Practice and Reflection on the Construction of Knowledge System for Water and Fertilizer Integration Under the Background of New Agricultural Science
Abstract：
The water and fertilizer integration technology is a new agricultural technology that integrates irrigation and fertilization. The large-scale promotion and application have achieved significant economic, social, and ecological benefits. Four problems in current development of water and fertilizer integration technology in China are summarized, including the need to sort out engineering system, further upgrade equipment, low technology popularization rate and lack of inter-disciplinary talents. Practical experience in the construction of water and fertilizer integration knowledge system is shared, and four considerations for the construction of water and fertilizer integration knowledge system are proposed in order to improve capabilities of applying water and fertilizer integration technology to serve agriculture, rural areas and farmers.
新农业是确保国家粮食安全之业，更是三产融合之业、绿色发展之业[1]。水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，是国内外公认的一项高效灌溉和高效施肥技术，被誉为现代农业“一号技术”[2]。水肥一体化专业人才的培养和学科建设涉及农田水利与土壤肥料两个基本学科，但目前在我国众多高校中，农田水利属于工科专业，多数高校将其设在水利与建筑相关学院；土壤肥料属于农学专业，所在学院也多为资源环境学院；且多数高校的本科生和研究生课程中未设置与水肥融合相关的内容[2]。
随着现代农业的快速发展，农业主体呈现出产业融合化、生产规模化和技术需求综合化的趋势，不仅需要大量高质量的农业科技人才，同时还需要更多融合掌握多门现代农业技术的多元复合型人才。在水肥一体化中，水肥是相对可调可控的，对于作物生长同等重要，且肥料必须溶于水才能被作物根系吸收，施肥亦能提高水分利用效率，水或肥的亏缺均对作物生长不利。因此，在新农科背景下，融合水肥一体化知识体系，让灌溉人在工程设计和管理中能够与肥料知识结合，设计出更符合农业生产的水肥系统；让土肥人懂得灌溉，在水肥系统使用和作物管理中更好地应用综合知识，将系统用得好、维护得科学[3]，这对促进水肥一体化发展意义重大。
本文结合水肥一体化科普团队(以下简称团队)多年来对相关知识普及和技术推广的实践，并根据产业发展现状和存在的问题，进行探索和创新，以期提高水肥一体化技术服务三农的能力。
1
灌溉与施肥发展历史悠久，成效显著
1.1
灌溉与施肥发展历史源远流长
我国应用肥料的历史悠久，早在两三千年前已有关于施用有机肥的文字记载，春秋战国时期有“百亩之粪”“地可使肥，多粪肥田”“多用兽骨汁和豆萁做肥料”等记载。同样，有关五千年前大禹治水的故事，《诗经》上记载有“滮池北流，浸彼稻田”；战国时期修建的郑国渠，灌溉了关中地区的4万顷农田。明代徐光启所著的《农政全书》，已经系统地将水利、农事、农本、农器等集于一体，详尽记录了灌溉、施肥等技术。1958年，毛泽东主席提出“土、肥、水、种、密、保、管、工”的“农业八字宪法”，精辟概括了我国当时农业生产发展的水平，同时也推动了水土肥与其他学科的融合。新时代，党中央、国务院极大地推动现代农业建设，促进了水肥一体化的发展。
