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到2020年，全球共有3227万公顷的土地培育着棉花。这种被称为“榜首种全球化产品”的植物，不只是国计民生不可或缺的根底产品，并且在保证农业和纺织工业平稳打开、保证相关职业作业水平甚至买卖创汇方面扮演着重要人物。此外，棉花在国防、医药、汽车工业等方面也有非常重要的用处，能够说，棉花的出产、流转、加工和消费都与国民经济的打开休戚相关。
我国已接连多年成为棉花榜首出产国和消费国，在当时杂乱的世界背景下，从源头打开对棉花的工业结构调整，促进传统工业与新兴工业彼此交融，将是保持我国经济社会安稳、进步国家经济竞争力、饯别可继续打开路途的重要一环。
而具体到我国的“产棉大省”新疆，怎么保证棉花高产值、高质量地有序打开，推进棉花工业由传统农业向才智农业方向改变，也成了新疆相关范畴科技作业者一直在思索的问题。
“没到过新疆，不知道我国有多大。”在不久前荣获2022年度“新疆最美科技作业者”荣誉的张立新眼中，宽广的新疆大地勃发生气勃勃——无论是产值占有全国棉花总产值87%、世界棉花总产值20%左右的富饶棉田，或是蕴藏着丰厚可再生资源的一起地舆环境，都为新疆的打开供给了更多的可能性。
对他来说，新疆不只是滋补他生长的膏壤，更是他斗争奋斗的地图。数十年如一日地作业在棉田一线，靶定精准农业技能和新动力技能，张立新想得很简略：他等待将自己的科研作用，助力新疆农业及新动力工业科技立异，为新疆村庄复兴的作业再添羽翼。
当被问到怎么完结棉田增产的问题时，张立新敏捷给出了明晰的答复：挑选高产稳产、多抗广适、质量优秀的棉花种类，选用全程机械化复合型农机配备，以及运用包含适宜的水肥战略在内的农业科技作用，是进步棉花质量和产值的要害。
“新疆地大物博，棉田面积很大，这为大规模的机械化运用供给了条件。在选用良种和运用机械化的根底上，结合新疆当地的具体状况，经过水肥一体化技能巧上肥水，将成为棉花丰盈的要害暗码。”张立新说道。
从新疆的地舆气候动身，张立新进一步解说了水肥在棉花出产进程中的重要性——深居内陆的新疆，降水稀疏、蒸腾激烈、水资源匮乏，农业出产灌溉用水缺乏和水资源利用率过低是新疆农业打开最杰出的“瓶颈”。
故而具体到棉花培育进程中，在保证棉花出产用水的一起，充沛进步其利用率是灌溉进程中需求处理的中心问题。此外，差异于传统上肥技能“盲目上肥、遍及滥施”的状况，依据棉花不同生长时刻所需的营养元素进行科学精准上肥，是棉花高产培育办法中可起到30%～50%作用的有用手法。
就此，张立新及其团队环绕棉花的灌溉上肥技能及配备自动化和智能化范畴打开研讨，以期从水肥一体化技能和配备下手，为棉花的增产增收供给新的发力点。
水肥一体化精准施行的难点是“感知”和“操控”。土地的温度和湿度怎么？土壤中营养成分的含量是多少？怎么准确获取这些信息？怎么在取得相关信息后及时准确地灌施水肥？这些成了摆在张立新面前的首要问题。
针对这一问题，张立新团队经过不同传感器的实时监测，收集了很多棉花生长参数和环境参数，研讨了灌施作业数据无线传输技能，拟定了体系数据交互协议和接口规范，构建了灌施作业决议方案数据剖析模型，交融了保护服务支撑技能等，收集水肥一体化作业进程中的要害数据，树立了水肥作业数据库。
经测算，传感器监测覆盖面积达85%以上，误报率低于10%，数据更新推迟5分钟以内。在此根底上，团队结合农艺技能、理论模型和农户阅历，规划了对应的操控算法和施灌模型，终究研制了一种依据Lora无线通信技能和GPRS技能结合的棉田才智灌溉体系。
这一体系凭借土壤墒情传感器监测棉田土壤信息，经过研制的依据光伏的无线电动操控阀和渠首电机监控体系以及体系集成的智能网关，能够完结长途操控施灌，保证了农作物科学灌溉的质量和功率。
