如何无损失或少损失土壤中贮藏的当地年降雨量，保水、保肥、保土。如何促进农作物经济有效地利用当地的降水及贮藏在土壤中的水分。如何防止或减少水分从土壤表面的直接蒸发。如何改善农田环境及小气候，控制或减少农作物的水分蒸腾损失。如何最经济有效的利用当地的地面水或地下水，补充土壤水分的不足及防止发生土壤次生盐渍化。如何选育适合干旱、半干旱环境条件的作物类型和品种，研究轮作方式，栽培技术及合理的科学经营方式与土地利用问题。研究干旱、半干旱地区农产品的品质特点及其适当的加工利用方式。
二、干旱农业技术研究的意义
1.增产潜力大
一是产量低增产潜力大，干旱地区亩均粮食170千克，每毫米降水亩产不足0.3~0.2千克，与常规生产能力0.5千克相比尚有一倍增产潜力。二是面积大增产潜力大，旱粮田占耕地面积80%，增产总量大。三是综合增产技术潜力大，可比原生产能力提高50%~80%。
2.推动作用大
一是在实现农村奔小康战略目标中的作用大。二是在建设农业强区中的作用大。三是在实现粮食增产目标中作用大。四是对贫困地区脱贫致富意义重大。
三、干旱农业技术研究对象
1.蓄水保墒和提高水分利用率为中心的耕作改制研究
水分胁迫是北方旱地农业生产中最重要的制约因素，旱地土壤水主要来源是自然降水。通过人为耕作等措施，是增加土壤蓄水，减少水分消耗，提高水分利用率的重要途径；也是旱地农业生产具有广泛实用意义的主要研究内容。
以改土蓄水保墒为中心的农田基本建设是旱地农业的基础，统一规划，综合治理，修建各种梯田、沟坝地，进行小流域治理，在坡耕地和丘陵地区，采用等高耕作、垄作、坑田、丰产沟种植，都有聚水保肥、增加产量、提高水分利用率的功效。例如：北京地区创造的蓄水覆盖丰产沟耕作法，概括为“生土上翻，熟土回填，水平丰产”，将传统耕作经验与现代农业技术相结合，使粮食亩产提高到400~600千克，把400毫米的年降水利用率由38.5%提高到82.5%，每毫米降雨平均产粮1.535千克，为改造我国北方丘陵旱坡低产田找到一条希望之路。
干旱地耕作技术要重视耕作方式研究，及其他保墒土壤耕作方式，如深松、少耕免耕、砂田耕作法、秸秆、地膜覆盖及化学保水剂的试验应用等。传统的干旱地耕作体系和方法，是我国农业精耕细作的重要组成，深耕深施肥是建成抗旱稳产型土体构造的必要措施。本身弱点是长期使用拖拉机翻耕，引起土壤水分损失，有机质消耗，增加成本，不利于保水、保土等。因此在干旱地农业生产中，对传统耕作法要从实际出发采用，对需要翻压的绿肥地、牧草地、熟荒地、大量施有机肥地及需要改良熟化下层土壤的地是必要和有益的；但对水土流失的坡耕地和需要做好蓄水保墒的旱区耕地就不宜连年采用。要以保护农田，蓄水保墒为特征的新耕作法代替传统耕作法。如宁夏海原县试验的残茬覆盖深松法，在两米土层内比翻耕法多蓄水14.04毫米和35.14毫米；小麦增产8%和20%。宁夏盐池县在干旱少雨条件下，采用深松法1米土层内有效水增加7%~21%，30~60厘米土层内有效水增加30%以上。
在春旱严重的半干旱地区，采用免翻留茬沟种玉米，大旱年份相比垄台种植，在0~40厘米土层含水量增加0.6%~2.2%，玉米产量提高31.26%。利用小麦沟播机沟播集中施肥，较平播增产14.7%~20%。
