任麗花，翁伯琦，王義祥

(1.福建省精密儀器農(nóng)業(yè)測試重點實驗室350003;2.福建省農(nóng)業(yè)科學院中心實驗室;3.福建省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)

近年來，隨著環(huán)境的惡化、氣候異常變化，人類面臨的資源與環(huán)境困局越發(fā)凸顯。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會 (IPCC)于2007年公布的第4份氣候變化評估報告中指出，過去50年中的氣溫上升速度比過去100年的平均速度快了1倍多，全球的氣候變暖導致很多極端天氣災害出現(xiàn)。同時氣候異常變化加劇了全球水資源的不均勻性，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的影響。氣候變化對中國農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的負面影響已經(jīng)顯現(xiàn)，近20年來，北方黃河、淮河、海河、遼河水資源總量明顯減少，南方河流水資源總量略有增加。洪澇災害更加頻繁，干旱災害更加嚴重，極端氣候現(xiàn)象明顯增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加，氣象災害造成的農(nóng)牧業(yè)損失增大。預計未來氣候變化將對中國水資源時空分布產(chǎn)生較大的影響，加大水資源年內(nèi)和年際變化，增加洪澇和干旱等極端自然災害發(fā)生的概率，特別是氣候變暖將加速西部地區(qū)的冰川融化，冰川面積和冰儲量將進一步減少，對以冰川融水為主要來源的河川徑流將產(chǎn)生較大影響。氣候變暖可能增加北方地區(qū)干旱化趨勢，進一步加劇水資源短缺和供需矛盾。所以必須積極采取相應措施，探索一條應對氣候變化的根本出路。

目前，所有國家都認為發(fā)展低碳經(jīng)濟是突破氣候變化這一瓶頸的最終途徑。所謂低碳經(jīng)濟是指依靠太陽能、風能、水能等可再生能源為主要能源，以低能耗、低污染、低排放為特征的新型經(jīng)濟發(fā)展方式［1］，涉及到社會經(jīng)濟的各個方面。當前，國際上在碳排放與能源消費、經(jīng)濟發(fā)展、經(jīng)濟風險以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面展開了積極的研究。作為國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)除了能解決全球日益膨脹人口的糧食問題之外，同時也是重要的溫室氣體來源，農(nóng)業(yè)用地釋放出來的溫室氣體超過全球人為溫室氣體排放總量的30%。低碳農(nóng)業(yè)是低碳經(jīng)濟的有機組成部分。目前，低碳農(nóng)業(yè)的研究主要集中在土地利用變化、農(nóng)業(yè)田地整治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平與結構的變化等相關方面。

1 我國旱作農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀以及對低碳經(jīng)濟的影響

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，同時也是一個旱區(qū)農(nóng)業(yè)比重很大的國家，旱作農(nóng)業(yè)區(qū)面積大，涉及全國25個省、直轄市和自治區(qū)，主要分布在北方地區(qū)和南方的一些丘陵山區(qū)。據(jù)統(tǒng)計［2］，北方旱區(qū)土地面積496.6萬hm2，人口2.6億，分別占全國的51.8%和21.5%，這些地區(qū)光熱資源豐富，雨熱同季，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力巨大，農(nóng)產(chǎn)品在全國占有重要地位。據(jù)有關資料表明，全國糧食總產(chǎn)量的46%，以及其中小麥的70%和玉米的80%產(chǎn)自北方;全國61%的棉花、46%的油料、糖料產(chǎn)量的10.4%和水果產(chǎn)量的31%也產(chǎn)自北方。我國南方紅壤區(qū)總面積6.181×105km2，雨量充沛，但降水分配不均。目前存在的問題較多，如季節(jié)性干旱嚴重、土壤退化、農(nóng)業(yè)結構不合理等，其中季節(jié)性干旱是突出的問題之一［3］?？傮w來說，北方的干旱主要與年降水量少有關，而南方丘陵紅壤區(qū)的季節(jié)性干旱是氣候、土壤、生物、管理因素綜合作用的結果。長期以來，旱作農(nóng)業(yè)由于其生產(chǎn)能力相對低下，經(jīng)濟效益不高，發(fā)展?jié)摿^水澆地小，在生產(chǎn)中不被人們重視。經(jīng)過多年自然條件和社會條件的變遷，隨著人們生活水平逐步提升，逐漸認識到旱作農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有不可缺少的作用。

旱作農(nóng)業(yè)是指在無灌溉條件的地區(qū)，通過挖掘自然降水利用率的生產(chǎn)潛力，主要依靠天然降水從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)。我國旱作農(nóng)業(yè)類型按降雨量分為兩類:一是干旱半干旱、半濕潤的北方旱地農(nóng)業(yè)區(qū);二是降雨量較高的南方山地丘陵雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。

