他让每滴水肥 价值最大化

2017年09月11日08:54  来源:科技日报
 
原标题:他让每滴水肥 价值最大化

  人物档案

  李久生,河北省邢台市人,中国水利水电科学研究院水利所研究员;长期致力于节水灌溉理论与技术的研究。

  近日,在美国农业与生物工程学会(ASABE)2017年国际学术年会上,李久生被授予ASABE年度微灌奖,成为获得该奖项的首位中国专家。

  “在我看来,比获奖更重要的是,看到越来越多的节水灌溉技术应用在田间地头,让每一滴水肥价值最大化。”他说。

  “小时候打井,一般打到10米就出水了,到我高中毕业时,需要打到50米左右,现在的井就打得更深了。”李久生边说边用手比划着。

  出身于河北省一个普通农民家庭,对于华北平原的缺水现状,这位中国水科院研究员有着深切感受。

  如何用有限的水源满足作物的需求?李久生试图从节水灌溉中寻找答案。30多年来,一直从事节水灌溉理论与技术研究的他获得过国内外多个重要奖项。

  近日,在美国农业与生物工程学会(ASABE)2017年国际学术年会上,他被授予ASABE年度微灌奖(Microirrigation Award),成为获得该奖项的首位中国专家。

  “在我看来,比获奖更重要的是,看到越来越多的节水灌溉技术应用在田间地头,让每一滴水肥价值最大化,在节水的同时也让农民从中获益。”眼前的李久生,朴实而谦和。

  给喷灌用水效率打分

  近年来,在国家的大力推动下,包括喷灌在内的节水灌溉发展迅猛。国际灌排委员会最新统计数据显示,中国的喷灌面积为373万公顷,位列世界第三。

  但在上世纪90年代中期,对于喷灌的节水效果,业界还存在一些争议。如何科学评估喷灌过程中的水量消耗、损失和水分利用率是个难题。

  喷灌过程中,水先喷到空中,再洒落到作物根部。在这一过程中,作物的冠层会截留一部分水量。李久生解释说,所谓冠层,是指在作物上端,像“帽子”的部分。太阳一晒,冠层截留的水量就被蒸发掉了。有研究人员认为,这部分损耗使喷灌的节水效果大打折扣。

  冠层到底截留了多少水量?截留下的水量都浪费了吗?科学问题需要用实验和数据说话。为了寻找答案,李久生和团队成员展开了近七年的科学研究。

  李久生团队在作物的不同生育期,获取冬小麦和夏玉米冠层的截留水量数据,然后确定其变化范围,再系统分析农田环境及气象要素与冠层截留损失间的定量关系,最后建立了基于能量平衡的喷灌作物冠层截留水量及其消耗损失估算模型。

  他们得出的结论是,在喷灌过程中,冬小麦冠层净截留损失几乎为零,夏玉米冠层净截留损失仅占灌水量的4%—6%。

  “我们的研究,揭示了喷灌对作物蒸腾的抑制机理,消除了人们长期以来对喷灌节水效果的疑虑,给处于低谷期的喷灌技术注入了一针‘强心剂’。”李久生对科技日报记者说。

  近十年来随着大型喷灌机在我国应用的增加,为了有效应对喷灌范围内地形、土壤、作物等空间变化对水肥高效利用提出的挑战,从“十三五”开始,李久生带领其团队在国内率先开始了变量灌溉技术的研究工作。

  让滴灌水肥施入更精准

  滴灌设施不仅可以向作物输水,同时还能用来向作物施肥。通过滴灌管道,将水肥混合液均匀、定时、定量滴入作物根系发育区域,这是滴灌工程的常见做法。这样可以在节水的同时,节省肥料用量和施肥所需人工。

  滴灌条件下水肥在土壤中的运动规律是怎样的?和常规施肥相比,滴灌施肥的浓度更大,是否对作物生长产生一定的负面影响?如何提高滴灌施肥的水肥吸收利用率?带着这些问题,李久生一头扎进了滴灌施肥研究领域,并开创了多项“第一”。

  他主持完成了国内滴灌施肥灌溉方面的第一个国家自然科学基金项目“滴灌施肥灌溉系统运行特性及氮素运移规律的研究”。随后,他出版了我国滴灌施肥灌溉领域的第一本专著——《滴灌施肥灌溉原理与应用》,成为水肥一体化领域引用最多的经典教科书之一。

  从2000年开始,李久生团队系统研究了不同土壤质地、生态区和种植条件下的喷、微灌水肥热调控原理和作物响应特征,明确了土壤质地变化界面对滴灌水分运动的阻碍作用,为复杂结构土壤中的滴灌系统设计提供了依据。

  他们将东北半湿润区、新疆干旱区和华北平原半湿润区的大田玉米、棉花及温室蔬菜定为研究对象,团队通过实地采集得出了不同耕作和栽培模式下的滴灌水肥优化管理技术参数组合,并首次将作物模型和水氮动力学模型结合用于区域尺度的喷、微灌技术适用性评价,为喷、微灌技术应用决策和优化管理提供了有效的工具。

  “我们研究发现,通过合理控制施氮量并增加施氮次数,能有效降低深层土壤的氮素残留,提高水肥吸收利用率,降低面源污染风险。”李久生说。

  随着灌溉水资源供需矛盾的日益加剧,不少人开始担心再生水在灌溉过程中是否会产生污染。于是,李久生团队又将下一个目标锁定在利用滴灌技术实现再生水的安全高效利用上。

  累计节水超2亿吨

  埋头科研之外,李久生最关心的就是技术能否起到实际作用。一年里至少有近3个月的时间,他都奔走在多个节水灌溉项目推广示范点上,查看技术的落地情况。

  “我从小在农村长大,深知农民种地的不容易,特别希望我们的技术能帮到他们。”李久生对科技日报记者说。每隔一段时间,李久生就要去示范点上转转,帮助农民解决一些技术难题。此外,每年他都会去新疆等滴灌技术推广应用较多的地区看看,了解新技术应用的情况。

  据统计,依托主持或参加的国家科技推广项目,李久生团队的研究成果先后应用在6个省市区的农田,成果应用期间累计节水量超过2亿立方米,起到了节水、增产、增效和减少面源污染的效果。

  其中,包括在华北平原建成的温室蔬菜滴灌水肥高效利用示范区1.84万亩、棉花滴灌水肥高效利用示范区32.5万亩、大田粮食作物喷微灌水肥高效利用示范区52万亩;在黑龙江建成玉米膜下滴灌水肥热高效调控示范区4万亩、喷灌水肥高效利用示范区5万亩;在新疆建成棉花膜下滴灌水肥高效利用示范区4万亩等等。说起推广示范点上的情况,李久生如数家珍。

  经常奔走在田间地头的李久生,对节水灌溉技术落地的瓶颈问题有很深刻的认识。他认为,好技术还要认真推广,才能真正落地。当前,不够健全的技术推广与服务体系是制约节水灌溉发展的难点之一。因此,要建立健全基层水利服务体系,为节水灌溉技术推广提供支撑。(唐 婷)
(唐 婷

(责编:熊守朋(实习生)、申宁)

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