科技日报记者 马爱平
如今，在河西走廊的千亩农田，智能滴灌系统正根据卫星云图与土壤传感器数据精准供水。虽然存在严重的水资源短缺问题，但近年来，这里玉米与小麦的产量却逆势提升。这得益于中国工程院院士、中国农业大学教授康绍忠团队研发的作物丰产优质高效节水技术。
作为农业水资源高效利用全国重点实验室主任，康绍忠深耕旱区农业节水研究30余年。日前，他接受科技日报记者专访，就如何破解“用水量大”与“效率偏低”矛盾，以及在全球变暖背景下，农业水土工程学科怎样发展分享了自己的思考。
科技、政策双向发力做到“藏水于技”
记者：您认为“用水量大”与“效率偏低”这一矛盾应从哪些维度突破？在政策层面，需要哪些配套措施？
康绍忠：在我国水资源短缺与粮食安全双重压力下，要破解“用水量大”与“效率偏低”这一矛盾，需从投入、科技、政策等维度突破。
在投入方面，需进一步加大财政投入力度，同时通过向农户推广节水技术、利用水价杠杆等方式，充分调动社会资本投资和农户投入农业节水技术的积极性。在科技方面，需要从生物节水、农艺节水、灌溉节水、工程节水、制度节水、智慧节水等方面突破，构建“基础研究—技术研发—产品创制—模式创建—产业推广”以及“水源供给—水网输配水—田间灌水—作物用水—产能提升”的全链条创新体系，最终实现从单一节水技术向多种节水技术协同，从常规节水技术向智慧节水、高效节水、绿色节水技术的范式转变。在政策层面，需要加强对全国农业节水基础数据的长期监测和国家农业水效的科学评价，根据水资源承载力，严格控制不同区域的农业耗用水总量与强度；积极推进分类分档水价、精准补贴与节水奖励的农业水价综合改革，促进节水增效。
记者：在当今全球水资源危机加剧的背景下，您认为中国农业节水技术需要在哪些方面重点突破，才能实现“藏水于技”的可持续发展？
康绍忠：需要在以下方面重点突破，以实现农业用水方式智慧化、高效化和低碳化的深刻变革。一是研究作物高水效表型诊断与智慧靶向调控机制；二是研发农业用水全过程数智调控技术和高性能装备；三是开发节水抗旱丰产新品种、新制剂及新材料；四是实现农业新水源绿色高效开发利用，开发农业水效链多维均衡调控新范式，寻找严重缺水区和生态脆弱区场景驱动的农业节水增效系统解决方案等。
科技突破需要管理制度的支撑。要全面发挥国家战略科技力量的作用，联合行业企业与地方科技力量，组建优势互补的创新联合体开展攻关；采用优势单位委托制和揭榜挂帅等方式，结合使用公开竞争与根据优势系统布局两种方式；推进产、学、研、用相结合，建立核心技术以大学科研单位为主、产品和装备以企业为主、应用模式以用户企业科研院所相结合的组织形式；强化基础理论创新；促进学科交叉融合，充分吸纳相近学科的先进理论、技术和研究手段。
农业水土工程学科迎来新挑战
记者：您的团队在应对气候变化的农业水管理方面有哪些前瞻性研究？能否为农户提供可操作的应对方案？
康绍忠：我们团队开展的气候变化对农业水系统影响与应对策略的研究，可根据不同排放情景，预测未来气候变化及其对农业水系统的影响，优化用水和农艺等方面的应对策略。团队研发的气候智慧型农业水管理方式，具体包括三方面的内容。首先是运用基于AI的动态干旱预警系统。该系统能够综合气象卫星与土壤墒情数据，提前对灌溉策略作出调整。第二是依据降水变率优化作物种植结构，并采用弹性灌溉制度。比如在华北黑龙港地区积极推广“雨养农业+补充灌溉”的半旱地农业模式。第三是加强生态灌区建设，增强灌区韧性。应用数字孪生灌区技术，模拟不同气候情景下的水资源调度情况，同时借助预报、预警、预演、预案“四预”功能，全面提升水资源调度与灾害防御能力。
