如何发展旱作农业，关系到我国粮食生产的“半壁江山”。近年来全球极端天气频发，旱地如何实现稳产高产？尤其是东北黑土区超一半的旱田，如何解决产能提升和黑土地保护两难的问题？经过40多年的探索，辽宁省农业科学院旱地耕作制度创新团队探索出资源高效型种植、旱地水资源高效利用、黑土地保护性耕作技术模式，为推动粮食产能提升和黑土地保护利用提供了借鉴。
日暖风畅，黑土茫茫。辽西北的玉米已有齐肩高，正是夏日渐长的好时光。
辽宁省阜新蒙古族自治县（以下简称“阜新县”）阜新镇他本扎兰村有一块近300亩的试验田，这是种植大户马献明心里的宝地。“阜新‘十年九旱’，过去有的年头，坡地上经常颗粒无收。这些年通过新品种、新技术和保护性耕作的应用，不仅玉米亩产达800公斤以上，还养肥了黑土地。”说起多年来地里的变化，马献明分外喜悦。
在阜新县阜新镇沙扎兰村，有一个旱作农业科研基地，两幢平房，十间屋，一个院子，几亩地，这是辽宁省农业科学院旱地耕作制度创新团队的众多实验基地之一，也是我国旱作农业科学研究最早的启航地之一。
旱作农业，又叫旱地耕作或雨养农业，是完全依靠自然降水——雨水进行农业生产的耕作方式。旱地耕作制度创新就是通过技术改进一个地区的种植制度和养地制度，提高雨水利用效率，实现耕地可持续利用和粮食高产稳产。
我国约一半的耕地属于旱地，如何在这些旱地上利用好雨水，进行农业生产，关系着我国粮食生产的“半壁江山”。随着近年来，全球气候变化加剧，极端天气频发，旱地如何实现稳产高产？尤其是东北黑土区超一半的旱田，如何在保护中利用，在利用中保护，解决产能提升和黑土地保护两难的问题？
40多年来，辽宁省农业科学院旱地耕作制度创新团队（以下简称“旱作团队”或“团队”）在自然禀赋“先天不足”的风沙半干旱区，立足旱地耕作制度不断创新，一步步探索出适合旱地的一系列资源高效型种植、旱地水资源高效利用、黑土地保护性耕作技术模式，把丰收的希望播撒到千家万户。
科技共建42年
“种一坡收一车，打一簸箕煮一锅，吃一顿剩不多。”这是20世纪80年代阜新县当时流传的顺口溜，也是当地长期广种薄收的真实写照。
阜新县地处蒙古高原至辽河平原的过渡带，六成以上的耕地为坡耕地，是典型的风沙半干旱区，降水少，土壤风蚀沙化严重。过去，先天的自然条件制约，使得这里粮食平均亩产不足200斤，当地农民长期吃返销粮解决温饱。
1982年，辽宁省农业科学院（以下简称“省农科院”）耕作栽培所所长、全国旱作农业科研带头人之一的李庆文研究员，率领60多人的科技团队，在阜新县沙扎兰村建立了旱作农业科研基地，发起对传统农业的技术改革，探索构建粮食高产稳产技术体系。
旱地耕作的主要目标就是留住“天上水”，保住“土中水”，防止农田土壤被风吹蚀，保墒保肥，实现作物稳产增产。
李庆文带着团队，系统分析了当地自然状况，发现除了引进适宜的作物新品种，解决水的问题是关键。为了准确掌握降水和土壤水的变化规律，李庆文带领团队建立了多个观测站，每年4月到11月，每5天观测一次。晴天一身汗，雨天一身泥，团队通过分析连续多年积累的数十万个数据，探明了区域农田土壤水分变化规律，提出了半干旱地区六项综合增产的新技术：改晚播为适时早播，改化肥浅施为分层深施，改浅播为深沟播，改老品种为杂交种，改苗期浅蹚为中耕深松，改连年翻地为隔年深松。
阜新县通过推广这些技术，1990年全县粮豆总产6亿多公斤，农业总产值6.2亿元，均比1982年翻了两番多。李庆文带领团队用8年时间将靠吃返销粮的阜新县变成了“国家商品粮生产基地县”和辽宁省粮食总产第二大县，解决了当地吃饭“自给”的问题。
同时，作为阜新县科技副县长的李庆文，还根据当地气候特点，提出了大力发展畜牧业和林果业的建议，通过种植结构的调整，不仅提高了农业综合产出效益，还发挥了林果防风固沙改善生态环境的作用，推动了阜新县成为“全国秸秆养牛示范县”和“优质果品生产基地县”。
