新農(nóng)科背景下水肥一體化知識(shí)體系的構(gòu)建實(shí)踐與思考*

梁 飛, 鄭繼亮, 陳 晴, 王國(guó)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(rùn)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(guó)農(nóng)業(yè)出版社 北京 100125)

新農(nóng)業(yè)是確保國(guó)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(guó)內(nèi)外公認(rèn)的一項(xiàng)高效灌溉和高效施肥技術(shù),被譽(yù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“一號(hào)技術(shù)”[2]。水肥一體化專(zhuān)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(gè)基本學(xué)科,但目前在我國(guó)眾多高校中,農(nóng)田水利屬于工科專(zhuān)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(zhuān)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)?；图夹g(shù)需求綜合化的趨勢(shì),不僅需要大量高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)科技人才,同時(shí)還需要更多融合掌握多門(mén)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(duì)可調(diào)可控的,對(duì)于作物生長(zhǎng)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(duì)作物生長(zhǎng)不利。因此,在新農(nóng)科背景下,融合水肥一體化知識(shí)體系,讓灌溉人在工程設(shè)計(jì)和管理中能夠與肥料知識(shí)結(jié)合,設(shè)計(jì)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(shí),將系統(tǒng)用得好、維護(hù)得科學(xué)[3],這對(duì)促進(jìn)水肥一體化發(fā)展意義重大。

本文結(jié)合水肥一體化科普?qǐng)F(tuán)隊(duì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)團(tuán)隊(duì))多年來(lái)對(duì)相關(guān)知識(shí)普及和技術(shù)推廣的實(shí)踐,并根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題,進(jìn)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(yuǎn)流長(zhǎng)

我國(guó)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(jī)肥的文字記載,春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)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(shī)經(jīng)》上記載有“滮池北流,浸彼稻田”;戰(zhàn)國(guó)時(shí)期修建的鄭國(guó)渠,灌溉了關(guān)中地區(qū)的4萬(wàn)頃農(nóng)田。明代徐光啟所著的《農(nóng)政全書(shū)》,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(guó)當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平,同時(shí)也推動(dòng)了水土肥與其他學(xué)科的融合。新時(shí)代,黨中央、國(guó)務(wù)院極大地推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè),促進(jìn)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(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。截至2020年底,全國(guó)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積超過(guò)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(wàn)畝,占新疆耕地面積的52.6%。以新疆區(qū)域?yàn)槔?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(guó)平均水平[5]。另外,大田水肥一體化種植減少了機(jī)耕作業(yè)環(huán)節(jié)和次數(shù),減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)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(wèn)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(xiàng)從水源到田間的系統(tǒng)工程,也是一項(xiàng)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(diǎn)狀實(shí)施、星狀布局。在水肥一體化工程設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中,對(duì)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(dòng),甚至出現(xiàn)工程無(wú)水或者無(wú)電的情況。在水肥一體化首部樞紐系統(tǒng)和田間設(shè)計(jì)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(lái)較大的挑戰(zhàn)。在水肥一體化工程施工和設(shè)備選型中,對(duì)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(jìn)行匹配,且田間設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置也不盡合理;同時(shí),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(guò)高或過(guò)低,影響水肥一體化的效果,特別是對(duì)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(jìn)一步融合

現(xiàn)代水肥一體化技術(shù)與設(shè)備作為舶來(lái)品,從以色列、荷蘭等國(guó)引入我國(guó)后,雖然已進(jìn)行了較大的改進(jìn)和升級(jí),但我國(guó)國(guó)土面積大,區(qū)域作物種植類(lèi)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(guò)多造成浪費(fèi)的現(xiàn)象。以施肥機(jī)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(guò)度的智能化和設(shè)置不必要的pH、EC值檢測(cè)功能,致使設(shè)備造價(jià)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(chǎng)不規(guī)范,產(chǎn)品檢測(cè)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(shí)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(méi)有得到充分發(fā)揮。眾多用戶(hù)水肥管理未按照土壤養(yǎng)分情況和作物需肥規(guī)律進(jìn)行,而是憑經(jīng)驗(yàn)操作,造成肥料配比、用量、滴肥時(shí)間及次數(shù)等不合理情況出現(xiàn)較為嚴(yán)重。另外,市場(chǎng)上銷(xiāo)售的水溶肥名為“專(zhuān)用”實(shí)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(jì)性和產(chǎn)品的宣傳,對(duì)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(hù)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(huì)灌溉的復(fù)合型人才

水肥一體化是一項(xiàng)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(gè)方面,且水肥一體化在我國(guó)是一項(xiàng)新興技術(shù),相關(guān)人員的認(rèn)知水平和知識(shí)水平有待提高、基礎(chǔ)有待夯實(shí)、技術(shù)儲(chǔ)備有待加強(qiáng),暫時(shí)還不足以支撐該技術(shù)的發(fā)展?；谒室惑w化本身的特殊性和工程經(jīng)費(fèi)的多元性,一項(xiàng)水肥一體化示范工程常由多家市場(chǎng)主體共同完成,而多市場(chǎng)主體和不同技術(shù)人員認(rèn)知水平的差異,以及對(duì)灌溉和肥料二者重要性的認(rèn)識(shí)和在工程中的重要性具有隨機(jī)性或主觀性,造成在灌溉施工時(shí)只關(guān)注灌溉相關(guān)因素,導(dǎo)致后期施肥時(shí)只能利用已建成的系統(tǒng)進(jìn)行施肥,造成大量的水肥不融合。從兩個(gè)簡(jiǎn)單的案例就可發(fā)現(xiàn)水肥不同步、不融合的嚴(yán)重性：第一個(gè)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(gè)案例,某肥料企業(yè)的產(chǎn)品供應(yīng)給葡萄園后,種植戶(hù)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(guò)濾器不維護(hù)會(huì)造成滴灌帶堵塞等基本常識(shí)。