2 我國旱作農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀

我國北方旱作農(nóng)業(yè)覆蓋年均降水量200～500 mm的區(qū)域，主要分布在昆侖山、秦嶺、淮河一線以北的廣大地區(qū)，包括17個省 (自治區(qū)、直轄市)的966個縣 (市)，約占國土陸地面積的56%，其中耕地面積約5045萬hm2;本區(qū)旱地面積占全國旱地面積的73%，水澆地面積不足20%［4］。旱地主要分為干旱地區(qū)、半干旱地區(qū)、半濕潤易旱地區(qū)［2］。干旱區(qū)包括內(nèi)蒙古西北大部、寧夏回族自治區(qū)北部、甘肅省西部、青海大部，以及新疆維吾爾自治區(qū)除伊犁盆地外的全部，總面積約占全國土地面積的30%，年降水量小于200～250 mm，光資源豐富，氣溫日差較大;半干旱地區(qū)自東北向西南斜跨13個省和自治區(qū)，年降水量平均為250～500 mm，大致包括東北西部、冀北、晉北、陜北、甘肅中西部、內(nèi)蒙部分地區(qū)、河北平原中部、青海部分地區(qū)及新疆伊犁盆地等，總土地面積約占北方旱區(qū)的29%，其中耕地、林地和牧地分別約占本區(qū)土地面積的15%、10%和42%;半濕潤易旱地區(qū)包括黑龍江省中部偏西地區(qū)、吉林中部、遼寧西南至中北部、華中低平原、燕山、太行山、太岳山地部分地區(qū)、關中平原、山西省臨運盆地及隴中黃土高原南部等地，面積占北方旱區(qū)總面積的13.5%，是北方旱區(qū)糧棉重要生產(chǎn)基地，多年平均降水量400～600 mm，年際變化較大，年內(nèi)分配不均，不同程度的旱澇災害時有發(fā)生。多年旱地農(nóng)業(yè)高產(chǎn)攻關實踐證明，我國北方旱區(qū)農(nóng)業(yè)蘊藏著巨大的發(fā)展?jié)摿?，改革開放后的近10年間，北方旱區(qū)糧食增長近40%，肉類總產(chǎn)增加3倍多。現(xiàn)階段北方旱區(qū)的糧、棉、油和肉類等主要農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量分別占全國的46.0%、61.0%、46.7%和39.4%。可見，北方旱區(qū)農(nóng)業(yè)豐歉，對全國農(nóng)業(yè)具有舉足輕重的作用。

南方紅壤丘陵區(qū)，以大別山為北屏，巴山、巫山為西障 (含鄂西全部)，西南以云貴高原為界(包括湘西、桂西)，至東南沿海并包括臺灣、海南島及南海諸島。包括廣東、廣西、福建、臺灣、江西、湖南、湖北、浙江、安徽、湖南、江蘇等省(自治區(qū))的部分地域，總面積118萬km2，約占國土面積的12.3%。在南方地區(qū)，降雨量相對較多，但由于降雨時段集中、蓄水設施跟不上、水土流失等原因，很多地方出現(xiàn)頻繁的季節(jié)性干旱，主要是伏旱和秋旱，發(fā)生頻率高、強度大。伏旱的特點是太陽輻射強烈，溫度高，濕度低，土壤表面的蒸發(fā)和植物的蒸騰都極為強烈;秋旱的特點是空氣極度干燥，氣溫高，有時還伴有大風，由于極度干燥，植物蒸騰耗水劇增，同樣使得蒸散量劇增。從湖南、江西等省的紅壤區(qū)看，最熱的7～9月，也恰恰是雨水較少的旱季。特別是南方丘陵無水源地區(qū)的淺丘緩坡上的旱作作物，受季節(jié)性干旱的影響更加嚴重，在干旱年份，部分地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)大幅減產(chǎn)、甚至絕收的情況。長期以來由于不合理開發(fā)利用，導致水土流失、肥力減退、土壤酸化與污染、自然災害頻繁、生物多樣性銳減等一系列退化問題，呈現(xiàn)“紅色荒漠化”現(xiàn)象。

