一线 | 石羊河实验站的水故事

郝琦伟 2017年07月03日 报道 浏览次数:

武威古称凉州,是丝绸之路东端的门户,唐诗中曾经形容“无数铃声遥过碛,应驮白练到安西”。千年过后,昔日“人烟扑地桑柘稠”的重镇,正经历严峻的区域生态恶化——武威的东、北部,祁连山雪水无法流经的地方,成为我国西部生态脆弱、资源型缺水的典型区域。

近几十年来,随着社会经济的迅速发展,流域水资源过度、无序开发利用,区域生态环境一度急剧恶化,“一年一场风,从春刮到冬”就是当时恶劣生态环境的真实写照。民勤绿洲北端的青土湖,上世纪五十年代已干涸见底;石羊河流域下游地区已成为我国四大沙尘暴的发源地之一,地下水因矿化度剧增,不仅人畜不能饮用,也不适用于农田灌溉,当地部分群众因无法生存而背井离乡,沦为“生态难民”。

武威市东南35公里,一座600多亩的场站,像20公里以外的沙柳一样,扎根在这里,要用科学止住腾格里、巴丹吉林两大沙漠合龙,让稀缺的水资源在这里得到优化配置、最大化利用——

 

 

这里太渴了

24年前,康绍忠(现中国工程院院士、石羊河实验站站长)第一次到甘肃石羊河下游青土湖考察农业用水。一到民勤,康绍忠就被眼前的情景惊呆了:土地龟裂、水干沙起,在极度缺水的恶劣条件下,村民们一个个挑着担子离开了,民勤东渠乡大号三社134人的村子因没有水而逃荒仅剩下21人,湖面变成盐碱地,放眼望去全是荒芜的灰白景象。眼前的情景让人怎么也无法想到,这就是清朝时那个野鸭成群、游鱼无数、水草丰美的湿地——民勤。

考察了当地的情况之后,康绍忠找到症结所在:水资源配置的不合理,上中游灌溉面积无序扩大和不科学的农业用水浪费了大量水资源,致使下游的生态环境严重恶化。

“走进徒留残垣断壁的院落,心里像打翻了五味瓶。如果农业盲目用水得不到遏制,民勤的今天,就是中国北方的明天。这里太渴了,农业科学用水太重要了,我必须要为这里做些事情”。回忆起当时的情形,康绍忠平静的话语中透出酸楚和强烈的使命感。

留住每一滴水

要想高效用水,首先就需要知道作物究竟需要多少水。基于此,康绍忠带领科研团队开始扎根石羊河,在全流域上中下游布置了大量的长期野外定位试验,热脉冲与热平衡茎流计、大型称重式蒸渗仪、涡度相关仪、波文比系统、植物生理监测系统、超高精度液态水和水汽同位素分析仪等先进的仪器设备相继投入试验研究,功夫不负有心人,通过长期定位试验,实验站积累了上百亿组宝贵的基础科学试验数据,结合流域农业种植结构调整大力发展酿酒葡萄产业、日光温室蔬菜产业、膜下滴灌棉花产业等的实际需求,揭示了流域内13种主要农作物、4种防风固沙植物的耗水规律,获得了大田粮食作物、酿酒葡萄、温室蔬菜、膜下滴灌棉花等4类作物的经济需水指标,为流域水资源合理配置、种植结构调整和科学灌溉提供了定量的依据。

康绍忠团队通过大量实验发现,人们普遍认同的“丰水高产”观念不完全正确,并不是作物灌水越多越好。在作物生长的特殊阶段,人为地、主动地降低土壤水分、使作物经受一段干旱的过程,不仅不会降低产量,反而会促进其生长,并且还能改善作物品质。“就像养孩子,不是一味吃好、穿好就能让他健康成长,要让孩子经受一些磨练,反而会更好地促进成长。作物灌溉也一样。”康绍忠打了个形象的比喻。据此,康绍忠团队系统研究了大田作物的调亏灌溉和非充分灌溉技术。