1992年，小时候挨过饿，一心“想让更多人吃饱饭”的孙占祥从沈阳农业大学毕业，分配到省农科院工作。作为当时省农科院为数不多的全日制硕士毕业生，院领导认为，好钢要用在刀刃上。于是，报到当月，孙占祥就被派驻阜新县旱作农业科研基地“蹲点”，这一去，就是10年。
孙占祥的到来，让当时年近六旬的李庆文感到，自己有了“接班人”。当时正值“八五”科技攻关的关键时期，李庆文让孙占祥全程参与课题，从方案设计到做实验再到报告撰写。这样的“压担子”是莫大的信任，也意味着巨大的责任。
那时，基地生活条件简陋，门前一口井，院前一片地，土房、土路、土设备，交通靠走，取暖靠炭。可就在这不大的土院落，孙占祥“接棒”李庆文继续带领团队开启了我国旱地耕作制度的又一轮全新探索。
团队首席科学家孙占祥（前排左一）带领团队成员开展田间数据调查。
科研难度大，一个现象需要多年持续观察，每天至少有半天待在田里。夏天做实验，春天、秋天做指导，冬天搞培训，孙占祥干得无比踏实。在旱作团队的共同努力下，“八五”期间，阜新、彰武两县结束了长期吃返销粮的历史，双双跨入国家商品粮基地县行列。
到1996年，参加工作仅4年的孙占祥已成为旱作团队的中流砥柱，随后担纲主持了国家“九五”至“十三五”期间的一系列重大科技攻关课题，并荣获“九五”国家重点科技攻关计划先进个人。省农科院与阜新市开展科技共建42年，如今，阜新市全市粮食产量由共建前的14亿斤提高到了53亿斤。
从解决温饱到稳产高产
过去的阜新县，“十年九旱，靠天吃饭”，当地农民这样形容。
建设镇德一村年近80岁的老支部书记徐占利回忆，上世纪80年代，村里种的传统红高粱品种，亩产只有500斤，不仅产量低，而且口感涩、味道差，也卖不上价。为此，旱作团队利用外出调研的机会，带着县农技人员跑了全国许多地方，引进了两个适宜当地种植的高产高粱品种，分别是酿酒用的“高粱527”和食用的“高粱0-30”。
“‘0-30’这个品种，是白高粱，不仅亩产超千斤，而且口感好，就跟吃白面似的，香！”徐占利谈道，旱作团队引进的各种新品种，在过去物资匮乏的年代，解决了当地农民的温饱问题。
通过引品种、调整种植结构、改变种植习惯解决了基本温饱后，孙占祥带着团队开始思考如何实现抗旱稳产丰产。
水资源短缺是农业长期面临的主要问题之一，尤其在干旱、半干旱地区，如何用好有限的天然降水，提高水的利用效率，是实现抗旱丰产的关键。
通过连续多年监测，孙占祥发现，土壤冬春季存在着无效蒸发过高的现象。于是，他提出通过地表覆膜的方式保水保墒，为来年春玉米的播种留住“土中水”；同时，他与阜新县农机局联合研发了深松铲，在玉米拔节初期、雨季到来前进行深度松土，扩大土壤库容，提高土壤的蓄水能力留住“天上雨”。
据测算，通过这样一套节水技术体系，平均每亩地可以多蓄纳16至19吨水，这相当于在土壤中储存了一场中雨的降水量，大大提高了玉米等作物的耐旱抗旱能力，保障了作物稳产高产。2000年，该旱作节水项目通过国家验收，为我国东北、西北8000万亩的风沙半干旱区提供了较成熟的农林牧持续综合发展典型模式。
如今，阜新市已成为全国旱作节水农业技术研发、示范、应用的重要代表区域。在耕作制度方面，针对旱地施肥技术落后、肥料利用率低的问题，旱作团队提出了“选择高效利用肥料的作物品种、施肥期后移、分次施肥”的技术模式，在保证粮食产量不减少的前提下可以节省三分之一的肥料，还降低了面源污染的风险。
“2015年以来，通过选育耐旱早熟玉米品种、玉米高效群体构建、玉米花生间作轮耕、交替间隔深松耕作、坡耕地垄膜沟种、全降解地膜覆盖、地膜减量施用及易回收、秸秆还田与碳氮互作8项技术的示范推广应用，阜新县共建立核心示范区1740亩，辐射推广70余万亩，增加粮食产量约7万吨，新增经济效益9800余万元。”作为旱作团队的一员，刘洋自2015年被派到阜新县担任科技副县长，他告诉记者，有了好技术，还要做好、做细农技推广。
