陳海全

摘要：知識(shí)改變命運(yùn)，技術(shù)推動(dòng)改革。我國作為農(nóng)業(yè)大國，對(duì)水資源的需求是非常高的，雖然我國有著豐富的水資源，但水資源分布并不均勻，且水資源利用率提高才能確保國家穩(wěn)健發(fā)展。為此，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)一直被創(chuàng)新優(yōu)化，現(xiàn)已從傳統(tǒng)的簡(jiǎn)便式的灌溉技術(shù)發(fā)展升級(jí)為自動(dòng)化技術(shù)，大大提高了水的利用率。本文就農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)、節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的功能及具體的應(yīng)用展開分析討論。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；節(jié)水灌溉；自動(dòng)化技術(shù)

我國是農(nóng)業(yè)大國，對(duì)水資源的需求是很大，再加上水資源分布不均勻，部分農(nóng)業(yè)種植區(qū)域缺水，需要整體性提高水的利用率。為此，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程一直備受矚目。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)是一種利用現(xiàn)代信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉的方法，應(yīng)先明確其工作原理，知曉工作特征，確定其未來發(fā)展趨勢(shì)，然后對(duì)此技術(shù)的具體功能全面分析后，將此技術(shù)全面應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，達(dá)到提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率，促進(jìn)水資源利用率整體性提高的目的。

1 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)概述

1.1 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的具體工作原理

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)是一種先進(jìn)的、精準(zhǔn)的、可靠的灌溉方法。以節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)主要包括可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)田地溫濕度等參數(shù)的傳感器；有可進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)信息傳遞的傳輸系統(tǒng)；有可進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、分析與建模等數(shù)據(jù)處理的中央控制室；有進(jìn)行灌溉時(shí)間、灌溉方式及自動(dòng)確定灌溉量的智能處理中心；有執(zhí)行灌溉操作的執(zhí)行控制系統(tǒng)；有實(shí)時(shí)檢測(cè)反饋灌溉方案的反饋模塊。以上各部分的有效組合形成了一個(gè)完整的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)，可對(duì)農(nóng)田進(jìn)行精細(xì)化的灌溉操作。分析此系統(tǒng)的工作原理，可知工作人員會(huì)將監(jiān)測(cè)的農(nóng)業(yè)地塊的實(shí)際生產(chǎn)狀況以數(shù)據(jù)參數(shù)的方式錄入到系統(tǒng)中，然后由系統(tǒng)中的中央控制器進(jìn)行灌溉自動(dòng)化分析，從而得出科學(xué)合理的自動(dòng)化灌溉決策方案。在實(shí)際應(yīng)用農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)時(shí)，系統(tǒng)將通過傳感器知曉農(nóng)田當(dāng)前的實(shí)際狀況，并將此時(shí)收集的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)田的實(shí)際需水需求后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行灌溉操作，在灌溉過程中，傳感器會(huì)持續(xù)不斷地將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)回傳至中央控制器，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息比對(duì)，當(dāng)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息提示農(nóng)田的需水需求已經(jīng)得到滿足時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)停止灌溉。并且，在灌溉過程中出現(xiàn)異常情況，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)也將自動(dòng)停止灌溉工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目的。

