劉 麗， 張玉翠,2， 張小帥， 黃欣莉， 黃彩霞

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050022； 3.張家口市農(nóng)業(yè)高效節(jié)水研究所，河北 張家口 076450）

0 引言

水資源供需矛盾問題長期制約我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展，人口增長與城市化發(fā)展加劇了我國資源與環(huán)境壓力。我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)耗水量占總耗水量70%，農(nóng)業(yè)活動對水資源的影響已難以忽視。氣候、人口、耕地和經(jīng)濟(jì)等多種因素使北方地區(qū)面臨更加嚴(yán)重的水資源短缺問題，水資源可持續(xù)化發(fā)展形勢日益嚴(yán)峻，嚴(yán)重制約人們的生產(chǎn)和生活[1]。智慧灌溉系統(tǒng)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展先進(jìn)國家為推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，最大限度降低農(nóng)業(yè)灌溉水資源浪費(fèi)的科學(xué)技術(shù)手段[2]。節(jié)水灌溉是解決北方水資源危機(jī)的根本出路，而節(jié)水灌溉系統(tǒng)自動化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢。因此，推進(jìn)智慧灌溉技術(shù)的應(yīng)用，對農(nóng)田灌溉進(jìn)行科學(xué)管理和精確實(shí)施，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效、提高水肥利用效率和推動節(jié)約型農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義[3]。

智慧灌溉通過對農(nóng)田實(shí)時(shí)監(jiān)測所得數(shù)據(jù)的傳輸和分析，遠(yuǎn)程控制灌溉設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)灌水，從而降低灌溉水資源無效損耗[4]。為提高智慧灌溉系統(tǒng)的精確度和實(shí)時(shí)性，研究人員進(jìn)行了多種系統(tǒng)控制技術(shù)研究，在不同類型的農(nóng)田中得到有效運(yùn)用[2]。然而我國智慧灌溉技術(shù)起步較晚，尤其北方地區(qū)由于地域廣闊，不同區(qū)域之間相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用及節(jié)水灌溉的發(fā)展水平不均，智慧灌溉的推廣與應(yīng)用也面臨不同問題[4]。為了在北方缺水地區(qū)因地制宜制定灌溉制度，進(jìn)一步改進(jìn)和推廣智慧灌溉系統(tǒng)，本研究綜述北方缺水地區(qū)節(jié)水灌溉的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)北方缺水地區(qū)智慧灌溉發(fā)展存在問題，提出北方缺水地區(qū)智慧灌溉今后發(fā)展方向。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

我國70%以上的種植業(yè)產(chǎn)品來自灌溉耕地，農(nóng)業(yè)是我國的用水大戶，其用水量占全國用水總量的62.3%，部分地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水占比超過90%，而發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)用水比例<50%[1]。我國干旱和半干旱地區(qū)占國土面積的65%、耕地面積的56%。受水資源空間分布不均的影響，北方水資源量相對匱乏（占全國總量<20%）[2]。如黃土高原丘陵溝壑區(qū)作為典型半干旱地區(qū)，其灌溉面積<10%，單產(chǎn)僅為全國平均的1/3；華北平原作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，其耕地面積約占全國的40%，但水資源量僅占6%。整個(gè)黃河流域農(nóng)業(yè)灌溉耗水量占總用水量的90%[3]。水資源短缺是制約北方農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水意義重大。

北方缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉效率可以通過兩條途徑得到大幅提高。一是改造灌溉渠道，從灌水率、灌溉設(shè)計(jì)保證率、灌溉流量及實(shí)際灌溉渠道等方面進(jìn)行綜合分析，對灌溉渠道進(jìn)行優(yōu)化改造[4]。二是改進(jìn)農(nóng)作物灌溉技術(shù)，如管灌、噴灌和微灌等。其中，管灌是通過布置在地表或地下的低壓管道將水直接輸送到田間的技術(shù)，優(yōu)勢是減少了水分運(yùn)輸途中因地面徑流造成的損失，可節(jié)水15%～30%[4]。噴灌是將水加壓后經(jīng)管道由噴水嘴噴灑到作物上的技術(shù)，具有灌溉區(qū)域大、少占耕地、節(jié)省人力和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，可節(jié)水30%～50%[2]。微灌包括微噴灌、地面滴灌和地下滴灌，是灌溉水經(jīng)過不同層次管道和灌溉設(shè)備直接灌溉于作物根系的技術(shù)，具有良好的節(jié)水增產(chǎn)效果，可節(jié)水50%～80%[5]。

