美国机械化节水技术见闻与启示

　　2013年7月27日至8月6日，农业部机械化节水技术考察团一行6人赴美国执行中美科学合作交流项目任务，对美国机械化节水技术应用情况进行考察。在美国农业部的安排下，考察团在德克萨斯州圣安东尼奥市、加利福尼亚州弗雷斯诺市周边区域走访和考察了4个研究中心、3个农牧场、1个农机具修造厂、1个水资源保持和利用项目，与相关机构和企业负责人、农场主、基层农技推广人员进行了交流。

　　一、主要见闻

　　（一）草地水资源保持机械化技术

　　在德州约翰逊城的斯坦顿牧场，考察团听取了农技推广员关于草地水资源保持机械化技术运用情况的介绍，观看了草地水资源保持机械化技术演示。该牧场土层较浅，砂石较多，为增加草地对天然降水的吸纳功能，牧场采用草地修复机在草地上凿出连片的鱼鳞坑用于蓄积天然降水。这种方式与采用圆盘耙、少耕、深松等方式吸纳天然降水相比，可以避免牧草被机械连根拔起。联系到我国牧区，也可以采用类似机具，在最少破坏土壤的前提下修复草场。

　　在LBJ牧场，考察团了解到这个牧场原是美国第36任总统林登·贝恩斯·约翰逊的私人牧场，在他去世后，被捐赠给国家，主要用于宣传如何保护农牧业生产环境。在牧场内，到处可见当年约翰逊总统进行的草地保护技术措施应用实践成果。这些技术措施的重点是如何节约有效地利用水资源，比如等高种植、轮作、台地蓄水等。牧场生活生产经历对约翰逊总统的水资源节约利用及环境可持续发展理念形成具有重要影响。在约翰逊总统任期内所签署的法律中，有300条关于环境保护的条款，为美国环境保护和可持续发展政策措施的形成打下良好基础。

　　（二）机械化保护性耕作技术

　　美国是采用机械化保护性耕作技术最早的国家之一。通过与美国农业部官员、专家交流，考察团了解了美国保护性耕作的发展过程与现状。防治沙尘暴是美国研究保护性耕作的动因，免耕播种机和杂草综合防除技术的成熟是保护性耕作推广的技术基础。1985年美国出台的粮食安全法为保护性耕作快速发展提供政策保障，减少温室气体排放和降低生产成本是美国推动实施保护性耕作的新动力。

　　在德州弘都市某玉米棉花种植家庭农场，德州农工大学的Charles教授介绍，这个农场2000年左右开始采用保护性耕作技术，据当地的经验，保护性耕作技术一般需要5年左右时间才能真正被农场主接受。第一年是“听”，听宣传介绍、听各种培训讲课；第2、3年是“看”，看别人怎样干，看作物产量、看经济效益；第4、5年是“干”，由小面积逐步向大面积摸索着干。从现场看，农场拥有很多现代新型农机具，原来的铧式犁已被弃用，采用保护性耕作的地块表层土壤结构与含水量明显好于传统耕作。在加州最早的保护性耕作试验地，加州大学戴维斯分校的Jeffrey Mitchell博士介绍说，学校于1999年开始试验保护性耕作，实行完全免耕，试验田种植棉花的垄一直没有翻整过。从全加州看，保护性耕作面积大约占耕地面积的60%，其中能够常年保证秸秆覆盖率30%以上的地块大约占25%。由于降雨量少，上世纪90年代的农场主的做法主要是一年蓄水休闲，隔年再种植作物；在采用保护性耕作后，基本上可以保证年年种植，而且并不会影响作物产量，每英亩还可以节约成本80美元，约80元/亩（1亩= 0.1648英亩）。在加州，尚未采用保护性耕作的农场主主要有以下顾虑：一是对目前的农业生产很满意，如采用保护性耕作还要重新学习很多知识并对农场种植制度等做较大调整；二是担心这项技术不适合自己的作物；三是担心采用新技术后经济风险大。这与国内农民对待保护性耕作的态度基本相同。

　　此外，关于保护性耕作技术体系中的深松整地环节，其提高土壤蓄水能力的作用在国内外是有共识的，但是在深松频率方面，德州、加州的农场主和农业技术研究机构给出了与我国一些专家不同的看法。据德州弘都市的一个农场主介绍，深松技术在德州的应用并不多，一般深松过一次并打破犁底层以后，之后很多年便不再使用。德州农工大学农业生命研究中心的专家也谈到，该中心的棉花试验田8年前进行过深松，此后没有进行任何深松或者深耕作业。他们的体会是，如果土壤有严重影响农业生产的犁底层存在，就需要通过深松办法打破犁底层，而犁底层一旦打破后，只要不再采用类似于铧式犁翻耕的方式，一般不会再次产生犁底层。