针对现有上肥设备存在上肥劳动强度大、自动化程度低、水肥均匀性较低一级问题，张立新团队以PLC、触摸屏、变频器、软管泵、信息收集传感器等电气机械器材作为硬件设备，结合含糊操控、PID等操控算法，搭建了由沟通调压供电子体系、PLC操控子体系、变频调速子体系、信号收集和电动/电磁阀管路操控子体系组成的操控体系，然后完结了节水灌溉精准上肥操控，其间最为杰出的立异作用便是软管泵的研制和运用。
“2011年开端，我和团队就开端进行水肥一体化的相关研讨，其间的‘肥’还有一个风趣的改变进程。”张立新回想道，“研讨之初，咱们的研讨方向仍是固态颗粒肥的变量撒施。等到了2017年，跟着新式肥料——液态肥的鼓起，咱们经过比照发现，滴灌液态肥的肥料利用率和增产作用更好，相应的研讨要点也转向了‘水+液态肥’这一结合办法。而这个结合办法的难点，便是怎么经过驱动设备把液态肥按需准确注入活动的水中。”
在试用惯例的螺杆泵作为驱动设备时，张立新很快发现，因为要害部件——螺杆与具有必定腐蚀性的肥料长时刻触摸，螺杆泵呈现了较高的故障率，且在功能上须与流量计一起配备，本钱较高，这将为未来技能推行落地带来必定的约束。
故障率高、本钱高的问题要怎么处理呢？张立新想到了化工上别的一种常见的揉捏泵办法——软管泵。学习这一办法，张立新团队研制出产专门面向棉花灌溉上肥的软管泵。
相较于化工工程所用的软管泵，张立新团队所研制的软管泵本钱相对较低，并经过“焊接式-铸造式-板式冲压焊接式-无缝钢管式”的一系列技能迭代，使软管泵的制作工艺不断优化，要害部件的作业强度和刚度得到强化。经过轻量化的优化规划，他们研制的软管泵具有了“又轻又好”“物美价廉”等杰出优势，成为精准上肥体系的重要驱动设备。
以此为中心，张立新团队研制的液态肥精准上肥体系及设备上肥精准率可抵达99%，液态肥精准上肥体系上肥呼应时刻≤2.7秒，每台设备可进步20%～30%的作业效益，传统棉花培育进程中呈现的肥料利用率低、粗豪上肥、过量偏施等杰出问题也随之方便的处理。
与此一起，因为光伏工业在新疆宽广的打开前景，张立新及其团队又敏捷投入分布式新动力微电网和新动力配备在线检测的研讨范畴。
“在国家大力推进‘30·60’方针的当下，新疆面临着工业结构调整和大力打开新动力的巨大机会和应战。新疆具有丰厚的风能、太阳能等可再生资源，但因为其波动性、随机性、间歇性的特性，新动力并网会冲击电网的安稳性，所以打开分布式新动力微电网和新动力配备在线检测剖析研讨与运用，有利于以新动力为主导的新式电力体系运维的安稳性。
“打开光伏农业（将太阳能发电、现代农业培育和高效设备农业相结合）关于我国的农业转型具有非常重要的含义，充沛利用‘农光互补’优势，活跃打开光伏+农业范畴的技能与配备研讨，是咱们团队打开研讨的一个新方向，也是不远的将来促进新疆棉花工业晋级的重要发力点。”张立新坚定地说。
关于曾在石河子柴油机厂作业5年、随后转入石河子大学机电学院从事教研作业的张立新来说，“从实践中来、到实践中去”是他一直以来的从研思路，在企业一线的作业阅历也为他将所研内容转化运用供给了坚实的根底。
“跟企业打交道，讲的便是兢兢业业、实在处理问题。企业并不期望我给他们讲计算公式或是讲一些什么原理，而是期望将研讨作用实在运用到企业或许农户的实践作业中。”
谈及近年来与企业协作的阅历，张立新侃侃而谈，“以精准上肥体系为例，在推行活动之前，不少企业对咱们的产品并不信赖。在他们看来，多年来沿用的人工上肥也能够抵达相同的作用。然而在设备运转一年后，精准上肥体系改进了从前的上肥消耗很多人力物力、上肥功率差等问题，也敏捷赢得了相关企业的‘芳心’”。
现在，依据PLC的水溶肥（液体肥）上肥设备及操控体系现已与多家公司抵达活跃协作，相关演示运用作用杰出，现在在进一步推行运用中。
张立新并未就此停步，他想要打通农业出产的“终究一公里”，将方便有用的农机农技真实送到农人手中。依托科技特派员服务团队项目和三师图木舒克市科技方案项目，张立新及其团队赶赴南疆第三师44团打开棉花液体肥精准上肥技能的演示推行。
