新農科背景下水肥一體化知識體系的構建實踐與思考*

梁 飛, 鄭繼亮, 陳 晴, 王國棟, 魏兆猛

(1.伊犁師范大學資源與環境學院資源與生態研究所 新疆伊寧 835000;2.新疆心連心能源化工有限公司 新疆昌吉 832205;3.寧夏景潤工程技術有限公司 寧夏銀川 750004;4.新疆農墾科學院農田水利與土壤肥料研究所 新疆石河子 832000;5.中國農業出版社 北京 100125)

新農業是確保國家糧食安全之業,更是三產融合之業、綠色發展之業[1]。水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術,是國內外公認的一項高效灌溉和高效施肥技術,被譽為現代農業“一號技術”[2]。水肥一體化專業人才的培養和學科建設涉及農田水利與土壤肥料兩個基本學科,但目前在我國眾多高校中,農田水利屬于工科專業,多數高校將其設在水利與建筑相關學院;土壤肥料屬于農學專業,所在學院也多為資源環境學院;且多數高校的本科生和研究生課程中未設置與水肥融合相關的內容[2]。

隨著現代農業的快速發展,農業主體呈現出產業融合化、生產規模化和技術需求綜合化的趨勢,不僅需要大量高質量的農業科技人才,同時還需要更多融合掌握多門現代農業技術的多元復合型人才。在水肥一體化中,水肥是相對可調可控的,對于作物生長同等重要,且肥料必須溶于水才能被作物根系吸收,施肥亦能提高水分利用效率,水或肥的虧缺均對作物生長不利。因此,在新農科背景下,融合水肥一體化知識體系,讓灌溉人在工程設計和管理中能夠與肥料知識結合,設計出更符合農業生產的水肥系統;讓土肥人懂得灌溉,在水肥系統使用和作物管理中更好地應用綜合知識,將系統用得好、維護得科學[3],這對促進水肥一體化發展意義重大。

本文結合水肥一體化科普團隊(以下簡稱團隊)多年來對相關知識普及和技術推廣的實踐,并根據產業發展現狀和存在的問題,進行探索和創新,以期提高水肥一體化技術服務三農的能力。

1 灌溉與施肥發展歷史悠久,成效顯著

1.1 灌溉與施肥發展歷史源遠流長

我國應用肥料的歷史悠久,早在兩三千年前已有關于施用有機肥的文字記載,春秋戰國時期有“百畝之糞”“地可使肥,多糞肥田”“多用獸骨汁和豆萁做肥料”等記載。同樣,有關五千年前大禹治水的故事,《詩經》上記載有“滮池北流,浸彼稻田”;戰國時期修建的鄭國渠,灌溉了關中地區的4萬頃農田。明代徐光啟所著的《農政全書》,已經系統地將水利、農事、農本、農器等集于一體,詳盡記錄了灌溉、施肥等技術。1958年,毛澤東主席提出“土、肥、水、種、密、保、管、工”的“農業八字憲法”,精辟概括了我國當時農業生產發展的水平,同時也推動了水土肥與其他學科的融合。新時代,黨中央、國務院極大地推動現代農業建設,促進了水肥一體化的發展。

1.2 水肥一體化發展成效顯著

水肥一體化技術的大規模推廣和應用,取得了非常顯著的經濟、社會和生態效益。截至2020年底,全國水肥一體化技術應用面積超過1.5億畝(1畝=667 m2),其中新疆水肥一體化技術應用面積為6 426萬畝,占新疆耕地面積的52.6%。以新疆區域為例,農田毛用水量從2000年的12 535 m3/hm2下降至2020年的8 205 m3/hm2;2000—2020年間,全疆小麥、玉米、棉花分別增產了17.05%、17.96%、39.35%,大田滴灌節水增產效果明顯[4];新疆小麥氮、磷、鉀肥的平均利用率分別為41.4%、21.8%、45.2%,玉米氮、磷、鉀肥的平均利用率分別為46.9%、20.5%、49.6%,明顯高于全國平均水平[5]。另外,大田水肥一體化種植減少了機耕作業環節和次數,減輕了勞動強度,提高了勞動效率[6],大幅增加了農業工人的收入。