節(jié)水灌溉技術(shù)可以最大限度地實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用，但是不同的節(jié)水灌溉技術(shù)都存在各自的優(yōu)勢與劣勢，應(yīng)該根據(jù)不同的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境選擇適合的灌溉方式，同時(shí)要推進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用的可持續(xù)發(fā)展[6]。與傳統(tǒng)灌溉相比，智慧灌溉系統(tǒng)可以根據(jù)作物生長所需要的灌水指標(biāo)制定閾值，實(shí)時(shí)監(jiān)測并分析環(huán)境信息，精準(zhǔn)控制灌溉用水，與不同灌溉技術(shù)相結(jié)合，提高水分利用效率和灌溉質(zhì)量，是節(jié)水灌溉自動化和智能化的體現(xiàn)[7]。在智慧灌溉系統(tǒng)后臺可以直接查詢觀測數(shù)據(jù)，通過自動裝置控制灌水時(shí)間、灌水量和灌水周期，有效提高了管理水平，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。研究表明，智慧灌溉系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效，提高作物質(zhì)量[8]。

2 存在問題

我國北方不同區(qū)域之間智慧灌溉的發(fā)展水平并不均衡。華北地區(qū)節(jié)水灌溉工程面積比例較大，技術(shù)投入、人才引進(jìn)更多，智慧灌溉技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。而西北地區(qū)雖然面積廣闊，但是經(jīng)濟(jì)較落后，水資源短缺嚴(yán)重，相對于華北地區(qū)節(jié)水灌溉發(fā)展水平較差，智慧灌溉的發(fā)展也面臨更多困難[9]。

2.1 西北地區(qū)智慧灌溉農(nóng)業(yè)背景與存在問題

我國西北地區(qū)占國土面積的38.4%，包含甘肅省、陜西省、寧夏回族自治區(qū)（簡稱寧夏）、新疆維吾爾自治區(qū)（簡稱新疆）和青海省，以及內(nèi)蒙古自治區(qū)（簡稱內(nèi)蒙古）和山西省部分地區(qū)，水資源極度匱乏，供需矛盾突出[10]。西北地區(qū)降水少，灌溉農(nóng)業(yè)主要分布在有河流水和高山冰雪融水的地方，比較典型的灌區(qū)主要處于寧夏平原、河套平原、河西走廊及新疆高山山麓的綠洲。其中，甘肅省和陜西省由于水資源緊缺，灌溉管理更加精細(xì)，技術(shù)引進(jìn)和智能化研究投入多，智慧灌溉的應(yīng)用比例高于西北其他省份，灌溉用水有效利用系數(shù)較高[11]。寧夏和內(nèi)蒙古的農(nóng)業(yè)發(fā)展主要依賴黃河水灌溉，寧夏大型灌區(qū)占灌溉面積比例最高，達(dá)到90%左右；內(nèi)蒙古大型灌區(qū)占灌溉面積50%左右[10]。近年來，黃河流域水資源開發(fā)利用率遠(yuǎn)超40%的生態(tài)警戒線，流域內(nèi)農(nóng)田灌溉水利用程度低，節(jié)水灌溉工程面積占有效灌溉面積的比例不高，農(nóng)田組織化程度低，智慧灌溉的發(fā)展存在很多阻礙[12]。新疆高山山麓地區(qū)和河西走廊位于干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)發(fā)展依賴祁連山和天山高山上的冰雪融水灌溉。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)在灌區(qū)信息化建設(shè)方面取得了重大進(jìn)展，2019 年，兵團(tuán)水利信息化系統(tǒng)在線率由20%提高到了90%，其灌溉用水有效利用系數(shù)處于中等偏上水平，并且大中型灌區(qū)的建立使該地更具發(fā)展智慧灌溉的優(yōu)勢[13]。但是，由于新疆的氣候、地理?xiàng)l件等原因，在運(yùn)輸過程中，水源易于揮發(fā)，并且管道長度過長，日常的防滲防堵工作難以進(jìn)行，節(jié)水項(xiàng)目資金投入巨大。

