新農(nóng)科背景下水肥一體化知識體系的構(gòu)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(xué)資源與環(huán)境學(xué)院資源與生態(tài)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(shù)有限公司 寧夏銀川 750004;4.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所 新疆石河子 832000;5.中國農(nóng)業(yè)出版社 北京 100125)

新農(nóng)業(yè)是確保國家糧食安全之業(yè),更是三產(chǎn)融合之業(yè)、綠色發(fā)展之業(yè)[1]。水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù),是國內(nèi)外公認的一項高效灌溉和高效施肥技術(shù),被譽為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“一號技術(shù)”[2]。水肥一體化專業(yè)人才的培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)涉及農(nóng)田水利與土壤肥料兩個基本學(xué)科,但目前在我國眾多高校中,農(nóng)田水利屬于工科專業(yè),多數(shù)高校將其設(shè)在水利與建筑相關(guān)學(xué)院;土壤肥料屬于農(nóng)學(xué)專業(yè),所在學(xué)院也多為資源環(huán)境學(xué)院;且多數(shù)高校的本科生和研究生課程中未設(shè)置與水肥融合相關(guān)的內(nèi)容[2]。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)主體呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)融合化、生產(chǎn)規(guī)模化和技術(shù)需求綜合化的趨勢,不僅需要大量高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)科技人才,同時還需要更多融合掌握多門現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的多元復(fù)合型人才。在水肥一體化中,水肥是相對可調(diào)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(nóng)科背景下,融合水肥一體化知識體系,讓灌溉人在工程設(shè)計和管理中能夠與肥料知識結(jié)合,設(shè)計出更符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水肥系統(tǒng);讓土肥人懂得灌溉,在水肥系統(tǒng)使用和作物管理中更好地應(yīng)用綜合知識,將系統(tǒng)用得好、維護得科學(xué)[3],這對促進水肥一體化發(fā)展意義重大。

本文結(jié)合水肥一體化科普團隊(以下簡稱團隊)多年來對相關(guān)知識普及和技術(shù)推廣的實踐,并根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題,進行探索和創(chuàng)新,以期提高水肥一體化技術(shù)服務(wù)三農(nóng)的能力。

1 灌溉與施肥發(fā)展歷史悠久,成效顯著

1.1 灌溉與施肥發(fā)展歷史源遠流長

我國應(yīng)用肥料的歷史悠久,早在兩三千年前已有關(guān)于施用有機肥的文字記載,春秋戰(zhàn)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(guān)五千年前大禹治水的故事,《詩經(jīng)》上記載有“滮池北流,浸彼稻田”;戰(zhàn)國時期修建的鄭國渠,灌溉了關(guān)中地區(qū)的4萬頃農(nóng)田。明代徐光啟所著的《農(nóng)政全書》,已經(jīng)系統(tǒng)地將水利、農(nóng)事、農(nóng)本、農(nóng)器等集于一體,詳盡記錄了灌溉、施肥等技術(shù)。1958年,毛澤東主席提出“土、肥、水、種、密、保、管、工”的“農(nóng)業(yè)八字憲法”,精辟概括了我國當(dāng)時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平,同時也推動了水土肥與其他學(xué)科的融合。新時代,黨中央、國務(wù)院極大地推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè),促進了水肥一體化的發(fā)展。

1.2 水肥一體化發(fā)展成效顯著

水肥一體化技術(shù)的大規(guī)模推廣和應(yīng)用,取得了非常顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。截至2020年底,全國水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積超過1.5億畝(1畝=667 m2),其中新疆水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積為6 426萬畝,占新疆耕地面積的52.6%。以新疆區(qū)域為例,農(nóng)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(chǎn)了17.05%、17.96%、39.35%,大田滴灌節(jié)水增產(chǎn)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(yè)環(huán)節(jié)和次數(shù),減輕了勞動強度,提高了勞動效率[6],大幅增加了農(nóng)業(yè)工人的收入。