2 水肥一體化發展中存在的問題

2.1 水肥一體化工程有待系統性梳理

水肥一體化是一項從水源到田間的系統工程,也是一項從輸配水到水肥融合的系統性技術,然而目前水肥一體化工程多為點狀實施、星狀布局。在水肥一體化工程設計和實施過程中,對于流域的水資源調配和區域水量平衡缺乏整體考慮,造成區域地下水水位出現較大變動,甚至出現工程無水或者無電的情況。在水肥一體化首部樞紐系統和田間設計中,常按照單一作物、單一栽培模式布局,給輪作倒茬和增加糧食作物種植面積帶來較大的挑戰。在水肥一體化工程施工和設備選型中,對于土壤質地、灌溉水源、區域水熱條件等考慮得較少,影響了系統的使用壽命和穩定性。另外,目前絕大部分地區還未將水肥一體化工程和水利工程進行匹配,且田間設計和系統配置也不盡合理;同時,在水肥一體化工程的應用中經常發生出水樁流量與灌水器總流量之間出現較大差異,造成灌水器壓力過高或過低,影響水肥一體化的效果,特別是對田間灌溉和施肥的均勻度影響較大。

2.2 灌溉施肥設備與水肥一體化工程技術有待進一步融合

現代水肥一體化技術與設備作為舶來品,從以色列、荷蘭等國引入我國后,雖然已進行了較大的改進和升級,但我國國土面積大,區域作物種植類型和灌溉施肥制度差異較大,部分灌溉施肥設備在與水肥一體化工程融合中經常出現不適應、不匹配和功能過多造成浪費的現象。以施肥機在常規作物且土壤栽培的條件下應用為例,經常出現過度的智能化和設置不必要的pH、EC值檢測功能,致使設備造價高昂。果園水肥一體化中大規模應用常規滴灌帶,造成根系與水肥空間分布不一致,節水、節肥效果不明顯。另外,灌溉器材行業標準不足,生產不規范,產品質量不穩定,田間作業機械不配套,各地滴灌器材及產品成本仍較高;水溶性肥料產品市場不規范,產品檢測監督體系需要盡快建成。

2.3 水肥一體化技術普及率低

目前,相當部分的水肥一體化工程只注重田間裝備和工程,不重視與農藝技術結合,特別是未實施隨水施肥或是技術措施還未完全到位,水肥一體化的綜合效益沒有得到充分發揮。眾多用戶水肥管理未按照土壤養分情況和作物需肥規律進行,而是憑經驗操作,造成肥料配比、用量、滴肥時間及次數等不合理情況出現較為嚴重。另外,市場上銷售的水溶肥名為“專用”實為“通用”,肥料生產企業普遍不重視農化服務,多數企業只注重肥料配方的經濟性和產品的宣傳,對農民用肥指導、服務的少,造成肥料配方單一且不科學。尤其是在一些降水較豐富的地區,區域的農戶和相關企業的技術人員均未真正掌握水肥一體化的核心技術和理念,造成設備使用不合理、不規范,影響其效益的發揮。

2.4 缺乏懂肥料會灌溉的復合型人才

水肥一體化是一項系統工程,交叉學科多,涉及工程、農藝、生態、環境等多個方面,且水肥一體化在我國是一項新興技術,相關人員的認知水平和知識水平有待提高、基礎有待夯實、技術儲備有待加強,暫時還不足以支撐該技術的發展。基于水肥一體化本身的特殊性和工程經費的多元性,一項水肥一體化示范工程常由多家市場主體共同完成,而多市場主體和不同技術人員認知水平的差異,以及對灌溉和肥料二者重要性的認識和在工程中的重要性具有隨機性或主觀性,造成在灌溉施工時只關注灌溉相關因素,導致后期施肥時只能利用已建成的系統進行施肥,造成大量的水肥不融合。從兩個簡單的案例就可發現水肥不同步、不融合的嚴重性：第一個案例,河北某灌溉公司建設的水肥一體化示范基地選用總養分為64%的磷酸二銨作為滴灌肥;第二個案例,某肥料企業的產品供應給葡萄園后,種植戶反映滴灌帶被堵,該企業只從自身產品找原因,不了解葡萄園的砂石過濾器不維護會造成滴灌帶堵塞等基本常識。

3 水肥一體化知識體系構建的實踐經驗

為了讓灌溉能夠與肥料結合,土肥人要懂得灌溉;必須打破現有學科限制和自身的專業局限性,構建出一套能夠適用于灌溉、施肥以及農業技術人員和高校學生使用的知識體系。自2017年以來,團隊先后出版了《水肥一體化實用問答及技術模式、案例分析》《科學灌溉與合理施肥200題(雙色版)》《玉米地里的悄悄話——水肥一體化科普》《正確選用肥料與科學施肥知識問答》《節水農業實用問答及案例分析》等不同形式和內容的書籍,累計發行量超12萬冊。其中《水肥一體化實用問答及技術模式、案例分析》和《科學灌溉與合理施肥200題(雙色版)》先后入選2019年、2022年《農家書屋重點出版物推薦目錄》,發行范圍覆蓋全國31個省市區,在水肥一體化知識普及中起到了積極的推動作用。圖書出版發行后,得到新華網、新疆生產建設兵團網站主頁、《兵團日報》等眾多媒體的支持,起到了很好的宣傳和普及作用;相關水肥一體化科普工作也得到農業農村部網站主頁和《農民日報》的報道;主編也獲得了第七屆新疆科學普及獎。