西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，節(jié)水灌溉受地域、資金和技術(shù)等制約，存在著以下4 個(gè)問題。一是需將現(xiàn)有水資源合理開發(fā)、高效利用、優(yōu)化配置，保護(hù)脆弱的生態(tài)，推動農(nóng)田優(yōu)質(zhì)高效可持續(xù)發(fā)展。二是不同地區(qū)設(shè)施配置程度差別大，并且配置的硬件設(shè)施并沒有得到及時(shí)維護(hù)，老化嚴(yán)重[10]。三是政府節(jié)水灌溉技術(shù)宣傳推廣不夠，農(nóng)民的參與意識比較淡薄。四是西北地區(qū)早期農(nóng)業(yè)科技投入不足，灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)與信息化技術(shù)結(jié)合程度較低，計(jì)算機(jī)應(yīng)用和智能化控制、自動化管理方面還亟待提高[14]。

2.2 華北地區(qū)智慧灌溉農(nóng)業(yè)背景與存在問題

與西北地區(qū)截然不同，華北地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地資源相對較好、土地平整及灌溉管理水平較高，是全國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和蔬菜供應(yīng)基地，灌溉需求量大。華北地區(qū)從20 世紀(jì)70 年代起大規(guī)模開采地下水，從200 億m3增至2017 年363 億m3，最高年2001 年511 億m3，是全球范圍最大、規(guī)模最大、強(qiáng)度最高的區(qū)域[15]。近些年來，國家和各部門在灌區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的智能化節(jié)水改造，使灌區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)建設(shè)得到了較好的改善，節(jié)水灌溉工程面積占有效灌溉面積的比例顯著提高，農(nóng)業(yè)智慧灌溉擁有更高的發(fā)展前景[16]。

華北高效灌溉發(fā)展仍面臨以下問題。一是農(nóng)戶的節(jié)水觀念十分淡薄，華北部分農(nóng)村地區(qū)還在使用大水漫灌的灌溉方式，對節(jié)約用水的重視程度不夠，造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。二是農(nóng)業(yè)節(jié)水型技術(shù)引入量大、工業(yè)化水平低、總體配合水平低，實(shí)際需要難以實(shí)現(xiàn)。三是缺乏統(tǒng)一用水管理機(jī)構(gòu)，管理體系不夠健全[17]。

3 農(nóng)業(yè)智慧灌溉技術(shù)應(yīng)用

3.1 組成

智慧灌溉系統(tǒng)主要思路：實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測土壤水分、溫度信息，將數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，由控制中心依據(jù)事先設(shè)定的灌水參數(shù)對灌水量進(jìn)行判決，通過輸出信號對灌水設(shè)備閥門和水泵進(jìn)行控制。智慧灌溉系統(tǒng)的研究方向?yàn)樵趥鞲衅鞯木_度與實(shí)時(shí)性、無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、無線數(shù)據(jù)傳輸及計(jì)算機(jī)技術(shù)等進(jìn)行智能化控制灌溉等方面[18]。

3.1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指將智能傳感器按特定的布局布置在灌區(qū)內(nèi)，并利用無線通信實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)所涵蓋的范圍和監(jiān)測目標(biāo)信息，并將其傳輸至數(shù)據(jù)采集站或灌水控制中心的一系列方法，可解決灌溉現(xiàn)場布線易于損壞、缺乏靈活性等諸多問題[19]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與GPRS 網(wǎng)絡(luò)、迭代學(xué)習(xí)控制算法或者GIS 等技術(shù)相結(jié)合，利用終端節(jié)點(diǎn)讀取作物環(huán)境信息，可以通過多種移動端全天候地掌握作物及環(huán)境的實(shí)時(shí)變化，確定作物灌溉精準(zhǔn)需求，提高灌溉控制過程的精確度，開發(fā)形成精準(zhǔn)灌溉控制系統(tǒng)，滿足農(nóng)田灌溉遠(yuǎn)程監(jiān)控需要，有效地提高作物產(chǎn)量[19-21]。

