開拓創新,打造智慧農業領域的“國家隊”
發表時間 2019-04-15 15:03 來源 本站原創

  ——記石河子大學教育部創新團隊帶頭人呂新教授及其團隊

  智慧農業是指在農作物的生產過程中充分利用現代高新技術對其進行精細管理,以實現農業生產的集約化和信息化的管理方式。我國在20世紀90年代引入智慧農業以來,在農業生產中初步實現了精準灌溉、精準施肥、精準播種和耕種環境的實時監控,同時我國也在新疆、黑龍江、內蒙古等地開設了智慧農業示范區,并取得了一定的成效。新疆已經初步形成了智慧農業的核心技術體系,通過各單項技術實現了綜合集成,物聯網技術體系綜合應用在農業生產的各個環節,如養分監控、精量播種、變量施肥、自動測產、變量施藥、自動駕駛等,進一步提高了勞動生產率、土地產出率和農機利用率,促進了農業生產信息化、智能化和農業的管理水平,對促進我國農業生產的可持續發展具有重大意義。

  石河子大學農學院呂新教授及其團隊多年投身于智慧農業領域研究,通過承擔國家863計劃、國家科技支撐項目、國家重點研發項目和國家自然基金等項目,重點圍繞棉花播種、施肥、灌溉、病蟲害監測及采收環節開展了精準技術的研發,開發了配套產品,攻克了多項棉花生產智慧農業技術難題,取得了豐碩成果。
 


 

  帶領卓越團隊,取得碩果累累

  創新對一個國家、一個民族都是至關重要的,創新來源于廣博、扎實的基礎知識。多年來,呂新團隊通過多年的探索與總結,開展了以“協同、創新、團隊”為主題的文化建設,鍛造了一支極具凝聚力和戰斗力的創新團隊,2014年獲批教育部創新團隊,2018年獲得滾動支持。

  團隊以培養高水平創新人才、在前沿領域和關鍵技術上取得重大突破為目標,充分共享資源、展開合作,在一些重大、前沿科技問題形成協同創新的合力,建立了基礎應用研究、技術開發相互聯系,與科學研究機構合作、創新人才培養與科技創新活動結合的形式。同時以共同承擔大型科技項目為依托,形成了科研設備、科技信息共享,實驗室、實踐基地共用等各種科技資源共享機制,逐步形成了一支集軟硬件設備和優秀科技人才為一體的產學研用創新研究團隊。

  呂新帶領研究團隊圍繞兵團智慧農業技術開展了十幾年的研究,取得了一系列創新性的成果,主要包括:

  (1)創立了“監測→決策→精控”的滴灌棉田全程水肥精準管理技術。探明了影響棉田肥力的關鍵因子,構建了不同尺度棉田土壤肥力評價指標,創新性提出了大尺度棉田土壤肥力評價指標;構建了滴灌棉花氮素營養定量診斷與追肥決策模型,創新性研發了滴灌定量配肥施肥裝置,攻克了滴灌棉田追肥均勻度低、缺少精量控制的技術難題;構建了滴灌水肥精準管理與應用云平臺,實現了水肥精準一體化管理,重點解決了滴灌水肥信息快速獲取與傳輸時效性差、水肥決策與聯合調控精度低、水肥利用率低的技術難題。

  (2)創建了“病蟲監測→預警決策→施藥處方→精量噴藥”的規模化棉花病蟲害精準監控技術。發明了壓電陶瓷蟲情采集傳感器,研發了高靈敏棉鈴蟲誘捕采集技術及裝備,構建了棉蚜發生量快速監測模型,首次發明了基于圖像識別的棉蚜發生量快速監測裝置,創建了葉片、冠層、大田的黃萎病遙感識別最佳模型,開發了區域棉花病害監測系統;研制了精量噴藥機,顯著提高了規模化棉田病蟲測報和防控效率,比常規施藥降低農藥投入20%以上。

  (3)集成了棉花規模化生產關鍵環節精準管理技術體系與精準管理平臺。首次研究界定了兵團農業資源及信息相關標準,構建了農業知識和資源數據庫,研發了兵團農業大數據與綜合服務平臺;按播種、水肥管理、病蟲管理和收獲4個關鍵環節,集成了棉花規模化生產關鍵環節精準管理技術體系,研發了規模化棉田精準作業綜合管理集成平臺,并開展了大面積應用,建立了國家級棉花智慧農業示范區,近三年累積推廣2352.78萬畝,節本增效達65.25億元,推動了新疆棉花生產向精細化、智能化和集約化方向轉變,極大的推動了我國農業現代化技術的應用進程。

  近年來,通過堅持不懈的“協同、創新”文化建設,團隊在科研探索、成果轉化等方面取得顯著成績。團隊成員先后共獲國家級科技進步二等獎2項,省級科技進步獎23項,其中省級科技進步一等獎8項;發表論文480余篇,其中被SCI/EI收錄110余篇;獲得授權國家發明專利36項;出版學術專著18部,發布地方及企業標準12項。同時,團隊先后共獲批國家和省部級各類科技項目58項,資助經費6700余萬元。

