寒地水稻智能化循環(huán)節(jié)水灌溉技術(shù)試驗(yàn)總結(jié)

呂婧

一、國內(nèi)外灌溉現(xiàn)狀

農(nóng)田灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)、適時(shí)灌溉，不僅能提高水利資源的利用率，還能促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。發(fā)達(dá)國家發(fā)展高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要途徑就是灌溉管理的自動(dòng)化，對(duì)灌區(qū)內(nèi)水情、墑情實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、并根據(jù)作物的生長情況制定相應(yīng)灌溉規(guī)劃。我國農(nóng)田灌溉自動(dòng)化研究處于起步階段，目前主要依靠人工測(cè)量和控制， 數(shù)據(jù)收集和處理難，不利于用水的精確管理和合理化灌溉。隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)田灌溉自動(dòng)化變得越來越重要。

二、現(xiàn)實(shí)意義

為了解決我國農(nóng)業(yè)用水存在的水資源緊缺與水資源污染、浪費(fèi)嚴(yán)重的突出矛盾以及節(jié)水灌溉管理體系有待加強(qiáng)完善的問題，應(yīng)該更新觀念，以現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的發(fā)展為中心，不斷向節(jié)水灌溉、高效用水模型和綠色環(huán)保的研究領(lǐng)域擴(kuò)展、加強(qiáng)作物需水規(guī)律和灌溉制度的研究、加強(qiáng)農(nóng)田水利應(yīng)用基礎(chǔ)研究等措施，解決農(nóng)業(yè)水資源短缺，保證農(nóng)業(yè)、水利可持續(xù)發(fā)展。

三、研究目的

實(shí)現(xiàn)水稻用水灌溉的最優(yōu)控制，為農(nóng)田灌溉排水工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐，對(duì)現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)發(fā)展起到引領(lǐng)和示范帶動(dòng)的作用。

四、系統(tǒng)功能

把田間多余灌溉用水排進(jìn)蓄水池進(jìn)行保存，最大限度地節(jié)約水資源。由于循環(huán)水中含有化肥、農(nóng)藥、養(yǎng)料，使之循環(huán)利用，做到不污染環(huán)境，節(jié)約農(nóng)藥、化肥、節(jié)約生產(chǎn)成本，綠色環(huán)保。水稻田間鋪設(shè)灌水、排水管道，田間裝設(shè)電動(dòng)進(jìn)水閥門和電動(dòng)排水閥門、電磁流量計(jì)、水位計(jì)、水質(zhì)檢測(cè)等儀表，按照寒地水稻的全生育期的灌溉需水規(guī)程要求，做到灌溉水的自動(dòng)循環(huán)利用，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低人工成本。

五、系統(tǒng)理論基礎(chǔ)

智能化循環(huán)節(jié)水灌溉項(xiàng)目以水稻葉齡診斷技術(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)水稻不同葉齡時(shí)期的需水規(guī)律，分別制定出水稻各葉齡生育時(shí)期的灌溉控制策略。秧苗三葉一心開始插秧，田間保持花達(dá)水狀態(tài)；4葉返青期，上護(hù)苗水3-5cm；分蘗期保持3-5cm水層，分蘗盛期即7葉期晾田控蘗5天左右；拔節(jié)期和孕穗期實(shí)行間歇灌溉，水層自然落干后，再灌水3-5cm；孕穗末期至始穗期可根據(jù)水稻長勢(shì)適當(dāng)晾田；抽穗、開花至蠟熟期繼續(xù)實(shí)行間歇灌溉；水稻成熟前30天停止灌溉，等待收獲。

六、系統(tǒng)工作過程

安裝在灌水渠和排水渠上的智能灌溉控制裝置接到系統(tǒng)決策指令后，通過控制灌水和排水電磁閥的開啟和關(guān)閉，將蓄水池中的水流入格田或?qū)⒏裉飪?nèi)多余的灌溉水回收到蓄水池進(jìn)行儲(chǔ)存，供下次灌溉使用，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的循環(huán)灌溉。

由于天氣高溫、蒸發(fā)量大或其他原因造成格田內(nèi)的水層深度低于水稻該葉齡期的水位臨界值時(shí)，系統(tǒng)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析診斷后，自動(dòng)發(fā)出灌水指令，蓄水池中的水泵接到指令后立即啟動(dòng)，蓄水池中儲(chǔ)存的灌溉水流向灌水渠，同時(shí)灌水渠的電磁閥自動(dòng)打開，灌溉水進(jìn)入到格田內(nèi)。當(dāng)格田內(nèi)的水層深度達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出停止指令，蓄水池的水泵停止工作，灌水渠電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，停止灌溉。

由于栽培技術(shù)要求需要排水，或者是遇到較強(qiáng)的降雨造成格田內(nèi)的水層深度高于水稻該葉齡期的水位臨界值時(shí)，系統(tǒng)診斷后立即發(fā)出排水指令，排水渠電磁閥自動(dòng)打開，田間多余的水通過排水渠流向蓄水池并儲(chǔ)存起來。當(dāng)格田內(nèi)的水層深度降到系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出停止排水指令，排水渠電磁閥關(guān)閉，停止排水。

七、應(yīng)用效果分析

1、 用水量監(jiān)測(cè)

對(duì)系統(tǒng)灌溉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，智能化循環(huán)節(jié)水灌溉用水量107m3/畝，其中排水量45m3/畝，需地下水62m3/畝，常規(guī)灌溉需地下水128m3/畝，全年省水66m3/畝。節(jié)約了水資源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2、 節(jié)約肥料成本分析

分別在水稻插秧排水、分蘗、曬田排水和齊穗4個(gè)時(shí)期，采集水樣。養(yǎng)分化驗(yàn)結(jié)果見下表1。

蓄水池全氮含量1.2mg/L，曬水池全氮含量0.34mg/L，差值為0.86mg/L，循環(huán)水二次利用水量45m3/畝，增加全氮養(yǎng)分含量38.7g/畝，可節(jié)約尿素0.09kg/畝；磷肥比較穩(wěn)定，養(yǎng)分流失量很小，可忽略不計(jì)，速效鉀流失量最高，按上述方法計(jì)算，可節(jié)約50%硫酸鉀0.6kg/畝，通過智能化循環(huán)節(jié)水灌溉技術(shù)畝節(jié)約尿素0.09kg，50%硫酸鉀0.6kg，節(jié)約肥料成本3.1元/畝。

2、 節(jié)約人工成本分析

應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)灌溉管理的智能化、自動(dòng)化控制，節(jié)約水稻生產(chǎn)灌溉田間管理人工費(fèi)15元/畝。

八、技術(shù)應(yīng)用結(jié)論與討論

通過水稻智能化循環(huán)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水稻灌溉用水的循環(huán)利用，做到不污染環(huán)境，綠色環(huán)保，更直接的節(jié)約水資源66m3/畝，節(jié)約肥料投入成本3.1元/畝，節(jié)省灌溉管理人工費(fèi)15元/畝，共計(jì)節(jié)約水稻生產(chǎn)成本18.1元/畝。水稻智能化循環(huán)節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用具有節(jié)本增效的現(xiàn)實(shí)意義，更具有實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的深遠(yuǎn)意義。

（作者單位：156322黑龍江省建三江管理局紅衛(wèi)農(nóng)場(chǎng)糧食貿(mào)易中心）