3.1.2 模糊控制技術(shù)

在智慧灌溉系統(tǒng)中，基于農(nóng)民多年的耕作與灌溉實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該領(lǐng)域?qū)＜业闹R，建立了一套基于模糊邏輯、用自然語言表達(dá)灌溉策略的模糊控制技術(shù)。這種技術(shù)與常規(guī)的控制方式相比，其最大的區(qū)別是不必了解受控目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型[22]。劉宇琦等[22]設(shè)計(jì)了一種基于模糊控制技術(shù)的自動化節(jié)水灌溉系統(tǒng)，對各參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，從而提高了對農(nóng)業(yè)灌溉的可控性和精確性。針對優(yōu)化寒地水稻智慧灌溉系統(tǒng)，通過調(diào)虧理論和模糊控制技術(shù)相結(jié)合的方法，建立多因素控制規(guī)則庫，達(dá)到對灌區(qū)灌溉時(shí)間和灌溉量的模糊調(diào)節(jié)，使節(jié)水率達(dá)20.5%[23]。模糊PID 是PID 算法與模糊控制相結(jié)合的一種控制理論，這種算法應(yīng)用于節(jié)水灌溉系統(tǒng)能有效抑制超調(diào)現(xiàn)象并縮短系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過后期優(yōu)化其在農(nóng)田灌溉時(shí)控制精度與抗干擾能力也得到了顯著的改善[24-26]。

3.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)上是利用特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而構(gòu)造出的一套智能農(nóng)田環(huán)境信息處理系統(tǒng)。智慧灌溉中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要應(yīng)用于通過計(jì)算機(jī)語言模擬人腦神經(jīng)的決策方式來實(shí)現(xiàn)對灌水量的預(yù)測。WANG X 等[27]根據(jù)多層BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、分析傳感器收集到的數(shù)據(jù)信號，最終得到一種具有較高精準(zhǔn)度與節(jié)水能力的控制器。BRUTON J M 等[28]研究結(jié)果表明，利用作物自身的物理變量和環(huán)境參數(shù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以訓(xùn)練，使所設(shè)計(jì)的控制器能夠更加準(zhǔn)確地確定作物所需灌水量。多位研究人員通過將遺傳算法用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的參數(shù)優(yōu)化，表明遺傳算法可以有效優(yōu)化灌溉計(jì)劃[29-31]。

3.1.4 專家系統(tǒng)控制技術(shù)

專家系統(tǒng)控制技術(shù)是將不同專家在某一領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分類，儲存在一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，引導(dǎo)計(jì)算機(jī)進(jìn)行推理、判斷，從而實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)與監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能交互，形成指導(dǎo)和處理技術(shù)難題的決策[32]。如基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，使用信息采集監(jiān)測精度較高的終端模塊進(jìn)行多參數(shù)決策與開發(fā)的智能灌溉專家決策系統(tǒng)結(jié)合，可將荔枝園的灌溉預(yù)測準(zhǔn)確率提高到75%[33]。將智能灌溉專家系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和人機(jī)交互界面等功能在農(nóng)田灌溉自動化控制系統(tǒng)的中央控制器中進(jìn)行集成與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及作物種植的科學(xué)管理，在西北黃土高原地區(qū)和河南鄭州園區(qū)的應(yīng)用中都取得較理想的成效[34-35]。

