摘要：小麥?zhǔn)侨蛑匾募Z食作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關(guān)系到糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。智能噴灌水肥一體化技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要?jiǎng)?chuàng)新，通過集成灌溉與施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水肥的精準(zhǔn)供給與調(diào)控。本文介紹了智能噴灌水肥一體化技術(shù)的概念、原理及組成。文中詳細(xì)分析了該技術(shù)在小麥栽培中的優(yōu)勢(shì)，深入探討了智能噴灌水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及具體應(yīng)用，以期能夠?yàn)樾←溕a(chǎn)的智能化、高效化提供有益的幫助。

關(guān)鍵詞：小麥栽培；智能噴灌；水肥一體化技術(shù)

智能噴灌水肥一體化技術(shù)是一種高效、節(jié)能的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，通過集成灌溉系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水肥的精準(zhǔn)供給和調(diào)控。該技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向，為提高小麥生產(chǎn)能力提供了新的思路。該技術(shù)不僅提高了水肥利用率，還減少了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[1]。同時(shí)，智能噴灌水肥一體化技術(shù)還具有節(jié)省人工、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)勢(shì)，為小麥生產(chǎn)的智能化、高效化提供了有力支持。

1 小麥栽培智能噴灌水肥一體化技術(shù)概述

1.1 技術(shù)概念

智能噴灌水肥一體化技術(shù)是一種將灌溉與施肥過程有機(jī)結(jié)合，通過智能化手段實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)借助先進(jìn)的傳感器、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分、養(yǎng)分狀況以及作物生長需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉和施肥量，實(shí)現(xiàn)水肥的精準(zhǔn)供給。該技術(shù)不僅能夠提高水肥利用率，減少資源浪費(fèi)，還能促進(jìn)作物健康生長，提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)。

1.2 技術(shù)原理

智能噴灌水肥一體化技術(shù)的原理主要是基于集成灌溉系統(tǒng)和施肥系統(tǒng)，將灌溉和施肥兩個(gè)過程合二為一，實(shí)現(xiàn)水肥的集成管理。通過壓力系統(tǒng)提供動(dòng)力，將水源引入田地，并通過可控管道系統(tǒng)均勻分布到農(nóng)作物根部，實(shí)現(xiàn)灌溉作用。同時(shí)，肥料配兌系統(tǒng)將肥料與水混合，通過同樣的管道系統(tǒng)送達(dá)植株的根系。整個(gè)過程中，傳感器和控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、植物營養(yǎng)狀態(tài)等參數(shù)，并根據(jù)設(shè)定的規(guī)則和程序精確調(diào)控灌溉和施肥量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供給[2]。

1.3 系統(tǒng)組成部分

（1）壓力系統(tǒng)

壓力系統(tǒng)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的動(dòng)力來源，主要負(fù)責(zé)將水源引入田地，并通過管道系統(tǒng)均勻分布到農(nóng)作物根部。該系統(tǒng)通常由水泵、水箱、過濾器等組件構(gòu)成，確保水源的穩(wěn)定供應(yīng)和清潔度。

（2）可控的管道系統(tǒng)

可控的管道系統(tǒng)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，主要負(fù)責(zé)將水源和肥料溶液輸送到農(nóng)作物根部。該系統(tǒng)由干管、支管、毛管等組成，具體管徑根據(jù)流量分級(jí)配置，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)配合智能閥門控制器，用來控制進(jìn)出水。在溫室大棚、大田等應(yīng)用場景上，安裝微噴頭、噴頭、滴灌等設(shè)備，組成一套完善的灌溉管網(wǎng)。

（3）肥料配兌系統(tǒng)

肥料配兌系統(tǒng)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)通常由肥料溶液混合器、控制器、電磁閥等組件構(gòu)成。通過控制器設(shè)定肥料的濃度和水的流量，電磁閥控制肥料的加入量，實(shí)現(xiàn)肥料的精準(zhǔn)配兌[3]。配兌后的肥料溶液通過可控管道系統(tǒng)送達(dá)植株的根系，滿足作物的營養(yǎng)需求。

2 智能噴灌水肥一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 節(jié)省人工和灌溉時(shí)間

