李 寧

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400）

農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)可以動態(tài)測量何時需要灌溉以及需要灌溉多長時間，可自動開啟或關(guān)閉灌溉設(shè)備，土壤過于干燥時可增加噴灌量，土壤過于濕潤時可減少噴灌量。農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)自動化技術(shù)涉及傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)等高新技術(shù)?？梢愿鶕?jù)植物和土壤類型、光照量以及降雨后檢測土壤水分水平來優(yōu)化灌溉用水。相關(guān)研究表明，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)與傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)的成本接近，但可節(jié)約16%~30%的水資源。在我國，農(nóng)業(yè)用水量約占全國總用水量的80%。由于農(nóng)業(yè)灌溉效率低，水資源利用率只有45%，而在水資源利用率高的國家，水資源利用率已達到70%~80%。因此，解決農(nóng)業(yè)灌溉用水問題對緩解水資源短缺具有十分重要的意義。全面應(yīng)用農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)能有效減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的水資源浪費，減少資源損耗，繼而實現(xiàn)對生態(tài)環(huán)境的保護。農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用能通過調(diào)控灌溉密度、及時噴灑農(nóng)藥、適當追施化肥等手段為作物提供最佳的生長環(huán)境，從而達到優(yōu)化作物質(zhì)量、提升作物產(chǎn)量的目的[1]。

1 農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)的工作原理

農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)是傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)與自動化技術(shù)全面結(jié)合所誕生的新型技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)化、智能化與自動化的特點。農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)可分為中央控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、回傳控制模塊與灌溉控制模塊，以上模塊相互聯(lián)系、相互反饋，進而在保證作物正常生長的基礎(chǔ)上，減少水資源消耗[2]。應(yīng)用農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員需根據(jù)作物類型、氣候條件、土壤環(huán)境等因素制定灌溉方案，并在完成設(shè)計后將涉及作物生長的數(shù)據(jù)如土壤含氧量、土壤含水量、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等信息作為灌溉基準輸入中央控制模塊中，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)可以通過數(shù)據(jù)采集模塊與回傳控制模塊實時調(diào)整灌溉活動的時間、水量等指標。當傳感器感知的數(shù)據(jù)顯示作物缺水時，便開始灌溉進程；當傳感器感知的數(shù)據(jù)顯示作物正常時，便停止灌溉進程。以此確保農(nóng)作物生長全程均處于最優(yōu)狀態(tài)，繼而在減少水資源消耗的同時，提升工作效率，提升作物質(zhì)量，發(fā)揮自動化技術(shù)在生產(chǎn)活動中的積極作用[3]。

2 農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)的特征

1）操作簡便，便于推廣應(yīng)用。受限于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動從事人員的專業(yè)知識水準與技術(shù)應(yīng)用水平，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)出于實際需要的考量，通常設(shè)計為便于操作、易于應(yīng)用的模式，以此保證實踐工作順利進行。大范圍應(yīng)用農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)的地區(qū)，均會配備相應(yīng)的技術(shù)人員負責(zé)灌溉方案的設(shè)計與輸入，而將日常的操作工作與簡單的維護工作交付給知識水平與技術(shù)能力較低的其他從業(yè)人員，所以農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)應(yīng)用模式通常會設(shè)計得簡明扼要。

2）結(jié)構(gòu)性強，可應(yīng)用于多種場景。農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部因功能不同，通常分為中央控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、回傳控制模塊與灌溉控制模塊等，通過更改相應(yīng)模塊的硬件標準，能夠?qū)崿F(xiàn)日常灌溉、農(nóng)藥噴灑、肥料施用等功能。因此，應(yīng)用了自動化技術(shù)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，整體的物理強度較高、抗腐蝕性較強，便于長時間、大面積應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動。

3）自動調(diào)節(jié)，可提高作物產(chǎn)量。根據(jù)作物生長發(fā)育的具體需要，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員可在農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的土壤含氧量、土壤含水量、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等指標，傳感器可根據(jù)實際環(huán)境、數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)環(huán)境指標的比對結(jié)果，定時定期進行噴灌、施肥、用藥等，實現(xiàn)智能化、自動化的生產(chǎn)調(diào)節(jié)，保證作物生長全周期的環(huán)境優(yōu)勢，從而提高作物實際產(chǎn)量[4]。

