科技日報記者 馬愛平

如今，在河西走廊的千畝農田，智能滴灌系統正根據衛星云圖與土壤傳感器數據精準供水。雖然存在嚴重的水資源短缺問題，但近年來，這里玉米與小麥的產量卻逆勢提升。這得益于中國工程院院士、中國農業大學教授康紹忠團隊研發的作物豐產優質高效節水技術。

作為農業水資源高效利用全國重點實驗室主任，康紹忠深耕旱區農業節水研究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，農業水土工程學科怎樣發展分享了自己的思考。

科技、政策雙向發力做到“藏水于技”

記者：您認為“用水量大”與“效率偏低”這一矛盾應從哪些維度突破？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，同時通過向農戶推廣節水技術、利用水價杠桿等方式，充分調動社會資本投資和農戶投入農業節水技術的積極性。在科技方面，需要從生物節水、農藝節水、灌溉節水、工程節水、制度節水、智慧節水等方面突破，構建“基礎研究—技術研發—產品創制—模式創建—產業推廣”以及“水源供給—水網輸配水—田間灌水—作物用水—產能提升”的全鏈條創新體系，最終實現從單一節水技術向多種節水技術協同，從常規節水技術向智慧節水、高效節水、綠色節水技術的范式轉變。在政策層面，需要加強對全國農業節水基礎數據的長期監測和國家農業水效的科學評價，根據水資源承載力，嚴格控制不同區域的農業耗用水總量與強度；積極推進分類分檔水價、精準補貼與節水獎勵的農業水價綜合改革，促進節水增效。

記者：在當今全球水資源危機加劇的背景下，您認為中國農業節水技術需要在哪些方面重點突破，才能實現“藏水于技”的可持續發展？

康紹忠：需要在以下方面重點突破，以實現農業用水方式智慧化、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控機制；二是研發農業用水全過程數智調控技術和高性能裝備；三是開發節水抗旱豐產新品種、新制劑及新材料；四是實現農業新水源綠色高效開發利用，開發農業水效鏈多維均衡調控新范式，尋找嚴重缺水區和生態脆弱區場景驅動的農業節水增效系統解決方案等。

科技突破需要管理制度的支撐。要全面發揮國家戰略科技力量的作用，聯合行業企業與地方科技力量，組建優勢互補的創新聯合體開展攻關；采用優勢單位委托制和揭榜掛帥等方式，結合使用公開競爭與根據優勢系統布局兩種方式；推進產、學、研、用相結合，建立核心技術以大學科研單位為主、產品和裝備以企業為主、應用模式以用戶企業科研院所相結合的組織形式；強化基礎理論創新；促進學科交叉融合，充分吸納相近學科的先進理論、技術和研究手段。

農業水土工程學科迎來新挑戰

記者：您的團隊在應對氣候變化的農業水管理方面有哪些前瞻性研究？能否為農戶提供可操作的應對方案？

康紹忠：我們團隊開展的氣候變化對農業水系統影響與應對策略的研究，可根據不同排放情景，預測未來氣候變化及其對農業水系統的影響，優化用水和農藝等方面的應對策略。團隊研發的氣候智慧型農業水管理方式，具體包括三方面的內容。首先是運用基于AI的動態干旱預警系統。該系統能夠綜合氣象衛星與土壤墑情數據，提前對灌溉策略作出調整。第二是依據降水變率優化作物種植結構，并采用彈性灌溉制度。比如在華北黑龍港地區積極推廣“雨養農業+補充灌溉”的半旱地農業模式。第三是加強生態灌區建設，增強灌區韌性。應用數字孿生灌區技術，模擬不同氣候情景下的水資源調度情況，同時借助預報、預警、預演、預案“四預”功能，全面提升水資源調度與災害防御能力。

農戶可結合本地條件，從節水、適種、蓄水、排水等方面入手提升農業韌性。具體來說，可以將地面灌溉改為噴微灌，采用交替灌溉與調虧灌溉技術，在關鍵生長期精準控水；培肥土壤，擴蓄增容，抑蒸保墑，提升土壤持水保水能力；在干旱高風險區改種谷子、高粱等耐旱作物，應對極端干旱；建設家庭水窖或蓄水池、山坪塘，推廣“窖池+滴灌”系統；采用微咸水/再生水灌溉，降低對淡水的依賴性；建設好田間排水系統，應對旱澇急轉影響。