1.2
水肥一体化发展成效显著
水肥一体化技术的大规模推广和应用，取得了非常显著的经济、社会和生态效益。截至2020年底，全国水肥一体化技术应用面积超过1.5亿亩(1亩=667 m2)，其中新疆水肥一体化技术应用面积为6 426万亩，占新疆耕地面积的52.6%。以新疆区域为例，农田毛用水量从2000年的12 535 m3/hm2下降至2020年的8 205 m3/hm2；2000—2020年间，全疆小麦、玉米、棉花分别增产了17.05%、17.96%、39.35%，大田滴灌节水增产效果明显[4]；新疆小麦氮、磷、钾肥的平均利用率分别为41.4%、21.8%、45.2%，玉米氮、磷、钾肥的平均利用率分别为46.9%、20.5%、49.6%，明显高于全国平均水平[5]。另外，大田水肥一体化种植减少了机耕作业环节和次数，减轻了劳动强度，提高了劳动效率[6]，大幅增加了农业工人的收入。
2
水肥一体化发展中存在的问题
2.1
水肥一体化工程有待系统性梳理
水肥一体化是一项从水源到田间的系统工程，也是一项从输配水到水肥融合的系统性技术，然而目前水肥一体化工程多为点状实施、星状布局。在水肥一体化工程设计和实施过程中，对于流域的水资源调配和区域水量平衡缺乏整体考虑，造成区域地下水水位出现较大变动，甚至出现工程无水或者无电的情况。在水肥一体化首部枢纽系统和田间设计中，常按照单一作物、单一栽培模式布局，给轮作倒茬和增加粮食作物种植面积带来较大的挑战。在水肥一体化工程施工和设备选型中，对于土壤质地、灌溉水源、区域水热条件等考虑得较少，影响了系统的使用寿命和稳定性。另外，目前绝大部分地区还未将水肥一体化工程和水利工程进行匹配，且田间设计和系统配置也不尽合理；同时，在水肥一体化工程的应用中经常发生出水桩流量与灌水器总流量之间出现较大差异，造成灌水器压力过高或过低，影响水肥一体化的效果，特别是对田间灌溉和施肥的均匀度影响较大。
2.2
灌溉施肥设备与水肥一体化工程技术有待进一步融合
现代水肥一体化技术与设备作为舶来品，从以色列、荷兰等国引入我国后，虽然已进行了较大的改进和升级，但我国国土面积大，区域作物种植类型和灌溉施肥制度差异较大，部分灌溉施肥设备在与水肥一体化工程融合中经常出现不适应、不匹配和功能过多造成浪费的现象。以施肥机在常规作物且土壤栽培的条件下应用为例，经常出现过度的智能化和设置不必要的pH、EC值检测功能，致使设备造价高昂。果园水肥一体化中大规模应用常规滴灌带，造成根系与水肥空间分布不一致，节水、节肥效果不明显。另外，灌溉器材行业标准不足，生产不规范，产品质量不稳定，田间作业机械不配套，各地滴灌器材及产品成本仍较高；水溶性肥料产品市场不规范，产品检测监督体系需要尽快建成。
2.3
水肥一体化技术普及率低
目前，相当部分的水肥一体化工程只注重田间装备和工程，不重视与农艺技术结合，特别是未实施随水施肥或是技术措施还未完全到位，水肥一体化的综合效益没有得到充分发挥。众多用户水肥管理未按照土壤养分情况和作物需肥规律进行，而是凭经验操作，造成肥料配比、用量、滴肥时间及次数等不合理情况出现较为严重。另外，市场上销售的水溶肥名为“专用”实为“通用”，肥料生产企业普遍不重视农化服务，多数企业只注重肥料配方的经济性和产品的宣传，对农民用肥指导、服务的少，造成肥料配方单一且不科学。尤其是在一些降水较丰富的地区，区域的农户和相关企业的技术人员均未真正掌握水肥一体化的核心技术和理念，造成设备使用不合理、不规范，影响其效益的发挥。
2.4
缺乏懂肥料会灌溉的复合型人才
水肥一体化是一项系统工程，交叉学科多，涉及工程、农艺、生态、环境等多个方面，且水肥一体化在我国是一项新兴技术，相关人员的认知水平和知识水平有待提高、基础有待夯实、技术储备有待加强，暂时还不足以支撑该技术的发展。基于水肥一体化本身的特殊性和工程经费的多元性，一项水肥一体化示范工程常由多家市场主体共同完成，而多市场主体和不同技术人员认知水平的差异，以及对灌溉和肥料二者重要性的认识和在工程中的重要性具有随机性或主观性，造成在灌溉施工时只关注灌溉相关因素，导致后期施肥时只能利用已建成的系统进行施肥，造成大量的水肥不融合。从两个简单的案例就可发现水肥不同步、不融合的严重性：第一个案例，河北某灌溉公司建设的水肥一体化示范基地选用总养分为64%的磷酸二铵作为滴灌肥；第二个案例，某肥料企业的产品供应给葡萄园后，种植户反映滴灌带被堵，该企业只从自身产品找原因，不了解葡萄园的砂石过滤器不维护会造成滴灌带堵塞等基本常识。
