué)抗旱劑等。土壤耕層物理結(jié)構(gòu)得到明顯改善，土壤有機(jī)質(zhì)及關(guān)鍵養(yǎng)分指標(biāo)得到明顯提高。七是地膜減量與替代技術(shù)。根據(jù)作物水分和熱量需求程度，研究建立玉米、馬鈴薯等主要作物地膜覆蓋適宜性評價(jià)方法，確定地膜適宜覆蓋區(qū)或減量覆蓋區(qū)。篩選中早熟玉米品種，通過熟期調(diào)整實(shí)現(xiàn)地膜替代與減量，部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無膜化種植；篩選功能和安全期滿足作物生長需求的全生物降解地膜，在適宜區(qū)構(gòu)建全生物降解膜作物栽培技術(shù)，減少土壤殘膜污染。八是化學(xué)抗旱制劑研發(fā)及應(yīng)用。以化學(xué)高分子材料為主，研發(fā)不同類型抗蒸騰劑和營養(yǎng)型土壤保水劑，確定抗旱劑在抵御干旱和高溫?zé)岷Αp損和增產(chǎn)方面的作用，以及使用規(guī)范和效果。

4.2.2? ? 基于應(yīng)用場景的旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)模式集成? ? 一是旱塬玉米豐產(chǎn)增效技術(shù)集成應(yīng)用。以旱塬玉米高產(chǎn)片帶建設(shè)為核心，集成抗旱耐密品種、高效施肥、生物降解膜、秸稈還田等藝機(jī)一體化技術(shù)；篩選中早熟耐密品種，探索無膜栽培，研發(fā)玉米延期低水分機(jī)械粒收技術(shù)。依托經(jīng)營主體，建立玉米烘干生產(chǎn)線，帶動“良種—機(jī)械粒收—烘干”節(jié)本增效生產(chǎn)模式應(yīng)用，推動生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。二是旱地冬小麥良種繁育及高產(chǎn)技術(shù)集成應(yīng)用。在甘肅省隴東和隴南冬小麥主產(chǎn)區(qū)，依托隴鑒系列、蘭天系列、隴育系列等冬小麥良種，通過經(jīng)營主體分區(qū)域建立中筋、強(qiáng)筋、弱筋及功能小麥良種生產(chǎn)繁育基地；集成夏綠色覆蓋、秸稈還田、適期晚播、群體調(diào)控、品質(zhì)增優(yōu)、病蟲害防控等技術(shù)，創(chuàng)建高產(chǎn)田，推進(jìn)全程機(jī)械化作業(yè)。在隴東旱塬和隴南冬小麥區(qū)，建立種子繁育基地及穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)田。三是旱地馬鈴薯豐產(chǎn)增效技術(shù)集成應(yīng)用。以增加土壤貯水和豐產(chǎn)增效為目標(biāo)，提升旱地立式深旋耕、土壤有機(jī)培肥、地膜微壟溝集雨等技術(shù)的融合度及機(jī)械配套性，實(shí)現(xiàn)機(jī)藝一體化作業(yè)。在不同區(qū)域創(chuàng)建抗逆豐產(chǎn)田，配套適宜農(nóng)機(jī)具，推進(jìn)種植管理過程和收獲的機(jī)械化作業(yè)；在馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)建立薯豆、糧豆跨區(qū)輪作制，消減馬鈴薯連作障礙，實(shí)現(xiàn)病蟲害有效控制與可持續(xù)生產(chǎn)。形成適宜區(qū)域生產(chǎn)特征的馬鈴薯豐產(chǎn)增效技術(shù)模式及豐產(chǎn)田和高產(chǎn)田，實(shí)施薯豆、糧豆等跨區(qū)輪作，降低化學(xué)農(nóng)藥用量。四是油菜優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)輕簡化種植技術(shù)集成應(yīng)用。在隴東旱塬區(qū)，篩選抗旱抗寒性冬油菜新品種，集成抗旱防凍防病蟲技術(shù)，推進(jìn)機(jī)械化收獲技術(shù)；在臨夏寒旱區(qū)，篩選成熟度一致、耐裂角的春油菜品種，配套生物有機(jī)肥、病蟲害綠色防控、縮株擴(kuò)行密植、富硒種植等技術(shù)，推進(jìn)低損失機(jī)械收獲技術(shù)。五是旱地玉米/豆類帶狀復(fù)合種植技術(shù)集成應(yīng)用。在隴東旱塬玉米大豆適宜種植區(qū)，研究適宜機(jī)械播種和收獲的帶型配置結(jié)構(gòu)，研發(fā)相應(yīng)作物覆膜播種一體機(jī)。合理配置玉米、大豆品種，優(yōu)化分區(qū)施肥技術(shù)，篩選適宜不同作物的除草劑。形成適宜旱地玉米/大豆帶狀復(fù)合種植的機(jī)械作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)玉米少減產(chǎn)多收一季大豆的目標(biāo)。研究提高玉米飼料糧生產(chǎn)水平，以及玉米與拉巴豆復(fù)合種植技術(shù)，提高飼用玉米的蛋白質(zhì)含量和飼料價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 梅旭榮．? 節(jié)水農(nóng)業(yè)在中國［M］．? 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2006：1-25.