智能噴灌水肥一體化技術(shù)通過自動(dòng)化和智能化的手段，實(shí)現(xiàn)了灌溉和施肥過程的精準(zhǔn)控制。這一技術(shù)顯著減少了人工操作的需求，農(nóng)民不再需要手動(dòng)進(jìn)行灌溉和施肥，從而節(jié)省了大量的人力和時(shí)間。同時(shí)，由于灌溉和施肥的精準(zhǔn)性，農(nóng)民可以更加專注于其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，提高整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

2.2 節(jié)約水資源

水資源短缺是全球農(nóng)業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。智能噴灌水肥一體化技術(shù)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度和作物生長需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉水量，實(shí)現(xiàn)了水資源的精準(zhǔn)利用。相比傳統(tǒng)灌溉方式，該技術(shù)能夠大幅度減少水分的浪費(fèi)，提高灌溉水的利用效率。對(duì)于緩解水資源短缺、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2.3 提升肥料利用率

智能噴灌水肥一體化技術(shù)將灌溉和施肥過程有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了肥料的精準(zhǔn)供給。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤養(yǎng)分狀況和作物營養(yǎng)需求，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)肥料的種類、濃度和施用量，確保作物獲得充足的營養(yǎng)同時(shí)避免肥料的浪費(fèi)。這不僅提高了肥料的利用率，還減少了因過量施肥造成的環(huán)境污染問題。

2.4 提升小麥產(chǎn)量與品質(zhì)

智能噴灌水肥一體化技術(shù)通過精準(zhǔn)灌溉和施肥，為作物提供了適宜的生長環(huán)境和充足的營養(yǎng)支持。這有助于促進(jìn)作物的健康生長，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時(shí)，由于該技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)作物的生長狀況，農(nóng)民可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理作物生長過程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步保障作物的產(chǎn)量和品質(zhì)穩(wěn)定。因此，智能噴灌水肥一體化技術(shù)在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化方面發(fā)揮了重要作用。

3 智能噴灌水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及具體應(yīng)用

3.1 田地監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

田地監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的核心組成部分，主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小麥生長環(huán)境和土壤條件。該系統(tǒng)主要包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集模塊和遠(yuǎn)程通信模塊。

第一，傳感器網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)計(jì)。在小麥田地中布置多種傳感器，如土壤濕度傳感器、溫度傳感器、光照傳感器以及莖稈成長監(jiān)測(cè)傳感器等，以全面收集小麥生長環(huán)境和土壤狀態(tài)的數(shù)據(jù)。為確保數(shù)據(jù)的精確性和代表性，傳感器的配置需緊密貼合小麥的生長周期及實(shí)際需求。例如，在播種初期，應(yīng)選定14～16℃的播種溫度及12～18℃的地溫，利用傳感器精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)并保障播種條件的適宜性。播種完成后3天，田地監(jiān)控系統(tǒng)需嚴(yán)密調(diào)控土壤耕層的含水量，使之維持在72%～78%，從而確保小麥種子能夠汲取充足水分，有效提升發(fā)芽率[4]。第二，數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)。該部分負(fù)責(zé)將傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和初步處理。該模塊需具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集能力和數(shù)據(jù)處理能力，以確保小麥種植情況數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊還需具備數(shù)據(jù)壓縮和加密功能，以保護(hù)數(shù)據(jù)安全。第三，遠(yuǎn)程通信模塊。農(nóng)戶需要將處理后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至智能處理系統(tǒng)。該模塊需具備穩(wěn)定的通信能力和抗干擾能力，以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和可靠性。同時(shí)，遠(yuǎn)程通信模塊還需支持多種通信協(xié)議，以適應(yīng)不同場景下的數(shù)據(jù)傳輸需求。

3.2 智能處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的關(guān)鍵所在，主要負(fù)責(zé)對(duì)田地監(jiān)控系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和處理，以制定科學(xué)的灌溉和施肥方案。

第一，大數(shù)據(jù)計(jì)算模塊。農(nóng)民可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘，以發(fā)現(xiàn)小麥生長過程中的規(guī)律和趨勢(shì)。例如，基于過往的種植實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，農(nóng)戶可以發(fā)現(xiàn)小麥目標(biāo)產(chǎn)量水平低于