歸納總結,水肥一體化知識體系構建和推廣經驗主要包括以下幾個方面。

(1)理論聯系實踐,實踐結合理論,科研人員與工程技術人員對內容互相驗證。在知識體系構建過程中,產學研用編五方一直緊密結合、協同運行,企業全程參與,在素材、案例等方面支撐體系構建;高校、科研單位進行試驗和理論研究,在理論和內容方面不斷提升;眾多用戶的反饋,實現知識體系的優化升級。

(2)水肥融合,灌溉與施肥技術人員分別創作自身熟悉的內容并互相學習,爭取能夠彼此讀得懂。體系構建中互相擔任審稿人和踐行者,做到灌溉企業在灌溉設計和施工中要充分考慮作物的需肥規律、施肥模式及肥料溶解特性等基本因素;肥料生產企業在推廣應用中要充分考慮肥料與灌溉水的反應、肥料對灌溉系統的影響、施肥過程實現水肥融合等。

(3)知識問答、技術模式與工程案例互相補充。鑒于水肥一體化是服務于農業生產實踐的技術,從業者文化水平和專業認知差異較大,市場主體也多樣,故打破教科書模式,采用碎片化的知識問答、直接應用于生產的技術模式、可以參考借鑒的工程案例相結合,以及圖片和視頻相結合的模式,實現知識的傳播和對應用的指導。同時團隊緊密聯系生產實際,通過水肥一體化研討會、示范田、現場會、科技之冬培訓、線上線下培訓等方式開展相關活動,將水肥管理的知識理念普及到不同人群中,讓更多的人接受水肥一體化知識。

4 水肥一體化知識體系構建的思考

(1)堅持不斷創新。水肥一體化是一個在變化中不斷完善和更新的知識體系,相關的技術和設備也日新月異。因此,在水肥一體化知識體系構建的過程中,只有不斷完善和提高創作者的知識水平和認知水平,才能構建出更加適用的、符合生產實踐的知識體系。同時,在構建過程中要不斷更新與創新,才能形成更加符合大眾的知識普及體系。

(2)打破學科限制。水肥一體化技術的灌溉和施肥是一項系統工程,交叉學科多,涉及多個方面,目前由兩個主體在推動,單一學科背景的工程技術人員和企業均無法構建出能夠融合灌溉和施肥,或符合農機農藝的知識體系。因此,打破學科限制,重新組合才可能構建出符合水肥一體化生產實際的知識體系。

(3)助力產學研融合。高校和研究單位在理論研究、細化技術模式方面具有技術和人才優勢,但是水肥一體化工程建設和系統使用主要由企業和基地運行,具體效果企業更加清楚,且后期推廣應用也多數由企業進行。因此,產學研用融合才能更好地構建水肥一體化知識體系,使其更加實用、貼近生產。

(4)領悟知識體系。水肥一體化的應用受區域氣候、土質、地形、作物類型及當地技術人員知識水平的影響較大,因此在構建知識體系過程中,一定要充分了解學科背景、區域水土氣肥特征,才能形成好的技術方案和模式;同時深入了解基層技術人員和農戶的需求,才能形成大眾能夠讀得懂、用得上的知識體系。

5 結語

2019年6月28日,全國涉農高校的百余位書記、校長和專家學者共同發布了“安吉共識——中國新農科建設宣言”,明確指出新農科建設需要肩負四大使命,即主動服務好脫貧攻堅、鄉村振興、生態文明和美麗中國建設[1]。在我國勞動力轉移和農業人口下降、傳統農業種植方式將不能滿足現代農業生產需要的時代背景下,水肥一體化作為現代農業發展中的重要環節和抓手,構建好水肥一體化知識體系,推廣應用好該技術具有重要的時代意義。因此,在水肥一體化知識體系構建中需要投入更多的人力物力,同時也需要全行業的參與和努力,從專業書籍、課程設置、人才交流、樣板示范等方面推動學科的發展。