2 水肥一體化發(fā)展中存在的問題

2.1 水肥一體化工程有待系統(tǒng)性梳理

水肥一體化是一項從水源到田間的系統(tǒng)工程,也是一項從輸配水到水肥融合的系統(tǒng)性技術(shù),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(shè)計和實施過程中,對于流域的水資源調(diào)配和區(qū)域水量平衡缺乏整體考慮,造成區(qū)域地下水水位出現(xiàn)較大變動,甚至出現(xiàn)工程無水或者無電的情況。在水肥一體化首部樞紐系統(tǒng)和田間設(shè)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(zhàn)。在水肥一體化工程施工和設(shè)備選型中,對于土壤質(zhì)地、灌溉水源、區(qū)域水熱條件等考慮得較少,影響了系統(tǒng)的使用壽命和穩(wěn)定性。另外,目前絕大部分地區(qū)還未將水肥一體化工程和水利工程進行匹配,且田間設(shè)計和系統(tǒng)配置也不盡合理;同時,在水肥一體化工程的應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生出水樁流量與灌水器總流量之間出現(xiàn)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(shè)備與水肥一體化工程技術(shù)有待進一步融合

現(xiàn)代水肥一體化技術(shù)與設(shè)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(qū)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(shè)備在與水肥一體化工程融合中經(jīng)常出現(xiàn)不適應(yīng)、不匹配和功能過多造成浪費的現(xiàn)象。以施肥機在常規(guī)作物且土壤栽培的條件下應(yīng)用為例,經(jīng)常出現(xiàn)過度的智能化和設(shè)置不必要的pH、EC值檢測功能,致使設(shè)備造價高昂。果園水肥一體化中大規(guī)模應(yīng)用常規(guī)滴灌帶,造成根系與水肥空間分布不一致,節(jié)水、節(jié)肥效果不明顯。另外,灌溉器材行業(yè)標準不足,生產(chǎn)不規(guī)范,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,田間作業(yè)機械不配套,各地滴灌器材及產(chǎn)品成本仍較高;水溶性肥料產(chǎn)品市場不規(guī)范,產(chǎn)品檢測監(jiān)督體系需要盡快建成。

2.3 水肥一體化技術(shù)普及率低

目前,相當(dāng)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(nóng)藝技術(shù)結(jié)合,特別是未實施隨水施肥或是技術(shù)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(fā)揮。眾多用戶水肥管理未按照土壤養(yǎng)分情況和作物需肥規(guī)律進行,而是憑經(jīng)驗操作,造成肥料配比、用量、滴肥時間及次數(shù)等不合理情況出現(xiàn)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(chǎn)企業(yè)普遍不重視農(nóng)化服務(wù),多數(shù)企業(yè)只注重肥料配方的經(jīng)濟性和產(chǎn)品的宣傳,對農(nóng)民用肥指導(dǎo)、服務(wù)的少,造成肥料配方單一且不科學(xué)。尤其是在一些降水較豐富的地區(qū),區(qū)域的農(nóng)戶和相關(guān)企業(yè)的技術(shù)人員均未真正掌握水肥一體化的核心技術(shù)和理念,造成設(shè)備使用不合理、不規(guī)范,影響其效益的發(fā)揮。

2.4 缺乏懂肥料會灌溉的復(fù)合型人才

水肥一體化是一項系統(tǒng)工程,交叉學(xué)科多,涉及工程、農(nóng)藝、生態(tài)、環(huán)境等多個方面,且水肥一體化在我國是一項新興技術(shù),相關(guān)人員的認知水平和知識水平有待提高、基礎(chǔ)有待夯實、技術(shù)儲備有待加強,暫時還不足以支撐該技術(shù)的發(fā)展。基于水肥一體化本身的特殊性和工程經(jīng)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(shù)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(guān)注灌溉相關(guān)因素,導(dǎo)致后期施肥時只能利用已建成的系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(shè)的水肥一體化示范基地選用總養(yǎng)分為64%的磷酸二銨作為滴灌肥;第二個案例,某肥料企業(yè)的產(chǎn)品供應(yīng)給葡萄園后,種植戶反映滴灌帶被堵,該企業(yè)只從自身產(chǎn)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(gòu)建的實踐經(jīng)驗

為了讓灌溉能夠與肥料結(jié)合,土肥人要懂得灌溉;必須打破現(xiàn)有學(xué)科限制和自身的專業(yè)局限性,構(gòu)建出一套能夠適用于灌溉、施肥以及農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和高校學(xué)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(shù)模式、案例分析》《科學(xué)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(xué)施肥知識問答》《節(jié)水農(nóng)業(yè)實用問答及案例分析》等不同形式和內(nèi)容的書籍,累計發(fā)行量超12萬冊。其中《水肥一體化實用問答及技術(shù)模式、案例分析》和《科學(xué)灌溉與合理施肥200題(雙色版)》先后入選2019年、2022年《農(nóng)家書屋重點出版物推薦目錄》,發(fā)行范圍覆蓋全國31個省市區(qū),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(fā)行后,得到新華網(wǎng)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團網(wǎng)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(guān)水肥一體化科普工作也得到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站主頁和《農(nóng)民日報》的報道;主編也獲得了第七屆新疆科學(xué)普及獎。

