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李保明:安得“广厦”千万间
——记中国农业大学水利与土木工程学院李保明教授及其团队

作者:本刊记者 吴彪  来源:科学中国人  发布时间:2018-04-10

导读:  对中国农业大学水利与土木工程学院李保明教授和他所带领的“农业生物环境与能源工程”学科群体来说,他们所从事就是这样一项“说大不大,说小也不小”却事关国家转型、农兴民安、任重而道远的工作。他们要为鸡、猪等畜禽舍建筑设计的农业建筑设施和设备研发,对农民和家畜来说就像是一间又一间的“广厦”,建好了可以庇佑他们,让他们笑逐颜开

  半生困惑欲何图,林下安身结草庐。新月伴人添饲料,残星催我探鸡雏。营生堪虑禽流感,运滞无虞鬼画符。野气好催人入梦,得闲茶约老樵夫。
         ——《养鸡人语》·七律
  在人们眼里,事关国运民生的领域和行业有很多,上至国家统筹的政治、经济、文化等领域,下至贴近老百姓生活的住房、医疗、教育、养老等,但具体到农业里的养殖业,不熟悉它的人或许会觉得它微不足道。然而百姓之事无小事,一件事情做不好都有可能影响国运民生。
  对中国农业大学水利与土木工程学院教授李保明和他所带领的“农业生物环境与能源工程”学科群体来说,他们所从事就是这样一项“说大不大,说小也不小”却事关国家转型、农兴民安、任重而道远的工作。他们要为鸡、猪等畜禽建筑设计的农业建筑设施和设备研发,对农民和家畜来说就像是一间又一间的“广厦”,建好了可以庇佑他们,让他们笑逐颜开
  

助力转型 服务民生
——走在供给侧改革“前沿阵地”


  2015年,李保明和他的团队“规模化养鸡环境控制关键技术创新及其设备研发与应用”成果喜获教育部高等学校优秀科学技术成果奖科技进步奖一等奖,而在此之前,该项成果还刚荣获了2014—2015年度中华农业科技奖一等奖。多数人不知道的是,从1991年开始研究至今,相关成果是经过二十余年孕育、锤炼,在实际运用中不断调整、改善而成的,而这样的调整和改善还在持续进行中。
  路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。进入李保明教授及其团队的农业建筑和设施研究世界,你会发现,这是一个远不像想象中那么简单的世界。
  《家政法》中言:养鸡法:“二月,先耕一亩作田,秫粥洒之,刈生茅覆上,自生白虫并于园中筑作小屋,覆鸡得养子,乌不得就。”追踪溯源,我国是世界上养禽历史最古老的国家,我们的祖先在很早以前就用他们的智慧总结出一套适合养鸡的方法。但时过境迁,当历史的车轮推进到新时代,伴随着我国四个现代化的进程,生产方式改变等结构性变化,养鸡业或者往大里说是整个中国养殖业的发展都面临着喜忧参半的尴尬局面。一方面是较于以往更为飞速的发展,养殖方式更智能,走向规模化、现代化;另一方面是供给和需求不平衡、不匹配使得我们的养殖结构及技术落后于很多西方发达国家。
  据李保明介绍,从20世纪80年代中期起,我国已成为世界第一养鸡大国,但90%以上仍由农户养殖,规模化生产水平低、劳动生产率低、环境调控程度低、死淘率高的“三低一高”问题突出。再加上我国大部分地区夏热冬冷、春秋季冷空气影响频繁,环境应激强度大、疾病交叉感染严重,严重阻碍了养鸡业的健康发展,年直接经济损失高达400多亿元。事实上,无论是生产结构方式的变革,还是人口城镇化等随之带来的各种问题,都更加凸显了相关研究的紧迫性。
