電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

杜翔宇

電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

杜翔宇

（荊楚理工學(xué)院湖北荊門448000）

近年來，為了推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)，政府、科研單位、農(nóng)業(yè)企業(yè)等社會(huì)各界長(zhǎng)期致力于先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣普及。文章從提升管理水平、改善節(jié)水質(zhì)量?jī)蓚€(gè)角度出發(fā)，分析了電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用價(jià)值，圍繞溫室大棚灌溉、節(jié)水灌溉、無土栽培灌溉、灌溉水處理四個(gè)方面，探究了電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用表現(xiàn)。

電氣自動(dòng)化技術(shù)；分布控制系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)；灌溉；應(yīng)用

從當(dāng)前來看，我國(guó)農(nóng)業(yè)水平雖已呈現(xiàn)出了穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但仍有很大一部分農(nóng)業(yè)企業(yè)、個(gè)體農(nóng)戶的生產(chǎn)效益處在較低水平。究其原因，主要是先進(jìn)技術(shù)的實(shí)踐力度較低，使得部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境受到傳統(tǒng)理念、傳統(tǒng)方法的落后性限制。據(jù)此，為了提升我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中水資源利用方式的實(shí)踐質(zhì)量，我們有必要對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用進(jìn)行分析討論。

1 應(yīng)用價(jià)值

無論是從生產(chǎn)效益上還是社會(huì)效益上，電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用都極具必要性。具體來講，電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用價(jià)值主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

首先，電氣自動(dòng)化技術(shù)能全面提升灌溉管理的工作水平。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉管理工作當(dāng)中，灌溉水量、灌溉周期等方面的方案制定及生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)人員經(jīng)驗(yàn)具有很強(qiáng)依賴性。此時(shí)，若相關(guān)人員缺乏良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識(shí)，或并未立足實(shí)際進(jìn)行灌溉方案規(guī)劃，將很可能造成灌溉水量、灌溉周期與當(dāng)下的農(nóng)作物需求、土壤水含量相偏離。這樣一來，若水量過多、灌溉過頻繁，將會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田土壤過于潮濕，出現(xiàn)農(nóng)作物爛根、細(xì)菌滋生等問題；若水量過少、灌溉間隔過長(zhǎng)，將會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田土壤缺水，無法支持農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)[1]。

相比之下，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉中后，技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)會(huì)對(duì)農(nóng)田中土壤、農(nóng)作物的現(xiàn)狀情況進(jìn)行全天候動(dòng)態(tài)采集，并根據(jù)相關(guān)人員預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，對(duì)土壤、農(nóng)作物的水資源需求做出分析。隨后，技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)便可根據(jù)數(shù)據(jù)信息的分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)水泵、水閥等灌溉設(shè)備的自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)施出科學(xué)適量的灌溉行為。同時(shí)，基于長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集、分析與儲(chǔ)存，電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)還可生成階段內(nèi)土壤、農(nóng)作物的數(shù)據(jù)變化曲線，進(jìn)而為相關(guān)人員研究農(nóng)作物生長(zhǎng)規(guī)律、評(píng)價(jià)灌溉方案可行性打下依據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉管理工作的科學(xué)發(fā)展。

其次，電氣自動(dòng)化技術(shù)能有效改善農(nóng)業(yè)灌溉的節(jié)水質(zhì)量。在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉工作當(dāng)中，相關(guān)人員大多采取粗放型、統(tǒng)一化的灌溉策略，即定期、定量對(duì)整體農(nóng)田進(jìn)行水資源灌溉?；谵r(nóng)田內(nèi)農(nóng)作物種類的不同，傳統(tǒng)的灌溉方式存在較強(qiáng)的應(yīng)用模糊性，很難實(shí)現(xiàn)水資源供給量與農(nóng)作物需求的標(biāo)準(zhǔn)化匹配，進(jìn)而不利于農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)。同時(shí)，傳統(tǒng)的灌溉方式過分強(qiáng)調(diào)統(tǒng)一供給，還會(huì)造成大量的水資源浪費(fèi)。在此背景下，將電氣自動(dòng)化技術(shù)與分布控制系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用到農(nóng)田灌溉工作當(dāng)中，能有效實(shí)現(xiàn)不同作物狀態(tài)、不同田塊質(zhì)量的針對(duì)性分析，進(jìn)而依據(jù)差異性的管道布置與信息反饋，制定出按需配水的最優(yōu)化灌溉方案。這樣一來，在實(shí)現(xiàn)灌溉水資源節(jié)約的同時(shí)，還有助于將水資源利用率提升到較高水平，賦予農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以優(yōu)秀的用水效益。

2 應(yīng)用表現(xiàn)