記者：您提出了農業水—碳—糧協同調控機制。如何在保障糧食安全的同時實現碳中和？這對農業水土工程學科提出哪些新要求？

康紹忠：農業水—碳—糧是一個復雜的自然—社會耦合系統，水資源、碳排放與糧食生產三要素之間存在著直接或間接的關系。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碳中和，需要首先揭示農業水—碳—糧系統內部要素的耦合交互機制、探究系統外部驅動因素的作用路徑與影響效應。在此基礎上，還要開展以下工作，以提高農業水—碳—糧耦合系統的社會—生態韌性。一是推廣智能滴灌水肥一體化，利用太陽能驅動灌溉系統、減少提水灌區和井灌區抽水能耗等方式，實現節水降碳一體化。二是實施保護性耕作，提升土壤有機碳儲量、減少蒸發損失，通過生態溝渠蓄水增濕，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。四是建立節水技術碳匯核算體系，推動節水減排納入碳交易市場。五是實現水資源優化管理，調整農業生產方式，優化農業空間布局。

這對農業水土工程學科提出了新的要求。為了實現糧食安全與碳中和的雙重目標，首先，要加強多學科交叉研究，融合氣候學、水文學和植物生理生態學、作物栽培學等學科知識，推動農業水土工程學科向智慧化、高效化、低碳化發展。第二，要加強技術創新，研發高效節水設備，提高水資源利用效率。第三，要強化監測和評估能力，為調控策略的調整提供科學依據，推動糧食安全與碳中和同時實現。

打通技術落地“最后一公里”

記者：我國農業節水技術推廣仍面臨“最后一公里”難題。從實驗室到田間地頭，您認為需構建怎樣的政策、市場、農戶協同體系？

康紹忠：要解決從實驗室到田間地頭“最后一公里”難題，首先需要技術從實驗室到田間應用場景的熟化，形成定量化、標準化、輕簡化的應用模式。不能簡單地把從一個地方得到的模式直接應用到其他地區，一定要考慮區域氣候、土壤、地下水等生境要素的空間異質性，建立分布式的技術方案，之后借助智慧云平臺擴大成果的推廣應用。同時，需打出措施“組合拳”，實現技術便捷化、服務在地化、補償多元化，構建節水技術推廣的政策、市場、農戶協同體系。在政策支撐方面，建立“先建后補”財政機制，對采用節水技術的農戶給予設備補貼，推行水權交易制度，允許農戶將節余水量轉化為經濟收益。在市場化運作機制方面，發展“節水服務公司”模式，例如江蘇徐州華源節水股份有限公司推出了“彩虹服務模式”，創新“節水保險”產品，降低技術應用風險。構建農戶參與系統，培育村級節水合作社，整合零散耕地，實現規模效益。開發傻瓜式智能灌溉設備，如手機遙控灌溉，降低使用門檻。

只有通過政策引導降成本、市場機制增收益、農戶參與提效率的三維協同，才能有效打通技術落地的“最后一公里”。

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

康紹忠：要破解農戶“不愿用、不會用、用不起”的難題，關鍵要在實現國家節水目標的同時讓農民增產增效。這需要節水灌溉與農藝技術相融合。例如，我國從上世紀70年代末就開始大力推廣滴灌節水技術，但由于沒有與農藝技術結合，不能在節水的同時實現增產增效，推廣應用非常艱難。從上世紀90年代末開始，膜下滴灌與水肥一體化以及密植技術相結合，實現了節水增產提質增效，推廣應用面積迅速增長。

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，將每畝種植株數從5000株提升至7500—8000株。在施肥環節，每畝地施用純氮10公斤。該技術模式帶來了多方面的效益：每畝地可節水129立方米、節氮7.3公斤；玉米產量提高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。

