科技日報記者 馬愛平

如今，在河西走廊的千畝農(nóng)田，智能滴灌系統(tǒng)正根據(jù)衛(wèi)星云圖與土壤傳感器數(shù)據(jù)精準(zhǔn)供水。雖然存在嚴(yán)重的水資源短缺問題，但近年來，這里玉米與小麥的產(chǎn)量卻逆勢提升。這得益于中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授康紹忠團隊研發(fā)的作物豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效節(jié)水技術(shù)。

作為農(nóng)業(yè)水資源高效利用全國重點實驗室主任，康紹忠深耕旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究30余年。日前，他接受科技日報記者專訪，就如何破解“用水量大”與“效率偏低”矛盾，以及在全球變暖背景下，農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科怎樣發(fā)展分享了自己的思考。

科技、政策雙向發(fā)力做到“藏水于技”

記者：您認(rèn)為“用水量大”與“效率偏低”這一矛盾應(yīng)從哪些維度突破？在政策層面，需要哪些配套措施？

康紹忠：在我國水資源短缺與糧食安全雙重壓力下，要破解“用水量大”與“效率偏低”這一矛盾，需從投入、科技、政策等維度突破。

在投入方面，需進一步加大財政投入力度，同時通過向農(nóng)戶推廣節(jié)水技術(shù)、利用水價杠桿等方式，充分調(diào)動社會資本投資和農(nóng)戶投入農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的積極性。在科技方面，需要從生物節(jié)水、農(nóng)藝節(jié)水、灌溉節(jié)水、工程節(jié)水、制度節(jié)水、智慧節(jié)水等方面突破，構(gòu)建“基礎(chǔ)研究—技術(shù)研發(fā)—產(chǎn)品創(chuàng)制—模式創(chuàng)建—產(chǎn)業(yè)推廣”以及“水源供給—水網(wǎng)輸配水—田間灌水—作物用水—產(chǎn)能提升”的全鏈條創(chuàng)新體系，最終實現(xiàn)從單一節(jié)水技術(shù)向多種節(jié)水技術(shù)協(xié)同，從常規(guī)節(jié)水技術(shù)向智慧節(jié)水、高效節(jié)水、綠色節(jié)水技術(shù)的范式轉(zhuǎn)變。在政策層面，需要加強對全國農(nóng)業(yè)節(jié)水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的長期監(jiān)測和國家農(nóng)業(yè)水效的科學(xué)評價，根據(jù)水資源承載力，嚴(yán)格控制不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)耗用水總量與強度；積極推進分類分檔水價、精準(zhǔn)補貼與節(jié)水獎勵的農(nóng)業(yè)水價綜合改革，促進節(jié)水增效。

記者：在當(dāng)今全球水資源危機加劇的背景下，您認(rèn)為中國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)需要在哪些方面重點突破，才能實現(xiàn)“藏水于技”的可持續(xù)發(fā)展？

康紹忠：需要在以下方面重點突破，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水方式智慧化、高效化和低碳化的深刻變革。一是研究作物高水效表型診斷與智慧靶向調(diào)控機制；二是研發(fā)農(nóng)業(yè)用水全過程數(shù)智調(diào)控技術(shù)和高性能裝備；三是開發(fā)節(jié)水抗旱豐產(chǎn)新品種、新制劑及新材料；四是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)新水源綠色高效開發(fā)利用，開發(fā)農(nóng)業(yè)水效鏈多維均衡調(diào)控新范式，尋找嚴(yán)重缺水區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)場景驅(qū)動的農(nóng)業(yè)節(jié)水增效系統(tǒng)解決方案等。

科技突破需要管理制度的支撐。要全面發(fā)揮國家戰(zhàn)略科技力量的作用，聯(lián)合行業(yè)企業(yè)與地方科技力量，組建優(yōu)勢互補的創(chuàng)新聯(lián)合體開展攻關(guān)；采用優(yōu)勢單位委托制和揭榜掛帥等方式，結(jié)合使用公開競爭與根據(jù)優(yōu)勢系統(tǒng)布局兩種方式；推進產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，建立核心技術(shù)以大學(xué)科研單位為主、產(chǎn)品和裝備以企業(yè)為主、應(yīng)用模式以用戶企業(yè)科研院所相結(jié)合的組織形式；強化基礎(chǔ)理論創(chuàng)新；促進學(xué)科交叉融合，充分吸納相近學(xué)科的先進理論、技術(shù)和研究手段。

農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科迎來新挑戰(zhàn)