阜新县每户农民家里，几乎都有这样一款特殊的挂历，红色封面上，烫金字印刷着一副对联，上联是“藏粮于技推进减肥增效”，下联是“藏粮于地提升耕地质量”，横批“沃土生金”。翻开挂历，每个月份页，都印着彩色的图文农技知识：玉米缺磷的表现和应对措施，花生缺钾的表现和应对措施……图片形象，文字易懂，一目了然。
“以前发小册子、明白纸，农民不爱领，领了也不愿留着看。印成挂历后，农户每年春节前后，都会主动来问、来领。”阜新县现代农业服务中心主任苏建党回忆，旱作团队这样一个不起眼的小改进，解决了当时农技推广“最后一公里”的问题。为此，团队带头人孙占祥还主动让出基层培训的讲课费，给农户定制挂历。
解决了基本温饱，实现了粮食稳产，旱作团队开始思考如何推动阜新农业结构调整，经济发展实现规模化。
1997年阜新县要建设一个现代农业示范带，县里把电话打到孙占祥那儿。他二话不说，带着团队做调研，粮油、农机、水利、林果业……一个行当一个行当地逐一研究学习。选产业，做设计，写报告……全程主导完成规划项目。
这样的传统一直延续下来，到“十三五”期间，针对阜新县花生、玉米、旱作节水、肉羊、蔬菜、果树等6大类特色优势产业的特点，省农科院又重新调整了阜新县科技共建专家团队，以家庭农场、合作社和示范户为抓手，建立特色产业示范基地，发展壮大村集体经济、促进农民致富。
至今，阜新县已完成200万亩现代农业示范带建设，彰武县也在旱作团队的帮助下，入选了农业农村部农业现代化示范区。“这么多年，农业上有什么事，都习惯找省农科院。”阜新、彰武两县的农业干部都对旱作团队的“全能”“接地气”印象深刻。
引品种，改农机，做农技推广，进行产业规划……像李庆文那样，孙占祥带领团队接了许多不是“分内”的事：踩泥土，察农情，与农民交朋友……科技共建42年，团队的初心从未改变，实现了农业技术落地，让更多人吃饱饭。
“九五”以来，旱作团队逐步建立了“基地+新型农业经营主体+农技服务团队”的成果转化模式，充分调动农技人员、企业、农户的积极性，提高了农业新技术、新成果的转化率，解决了农业科技成果转化“最后一公里”的问题。
“十二五”以来，新技术成果累计应用面积达6440万亩，新增粮食30.62亿公斤，新增产值82.3亿元，产生了良好的经济、社会和生态效益。
从“用地”到“养地”
在粮食高产稳产的基础上，近年来，孙占祥带领团队把研究重点放在了黑土地的永续利用上。
马献明和孙占祥相识于2001年，彼时一位是阜新县阜新镇他本扎兰村农民，一位是省农科院的栽培所所长，辽北的风吹得漫天是土，两人一走一过，全身都是沙子。
“在老一辈人眼里，俺村的地又黑又肥，夏天一挖，全是蚯蚓。”马献明发现，这些年，儿时的黑土变硬了，粮食产量也上不来。马献明的体验并非个例，过去，当地农民习惯了精耕细作，大量施用化肥，再加上风沙侵蚀，导致土壤风蚀退化，有机质降低，黑土地“变薄、变瘦、变硬”。孙占祥看着熟悉的黑土地，想探索出适合这片土地的养地、用地模式。
彼时，秸秆还田、不动土或少动土、适当轮作的保护性耕作模式怎么落地，全国各地都在摸索。解决黑土地保护的问题，最直接的办法是休耕，但土地休耕时间长、面积大，对粮食紧平衡的国家、地区来说，实施难度大。因此，需要找到一种既能养地力，又能保产能的耕作模式。
2001年，孙占祥在阜新镇包下马献明的10余亩农田，开始保护性耕作试验。从种到收，孙占祥带着团队一年往返沈阳和阜新20余次，有时一待就是一个星期。
辽宁省阜新县阜新镇他本扎兰村300亩试验田里，实施保护性耕作技术5年以上的土壤剖面。