3 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的主要功能

1）智能變速功能。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)對自動化技術(shù)的首要應(yīng)用方向，便是利用其數(shù)據(jù)采集模塊、回傳控制模塊與中央控制模塊的聯(lián)合協(xié)作實現(xiàn)灌溉活動，并根據(jù)作物生長狀態(tài)、作物生產(chǎn)環(huán)境需要進行實時調(diào)整。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)通過自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉三檔控制，將作物生長環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進行定時定期比對后，系統(tǒng)會根據(jù)差值調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，繼而調(diào)整灌溉的速率，達到智能變速效果[5]。

2）智能停轉(zhuǎn)功能。灌溉活動在應(yīng)用自動化技術(shù)后能夠得到很好的控制。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)通過對回傳控制模塊的數(shù)據(jù)進行分析，能夠及時獲知作物生長環(huán)境的土壤干濕度。若土壤濕度過低，則控制灌溉模塊的噴頭進行全方位的灌溉互動；若土壤濕度適宜，則控制灌溉模塊的噴頭立刻停止工作，對裝置進行關(guān)閉。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)能有效減少水資源損耗，優(yōu)化作物生長環(huán)境。

3）自檢自查功能。自動化技術(shù)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)上的顯著體現(xiàn)是自檢自查功能。當中央控制模塊感知部分模塊的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常、模塊硬件出現(xiàn)故障后，便會立刻停止當前工作進程，發(fā)出故障警報，并將故障數(shù)據(jù)顯示給技術(shù)人員，從而幫助技術(shù)人員及時排查水管破裂、傳感器損壞、噴頭銹蝕等問題，降低系統(tǒng)損壞的風(fēng)險系數(shù)。

4 促進農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的對策

1）提高硬件設(shè)備應(yīng)用標準。嚴格把控傳感系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的硬件質(zhì)量，傳感系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的硬件升級能提升數(shù)據(jù)信息的采集與存儲效率，強化對數(shù)據(jù)精度的控制，繼而實現(xiàn)更加精確的灌溉，提高農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的實際效果[6]。灌溉模塊硬件的質(zhì)量不僅關(guān)系著灌溉作業(yè)的實際效果，更與系統(tǒng)整體的使用壽命息息相關(guān)，質(zhì)量優(yōu)越、抗腐蝕能力強的灌溉組件能適應(yīng)各種作業(yè)環(huán)境，提供多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，而質(zhì)量低劣的灌溉組件會影響農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用效果[7]。

2）完善節(jié)水灌溉方案。不同地區(qū)的作物種植品類、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境與技術(shù)應(yīng)用條件均存在差異，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)關(guān)注農(nóng)業(yè)作物信息采集與節(jié)水灌溉方案設(shè)計，從而實現(xiàn)減少資源損耗、提升工作效率、優(yōu)化作物質(zhì)量的目的。首先，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)通過作物電信號勘測技術(shù)、多光譜反射技術(shù)等分析作物正常生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)，并進一步分析作物各個生長階段、遭遇病蟲害后的具體數(shù)據(jù)特征，形成成型有效的作物檔案數(shù)據(jù)；其次，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)上階段生成的數(shù)據(jù)檔案設(shè)置農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，這一過程中應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)的精度設(shè)置，以確保數(shù)據(jù)采集模塊與回傳控制模塊能及時根據(jù)數(shù)據(jù)反饋做出反應(yīng)；最后，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)季節(jié)氣候與具體條件調(diào)整農(nóng)藥、肥料的具體用量，確保農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)應(yīng)用效果的更大化，體現(xiàn)其相較于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的優(yōu)越性[8]。

3）加大技術(shù)創(chuàng)新力度。政府可根據(jù)農(nóng)業(yè)發(fā)展實際，定向設(shè)立農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)應(yīng)用項目，通過創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)研究條件、加大地區(qū)資金投入、提供相關(guān)政策支撐，提高農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化、普及化的效果，繼而為技術(shù)創(chuàng)新提供堅實后盾。技術(shù)研究人員應(yīng)關(guān)注相關(guān)技術(shù)發(fā)展新動態(tài)，考慮其發(fā)展空間與應(yīng)用空間，對技術(shù)模式的本地化、普適化與具體化進行相關(guān)改進，使其更加符合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，從技術(shù)角度實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新[9]。