在干旱、半干旱条件下，耕作或播种后附加覆盖的，可提高蓄水保墒效果，覆盖效果：砂石＞残茬＞薄膜＞干土＞不覆盖。利用作物残茬覆盖比较简便易行，能收到明显的蓄水保墒效果，在坡地覆盖还有保水、保肥、保土效果。长期覆盖还有增加土壤有机质含量，提高干旱地土壤肥力的作用。秸秆覆盖有些地区由于饲料燃料较缺，推广还有一定困难。利用塑料薄膜覆盖增温保墒效果好，但因成本较高，也难大面积应用。各种耕作方法的使用都有一定的局限性，如何建立不耕免耕的轮耕制，结合不同地形土壤、种植制度，是干旱地区农业技术研究的一项重要内容。
2.土壤与作物的水分动态管理研究
对干旱农田水分动态变化的研究，搞清规律有助于地的蓄水保墒工作；也为制定种植耕作计划提供科学依据。主要是不同土壤类型的水分动态规律研究，即土壤水分的季节变化和垂直变化。北方旱区土壤水分的季节变化，可分为墒情相对稳定期或冻结期，失墒期及墒情恢复期；各时期出现的早晚、持续的时间，各时期内占优势的土壤湿度范围，土壤水分循环的深度及水量，均因地理位置、土壤性质等因素的差异而不同。土壤墒情恢复期和失墒期，随各地雨季和暖季来临的时间，自南向北逐渐提早，冻结或墒情稳定期也相应缩短。
土壤水分的垂直变化，在地表0~20厘米是活跃层，极易受大气层因子的影响，干湿变化明显。30~50厘米为较稳定层，大气因子影响较小，为作物根系的密集分布区。50厘米以下受大气影响微弱，水分变化主要受作物根系吸水影响，变幅较小。稳定层是旱地土壤积蓄水分的主要层次，10~60厘米的物理蒸发消耗约占田间持水量的25%；60厘米以下占10%。
对作物需水量的研究主要是：（1）根据当地的气候计算作物的蒸散量，对照降雨量分析水分盈亏。（2）根据田间试验测出作物的耗水量，结合土壤与作物水分动态与管理研究，分析旱作条件下，作物生产潜势，特别是自然降水的生产潜势，揭示环境因子可能实现的最高产量，以及影响最高产量实现的主要限制因子，提出解决问题的措施和途径。
3.土壤培肥与施肥技术研究
北方干旱地区农作物生产发展的关键在于水分不足，但是在现有降水条件下，制约农作物产量的主要因素是土壤瘠薄，肥力不足。西北黄土高原主要作物耗水系数，春小麦每千克为1.67毫米，冬小麦为0.8~1.01毫米，玉米为0.75~1.05毫米，糜子为1.48~1.78毫米，油菜为1.48~4.52毫米。播前土壤贮水达到田间持水量时的水分生产效率，小麦为0.51~1.35千克/毫米·亩；谷子为0.46~0.79千克/毫米·亩。北方旱地每毫米的降水可生产粮食0.5~0.9千克，目前现状，大多数粮食亩产只有100千克左右，与降水潜力差距很大。主要原因是土地缺肥，所以土壤贫瘠是干旱地区农业生产的重要限制因素，改变干旱地区农业低产面貌，既要重视水，也要重视肥，合理施肥培肥土壤，以肥调水，充分发挥自然降水增产潜力具有普遍意义。
土壤培肥的关键是扩大农田系统的物质循环，逐步提高系统内有机质的积累和分解，以及养分输入和输出之间的平衡水平。要通过正确的途径和措施培肥地力，正确的培肥措施是：重视有机肥的生物养田作用，同时增加化肥投入，充分发挥化肥在增产中的关键作用。施肥技术水平的高低，对水分和肥料的利用率有重要影响。农作物由于水分因素制约，有时施肥过多肥效下降，而导致减产。土壤有效水分高低是影响农田施用化肥效果的主要制约因素。以10%的土壤含水率作为施肥交应的临界值，在1O%以上随水分递增，肥效就越显著；在10%以下施磷仍有增产作用，施氮肥呈负效应。量水配方施肥是提高肥效的重要措施。在宁夏固原实践证明：山区梯田谷子，施肥和降雨配合，通过迫施化肥，做到前重后足，充分发挥和利用化肥效应，亩产可高达517.5千克。