1.2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的工作特征

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)是依托于現(xiàn)代信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)而進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉的一種技術(shù)體系。歸納農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的工作特征，一要體現(xiàn)操作簡(jiǎn)單特征。自動(dòng)化技術(shù)強(qiáng)調(diào)一切工作操作都能自動(dòng)有序進(jìn)行，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的目的只有一個(gè)，那就是對(duì)需水農(nóng)田進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，因此應(yīng)以灌溉為目的進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，雖然農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)體現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化，但由此技術(shù)設(shè)計(jì)的灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)還是需要人來操作，鑒于使用此系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)工作人員的專業(yè)水平有限且存在差異，容易出現(xiàn)誤操作或者錯(cuò)誤設(shè)置灌溉參數(shù)等情況，因此必須確保農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單，以此進(jìn)一步保障農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化效果。二要體現(xiàn)抗腐蝕特征。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的推廣應(yīng)用，不僅大幅提升了水資源利用率，減輕農(nóng)業(yè)工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)也為農(nóng)藥、化肥等的使用提供便利，大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率。通常情況下，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用的農(nóng)藥、化肥等都具有一定的腐蝕性，當(dāng)將農(nóng)藥、化肥按照一定比例調(diào)配成農(nóng)藥液和化肥水時(shí)，其對(duì)自動(dòng)灌溉設(shè)備、管道等會(huì)產(chǎn)生一定的腐蝕作用，繼而影響灌溉設(shè)備的正常使用。為此，農(nóng)藥節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)所用的材質(zhì)必須具有一定的抗腐蝕特征。三要體現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)特征。自動(dòng)化調(diào)節(jié)特征是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中最為顯著之處，此系統(tǒng)需要通過傳感器收集農(nóng)業(yè)農(nóng)作物當(dāng)前的生長(zhǎng)狀況及土壤相關(guān)情況，然后將收集到的數(shù)據(jù)信息傳輸至中央處理器，經(jīng)過分析與計(jì)算后得出精準(zhǔn)的灌溉決策方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉。當(dāng)節(jié)水灌溉作業(yè)進(jìn)行到一定程度后，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉水量，直至農(nóng)田的需水需求滿足后停止灌溉，整個(gè)過程都體現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)節(jié)特征。

1.3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可從國家對(duì)“三農(nóng)”工作的重視度提高中窺看一二。首先，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)將朝著無線傳感器節(jié)水灌溉方向發(fā)展?，F(xiàn)有的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)使用的傳感器是以信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)為依托，未來將增加電子技術(shù)和無線通信技術(shù)，使傳感器信號(hào)從虛擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)水平提高。其次，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)將朝著3G技術(shù)節(jié)水灌溉的方向發(fā)展。精準(zhǔn)節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的最終目的，3G技術(shù)具有精準(zhǔn)定位作用，可將農(nóng)田各個(gè)部分的實(shí)際需水量精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)并定位，從而進(jìn)行灌溉自動(dòng)化調(diào)節(jié)，需水量小的農(nóng)業(yè)區(qū)域?qū)⑻崆巴Ｖ构喔?，需水量多的農(nóng)業(yè)區(qū)域?qū)⒗^續(xù)灌溉，直至滿足整個(gè)農(nóng)田的需水需求。所以，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)將朝著現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)化和精準(zhǔn)化方向發(fā)展。最后，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)將朝著電話網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)的有線節(jié)水灌溉方向發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的促進(jìn)幫助下，有線電話網(wǎng)絡(luò)可將農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建得更精準(zhǔn)可靠，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉目的的同時(shí)，還能進(jìn)行糾錯(cuò)報(bào)警，從而大大提高水資源利用率。

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的具體功能

2.1 變速功能

以農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)為核心的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)具有變速功能，此功能主要體現(xiàn)在灌溉速度和質(zhì)量上。在實(shí)際灌溉作業(yè)中，系統(tǒng)將通過傳感器知曉農(nóng)作物所在區(qū)域的土壤溫濕度等參數(shù)信息，然后將此數(shù)據(jù)與系統(tǒng)中錄入的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)，從而確定監(jiān)測(cè)區(qū)域是否需要灌溉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)需要灌溉作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)中的中央控制器將下發(fā)灌溉指令。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化儀器上會(huì)有高、中、低3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)指示燈，此3個(gè)指示燈對(duì)應(yīng)儀器內(nèi)部的高、中、低3種轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)依據(jù)傳感器不斷監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息判斷灌溉水量、水流速度及灌溉時(shí)間，然后自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉速度。

2.2 自動(dòng)停轉(zhuǎn)功能

自動(dòng)停轉(zhuǎn)功能主要體現(xiàn)在自動(dòng)化灌溉作業(yè)過程中，系統(tǒng)從農(nóng)作物所在區(qū)域的土壤的干濕度確定什么時(shí)候自動(dòng)灌溉，噴頭在灌溉作業(yè)時(shí)是以360°的噴轉(zhuǎn)方式進(jìn)行的，在灌溉作業(yè)進(jìn)行到一段時(shí)間后，噴頭將調(diào)整方向繼續(xù)灌溉；當(dāng)傳感器檢查到土壤中的溫濕度達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)后，噴頭將自動(dòng)停轉(zhuǎn)，同時(shí)關(guān)閉噴灌系統(tǒng)，完成噴灌作業(yè)[1]。

