智能化节水灌溉技术在我国的应用

我国是一个水资源短缺的国家，尤其西北地区更加严重。就我国目前发展阶段和水平而言，节流是解决水资源危机的根本出路。我国农业用水约占全国用水总量的62%，部分地区高达90%以上，所以大力发展智能化高效节水灌溉，自然就成为我国缓解水资源供需矛盾的必然选择。

1智能化节水灌溉系统优越性

1.1大大提高了作物灌溉用水效率

通过智能化节水灌溉系统，根据实时监测土壤湿度及其他环境信息，通过计算机处理分析，再根据作为生长所需水阈值，实现了作物灌溉用水控制精准化，大大提高了作物灌溉用水的有效利用率，极大的节约了水资源。

1.2实现了适时适量、科学合理的精细灌溉

智能化节水灌溉系统可自动根据作物种植区实时的气候情况、所种植作物需水情况和土壤湿度情况进行适时、适量地灌溉，实现了农业种植的精细灌溉，使得灌溉更加科学合理，提高了灌溉质量。

1.3大大提高了作物生产管理水平

通过智能化节水灌溉系统，可以在节水灌溉系统显示屏上，观看土壤水肥供应数据，通过自动装置，智能控制灌水量和时间，不仅减轻了劳动强度，还解决了以往施肥、滴水的精准度难于把握的难题，有效的提高了作物生产管理水平，节约了人工管理成本。

1.4促进了作物增产

智能化喷灌、滴灌系统，应用于小麦、棉花等作物，与常规灌溉相比，平均可增产10%以上。智能化微灌系统，在种植蔬菜、水果时使用，增产效果更加显著，果实质量更好。

2智能化节水灌溉系统在我国研究及应用现状

2.1智能化节水灌溉控制系统研究

智能化节水灌溉系统在节水灌溉发达国家发展较早较快，尤其是以色列等严重缺水国家，节水灌溉配套的智能化控制系统较先进。我国节水灌溉技术起步较晚，智能化节水灌溉控制系统方面更是落后，自行研制的、成型的自动控制产品较少，绝大部分都依靠从国外进口。周子瑾、任盛明等对GIS在灌溉系统中的应用进行了研究，分析了GIS技术在节水灌溉中应用的特点及优势。戴彬虎、刘凯、倪涛等人研究了单片机技术在灌溉系统中的应用，基于此技术的灌溉系统具有成本低、运行可靠、可拓展性好等特点。无线传感器由于具有应用成本低、网络结构灵活、数据传输距离远等优点，在智能化节水灌溉系统中得以迅速应用。李祥林等人设计出基于ZigBee分布式无线传感网络进行精确农田信息实时采集的智能节水灌溉系统。王骥等人利用无线传感器技术，提高了灌溉系统的自动化与监测水平。赵南等设计了一套农田灌溉无线传感器监测系统。曹成茂、汤万龙、高晓红等人对自动灌溉策略进行了研究，提高了灌溉系统的控制精度。以上研究主要是课题研究，多数研究尚未与农作物生长相结合，成果转化率低，实用性较差[1]。为此，我国加快对种植作物情况下智能化灌溉系统研究步伐。韩建明、何志刚等人在江苏省农业科学院溧水高科技农业示范园，研制了一套以设施葡萄为目标作物的智能化灌溉系统。该系统采用目前世界上先进的WSN技术，克服了传统农田环境信息有线检测、实时监控等难、繁、不易操作的缺点，具有广阔的应用前景。其自主研发了土壤湿度传感器，同时开发设计了不带LED大屏显示装置的便携式机型，其体积小，适合于普及推广应用[1]。南京理工大学的陈巧莉等人对智能化设施农业节水灌溉控制系统进行了研究。采用了传感技术与单片微机技术，结合了工业测控技术和农业种植与灌溉技术，实现了适时，按需精确灌溉。该系统的节水灌溉控制仪体积小、操作简单灵活、成本低、工作可靠，易于推广[2]。江苏省常熟市水利技术推广站开发了基于物联网的智能化农业节水灌溉系统。利用该系统受益灌溉面积总计2600hm2，灌溉水利用率由0.6提高至0.9以上，实现节水25%，改变了因传统灌溉带来的面源污染，减轻氮磷负荷70%。