马献明也说干就干，秋收时，当别的农户都把地清理得不剩一根草刺的时候，他的试验田里，横七竖八地“躺着”一堆秸秆，成了名副其实的“脏地”。
来年春天，按照保护性耕作的方式，马献明将秸秆一行行归集起来，露出一行行苗带，进行免耕播种，随后便是焦急的等待。到了出苗的时候，别人家地里，玉米苗都破土而出了，马献明的田里却迟迟不见出苗，于是他打电话给孙占祥。“秸秆覆盖的田块，地温偏低，出苗会晚一些，但产量不会少。”孙占祥的回复给马献明吃了“定心丸”。
果然，5天后马献明的田里，玉米苗一下长出来了，苗又高又壮，结出的籽粒更饱满，到了秋收，马献明比其他农户每亩多打了两百多斤粮。随后，马献明又将保护性耕作田块扩大到300亩。
2020年，国家启动《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020—2025年）》，在东北区域推广应用保护性耕作技术。孙占祥和马献明的试验田，迎来一批又一批的访客。
马献明在试验田里挖了一个1米多深的大坑，透过挖开的土壤剖面可以看到，过去地下20厘米深的犁底层消失了，取而代之的是上下一致松软的土层，玉米根系扎到了地下1米多深，这不仅意味着土壤容纳降水的能力增大了，更意味着作物根系吸收土壤中水分的空间扩大了。经省农科院测算：当地实施保护性耕作的农田，比传统耕作的农田，作物的耐旱时间可以延长约一周时间。
马献明领着访客走在田里，高兴地合不拢嘴：“看这土多肥厚，多松软，玉米长得多好！”
“通过监测发现，在旱年头（欠水年），仍然能保持玉米亩产700至900公斤的稳定产量。”孙占祥介绍，这种保护性耕作模式能保墒培肥抗旱，在欠水年份，仍可实现增产效果。
经过20多年的探索，如今以团队的技术为支撑，阜新县实施保护性耕作面积405.5万亩，促进粮食增产4.87亿斤，节本增效6.73亿元，成为全国高标准高质量保护性耕作示范样板。团队研发的“玉米秸秆全量还田+免耕播种+二比空种植及玉米+豆科作物间作轮作”技术模式，创造了丰水年、平水年和欠水年单产波幅低于8%的北方旱作农业记录，在辽西北多个地市应用超1000万亩，增产粮食8亿吨，节本增效20亿元，并在黑龙江、吉林、内蒙古东四盟等同类地区广泛推广应用。
从阜新到全国
在旱作农业领域深耕多年，孙占祥带领旱作团队把关注的目光从阜新市扩大到东北、华北等北方旱作农业地区，研究领域从耕作制度，到以水资源高效利用为核心的抗旱丰产技术，再到与固碳减排相关的气候型智慧农业模式。
不同于具体的农业技术研究，耕作制度就是“明确什么地适合种什么庄稼、怎样种庄稼，用什么方式种庄稼，是间作，轮作，还是套作。”孙占祥形象地介绍道，研究成果是发到农民手上一本本操作手册，让农民一看就懂、一学就会。这种研究难成名、难获利，但却是解决农业技术成果转化的关键所在，所以孙占祥带着团队始终坚守在这个偏冷门的领域做研究。
东北地区是我国最大的商品粮生产基地，粮食产量占全国四分之一以上，其中80%由旱田贡献。
团队通过研究近50年来全球气候变化对东北地区主要旱田作物布局的影响，发现了不同熟期品种种植边界呈现“北移东扩”的特征。
东北地区北部受积温影响，应是大豆主产区；东北地区西部、内蒙古东部，包括阜新市和沈阳市的康平县、法库县，受水资源不足影响，应是杂粮、杂豆、薯类、花生的适宜区……孙占祥在国际上首次创建了集作物生产潜力、气象灾害、地理信息等多因素联合评价的作物种植区划分方法，提出“扩玉减麦”（扩大玉米、减少春小麦）的增粮策略，为东北地区粮食产量大幅度提升提供了理论和技术支撑。