　　（三）加州水和能源节约利用技术

　　1.加州州立大学弗雷斯诺分校水和能源技术实验室情况。目前，该实验室的主要工作之一是检测灌溉输水设备，通过确定水泵、管、阀门等灌溉输水设备的精度以达到设备节水的目的，其检测数据为法律所认可。同时，该实验室还正在建设风洞模拟系统，准备开展保护性耕作防治风蚀效果的研究测试。该实验室还建立有二氧化碳循环利用技术试验基地，基地将工厂的二氧化碳收集起来，输送到作物生长环境中，既能够做到减排，也能够满足作物生长，其未来发展空间不可小觑。

　　2.加州弗雷斯诺农垦局“水银行”项目。在弗雷斯诺市蒙多塔梅耶镇一个废弃的甜菜榨糖厂附近，考察团参观了当地农垦局牵头实施的“水银行”项目。项目主要目的是，在加州这样的干旱环境中如何有效地蓄积利用水资源。主要做法是，利用工程措施挖出一个个池塘，用于吸纳、沉降雨量充沛年份天然降水和山谷河水，这些水在池塘中慢慢入渗沉降以补充地下水，遇到干旱年份，再通过打井抽水方式将水输送到农田，这一个个池塘被形象地称为“水银行”。该项目充分体现了美国干旱地区对水资源的科学利用理念。

　　3.美国农业部圣·华金谷地农业研究中心试验研究情况。这个研究中心位于一个叫帕里尔的偏僻乡村，是美国农业部直属机构，经费由国会拨款保障。中心各主要学科的带头人、专家和科学交流博士为考察团介绍了相关研究工作开展情况。

　　一是水灌溉中心项目有关基本情况。该项目负责人Wang dong介绍了水灌溉研究中心的主要任务。Wang dong原是明尼苏达大学终身教授，我们问他为何放弃“终身教授”来到这里工作。他笑道，肯定是这里有吸引力了。Zhang Huihui博士重点介绍了桃树亏水灌溉研究情况。桃树亏水灌溉研究主要以控制桃子收获后至来年开花期间的水消耗为目的，在不影响来年产量和品质的前提下，利用红外检测树冠温度来确定桃树生长的最小用水量。该研究的各项工作比较扎实，试验设备也不是特别先进，但其切入点具有新意，试验连续性强，能够充分结合农业生产实际，充分体现了美国科研机构严谨的治学精神。初步试验结果显示，在研究所所在的帕里尔地区，在满足桃树正常生长需求的前提下，亏水灌溉技术可以比常规灌溉用水节约50%左右。

　　二是盐碱地利用研究。土壤专家Gary先生介绍了在盐碱地利用方面的研究工作，研究目标是充分利用盐碱地的长处，而不是为了治理盐碱地，选择种植的向日葵、仙人掌和油菜等作物均能适应盐碱环境。该研究没有采用对抗性措施去改变盐碱地环境，体现了因势利导利用环境的理念，值得学习和深入研究。

　　三是水分蒸腾抑制覆盖材料应用。园艺专家Donald Makus先生主要向大家介绍了一种不透明的层压材料。该材料主要用于覆盖果树根部周围区域，用以减少水分蒸腾。这种覆盖材料一面黑色，一面白色，中间有尼龙线，很难撕断，使用年限可达7年。

　　（四）农机农艺技术融合应用

　　1.农场农机农艺技术融合应用情况。在德州弘都市的家庭农场，农场主John介绍了节水技术应用和农机农艺技术结合运用情况。该农场主要种植棉花、玉米，灌溉方式主要采用节水效果很好的地下滴灌，作物种植行距、品种选择、收获时间等确定均考虑农机农艺技术的融合。因为该农场仍在使用较旧式的收获机械，故其作物的种植行距仍为36英寸（约90厘米），这与美国大部分地区采用76厘米的行距略有不同，但其行距多少的主要确定依据仍是农业机械单位作业幅宽。该农场的玉米成熟后，结穗高度一致，在含水率14%左右实行机械化收割，做到了农机农艺技术的有效结合；玉米收获后，利用圆盘耙对玉米地进行耕整，耕深一般不超过14英寸（约35厘米），以保证地下滴灌管材不被破坏。棉花种植管理过程中不进行打顶处理，同时施矮壮剂，以便棉花生长高度保持一致，为机械化收获创造条件。

