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【中國教育新聞網(wǎng)】南京農(nóng)業(yè)大學(xué)兩項(xiàng)成果摘得國家科技進(jìn)步二等獎

2016-01-11來源:中國教育新聞網(wǎng) 作者:黨委宣傳部 

     日前,2015年度國家科技進(jìn)步獎公布,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)兩項(xiàng)科研成果“稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)”、“有機(jī)肥作用機(jī)制和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”分別摘得國家科技進(jìn)步二等獎。其中,“稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)”立足“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”科技,以水稻和小麥為主要研究對象,圍繞作物主要生長指標(biāo)的特征光譜波段和光譜參數(shù)、定量監(jiān)測模型、實(shí)時調(diào)控方法、監(jiān)測診斷產(chǎn)品等開展了深入系統(tǒng)的研究,集成建立了基于反射光譜的作物生長光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)了為農(nóng)田實(shí)時“開處方”;“有機(jī)肥作用機(jī)制和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”項(xiàng)目創(chuàng)新研究了有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥養(yǎng)分在土壤-植物-動物體系中的循環(huán)與轉(zhuǎn)化及對土壤性質(zhì)的影響,研發(fā)出商品有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn)工藝與技術(shù),進(jìn)行推廣施用,發(fā)揮了化肥和有機(jī)肥兩者之長?!?br />
     稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)給農(nóng)田實(shí)時“開處方”

  傳感器一“轉(zhuǎn)”,就能監(jiān)測農(nóng)田肥水情況?無人機(jī)一“瞄”,就能判斷作物生長走勢?農(nóng)民和種植大戶們手機(jī)在手,就能實(shí)時獲得量化的施肥建議,再也不必苦守著農(nóng)技人員下田看苗,擔(dān)心錯過了最佳的診斷時機(jī)?沒錯!南京農(nóng)業(yè)大學(xué)一項(xiàng)最新的“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”科技——稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù),以水稻和小麥為主要研究對象,圍繞作物主要生長指標(biāo)的特征光譜波段和光譜參數(shù)、定量監(jiān)測模型、實(shí)時調(diào)控方法、監(jiān)測診斷產(chǎn)品等開展了深入系統(tǒng)的研究,集成建立了基于反射光譜的作物生長光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)體系,日前獲得國家科技進(jìn)步二等獎?!?br />
 現(xiàn)代看苗診斷:“人眼”變成了“機(jī)械眼” 

  “水稻、小麥等糧食作物在生長過程中需要監(jiān)測肥水、病蟲害等情況,傳統(tǒng)的‘看苗診斷’依托的是農(nóng)技人員“人眼看”、“下田看”,大部分都是‘拍腦袋’、‘憑經(jīng)驗(yàn)’,不能定量化,而且受人力所限,一天只能看一兩塊田,這樣‘看’下來時間長、效率低,常常錯過了最佳‘診療期’”?!?br />
  南京農(nóng)業(yè)大學(xué)田永超教授向記者介紹,項(xiàng)目組研發(fā)的現(xiàn)代看苗診斷技術(shù)就是針對這些缺點(diǎn)逐一突破,原理是根據(jù)作物吸收太陽光的情況,葉綠素含量高的作物,吸收的相關(guān)可見光多,反射的光譜就少,從而制作出“反射光譜庫”,構(gòu)建“光譜”與作物生長關(guān)系模型;同時研制便攜式和機(jī)載式的監(jiān)測診斷設(shè)備,通過在農(nóng)田傳感器、無人機(jī)上安裝“機(jī)械眼”,實(shí)現(xiàn)從點(diǎn)到面的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)測覆蓋。 

  “革新后的技術(shù)優(yōu)勢明顯,一是更加客觀、精確,從人眼看變成傳感器看,能夠消除大量的經(jīng)驗(yàn)性誤差;二是更加快速,以往通過對化驗(yàn)葉綠素,最起碼要10天的周期,等化驗(yàn)結(jié)果出來,最佳施肥施藥期已過,現(xiàn)在是‘實(shí)時’監(jiān)測,農(nóng)戶只需手機(jī)下載相關(guān)軟件,足不出戶就可以實(shí)時查收作物監(jiān)測情況以及量化的施肥建議;三是適應(yīng)規(guī)?;r(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢,未來農(nóng)業(yè)必將走適度規(guī)模的發(fā)展道路,規(guī)模就帶來需求,無人機(jī)等領(lǐng)先技術(shù)的應(yīng)用將為規(guī)模化、機(jī)械化、大面積農(nóng)田的作物監(jiān)測提供精確的分類指導(dǎo)。” 