除了“抬头看天”关注气候等对作物产量的影响，旱作团队还“低头看地”，关注土壤与作物生产的关系。通过探明作物产量与土壤理化性质之间的关系，旱作团队提出了作物高产耕层构建的理念，确定了东北地区不同类型土壤的玉米高产耕层标准参数阈值，建立了多种土壤轮耕体系及耕层培肥方法，集成了“北部粮豆轮作、中部局部深松、中南部有机无机配施、西部间套作和蒙东南田间优化配置”5套适合东北不同类型区的耕作制度综合技术体系，实现了区域农业生产技术制度化，为旱地种植业高质量发展提供了技术支撑。
为更进一步破解地力退化和产能提升两难的问题，旱作团队将气候、作物、土壤三者协同研究，创建了用地、养地结合的耕作制度模式，构建了“玉米/大豆轮作+原垄卡种”“玉米秸秆全量覆盖+比空种植+深松蓄水”等多种适合不同区域的耕作制度综合技术体系，使东北示范区地力提升了0.5个等级，作物增产10%，技术覆盖率达43%。
2021年，在一项针对秸秆可持续还田与土壤健康的项目中，孙占祥任首席技术顾问，他带着旱作团队联合多家科研单位在东北、华北等多个县区开展试验示范。“河北的点位处在华北地下水超采漏斗区，秸秆还田技术模式首要考虑节水；山东的点位有作物高产要求，一年两季，土壤消耗较大，秸秆还田方式首要考虑土壤培肥。”承接华北地区研究组的中国农业大学农学院副教授赵鑫回忆，从研究之初，孙占祥就提出了针对不同地区分类分区研究的思路，并指导各技术组，要充分考虑各地自然禀赋的不同，开展试验研究，主导技术要着重解决当地面临的突出问题。
黑龙江桦川县地温偏低，过去传统的秸秆全覆盖还田方式会造成来年播种时地温回升慢，影响出苗，孙占祥建议研究组尝试秸秆条带还田加少耕的方式，促进苗带回温，既保证出苗和产量，又实现了不同条带间休耕养地。“后来，这种模式成了当地主推的秸秆还田技术模式。”赵鑫补充道。
最终，该项目构建了适宜东北、华北不同地区的秸秆还田固碳增产技术模式，作物平均增产8%以上，实现了保证粮食安全、适应气候变化和固碳减排“三赢”效果。
桦川县悦来镇双兴村玉成现代农机专业合作社负责人李玉成，近年来明显看到了秸秆还田的效果。“秸秆覆盖还田让土壤有机质增加，配合粪肥还田和测土配方施肥，化肥用量降低，黑土地松软了，粮食产量也提升了，2016年之前每公顷水田粮食产量不到8.5吨，现在都在9吨以上。”李玉成说。
“做研究、做技术，要‘讲武德’。”孙占祥半开玩笑地说，做研究最怕陷入技术流，任何技术都有其区域适应性的限制，没有一种技术是“放之四海而皆准”的，充分考虑各地的气候、资源承载力等要素禀赋，因地制宜才能让科技创新推动农业生产力的进一步发展。
截至目前，旱作团队的研究成果累计在辽宁、黑龙江、吉林、内蒙古东四盟地区的应用面积超过1.5亿亩，创造经济效益超百亿元。
“国家农业环境阜新观测实验站”“农业农村部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站”“中国农业大学研究生校外实践的基地”……如今的阜新县旱作农业科研基地，被赋予了更多的使命，有了更多的头衔。
院前的试验田，被分隔出一个个小田块，作为理论研究实验微区。“这块地是白伟的实验区，看看不同的耕法对于土壤耕层和作物生长发育的影响；这块地是张哲的，研究土壤改良对作物产能提升的影响；这块地用于玉米和花生间作试验……”孙占祥边走边一一介绍。
像当年的李庆文一样，现在，孙占祥也投入大量的精力培养年轻人。“今年4月的全国保护性耕作现场演示会，白伟主讲的；冯良山多次主持了国家重点科研项目，也开始挑大梁了！”孙占祥说年轻人有干劲，理论也扎实，多给机会，多压担子，璞玉浑金，精雕细琢，农业科技才会后继有人。
黑土无言，风沙漫漫。又是一年春种夏长，省农科院旱地耕作制度创新团队在广袤的黑土地上耕耘不辍，描绘出了旱作农业可持续发展的蓝图。
作者：农民日报·中国农网记者 于险峰 李清新
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