鄧 忠，翟國亮，呂謀超，李 迎，宗 潔，蔡九茂，馮俊杰(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所/河南省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗室， 河南 新鄉(xiāng) 453002)

干旱是世界性的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[1,2]，在我國發(fā)生的氣象災(zāi)害中，干旱災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)威脅最大，造成農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失較嚴(yán)重。近年來，我國幾乎每年都要遭受不同程度的旱災(zāi)，而且受旱程度呈逐年增加的趨勢。1999-2002年我國北方連續(xù)4年嚴(yán)重干旱，其中2000年為新中國成立以來最嚴(yán)重的旱災(zāi)，全國農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)4 054萬hm2，絕收800萬hm2，因旱災(zāi)損失糧食近600億kg，經(jīng)濟(jì)作物損失510億元[3]。2005年云南、廣西發(fā)生近50年來少見的嚴(yán)重春旱，2006年出現(xiàn)川渝特大夏伏旱，2009年中原地區(qū)大旱，造成中原4省市500多萬hm2農(nóng)田受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300億元[4]。2010年我國西南地區(qū)五省市遭受百年一遇旱災(zāi)，受災(zāi)農(nóng)田面積652萬hm2，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)500億元[5]，2014年河南遭受了63年以來的特大干旱，全省50%的河流斷流，大部分地區(qū)秋糧作物受旱，產(chǎn)量嚴(yán)重下降甚至絕收。類似的旱災(zāi)同樣發(fā)生在我國華南、華東、東北等地區(qū)，分布范圍越來越廣[6]。干旱在中國似乎已經(jīng)成為一種常態(tài)，旱災(zāi)已經(jīng)成為導(dǎo)致糧食產(chǎn)量波動的主要的自然力量，直接威脅國家糧食安全。本文研究了我國農(nóng)業(yè)干旱發(fā)生的特點(diǎn)及應(yīng)對干旱的技術(shù)現(xiàn)狀，對未來我國農(nóng)業(yè)應(yīng)對干旱災(zāi)害的技術(shù)進(jìn)行展望，為更好地解決我國農(nóng)業(yè)干旱問題提供參考。

1 干旱發(fā)生特點(diǎn)分析

分析干旱災(zāi)害發(fā)生的特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：一是發(fā)生頻率高。我國每年大約有14種氣象災(zāi)害(干旱、洪澇、臺風(fēng)、低溫、風(fēng)雹等)發(fā)生，其中干旱災(zāi)害平均每年發(fā)生7.5次[7]。歷史記載，公元前206-1949年的2 155 a，發(fā)生干旱達(dá)1 056次，平均每2年發(fā)生1次。1950-1990年的41 a，有11年發(fā)生重、特大干旱，發(fā)生頻次為27%。1991-2008年的18 a間，有7 a發(fā)生重、特大干旱，平均不到3 a就發(fā)生1次，發(fā)生頻次為38.9%[8]。二是持續(xù)時間長。近年來連季干旱、連年干旱的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。以貴州省為例，從2009 年7月-2010 年4 月，全省降雨較常年大幅度減少，氣溫持續(xù)偏高，干旱持續(xù)時間最長的興仁縣長達(dá)242 d，長時間的干旱對作物造成了嚴(yán)重影響[9]。2006年夏季-2007年春季，重慶、四川發(fā)生百年不遇的夏秋冬春四季連旱。連年干旱的現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，1997-2000年，北方大部分地區(qū)持續(xù)3年發(fā)生嚴(yán)重干旱。三是受災(zāi)范圍廣、經(jīng)濟(jì)損失大。近幾年在傳統(tǒng)的北方旱區(qū)旱情加重的同時，南方和東部多雨區(qū)旱情也在擴(kuò)展和加重，范圍遍及全國。大面積旱災(zāi)造成我國糧食總產(chǎn)量下降，影響整個國家糧食安全。四是突發(fā)性和季節(jié)性較強(qiáng)。這種突發(fā)性旱災(zāi)，目前的預(yù)警技術(shù)還無法準(zhǔn)確預(yù)報出干旱發(fā)生的時間與嚴(yán)重程度，而且季節(jié)性干旱在我國各地頻繁發(fā)生，呈規(guī)律性上升趨勢[10]。

