論述節水灌溉自動化技術的發展和未來趨勢

【摘 要】作為世界上的最大農業產品出口國，伴隨市場形勢和社會環境的不斷變化，水資源有效利用問題已經成為促進農業現代化進程的關鍵內容。自動化節水灌溉技術以其高效、節能、全面的特點成為專家的研究重點，滿足了可持續發展的根本需求。對此，針對當前我國節水灌溉技術的應用現狀，進行簡要分析并對未來發展趨勢作出探討。

【關鍵詞】節水灌溉；自動化技術；發展趨勢；現狀

引言：我國地域寬廣、資源豐富，但水資源相對缺乏。相關數據表明，我國在農業灌溉上的水資源利用率僅為46%左右，如果不對此問題加以改善，水資源短缺問題將會加劇，這就會直接反饋到現代化農業的發展。要實現農產品的高質高產，就要立足加大節水灌溉技術的利用，認真研究其特點和內涵，并統籌全局，完善機制。

1.節水灌溉自動化技術的應用現狀

1.1應用現狀

節水灌溉自動化技術是現階段農業種植和養殖的主要技術，可以通過使用較少的水資源達到預期生產目標和經濟效益，是解決國際上水資源短缺問題的集中體現。此技術被分為噴灌技術、微灌技術等。由于我國研究節水灌溉自動化技術的時間尚短，在技術推廣和應用上存在諸多難題，農村種植戶無法深入理解技術的使用特點，導致技術轉化效率不高。隨著科技的進一步完善，新型由計算機自動控制的灌溉技術被研發，其節水效果更為顯著。極大地節約了水、肥料、能量、化學藥品等應用量，消除了因人為因素對產物造成的不良影響，提高了灌溉的準確性、科學性和高效性，不僅優化了田間管理，對周圍環境也有了一定的保護作用。我國較為發達的地區已普遍開始使用節水灌溉自動化技術，但仍然有一大部分農村沒有廣泛推廣自動化灌溉技術，或者技術沒有規模化，計算機監控操作系統也不多見。

1.2應用原理

節水灌溉自動化技術的應用原理是：以土壤、氣候、種植物作為施用主體，以各類傳感器和檢測設備作為媒介，分項采集數據并通過采集站集中上傳到中央計算機控制系統，自動對這些數據加以分析判斷是否具有灌溉的條件，再由系統控制灌溉機械操作或停止。整個應用過程并不復雜，只要確保信號穩定便可實現遠距離控制灌溉機械的閥門開關。自動化灌溉系統一般由中央控制器、田間工作站、網絡終端系統、閥門控制器、采集感應器等設備組成。

一是中央控制器，由計算機和控制軟件構成，能對田間作物的需水量進行檢測和預報，并及時作出數據分析和報警。

二是田間工作站，也被廣泛稱為中繼站，是遠程計算機網絡終端和中央控制器的中轉站，數據檢測信號被上傳后接收，工作站會根據種植地形和植物的生長特性判定灌溉量。需要注意的是，如果田間空置面積過大，需要增設田間工作站的數量。

三是遠程計算機終端控制系統，用于接收工作站的指令，并集合信息與閥門相連接，控制閥門的開關。

四是閥門控制器，節水灌溉技術的關鍵部位，決定了灌溉系統是否能夠正常運行。根據田間區域的劃分來確定閥門安裝的具體位置和數量。

五是采集感應器，主要被分為土壤感應器、作物感應器和氣候感情器，用于測量田間的各種數據，并上傳至指揮中心，以曲線圖型的形式反映參數的變化，并對不良情況進行報警。

2.節水灌溉自動化技術的未來發展趨勢

2.1電氣信息技術

在發展自動化節水灌溉技術之前，我國基本采用人工溝灌和漫灌的模式，效率低下，對水資源的利用也較少。發展自動化節水農業，就要通過自動化控制技術來控制農田灌溉量。最初的灌溉控制器是一個簡單的定時器，隨著信息技術的發展，類似簡單的控制器可實現灌溉與施肥的同步進行，大大節約了人力和物力。控制器可自動感應土壤的含水量和分布量，當水含量參數超限或灌溉機械出現故障時，控制器會發出警報。當前農業灌溉已經在大范圍推廣可編程的控制器，這種控制器可由網絡連接計算機主機來采集數據，計算機建立模型來處理信息，并作出灌溉計劃。控制器的運行好壞主要由中央系統的運行效率、軟件和硬件、控制系統算法、感應器的準確性等決定。電氣信息技術綜合了自動傳感器、中央控制器等多項技術，系統可實時監控田間狀況。