［2］ 黃秉信，宋勇軍.? 我國糧食生產(chǎn)重心進(jìn)一步向北轉(zhuǎn)移［J］.? 中國糧食經(jīng)濟(jì)，2020（7）：49-52.

［3］ 樊廷錄，李尚中.? 旱作覆蓋集雨農(nóng)業(yè)探索與實(shí)踐［M］.? 北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2017：5-36.

［4］ FAN TING-LU， LI SHANG-ZHONG， ZHAO GANG， et al. 2022. Response of dryland crops to climate change and drought-resistant and water-suitable planting technology for spring maiz［J］.? Journal of Integrative Agriculture， https：//doi.org/10.1016/j.jia.2022. 08.044.

［5］ FAN T L， WANG S Y， LI Y P， et al. Film mulched furrow-ridge water harvesting planting improves agronomic productivity and water use efficiency in Rainfed Areas［J］.? Agricultural Water Management，2019， 217： 1-10.

［6］ 樊廷錄.? 旱地農(nóng)田微集水種植的水分生產(chǎn)潛力增進(jìn)機(jī)理研究［J］.? 水土保持研究，2003，10（1）：88-100.

［7］ FAN T F， STEWART B A， PAYNE W A， et al. Supplemental irrigation and water-yield relationships for plasticulture crops in the Loess Plateau of China［J］.? Agron. J， 2005， 97： 177-188.

［8］ 李尚中，樊廷錄，王? ?勇，等.? 夏休閑不同耕作方式對麥田土壤水分和周年生產(chǎn)力的影響［J］.? 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2013，32（2）：222-225.

［9］ 劉化濤， 黃學(xué)芳， 黃明鏡，等. 不同品種與種植密度對旱作玉米產(chǎn)量及水分利用效率的影響［J］.? 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（9）： 32-34.

［10］ 樊廷錄，李永平，李尚中，等.? 旱作地膜玉米密植增產(chǎn)用水效應(yīng)及土壤水分時(shí)空變化［J］.? 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（19）：3721-3732.

［11］ 樊廷錄，王淑英，周廣業(yè)，等.? 長期施肥下黑壚土有機(jī)碳變化特征及碳庫組分差異［J］.? 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013，46（2）：300-309.

［12］ 樊廷錄，周廣業(yè)，王? ?勇，等.? 甘肅省黃土高原旱地冬小麥—玉米輪作制長期定位施肥的增產(chǎn)效果［J］.? 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2004，10（2）：127-131.

［13］ FAN T L， XU M G， SONG S Y， et al. Trends in grain yields and soil organic C in a long-term fertilization experiment in the China Loess Plateau［J］.? Journal of Plant Nutrition and Soil Science， 2008， 171（3）： 448-457.

［14］ 樊廷錄，宋尚有，羅俊杰，等.? 隴東旱原集雨節(jié)灌農(nóng)業(yè)技術(shù)研究［J］.? 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1998，16（1）：18-23.

［15］ 樊廷錄.? 集水高效利用研究成效及發(fā)展應(yīng)用前景［J］.? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，1999（1）：16-18.

［16］ 趙? ?剛，樊廷錄，李尚中，等.? 黃土旱塬集雨保墑措施對蘋果發(fā)育和土壤水分變化的影響［J］.? 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（1）：155-160.

收稿日期：2022 - 09 - 12

基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2006BAD29B07）；國家玉米產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系蘭州綜合試驗(yàn)站（CARS-02-55）；甘肅省重大科技專項(xiàng)（21ZD4NA022）。

作者簡介：樊廷錄（1965 — ），男，甘肅臨洮人，研究員，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事旱作農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與科技管理工作。Email： fantinglu3394@163.com。