  当供给侧需求改革的号角吹响,李保明及其团队冲在了“前沿阵地”,而他们手中的“武器”就是现代化的养殖工艺技术和环境工程设施。
  或许很多人都听闻过养殖业里的这些趣事:让奶牛听音乐,就可以提高它们的产奶量;让鸡住进整洁卫生、空气通畅的“小别墅”,就可以降低疫病的传播随着现代科学技术的发展,很多进入规模养殖的企业,已经在尝试通过各种先进的技术方法手段来提高养殖的成效。李保明和他的团队贡献其中,只是,他们的方法和技术饱含着他们自己长期调研试验和实践积累的经验以及独特的领悟。
  鸡舍的通风、温控是鸡场建设需要面临的两个至关重要的基础问题。李保明及其团队自然而然地把研究的剑锋直至这两大基础问题。通过对不同地区、季节、建筑形式鸡舍多次现场测试试验和数值模拟,他们发现了鸡舍气流组织的空间分布变化规律,创新性地提出了纵向通风气流组织理论与设计方法,从而破解了传统鸡舍横向通风气流组织的通风死区和舍间交叉感染等难题;为解决鸡舍的温控难题,他们利用连续20年夏季的实时气象数据,对全国9个典型气候区域进行了分析和评价,最终创建了基于湿球温度的湿帘降温防温度骤降的调控方法与技术,采用水泵间歇启动的间歇调控和湿帘淋水面积分块控制的分级调控解决方案,巧妙地解决了湿帘降温面临的温度骤降应激现象等难题。
  基于这些基础理论和技术,李保明及其团队首创了节能节地连栋鸡舍设计与环境综合调控技术,建成了首批零间距18连栋大型鸡舍。这些鸡场采用整场全进全出,排风口与场区污道布局相结合,利用微酸性电解水进行高效安全消毒,实现了场区净污分离,切断了前后批次间的交叉感染,有效控制疾病传播和发生,保证了场区生物安全。相关技术可以节约占地面积和建筑造价分别达到50%~60%和30%~53%,提高饲养密度达30%以上。为提高有限空间内的养殖效率,做出了很大的贡献。
  上世纪80年代,我国的蛋鸡笼养主要采用阶梯或半阶梯式。在“规模化养鸡环境控制关键技术创新及其设备研发与应用”项目中,李保明团队成员与广州广兴集团公司等一起组建了产学研创新团队,自主研发了具有中国特色的蛋鸡高密度叠层笼养技术与装备,这一套技术和装备不仅有6层6列蛋鸡叠层笼养,还创新性地突破了自动化养鸡桁车饲喂首尾架的饲料回收装置、均匀下料和减少料槽磨损的喂料料斗、避免底部剩料的对称斜面料槽等技术难题。相关成果于1995年在被称为“规模养鸡的禁区”的海南成功试用,后还在北京德清源等规模鸡场得到大规模推广应用,为众多养殖户解决了养殖过程中面临的实际难题。该技术产品不仅替代了相关的进口设备,还出口到日本、东南亚、南美等50多个国家和地区,在相关领域打破了我国的落后局面。
  解决实际难题的同时,李保明及其团队还不忘用手中的科技利器,为养殖户打造现代、高效、智能的综合调控技术体系。通过网络化视频监控与环境监测软件,养殖户就可以很方便地实现鸡舍和场区环境因子变化的整体协同控制,而鸡舍管理人员和位于异地的企业高层管理者也可以对鸡舍和场区环境控制系统操纵及远程实时监测;通过畜禽舍远程通信及短信报警系统,他们还可以远程监控环境控制器,确保安全生产
  “中国正处在一个转型升级的关键时期,而养殖产业的转型升级就应从养殖模式的升级开始。”李保明一语道破了他和团队自始至终立足国家转型、民生需要致力于现代化养殖方式打造的原因。身处农业一线研究多年,李保明和他所在的团队对造福于民有了更深责任感和使命感,也正是这份责任感和使命感驱使他们不断去追赶,去超越——
  