2.2人工智能技術

由于土壤水含量在不同環境下通常呈現出非線性變化，以傳統的中央控制器難以獲得滿意結果。而隨著人工智能技術的發展，灌溉系統的模糊邏輯算法、神經網絡建模變得更加精確和及時。不僅能準確預測出參數，還可以根據作物的生長習性來控制最適宜參數。人工智能中的模糊算法和神經網絡在自動化灌溉系統中的應用最多，一般是基于土壤濕度傳感器，并結合天氣預報來得到作物的日耗水量，然后將這些信息整合在一起，輸入模糊控制系統后輸出數據，并傳送給執行系統，控制閥門的開關。如果計算數據的結果不滿意，可在此通過神經網絡來優化計算程序和規則。

國內的節水灌溉控制器也逐漸趨于成熟化、系統化、精準化，但因價格昂貴而得不到大規模的應用。主要還是農業示范區、科研單位發揮了自動化灌溉技術的優越性。農業結構的縱深調整，‘三農問題亟待解決，未來農業節水灌溉技術的需求量將會更多，自動灌溉控制器在我國機械市場具有廣闊的發展前景。節水灌溉自動化技術要朝著價格低、性能好、操作簡便的方向發展，大力引入人工智能技術、電氣技術、傳感技術。

3.如何提高節水灌溉自動化技術的應用率

3.1具備可持續發展意識

節水灌溉的基本內涵是堅持可持續發展。當前，我國農民群體還未認識到節水灌溉技術的重要性，長期處于人工勞作的思維。價值自動化控制器的價格比較貴，他們無法承擔，就算購置也不了解應用方法。因此，農業部門、技術研發部門、農技推廣部門應加強對地方農民的宣傳工作，提高節水灌溉技術的普及率，讓農民認識到農業可持續發展的重要性，重點從農民的個人利益出發。同時，要擴大自動化設備在農村的試點建設，讓農民親自體驗自動控制器的便捷性，主動去使用節水灌溉技術。

3.2加大技術投入

不管是自動化技術的研發還是推廣，都離不開大量的人力和物力，特別是對于經濟較為落后的地區來說，政府要加大設備、人力、資金投入力度。重點扶持具有技術規模化前景的試點，實行成果獎勵技術，給予成功推行節水灌溉技術的部門或人員以物質上的獎勵。要不斷更新自動化監控設備，降低設備購置價格，擴大農民購買機械設備的途徑，盡量符合市場廣大群眾的需求。

3.3促進設備管理自動化

我國是農業大國，農村地區和農民分布較為廣泛，要大范圍推廣節水灌溉自動化技術，就要朝著價格低廉、操作簡單、維修方便的方向發展。促進設備管理的自動化發展，生產出更具智能化、功能多、性能高的灌溉系統。

4.結論

總而言之，要在我國大面積地應用節水灌溉自動化技術，不僅要在技術研究上加大力度，還要做好技術宣傳工作，形成科學化、全套的灌溉控制體系。積極引用國內外先進灌溉產品，特別是便捷可行的節水灌溉控制系統和設備，要大力推廣。用先進信息技術來提高灌溉系統的數據采集效率，改造農業生產模式，為戰略性利用水資源夯實基礎。

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作者簡介：

阿依努爾·艾比布（出生年：1977---），性別：女；職稱：助理工程師；籍貫：新疆；研究方向：設備管理，新疆農業科學院綜合試驗場；郵編：830026

（作者單位：新疆農業科學院綜合試驗場）