2.3 故障自動(dòng)檢測(cè)功能

故障自動(dòng)檢測(cè)功能是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)中非常突出的一項(xiàng)功能，可自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的故障檢測(cè)，自動(dòng)標(biāo)記故障位置并發(fā)出警告，同時(shí)給出相應(yīng)的故障處理方案。一般情況下，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)常會(huì)出現(xiàn)的故障是水管破裂、傳感器異常等，當(dāng)檢測(cè)到這些故障后，報(bào)警燈會(huì)亮起，使操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，并依據(jù)報(bào)警燈亮起情況進(jìn)行分析，查找故障源，解決故障問題，恢復(fù)正常[2]。

2.4 急停功能

急停功能多會(huì)用在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，為保障灌溉安全而按下急停按鈕，讓自動(dòng)化系統(tǒng)因手動(dòng)制動(dòng)而停止灌溉作業(yè)。此時(shí)，不僅系統(tǒng)上的噴頭會(huì)停止作業(yè)，進(jìn)出水的閥門也會(huì)被關(guān)閉。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 噴灌技術(shù)應(yīng)用

噴灌技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍很廣，其主要是通過一定的壓力將水資源輸送到噴頭位置，然后將水以傘狀、霧狀等形式噴灑到農(nóng)作物上，從而有效完成灌溉作業(yè)。此項(xiàng)節(jié)水技術(shù)具有多重優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。比如節(jié)水特點(diǎn)，因?yàn)閲姽嗉夹g(shù)是將水以霧狀等形式噴灑至農(nóng)作物所在的土壤上，就好似下雨澆灌一樣，可使水分有效且均勻地滲透到土壤中，當(dāng)在檢測(cè)到土壤中的溫濕度達(dá)到要求后即可停止噴灌，有效避免了水資源的浪費(fèi)；比如適應(yīng)性強(qiáng)特點(diǎn)，噴灌技術(shù)所用設(shè)備的占地空間較小，適用于多種地形，可對(duì)不同高度、密度及需水需求的農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，包括干旱地區(qū)及高海拔地區(qū)，所以此項(xiàng)技術(shù)的適應(yīng)性很強(qiáng)；比如節(jié)省勞動(dòng)力特點(diǎn)，因噴灌技術(shù)在應(yīng)用時(shí)只需要打開進(jìn)水閥門，通過一定的壓力將水資源輸送到需要噴灌的區(qū)域，所以無需過多的人員操作，不僅勞動(dòng)人員數(shù)量減少，噴灌時(shí)間也可有效節(jié)省控制。雖然噴灌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)很多，但在前期卻需要做好充足的應(yīng)用準(zhǔn)備。首先，噴灌技術(shù)需要依托于專業(yè)的噴灌設(shè)備完成灌溉作業(yè)，而此技術(shù)依賴的設(shè)備成本較高，后續(xù)維護(hù)的成本也是一筆不小的開支，因此必須有一定的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)做支撐，才能普及推廣噴灌技術(shù)。雖然噴灌技術(shù)的適應(yīng)性很強(qiáng)，但若實(shí)行噴灌的區(qū)域地形起伏不定，且土質(zhì)偏于沙土地，那么噴灌效果會(huì)受到明顯影響[3]。噴灌技術(shù)是將水以一定的壓力噴灑到土壤上，因此用于噴灌的水源必須干凈，不可含有雜質(zhì)影響噴灌質(zhì)量。目前，噴灌技術(shù)在河北省推廣應(yīng)用范圍較廣，也取得了一定的應(yīng)用成效，與傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)相比較，噴灌技術(shù)節(jié)水、省力、省地。