3.2 在不同類型農(nóng)田中應(yīng)用

3.2.1 糧食作物農(nóng)田

近年來，我國糧食生產(chǎn)重心全面北移，北方地區(qū)糧食生產(chǎn)長期穩(wěn)定地發(fā)展對于全國糧食安全意義重大。水分管理對糧食作物的生長發(fā)育有非常重要的影響，作物生育期內(nèi)的灌水量、灌溉周期和灌溉時(shí)間需要考慮的因素有很多，如天氣情況和土壤墑情等。目前糧食作物的灌溉方式大多依靠人工判斷，應(yīng)用智慧灌溉系統(tǒng)能有效提高其最終產(chǎn)量與品質(zhì)。根據(jù)作物不同生育時(shí)期及實(shí)際環(huán)境情況進(jìn)行灌溉的專家決策系統(tǒng)，可以通過監(jiān)測灌溉各種重要指標(biāo)，把農(nóng)業(yè)灌溉經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行合理有效地灌溉[36-37]。

3.2.2 果樹類農(nóng)田

我國北方地區(qū)果樹類農(nóng)田大多處在丘陵山區(qū)，地形條件多樣并且季節(jié)性強(qiáng)，人工不便于觀測，將智慧灌溉應(yīng)用于果樹栽培，通過技術(shù)手段監(jiān)測影響果樹生長的因素，可以實(shí)現(xiàn)最大化的有效灌溉，減少氣候條件與自然環(huán)境對水果質(zhì)量與產(chǎn)量的不良影響。在果園灌溉中，利用基于物聯(lián)網(wǎng)包含信息處理和專家決策等模塊的智慧灌溉系統(tǒng)，可以提高果園管理的精準(zhǔn)性和科學(xué)性[38-41]。如通過藍(lán)莓園的智慧灌溉決策系統(tǒng)，可以預(yù)測藍(lán)莓園的灌溉量和蒸騰量，控制不同物候期藍(lán)莓的濕度范圍[42]。MASON B 等[43]為了城市果園適應(yīng)都市與農(nóng)村不同的氣候，開發(fā)了智慧城市果園灌溉系統(tǒng)，系統(tǒng)能有效節(jié)約水資源，并為智慧灌溉技術(shù)的改進(jìn)提供了參考。

3.2.3 蔬菜農(nóng)田

蔬菜相較于其他作物根系分布淺，應(yīng)當(dāng)少量多次灌溉，為此，在蔬菜生產(chǎn)上開展精準(zhǔn)自動灌溉技術(shù)的應(yīng)用顯得更為必要。孫靜[44]將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于黃瓜智慧灌溉系統(tǒng)，能夠根據(jù)黃瓜的生長發(fā)育規(guī)律進(jìn)行高效灌溉。高曉紅等[45]設(shè)計(jì)了一種智慧節(jié)水灌溉系統(tǒng)，可以根據(jù)作物葉片、莖稈和果實(shí)的水分虧缺反應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉。陳輝[46]針對北方溫室番茄智慧灌溉系統(tǒng)難以建立精確的數(shù)學(xué)模型的問題，根據(jù)溫室番茄生長特性，設(shè)計(jì)了一種基于模糊邏輯推理的溫室番茄智慧灌溉系統(tǒng)。

4 發(fā)展趨勢與建議

4.1 北方缺水地區(qū)智慧灌溉發(fā)展趨勢

在我國北方地區(qū)，農(nóng)田灌溉由于灌溉效率低、水資源利用率低等原因，導(dǎo)致了巨大的水資源損失，嚴(yán)重制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高效的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展節(jié)水灌溉是解決水資源危機(jī)的根本出路，隨著智慧灌溉技術(shù)的逐步普及，北方缺水地區(qū)農(nóng)業(yè)正在向精準(zhǔn)化、信息化和智能化的方向推進(jìn)。

（1）信息技術(shù)與農(nóng)作物節(jié)水灌溉相結(jié)合，利用信息化手段進(jìn)行水資源的管理。通過信息技術(shù)的有效運(yùn)用可以顯著提升農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的自動化效率，在進(jìn)行灌溉工作時(shí)，要利用先進(jìn)的信息化設(shè)備調(diào)節(jié)農(nóng)田灌溉的流量與流速[47]。整個(gè)階段越智能化，便捷性就越高，越能降低農(nóng)戶支出成本與承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)[48]。

