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)的重要創(chuàng)新，通過集成灌溉與施肥系統(tǒng)，實現(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。文中詳細分析了該技術(shù)在小麥栽培中的優(yōu)勢，深入探討了智能噴灌水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計及具體應(yīng)用，以期能夠為小麥生產(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，還減少了資源浪費和環(huán)境污染[1]。同時，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，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結(jié)合，通過智能化手段實現(xiàn)精準(zhǔn)控制的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。該技術(shù)借助先進的傳感器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)等設(shè)備，實時監(jiān)測土壤水分、養(yǎng)分狀況以及作物生長需求，自動調(diào)節(jié)灌溉和施肥量，實現(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，還能促進作物健康生長，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)，將灌溉和施肥兩個過程合二為一，實現(xiàn)水肥的集成管理。通過壓力系統(tǒng)提供動力，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，實現(xiàn)灌溉作用。同時，肥料配兌系統(tǒng)將肥料與水混合，通過同樣的管道系統(tǒng)送達植株的根系。整個過程中，傳感器和控制器實時監(jiān)測土壤濕度、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)的動力來源，主要負責(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)流量分級配置，關(guān)鍵節(jié)點配合智能閥門控制器，用來控制進出水。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

2.1 節(jié)省人工和灌溉時間

智能噴灌水肥一體化技術(shù)通過自動化和智能化的手段，實現(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)民不再需要手動進行灌溉和施肥，從而節(jié)省了大量的人力和時間。同時，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，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)通過實時監(jiān)測土壤濕度和作物生長需求，自動調(diào)節(jié)灌溉水量，實現(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，提高灌溉水的利用效率。對于緩解水資源短缺、促進農(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結(jié)合，實現(xiàn)了肥料的精準(zhǔn)供給。通過實時監(jiān)測土壤養(yǎng)分狀況和作物營養(yǎng)需求，能夠自動調(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)同時避免肥料的浪費。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。這有助于促進作物的健康生長，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。同時，由于該技術(shù)能夠?qū)崟r監(jiān)測作物的生長狀況，農(nóng)民可以及時發(fā)現(xiàn)并處理作物生長過程中出現(xiàn)的問題，進一步保障作物的產(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)計及具體應(yīng)用

3.1 田地監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

田地監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的核心組成部分，主要是實時監(jiān)測小麥生長環(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)采集模塊和遠程通信模塊。

第一，傳感器網(wǎng)絡(luò)部分的設(shè)計。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。該部分負責(zé)將傳感器收集的數(shù)據(jù)進行匯總和初步處理。該模塊需具備強大的數(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)確性和實時性。同時，數(shù)據(jù)采集模塊還需具備數(shù)據(jù)壓縮和加密功能，以保護數(shù)據(jù)安全。第三，遠程通信模塊。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)的實時傳輸和可靠性。同時，遠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

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

第一，大數(shù)據(jù)計算模塊。農(nóng)民可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對收集的數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，以發(fā)現(xiàn)小麥生長過程中的規(guī)律和趨勢。例如，基于過往的種植實踐經(jīng)驗，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，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，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)合灌溉進行。該模塊需具備強大的計算能力和存儲能力，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)實時數(shù)據(jù)自動調(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)計算模塊，以精確計算用水量并智能分析小麥的水分需求規(guī)律?；谶@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，從而有效降低雜草生長的風(fēng)險，為小麥提供一個理想的生長條件。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，以便用戶實時查看小麥的生長環(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和豐富的功能，以滿足用戶的實際需求。

3.3 灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計

灌溉控制系統(tǒng)設(shè)計是智能噴灌水肥一體化技術(shù)的重要組成部分，主要負責(zé)實現(xiàn)灌溉的自動化和智能化。

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、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)實時數(shù)據(jù)自動調(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、噴灌均勻的原則對各項參數(shù)進行精細調(diào)整，并妥善完成噴灌帶的鋪設(shè)工作。根據(jù)土壤的實際情況，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，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。該模塊可以實時監(jiān)測灌溉設(shè)備的運行狀態(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和報警功能，以及數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計功能，以便用戶隨時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

施肥控制系統(tǒng)設(shè)計旨在實現(xiàn)施肥的自動化和智能化，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)實時數(shù)據(jù)自動調(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、停止和調(diào)節(jié)。施肥效果監(jiān)測模塊：實時監(jiān)測施肥后的土壤養(yǎng)分含量和小麥生長情況，評估施肥效果。該模塊需具備數(shù)據(jù)分析和評估功能，以便用戶隨時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監(jiān)測田間狀況，并綜合多項數(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)小麥進入拔節(jié)至抽穗期，則可利用智能遙控手段進行灌溉，總共需灌溉2次，并在此期間適時施加尿素、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)實現(xiàn)的最后一步，能夠?qū)⒏鱾€子系統(tǒng)進行整合和調(diào)試，確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效性能[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)等各個子系統(tǒng)進行整合，形成一個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)試是對整個系統(tǒng)進行全面的調(diào)試和測試，包括功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試等。調(diào)試過程中需及時發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題和故障，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效性能。同時，還需對系統(tǒng)的用戶交互界面進行調(diào)試和優(yōu)化，以提高用戶的操作體驗和滿意度。

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、保護環(huán)境等方面展現(xiàn)出突出優(yōu)勢。智能噴灌水肥一體化技術(shù)不僅實現(xiàn)了水肥的精準(zhǔn)供給與調(diào)控，還顯著節(jié)省了人工和灌溉時間，提高了肥料利用率，進而提升了小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。該技術(shù)對于推動小麥栽培技術(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

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