400 kg/667 m2，推薦使用40 kg/667 m2的配方肥作為基肥一次性施用；當(dāng)產(chǎn)量介于400～500 kg/667 m2時(shí)，同樣推薦40 kg/667 m2的配方肥作為基肥，并在起身期至拔節(jié)期結(jié)合灌溉追施16～20 kg/667 m2的尿素；若產(chǎn)量預(yù)期在500～600 kg/667 m2，配方肥用量應(yīng)增至

50 kg/667 m2，并在此期間追施相同量的尿素；而當(dāng)產(chǎn)量目標(biāo)超過600 kg/667 m2時(shí)，配方肥用量保持50 kg/667 m2

不變，但尿素追施量需略微上調(diào)至18～24 kg/667 m2，同樣，在起身期至拔節(jié)期結(jié)合灌溉進(jìn)行。該模塊需具備強(qiáng)大的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，以處理和分析海量的數(shù)據(jù)[5]。第二，智能決策模塊。該模塊根據(jù)大數(shù)據(jù)計(jì)算模塊的分析結(jié)果，結(jié)合小麥的生長需求和土壤條件，制定科學(xué)的灌溉和施肥方案。該模塊需具備智能化的決策能力，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整灌溉和施肥的參數(shù)，以確保小麥的生長環(huán)境始終處于最佳狀態(tài)。例如，在智能設(shè)備的應(yīng)用實(shí)踐中，噴灌子系統(tǒng)被用來采集小麥莖稈生長數(shù)據(jù)及土壤濕度信息，這些信息隨后被輸入大數(shù)據(jù)計(jì)算模塊，以精確計(jì)算用水量并智能分析小麥的水分需求規(guī)律。基于這些分析結(jié)果，可以制定出科學(xué)合理的灌溉方案，確保灌溉既適量又適時(shí)，從而有效降低雜草生長的風(fēng)險(xiǎn)，為小麥提供一個(gè)理想的生長條件。以江蘇省宿遷市沭陽縣為例，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶采用了高低畦種植模式，并將根系吸水層作為灌溉的重點(diǎn)目標(biāo)，設(shè)定灌溉深度為55～60 cm。他們利用智能噴灌水肥一體化機(jī)械所配備的葉片溫度傳感器和光照傳感器，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中的需水?dāng)?shù)據(jù)，智能觸發(fā)冬季灌溉模式。在冬灌期間，他們嚴(yán)格將日均灌溉量控制在860 m3/hm2，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉。第三，用戶交互界面。該模塊可以為農(nóng)民提供直觀、易用的用戶交互界面，以便用戶實(shí)時(shí)查看小麥的生長環(huán)境和土壤條件，以及灌溉和施肥方案的執(zhí)行情況。該界面需具備友好的操作體驗(yàn)和豐富的功能，以滿足用戶的實(shí)際需求。

3.3 灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)灌溉的自動(dòng)化和智能化。

第一，灌溉設(shè)備控制模塊。農(nóng)戶們根據(jù)智能決策模塊制定的灌溉方案，控制灌溉設(shè)備的啟動(dòng)、停止和調(diào)節(jié)。該模塊需具備精確的控制能力和穩(wěn)定的運(yùn)行性能，以確保灌溉的準(zhǔn)確性和可靠性。第二，灌溉參數(shù)調(diào)整模塊。農(nóng)民可以根據(jù)小麥的生長需求和土壤條件，自動(dòng)調(diào)整灌溉參數(shù)，如噴灌頭間距、噴灌量等。該模塊需具備智能化的調(diào)整能力，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整灌溉參數(shù)，以適應(yīng)不同場景下的灌溉需求。例如，在智能機(jī)械的應(yīng)用過程中，農(nóng)戶需遵循流量適宜、噴灌均勻的原則對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，并妥善完成噴灌帶的鋪設(shè)工作。根據(jù)土壤的實(shí)際情況，靈活調(diào)整噴灌頭的間距，一般情況下，該間距被控制在22～26 cm，噴灌量則維持在2.5～2.8 L/h。針對(duì)砂壤土這一特定土壤類型，噴灌頭的間距應(yīng)設(shè)定為18～20 cm。同時(shí)，噴灌量需相應(yīng)調(diào)整至2.8～3.4 L/h，以確保灌溉效果的最佳化。第三，灌溉監(jiān)控模塊。該模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和灌溉效果，確保灌溉過程的安全和可靠。該模塊需具備故障檢測(cè)和報(bào)警功能，以及數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)功能，以便用戶隨時(shí)查看和分析灌溉過程的數(shù)據(jù)[6]。