記者：您的團隊在應(yīng)對氣候變化的農(nóng)業(yè)水管理方面有哪些前瞻性研究？能否為農(nóng)戶提供可操作的應(yīng)對方案？

康紹忠：我們團隊開展的氣候變化對農(nóng)業(yè)水系統(tǒng)影響與應(yīng)對策略的研究，可根據(jù)不同排放情景，預(yù)測未來氣候變化及其對農(nóng)業(yè)水系統(tǒng)的影響，優(yōu)化用水和農(nóng)藝等方面的應(yīng)對策略。團隊研發(fā)的氣候智慧型農(nóng)業(yè)水管理方式，具體包括三方面的內(nèi)容。首先是運用基于AI的動態(tài)干旱預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠綜合氣象衛(wèi)星與土壤墑情數(shù)據(jù)，提前對灌溉策略作出調(diào)整。第二是依據(jù)降水變率優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，并采用彈性灌溉制度。比如在華北黑龍港地區(qū)積極推廣“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)+補充灌溉”的半旱地農(nóng)業(yè)模式。第三是加強生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，增強灌區(qū)韌性。應(yīng)用數(shù)字孿生灌區(qū)技術(shù)，模擬不同氣候情景下的水資源調(diào)度情況，同時借助預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”功能，全面提升水資源調(diào)度與災(zāi)害防御能力。

農(nóng)戶可結(jié)合本地條件，從節(jié)水、適種、蓄水、排水等方面入手提升農(nóng)業(yè)韌性。具體來說，可以將地面灌溉改為噴微灌，采用交替灌溉與調(diào)虧灌溉技術(shù)，在關(guān)鍵生長期精準(zhǔn)控水；培肥土壤，擴蓄增容，抑蒸保墑，提升土壤持水保水能力；在干旱高風(fēng)險區(qū)改種谷子、高粱等耐旱作物，應(yīng)對極端干旱；建設(shè)家庭水窖或蓄水池、山坪塘，推廣“窖池+滴灌”系統(tǒng)；采用微咸水/再生水灌溉，降低對淡水的依賴性；建設(shè)好田間排水系統(tǒng)，應(yīng)對旱澇急轉(zhuǎn)影響。

記者：您提出了農(nóng)業(yè)水—碳—糧協(xié)同調(diào)控機制。如何在保障糧食安全的同時實現(xiàn)碳中和？這對農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科提出哪些新要求？

康紹忠：農(nóng)業(yè)水—碳—糧是一個復(fù)雜的自然—社會耦合系統(tǒng)，水資源、碳排放與糧食生產(chǎn)三要素之間存在著直接或間接的關(guān)系。在全球氣候變暖的背景下，若要在保障糧食安全的同時實現(xiàn)碳中和，需要首先揭示農(nóng)業(yè)水—碳—糧系統(tǒng)內(nèi)部要素的耦合交互機制、探究系統(tǒng)外部驅(qū)動因素的作用路徑與影響效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，還要開展以下工作，以提高農(nóng)業(yè)水—碳—糧耦合系統(tǒng)的社會—生態(tài)韌性。一是推廣智能滴灌水肥一體化，利用太陽能驅(qū)動灌溉系統(tǒng)、減少提水灌區(qū)和井灌區(qū)抽水能耗等方式，實現(xiàn)節(jié)水降碳一體化。二是實施保護性耕作，提升土壤有機碳儲量、減少蒸發(fā)損失，通過生態(tài)溝渠蓄水增濕，增強土壤碳匯。三是建立耐旱低碳作物體系，選育節(jié)水固碳的低水足跡、高碳效率作物品種，推廣減肥固碳輪作制度。四是建立節(jié)水技術(shù)碳匯核算體系，推動節(jié)水減排納入碳交易市場。五是實現(xiàn)水資源優(yōu)化管理，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，優(yōu)化農(nóng)業(yè)空間布局。

這對農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科提出了新的要求。為了實現(xiàn)糧食安全與碳中和的雙重目標(biāo)，首先，要加強多學(xué)科交叉研究，融合氣候?qū)W、水文學(xué)和植物生理生態(tài)學(xué)、作物栽培學(xué)等學(xué)科知識，推動農(nóng)業(yè)水土工程學(xué)科向智慧化、高效化、低碳化發(fā)展。第二，要加強技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)高效節(jié)水設(shè)備，提高水資源利用效率。第三，要強化監(jiān)測和評估能力，為調(diào)控策略的調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)，推動糧食安全與碳中和同時實現(xiàn)。

打通技術(shù)落地“最后一公里”

記者：我國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)推廣仍面臨“最后一公里”難題。從實驗室到田間地頭，您認(rèn)為需構(gòu)建怎樣的政策、市場、農(nóng)戶協(xié)同體系？