这番到访，张立新为自己和团队立下了三个方针：其一，依据不同区域不同棉田培育状况，演示推行节水灌溉精准上肥技能及配备；其二，与当地农户协作，逐步树立棉花优质高产的节水灌溉精准上肥管理体系；其三，面向当地农户打开阶段性技能练习及田间辅导，协助农户“吃透”相关技能、“弄懂”和“用好”相关设备，然后终究抵达省工、节水、节肥、增产四重方针。
为了这个方针，张立新及其团队抵达图木舒克后，即开端“知己知彼”的采样作业。
经过对当地棉花的生长状况进行实地考察，张立新团队对当地棉花生长时刻时环境的温度、光照、病虫害状况及土壤状况进行了调查和检测，并以此为依据制订出合理的肥料配备方案。一起团队活跃了解农户的上肥需求，并结合设备放置的地势，依据棉田的实践状况定下设备装置方案：
规划并装置所需求的管道与电线线路后，将设备程序载入操控体系，经过一次又一次的重复实验，丈量并记载设备的运转数据，依托数据与拟合公式，计算出参数值并完结设备的精度校准……
经过张立新团队的尽力，精准上肥体系得到了农户的一起认可：“上肥真的只要在屏幕上点几下就好了，线多岁的配偶来说，精准上肥体系为他们供给的协助远不止“省事儿”这么简略——
“这对夫妻现已50多岁，平常棉田的出产全赖家里的男主人。可是那一年家中的‘壮劳力’生病了，家里的女主人独自一人又很难悉数承当扛化肥、洒水、上肥这样的深重作业。这时分精准上肥体系正好为他们供给了一种方便高效的处理方案。过后男主人和咱们沟通时曾激动地说道：‘即便我卧病在床，老伴儿去田里按一下按钮，上肥洒水的作业就都做好了。有了这个体系，再也不怕耽搁农时了。’”
张立新说，“以科技手法下降劳动强度和本钱，助力南疆第三师44团打开才智农业，用农业科技打赢脱贫攻坚战，是咱们作业的重要方针之一。”
此外，为了精准上肥体系在图木舒克等区域的推行运用，保证农户取得更好的运用体会，下降设备的运用故障率，张立新及团队活跃打开关于棉花液体肥施用技巧和精准上肥体系操作办法的常识讲座，具体介绍了棉花液体肥精准上肥体系的作业原理、运转办法以及操作流程，经过常识讲座等办法使农户进一步了解相关技能和产品。练习期间，张立新团队与参加农户活跃互动，并耐性具体地回答农户的疑难问题百余次。
提及与农户近距离沟通的阅历，张立新慨叹地说：“农户是真实的出产榜首线，咱们要做的便是放下身段，榜首时刻去向农户讨教，了解他们最火急的需求。农户是非常朴素的，他们想要的不过便是处理当下实践问题的办法。与企业协作不同，农户关于设备的需求，除了有用、好用之外，更要简略牢靠、皮实经用。从这个含义动身，直接和便当，不只成了团队开发相关设备时的自我要求，也成为团队打开练习讲座时的着力方向。”
就此，“接地气”的张立新团队及其研制的技能和设备作用得到农户朋友们的高度认可，团队的成员们干劲更大了。
到现在，张立新团队研制的棉花精准上肥体系推行运用面积已抵达3200公顷（4.8万亩），在北疆推行演示152台套，南疆推行演示9台套，协助乌斯曼、张广亮等南疆农户节约劳动力2人/户、本钱3万元/户，削减12%的肥料运用量及15%的灌溉用水量。相关技能及配备的运用成为推进化肥减量增效和呼应国家“完结化肥零增长”方针的重要手法，有用促进了当地绿色农业、科技农业、才智农业的打开。
“只是供给节水和灌溉上肥等功能是不行的。在后续的研讨中，咱们将会引入环境监测，盯梢棉花生长全程中作物本身需求，让各类机械和长途操控参加到棉花出产的全进程中，终究完结才智农场、无人农场的方针。我和团队成员都期望能将前沿的技能运用到棉花工业中，为工业智能化奉献咱们自己的力气。”
自1995年入职石河子大学以来，张立新现已在这里度过了近30年的韶光。在这所由教育部和新疆出产建造兵团共建的边境高校中，张立新从懵懂新人逐步生长为国家栋梁，承当起越来越多的团队责任。
现在作为石河子大学机械工程学科、机械工程一级学科博士点负责人及石河子大学兵团动力打开研讨院院长，张立新更是深知任务在肩，不容顷刻松懈。提及现在的作业，张立新用了“传承”和“协作”来归纳。