這種技術模式兼具節水、節肥、省工、省力、增產、增效等諸多優勢，因此極大地激發了農戶的應用積極性。

根據我們在華北平原的調研結果，一個種糧大戶的種植規模達到300—400畝時，就有應用高效節水技術的積極性。所以，隨著土地流轉加快，農戶“不愿用、不會用、用不起”的難題會逐漸得到解決。同時，推廣高效節水技術，也需要平衡好農戶投入成本與長期收益。我們在西北旱區的實踐表明，當農戶3年內可實現投入回本時，節水技術采納率可提升至75%以上。

釋放智慧農業變革性力量

記者：您如何看待“數字孿生灌區”“AI水肥一體化系統”等新興模式？這些模式在規模化應用中還需突破哪些瓶頸？

康紹忠：智慧農業作為現代農業發展的戰略方向，正在以前沿技術重構農業生產范式。

“數字孿生灌區”和“AI水肥一體化系統”等新模式正推動農業灌溉從傳統經驗型走向數據智能型的精準化新時代。灌溉方式數智化轉型，使作物在單位面積用水量大幅減少的情況下，保持優質高產。它還為應對氣候變化、保障水安全與糧食安全、促進農業可持續發展等提供了重要支撐。同時，它標志著人類對農業生態系統的認知與調控能力邁入新紀元。

這些模式的規模化應用是智慧農業從概念走向實踐的關鍵跨越。

然而，要實現這一歷史性跨越仍需突破多重壁壘，包括基礎數據監測體系不完善、數據孤島現象、技術穩定性和環境適應性差、經濟成本高、投資回報失衡、人才短缺、農民技能斷層、政策協同與標準體系缺失、基礎設施與運維能力短板等。迫切需要構建“技術、經濟、社會”多維度協同的推進機制，真正釋放智慧農業的變革性力量。

記者：從“治水”到“治土”再到“治生態”，農業水資源管理的內涵在不斷拓展。您對我國農業綠色低碳發展有哪些戰略建議？

康紹忠：節水技術與碳匯農業、生態灌區建設相結合是智慧高水效農業未來發展的重點方向，也是實現我國農業綠色低碳高效發展的必由之路。

可以從以下幾方面持續發力。

一是應用“節水型”碳匯作物與高水效農業模式，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”等復合種植模式。二是促進節水技術與氣候智慧型農業措施深度融合，構建節水灌溉與免耕少耕、多樣化種植、秸稈覆蓋/還田等耕作方式的融合。三是研發以物聯網—空天地一體化遙感—土壤墑情自動監測為底盤技術的智能灌溉系統，實現農業用水、能耗、碳排放的同步減少，同時維持土壤健康，增強農業碳匯。四是把生態灌區作為水資源、能源、碳協同管理的核心載體，圍繞灌區生態溝渠改造、濕地恢復利用、農田防護林建設持續發力，實現節水灌溉與減碳效應最大化。五是集成大數據與人工智能技術，耦合多源異構數據與水、糧、能、碳系統模擬框架，構建高水效農業智慧管控平臺，實現精準灌溉與增匯減源協同智能決策。六是力推水權改革與碳匯交易銜接，深化農業水權改革，探索將農業節水量或固碳量轉化為可交易的環境權益，重點補償應用節水、固碳、生態友好集成技術的農戶和經營主體。

【觀點聚焦】

應用現代高效節水灌溉技術不僅能節水，還能促進現代農業綠色低碳和轉型升級。作物播種收獲植保已基本實現機械化，但灌溉還遠未實現機械化，必須加快提升農業灌溉的機械化水平，而發展高效節水灌溉技術是提升農業灌溉機械化水平的關鍵。灌溉的主要目的是為作物正常生長和高產優質創造良好的土壤環境。對于土壤鹽漬化地區，灌溉要滿足根區土壤沖洗壓鹽的需要；高產稻田要有適宜的滲漏量，以滿足調節根區土壤氧化還原電位、淋洗有毒物質的需要。

農業節水是一項復雜的系統工程，應以流域或灌區為單元，根據水資源循環轉化規律，充分考慮沖洗壓鹽、適宜滲漏、濕地補水、生態健康等需要，科學確定節水閾值，實現高效節水、區域農業可持續發展和生態健康相協調。

——康紹忠