农户可结合本地条件，从节水、适种、蓄水、排水等方面入手提升农业韧性。具体来说，可以将地面灌溉改为喷微灌，采用交替灌溉与调亏灌溉技术，在关键生长期精准控水；培肥土壤，扩蓄增容，抑蒸保墒，提升土壤持水保水能力；在干旱高风险区改种谷子、高粱等耐旱作物，应对极端干旱；建设家庭水窖或蓄水池、山坪塘，推广“窖池+滴灌”系统；采用微咸水/再生水灌溉，降低对淡水的依赖性；建设好田间排水系统，应对旱涝急转影响。
记者：您提出了农业水—碳—粮协同调控机制。如何在保障粮食安全的同时实现碳中和？这对农业水土工程学科提出哪些新要求？
康绍忠：农业水—碳—粮是一个复杂的自然—社会耦合系统，水资源、碳排放与粮食生产三要素之间存在着直接或间接的关系。在全球气候变暖的背景下，若要在保障粮食安全的同时实现碳中和，需要首先揭示农业水—碳—粮系统内部要素的耦合交互机制、探究系统外部驱动因素的作用路径与影响效应。在此基础上，还要开展以下工作，以提高农业水—碳—粮耦合系统的社会—生态韧性。一是推广智能滴灌水肥一体化，利用太阳能驱动灌溉系统、减少提水灌区和井灌区抽水能耗等方式，实现节水降碳一体化。二是实施保护性耕作，提升土壤有机碳储量、减少蒸发损失，通过生态沟渠蓄水增湿，增强土壤碳汇。三是建立耐旱低碳作物体系，选育节水固碳的低水足迹、高碳效率作物品种，推广减肥固碳轮作制度。四是建立节水技术碳汇核算体系，推动节水减排纳入碳交易市场。五是实现水资源优化管理，调整农业生产方式，优化农业空间布局。
这对农业水土工程学科提出了新的要求。为了实现粮食安全与碳中和的双重目标，首先，要加强多学科交叉研究，融合气候学、水文学和植物生理生态学、作物栽培学等学科知识，推动农业水土工程学科向智慧化、高效化、低碳化发展。第二，要加强技术创新，研发高效节水设备，提高水资源利用效率。第三，要强化监测和评估能力，为调控策略的调整提供科学依据，推动粮食安全与碳中和同时实现。
打通技术落地“最后一公里”
记者：我国农业节水技术推广仍面临“最后一公里”难题。从实验室到田间地头，您认为需构建怎样的政策、市场、农户协同体系？
康绍忠：要解决从实验室到田间地头“最后一公里”难题，首先需要技术从实验室到田间应用场景的熟化，形成定量化、标准化、轻简化的应用模式。不能简单地把从一个地方得到的模式直接应用到其他地区，一定要考虑区域气候、土壤、地下水等生境要素的空间异质性，建立分布式的技术方案，之后借助智慧云平台扩大成果的推广应用。同时，需打出措施“组合拳”，实现技术便捷化、服务在地化、补偿多元化，构建节水技术推广的政策、市场、农户协同体系。在政策支撑方面，建立“先建后补”财政机制，对采用节水技术的农户给予设备补贴，推行水权交易制度，允许农户将节余水量转化为经济收益。在市场化运作机制方面，发展“节水服务公司”模式，例如江苏徐州华源节水股份有限公司推出了“彩虹服务模式”，创新“节水保险”产品，降低技术应用风险。构建农户参与系统，培育村级节水合作社，整合零散耕地，实现规模效益。开发傻瓜式智能灌溉设备，如手机遥控灌溉，降低使用门槛。
只有通过政策引导降成本、市场机制增收益、农户参与提效率的三维协同，才能有效打通技术落地的“最后一公里”。
记者：在推动科研成果转化过程中，如何破解农户“不愿用、不会用、用不起”的困局？例如，在西北旱作区推广膜下滴灌技术时，如何平衡农户投入成本与长期收益？