3.4 施肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

施肥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)施肥的自動(dòng)化和智能化，提高施肥的效率和準(zhǔn)確性。

第一，肥料選擇模塊。主要根據(jù)小麥的生長需求和土壤條件，自動(dòng)選擇適合的肥料種類和配比，且該模塊具備智能化的選擇能力，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整肥料種類和配比，以滿足小麥的生長需求。第二，施肥設(shè)備控制模塊。該模塊需具備精確的控制能力和穩(wěn)定的運(yùn)行性能，以確保施肥的準(zhǔn)確性和可靠性。第三，農(nóng)戶根據(jù)智能決策模塊制定的施肥方案，控制施肥設(shè)備的啟動(dòng)、停止和調(diào)節(jié)。施肥效果監(jiān)測(cè)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施肥后的土壤養(yǎng)分含量和小麥生長情況，評(píng)估施肥效果。該模塊需具備數(shù)據(jù)分析和評(píng)估功能，以便用戶隨時(shí)查看和分析施肥效果的數(shù)據(jù)。例如，在小麥返青期，傳感器同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)田間狀況，并綜合多項(xiàng)數(shù)據(jù)來智能化調(diào)整栽培管理方案。這一過程中，需確保土壤持水量不超過70%，且5 cm土層深度內(nèi)的地溫需連續(xù)5 d維持在5℃以上。而當(dāng)小麥進(jìn)入拔節(jié)至抽穗期，則可利用智能遙控手段進(jìn)行灌溉，總共需灌溉2次，并在此期間適時(shí)施加尿素、磷酸一銨等肥料，以滿足小麥的生長需求。

3.5 系統(tǒng)集成與調(diào)試

系統(tǒng)集成與調(diào)試是智能噴灌水肥一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的最后一步，能夠?qū)⒏鱾€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整合和調(diào)試，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能[7]。

子系統(tǒng)整合是將田地監(jiān)控系統(tǒng)、智能處理系統(tǒng)、灌溉控制系統(tǒng)和施肥控制系統(tǒng)等各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成一個(gè)完整的智能噴灌水肥一體化系統(tǒng)。整合過程中需確保各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信和協(xié)同工作。而系統(tǒng)調(diào)試是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的調(diào)試和測(cè)試，包括功能測(cè)試、性能測(cè)試和穩(wěn)定性測(cè)試等。調(diào)試過程中需及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題和故障，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。同時(shí)，還需對(duì)系統(tǒng)的用戶交互界面進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，以提高用戶的操作體驗(yàn)和滿意度。

4 結(jié)語

小麥栽培智能噴灌水肥一體化技術(shù)作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新模式，在提高小麥生產(chǎn)效率、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境等方面展現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)。智能噴灌水肥一體化技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了水肥的精準(zhǔn)供給與調(diào)控，還顯著節(jié)省了人工和灌溉時(shí)間，提高了肥料利用率，進(jìn)而提升了小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。該技術(shù)對(duì)于推動(dòng)小麥栽培技術(shù)的現(xiàn)代化、智能化轉(zhuǎn)型具有重要意義，值得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛推廣和應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，智能噴灌水肥一體化技術(shù)將在小麥生產(chǎn)中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫曉霞.廊坊市冬小麥噴灌水肥一體化栽培技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2024，44（14）：54-55.

[2] 姜凌.小麥智能噴灌水肥一體化種植技術(shù)要點(diǎn)探討[J].農(nóng)家科技（下旬刊），2023（3）：212-214.

[3] 林娟.小麥智能噴灌水肥一體化種植技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2022，42（24）：40-41.

[4] 付靜，邢靜.小麥綠色栽培及智能精準(zhǔn)管理技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2022，42（36）：40-41.

[5] 駱靜.水稻大田智能灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2020（6）：6-8.

[6] 王銀福，郭宏燕，張明學(xué)，等.旱地小麥水肥一體化技術(shù)模式探析[J].農(nóng)家科技（下旬刊），2018（12）：86.

[7] 張兵，鄒一琴，韓霞，等.智能化噴灌控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].節(jié)水灌溉，2017（5）：117-122.