紧跟前沿 追赶超越
——开启福利养殖新模式


  “过去10多年我们一直在跟踪国外畜牧产业的发展。欧洲有很多地方提倡动物福利,他们很多规模养猪场基本都实现了平均每头母猪年提供断奶仔猪数在30头以上,而原美国推行的母猪限位饲养模式环境控制得再好,也就是26~28头。我国的环控设施装备技术远没有美国做的那样好,如果我们继续按照旧有养殖工艺模式发展下去,‘生的少、死得多、用药多’的养殖产业现状就难以改变”
  近几年,李保明和他的同事频繁提到“动物福利”这几个字。“但很多人对这个词理解得不到位,动物福利不是指简单地对动物友好、关爱,它其实是一套模式,一套全新的养殖理念。”在他们看来,如果想要养殖业在健康水平和生产性能上得到提升,福利养殖模式是必由之路,而与之相配套的技术,包括营养技术、饲养管理、设施设备等都要改变。”
  因为心中有目标,10年来,他们一直在朝着这个方向努力。在“规模化养鸡环境控制关键技术创新及其设备研发与应用”项目中,李保明及其团队就研发了一系列符合福利养殖理念的技术方法和设施,收效显著。
  据李保明介绍,对比国外养殖方式的发展,他们的福利养殖模式也在不断改进。除了养猪的模式,蛋鸡养殖模式也在不断发生变化。蛋鸡饲养方式从以前的栖架散养到目前已发展成6层叠养散养的福利养殖新模式,一栋舍饲养量可达到8万只,生产性能也从以前的500日龄产300枚蛋,提高到了养700日龄产500枚蛋的新水平。除了在6层6列蛋鸡叠层笼养技术上有结合中国实际情况的创新突破之外,李保明团队根据蛋鸡定点产蛋和定位栖息睡觉的行为特点,还自主研发了一套符合鸡只栖息行为的离地立体散养的栖架福利养殖系统。这套系统设计巧妙,不仅拥有均匀供料的自动落料食槽,解决了国外采用垫料饲养方式所存在的舍内粉尘大、鸡群与粪便直接接触等问题;还创新集成了一套自动干清粪工艺及粪污收集—输送的自动作业技术,可以智能有效地改善舍内环境质量。这项离地的立体栖架养殖技术水平处于国际领先,而且它还满足了欧盟福利标准,可以大大提升我国规模化养鸡技术的国际竞争力。
  健康、环保,减少用药是近年来国际养殖极力倡导的理念。针对畜禽养殖消毒防疫困难和用药量大的问题,李保明及其团队系统研究了微酸性电解水无害化消毒技术及其环境净化技术,用以替代现行化学消毒剂的环境净化技术。通过杀菌机理的试验研究与理论分析,发现该方法具有高效、广谱、安全、廉价、无残留、绿色环保等显著特点,为改善养殖环境、解决带禽消毒等难点问题提供了新的思路和方法,为减少化学杀菌剂的使用和提高畜禽产品安全性提供了新的途径。与其他化学消毒剂相比,该项技术具有更好的杀菌效果,降低成本30%以上,已在北京、天津、河北、江西、河南、重庆、四川等多省市推广应用。
  值得一提的是,在“规模化养鸡环境控制关键技术创新及其设备研发与应用”项目实施的过程当中,李保明和他的团队还创新性地揭示了白羽肉鸡胸囊肿的工程防控机制,首创了低胸囊肿肉鸡笼底网与笼具设备。在这套设备中,他们创造性地采用仿竹竿表面形状及条状垫片组合网状结构,既满足了鸡舍的刚度要求,又有效地避免了鸡卡腿现象。该方法能使笼养肉鸡胸囊肿发生率由10%~18%降至3%以下。为白羽肉鸡大规模叠层笼养提供了技术支撑。
  相关技术在我国养鸡行业首家上市企业——山东民和牧业股份有限公司得到应用和推广。实践证明,通过将该技术与连栋肉鸡舍联合应用,节地、节能、节约投资和改善环境效果明显,经济效益显著。相关技术产品已出售到俄罗斯、美国等50多个国家。
  从长达几十年的落后挨打、亦步亦趋,到埋首耕耘奋力直追、并驾齐驱,甚至还能在某一领域实现赶超。李保明和他所代表的中国养殖业人走出了一条具有中国模式的特色赶超路。值得一提的是,自强自立、奋发图强的同时,他们还致力于在领域内发出“中国声音”,执世界之手,共同进步。
  “在国际舞台与强国共跑,我们最关键的还是要转变观念,改变理念。归根到底,这不是一个人或者几个人的战斗,而是一个群体的共同进步。我们希望有更多的人加入到我们的行列中来,走出去多看一些先进的养殖模式,亲眼看到和听到是完全不同的,看完后就知道我们有很多的东西需要向人家学习。但我们所要做的不是愚昧地复制,我们要结合自身的国情和特点去改造、创新,走出一条我们自己的路。我们曾经也是养殖强国,搞福利养殖,中国人有绝对有优势,只要理念跟上去,我们在人和其他方面与国际相比是有很大的优势的。”从始至终,李保明都在强调团队和群体的力量。“一个人走得快,一群人走得远。”这也是他埋首科研的同时,一直坚持带动学科,推动群体向前行的动力源泉——
  