 動態(tài)設(shè)計生產(chǎn)軌跡:作物生長的“營養(yǎng)師” 

  說到此項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn),田永超為記者打了一個形象的比喻,“就像專業(yè)的營養(yǎng)師,會根據(jù)人的不同年齡階段,定制相應(yīng)的體格指數(shù)、體質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),我們做的則是針對作物不同生長階段特定的水肥需求情況,通過軟件建模,動態(tài)設(shè)計其生產(chǎn)軌跡。” 

  據(jù)了解,項(xiàng)目牽頭人,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)曹衛(wèi)星教授,放棄國外優(yōu)厚待遇回到南農(nóng),從2000年起來,帶領(lǐng)團(tuán)隊潛心研究“稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù)”?!?br />
  “我們的項(xiàng)目歷時16年,之前做在的是‘基肥’的精確定量研究,即在作物下田之前,給出合適的水肥使用量指導(dǎo),近年來,主要針對‘追肥’,即作物生長過程中的實(shí)時監(jiān)測?!薄?br />
  田永超告訴記者,項(xiàng)目組借助自主研發(fā)的作物生長監(jiān)測診斷系統(tǒng)、生長監(jiān)測診斷儀、農(nóng)田感知與智慧管理平臺等軟硬件產(chǎn)品,以作物長勢分布圖、肥水處方圖、產(chǎn)量品質(zhì)分布圖等為主要應(yīng)用形式,為農(nóng)戶繪制出簡便實(shí)用的作物生長“營養(yǎng)圖”。 

  據(jù)了解,從2015年開始,農(nóng)業(yè)部組織開展了到2020年“化肥使用量零增長”和“農(nóng)藥使用量零增長”的“雙減行動”,推進(jìn)化肥、農(nóng)藥減量增效,南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的這項(xiàng)稻麥生長指標(biāo)光譜監(jiān)測與定量診斷技術(shù),為優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高化肥農(nóng)藥使用效率,提供了核心的支撐技術(shù)。 

  先進(jìn)技術(shù)出來了,如何真正送到農(nóng)田,讓農(nóng)戶知道并愿意用這“新鮮的家伙”?據(jù)介紹,在推廣應(yīng)用上,項(xiàng)目組富有創(chuàng)造性地建立起“農(nóng)推部門—合作社(企業(yè))—農(nóng)戶”的三層技術(shù)推廣模式,注重面向規(guī)模性種植大戶、家庭農(nóng)場主等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體,通過與政府、企業(yè)、合作社、種植大戶相結(jié)合,將試驗(yàn)、示范與推廣同步。自2009年開始,該技術(shù)在江蘇、河南、江西、安徽、浙江、河北、湖南等我國主要稻麥生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了示范應(yīng)用,節(jié)氮約7.5%,增產(chǎn)約5%。據(jù)不完全統(tǒng)計,近5年累計推廣有效面積4920.21萬畝,新增效益24.28億元?!?br />
跨專業(yè)人才團(tuán)隊:既懂農(nóng)學(xué)也懂工程 

  既然做的是“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”,自然少不了“計算機(jī)+農(nóng)學(xué)”的復(fù)合人才加盟?!皬能浖接布?,從實(shí)時診斷到定量調(diào)控,核心技術(shù)都是由團(tuán)隊成員自主設(shè)計完成。”田永超介紹起這支具有復(fù)合專業(yè)背景的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技團(tuán)隊,不無自豪?!拔覀儓F(tuán)隊現(xiàn)有核心成員11人,專業(yè)背景涉及計算機(jī)、遙感、地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)工程等不同學(xué)科門類,在人才培養(yǎng)上,通過與植物保護(hù)學(xué)院、信息科技學(xué)院的合作,實(shí)現(xiàn)交叉性復(fù)合型人才的自主培養(yǎng)?!薄?br />
  “智慧農(nóng)業(yè)是未來的發(fā)展方向,我們屬于應(yīng)用研究型學(xué)科,從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用推廣,橫跨農(nóng)業(yè)的上、中、下游,我們的研究既強(qiáng)調(diào)攀登理論前沿,又強(qiáng)調(diào)對接產(chǎn)業(yè)需求、提升團(tuán)隊成員的實(shí)踐創(chuàng)新能力;既要能發(fā)表具有理論突破的論文,又要能發(fā)明專利,推出實(shí)用創(chuàng)新型產(chǎn)品?!薄?br />
  據(jù)了解,該研究成果豐碩,目前已授權(quán)國家發(fā)明專利17項(xiàng)、實(shí)用新型專利5項(xiàng),登記國家計算機(jī)軟件著作權(quán)16項(xiàng);推廣便攜式作物生長監(jiān)測診斷儀286臺、農(nóng)田感知節(jié)點(diǎn)368套;發(fā)表學(xué)術(shù)論文158篇,出版專著1部;培養(yǎng)研究生及博士后56名?!?br />
                                   沈其榮教授團(tuán)隊破解有機(jī)肥作用機(jī)制關(guān)鍵難題 