康绍忠：要破解农户“不愿用、不会用、用不起”的难题，关键要在实现国家节水目标的同时让农民增产增效。这需要节水灌溉与农艺技术相融合。例如，我国从上世纪70年代末就开始大力推广滴灌节水技术，但由于没有与农艺技术结合，不能在节水的同时实现增产增效，推广应用非常艰难。从上世纪90年代末开始，膜下滴灌与水肥一体化以及密植技术相结合，实现了节水增产提质增效，推广应用面积迅速增长。
我们团队研究的甘肃河西走廊制种玉米膜下滴灌水肥一体化技术模式，在苗期采取轻度亏水策略，全生育期每亩地仅需灌水140立方米。在种植密度方面，将每亩种植株数从5000株提升至7500—8000株。在施肥环节，每亩地施用纯氮10公斤。该技术模式带来了多方面的效益：每亩地可节水129立方米、节氮7.3公斤；玉米产量提高30%以上，水分利用效率提升76%。而且，滴灌带的投入成本较低，每亩仅需100多元。
这种技术模式兼具节水、节肥、省工、省力、增产、增效等诸多优势，因此极大地激发了农户的应用积极性。
根据我们在华北平原的调研结果，一个种粮大户的种植规模达到300—400亩时，就有应用高效节水技术的积极性。所以，随着土地流转加快，农户“不愿用、不会用、用不起”的难题会逐渐得到解决。同时，推广高效节水技术，也需要平衡好农户投入成本与长期收益。我们在西北旱区的实践表明，当农户3年内可实现投入回本时，节水技术采纳率可提升至75%以上。
释放智慧农业变革性力量
记者：您如何看待“数字孪生灌区”“AI水肥一体化系统”等新兴模式？这些模式在规模化应用中还需突破哪些瓶颈？
康绍忠：智慧农业作为现代农业发展的战略方向，正在以前沿技术重构农业生产范式。
“数字孪生灌区”和“AI水肥一体化系统”等新模式正推动农业灌溉从传统经验型走向数据智能型的精准化新时代。灌溉方式数智化转型，使作物在单位面积用水量大幅减少的情况下，保持优质高产。它还为应对气候变化、保障水安全与粮食安全、促进农业可持续发展等提供了重要支撑。同时，它标志着人类对农业生态系统的认知与调控能力迈入新纪元。
这些模式的规模化应用是智慧农业从概念走向实践的关键跨越。
然而，要实现这一历史性跨越仍需突破多重壁垒，包括基础数据监测体系不完善、数据孤岛现象、技术稳定性和环境适应性差、经济成本高、投资回报失衡、人才短缺、农民技能断层、政策协同与标准体系缺失、基础设施与运维能力短板等。迫切需要构建“技术、经济、社会”多维度协同的推进机制，真正释放智慧农业的变革性力量。
记者：从“治水”到“治土”再到“治生态”，农业水资源管理的内涵在不断拓展。您对我国农业绿色低碳发展有哪些战略建议？
康绍忠：节水技术与碳汇农业、生态灌区建设相结合是智慧高水效农业未来发展的重点方向，也是实现我国农业绿色低碳高效发展的必由之路。
可以从以下几方面持续发力。
一是应用“节水型”碳汇作物与高水效农业模式，选育和推广水分利用效率高且具有高固碳能力的作物品种，探索“粮—饲”等复合种植模式。二是促进节水技术与气候智慧型农业措施深度融合，构建节水灌溉与免耕少耕、多样化种植、秸秆覆盖/还田等耕作方式的融合。三是研发以物联网—空天地一体化遥感—土壤墒情自动监测为底盘技术的智能灌溉系统，实现农业用水、能耗、碳排放的同步减少，同时维持土壤健康，增强农业碳汇。四是把生态灌区作为水资源、能源、碳协同管理的核心载体，围绕灌区生态沟渠改造、湿地恢复利用、农田防护林建设持续发力，实现节水灌溉与减碳效应最大化。五是集成大数据与人工智能技术，耦合多源异构数据与水、粮、能、碳系统模拟框架，构建高水效农业智慧管控平台，实现精准灌溉与增汇减源协同智能决策。六是力推水权改革与碳汇交易衔接，深化农业水权改革，探索将农业节水量或固碳量转化为可交易的环境权益，重点补偿应用节水、固碳、生态友好集成技术的农户和经营主体。
