第一節旱作農業機械化技術
一、概述
新中國成立後幾十年，在各級政府的重視和廣大農業機械化工作者的努力下，旱作（雨養）農業機械化獲得了巨大的發展。新中國成立前旱作農業沒有機械。新中國成立後，拖拉機和各種農業機械從無到有，都有了長足發展。但直至20世紀80年代初期，旱作機械化基本上是與灌溉地一樣的耕、耙、播、收，裸露休閑模式，對旱作農業的需要與特點研究不多。1983年全國旱作農業會議後，特別是1991年全國機械化旱作農業會議後，機械化旱作農業的研究有了快速發展，一大批農藝農機結合的機械化旱作農業模式研究、示範、推廣開來；大量新型旱作農機具不斷研製、試驗成功並投入使用。1995年全國農田水利基本建設會議、1998年全國旱作農業與節水灌溉技術研討會、1999年全國旱作節水農業現場會，進一步推動了發展機械化旱作農業的熱潮，並進行了初步總結。適合我國北方旱作農業特點的機械化旱作農業體係正在形成。
二、我國旱地農業生產條件
（一）幹旱與旱作農業區
幹旱是一種自然現象，也是世界性問題。我國旱地農業是指在半幹旱和半濕潤易旱地區，主要依靠天然降水從事生產的農牧業以及一些有限補墒灌溉的農牧業。我國以年降水量為標準來劃分一個地區是否幹旱、幹旱程度如何。年降水量在250毫升以下的地區為幹旱區，年降水量在250~450毫升的地區為半幹旱區，年降水量在450~600毫升的地區為半濕潤偏旱區。
旱地存在於世界上50多個國家和地區。世界上的基本作物，如小麥、高粱、穀子，大部分種植在旱地上。世界總耕地麵積約14平方千米，其中具備灌溉條件的不足15%，85%以上的耕地都是靠天然降水從事農業生產，即雨養農業。旱地農業中約有6平方千米位於年降水量低於500毫升以下的幹旱、半幹旱地區。
幹旱不僅與降水有關，還與蒸發密切相關。降水少、蒸發小，幹旱並不嚴重；降水少、蒸發大，才最幹旱。用與降水和蒸發兩個指標有關的幹燥度，能更科學地表明千旱情況。
例如，山西古縣年降水量為5501，潛在蒸騰量為1則幹燥度3.27。1991年聯合國環境署按濕潤指數（幹燥度倒數）把世界幹旱區分為4個地帶。
我國是主要的幹旱國家之一。幹旱、半幹旱及半濕潤偏旱地區的麵積占國土麵積的52.5%，旱地麵積占全國總耕地的3/4。旱地是相對水田而言，我國的旱地農業包括灌溉農業和旱作農業兩部分。在英美大百科全書中，對旱作農業即“旱農”有如下定義：“旱農是在有限降水，典型的是在少於500毫升年降水量的地區，不采用灌溉而種植作物的農業”。主要分布在昆侖山、秦嶺、淮河以北的16個省、市、自治區，比較集中的有內蒙古、甘肅、吉林、遼寧、寧夏、河北、山西、陝西、青海、新疆10省、自治區，其中前麵8省、自治區跨半幹旱偏旱、半幹旱、半濕潤偏旱地區，是旱地農業的重點。
年降水量250毫升以下的幹旱區必須有灌溉才有農業，有的幾年雨水蓄做一年用，有的一大片地（山地）雨水集中到一小片地（窪地）用等，不可能簡單地發展雨養農業。
（二）旱作農業生產的特點、問題和潛力
北方旱區一般降水少、氣溫低、風沙大、自然條件惡劣，經濟比較落後，產量低而不穩，特別是這些地區水土流失和風蝕沙化十分嚴重。資料表明，這些地區平均侵蝕模數為500，強烈侵蝕地區可達15000毫升，年據甘肅省水利廳資料，定西半幹旱黃土丘陵區，加劇了“旱，薄，粗，窮”的局麵。但是，旱區農業生產也有優勢所在，地域遼闊、土層深厚、人均麵積大、光照時間長、開發潛力大。以小麥、玉米生產為例，20世紀90年代初光溫生產潛力的開發僅左右，降水生產潛力開發27%左右。
由於沒有灌溉條件，旱作農業地區沒有光溫潛力的充分開發，重點是如何利用好天然降水，提高降水生產潛力開發程度。如開發程度能提高5%~10%，產量即可提高20%~40%據分析，開發程度不高的原因，一是沒有很好的蓄水保墒，水分流失大、無效蒸發大；二是土壤肥力不足，結構欠佳，不能利用好有限的水分；三是耕作管理粗放；四是品種、種植製度等問題。、