　　此外，考察团还参观了洋葱、西红柿的机械化收获，这类作物的机械化收获在我国还面临很多难题，主要原因是作物品种的培育没有考虑机械化作业因素。在美国，洋葱、西红柿品种的培育，都将实现机械化作业纳入研究范围，比如洋葱，成熟后基本半裸露在地表，进行机械收获时，不对土壤进行挖掘，而是在割台前方用硬质塑料或者类似材料，在不伤害洋葱表皮的情况下直接将果实推送到输送带；适合机械收获的西红柿的表皮都比较厚，不易破损，而其口味与常规种植的西红柿并无二致。但是在机械化收获之后的土地上，我们仍能看到较多的残留洋葱和西红柿，于是我们问，机械化收获的损失率是多少？农场主哈哈大笑：这些（指残留的洋葱和西红柿）是留给上帝的。

　　2.德克萨斯农工大学农业生命研究中心农机农艺技术结合研究情况。德克萨斯农工大学农业生命研究中心位于一个叫哈夫卫的小镇，主要研究任务是利用不同灌溉方式、耕作方式充分利用降雨，提高水分利用效率，该研究已经进行4年，从棉花种植的87种灌溉方式中，优选合适的灌溉方式推荐给周边家庭农场。在该中心的棉花试验田，考察团发现棉花的灌溉方式主要采用了环形喷灌机系统，棉田种植也呈成环形，体现了农机农艺技术的有效融合。为了保障灌溉水的充分利用，在每一道灌水沟内，利用专门的机械作业形成连续的灌水畦，避免了漫灌带来的水分流失。从周边农场情况看，有不少已经采用了环形喷灌系统，充分说明该中心的研究成果与当地农业生产是紧密相关的。

　　（五）乡镇农机配件修造厂

　　在德州卢伯克市一个小镇上，考察团参观了劳伦左家庭小型农机修造厂。当大家看到这个修造配厂时，都很惊讶，在美国居然还有条件如此简陋的工厂！跟我国一些所谓的“手工作坊”并无大的不同。但是经过负责人Jody女士介绍后，大家对工厂管理者的敬意油然而生。据Jody女士讲，约翰·迪尔、凯斯等大公司的农业机械，在德州的农场作业时也存在适应性问题，一些配件须经适当改造后才能更好地作业，但大公司生产这些有特殊要求的配件，往往存在价格太高的问题，于是一些小的农机配件修造厂因成本低廉而生存下来。Jody女士的这个修配厂是她从父亲手上接过来的，已经有48年的历史，一直在兢兢业业地做各种农机配件的修复、订制、改造等“小生意”，翻新改造后的配件价格是大公司的80%，备受周边农场主欢迎，10年前经销范围主要在德州，目前60%的产品销往德州以外甚至海外。这个修配厂共有员工18人，其中在本厂工作10年以上的超过10个。从企业管理者到工人敬业乐业，没有宏大的目标口号，但却扎扎实实。

　　二、几点启示

　　（一）根据自然地理环境特点确定农业技术路线是美国农业科研、生产主体长期坚持的理念。德州、加州的农业生产把水资源的节约有效利用作为一切生产的主要出发点之一，从田间工程、机械设备、作物品种培育、试验研究、人才培养等各个方面，已经形成了一个节水工程系统，各个部分的成果与实际紧密联系并得到有效运用。

　　（二）保护性耕作理念在美国已被广泛认可。虽然德州、加州的耕地并没有100%实现保护性耕作，但是农场主和农业技术人员、管理人员都熟知此项技术，没有采用保护性耕作的农场也已淘汰了传统铧式犁翻耕，在将来条件成熟后，也可能采用保护性耕作技术。

　　（三）实现农机农艺融合已成为农业技术研究的自觉行为。美国的农业技术研究项目在整个研究过程中，科研人员首先考虑的就是技术成功后，能否实现机械化作业，农场主能否用得上；如果不能实现机械化，就修改项目研究技术路线。德克萨斯农工大学农业生命研究中心的专家介绍，他们的研究刚开始的时候，就要论证技术能否实现机械化。