  經過數年的努力與拓展,團隊研究水平進一步提高,逐步形成了一支以兵團特聘專家呂新教授、中國科學院遙感與地球研究所張立福研究員、自治區教學名師馬富裕教授、中國農機院智能裝備研發帶頭人苑嚴偉研究員等為學術骨干,多學科交叉、成員學術造詣較深、學歷較高、年齡及學緣結構合理、有創造力、團結協作、勇于奉獻、凝聚力和戰斗力強、產學研相結合等特點的創新團隊。
 


 

  創新引領智慧農業發展

  棉花是我國重要的戰略物資和資源,也是我國最重要的經濟作物,在農業經濟發展中具有重要地位。新疆是我國棉花主要產區,新疆棉花種植面積占全國60.8%,產量占74.4%,在我國棉花生產安全、棉紡工業需求、棉農增收等方面具有重要地位,肩負著新疆經濟發展、保持邊疆穩定的重任。但在棉花規模化生產精準技術實際應用中,還存在監測時效性差、決策依據不充分、控制不精準及管理效率低等技術薄弱點,極大地制約了棉花精準生產、提質增效與可持續發展。

  呂新團隊以提高農業勞動生產率、降低成本、增加綜合效益為目標,經過多年的多學科、多部門協同攻關和技術創新,以棉花種植、管理和收獲過程中的關鍵環節為切入點,圍繞棉花播種、施肥、灌溉、病蟲害監測及采收環節開展了精準技術的研發,開發了配套產品,創建棉花全程規模化生產精準作業技術體系,攻克了多項棉花生產智慧農業技術難題,取得了一系列原創成果。主要包括:

  (1)創立了滴灌棉田全程養分、水分快速監測與定量診斷技術,研發出水肥決策與精量控制系統,構建了滴灌水肥精準管理技術與應用云平臺,大幅度提高了滴灌水肥利用效率,較常規滴灌節水20%-25%,節肥15%-18%;

  (2)研發了區域棉田病蟲害監測技術,研制了精量噴藥機,構建了“病蟲監測→預警決策→施藥處方→精量噴藥”的棉花病蟲害精準監控技術,提高了測報防控效率,比常規施藥降低農藥投入20%以上;

  (3)創新性研發了基于多源信息實時監測的棉花精量播種作業質量在線監測與自適應調控技術及裝備,實現了播種量精確控制,創新了農機農藝融合模式,大幅提高了播種作業質量,漏播率降低15%-20%,省種5%;

  (4)創新性研發了采棉機棉箱火情、棉花產量、工況參數以及故障診斷檢測技術及裝備,構建了采棉機信息化服務云平臺,實現了采棉機安全高效作業。

  相關技術及產品在新疆一師、二師、六師、七師、八師、沙灣縣、兵團石河子國家農業科技園區等地區建立示范基地20個(水肥精準管理示范基地12個、病蟲害精準監測與防控示范基地4個、農機智能裝備示范基地3個、數字農業集成示范基地1個),與常規滴灌棉花生產管理技術應用相比:節水20%-25%,節肥15%-18%,降低農藥投入20%以上,節約勞動力50%以上,增產8%-10%,節本增效顯著。

  為人師表,注重人才培養

  “師者,傳道,授業,解惑也。”人才培養是教育的重中之重,因此呂新需要非常重視自己學生的個人能力的培養,因材施教,因地制宜的對每個學生制定不同的培養方式。培養教育學生的方法其實很簡單,“你希望學生成為什么樣的人,自己首先要成為那樣的人”。呂新說:“所以作為一名教師,不僅要成為學生人生的導師,也需要成為學生生活中的伴侶,我們每個教師都應該在教育工作崗位上默默地奉獻著自己。”多年來,他奮斗在人才培養第一線,不求回報,只為學生,雖然辛苦,卻始終堅持著。

  在國家實施“大眾創業、萬眾創新”戰略的過程中,作為兵團的創業導師,呂新積極鼓勵學生參加創新創業大賽、互聯網+大學生創新創業大賽、挑戰杯等競賽,近三年共組織創新創業競賽項目6項,獲得兵團創新創業大賽一等獎1項,并成功入圍全國總決賽;獲“互聯網+”大學生創新創業大賽全國銅獎1項,兵團二等獎、三等獎和優秀獎各2項。團隊以創新為內核、以育人為導向加強高校學生創新創業教育,重點加強學生參加科學研究訓練計劃活動,并取得了一定成效,共指導大學生研究訓練計劃項目6項,其中國家級項目2項,指導學生獲新疆維吾爾自治區優秀博士論文1篇,石河子大學優秀博士論文2篇,石河子大學優秀碩士論文2篇。

  科研是基礎,教學是核心。團隊在取得一系列精品科研成果的基礎上,積極推動精品科研成果支撐精品教學行動,將精品科研成果轉化為精品教學成果。近年來,成功將國家863計劃、國家科技支撐計劃、國家自然基金項目等科研成果融入教學過程,且形成了穩定的教學內容體系。

