工欲善其事，必先利其器。在水肥一体化快速发展进程中，灌溉技术和设备更新换代显得尤为重要。水肥一体化灌溉方式有哪些，对于灌溉设备提出了哪些要求，我国灌溉设备发展又经历了怎样的发展历程？2023年，农林卫视《中国农资秀》记者朱锦鹏带着问题专访中国农业大学水利与土木工程学院教授严海军。
中国农业大学水利与土木工程学院教授严海军
记者：您从哪一年开始接触关于水肥一体化方面的工作？
记者：那您还记得在刚接触的时候，中国水肥一体化的现状是怎样的？
记者：中国发展灌溉设备是从哪一年开始的？
严海军：这个历史比较悠久，我们国家在20世纪50年代就开始进行灌溉设备的引进，后来经过仿制、消化、设计、改进，形成了我们国内的灌溉设备。当然，灌溉设备种类较多，我们现在所知道的有喷灌、微灌等等，但是在20世纪50年代主要是喷灌，喷灌最重要的一个部件就是喷头，最初喷头的材质不是塑料，而是金属，金属喷头一开始在苏联引进，主要用于城市郊区蔬菜基地的灌溉，比如说解放初期的上海，很早就开始就有一些蔬菜的基地进行使用。
但在喷头之外，其实还有水泵、管道等部件，从20世纪50年代一直到90年代，灌溉设备材料主要是以金属为主，材质有铝、钢等等。到20世纪90年代，其实在我们生活中也能体会到，以前没有塑料脸盆，也没有塑料袋，基本在20世纪80年代末90年代初，那个时候塑料的化工原料、配方、塑料模具、注塑机得到了快速发展，我们国家开始引进这方面的设备以后，相应的一些产品就制作出来了，不仅仅是在灌溉里面，更多地在工业中、在生活中塑料制品越来越多。微灌的产品由于它是低压，很多就采用了塑料，所以我们微灌技术基本上也都是在20世纪90年代前后才开始发展。
记者：现在我们国家有多少种水肥一体化灌溉方式？
严海军：大的来说分为三大部分：喷灌、微灌、管灌。喷灌里边又可以分为管道式喷灌系统和机组式喷灌系统，管道式喷灌系统根据它的喷头竖管是否可以移动又可以分为固定管道式、半固定管道式和全移动管道式三种喷灌系统。
机组式喷灌系统，根据功率的大小，我们可以分为轻小型喷灌机、中型喷灌机和大型喷灌机，种类很多。
在这个过程中，我们也不是照搬，是充分考虑我们国家的国情、经济承受的能力以及老百姓的使用习惯和他们的技术水平进行了一些改进。
微灌又可以分为微喷灌和滴灌，微喷灌里面其实又可以分为地插式、倒挂式等等，喷头有折射式微喷头，也有旋转式微喷头，水力的喷洒特征也是不一样的。
而说到滴灌，它的滴头也可以分为很多种：压力补偿式、非压力补偿式。也可以通过结构上来分：内镶片式、圆柱式等，种类很多。从安装方式来说，有的是直接铺在地表的滴灌，也有浅埋滴灌，也有地埋滴灌，这都属于滴灌的范畴。
当然我们还有像微润灌溉之类的一些流量更小，甚至压力更低的灌溉方式，其实都是属于微灌的范畴。
管灌，全称叫低压管道输水灌溉。是在我们传统的地面灌溉基础上把渠道输水改成低压管道输水，到了田间以后，每隔一段留出一个出水口，这种方式我们称为管灌，它几乎杜绝了地下渗漏和地表蒸发，提高了输水的效率和灌溉水利用系数。
管灌在地势相对比较平坦的区域推广面积很大，像河北、河南、山东等华北大部分地区，现在还是采用地面灌，主要是采用管灌的方式，所需的工作水头是最低的。滴灌和微喷灌相对来说，它的工作压力可能从几米到二十几米，喷灌工作的压力范围更广，大的要达到四十到五十米。根据形式不同、喷头种类不同，以及机组呈现的控制面积不同，它所需要的压力也不同。大概来说，高效灌溉主要是这种分类情况。
记者：高效灌溉给农业带来了哪些帮助？
严海军：节水毫无疑问，传统的地面灌溉都是通过渠道输水，原来的土渠在输水的过程中，实际上一部分的水蒸发了，还有一部分水地下渗漏了，跑冒滴漏现象比较严重，灌溉水利用系数比较低。从水源地到需要灌溉的地块，可能一半以上灌溉水损失掉了，同时由于输水过程中，水流速度比较慢，控制面积也比较小，水流速度可能连1m\s都不到。
因此我们在过去几年工程节水改造过程中，把土渠变成了渠道衬砌。不管是用石头来衬砌，还是用混凝土现场浇筑，都会大幅度减少地下渗漏，但地表蒸发还是有的，南方水稻田用衬砌后的渠道输水工程是非常多的。