　　（四）经济效益是美国农场主采用先进旱作农业技术的动力。农场主在采用一项新技术时，首先考虑的是技术的经济效益。采用保护性耕作的农场主是看重了技术的稳产增产和节本效益。

　　（五）科研和生产零距离。考察团所到的农业科研机构均处在农场周边，美国农业部的研究机构也在乡村里。他们的研究课题主要来自周边农场，课题是否成功也取决于周边农场是否接受，在被周边农场接受之后再向更广区域推广。农场主的认可度会影响议员向大学研究所或农业部研究机构的拨款投票意愿，因而无论是大学研究所还是农业部研究机构，经费都有保障，从不为生存发愁。这些研究机构的专家都体现了一个共同特点，就是研究任务确定紧扣地方实际，研究工作细致入微、长期连续，没有急功近利思想。

　　（六）乡镇中小企业秉承着稳打稳扎、持续经营的理念。在美国这样农业高度发达的国家，也有传统的作坊式工厂，但这些工厂的存在是必要的，其发展过程中体现出的不贪大求快、做百年企业的态度值得肯定和学习。

　　三、借鉴意义

　　（一）充分借鉴和吸纳先进的农业技术开发应用理念。在学习借鉴发达国家先进生产技术时，应结合我国农情加大集成创新力度，切忌局限在照搬应用。要紧密结合我国水资源匮乏的实际，围绕节约农业用水，将各种研究资源统筹起来，从每种作物的需水机理出发，在细节研究、扎实研究、持续研究等方面下大力气，切实改变一些研究机构围绕争取资金确立研究内容、研究过程敷衍了事、一味贪大求快、不注重与实践结合的痼疾。

　　（二）加强天然降水、洪水、过境河水的科学蓄积和利用。我国干旱和半干旱区分布较广，许多地区地下水位急剧下降，即使一些雨量充沛地区也存在季度间分布不均问题，天然降水白白流掉的较多；每年有很多地方暴发洪涝灾害，但洪水蓄积利用不够；一些边境地区水量充沛的界河水也未能充分有效利用。借鉴美国的做法并结合我国实际，切实加强天然降水、洪水、过境河水的科学有效利用研究，利用工程措施将水蓄积起来，以补充地下水，满足工农业生产需要，具有十分重要的意义。

　　（三）继续加强保护性耕作技术的研究和推广。保护性耕作可以抗旱节水、减少风蚀水蚀、减少二氧化碳等作用已被美国等许多国家肯定，我国应继续坚定发展信心。为准确取得技术实施效果，应加强保护性耕作研究的长期定位监测活动。保护性耕作技术的推广是一个长期过程，一般来说，农民至少需要5年甚至更长的时间，对此要有清醒的认识，不宜操之过急。要加强对保护性耕作技术体系中的深松整地环节的研究，特别在深松频度、犁底层形成机理等方面做深入、细致、扎实的研究。

　　（四）科学推广应用地膜覆盖技术。美国也有采用地膜覆盖的农场，但是这些农场基本不使用我国常用的0.005毫米左右的地膜，而是采用更厚的地膜，能够连续使用至少2年，不宜撕裂且适合采用机器捡收。建议我国应加快推广应用可长期使用、方便回收的地膜。

　　（五）继续加快农机农艺融合步伐。建议我国现有的各类农业技术产业体系都应吸收农机专家参与，以便从每一项技术的研究开始，就将是否适合全程机械化作业考虑进来。同时现有或即将建立的农机科研基地，亦应吸收农艺专家参加。

　　（六）将基层生产一线农技推广人员纳入农业科研团队。为增强农业技术研究成果的适用性，在高端农业科研团队中应扩大吸收基层生产一线优秀的农技推广人员，既能为科研提出有效建议，同时也能尽早了解技术内容，为后期的技术推广奠定基础。

　　（七）鼓励支持中小型农机修造企业做精做久。随着我国农业机械化的快速发展，一些大企业纷纷进入农机制造领域，局部地区出现中小企业难以生存的情况。但我国农机应用地域性特点较强，中小型机械制造、配件供应、零部件改造服务体系也将呈现区域差别性，应利用国家扶持发展中小企业的相关政策，鼓励农机修造中小企业在差别中寻找并确立不同于大企业发展目标的新的增长点，扎扎实实地做好各项工作，不必贪大，不必求快，将每个产品、每项服务做精做久，同样会在剧烈的市场竞争中生存和发展。