4.农业节水技术研究
主要是指节水农业技术和节水灌溉技术。根据当前农业生产中水浪费现象，我们必须采取以下几种措施。
（1）采用抗蒸渗或低蒸渗供水输水系统。
（2）增种节水作物，适水种植，改进耕作技术，培肥地力，蓄水保墒，提高水分利用率。
（3）开展三水（降水、地面水、地下水）统管并用，充分合理利用地下水。
（4）改革传统的灌溉制度，灌溉关键水，求得灌溉水的最高总体效益。
（5）采用节水增产的灌溉办法等。
从农业生产看，灌溉水的利用率不到50%，在缺水的广大干旱地区因地制宜，充分利用一切可供灌溉的水资源，就成为干旱农业生产研究中的重要内容。建立高效灌溉制度，适时适量灌水技术，实施合理最优的灌水方案，获取作物产量和品质最佳的经济效益等研究以及节水型的畦灌技术，覆膜条件下的沟灌技术，膜上灌水技术，低压管道和喷灌技术，科学利用咸水灌溉等研究。
5.作物抗旱机制、抗旱指标与抗旱育种研究
干旱缺水对作物生理功能及产量均有严重影响，但不同作物品种对干旱具有不同适应能力。有的可通过生育期判别而具有避早性，有的可通过低耗节水而具有御旱性，有的因耐亏缺、耐干燥而具有耐旱性。了解作物对干旱的适应方式和能力，就可以因地制宜布局作物，趋利避害，发挥作物固有的抗旱作用。急需深化研究较多的是作物抗旱机制、抗旱指标、抗旱性鉴定和抗旱育种等。
在作物抗旱机制与指标方面的研究，包括形态指标如外部形态特征、叶面积大小变化、叶片着生角度、根系发育延伸深度、宽度及分枝、气孔特性等；生理特征如光合作用、抗脱水性等；生化特征如脯氨酸积累、蛋白质和核糖酸酶活性等；田间鉴定指标。
抗旱育种是对付干旱的有效手段，引入抗旱生理育种，主要有维持干旱胁迫下的植物蒸腾，提高作物对水分的利用效率，提高干旱胁迫下的收获指数等。这些都是最有效、最受重视的抗旱策略手段。
6.旱区综合治理与抗旱综合增产技术研究
干旱地区必须依靠区域的综合治理与抗旱农业综合增产技术的应用，这也是国家重大攻关研究项目。开展多学科专业联合攻关和综合治理的配套科学实验，使水土流失得到控制，土地生产力成倍提高，群众生活大为改善。由广种薄收、越垦越穷的恶性循环中摆脱出来，逐步走上退耕还林还牧，农、林、牧副综合开发的轨道。
总之，对抗旱农业增产系统研究，要从根本上扭转因干旱少雨、土壤瘠薄、耕作粗放而形成的干旱地区农业产量长期低而不稳的落后局面；必须确定以提高降水保蓄率和水分利用率为中心。通过不同类型地区进行蓄水保土培肥应用，把先进的单项增产技术及时组装配套，最终形成包括种植制度、土壤耕作、施肥培肥和主要农作物栽培技术比较完整的综合配套增产技术体系。因地制宜地应用抗旱农业生产结构，建立旱地农作物的规范化栽培技术体系；筛选出抗旱高产良种。总结出粮、经、饲作物相结合，用地养地相结合的增产增收种植制度；推广应用蓄雨保墒效果较好的土壤耕作技术体系和农田培肥、保水抗旱、蒸腾抑制、结构改良剂等水分保蓄技术。
（第四节）农业抗旱技术及措施概论