通过长期的探索研究,1996年,康绍忠团队系统提出了“控制性作物根系分区交替灌溉”的新方法,从作物根系空间实施分区供水,人为交替控制或保持根系活动层的土壤在某一区域干燥,使作物根系始终有一部分生长在干燥或较干燥的土壤区域中,让其产生水分胁迫的根信号传递至叶片,最优控制叶片气孔开张度,减少叶片奢侈的蒸腾耗水。同时,通过对不同区域根系的交替干旱锻炼,提高根系传导能力及水分和养分的利用效率,减少棵间全部湿润时的无效蒸发和总的灌溉用水量。这一灌溉技术在民勤沙漠绿洲区年降水量110毫米的地区推广应用,可在保证产量的情况下,使灌水量减少20%-30%。该项技术经教育部组织鉴定认为“达到国际领先水平”;国际著名农业水管理专家、新西兰皇家科学院院士B.E.Clothier评价该项成果时认为,“有直接的应用目标,是十分有意义和富有开创性的研究”;被国家发改委、科技部、水利部等5部委联合颁发的《中国节水技术政策大纲》列为重点推广的农业节水技术。

康绍忠称他的研究带来的最大影响就是改变了人们的观念,即节水不仅是推行喷灌、滴灌,人们现在已经认识到这是一个综合的技术体系,利用植物生理功能和科学管理等一系列方法进一步提升农业用水的效率,在将来具有很大的潜力。

西北内陆干旱区是我国资源型缺水区,为解决“缺水”与“农业发展”和“生态健康”的矛盾,基于流域生态健康的水资源科学配置是关键。康绍忠带领团队以石羊河为实验区,发展了流域水转化的定量模拟方法,提出了定量评价气候变化与人类活动对径流影响的新方法,建立了面向生态的流域水资源科学配置模型,开发了具有径流预测、灌区管理、水资源信息管理及决策等功能的流域水资源管理决策支持系统,将水资源形成转化与消耗的观测与试验数据、空间遥感数据与各种专业模型进行综合集成,不仅为水资源管理和灌区管理部门提供快速查询、辅助决策功能,也为西北旱区流域尺度水资源转化规律与节水调控模式的综合研究提供了共享的数据平台。2012年,教育部组织专家组鉴定认定该成果“推动了干旱内陆区流域尺度水资源转化理论及其农业节水调控实践的发展,取得了显著的经济、社会与生态效益,促进了生态脆弱区的流域水资源高效利用”。

“决不能止步于现有成果,提高农业用水效率是一个长期的任务,也是一个永无止境的课题。只有建立起一套完整的科学体系,找到可控制的节水途径,才能实现‘留住每一滴水’的目标”,康绍忠说。

难忘的泪水,数不清的汗水

旱灾、风暴、沙尘、荒漠、水质变坏……大自然一次次向人们嘶喊着:快离开这孱弱的石羊河吧!可有一批人逆流而上,扎根石羊河搞科研,把石羊河当作自己的家。

“与石羊河有关的记忆,你最深刻的是哪个瞬间?”

“是康绍忠老师的眼泪。我清楚地记得,2012年康老师给学校名家论坛做关于石羊河的报告。在修改发言稿的时候,我看到康老师好几次落泪,他把石羊河当做自己的家,每当想起石羊河环境的恶劣,他都会心痛吧。”康绍忠的学生答道。

从康绍忠的身上,石羊河实验站人看到了绿洲的希望,理解了“解民生之多艰”的内涵,明白了农大人身上的责任和使命。2004年,石羊河实验站正式成立,十三年间,从租赁别人的小平房到如今三层楼的实验室,从沙尘飞扬到绿树掩映,从寥寥几人到百人团队,从单打独斗到多方合作,从填补空白到成绩斐然……他们聚焦河西走廊存在的现实问题,十三年如一日,坚守、沉淀、积累,只为那一方碧水蓝天。

实验站人在这里潜心研究如何科学高效利用水土资源,齐心推进环境友好型农业建设,希望让最少的水、最少的肥、最少的药发挥最大的效益。在艰苦的环境中成长的他们,传承“不畏艰辛、乐于奉献、吃苦耐劳、艰苦奋斗”的石羊河精神——

他们是农民,满脸灰尘、一身汗水的在荒漠地上摸爬滚打,风雨无阻,耕地、播种、栽培、收获,样样在行;他们是科研工作者,一次次从田间取样、测样,到实验室中分析测定、整理资料、思考创新,硕果累累;他们是公益践行者,成立“农民节水技术田间学校”,给当地学生上环境教育课,组织农民到实验站考察学习,编写节水培训教材,指导农民学员制定实验计划,开展技术人员对农户、农户对农户的农业节水技术推广和培训;他们更是优秀的研究生,发表一篇篇高被引的SCI论文、全国优秀博士论文、校级优秀论文……