2 農(nóng)作物抗旱技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)藝抗旱技術(shù)

農(nóng)藝技術(shù)對于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收具有重要的意義，在實(shí)現(xiàn)作物抗旱過程中也發(fā)揮著不可替代的作用。針對不同地域氣候特點(diǎn)，各地形成了不同的農(nóng)作物抗旱技術(shù)。如在我國西南丘陵區(qū)，集成了不同季節(jié)抗旱的關(guān)鍵技術(shù)：春旱區(qū)實(shí)施“座水種、蓋地膜、優(yōu)套作”的抗旱增產(chǎn)防控技術(shù)，夏旱區(qū)實(shí)施“調(diào)模式、雙覆蓋、等雨播、適時補(bǔ)灌”的避旱增產(chǎn)防控技術(shù)，秋旱區(qū)實(shí)施“深松土、秸稈蓋、廂面種”的抗逆增產(chǎn)防控技術(shù)[11]，這些技術(shù)在農(nóng)作物上的應(yīng)用取得顯著的抗旱效應(yīng)。西北雨養(yǎng)旱區(qū)集成了旱地春玉米的抗旱保苗豐產(chǎn)技術(shù)：以土壤水分為調(diào)控指標(biāo)，以墑情定播期，以播期定品種，適時調(diào)節(jié)播種期，實(shí)現(xiàn)了降雨高峰與玉米需水高峰相吻合[12]，農(nóng)作物達(dá)到較好的雨水利用，實(shí)現(xiàn)有效抗旱。近年來，甘肅中東部旱作區(qū)大面積推廣的玉米全膜雙壟溝播技術(shù)，是一種新型抗旱耕作技術(shù)，集覆蓋抑蒸、壟溝集雨、壟溝種植技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)就地入滲、雨水富集疊加、保墑蓄墑的顯著效果[13]。砂田是我國西北干旱、半干旱地區(qū)獨(dú)特的一種抗旱耕作方式，在農(nóng)田采用鋪壓砂礫石，達(dá)到較好的蓄水保墑、抑制蒸發(fā)和保持水土流失的作用，很好地抵御了季節(jié)性干旱的問題。因地制宜地實(shí)施各種農(nóng)藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的避旱、御旱和抗旱，實(shí)現(xiàn)作物的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。

2.2 農(nóng)業(yè)化學(xué)調(diào)控技術(shù)

農(nóng)業(yè)化學(xué)抗旱節(jié)水技術(shù)是一種特殊的減災(zāi)技術(shù)[14]，它是通過利用化學(xué)物質(zhì)改善土壤和作物水分狀況，促進(jìn)土壤-作物-大氣連續(xù)體(SPAC)的水分平衡與高效運(yùn)轉(zhuǎn)，減少土壤水分的無效散失、滲漏，以及植物葉面水分的低效運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到提高植物的生產(chǎn)力和水分利用效率的目的。目前應(yīng)用較多的化學(xué)制劑主要包括土壤保水劑、植物抗蒸騰劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等。

土壤保水劑能增強(qiáng)土壤保水性，改良土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤水分養(yǎng)分流失，提高水肥利用率。研究表明，小麥、大麥、玉米、馬鈴薯等作物應(yīng)用復(fù)合包衣劑后，可顯著提高低土壤濕度條件下的出苗率，增產(chǎn)幅度達(dá)13.8%以上[15]。植物抗蒸騰劑的代表性產(chǎn)品-“FA旱地龍”在我國大部分省區(qū)大面積的推廣應(yīng)用，結(jié)果表明，施用“FA旱地龍”后糧食作物增產(chǎn)10%～15%，經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)15%～40%，節(jié)水20%～30%[16]。植物生長調(diào)節(jié)劑種類繁多，主要包括生長素(IAA)、矮壯素(CCC)、多效唑(PP333)等，研究表明[17]，小麥拔節(jié)后10 d施多效唑具有明顯的控長效應(yīng)，促進(jìn)根系生長，提高根冠比，促進(jìn)籽粒灌漿和提高千粒重，達(dá)到了增產(chǎn)的目的?；瘜W(xué)抗旱技術(shù)具有使用方法簡便、使用時期靈活的特點(diǎn)，對于季節(jié)性干旱區(qū)，可根據(jù)干旱發(fā)生的時期和不同作物的生長發(fā)育特性靈活安排使用，以適應(yīng)季節(jié)性干旱的波動性和變異性。