一、农业抗旱技术体系
（1）总结推广现有成功的技术经验；（2）旱地环境控制的技术体系；（3）旱地水资源管理的技术体系；（4）以生物机能提高环境资源利用效率的技术体系；（5）土壤培肥的技术体系；（6）农村能源建设的技术体系；（7）试验推广适用的新技术。
二、抗旱农业技术
（1）休闲和农作物合理布局；（2）抗旱耕作法；（3）营养防旱；（4）抗旱作物和品种；（5）抗旱播种方法；（6）抗旱田间管理；（7）其他抗旱技术。
采用抗旱技术要传统方法和现代技术相结合。传统抗旱方法如引水提水、深耕蓄水、锄划保墒、打埂围捻、改土增肥、抢墒播种、点浇保苗等，以投入活劳动为主，简便易行；具有广泛的适用性。
现代抗旱技术如水利工程、抗旱机具、保水药剂、地膜覆盖、喷灌技术、管道输水、抗旱育种等，以投入物化劳动为主；技术含量较高，增产效果显著。在抗旱中，应针对当地的具体情况，综合采用各种措施，收到事半功倍的效果。
根据全国干旱地区的实际状况，应突出宣传组织实施全面重点推广综合配套增产技术体系，即一优二调三改四结合的旱作农业综合配套增产技术。
一优是大力推广抗、耐旱作物优良品种，可增产5%~10%。
二调是调整旱地作物种植结构和品种结构，通过调整种植结构，挖掘作物自身的抗旱耐旱能力，稳定提高旱地作物产量。调整品种结构是以市场为导向，以高产优质高效为目标，引进推广抗旱优质作物要常年坚持；抗旱要抗在无旱时，变被动为主动。
三改是改“三跑田”为“三保田”，培肥改土及耕作改制。在山区对25°以下坡耕地，通过建设机械化宽带梯田，种植生物埂等措施，实现保水、保土、保肥。在丘陵平原沙地，通过客土压沙、植树防风、间栽桑条等，实现保水、保土、保肥。当前旱地的特点是投入少、地力差、产量低，制约生产的问题在旱，但解决问题的关键在肥。只有施有机肥不断增加土壤有机质，改善土壤结构，才能实现以肥调水、以肥壮根、以根抗旱增产。主要措施有：以无机肥促有机肥，粮肥轮作、休闲耕作，秸秆直接还田、过腹还田、覆盖还田等。根据雨季不同，降水时空分配不均的特点，通过错季栽培把作物的生育特点与当地的降水规律有机结合起来，最大限度的提高自然降水利用率。主要技术有春麦夏播、夏棉春播、春玉米夏播等。
四结合是农机与农艺技术的结合，工程与生物技术的结合，蓄墒与保墒技术的结合，传统抗旱经验与现代抗旱技术的结合。
1.调整作物结构与选用抗旱作物优种相结合适度调整和压缩小麦、玉米耗水系数较高作物的播种面积，扩大谷子、高粱、薯类、豆类等耐旱作物的播种面积；同时引进筛选推广适宜种植的旱地优良品种。发挥品种自身的抗旱节水生理优势，使产量、经济效益大幅度增长。
2.传统旱作措施与现代旱作技术相结合对传统的蓄水保墒精耕细作、锄划耙擦等抗旱措施，进行总结和提高；同时与秸秆覆盖、地膜覆盖、稀土抗旱剂、生长调节剂应用等现代旱地技术相结合，提高旱地作物抗旱增产效果。
3.农机与农艺措施相结合在旱地大面积推广机耕机播、机械深松耕沟播等农机措施。
4.工程措施与生物措施相结合旱地农业的核心是蓄住天上水，保住地中墒，用好土壤水，采取修建旱井窖池等设施，拦蓄降雨形成的地表径流，干旱时用于农田。
修建高标准旱地基本农田，推广综合增产配套技术可收到明显效果。这样自成生态体系，规模化实施进入良性循环，促进农村经济的全面发展。
（第五节）抗旱耕作技术