康紹忠：要解決從實驗室到田間地頭“最后一公里”難題，首先需要技術(shù)從實驗室到田間應(yīng)用場景的熟化，形成定量化、標(biāo)準(zhǔn)化、輕簡化的應(yīng)用模式。不能簡單地把從一個地方得到的模式直接應(yīng)用到其他地區(qū)，一定要考慮區(qū)域氣候、土壤、地下水等生境要素的空間異質(zhì)性，建立分布式的技術(shù)方案，之后借助智慧云平臺擴大成果的推廣應(yīng)用。同時，需打出措施“組合拳”，實現(xiàn)技術(shù)便捷化、服務(wù)在地化、補償多元化，構(gòu)建節(jié)水技術(shù)推廣的政策、市場、農(nóng)戶協(xié)同體系。在政策支撐方面，建立“先建后補”財政機制，對采用節(jié)水技術(shù)的農(nóng)戶給予設(shè)備補貼，推行水權(quán)交易制度，允許農(nóng)戶將節(jié)余水量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收益。在市場化運作機制方面，發(fā)展“節(jié)水服務(wù)公司”模式，例如江蘇徐州華源節(jié)水股份有限公司推出了“彩虹服務(wù)模式”，創(chuàng)新“節(jié)水保險”產(chǎn)品，降低技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險。構(gòu)建農(nóng)戶參與系統(tǒng)，培育村級節(jié)水合作社，整合零散耕地，實現(xiàn)規(guī)模效益。開發(fā)傻瓜式智能灌溉設(shè)備，如手機遙控灌溉，降低使用門檻。

只有通過政策引導(dǎo)降成本、市場機制增收益、農(nóng)戶參與提效率的三維協(xié)同，才能有效打通技術(shù)落地的“最后一公里”。

記者：在推動科研成果轉(zhuǎn)化過程中，如何破解農(nóng)戶“不愿用、不會用、用不起”的困局？例如，在西北旱作區(qū)推廣膜下滴灌技術(shù)時，如何平衡農(nóng)戶投入成本與長期收益？

康紹忠：要破解農(nóng)戶“不愿用、不會用、用不起”的難題，關(guān)鍵要在實現(xiàn)國家節(jié)水目標(biāo)的同時讓農(nóng)民增產(chǎn)增效。這需要節(jié)水灌溉與農(nóng)藝技術(shù)相融合。例如，我國從上世紀(jì)70年代末就開始大力推廣滴灌節(jié)水技術(shù)，但由于沒有與農(nóng)藝技術(shù)結(jié)合，不能在節(jié)水的同時實現(xiàn)增產(chǎn)增效，推廣應(yīng)用非常艱難。從上世紀(jì)90年代末開始，膜下滴灌與水肥一體化以及密植技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了節(jié)水增產(chǎn)提質(zhì)增效，推廣應(yīng)用面積迅速增長。

我們團隊研究的甘肅河西走廊制種玉米膜下滴灌水肥一體化技術(shù)模式，在苗期采取輕度虧水策略，全生育期每畝地僅需灌水140立方米。在種植密度方面，將每畝種植株數(shù)從5000株提升至7500—8000株。在施肥環(huán)節(jié)，每畝地施用純氮10公斤。該技術(shù)模式帶來了多方面的效益：每畝地可節(jié)水129立方米、節(jié)氮7.3公斤；玉米產(chǎn)量提高30%以上，水分利用效率提升76%。而且，滴灌帶的投入成本較低，每畝僅需100多元。

這種技術(shù)模式兼具節(jié)水、節(jié)肥、省工、省力、增產(chǎn)、增效等諸多優(yōu)勢，因此極大地激發(fā)了農(nóng)戶的應(yīng)用積極性。

根據(jù)我們在華北平原的調(diào)研結(jié)果，一個種糧大戶的種植規(guī)模達到300—400畝時，就有應(yīng)用高效節(jié)水技術(shù)的積極性。所以，隨著土地流轉(zhuǎn)加快，農(nóng)戶“不愿用、不會用、用不起”的難題會逐漸得到解決。同時，推廣高效節(jié)水技術(shù)，也需要平衡好農(nóng)戶投入成本與長期收益。我們在西北旱區(qū)的實踐表明，當(dāng)農(nóng)戶3年內(nèi)可實現(xiàn)投入回本時，節(jié)水技術(shù)采納率可提升至75%以上。

釋放智慧農(nóng)業(yè)變革性力量

記者：您如何看待“數(shù)字孿生灌區(qū)”“AI水肥一體化系統(tǒng)”等新興模式？這些模式在規(guī)?；瘧?yīng)用中還需突破哪些瓶頸？

康紹忠：智慧農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，正在以前沿技術(shù)重構(gòu)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范式。