我们可以看到这样的身影,听到这样的故事:杜太生、李思恩、佟玲、丁日升等从学生时代到走上工作岗位,驻扎石羊河十余载,他们为了科研工作不得不离开爱人和年幼的孩子,不分昼夜的忙于试验研究和实验站的日常管理工作,他们有时天不亮就出门实验,在五六十度的沙漠边缘一呆就是一整天;2003级研究生郝治福、吕廷波在邓马营湖为了观测抽水井水位和土壤入渗的动态变化,也常常是带着干粮和一壶开水,在沙漠边缘的农田里一跑就是一整天;2005年,在民勤薛百乡农技站基地,条件比较艰苦,只有一个简易的土厕所、男女共用,老师们想尽量不让女同学在那里开展试验,但有一位女生就不服气,克服了巨大的困难,顺利完成了马铃薯膜下滴灌试验;2004级博士生张宝忠,读研究生时5年有4年坚持在野外基地试验工作,每天独自骑自行车到距离实验站四公里外的皇台葡萄园观测其水热通量的变化、测量葡萄的生理生态指标,为采集试验数据,顶风冒雨,不畏严寒酷暑,付出了艰辛的劳动,他的博士论文被评为全国百篇优秀博士学位论文,现已成为中国水利水电科学研究院水利所的业务骨干……

全年不间断,总有至少五十名师生在实验站开展研究工作,每年暑期,近百名师生到实验站进行实习或暑期实践。1位院士、2位杰青、3位优青、1名青年长江、1名全国优博、400余名研究生先后在石羊河这方贫瘠干涸的土地上成长成才,一批批优秀的博士、硕士研究生从这里走向祖国的四面八方……

依托实验站完成的研究成果先后获ICID国际农业节水技术奖1项、国家科技进步二等奖3项、国家自然科学二等奖1项、部(省)级科技奖4项;2011年实验站进入农业部野外科学观测实验站建设序列;2014年被农业部批准为“国家农业科技创新与集成示范基地”,获批国家自然科学基金委优秀创新群体以及教育部和国家外专局联合资助的农业高效用水学科创新引智基地……

如今,随着生活条件的改善和试验研究设备的完善,实验站为科学研究、人才培养、技术创新、团队建设、国内外交流合作、技术示范推广等搭建了平台,逐渐成为我国西部地区农业高效用水科学研究与示范以及人才培养的重要基地。

水回来了!

“扎根西北,谷水如金。白亭青土,马燕同飞。”康绍忠团队长期在西北地区潜心研究,认真对待每一滴水,将科研成果应用于生产实际,极力推广,不断追求卓越。

他们产学研结合,创新水资源科学配置与调控技术示范推广体系;提高基层技术人员的业务水平和农民节约用水、科学用水的意识;促进流域农业生产方式由广种薄收、大水漫灌向以水定经济结构、以水定发展规模、以水定产业布局、以水定作物种植面积转变。所取得的一系列成果在石羊河流域重点治理中发挥了重要作用。

自2011年以来,民勤的地下水位开始缓慢回升并逐步达到动态平衡,水鸟群又回来繁衍、栖息了。

“有一天偶然听到以往坚信‘浇水越多,收成越好’的村民们在路上热烈地讨论滴灌节水技术,那一刻,觉得自己做的事终于得到认可了”。扎根石羊河十余载的李思恩老师兴奋的说。

不仅农民认可,不断取得新突破的石羊河实验站也获得各界越来越多的关注:多位中央和地方领导到实验站及示范基地考察与指导工作,上千名业内专家学者到实验站合作交流,国内外多所高校和科研单位的师生在我校实验站开展试验研究工作或实习实践……

如今,石羊河流域重点治理已取得重要进展,膜下滴灌以及配套的农业机械、栽培等高新技术全面普及,家庭农场、国有大型农场随处可见,葡萄产业、制种产业在全国数一数二。因节水引发的农业现代化革命使这片区域重新焕发生机,成为西北地区一颗耀眼的明珠。

但生态环境治理是攻坚战,更是持久战。农大人在河西走廊上的脚步不会停歇,他们还将坚守、还将战斗,为了碧波万顷的湖水,为了水天一色的风光,为了大西北荒漠中那绿色的梦想……

 

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