2.2智能化节水灌溉系统应用现状

在加大研发力度的同时，我国不断加大对节水灌溉项目的中央资金扶持力度，涌现了一批高效节水灌溉试点县和示范区，智能化节水灌溉技术逐步得到发展。新疆是我国节水灌溉技术范围最广、面积最大、发展最快的地区之一，是我国农业节水滴灌的技术应用的样板。2003年，兵团第七师130团率先在大田棉花上开发和应用了智能化滴灌控制，并于2004年和2005年逐步提高完善，该系统结合了滴灌技术、土壤水分检测技术和农业生产时间经验，利用移动通讯GSM网络实现了精准农业灌溉。2005年，第一师3团建成3万亩棉田滴灌自动化控制系统，由团场自主设计、联合研发了棉田膜下自动化滴灌智能化分析决策系统，具有节水、省劳力、自动化程度高、分析决策准确等特点。截止2014年7月，全兵团共建设大田自动化滴灌面积约2.67万hm2，实际在用约1.13万hm2。据不完全统计，全疆已建成大田自动化滴灌面积约4万hm2，每年新增约1～1.33万hm2，应用作物主要在棉花、加工番茄和果树上，近两年在玉米、小麦等大田粮食作物上也开始应用。宁波市近年来开始实施智能化微喷灌工程建设，在我国处于领先水平。江苏省无锡市锡山区东港镇的太湖水稻示范园首次采用了水稻智能化灌溉系统，充分发挥了该系统节水、省工、增产、增效的特点。江苏省海门常乐镇实现了对233.33hm2大棚作物的智能化节水灌溉。江苏徐州市邳州率先在鲜切花种植中引进智能化节水灌溉系统，比普通灌溉节水40%～50%。山东省济宁市金乡县化雨镇现代农业示范区实现了智能化的节水灌溉技术，受益农田达2000hm2。山东省德州市陵县滋镇德强农场采用智能化喷灌设备，实现了节水灌溉高产试验区的自动化、信息化、安全化。山东省滨州市焦桥镇5533.33hm2土地全部实现了智能化节水灌溉。云南省昭通市昭阳区对173.33hm2苹果园实施了智能化灌溉，年可节约18万m3左右的水量，增产苹果500kg/667m2。河北省张家口塞北管理区重点实施了智能化控制灌溉工程，年均节约用水180万m3，节水覆盖率达到80%。

3智能化节水灌溉系统存在的问题及对策

3.1存在问题

智能化节水灌溉系统实现了精准（精准灌水、精准施肥等）高效（劳动效率高、增产幅度大）、节约（节水、节能、节地、节肥等）、环保（环境友好、盐渍良利用等）、易控（机械化、自动化、集约化），也促进我国农业向规模化、集约化、标准化、信息化、现代化方向发展；但在其应用中仍存在以下问题。3.1.1　智能化节水灌溉系统研究推广较发达国家仍存在很大差距，急需加大研发及示范推广力度。与智能化节水灌溉研究较为先进的以色列等国家相比，我国的智能化节水灌溉系统研究整体水平较低，缺乏标志性研究成果，无法在更大范围、更高层次实现对节水灌溉实践的有效支撑，制约了系统的推广应用和效用发挥。3.1.2　智能化节水灌溉系统造价仍然偏高，影响了大面积推广。智能化节水灌溉系统涉及产品较多，科技含量较高，目前多为国外进口，系统整体造价相对偏高，这给经济实力原本有限的农业生产单位造成了沉重的经济负担，许多单位因此而主动放弃购买使用，客观上影响了智能化节水灌溉系统的大面积推广。3.1.3　缺乏专门的灌溉系统管理技术人才。现有的管理人员技术水平较低，缺乏系统化的专业培训，造成系统管理维者对系统的性能和特点不了解，对设备的操作和维护不熟练，造成系统运转不畅、效率低下、难以达到预期效果，严重制约了系统促产增效作用的发挥，影响了人们的使用积极性。

3.2对策

3.2.1　借鉴国外节水灌溉发达国家的先进经验，需加大适合我国农业实际耕种情况的智能化节水灌溉系统的研究及示范推广力度。随着社会的发展，人们对节水灌溉技术的需求变得更加迫切，在此情况下，需加大智能化节水灌溉系统研究，充分借鉴发达国家的先进经验，尽快形成符合中国国情且具有推广意义的研究成果，并积极开展成果示范，促进成果全面推广应用。3.2.2　加大国家、地方各级政府的扶持力度。整合相关财政资金，对有意进行智能化节水灌溉的地区，给予一定的资金补贴，同时建立以国家投入为主体的资金投入机制，选取重点项目进行集中投资，力求资金投入效益最大化，在此基础上积极探索基于市场的资金利用渠道，实行智能化节水灌溉系统研究推广投入的多元化。3.2.3　通过技术培训等方式，培养一批专业管理者、使用者和维护者，提高系统运行的稳定性。建议建立多层次的系统应用培训体系，使系统的管理者、使用者和维护者深刻认识系统运行特点、全面掌握系统操控规律，有效避免各种使用故障和人为损坏，实现系统的有效利用，确保系统精准、高效、节约、环保、易控的特点得到充分发挥。

作者:贾丽华 秦源泽 姚亚平 单位:陕西省农业工程勘察设计院