日前，2015年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)公布，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)兩項(xiàng)科研成果“稻麥生長(zhǎng)指標(biāo)光譜監(jiān)測(cè)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(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。其中“稻麥生長(zhǎng)指標(biāo)光譜監(jiān)測(cè)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(duì)象，圍繞作物主要生長(zhǎng)指標(biāo)的特征光譜波段和光譜參數(shù)、定量監(jiān)測(cè)模型、實(shí)時(shí)調(diào)控方法、監(jiān)測(cè)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(zhǎng)光譜監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了為農(nóng)田實(shí)時(shí)“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(wú)機(jī)復(fù)混肥養(yǎng)分在土壤-植物-動(dòng)物體系中的循環(huán)與轉(zhuǎn)化及對(duì)土壤性質(zhì)的影響，研發(fā)出商品有機(jī)肥和有機(jī)無(wú)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(zhǎng)。

現(xiàn)代傳感技術(shù)給農(nóng)田實(shí)時(shí)“開處方”

傳感器一“轉(zhuǎn)”，就能監(jiān)測(cè)農(nóng)田肥水情況？無(wú)人機(jī)一“瞄”，就能判斷作物生長(zhǎng)走勢(shì)？農(nóng)民和種植大戶們手機(jī)在手，就能實(shí)時(shí)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(cuò)過(guò)了最佳的診斷時(shí)機(jī)？沒(méi)錯(cuò)！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(zhǎng)指標(biāo)光譜監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)，以水稻和小麥為主要研究對(duì)象，圍繞作物主要生長(zhǎng)指標(biāo)的特征光譜波段和光譜參數(shù)、定量監(jiān)測(cè)模型、實(shí)時(shí)調(diào)控方法、監(jiān)測(cè)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(zhǎng)光譜監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)體系。

“水稻、小麥等糧食作物在生長(zhǎng)過(guò)程中需要監(jiān)測(cè)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(lái)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，常常錯(cuò)過(guò)了最佳‘診療期’”。

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(duì)這些缺點(diǎn)逐一突破，原理是根據(jù)作物吸收太陽(yáng)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(kù)”，構(gòu)建“光譜”與作物生長(zhǎng)關(guān)系模型；同時(shí)研制便攜式和機(jī)載式的監(jiān)測(cè)診斷設(shè)備，通過(guò)在農(nóng)田傳感器、無(wú)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(cè)覆蓋。

“革新后的技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(guò)對(duì)化驗(yàn)葉綠素，最起碼要10天的周期，等化驗(yàn)結(jié)果出來(lái)，最佳施肥施藥期已過(guò)，現(xiàn)在是‘實(shí)時(shí)’監(jiān)測(cè)，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(shí)查收作物監(jiān)測(cè)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(shì)，未來(lái)農(nóng)業(yè)必將走適度規(guī)模的發(fā)展道路，規(guī)模就帶來(lái)需求，無(wú)人機(jī)等領(lǐng)先技術(shù)的應(yīng)用將為規(guī)?；C(jī)械化、大面積農(nóng)田的作物監(jiān)測(cè)提供精確的分類指導(dǎo)?！?/p>

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)生產(chǎn)軌跡：作物生長(zhǎng)的“營(yíng)養(yǎng)師”

說(shuō)到此項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)，田永超為記者打了一個(gè)形象的比喻，“就像專業(yè)的營(yíng)養(yǎng)師，會(huì)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(duì)作物不同生長(zhǎng)階段特定的水肥需求情況，通過(guò)軟件建模，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)其生產(chǎn)軌跡?！?/p>

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(guó)外優(yōu)厚待遇回到南農(nóng)，從2000年起來(lái)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)潛心研究“稻麥生長(zhǎng)指標(biāo)光譜監(jiān)測(cè)與定量診斷技術(shù)”。

“我們的項(xiàng)目歷時(shí)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(lái)，主要針對(duì)‘追肥’，即作物生長(zhǎng)過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?！?/p>

田永超告訴記者，項(xiàng)目組借助自主研發(fā)的作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)、生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)診斷儀、農(nóng)田感知與智慧管理平臺(tái)等軟硬件產(chǎn)品，以作物長(zhǎng)勢(shì)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(jiǎn)便實(shí)用的作物生長(zhǎng)“營(yíng)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(zhǎng)”和“農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)”的“雙減行動(dòng)”，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(zhǎng)指標(biāo)光譜監(jiān)測(cè)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)。

既然做的是“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”，自然少不了“計(jì)算機(jī)+農(nóng)學(xué)”的復(fù)合人才加盟?！皬能浖接布?，從實(shí)時(shí)診斷到定量調(diào)控，核心技術(shù)都是由團(tuán)隊(duì)成員自主設(shè)計(jì)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(duì)，不無(wú)自豪?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)現(xiàn)有核心成員11人，專業(yè)背景涉及計(jì)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(guò)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)?！?/p>

“智慧農(nóng)業(yè)是未來(lái)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(duì)接產(chǎn)業(yè)需求、提升團(tuán)隊(duì)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?！?/p>

抓住“氮”，讓農(nóng)作物生長(zhǎng)更快

氮（N）是植物生長(zhǎng)需要量最大的元素，為了提高產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)民往往大量施用氮肥。然而，氮同時(shí)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(huì)對(duì)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(duì)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(guò)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(shuō)，通過(guò)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(wú)機(jī)氮，構(gòu)成土壤有效氮的存儲(chǔ)“過(guò)渡庫(kù)”，使土壤氮素供應(yīng)過(guò)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(wú)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(wú)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(guó)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”。

研究結(jié)果表明，與施用化肥相比，長(zhǎng)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(zhǎng)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(wú)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。

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(cè)方法企業(yè)用比色法，使有機(jī)肥的生產(chǎn)更加方便高效。

有機(jī)肥作用機(jī)制關(guān)鍵問(wèn)題的解決，使得具有“揚(yáng)長(zhǎng)避短”特點(diǎn)的商品有機(jī)肥和有機(jī)無(wú)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(guó)耕地質(zhì)量的提升。商品有機(jī)肥和有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混肥產(chǎn)品對(duì)生產(chǎn)和環(huán)境顯而易見的優(yōu)勢(shì)，也得到了相關(guān)部門的充分肯定，財(cái)政部國(guó)家稅務(wù)總局出臺(tái)有機(jī)肥產(chǎn)品免征增值稅政策，農(nóng)業(yè)部出臺(tái)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。（通訊員 許天穎 陳潔）