3 水肥一體化知識(shí)體系構(gòu)建的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

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(zhuān)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(shí)體系。自2017年以來(lái),團(tuán)隊(duì)先后出版了《水肥一體化實(shí)用問(wèn)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(shí)問(wèn)答》《節(jié)水農(nóng)業(yè)實(shí)用問(wèn)答及案例分析》等不同形式和內(nèi)容的書(shū)籍,累計(jì)發(fā)行量超12萬(wàn)冊(cè)。其中《水肥一體化實(shí)用問(wèn)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(shū)屋重點(diǎn)出版物推薦目錄》,發(fā)行范圍覆蓋全國(guó)31個(gè)省市區(qū),在水肥一體化知識(shí)普及中起到了積極的推動(dòng)作用。圖書(shū)出版發(fā)行后,得到新華網(wǎng)、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)網(wǎng)站主頁(yè)、《兵團(tuán)日?qǐng)?bào)》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(yè)和《農(nóng)民日?qǐng)?bào)》的報(bào)道;主編也獲得了第七屆新疆科學(xué)普及獎(jiǎng)。

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

(1)理論聯(lián)系實(shí)踐,實(shí)踐結(jié)合理論,科研人員與工程技術(shù)人員對(duì)內(nèi)容互相驗(yàn)證。在知識(shí)體系構(gòu)建過(guò)程中,產(chǎn)學(xué)研用編五方一直緊密結(jié)合、協(xié)同運(yùn)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(jìn)行試驗(yàn)和理論研究,在理論和內(nèi)容方面不斷提升;眾多用戶(hù)的反饋,實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的優(yōu)化升級(jí)。

(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(zhēng)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(jì)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(duì)灌溉系統(tǒng)的影響、施肥過(guò)程實(shí)現(xiàn)水肥融合等。

(3)知識(shí)問(wèn)答、技術(shù)模式與工程案例互相補(bǔ)充。鑒于水肥一體化是服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的技術(shù),從業(yè)者文化水平和專(zhuān)業(yè)認(rèn)知差異較大,市場(chǎng)主體也多樣,故打破教科書(shū)模式,采用碎片化的知識(shí)問(wèn)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(shí)現(xiàn)知識(shí)的傳播和對(duì)應(yīng)用的指導(dǎo)。同時(shí)團(tuán)隊(duì)緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際,通過(guò)水肥一體化研討會(huì)、示范田、現(xiàn)場(chǎng)會(huì)、科技之冬培訓(xùn)、線上線下培訓(xùn)等方式開(kāi)展相關(guān)活動(dòng),將水肥管理的知識(shí)理念普及到不同人群中,讓更多的人接受水肥一體化知識(shí)。

4 水肥一體化知識(shí)體系構(gòu)建的思考

(1)堅(jiān)持不斷創(chuàng)新。水肥一體化是一個(gè)在變化中不斷完善和更新的知識(shí)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(shí)體系構(gòu)建的過(guò)程中,只有不斷完善和提高創(chuàng)作者的知識(shí)水平和認(rèn)知水平,才能構(gòu)建出更加適用的、符合生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)體系。同時(shí),在構(gòu)建過(guò)程中要不斷更新與創(chuàng)新,才能形成更加符合大眾的知識(shí)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(xiàng)系統(tǒng)工程,交叉學(xué)科多,涉及多個(gè)方面,目前由兩個(gè)主體在推動(dòng),單一學(xué)科背景的工程技術(shù)人員和企業(yè)均無(wú)法構(gòu)建出能夠融合灌溉和施肥,或符合農(nóng)機(jī)農(nóng)藝的知識(shí)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(shí)際的知識(shí)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(xì)化技術(shù)模式方面具有技術(shù)和人才優(yōu)勢(shì),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(yùn)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(jìn)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(shí)體系,使其更加實(shí)用、貼近生產(chǎn)。

(4)領(lǐng)悟知識(shí)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(lèi)型及當(dāng)?shù)丶夹g(shù)人員知識(shí)水平的影響較大,因此在構(gòu)建知識(shí)體系過(guò)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(shí)深入了解基層技術(shù)人員和農(nóng)戶(hù)的需求,才能形成大眾能夠讀得懂、用得上的知識(shí)體系。

5 結(jié)語(yǔ)

2019年6月28日,全國(guó)涉農(nóng)高校的百余位書(shū)記、校長(zhǎng)和專(zhuān)家學(xué)者共同發(fā)布了“安吉共識(shí)——中國(guó)新農(nóng)科建設(shè)宣言”,明確指出新農(nóng)科建設(shè)需要肩負(fù)四大使命,即主動(dòng)服務(wù)好脫貧攻堅(jiān)、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明和美麗中國(guó)建設(shè)[1]。在我國(guó)勞動(dòng)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(mǎn)足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的時(shí)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(shí)體系,推廣應(yīng)用好該技術(shù)具有重要的時(shí)代意義。因此,在水肥一體化知識(shí)體系構(gòu)建中需要投入更多的人力物力,同時(shí)也需要全行業(yè)的參與和努力,從專(zhuān)業(yè)書(shū)籍、課程設(shè)置、人才交流、樣板示范等方面推動(dòng)學(xué)科的發(fā)展。