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中国农业大学严海军教授访问圆形喷灌机的故乡 分享所见所闻

发布时间:2016年08月17日来源:灌溉网 作者:中国农业大学水利与土木工程学院院长 严海军

导读:今年7月,中国农业大学水利与土木工程学院院长严海军教授作为高级研究学者,由国家留学基金委通过博士生导师短期出国交流项目来到了美国喷灌机发源地——美国内布拉斯加州大学林肯分校访问交流。本文是严教授的访问笔记。

文/中国农业大学水利与土木工程学院 严海军院长

美国农业灌溉面积之最

内布拉斯加州位于美国中西部,面积约20万平方公里,人口约190万,是全美主要的牛肉、猪肉、玉米及大豆产区。根据2007年的统计数据,全州的耕地总面积为1.3亿亩,全美排名第七,其中牧草种植面积543.9万亩(第九)、作物种植面积1.2亿亩(第七),闲置面积741万亩。同年,全州灌溉农田面积约为0.5亿亩,约占全州耕地总面积的40%,占全美农田灌溉面积的15%,排名全美第一。在1998-2013十五年间,全美圆形和平移式喷灌机(主要以圆形喷灌机为主)占灌溉总面积从35%上升到48%,同期地面灌溉所占比重由50%下降至36%,可见圆形喷灌机在美国还在不断地发展。

圆形喷灌机的世界

内布拉斯加全州大约72%的灌溉面积采用喷灌,其中绝大多数采用圆形喷灌机进行灌溉。全州的“圆形喷灌机节水计划”正在帮助这些圆形喷灌机在水管理上变得更加效率。另外,大约28%的灌溉面积采用地面灌溉,其中绝大多数采用沟灌方式。地下滴灌灌溉面积不足1%。

图1 一台带地角臂(Corner system)圆形喷灌机正在工作

精细的水肥管理更加重要

内布拉斯加州处于一个巨大的地下蓄水层(Ogalla Aquifer)之上。因此,全州主要依靠地下水进行农田灌溉。截止2007年,灌溉用井数量超过9万眼,灌溉用水井的安装在上世纪70年代达到高峰,此后每十年新增灌溉用水井约1万眼。灌溉面积的蓬勃发展在内布拉斯加州某些地区引起了地下水位的下降,当地政府采取了管理措施来限制地下水资源的使用。

监测显示,某些地区地下水的氮含量在升高,可能是灌溉中氮肥通过土壤渗漏到地下水层。渗漏最严重的地区发生在地面灌溉(尤其是漫灌)的沙质土壤。因此,政府提倡科学水肥管理,同时严密监测地下水质的动态变化,以防止地下水水质的下降。

内布拉斯加州大学林肯分校

本人美国之行主要访问内布拉斯加大学林肯分校(University of Nebraska Lincoln),简称UNL,股神沃伦·巴菲特的母校,是美国中西部久负盛名的公立综合性大学,其农业科学与自然资源学院长期居于世界领先地位,化工精算等专业亦在全美处于领先地位。该校成立于1869年,是政府赠地大学,也是内布拉斯加大学州内的旗舰大学(最大的综合性大学)在各个学科和领域均享有声誉,产生了4位诺贝尔奖获得者。大学的主要任务是教学、研究和推广服务。2014年秋季学期全校注册学生总人数为25006人,其中中国留学生人数超过1000人。

图2 内布拉斯加大学林肯分校东校区校门口

图3内布拉斯加大学林肯分校体育场(内布拉斯加橄榄球队Huskers主场)

此次主要访问了内布拉斯加林肯大学东校区(East Campus)的生物系统工程系(Biological systems Engineering,原农业工程系)和农学系(Agronomy and Horticulture),并与灌溉领域相关专家进行座谈。生物系统工程系有三个专业:农业工程、生物系统工程和机械系统管理专业。根据全美U.S.News工程排名,该系的研究生教育排名第8(8/37)。目前,该系全职教职员工超过40人。该系主要从事的灌溉的教授有Derrel Martin、Suat Irmak、Derek Heeren等。主要研究方向包括:土壤-水资源-灌溉工程;气候变化对水资源和农业生产的影响;地表能量平衡变化的测量和模拟;作物水利用效率;蒸腾现象;土壤水运行模拟;变量灌溉施肥的基础研究与应用,调亏灌溉,河道堤岸侵蚀等。本次访问与Derek Heeren博士讨论了圆形喷灌机变量灌溉技术的研究进展。

图4与生物系统工程系Derek Heeren博士在办公室合影

除了在校园与专家座谈之外,农学系的Haishun Yang博士还陪同参观了内布拉斯加大学农业与自然资源研究中心中南区试验站(Clay Center),参观了正在水肥一体化的平移式喷灌机,与试验站的技术员交流正在开展的试验情况。此外,还与Haishun Yang博士交流了他们课题组正在开发的在线(网站、APP)灌溉指导工具Cornsoywater(http://hprcc-agron0.unl.edu/cornsoywater/public_html/Home.php)。这是一款面向农民的智能灌溉系统管理工具,农民可以在软件上自动连接谷歌地图定义自己的多块农田,并定义作物(玉米或大豆),软件内嵌有作物模型和内布拉斯加州的土壤地图以及实时气象数据,农民只需要输入自己农田的土壤类型以及播种时大致的水分含量,软件就会自动计算每天的蒸发蒸腾量,再通过链接的气象站点自动获得气象数据,实现水量平衡计算。当软件计算出地块种植的作物需要灌溉时,会自动发信息给农民,提醒可能需要灌溉。