當前北方旱作以鏵式犁翻耕為主，運出（或燒掉）秸稈、深翻細耙、露休閑。春作物（玉米、大豆、春小麥等）的作業工藝為：春整地（淺翻、壓）―播種—田間管理（間苗、除草、追肥，中耕）—秋收獲—砍運秸稈—深翻―耙耱整地4冬休間；冬作物（冬小麥）的作業工藝為：秋整地（淺耕、旋耕、耙）―播種—作物越冬—田管理（除草、追肥、治蟲）―夏收獲―翻耕—耙壓整地—夏休閑。
使用農具為禪式犁、圓盤把、釘齒耙、環形或乂形鎮壓器及播種機械、收獲機械等。
翻耕可以翻埋肥料、雜草、殘茬，鬆土碎土，創造良好的種床，但地表裸露、蒸發大、水土流失嚴重；抗幹旱、抗低溫能力弱。需要研究適合旱區條件的耕作方法，發展機械化可持續旱地農業。
三、我國傳統的抗旱耕作技術
我國抗旱耕作曆史悠久，最早起源於公元前1000多年的西周時代。幾千年的曆史，從成功與失敗中發展了不同的抗旱耕作方法，積累了豐富的經驗。尤其是新中國成立以來，我國組織大量人力物力加強了對旱作技術的試驗研究和應用推廣。
（一）壟作法
這是一種在東北地區行之有效並沿用至今的防旱防寒耕作法。傳統上使用三角犁鏵起土成壟，加高壟台。壟作受光麵積大，白天可以提高地溫2-3攝氏度，夜晚因散熱大，溫度降低1~2攝氏度。利用壟上不同部位播種，可以抗禦旱澇災害，如一般幹旱時去壟台上的部分幹土，種子播在壟台的濕土上，最幹旱時播在溝裏。壟作可以減少風蝕，增加產量。寧夏回族自治區農業科學院試驗測得，壟作比平作增產土壤風蝕量減小90%沿以上。缺點是作業次數多，動土量大，蒸發較大。
（二）溝播法
這是在西北地區大量采用的一種抗旱耕作法。播種前先進行開溝作業，分開幹土，開出壟溝，溝內土壤含水量較高，或溝底雖為幹土但已經接近濕土層；播種作業時，開溝器在溝裏再開溝播種，使種子落在濕土上。也可以使用帶分土裝置的開溝器，直接在幹土上分開表層幹土，然後在濕土上開溝播種、覆土鎮壓，播後種子在溝裏，兩邊是幹土堆成的壟台。溝播優點為：溝深壟高，蓄納雨雪，土壤含水量高。
（三）沙田法
這是一種以沙石為覆蓋物的特殊耕作法。它可以減少土壤水分蒸發，提高土壤含水量。據報道，春旱時沙田土壤含水量13.8%，能滿足播種出苗，而土田僅為7.2%，不能播種。沙田還能防止土壤的水蝕風蝕，減少病蟲害等。一般年份，沙田穀物產量比土田高1~3倍。該法曆史悠久，有明顯的抗旱增產作用。但修沙田要耗1000-2000個人工，保持期為10-20年。由於勞力消耗太多，生產力水平低和不易機械化，因而主要在甘肅西部具備沙石資源的地區有一定的推廣麵積，進一步發展受到限製。
（四）覆蓋抗旱耕作法
地表覆蓋是半幹旱區廣泛推廣的一項旱作保墒技術。覆蓋材料可因地取材，傳統上有草肥鋪蓋、作物殘茬覆蓋等，近年來又大量發展了塑料薄膜覆蓋，應用於低溫幹旱地區。這種技術通過減少蒸發、增加土壤墒情、穩定地溫來實現提前播種，從而較大幅度地提高作物產量。草肥覆蓋是利用牧草、枯草、落葉和植物性廢棄物對耕地進行覆蓋。作物殘茬覆蓋，則是利用作物果實收獲後的秸稈及殘茬進行覆蓋，兩者具有大致相似的效果。但草肥來源有限、收集運輸也比較困難，大量使用的還是作物殘茬。塑料薄膜覆蓋除保墒外，還有很好的保溫作用。由於薄膜價格昂貴，以前多用在棉花、瓜菜、藥材等經濟作物上。近年來出現了超薄型塑料薄膜，已向玉米、小麥等大田作物發展。鋪膜種植有3種方式：
先播種、後鋪膜，出苗後人工在膜上打孔。
鋪膜開孔播種同時進行。先鋪膜後播種，種播在膜兩側或打孔播在膜中間。
鋪膜種植要求整地質量好，一般需要翻耕耙碎耙平或旋耕整地。鋪膜種植在幹旱寒冷地區有明顯的增產效果，存在的問題是成本較高，殘膜回收困難，殘膜積累引起白色汙染。為解決殘膜汙染問題，多采用倒茬的方法，即種植幾年鋪膜西瓜後，換種糧食等不鋪膜的作物，經過若千年休整清潔，再種植鋪膜西瓜。