协同善做“水”文章
——我校旱区农业节水创新研究记述

来源:党委宣传部 | 作者:靳军 | 发布日期:2018-05-04 | 阅读次数:

  不久前,一篇题为《做好“水”文章,我校又一个学科群正式组建》的新闻引起了校内外的高度关注。大家在称赞我校创建学科群推进“双一流”建设的同时,也有不少人好奇,农业高效用水与区域水安全学科群所依托的旱区节水农业研究院到底是怎样一个单位。

  其实,建在北校区北门外的旱区节水农业研究院是我校的创新成果。

  建校之初,学校就设有水利系,把抗旱节水、高效用水作为研究的主要内容之一,在这一领域积累深厚。2010年,学校把分散在农学院、水土保持研究所、水利与建筑工程学院的农艺、生物、工程和管理四个方面的节水力量聚集起来,又整合进多个国家及省部级研究机构,成立了中国旱区节水农业研究院,进行协同创新,旱区节水农业研究水平再上新台阶。

一流平台促进科技创新

  3月份以来,博士生蔡耀辉就一直埋身于实验室里。

  受我国古代农书《氾胜之书》中所记载的“陶罐灌溉”启发,蔡耀辉在国家“万人计划”科技创新领军人才吴普特研究员的指导下,以“微孔陶瓷灌水器的开发及应用基础研究”为主题,已经进行了多年研究。他们研发的管间式微孔陶瓷灌水器今年开始在陕北子洲县果园里应用,初步显示效果良好,给了他很大的鼓舞。

  蔡耀辉准备在此基础上研发不同材料、不同结构形式的微孔陶瓷灌水器,后续还要针对不同作物,研发相应产品。这种精度高、偏差小、自动化、没有白色污染的原创高科技产品,都来自于他称之为“成果孵化器”的实验室:灌溉水力学大厅。

  灌溉水力学大厅2010年建设,2011年投入使用,建筑面积达到2400平方米。是学校自主设计、可实现节水灌溉装备全链条开发的大型实验室,在国内处于领先地位。回忆当年建设这个实验室的过程,该校水利与建筑工程学院教授朱德兰至今忘不了和学生一起加班吃盒饭的情景。

  现在,这个实验室成了朱德兰、蔡耀辉等师生们引以为傲的节水成果“高产田”:通过它已经发表SCI、EI高水平论文近50篇,获专利34件,制定技术标准2个,开发设计软件5套,编写出一本涉及水力学学科新分支的专著《灌溉水力学引论》。

  灌溉水力学大厅前后接待了国内外许多专家领导。我国农业节水领域张建云院士、王光谦院士、康绍忠院士等著名专家曾多次参观考察。2013年10月18日,国务院副总理汪洋专程视察,还用微孔陶瓷灌水器做了试验,对学校开展节水产品原创研发予以称赞。

  灌溉水力学大厅只是中国旱区节水农业研究院的一个平台。这个占地260亩研究院内,还建有连跨自动式移动抗旱大棚、农田水分转化试验场与地下廊道、作物根系监测系统等一批国际先进的科研设施。其中,作物根系监测系统及作物蒸发蒸腾量测定系统,于2017年1月被美国土壤科学大百科全书收录。

  研究院集合了旱区作物高效用水国家工程实验室、农业部作物高效用水学科群综合重点实验室、国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心、教育部旱区农业水土工程重点实验室等多个重点实验室,围绕旱区作物高效用水需要突破的重点关键技术,建成了旱区农田集雨与高效利用技术、节水灌溉技术与装备、作物抗逆减灾技术与产品3个重大技术与产品研发平台,为科技创新提供了重要保障。

重大建议支撑国家战略

  中国旱区节水农业研究院专家、现年85岁的山仑院士是我国旱地农业生理生态学家,至今还工作在农业节水研究的第一线。

  一直以来,我国北方农业用水模式有两种,一是旱地农业,主要集中在黄土高原;另外一个就是水地农业,主要集中在黄淮海平原。随着社会经济的发展,水资源日趋紧张。尤其在黄淮海地区,工业、生活、生态用水增长迅猛,作为用水大户的农业应该怎么做?