4）提升專業(yè)人才綜合能力。進行農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的策略設(shè)計時，應(yīng)該關(guān)注專業(yè)人才的全面培養(yǎng)與科研團隊的整體建設(shè)。一方面，在進行技術(shù)人員的培養(yǎng)時，應(yīng)關(guān)注其理論知識與實踐能力的結(jié)合，提高對作物生長信息的感知能力、提取能力與整合能力，使其能夠全面投身于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用中，進而通過自身工作實踐形成具有參考價值的反饋意見與創(chuàng)新觀念，為技術(shù)的進一步發(fā)展與推廣提供源動力；另一方面，應(yīng)關(guān)注科研團隊建設(shè)，通過對有科研能力、有實踐經(jīng)驗、有農(nóng)業(yè)知識的人進行甄選，形成具有科研能力與創(chuàng)新精神的農(nóng)業(yè)發(fā)展團隊，繼而為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用獻策。

5）推動節(jié)水灌溉全面普及。政府相關(guān)部門應(yīng)組織地區(qū)農(nóng)業(yè)工作者、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員定時定期參與相關(guān)培訓(xùn)，宣傳農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)在減少資源損耗、提升工作效率、優(yōu)化作物質(zhì)量等方面的卓越效果，加大資金投入，設(shè)計、建造并投產(chǎn)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)基地，通過品牌效應(yīng)與實際成果調(diào)動農(nóng)業(yè)工作者應(yīng)用該技術(shù)的積極性。同時，針對已應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的區(qū)域，政府應(yīng)定時定期組織技術(shù)升級研討會、應(yīng)用經(jīng)驗分析會等活動，幫助農(nóng)業(yè)工作者提升技術(shù)應(yīng)用水平。

5 農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)發(fā)展展望

1）結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高自動化程度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過各類型傳感器反饋的數(shù)據(jù)，生成完整的空間模型，繼而實現(xiàn)對軟件系統(tǒng)、硬件設(shè)施的全方位控制。融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)能借助無線網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)采集模塊與回傳控制模塊反饋的信息進行實時同步，確保數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性與時效性，繼而強化系統(tǒng)整體的連貫性、結(jié)構(gòu)性與一致性[10]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的各類型無線傳感器也能有效降低信息采集、信息傳輸、信息分析與信息處理等活動的時間成本與物料成本，同時相關(guān)技術(shù)生成的數(shù)據(jù)在積累、整理、總結(jié)后能生成具有具體性與普適性的數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)技術(shù)的迭代升級與系統(tǒng)的模塊構(gòu)建提供具有參考價值的數(shù)據(jù)信息。

2）應(yīng)用無線通信，提高信息化水平?，F(xiàn)階段常用的農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)通常采用有線電話網(wǎng)絡(luò)的模式對灌溉活動進行動態(tài)控制，雖在一定程度上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與成熟性，但存在架設(shè)成本大、應(yīng)用范圍小的缺點，無法與我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際環(huán)境相適應(yīng)。基于無線通信技術(shù)開展的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)應(yīng)用能有效規(guī)避上述問題，通過將無線通信技術(shù)、自動化技術(shù)與智能控制技術(shù)進行有機結(jié)合，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉自動化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化、信息化、高效化與數(shù)據(jù)化的全面發(fā)展，同時相關(guān)系統(tǒng)因整體結(jié)構(gòu)的精簡化，能夠?qū)崿F(xiàn)較為簡便的保養(yǎng)與維護工作，進一步延長了系統(tǒng)的使用壽命，增加了系統(tǒng)的升級空間[11-12]。

6 小結(jié)

綜上所述，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)關(guān)注農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)在減少資源損耗、提升工作效率、優(yōu)化作物質(zhì)量等方面的關(guān)鍵作用[13]。在深入了解其工作原理、系統(tǒng)特征與發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，發(fā)揮農(nóng)業(yè)節(jié)水自動灌溉系統(tǒng)在變速、停轉(zhuǎn)、自查、急停與故障排除等方面的優(yōu)點，重視硬件升級，合理設(shè)計方案，推動技術(shù)創(chuàng)新，促進技術(shù)普及，推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。