“數(shù)字孿生灌區(qū)”和“AI水肥一體化系統(tǒng)”等新模式正推動農(nóng)業(yè)灌溉從傳統(tǒng)經(jīng)驗型走向數(shù)據(jù)智能型的精準(zhǔn)化新時代。灌溉方式數(shù)智化轉(zhuǎn)型，使作物在單位面積用水量大幅減少的情況下，保持優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。它還為應(yīng)對氣候變化、保障水安全與糧食安全、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等提供了重要支撐。同時，它標(biāo)志著人類對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知與調(diào)控能力邁入新紀(jì)元。

這些模式的規(guī)?；瘧?yīng)用是智慧農(nóng)業(yè)從概念走向?qū)嵺`的關(guān)鍵跨越。

然而，要實現(xiàn)這一歷史性跨越仍需突破多重壁壘，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)監(jiān)測體系不完善、數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象、技術(shù)穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性差、經(jīng)濟成本高、投資回報失衡、人才短缺、農(nóng)民技能斷層、政策協(xié)同與標(biāo)準(zhǔn)體系缺失、基礎(chǔ)設(shè)施與運維能力短板等。迫切需要構(gòu)建“技術(shù)、經(jīng)濟、社會”多維度協(xié)同的推進機制，真正釋放智慧農(nóng)業(yè)的變革性力量。

記者：從“治水”到“治土”再到“治生態(tài)”，農(nóng)業(yè)水資源管理的內(nèi)涵在不斷拓展。您對我國農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展有哪些戰(zhàn)略建議？

康紹忠：節(jié)水技術(shù)與碳匯農(nóng)業(yè)、生態(tài)灌區(qū)建設(shè)相結(jié)合是智慧高水效農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的重點方向，也是實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)綠色低碳高效發(fā)展的必由之路。

可以從以下幾方面持續(xù)發(fā)力。

一是應(yīng)用“節(jié)水型”碳匯作物與高水效農(nóng)業(yè)模式，選育和推廣水分利用效率高且具有高固碳能力的作物品種，探索“糧—飼”等復(fù)合種植模式。二是促進節(jié)水技術(shù)與氣候智慧型農(nóng)業(yè)措施深度融合，構(gòu)建節(jié)水灌溉與免耕少耕、多樣化種植、秸稈覆蓋/還田等耕作方式的融合。三是研發(fā)以物聯(lián)網(wǎng)—空天地一體化遙感—土壤墑情自動監(jiān)測為底盤技術(shù)的智能灌溉系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水、能耗、碳排放的同步減少，同時維持土壤健康，增強農(nóng)業(yè)碳匯。四是把生態(tài)灌區(qū)作為水資源、能源、碳協(xié)同管理的核心載體，圍繞灌區(qū)生態(tài)溝渠改造、濕地恢復(fù)利用、農(nóng)田防護林建設(shè)持續(xù)發(fā)力，實現(xiàn)節(jié)水灌溉與減碳效應(yīng)最大化。五是集成大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，耦合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)與水、糧、能、碳系統(tǒng)模擬框架，構(gòu)建高水效農(nóng)業(yè)智慧管控平臺，實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉與增匯減源協(xié)同智能決策。六是力推水權(quán)改革與碳匯交易銜接，深化農(nóng)業(yè)水權(quán)改革，探索將農(nóng)業(yè)節(jié)水量或固碳量轉(zhuǎn)化為可交易的環(huán)境權(quán)益，重點補償應(yīng)用節(jié)水、固碳、生態(tài)友好集成技術(shù)的農(nóng)戶和經(jīng)營主體。

【觀點聚焦】

應(yīng)用現(xiàn)代高效節(jié)水灌溉技術(shù)不僅能節(jié)水，還能促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色低碳和轉(zhuǎn)型升級。作物播種收獲植保已基本實現(xiàn)機械化，但灌溉還遠(yuǎn)未實現(xiàn)機械化，必須加快提升農(nóng)業(yè)灌溉的機械化水平，而發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)是提升農(nóng)業(yè)灌溉機械化水平的關(guān)鍵。灌溉的主要目的是為作物正常生長和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。對于土壤鹽漬化地區(qū)，灌溉要滿足根區(qū)土壤沖洗壓鹽的需要；高產(chǎn)稻田要有適宜的滲漏量，以滿足調(diào)節(jié)根區(qū)土壤氧化還原電位、淋洗有毒物質(zhì)的需要。

農(nóng)業(yè)節(jié)水是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)以流域或灌區(qū)為單元，根據(jù)水資源循環(huán)轉(zhuǎn)化規(guī)律，充分考慮沖洗壓鹽、適宜滲漏、濕地補水、生態(tài)健康等需要，科學(xué)確定節(jié)水閾值，實現(xiàn)高效節(jié)水、區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)健康相協(xié)調(diào)。

——康紹忠