传承兵团精力，进步育人成色。做好学生的引路人，是张立新为师以来不变的寻求。
“刚进入石河子大学的时分，我想的便是要把自己的教育搞好、把课讲好，这是最基本的要求，也是教育的榜首步。在学生习得常识之后，更重要的环节是培育学生将所学运用于实践的才能，这个时分就需求为学生供给愈加宽广的渠道来进行实践。这个渠道能够细分为两种，一种是能够供给先进科研仪器的科研渠道，别的一种便是让学生得以深耕细作、继续打开的学科渠道。”张立新解说道。
为此，自2009年起张立新就投入机械工程相关学位点的请求作业中。经过团队上下的一起尽力，2010年石河子大学机械电气工程学院即获批机械工程范畴专业硕士学位授权点，2011年获批机械工程一级学科硕士学位授权点，随后在2017年年末又获批机械工程一级学科博士学位授权点。
统稿编撰、全程参加的张立新不无慨叹地说：“学科渠道的建造一方面为学生的精专打开供给了可能性，另一方面也给学科团队的中青年教师供给了一个有力的发挥才调、发挥才华的打开渠道。这关于学生和团队的生长都有极大裨益。”
在完结学科建造的“晋级”之后，张立新也活跃策划科研渠道的建造。2014年，张立新牵头申报新疆尔自治区级机械工程实验教育演示中心，并于同年成功获批建立。自此，“双渠道”成为石河子大学机械电气工程学院机械工程学科前行的双翼，带动学院机械工程学科继续向前打开。
在此根底上，张立新从本身阅历动身，提出了培育研讨生的“5个1”准则。所谓“5个1”，便是要完结一篇高水平并成功宣布的小论文，要完结一个质量很高的大论文，要跟从团队实践着手做出一台样机，要会写发明专利、企业规范、职业规范，要会写相应的科研项目申报书。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”打通实践作业的每一个环节，经过体系化的练习，让学生在结业后就能担任各项作业，是张立新培育学生的动身点和落脚点。
关于学生在不同阶段研讨状况的不同，张立新形象地用“兔子理论”予以解说：“本科生阶段就像是沿着一条垂直的路去山上抓看见的兔子，抓到了便是完结任务；硕士阶段则是有好几条路能够抓兔子，要从中找一条最简洁、最牢靠、最方便的路去把看见的兔子抓下来；等到了博士阶段，没有路，也没看见山上有兔子，不知躲藏在哪儿。这就要他自己披荆斩棘、拓荒一条路，去抓到那只藏在某处的兔子。对不同阶段的学生要求是不同的，可是注重办法引导，鼓舞学生多阅历、多实践的初衷是不变的。”
依据特别的地舆位置，石河子大学活跃参加到我国“一带一路”建造中。在此进程中，相同作为世界上首要棉花出产和出口国的苏丹，也成为石河子大学的重要协作方针。
苏丹为粗豪农业，当地干旱缺水、农业技能落后、水肥利用率亟待进步。因而将新疆区域的精准操控水肥一体化滴灌技能推行至苏丹产棉区，契合新疆及苏丹精准农业打开的一起战略需求，具有极为重要的战略含义。
2019年张立新申报石河子大学初次获批科技部立项“打开我国家杰出青年科学家来华作业方案”（简称“世界杰青方案”），依据此张立新团队就无线传输自动化节水灌溉上肥技能与配备的研制与运用同苏丹科技大学团队打开科学研讨。
经过一系列技能协作和“我国-苏丹农业协作开发区”运用演示，两边着力培育一批常识储藏丰厚、技能过硬的专业人员；从而力求将兵团先进的棉花出产全程机械化技能及配备引入推行到苏丹，推进世界产能协作，饯别“一带一路”科技立异行动方案。
与此一起，张立新团队对内不断推进新疆企业与国内闻名院校及研讨组织的“需求互补”，对外加强与英国地质调查局、英国农业中心等组织的有用协作。乘着数字农业、才智农业的春风，在精准上肥、节水灌溉层面不断深耕，为完结村庄复兴的方针继续赋能，是张立新团队一直在做的工作。
他说：“这是新疆甚至全球农业都要思索和实践的重要课题。能在这一进程中发挥作用，我和我的团队感到非常侥幸。”
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