（2）我國北方缺水地區(qū)面積相對較大，不同地區(qū)自然環(huán)境及地貌特征也迥然不同，在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用智慧灌溉的過程中，應(yīng)該多種影響因素綜合考慮，因地制宜地制定灌溉策略，以期最大化滿足當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)需要。

（3）北方智慧灌溉通常與施肥技術(shù)結(jié)合起來，集成水肥一體化技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是未來智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。水肥一體化技術(shù)推進(jìn)將會極大提高水肥利用率、降低農(nóng)業(yè)污染及改善作物產(chǎn)量與品質(zhì)，大力推進(jìn)節(jié)約型農(nóng)業(yè)發(fā)展，滿足農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求[49]。

4.2 北方缺水地區(qū)發(fā)展智慧灌溉幾點(diǎn)建議

（1）提高智慧灌溉系統(tǒng)的監(jiān)測精度。需要基于物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)+整合氣象儀器觀測的田間微氣候數(shù)據(jù)及土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)，對不同作物生育期需水量進(jìn)行分析，制定因地制宜的灌水方案，確定灌水時(shí)間、灌水量和灌水周期，實(shí)現(xiàn)最佳灌溉效果和增產(chǎn)效果。并利用無人機(jī)遙感搭載微型傳感器，借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法反演土壤旱情和作物長勢，監(jiān)測病蟲害侵?jǐn)_狀況，建立天-空-地一體化立體檢測系統(tǒng)，提高智慧灌溉系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，加強(qiáng)節(jié)水灌溉技術(shù)的維護(hù)等后期保障。

（2）提高智慧灌溉系統(tǒng)的管理服務(wù)水平。在智慧灌溉系統(tǒng)構(gòu)建完成之后，需要增加技術(shù)培訓(xùn)的力度，提升科技服務(wù)人員專業(yè)技能水平，為農(nóng)戶提供專門的技術(shù)咨詢服務(wù)平臺，保證項(xiàng)目正常運(yùn)轉(zhuǎn)，增強(qiáng)節(jié)水灌溉長久運(yùn)行的能力和節(jié)約用水效益[49]。

（3）加大對智慧灌溉技術(shù)推廣與政策扶持。需要制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策支持措施，如給予進(jìn)行智能化節(jié)水灌溉推廣的地區(qū)資金補(bǔ)貼、扶持智慧灌溉重點(diǎn)研究項(xiàng)目等，同時(shí)監(jiān)督執(zhí)行；幫助農(nóng)戶建立完善的信息交流網(wǎng)，豐富先進(jìn)灌溉技術(shù)的推廣方式和政策信息的宣傳途徑，提高農(nóng)民決策能力。

5 結(jié)束語

我國北方農(nóng)田面積廣闊，土壤肥沃，但存在灌溉水利用系數(shù)低、農(nóng)田管理水平不健全等諸多問題。農(nóng)業(yè)智慧灌溉技術(shù)是一項(xiàng)具有精準(zhǔn)性與高效性的農(nóng)業(yè)技術(shù)，未來，移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、自動化技術(shù)和其他計(jì)算機(jī)技術(shù)將充分應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，通過構(gòu)建完善的灌溉用水決策支持系統(tǒng)，結(jié)合自動監(jiān)測的作物生理生態(tài)數(shù)據(jù)，針對各種作物需水情景，系統(tǒng)可自動調(diào)整灌溉時(shí)間、灌水量和灌溉周期，通過智能管理進(jìn)行灌溉決策和預(yù)測[48]。智慧灌溉技術(shù)的應(yīng)用將減少農(nóng)業(yè)水資源的消耗、提升作物品質(zhì)，并且降低農(nóng)業(yè)化肥面源污染，為農(nóng)業(yè)和水資源可持續(xù)發(fā)展提供保障。我國北方缺水地區(qū)未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)因地制宜地制定灌溉策略、提高智慧灌溉系統(tǒng)的監(jiān)測精度和管理服務(wù)水平、加大對智慧灌溉技術(shù)的推廣與政策扶持。