3 旱作農(nóng)業(yè)在發(fā)展低碳經(jīng)濟中的意義

在發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)過程中，種子、有機肥等農(nóng)業(yè)自身活動產(chǎn)出的投入品，以及化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用薄膜等工業(yè)生產(chǎn)的投入品對農(nóng)作物的增產(chǎn)作用明顯，但帶來的負面效應也不可忽視;與傳統(tǒng)的漫灌、溝灌相比，節(jié)水灌溉的成本較高;而且現(xiàn)代農(nóng)業(yè)整個過程離不開農(nóng)業(yè)機械的參與，而農(nóng)業(yè)機械的制造與使用均離不開電力、石油等能源的投入;之后的農(nóng)產(chǎn)品加工、流通，能源的使用同樣必不可少;農(nóng)業(yè)廢棄物 (秸稈等)的處理也是一項耗能的工作。低碳農(nóng)業(yè)技術是“三低” (低能耗、低污染、低排放)技術，也是節(jié)約型、安全型的技術，發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)可以節(jié)約各種資源的消耗，減少人力、物力、財力的投入，并將農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程中可能對社會帶來的不良影響降到最低限度。

4 我國旱作農(nóng)業(yè)低碳發(fā)展措施

近半個世紀來，世界各國都十分重視對旱作農(nóng)業(yè)的研究，開發(fā)創(chuàng)造了成熟的模式，積累了成功經(jīng)驗，在發(fā)展農(nóng)業(yè)和改善環(huán)境中取得了顯著成效，在推動旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中產(chǎn)生了重要影響。我國科技工作者根據(jù)本地的地理、氣候等情況，在旱作節(jié)水方面研究開發(fā)出一些適宜各地情況的技術措施。

4.1 保護性耕作技術

保護性耕作法又稱免耕法，是指在能夠保證種子發(fā)芽的前提下，通過少耕、免耕、化學除草技術措施的應用，盡可能保持作物秸稈殘茬覆蓋地表，減少土壤水蝕、風蝕，培肥地力，是節(jié)水抗旱、保護環(huán)境、節(jié)本增效的一項技術。在借鑒國外成功經(jīng)驗的基礎上，我國科研和推廣人員不斷創(chuàng)新，形成了有中國特色的適應不同類型區(qū)的保護性耕作技術。潘根興等［5］對保護性耕作的碳匯效應的研究發(fā)現(xiàn)，20世紀80年代以來，我國因秸稈還田而增加的表層有機碳儲存總計達到100 Tg，每年因秸稈還田使土壤表層有機碳增加20～40 Tg，秸稈還田的年碳固定量為10.90～22.50 Tg。曾昭海等［6］的研究認為，在保護性耕作技術的廣泛實施下，我國年碳固定量為45.70～127.00 Tg。免耕技術的推廣應用對實現(xiàn)減排目標有重要意義。

4.2 推廣旱作節(jié)水技術

發(fā)展節(jié)水旱作農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個新特征，也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)自身發(fā)展的需要。在世界水資源十分緊張的今天，充分利用降水、灌溉回歸水、劣質處理水，擴大農(nóng)田灌溉水的水源范圍，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，對于農(nóng)作物低碳用水具有十分重要的現(xiàn)實意義。

坡改梯是旱作基本農(nóng)田建設的重要內(nèi)容。在南方丘陵地區(qū)的淺丘緩坡上實行立體種植，糧、經(jīng)、飼協(xié)同發(fā)展，實行立體種植，起到保持水土、改善作物生態(tài)小氣候的作用。在土壤蓄存雨水的同時采用一些有利措施，如夏閑田伏前深耕、秋作物行間及時中耕，并做好秋季、春季的保墑工作，適時耙耱鎮(zhèn)壓土壤，采用地膜或作物秸稈覆蓋保持土壤水分。我國北方采用蓄水窯窖，南方采用蓄水池(塘)，增產(chǎn)效果均十分明顯，有效提高了旱耕地生產(chǎn)水平和抗旱能力。在高度重視農(nóng)藝節(jié)水技術的基礎上，加強技術研究，利用噴灌、微灌、渠道防滲、管道輸水、膜上灌水等工程技術措施，提高灌溉水利用率。如吉林市采用的行走式機械節(jié)水播種及灌溉技術，甘肅省推廣應用的以日光節(jié)能溫室為主的各種設施農(nóng)業(yè)，湖北省十堰市推廣應用的地膜覆蓋栽培技術［7－9］等都是很不錯的嘗試。發(fā)展旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)是未來的發(fā)展趨勢，在節(jié)水方面還要加大宣傳培訓力度，提高節(jié)水意識，依靠科技進步，促進節(jié)水農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 土壤培肥，以肥調水