2.3 應(yīng)急性抗旱技術(shù)與裝備

應(yīng)急抗旱主要用來解決作物發(fā)生干旱的正常生理需水而進(jìn)行的臨時性灌溉技術(shù)，在干旱發(fā)生過程中可靈活運(yùn)用，具有移動方便快捷、灌溉高效的特點(diǎn)，達(dá)到作物的應(yīng)急性抗旱。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所研發(fā)的“農(nóng)業(yè)抗旱用輕型成套滴灌系統(tǒng)機(jī)具”[18]，操作簡便、應(yīng)用靈活，2009-2010年在寧夏鹽池縣馬鈴薯種植中推廣應(yīng)用，起到了較好的節(jié)水抗旱效益，較常規(guī)澆灌節(jié)水50%，增產(chǎn)29.38%。該單位研發(fā)的“移動式灌溉車”[19]，具有結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便、快捷的顯著優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合不同灌溉方式迅速的進(jìn)行農(nóng)田灌溉，產(chǎn)品在四川省遂寧市進(jìn)行了3年的示范推廣，在干旱季節(jié)發(fā)揮了應(yīng)急抗旱的功效，受到用戶的廣泛青睞。中國灌溉排水發(fā)展中心研發(fā)的“自驅(qū)動集成式一體化滴(噴)灌機(jī)”[20,21]，產(chǎn)品將傳統(tǒng)滴(噴)灌系統(tǒng)的首部集成為一個可移動的一體化設(shè)備，無需拆卸和安裝，取水靈活，在多種水源條件下均可進(jìn)行灌溉作業(yè)，適用于平原地區(qū)和坡度較小的丘陵地區(qū)使用，尤其適用于零散地塊作業(yè)和應(yīng)急抗旱。另外，輕小型移動式噴灌機(jī)是近幾年發(fā)展迅速的一種節(jié)水灌溉設(shè)備，產(chǎn)品輕巧靈活，便于移動，適用性強(qiáng)，在小型田塊、丘陵山區(qū)等應(yīng)急抗旱非常實(shí)用。

3 我國農(nóng)業(yè)應(yīng)對干旱存在問題與展望

3.1 主要問題

(1)對主要農(nóng)作物干旱發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究不足。小麥、玉米、水稻等是我國主要的糧食作物，種植地域廣泛，干旱發(fā)生規(guī)律和特征不盡相同。我國華北平原地區(qū)主要采取冬小麥和夏玉米一年兩茬為主的種植模式，近年對此地區(qū)及農(nóng)作物抗旱減災(zāi)技術(shù)鮮有報道[22,23]，但是華北平原灌區(qū)農(nóng)作物受旱的現(xiàn)象卻經(jīng)常發(fā)生， 2014年河南發(fā)生的特大“夏旱”造成玉米在大喇叭口期的“卡脖子旱”而無法抽雄，大面積農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收，反映了人們對大旱以及連旱認(rèn)識的不足。西北旱區(qū)是種植春玉米的重要生產(chǎn)基地，但是由于地域廣闊，氣候因素變化幅度大，造成干旱的因素也較多，不易掌握。水稻種植主要分布于我國南方地區(qū)，雖然水熱資源豐富，但降水的季節(jié)分布不均，大部分地區(qū)存在明顯的干濕季，近年時而會發(fā)生嚴(yán)重的季節(jié)性干旱。因此，迫切需要開展我國不同區(qū)域農(nóng)作物干旱發(fā)生規(guī)律的認(rèn)識和研究，為我國農(nóng)業(yè)抗旱避災(zāi)提供科學(xué)參考。