一个人走得快,一群人走得远
——解民生之多艰任重道远


  “当你投入其中,看得越多,干得越多,兴趣越多,责任越重,你就会觉得有越来越多的事情需要你去完成。”这样的心态,与李保明最初接触专业时的懵懵懂懂早已是判若两人、截然不同。18岁就通过高考跳出农门又返回农门的他,凭借自己的踏实努力,一步一步从一名怀着农业机械化梦想的大学生成长到如今的农业生物环境工程与设施农业工程学科带头人。
  “农乃国之根本,国家转型必然带来生产方式的转变,生产方式改变需要理念的转变,设备设施也需要跟着改变,这当中包含有很多事情,怎么做?”“国家走向现代化,城镇化的脚步加快,这么多农民,他们的收入如何保障?年轻一代的农民,如何转变生产方式,让他们愿意留在这一方天地里有所作为?”在李保明的心里,始终萦绕着一系列围绕民生的问题,而这或许代表了每一位农业工作者的情感和心声。
  心系苍生、情怀三农,带着这样的责任感,李保明这一路走来从来都不认为自己是单打独斗的人。埋首农业设施的研究和建设,走村串户与养殖农民、养殖企业沟通、交流,提供咨询帮助、寻求合作,将多年所得、所感、所想汇聚成方法、策略和建议提供给国家他觉得他所做的是每一位农业科研工作者都在努力完成的工作。当然,这其中难免辛酸苦辣:国家在三农上的投入虽然日渐增多,但总有僧多粥少的时候,早年间项目支撑不足的时候,他们就是靠组织产学研,与养殖户、企业合作,通过协调、相互配合和信任一步一步走到今天;多方合作随之而来的利益分配、商业利益与社会推广之间的冲突、专利的保护等一系列的问题都需要去面对;还有养殖观念的转变和普及,养殖户和企业对于进口和国产技术和设备的肤浅理解等等这一系列的问题,都让李保明觉得应该团结更多地人来同舟共济。
  让李保明感到高兴的是,他所在的农业生物环境工程与设施农业工程学科就是这样一个团结的群体。“凝聚”是驻扎在这群为农业养殖事业奋斗的人心中的力量。带着这样的信念力量,他们聚集了一批行业优势科技资源与力量,立足我国相关行业里的重大战略需求,做到了强强联合、优势互补、明确分工。针对设施养殖业与设施种植业领域的共性和区域关键技术开展协同创新,他们形成了畜禽福利化健康养殖等一批产业亟需的关键技术装备。为解决制约我国设施农业产业发展的突出问题提供了关键科技支撑,并显著提升了科技成果的专业与产业服务能力。作为中国农业大学农业生物环境与能源工程学科带头人、农业部设施农业工程重点实验室学科群主任,李保明在其中发挥了重要的推动作用。
  为推进学科专业发展,他和团队做了很多努力工作,包括创立了设施农业工程工艺研究理论和技术体系,为设施农业生产方式的转型发展提供了理论和技术支撑;为推动生产方式及工艺的转变,使其更符合中国设施农业的发展,他们首次在我国开设《设施农业工程工艺学》课程,鼓励学生从工艺入手,进行原始创新。团队编写的教材《设施农业工程工艺及建筑设计》被全国几十所农林院校采用,并被评为北京市精品教材和全国高等农业院校优秀教材。2008年,李保明获得北京市教学名师称号,该课程也于2009年入选国家精品课程。为带动年轻一代的成长,李保明和团队还通过科研带动、生产实践、教学示范、培训进修等各种手段,凝聚和培养了一批优秀青年教师队伍。
  壮大自身的同时,他们依然不忘“敞开门”“走出去”,执世界之手,共同前进。为帮助兄弟院校培养和提高师资水平,他们积极为兄弟院校的青年教师提供培训和进修的机会,先后培训和指导了20余所高校的60余位青年教师骨干;针对本专业交叉学科特点和国内外发展趋势,他们每两年组织一次全国该学科相关专业的学科负责人和骨干教师进行专业教学改革的学术交流与研讨会,制定专业的人才培养方案、教学计划及课程体系,更新教学内容和教学方法,组织编写了一批国家级的专业教材;他们还通过创办“全国大学生农业建筑环境与能源工程相关专业创新设计竞赛”等活动,为创新性人才培养新思路与新方法进行了很多积极有益的探索
  为推进国际领域的交流与合作,2011年团队成立了“动物环境与福利国际研究中心”等国际交流与合作平台,该“中心”由美国伊利诺依大学等14所国际著名高校以及中国农业大学等5所国内院校组成。借助这些中心平台,团队先后派遣50余位教师和博士生赴国外开展合作与交流;走出去的同时,他们还积极通过各种方式发出中国声音,“让世界走进中国,认识中国”。例如他们牵头组织的“畜禽健康环境与福利化养殖国际研讨会”等系列国际会议,已经成为本学科最具影响力的国际学术活动,使我国特色的设施农业工程科学研究水平和地位不断提升。
  沐风栉雨三十载,不管是埋首农业设施研究建设,联合各方开展产学研,积极进行学科建设,还是推动国内外交流与合作,无论做什么,李保明的心里都非常清楚,他们的最终目的就是为了更好地服务于行业,服务一方百姓,所以他十分重视与企业、与广大养殖户的沟通与交流。为了让他们更好地理解先进的养殖理念和技术设备,他还组织团队办起了各种各样的培训班。一些地方官员、企业负责人,甚至种养大户起初是抱着“来看看”的心态而来,却得到了意外之喜。除了先进的理念和技术知识以外,他们在种、养殖过程中常遇到的一些难题,也能得到答疑解惑。尝到甜头的他们陆续登门拜访,邀请学科团队到当地把脉,诊断实际生产中存在的问题,为当地制定有关现代农业发展规划并进行技术配套。
  “顶天立地”做科研,当曾经潜藏于内心的梦想被激发并一步步走向实践,当越来越多志同道合的人被聚拢到一起,当一间间设计精巧的“广厦”得以在农村大地上铺设开,一项项技术飞入寻常百姓家惠及普通农民,李保明还有和他一样怀揣同一份事业梦想的人依然会坚持奔赴在梦想的路上,解民生之多艰,任重而道远。

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