3.2 滴灌技術(shù)應(yīng)用

滴灌技術(shù)是一種對(duì)水資源質(zhì)量要求更高的一種灌溉技術(shù)，若水資源質(zhì)量較差，那么滴灌將容易出現(xiàn)堵塞情況，影響滴灌質(zhì)量和效率。通常情況下，水資源會(huì)通過輸水管道進(jìn)入灌溉區(qū)域，每個(gè)農(nóng)作物的附近都有一個(gè)小的滴頭，由滴頭將水以滴水狀或者是噴射狀進(jìn)入農(nóng)作物所在的土壤中，從而進(jìn)行自動(dòng)化灌溉及保濕作業(yè)。滴頭類型不同，滴灌方式不同，滴管技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)隨之發(fā)生變化，以滿足不同種類農(nóng)作物及不同類型土地的灌溉需求。滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，比如節(jié)水優(yōu)點(diǎn)：滴灌技術(shù)與噴灌技術(shù)一樣，都是將水資源以最小的形態(tài)送至土壤中，以達(dá)到灌溉目的，可以避免灌溉過程中水分的流失，確保水分可以有效滲透到土壤中，保障土壤溫濕度[4]；比如灌溉均勻優(yōu)點(diǎn)：因滴灌滴頭多均勻地分布在每一個(gè)農(nóng)作物的附近，所以可以做到精準(zhǔn)灌溉作業(yè)，不會(huì)出現(xiàn)灌溉水量多或者少的情況，有效提高灌溉效果。比如減少病蟲害發(fā)生率的優(yōu)點(diǎn)：因滴灌技術(shù)可將水分、農(nóng)藥、化肥等精準(zhǔn)地滴灌到農(nóng)作物附近的土壤中，可使農(nóng)作物根系力量增強(qiáng)，適應(yīng)力提高，營養(yǎng)均衡且抗病能力增強(qiáng)。同樣，滴灌技術(shù)也有其缺點(diǎn)，比如滴灌設(shè)備整體的購置成本高，對(duì)水資源的質(zhì)量要求多等。目前，滴管技術(shù)的水過濾功能經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，有效提高了濾水功能，可以針對(duì)性解決滴管堵塞、滴頭不暢等情況，現(xiàn)在甘肅等地區(qū)推廣應(yīng)用效果明顯。

3.3 微噴技術(shù)應(yīng)用

微噴技術(shù)是目前農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)中最新研發(fā)的一項(xiàng)技術(shù)，此技術(shù)具有噴灌和滴灌兩種技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，同樣也有一定的缺點(diǎn)。目前共有兩種方式，一種是地插方式，另一種是吊掛方式。地插方式可將水資源直接輸送到農(nóng)作物的根部，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控水目的。吊掛方式主要是依據(jù)滴灌優(yōu)勢(shì)將水分精準(zhǔn)地灌溉到需水農(nóng)作物上。目前，微噴技術(shù)多被應(yīng)用到大棚種植領(lǐng)域。因大棚種植對(duì)水分的需求更加精準(zhǔn)，其所需的水分皆來自灌溉操作，若灌溉水量大則容易造成濕澇問題，易發(fā)生病蟲害；若灌溉水量小則滿足不了農(nóng)作物的需水需求，從而影響農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，不能保證大棚經(jīng)濟(jì)效果。因此，在應(yīng)用微噴技術(shù)時(shí)，需要對(duì)微噴技術(shù)的原理及設(shè)備等進(jìn)行研究，研究專門的微噴設(shè)備和管道[5]。由此可見，微噴技術(shù)相較于噴灌技術(shù)所有的資金投入會(huì)更多，但取得的灌溉效果也更明顯。那么若想要大范圍地推廣應(yīng)用微噴技術(shù)也是不現(xiàn)實(shí)的，還存在較大難度，需要先在小范圍內(nèi)試用推廣。目前，微噴技術(shù)在北京部分區(qū)域有了一定的應(yīng)用效果，現(xiàn)正將微噴技術(shù)推廣應(yīng)用到園林及其他農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，繼續(xù)驗(yàn)證微噴技術(shù)的推廣應(yīng)用價(jià)值；相信隨著科技的不斷發(fā)展，微噴技術(shù)所用設(shè)備成本會(huì)降低，其應(yīng)用范圍會(huì)逐步擴(kuò)大，發(fā)揮更大效用。

4 結(jié)語

綜上分析，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)作為現(xiàn)代科技產(chǎn)物之一，其工作原理、工作特征及未來發(fā)展趨勢(shì)皆與現(xiàn)代信息技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)有直接關(guān)系。分析農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的具體功能，可知具有變速、自動(dòng)停轉(zhuǎn)、故障自動(dòng)檢測(cè)及急停功能，由此可以確定，噴灌技術(shù)、滴灌技術(shù)、微噴技術(shù)等農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用會(huì)大大提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效率提高，推動(dòng)農(nóng)業(yè)穩(wěn)健可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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