  傳統(tǒng)化肥養(yǎng)分高,見效快,能促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度提高,解決人類的溫飽問題。然而,隨著人們生活水平的提高,消費(fèi)者對農(nóng)作物的品質(zhì)要求也日趨增高,越來越多的人不僅僅滿足于“有的吃”,還要能“吃得好”。傳統(tǒng)有機(jī)肥能提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì),改善口味,增加營養(yǎng),而且能有效解決長期施用化肥造成的土壤板結(jié)問題,顯著提高土壤微生物量、多樣性及土壤酶活性。但傳統(tǒng)有機(jī)肥異味大,難儲存,很難大量生產(chǎn)和堆放,在生產(chǎn)生活中,往往形成大量固體有機(jī)廢棄物而被隨處棄置,浪費(fèi)養(yǎng)分資源,污染環(huán)境?!?br />
  化肥、有機(jī)肥各有長處和不足,如何揚(yáng)長避短,進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì),改善土壤環(huán)境?南農(nóng)大沈其榮教授團(tuán)隊的研究成果“有機(jī)肥作用機(jī)制和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”,針對這些“長短”,創(chuàng)新研究了有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥養(yǎng)分在土壤-植物-動物體系中的循環(huán)與轉(zhuǎn)化及對土壤性質(zhì)的影響,研發(fā)出商品有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥生產(chǎn)工藝與技術(shù),進(jìn)行推廣施用。此舉不僅發(fā)揮了兩者之“長”,而且通過關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),使這種“揚(yáng)長避短”成為可能?!?br />
揚(yáng)長!抓住“氮”,讓農(nóng)作物生長更快 

  氮(N)是植物生長需要量最大的元素,為了提高產(chǎn)量,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,農(nóng)民往往大量施用氮肥。然而,氮同時又是十分活躍的元素,極易流失,不僅影響產(chǎn)量、造成浪費(fèi),還會對水體環(huán)境和人類健康造成危害。沈其榮告訴記者,研究團(tuán)隊首次建立了采用同位素13C15N雙標(biāo)記作物秸稈、畜禽糞便等有機(jī)肥料的技術(shù)。通過研究揭示,土壤中殘留的有機(jī)13C約有15%存在于土壤腐殖酸類物質(zhì)中,80%在土壤胡敏素中,5%左右在土壤微生物體內(nèi)。也就是說,通過有機(jī)肥使化肥15N快速轉(zhuǎn)化成微生物有機(jī)15N,再被礦化出無機(jī)氮,構(gòu)成土壤有效氮的存儲“過渡庫”,使土壤氮素供應(yīng)過程與作物吸氮更相吻合,減少了氮素的揮發(fā)和浪費(fèi)。這項(xiàng)有機(jī)無機(jī)肥料氮素協(xié)同增效的主要機(jī)制改變了以往化肥無機(jī)氮供應(yīng)太快、土壤有機(jī)氮供應(yīng)太慢的特性,用碳素“抓牢”氮素,為確保作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了良好的氮素供應(yīng)模式,為國內(nèi)外同行運(yùn)用氮素進(jìn)行相關(guān)研究打通了“快速通道”。 