歸納總結(jié),水肥一體化知識體系構(gòu)建和推廣經(jīng)驗主要包括以下幾個方面。

(1)理論聯(lián)系實踐,實踐結(jié)合理論,科研人員與工程技術(shù)人員對內(nèi)容互相驗證。在知識體系構(gòu)建過程中,產(chǎn)學(xué)研用編五方一直緊密結(jié)合、協(xié)同運行,企業(yè)全程參與,在素材、案例等方面支撐體系構(gòu)建;高校、科研單位進行試驗和理論研究,在理論和內(nèi)容方面不斷提升;眾多用戶的反饋,實現(xiàn)知識體系的優(yōu)化升級。

(2)水肥融合,灌溉與施肥技術(shù)人員分別創(chuàng)作自身熟悉的內(nèi)容并互相學(xué)習(xí),爭取能夠彼此讀得懂。體系構(gòu)建中互相擔(dān)任審稿人和踐行者,做到灌溉企業(yè)在灌溉設(shè)計和施工中要充分考慮作物的需肥規(guī)律、施肥模式及肥料溶解特性等基本因素;肥料生產(chǎn)企業(yè)在推廣應(yīng)用中要充分考慮肥料與灌溉水的反應(yīng)、肥料對灌溉系統(tǒng)的影響、施肥過程實現(xiàn)水肥融合等。

(3)知識問答、技術(shù)模式與工程案例互相補充。鑒于水肥一體化是服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐的技術(shù),從業(yè)者文化水平和專業(yè)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(yīng)用于生產(chǎn)的技術(shù)模式、可以參考借鑒的工程案例相結(jié)合,以及圖片和視頻相結(jié)合的模式,實現(xiàn)知識的傳播和對應(yīng)用的指導(dǎo)。同時團隊緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際,通過水肥一體化研討會、示范田、現(xiàn)場會、科技之冬培訓(xùn)、線上線下培訓(xùn)等方式開展相關(guān)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(gòu)建的思考

(1)堅持不斷創(chuàng)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(guān)的技術(shù)和設(shè)備也日新月異。因此,在水肥一體化知識體系構(gòu)建的過程中,只有不斷完善和提高創(chuàng)作者的知識水平和認知水平,才能構(gòu)建出更加適用的、符合生產(chǎn)實踐的知識體系。同時,在構(gòu)建過程中要不斷更新與創(chuàng)新,才能形成更加符合大眾的知識普及體系。

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

(3)助力產(chǎn)學(xué)研融合。高校和研究單位在理論研究、細化技術(shù)模式方面具有技術(shù)和人才優(yōu)勢,但是水肥一體化工程建設(shè)和系統(tǒng)使用主要由企業(yè)和基地運行,具體效果企業(yè)更加清楚,且后期推廣應(yīng)用也多數(shù)由企業(yè)進行。因此,產(chǎn)學(xué)研用融合才能更好地構(gòu)建水肥一體化知識體系,使其更加實用、貼近生產(chǎn)。

(4)領(lǐng)悟知識體系。水肥一體化的應(yīng)用受區(qū)域氣候、土質(zhì)、地形、作物類型及當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員知識水平的影響較大,因此在構(gòu)建知識體系過程中,一定要充分了解學(xué)科背景、區(qū)域水土氣肥特征,才能形成好的技術(shù)方案和模式;同時深入了解基層技術(shù)人員和農(nóng)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(jié)語

2019年6月28日,全國涉農(nóng)高校的百余位書記、校長和專家學(xué)者共同發(fā)布了“安吉共識——中國新農(nóng)科建設(shè)宣言”,明確指出新農(nóng)科建設(shè)需要肩負四大使命,即主動服務(wù)好脫貧攻堅、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明和美麗中國建設(shè)[1]。在我國勞動力轉(zhuǎn)移和農(nóng)業(yè)人口下降、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植方式將不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的時代背景下,水肥一體化作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)和抓手,構(gòu)建好水肥一體化知識體系,推廣應(yīng)用好該技術(shù)具有重要的時代意義。因此,在水肥一體化知識體系構(gòu)建中需要投入更多的人力物力,同時也需要全行業(yè)的參與和努力,從專業(yè)書籍、課程設(shè)置、人才交流、樣板示范等方面推動學(xué)科的發(fā)展。