我们国家到去年为止，全国的灌溉水利用系数已经达到了0.56以上，这个过程中，实际上我们的高效节水灌溉发挥了很重要的作用。一般情况来说，喷灌灌溉水利用系数应该要达到0.7、0.8以上，微灌要达到0.8-0.9以上，这是总体的情况。
还有我们利用高效灌溉系统，可以把溶解后的肥料，直接用专用的施肥装置注入高效灌溉管网里去。也就是说已经稀释后的、预制配置好的肥液进入到我们的灌溉管网以后再次进行稀释，通过管道水流动过程中，带着肥流到喷头，通过灌水器在灌溉过程中，把肥施到我们的作物根部，或者说施到作物的叶面，进行灌溉施肥，土渠输水这些功能是不可能实现的。
水肥一体化优点很多，其实还有一个很大的优点就是大大降低劳动强度，这是老百姓最喜欢的。目前为止水肥一体化技术的优点逐渐凸显出来，我刚才说的仅仅只是几个方面。
记者：您觉得中国水肥一体化发展中，关于设备方面有哪几个重要节点？
记者：高效节水灌溉设备的发展是否经历了很长的路程？
在这个过程中我们有一些设备引进来后得到很好应用，有一些可能就会淘汰，到现在为止不管是喷灌和微灌，实际上在消化、吸收、改进的过程中我们走了一条不平凡的发展道路，现在能够留下来继续使用的设备已经经过实践证明老百姓是喜欢用的，而且能给老百姓带来实实在在的效益。
但它也有局限性，比如在河北、山东这个设备或这项技术很好，但不见得在黑龙江、新疆能用得很好。可能在国营农场等土地规模经营集中连片的场合里用得很好，但下沉到农户他可能就用不了，因为地块太小。
所以我们觉得现在的灌溉方式是多元化的，要根据具体的地块、种植对象、管理主体、投资水平来进行综合考虑，一定要因地制宜，不能照搬，而且大田农业和设施农业又不一样，粮食作物和经济作物可能又不一样，它的灌溉系统，它的施肥装置、肥料类型、施肥习惯等都有很大差异。
记者：有没有相同设备在不同地方应用效果不同的例子？
严海军：我们在20世纪70年代末引进了美国大型喷灌机，据我的导师介绍，最开始引进到黑龙江大农场时用得很好，后来又引进到河北几个点，其中有几个农户就用得不好，因为喷灌机太大，安装在农户地块的喷灌机最终移到了农场里面去。有些大农场从20世纪70年代一直使用到2011年中央一号文件之后，差不多用了接近40年，这是一个很成功的案例。高效节水灌溉设备可能差了几十公里使用效果就会不一样，这和地块、种植户、种植主体都有关系。
还有新疆膜下滴灌技术，我们在20世纪90年代末到2000年初就开始先从兵团试点，然后又到地方进行推广棉花膜下滴灌技术，对于全国来说这项技术也是引以为自豪的，因为在以色列也没有膜下滴灌这项技术。这个技术成功了以后，逐渐往内地推广，比如说到甘肃、内蒙古、河北，又到了东北，从西往东甚至从北往南在推，这个过程中有的地方成功了，有的地方就失败了。有一个很典型的例子，据我了解，通辽现在基本上不会再覆膜了，改成了浅埋滴灌，把农用膜去掉了。那在新疆为什么有覆膜？因为覆膜对于减少蒸发、提高地温等等方面的作用是非常重要的。
所以这项技术引进到东边并没有最后沿用下来，又进行了改进。所以我们一项技术、一项装备，从一个地方搬到另外一个地方需要有适应的过程，有的可能是成功的，有的可能不见得成功。
所以研究灌溉装备不能因为研究装备而研究，一定要为了灌溉作用对象去研究，将农机和农艺结合，装备才具有特殊功能，实现最大价值。我们需要去了解作物需水需肥的规律，摸清楚这些规律以后，我们要借助高效灌溉系统，才能很精准地把水和肥，再根据作物的特定时期，施加到作物根系、叶面上去，这个就很重要。
我们在理论方面的研究上，比如说施肥技术、施肥作物模型以及一些偏实验方面的研究工作，通过国内外发表的学术论文、学术会议可以很快地获取和了解国内外同行他们现在处于什么研究水平，相对来说容易一些，但装备方面我们还有一些“卡脖子”的技术没有得到攻关。其实我们现在传感器、分析仪器很大一部分是国外的，即便我们的研究方法再好，没有这些装备一切都是零，而装备研发过程中就需要了解国外同行最新的一些产品，同时又要和我们国内企业进行共同的攻关来研发。
我们所研发的技术最后面向用户时，你的研究水平再好，研究方法再新，创新性再强，最后都要付诸装备来实施。
记者：到目前来说，中国水肥一体化装备与技术整体处于什么发展水平？