  避短!少施化肥,讓環(huán)境變得更好 

  長期施用化肥會讓土壤板結(jié),有機(jī)肥到底是如何解決板結(jié)問題、改善土壤質(zhì)量的呢?長期有機(jī)培肥真的比用化肥好嗎?沈教授團(tuán)隊給出了科學(xué)證據(jù)。研究結(jié)果表明,與施用化肥相比,長期有機(jī)培肥不僅顯著提高土壤微生物量、多樣性及土壤酶活性,更使土壤微生物類群分布均勻,植物有益菌類群,如假單胞菌、芽孢桿菌、擬桿菌等豐富度增加,而喜酸環(huán)境的酸桿菌類顯著減少,這是長期有機(jī)培肥抑制土壤酸化根本原因。有機(jī)培肥還使土壤氮素循環(huán)相關(guān)的功能基因拷貝數(shù)顯著增多。此外,施用有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥還能降低土壤有機(jī)質(zhì)分解,并有助于土壤有機(jī)質(zhì)積累和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。這些研究結(jié)果的取得為提高有機(jī)肥施用量,減少化肥用量提供了重要的理論支撐?!?br />
  為了讓更多的農(nóng)民能用上有機(jī)肥,該項(xiàng)目還建立了新鮮畜禽糞便生物脫水工藝。和傳統(tǒng)的固液分離工藝相比,新工藝不僅降低了脫水成本、減少環(huán)境污染,也減少了脫水環(huán)節(jié)的養(yǎng)分流失。研究人員在此基礎(chǔ)上還建立了適合于現(xiàn)代畜禽糞便的腐熟度檢測方法企業(yè)用比色法,使有機(jī)肥的生產(chǎn)更加方便高效?!?br />
  推動“揚(yáng)長避短”成為行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn) 

  有機(jī)肥作用機(jī)制關(guān)鍵問題的解決,使得具有“揚(yáng)長避短”特點(diǎn)的商品有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)品得到大面積推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,南農(nóng)的科研人員修訂了有機(jī)肥料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),提高了有機(jī)肥養(yǎng)分含量,這一舉措不僅為有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展保駕護(hù)航,還將有效促進(jìn)我國耕地質(zhì)量的提升。商品有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)品對生產(chǎn)和環(huán)境顯而易見的優(yōu)勢,也得到了相關(guān)部門的充分肯定,財政部國家稅務(wù)總局出臺有機(jī)肥產(chǎn)品免征增值稅政策,農(nóng)業(yè)部出臺土壤有機(jī)質(zhì)提升和商品有機(jī)肥補(bǔ)貼政策,提高了農(nóng)民施用有機(jī)肥的積極性?!?br />
優(yōu)秀團(tuán)隊帶頭攻關(guān)

  “有機(jī)肥作用機(jī)制和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”成果利國利民,不僅在國內(nèi)具有當(dāng)然的領(lǐng)先優(yōu)勢,也是一項(xiàng)造福人類的先進(jìn)技術(shù)。而帶頭進(jìn)行科研攻關(guān)的正是由沈其榮為首的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)肥和土壤微生物研究團(tuán)隊,這支科研隊伍由20多名中青年高水平科研人員組成,多年來從事有機(jī)肥和土壤微生物領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿研究和科技攻關(guān),以及有機(jī)肥生產(chǎn)新工藝的推廣應(yīng)用。作為行業(yè)的領(lǐng)頭羊,團(tuán)隊先后主持過國家973項(xiàng)目、國家基金重點(diǎn)項(xiàng)目和公益性農(nóng)業(yè)行業(yè)專項(xiàng)等重大項(xiàng)目,帶領(lǐng)全國同行長期進(jìn)行有機(jī)肥的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究,使中國有機(jī)肥研究進(jìn)入世界領(lǐng)先行業(yè)。 

  多年的研究工作也為團(tuán)隊帶來了諸多榮譽(yù)。團(tuán)隊研發(fā)的“克服土壤連作障礙的微生物有機(jī)肥產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”成果獲2011年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎和2010年江蘇省科學(xué)技術(shù)獎一等獎;“有機(jī)肥作用機(jī)制和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究與推廣”成果獲2015年國家科技進(jìn)步獎二等獎和2013年教育部科技進(jìn)步獎一等獎;“一種能防除連作作物枯萎病的拮抗菌及其微生物肥料”專利獲2010年國家專利金獎和2009年江蘇省專利金獎;“有機(jī)(類)肥料產(chǎn)品研發(fā)和推廣”成果獲第四屆中國技術(shù)市場協(xié)會獎金橋獎(2009);有機(jī)肥與土壤微生物創(chuàng)新團(tuán)隊于2015年獲得農(nóng)業(yè)部和中華農(nóng)業(yè)科技獎(優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊獎)。(許天穎 陳潔)

編輯:林世龍 許天穎

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