  呂新教授自石河子大學任教以來,2001年榮獲新疆生產建設兵團“兵團十大杰出青年科技創新獎”、“全國師德先進個人”稱號,2002年榮獲“全國科普先進工作者”稱號。2005年入選國家新世紀優秀人才,2006年被國家信息產業部評為“十五”信息產業科技創新先進個人,2007年獲批國務院特貼專家,2008年石河子大學首批“拔尖人才”,2010年獲得“全國優秀科技工作者”,2013年入選國家教育部創新團隊,2014年獲得“兵團特聘專家”和“自治區突出貢獻專家”稱號,2016年獲“科學中國人”以及“兵團屯墾戍邊勞動獎章”,2017、2018年分別榮獲第八屆中國技術市場金橋獎。先后榮獲國家科技進步二等獎2項,高等教育國家級教學成果二等獎1項,全國農牧漁業豐收獎一等獎1項,二等獎1項,中國產學研合作創新成果獎2項,新疆自治區科學技術進步一等獎1項,二等獎1項,兵團科技進步一等獎3項,二等獎7項,三等獎1項,自治區教學成果一等獎1項,校級科技進步二等獎1項,兵團農業技術推廣一等獎1項,山東省科技進步一等獎1項,兵團科技進步突出貢獻獎1項。
 


 

  研以致用,獲各界高度評價

  呂新教授帶領的團隊不僅注重科學研究與技術創新,更是將團隊的先進技術和研究成果與實踐相結合,多年來不僅形成了多項創新性技術成果,在新疆多個農業單位開展了示范與應用,在推動棉花生產信息化和機械化方面起到了顯著作用,受到社會各界的高度評價。

  (1)團隊代表性研究成果之一“一種活塞密封式滴灌施肥罐”于2018年榮獲新疆生產建設兵團優秀專利獎,中國發明協會評價該專利攻克了滴灌棉田追肥定時定量可控性差、施肥均勻度低、缺少固體肥料精量控制的技術難題,顯著提高了配肥精度和施肥均勻度,降低了勞動強度,節約化肥施用量,增產效果明顯,專利的推廣應用將帶動滴灌和肥料產業的發展,提升了整體區域經濟發展。

  (2)團隊組織完成的《兵團農業信息化發展規劃》等材料,受到了兵團領導高度評價和重視,并在《“十三五”時期兵團科學技術規劃》中提出:加強水肥精準管理技術、農機智能裝備等應用的棉花產業提質增效創新工程建設。

  (3)中國農學會對團隊研究成果 “棉花集約化生產關鍵環節精準技術與裝備研發應用”評價認為:項目在棉花生產精準技術及裝備方面取得了重大突破,從播種到收獲的關鍵環節創建了棉花全程規模化生產精準作業技術體系。項目成果整體達到國際領先水平。

  (4)“中國農業機械學會”與“中國農業機械工業協會”對團隊研究成果“智慧農業智能化變量作業裝備技術開發與應用”評價認為:該項目研制的變量配肥施肥機、精量噴藥機等13種精準作業裝備新裝備,代表著國際現代智慧農業裝備技術的先進水平,為農業裝備的發展做出了巨大的貢獻。

  (5)科技部專家組對呂新教授主持完成的國家863計劃課題 “棉花規模化生產精準作業技術與裝備”(2012AA101902)和國家科技支撐計劃課題“棉花田間精準管理技術規模化應用與示范”(2012BAD41B02)主要成果給出了高度評價。經現場勘驗,示范田畝均增產8.6%,節約水、肥、藥和勞動力投入98.6元/畝,經濟效益顯著。

  在未來的工作中,呂新教授還將進一步注重團隊建設和優秀人才的引進與培養,在擴大團隊學術隊伍規模的基礎上,加強團隊隊伍整體建設,不但重視優秀人才的選拔和培養,匯聚高層次優秀人才,而且重視團隊隊伍整體素質的提高,形成更有活力的科研團隊。另一方面不斷加大研發投入,完善設備平臺建設,重視產學研實踐示范基地建設,積極與兵團各師及團場合作,為團隊技術及成果轉化提供更廣闊平臺。

  同時在學科建設和人才培養方面,呂新教授積極構建適應新疆高等教育發展需要相適應的課程平臺和建設體系,堅持應用型人才培養改革方向,不斷提高人才培養質量。研究生培養堅持“融入科研團隊,注重創新能力培養”的指導思想,強化研究生的知識創新能力,選擇開放的研究生教育,開展雙語教學。他制定研究生教育創新計劃,形成以學術會議、講座、報告、論壇、沙龍、網站等內容為主的學術培養環境;設立學術交流基金,資助碩、博士生參加國際會議及學術交流,走產學研一體化的道路,強化學生的知識創新能力,突出專業能力培養。

  今后,呂新教授帶領的團隊還有很多的路要走,但有一點可以肯定,不論是過去的十年還是將來的十年,這支團隊將始終緊繃一根弦,那就是在新疆綠洲這片現代農業主戰場上努力成為一支智慧農業領域的“國家隊”。

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