目前中国不管是喷灌还是微灌，我认为我们的技术和产品完全达到国外的水平还是有一定的距离，核心装备里最关键的一些材料还有少部分的工艺我们还没有达到国外的水准，所以我们的产品性能在一些核心的、重要的方面，还是要买国外的一些产品。总体我认为，和2005年我去以色列考察时相比，我们国家的水肥一体化装备研发得到大幅度发展，达到了国外水平的三分之二，甚至四分之三。
记者：未来水肥一体化发展情况如何？
严海军：发展前景很广阔，水肥一体化优点很多，包括农户也实实在在体会到水肥一体化的重要性。
但是我更看到现在人口老龄化的问题越来越严重，而且现在从事农业人口越来越少，在这种情况下，粮食安全问题摆在我们面前。而水肥一体化实际上可以大大降低劳动强度，提高劳动生产率，在节水减肥、增产提质等方面肯定是没有问题的，这项技术完全是绿色、高产、高效的农业新技术，所以我们农业农村部把它作为农业一号技术来进行定位，这是非常正确的，也是对我们这项技术很好的肯定。
而且现在水肥一体化技术又跟信息技术、先进传感器、移动通信等技术结合起来，更好能够实现水肥的精准智能化水平，这就是我们目前正在做的工作。水肥管理现阶段相对来说还是凭经验，我们已经有了灌溉设备，也有了能够使用的施肥装置，也有一些适合水肥一体化的肥料，但施肥什么时候施，施多少还是停留在原来的习惯上，只不过把传统施肥替代成现代的施肥方式，在节水、减肥、提高肥料利用率方面还有很大的潜力可以去挖掘，而它的潜力和前景是很好的，我认为我们还有很长的路要继续去走。
记者：那您觉得下一步有什么好的方式去改变这种现状吗？
严海军：从研究来说，我们作为高校、科研单位，我们肯定需要针对性地研究特定土壤、特定作物、特定条件下需水需肥的规律，这是毫无疑问的，也是非常重要的。尽管这20多年有大量的研究成果，但是很多成果不具备落地条件，因为中国地大物博，各种条件复杂，我觉得很多的工作还是要继续往落地的方向去做，这也是基础性的工作。
第二，作为企业来说，我们一些重要的“卡脖子”的装备、材料还需要进一步攻关研发，包括肥料产品等等，核心技术要掌握在自己手里。否则一旦被别人一卡就会陷入被动，这一方面也非常重要。
第三，示范推广培训也很重要。培训对象不仅仅是农民，也包括我们地方基层的一线农技人员，包括农机人员，一定要形成规范化的培训制度，通过政策，尤其是鼓励高校毕业的一些愿意返乡创业的新农人，我们要提供政策和资金上的引导，让他们更快来接受一些新知识，再结合农机、农技人员一起把新的技术更快更好地传递下去，再给地方农户进行培训，这些环节缺一不可。
记者：您的团队在设备、技术上的研发现在取得了哪些成果？
严海军：产品方面，我们有自己的核心知识产权进行了成果转化，也拿到了水利部使用技术的推广清单、技术成果的推广目录，我们最具代表性的就是我们的泵注式施肥装置，已经得到了我们行业内的认可，我也在主持编制第一部行业标准。
除此之外，我们在变量灌溉方面进行了研究，我主要研究的是大型喷灌机，它的控制地块面积大，有可能在大的地块内土壤空间差异大，我们可以针对性地进行变量灌溉和施肥，在我们中国农业大学涿州教学实验场，已经专门搭建安装了一套我们国内最先进的变量灌溉施肥系统。
从去年开始，我们团队也利用喷灌机作为平台，实现了喷灌和滴灌两用，在中国农业大学涿州教学实验场苜蓿生产基地以及在内蒙古阿鲁科尔沁旗100万亩苜蓿生态基地上进行了试用，效果很好，解决了喷灌在每年三月份到六月份大风条件下蒸发漂移过大的问题，喷地两用技术集成在一套系统上，可以最大地发挥节水效果。
记者：下一步在水肥一体化的设备研究中您有什么规划？
严海军：我的工作重心可能要更多往示范培训方面去做，再好的产品如果不被老百姓认可，也发挥不了它的作用。
作为中国农业大学，作为教授，我们应该承担着更大的责任，把好的技术从国外引进，我们要消化变成中国的产品，同时要把产品能够更好地传播出去，让更多的人去使用，这样才能发挥我们的研究作用。
另外因为我自己的学习、工作以及出国的经历，进行示范、推广培训的过程中我们也会根据水肥一体化实际需求，因地制宜推荐更合适的灌溉方式、水肥一体化的装备等等，达到水肥一体化技术、设备的高度匹配，取得更大成果。