(2)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)推廣不夠。隨著氣候的日益變暖，干旱程度日益加重，在農(nóng)業(yè)灌溉中采用先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)，包括工程節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水和生物節(jié)水等技術(shù)是時代的需求。長期以來, 我國在旱作農(nóng)業(yè)研究方面呈明顯的“重北方輕南方”局面，南方地區(qū)的旱作農(nóng)業(yè)研究以單項的、零散的研究居多，缺乏對南方旱作農(nóng)業(yè)的系統(tǒng)性研究，嚴(yán)重地制約著這些地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展。以四川省為例，區(qū)域性缺水、季節(jié)性缺水問題比較突出，季節(jié)性干旱發(fā)生頻率達(dá)95%[24]，但針對坡耕地的集雨補(bǔ)灌灌溉制度與灌溉技術(shù)研究不夠，尚無簡便、實(shí)用、高效且易于推廣應(yīng)用的節(jié)水灌溉模式，導(dǎo)致作物對降雨的有效利用率不高。

(3)對適合我國區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的應(yīng)急抗旱裝備研發(fā)不足。我國農(nóng)村種植作物種類繁多，田塊分散且面積小，不適合機(jī)械化大規(guī)模作業(yè)，大部分旱地農(nóng)業(yè)山丘區(qū)地形起伏大，一些降雨、河水、坑塘水等無法及時地引入農(nóng)田進(jìn)行灌溉，造成作物干旱。以我國西南地區(qū)四川省為例，85%以上土地是坡耕地，土層薄，土壤水庫容小，但是大部分小水庫、小堰塘、水池、水窖等小型蓄水設(shè)施配套程度低，天然降雨大部分成為無效徑流[25]。我國雨養(yǎng)旱區(qū)如甘肅、寧夏、陜西等，部分地區(qū)也配備了一些小型的移動抽水機(jī)組，但是沒有充分利用地形地勢進(jìn)行合理的蓄集降雨，在播種季節(jié)或大旱來臨時，有限的水源在短時間內(nèi)抽空而不能得到充分合理利用，造成很大浪費(fèi)。因地制宜地研發(fā)一些小型的、簡易的移動式節(jié)水灌溉機(jī)具，充分利用其自身優(yōu)勢達(dá)到應(yīng)急性抗旱，最大可能地減少經(jīng)濟(jì)損失。

(4)對農(nóng)田發(fā)生干旱的預(yù)警技術(shù)和防控預(yù)案研究不足。以往應(yīng)對重大自然災(zāi)害的經(jīng)驗表明風(fēng)險規(guī)避比搶險救災(zāi)具有更重要的意義[26]，但農(nóng)業(yè)干旱監(jiān)測作為減輕農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失與影響的重要途徑，是目前干旱研究的薄弱環(huán)節(jié)?？购倒ぷ魇且豁棸ê登邦A(yù)防、旱期抗災(zāi)以及旱后恢復(fù)的一個完整過程，目前我國大多數(shù)地區(qū)沒有實(shí)行抗旱預(yù)案制度，遇到旱情，臨時組織發(fā)動，臨時采取措施，這樣常會導(dǎo)致抗旱決策缺乏周密計劃和全面考慮，達(dá)不到真正抗旱的目的。對旱情監(jiān)測、預(yù)報、評估以及抗旱水源的合理配置等非工程措施重視不夠，沒有建立比較科學(xué)的旱災(zāi)評估體系。