  2007年,山仑院士发表了一篇论文《植物抗旱生理研究与发展半旱地农业》,在国内首次就灌溉缺水地区农业用水问题给出“西农方案”:“发展半旱地农业”。

  什么是半旱地农业?山仑院士说,这是介于旱地农业和水地农业之间的第三种用水模式,可以理解为运用旱地雨水高效利用技术,以少量水进行补充灌水的农业。

  山仑院士介绍,黄淮海平原大部分属于典型半湿润地区,年平均降水量为656毫米,总量约相当于可控的地表水与地下水资源量的3倍,挖掘雨水利用潜力,实施半旱地农业,可有效缓解我国北方缺水压力,如果扩大半旱作面积,就可实现大量节水和可持续增产的双重目标。“这将成为2020年时节约1000亿立方米灌溉水的一项新举措。”

  2010年,山仑院士牵头完成“黄淮海地区农业节水对策及实施半旱地农业可行性研究”,明确提出“旱地农业与补充灌溉结合,实施半旱地农业”的建议。研究成果上报国务院后,刘延东副总理批示“干旱半干旱地区农业科技发展对保障我国粮食安全有重要意义”。“半旱地农业”的思想在“十二五”和“十三五”相关研究项目中都有体现。

  研究院专家吴普特研究员带领科研团队将水足迹理论引入节水农业领域,建立了粮食生产水足迹计算新方法,连续五年出版《中国粮食生产水足迹与区域虚拟水流动》年度报告,完成“北水南调工程”的警示和策略建议,提出应重视实体水虚拟水统筹研究,构建实体水-虚拟水二维三元耦合流动理论与调控技术体系,为国家尽快实施粮食生产用水奖征补偿制度,促进最严格的水资源管理制度落地提供科学依据。其团队关于虚拟水的研究与建议也得到了教育部等国家相关部委的重视。

  近年来,研究院主持完成了节水农业领域国家干旱半干旱区节水农业重大专题,安排国家“863”计划重点项目1项、国家科技支撑计划项目8项,国拨经费5亿元以上。国内300余家科研院所、高等院校、企业,累计3000余人次参加了专题研发工作,推动了我国相关学科建设、人才培养和技术进步,为我国发展节水农业提供了重要科技支撑和人才保障。

重要成果服务现代农业

  “你们提供的地下滴灌带,不怕鼠咬。用起来比较轻松,也比较放心。”这两天,黑龙江省龙江县农机推广中心的王立不断接到菜农电话,要求将以前的普通滴灌带换成防鼠咬型的。

  王立介绍,过去当地使用的地下滴灌带,经常被“豆储子”(田鼠)咬破,需要大量开沟,重新更换滴灌带。2012年开始,县农机推广中心引进防鼠咬滴灌带,在该县杏山、聚宝、广后3个乡21户农户菜地试用,消除了鼠咬现象,实现节水60%,亩增产12%左右。

  王立所说的这种防鼠咬地下滴灌带就是旱区节水农业研究院的技术成果。研究院科研人员制定的新工艺与配方,显著改善了防鼠咬滴灌带生产环境,可使地下滴灌带鼠害降低80%。该技术成果在河北国农节水工程公司转化生产,并在黑龙江、河北等地示范应用。

  研究院在低能耗、新能源灌溉设备开发方面取得了突出成绩。迷宫流道抗堵塞设计技术、压力补偿式滴头设计方法、新一代微润管产品等不断推出。新一代薄壁滴灌带生产技术,使滴灌带生产成本下降45%,相关技术成果在山东莱芜落地,生产的滴头模具远销南亚、非洲和欧洲。

  针对传统移动式喷灌机能耗高、灌溉均匀性差和配套产品缺乏等问题,研究院科研团队充分挖掘我国干旱半干旱地区光照资源潜力,研发创制出太阳能驱动轻小型移动式喷灌机组。与相关企业合作后,实现了该喷灌机组及配套产品的小批量生产,产品已在内蒙古、宁夏、山东及陕西多地推广示范。

  除此以外,西北黄土高原农业节水增效技术、农田集雨保水关键技术研究与应用、西北旱区抗逆稳产旱作农业技术、作物非充分灌溉与农田田水肥联合调控技术与设备等科技成果也都取得了显著的经济和社会效益。

  中国旱区节水农业研究院自成立以来,获批国家专利91件,发表论文1100余篇,其中被SCI和EI收录500余篇,培养博士和硕士研究生400余名。获国家科技二等奖2项,省部级科技一等奖4项、培育国审品种4个,制定行业标准4项、地方标准4项。太阳能驱动轻小型移动式喷灌机组在第十八届中国科协年会全国科技工作者创新创业大赛获得铜奖,一种适于移动式喷灌机的低压喷头在全国水利创新大赛中获得特等奖。

  走进旱区节水农业研究院,会看到迎面有一块3米多高、身披落瀑般流水波纹的巨石,其正面刻“水善利万物”五个大字,背后碑记中还题有“水善利万物,节用惠千秋”诗句。研究院院长、农业高效用水与区域水安全学科群首席科学家蔡焕杰教授介绍,这表达了研究院科研工作者的共同心愿:像水一样谦虚融合,不争名利,为国家旱区节水农业书写更辉煌的篇章,为学校“双一流”建设作出更大贡献。


编辑:张晴     终审:闫祖书