土壤有機質具有吸水劑或保水劑的功能。雨季土壤中的有機質可以吸收比自身大幾十倍的水，在干旱季節(jié)再逐步地釋放出來。土壤有機質還可改善土壤結構，增加土壤的孔隙度，從而增加土壤的蓄水能力。土壤有機質含量不僅是土壤肥力的重要指標，也是土壤碳匯的重要指標。發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)，可以推廣的土肥技術有測土配方施肥、增施有機肥、秸稈還田、種植綠肥、施用緩控釋肥等，這些措施不僅能減少化肥用量、降低生產(chǎn)成本、改善土壤環(huán)境、保護生態(tài)環(huán)境、降低某些病蟲害的發(fā)生，還能提高作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質，達到節(jié)支增收的目的。

4.4 農(nóng)業(yè)化學抗旱技術

農(nóng)業(yè)化學抗旱技術近十年來發(fā)展較快，已經(jīng)在一些地區(qū)和不同的作物上進行試驗，效果比較顯著。農(nóng)業(yè)化學抗旱節(jié)水系列技術包括4大類，即保水劑和抗旱型種子復合包衣劑、土壤結構改良劑和土面覆蓋劑、黃腐酸抗旱劑以及水面抑制蒸發(fā)劑等。當然，這些制劑在應用對象、使用時期和具體方法上各有不同。目前我國除土壤結構改良劑和水面抑制蒸發(fā)劑外，保水劑、抗旱型種子復合包衣劑和黃腐酸抗旱劑都已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化生產(chǎn)。

4.5 新型農(nóng)作物育種技術

旱作農(nóng)業(yè)的重點是選育抗旱節(jié)水品種、推廣高產(chǎn)作物品種、增加多年生牧草種植，以提高耕作土壤中的碳素儲備水平。培育氮素高效利用的農(nóng)作物新品種，減少N2O排放對環(huán)境的破壞，這些都是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應氣候變化的一些重要措施，有助于全球溫室氣體排放控制。分析總結國外的育種經(jīng)驗，建議將大面積中肥育種、高肥育種和節(jié)水耐旱型品種的培育及鑒定合為一體。2001年聯(lián)合國糧農(nóng)組織確認飼料桑是一種值得推廣的新型飼料，耐旱、速生，種時還不需澆定植水，在我國旱區(qū)栽培可適應年降水量180～200 mm的氣候條件，可在荒漠化草原地區(qū)種植，特別適于沙地種植［10］。我國的科研工作者在小麥、谷子、玉米、水稻、牧草等作物［11－16］上開展農(nóng)作物抗旱生理生態(tài)基礎研究，充分挖掘旱作農(nóng)區(qū)作物抗旱種質資源，利用細胞工程、染色體工程和基因工程技術，深入研究旱作作物抗旱遺傳機理和品種抗旱性改良技術途經(jīng)，篩選抗旱作物種群和選育抗旱作物品種，選擇培育出一批耐高溫、耐干旱的優(yōu)良品種，為北方旱區(qū)作物抗旱性研究和育種提供種質資源。

5 促進我國旱作農(nóng)業(yè)低碳化發(fā)展的建議

旱作農(nóng)區(qū)對節(jié)水技術與產(chǎn)品的需求相當大，國際市場前景廣闊，旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)技術本身也具有保護資源、可更新性和保持水土等良好的生態(tài)效應。從發(fā)達國家旱作農(nóng)業(yè)的低碳發(fā)展現(xiàn)狀來看，創(chuàng)新的著力點應當放在農(nóng)業(yè)技術以及節(jié)約能源消耗等環(huán)節(jié)上。如在機械方面，進行耕整地聯(lián)合作業(yè)機械的研究與創(chuàng)新，加強深松翻耕犁配套碎土裝置的多功能作業(yè)機械的開發(fā)，爭取實現(xiàn)只需一次作業(yè)就能把土地打造成理想的種床以及土壤“水庫”的目的。再者，積極研究農(nóng)機作業(yè)節(jié)能技術的新手段，并且針對不同旱區(qū)的特點，摸索出有針對性的抗旱措施，減少資源浪費與碳排放量。另外還要加強政府職能部門的政策引導與支持。

發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)，在農(nóng)業(yè)領域推行溫室氣體減排和適應氣候變化措施，提高農(nóng)業(yè)應對氣候變化能力，將是促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要途徑。作為世界上最大的發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟體的代表，中國政府已鄭重宣布，到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%，作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃［17］。如何通過一系列節(jié)水旱作農(nóng)業(yè)措施，在低碳農(nóng)業(yè)的指導思想下解決干旱問題，是擺在農(nóng)業(yè)工作者面前的一項艱巨任務。這對提高糧食產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入，以及保持水土，改善生態(tài)環(huán)境，都有著十分重要的意義。

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