图5 与农学系Haishun Yang博士在Clay Center试验站合影

图 6 一台正在进行喷灌施肥(液体肥UAN)的平移式喷灌机

瑞克公司

本次访问了位于内布拉斯加州内德士勒(Deshler)的瑞克制造有限公司总部。美国瑞克制造有限公司(Reinke Manufacturing Company, Inc.)是全球最大、最早的电动圆形喷灌机(中心支轴式)制造和相关零配件生产厂商之一。目前,该公司在全球有三个工厂,分别位于内布拉斯加州德士勒、堪萨斯州贝尔维尔和中国北京。公司创始人理查德·瑞克先生于1954年在德士勒的家庭农场成立了瑞克制造有限公司,并于1968 年设计并制造出世界上第一台电动正反转圆形喷灌机。

图7瑞克公司门口

图8 Reinke公司生产的世界上第一台电动圆形喷灌机仍在工作

在工作人员带领下参观了公司全部厂房车间,瑞克公司拥有全自动化的镀锌厂房、自动制管生产线、全自动化焊接机器人,可生产不同规格的镀锌管、不锈钢管、铝管及内衬PE管。近几年公司又投入精力专注于喷灌机智能化控制和变量灌溉技术方面研究,可为客户提供ReinCloud云端控制应用等服务。同时重视新技术和新设备的田间试验和考核。

图9与负责参观讲解的Reinke员工合影于10英寸镀锌管前

图10一台Reinke公司的两跨试验样机(可实现圆形和平移两种移动方式)

林赛公司

本次访问了位于美国内布拉斯加州奥马哈(Omaha)的林赛公司总部。美国林赛公司(Lindsay Corporation)创建于1955年,在全球建有5家制造工厂:美国、法国、巴西、南非和中国,是全球最大的中心支轴式和平移式喷灌系统出口商和营销商之一,目前全球有超过10万台来自林赛公司的中心支轴式喷灌机灌溉着世界上超过600万公顷的土地。林赛公司致力于自动化控制系统的研究,FieldNET无线灌溉管理系统为快捷、高效控制喷灌机、尾枪、灌溉泵站、施肥装置提供了全套技术方案。除了制造喷灌机之外,林赛公司还生产泵站过滤系统、移动护栏及道路安全产品。

图11 林赛工厂大厅留念

林赛公司的创始人Paul Zimmerer先生开始从事农业设备的业务,1968年他的两个儿子开始制造最早的Zimmatic®圆形喷灌机,并于1977年进入中国市场。在访问中有幸在私人农场内见证了史上第5台Zimmatic®圆形喷灌机仍在工作,目前抽取养殖场废弃物与雨水的混合液对大豆或玉米进行污水灌溉,据农场主介绍,此方式已安全使用近20年,没有对地下水、土壤、农产品及周围空气产生危害。这种技术值得在国内种养结合的规模化农场推广。

图12成立于1958年的私人养牛场

图13林赛第五台Zimmatic®圆形喷灌机(1969年生产)

此外还访问了苜蓿种植户,与农场主交流苜蓿灌溉技术,当地干草产量约1吨/亩,每年收四茬。受全球玉米价格大幅下跌,原本应明年换茬改种玉米,但农场主还是坚持继续再种苜蓿,相对而言苜蓿价格更稳定,产量也可以保证。再次证明,美国农民也都是追求利润为终极目标。在全球化的时代,美国农民更了解市场行情(而我国吉林农民也深受玉米价格下跌,盲目改种西瓜而赔本巨亏)。

图14与苜蓿种植户交流灌溉情况

图15牲畜过冬的饲料(堆放的苜蓿干草)

结语

(1)灌溉对农业增产的重要性毋庸置疑,而不同地区应选择适合本地的节水灌溉方式。在美国,喷灌在所有节水灌溉方式中占有很大比例。内布拉斯加州农户长时间选择使用圆形喷灌机,证明圆形喷灌机具有无可比拟的优势(全自动程度高、人工成本低、灌溉效率高、使用寿命长、适合丘陵地块、水肥一体化等)。以圆形喷灌机为平台,发展更加省水省肥的灌溉施肥决策是灌溉业未来发展的重中之重。(2)美国喷灌机企业极为重视产品质量和技术研发,加工装备和检测手段先进,而且拥有独特专利技术及产品,绝不简单仿制;同时这些企业特别注重售后服务和推广示范,并与相关高校联合研发和推广。(3)智能化灌溉是美国灌溉企业和大学研究的重要方向。无论是林赛正在开发的无线田间控制系统FieldNET,还是瑞克公司开发的云平台ReinCloud以及内布拉斯加大学林肯分校开发的Cornsoywater灌溉管理软件,都是为了减轻农户灌溉决策负担,实现更为智能化和精确化管理的工具。(4)圆形喷灌机可以实现节水、省肥、增产、降本,综合效益在很多方面是优于滴灌、管灌等灌溉技术,但是如何让农民能够自愿购买喷灌机,是需要喷灌机生产企业、专家学者、基层农技推广人员和农户共同努力,美国也同样面临这方面的问题。在全球化的今天,中国必须要培养既懂技术、又懂经营的新型职业农民。

转载请注明作者(中国农业大学水利与土木工程学院院长 严海军)及来源。

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