3.2 展 望

(1)加強(qiáng)對農(nóng)作物干旱發(fā)生發(fā)展及其危害特征規(guī)律研究。我國西北雨養(yǎng)旱地年降水量不足400 mm，播種期干旱已成為影響玉米出苗及群體產(chǎn)量的主要因素，如何進(jìn)行御旱和避旱，是雨養(yǎng)旱區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物抗旱的主要途徑。華北大部分地區(qū)冬小麥生育期內(nèi)自然降水較少，冬小麥生長均處于水分虧缺狀態(tài)，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)必須通過補(bǔ)灌，而玉米生育期內(nèi)多年平均水分條件基本能滿足其生長需求，但由于年際較大，季節(jié)性干旱時常發(fā)生。不同作物、品種，以及不同生育時期作物對缺水的敏感性差異很大，因而災(zāi)害后果也不相同。如甘肅省旱地玉米生育期最佳的補(bǔ)灌時期應(yīng)在大喇叭口期[27]，此期為大氣干旱階段，否則會造成玉米在此生育期的干旱而最終影響籽粒產(chǎn)量。因此，需加強(qiáng)對各地不同農(nóng)作物干旱發(fā)生規(guī)律的研究，為更好地做到應(yīng)對干旱打下堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。

(2)大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，提高作物水分利用效率。農(nóng)業(yè)是用水大戶，在農(nóng)業(yè)灌溉中采用先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，如滴灌、噴灌、管灌等技術(shù)是我國建設(shè)節(jié)水型社會的必然要求。根據(jù)作物不同生育階段需水規(guī)律和當(dāng)?shù)亟邓⒄舭l(fā)特點(diǎn)及土壤水分狀況，制定合理的灌溉制度，既滿足作物需水又不浪費(fèi)水資源。另外，各地需大力發(fā)展干旱綜合防御集成技術(shù)，由于不同生育階段的生物量累積對水分虧缺反應(yīng)的敏感性、后效性不同，在生產(chǎn)中抗旱技術(shù)單一，缺乏應(yīng)變性，所采取的措施往往達(dá)不到預(yù)期的抗旱效果，必須發(fā)展農(nóng)田節(jié)水、保水技術(shù)和農(nóng)業(yè)適水種植的作物布局與耕作技術(shù)[28]。以西南地區(qū)四川省發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)為例，應(yīng)當(dāng)把工程措施、生物措施、農(nóng)藝措施、化學(xué)措施等有機(jī)結(jié)合起來,構(gòu)建節(jié)水型農(nóng)作制度是西南丘陵旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

(3)研發(fā)適合我國區(qū)域生產(chǎn)特點(diǎn)的應(yīng)急性抗旱裝備。良好的灌溉設(shè)施是減輕干旱災(zāi)害最有效的方法，我國華北、西北平原區(qū)應(yīng)對干旱可配備一些大中型的節(jié)水灌溉機(jī)具，如噴灌機(jī)，一次灌溉面積可達(dá)幾百畝甚至上千畝，應(yīng)急性抗旱灌溉效率非常高。我國南方由于地勢的原因，在作物發(fā)生干旱時無法配備大中型的灌溉設(shè)備，需開發(fā)出家戶用、輕小簡裝式、適宜于小水源的抗旱裝備，以增加應(yīng)對突發(fā)性旱情的快速處理能力。同時積極尋找應(yīng)急抗旱水源，科學(xué)布置小型蓄水工程(塘堰、坑壩、水池等)，充分發(fā)揮小水源所具有的解決零星分散干旱地區(qū)生產(chǎn)生活用水的突出功效。

(4)大力開展干旱預(yù)警監(jiān)測技術(shù)研究。干旱是一種自然氣候現(xiàn)象，不可避免的，它有一定的波動性和周期性，這一點(diǎn)無法人為改變[29]。但是，通過科技進(jìn)步，加強(qiáng)對干旱的監(jiān)測和管理(遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等)，最大限度地減少旱災(zāi)帶來的損失。一是加強(qiáng)抗旱信息化建設(shè)，建立、完善水文氣象的干旱預(yù)報預(yù)警機(jī)制和大范圍旱情監(jiān)測體系，做到信息共享、獲取及時，建立起土壤墑情旱情測報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。二是加強(qiáng)在旱情監(jiān)測、識別和評估以及抗旱減災(zāi)風(fēng)險評價、預(yù)警和管理等關(guān)鍵技術(shù)方面的研究，提高我國干旱災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警能力和綜合防御能力, 增強(qiáng)對干旱災(zāi)害的可預(yù)見性和綜合響應(yīng)能力。

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