3
水肥一体化知识体系构建的实践经验
为了让灌溉能够与肥料结合，土肥人要懂得灌溉；必须打破现有学科限制和自身的专业局限性，构建出一套能够适用于灌溉、施肥以及农业技术人员和高校学生使用的知识体系。自2017年以来，团队先后出版了《水肥一体化实用问答及技术模式、案例分析》《科学灌溉与合理施肥200题(双色版)》《玉米地里的悄悄话——水肥一体化科普》《正确选用肥料与科学施肥知识问答》《节水农业实用问答及案例分析》等不同形式和内容的书籍，累计发行量超12万册。其中《水肥一体化实用问答及技术模式、案例分析》和《科学灌溉与合理施肥200题(双色版)》先后入选2019年、2022年《农家书屋重点出版物推荐目录》，发行范围覆盖全国31个省市区，在水肥一体化知识普及中起到了积极的推动作用。图书出版发行后，得到新华网、新疆生产建设兵团网站主页、《兵团日报》等众多媒体的支持，起到了很好的宣传和普及作用；相关水肥一体化科普工作也得到农业农村部网站主页和《农民日报》的报道；主编也获得了第七届新疆科学普及奖。
归纳总结，水肥一体化知识体系构建和推广经验主要包括以下几个方面。
(1) 理论联系实践，实践结合理论，科研人员与工程技术人员对内容互相验证。在知识体系构建过程中，产学研用编五方一直紧密结合、协同运行，企业全程参与，在素材、案例等方面支撑体系构建；高校、科研单位进行试验和理论研究，在理论和内容方面不断提升；众多用户的反馈，实现知识体系的优化升级。
(2) 水肥融合，灌溉与施肥技术人员分别创作自身熟悉的内容并互相学习，争取能够彼此读得懂。体系构建中互相担任审稿人和践行者，做到灌溉企业在灌溉设计和施工中要充分考虑作物的需肥规律、施肥模式及肥料溶解特性等基本因素；肥料生产企业在推广应用中要充分考虑肥料与灌溉水的反应、肥料对灌溉系统的影响、施肥过程实现水肥融合等。
(3) 知识问答、技术模式与工程案例互相补充。鉴于水肥一体化是服务于农业生产实践的技术，从业者文化水平和专业认知差异较大，市场主体也多样，故打破教科书模式，采用碎片化的知识问答、直接应用于生产的技术模式、可以参考借鉴的工程案例相结合，以及图片和视频相结合的模式，实现知识的传播和对应用的指导。同时团队紧密联系生产实际，通过水肥一体化研讨会、示范田、现场会、科技之冬培训、线上线下培训等方式开展相关活动，将水肥管理的知识理念普及到不同人群中，让更多的人接受水肥一体化知识。
4
水肥一体化知识体系构建的思考
(1) 坚持不断创新。水肥一体化是一个在变化中不断完善和更新的知识体系，相关的技术和设备也日新月异。因此，在水肥一体化知识体系构建的过程中，只有不断完善和提高创作者的知识水平和认知水平，才能构建出更加适用的、符合生产实践的知识体系。同时，在构建过程中要不断更新与创新，才能形成更加符合大众的知识普及体系。
(2) 打破学科限制。水肥一体化技术的灌溉和施肥是一项系统工程，交叉学科多，涉及多个方面，目前由两个主体在推动，单一学科背景的工程技术人员和企业均无法构建出能够融合灌溉和施肥，或符合农机农艺的知识体系。因此，打破学科限制，重新组合才可能构建出符合水肥一体化生产实际的知识体系。
(3) 助力产学研融合。高校和研究单位在理论研究、细化技术模式方面具有技术和人才优势，但是水肥一体化工程建设和系统使用主要由企业和基地运行，具体效果企业更加清楚，且后期推广应用也多数由企业进行。因此，产学研用融合才能更好地构建水肥一体化知识体系，使其更加实用、贴近生产。
(4) 领悟知识体系。水肥一体化的应用受区域气候、土质、地形、作物类型及当地技术人员知识水平的影响较大，因此在构建知识体系过程中，一定要充分了解学科背景、区域水土气肥特征，才能形成好的技术方案和模式；同时深入了解基层技术人员和农户的需求，才能形成大众能够读得懂、用得上的知识体系。
5
结语
2019年6月28日，全国涉农高校的百余位书记、校长和专家学者共同发布了“安吉共识——中国新农科建设宣言”，明确指出新农科建设需要肩负四大使命，即主动服务好脱贫攻坚、乡村振兴、生态文明和美丽中国建设[1]。在我国劳动力转移和农业人口下降、传统农业种植方式将不能满足现代农业生产需要的时代背景下，水肥一体化作为现代农业发展中的重要环节和抓手，构建好水肥一体化知识体系，推广应用好该技术具有重要的时代意义。因此，在水肥一体化知识体系构建中需要投入更多的人力物力，同时也需要全行业的参与和努力，从专业书籍、课程设置、人才交流、样板示范等方面推动学科的发展。
沪公网安备 31010702007066号