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的過程當(dāng)中，將電子自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于灌溉管理工作當(dāng)中，既是科學(xué)滿足農(nóng)作物灌溉需求的主要保障，也是實(shí)現(xiàn)水資源高效利用與有效節(jié)約的重要舉措?，F(xiàn)階段，電氣自動(dòng)化技術(shù)主要可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉工作的以下幾個(gè)領(lǐng)域：

2.1 在溫室大棚灌溉中的應(yīng)用

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)形成了日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。在此背景下，各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)為了在湍急的競(jìng)爭(zhēng)洪流中站穩(wěn)腳跟，獲得有力的市場(chǎng)話語權(quán)，紛紛投入了研究科技、創(chuàng)新科技、應(yīng)用科技的行列當(dāng)中，致力于用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)武裝生產(chǎn)工作，不斷提升農(nóng)產(chǎn)品的整體質(zhì)量，從而得到更高水平的收益回報(bào)。

基于此，電氣自動(dòng)化技術(shù)被引入到了溫室大棚的農(nóng)作物種植管理當(dāng)中，發(fā)揮出了有效的生產(chǎn)質(zhì)量提升作用。在此過程中，相關(guān)人員通過電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)與溫室大棚中各傳感器設(shè)備的信息互聯(lián)，進(jìn)而動(dòng)態(tài)化、全面化地對(duì)大棚中農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)做出監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)信息進(jìn)行分析處理，若分析結(jié)果為植物缺水，電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)便會(huì)向上方終端系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，從而促使相關(guān)人員及時(shí)做出灌溉處理，以保證農(nóng)作物生長(zhǎng)條件的健康充足。同時(shí)，電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)還可將一定階段內(nèi)的監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行整合處理，自動(dòng)繪制出曲線圖、條形圖等圖形數(shù)據(jù)。通過此類數(shù)據(jù)文件，相關(guān)人員能更加全面、科學(xué)地掌握農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律，進(jìn)而對(duì)當(dāng)前的灌溉方案、管理策略做出調(diào)整[2]。

需要注意的是，溫室大棚應(yīng)用領(lǐng)域下的電氣自動(dòng)化技術(shù)具有廣覆蓋、全天候的運(yùn)行特點(diǎn)，且投入成本相對(duì)較高，故而多應(yīng)用于大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，不適用于農(nóng)村地區(qū)的個(gè)體化小型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2.2 在節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

節(jié)水灌溉是降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源成本、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保發(fā)展的重要管理舉措。將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到節(jié)水灌溉領(lǐng)域中，需要多種科學(xué)的儀器設(shè)備作為支持。例如，為了保持水資源灌溉的自動(dòng)響應(yīng)與節(jié)約控制，需要應(yīng)用電水泵、電動(dòng)水閥等電氣設(shè)備；為了保證電子自動(dòng)化節(jié)水灌溉的信息采集精準(zhǔn)性，需要應(yīng)用流量?jī)x、溫度計(jì)、土壤水分感應(yīng)器等檢測(cè)儀器；為了保證水資源在灌溉過程中保有合理的流動(dòng)路徑，需要應(yīng)用給排水管道、回水管道等管道構(gòu)件。此外，節(jié)水灌溉的實(shí)施重點(diǎn)為針對(duì)性灌溉，即堅(jiān)持“夠用為度”的資源供給原則，圍繞農(nóng)田內(nèi)不同區(qū)域中土壤含水量、作物需求的不同，實(shí)施出差異化、適應(yīng)化的灌溉作業(yè)。因此，相關(guān)人員還應(yīng)在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，引入分布式控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)不同田塊中農(nóng)作物及環(huán)境信息的分別反饋。只有做好上述內(nèi)容，才能在農(nóng)作物健康生長(zhǎng)的前提下，實(shí)現(xiàn)灌溉水資源的充分節(jié)約，發(fā)揮出電氣自動(dòng)化技術(shù)的最大化應(yīng)用價(jià)值。

2.3 在無土栽培灌溉中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，基于城市化建設(shè)步伐的不斷邁進(jìn)，我國(guó)農(nóng)業(yè)用地的實(shí)際面積日益減少。在這樣的時(shí)代背景下，無土栽培技術(shù)被研究開發(fā)出來，并被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，形成了日漸成熟的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。簡(jiǎn)單來講，所謂“無土栽培”，即用人工研制的培養(yǎng)液及相關(guān)輔助材料，取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自然土壤的營(yíng)養(yǎng)供給角色，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)促進(jìn)，最終達(dá)到一次成苗的理想效果。在這一農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，電氣自動(dòng)化技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

在電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用背景下，相關(guān)人員可以數(shù)據(jù)信息的載體方式，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況、健康狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)，從而了解當(dāng)前所用營(yíng)養(yǎng)液的成分類型是否合理，并及時(shí)進(jìn)行增減營(yíng)養(yǎng)元素、調(diào)整栽培環(huán)境等科學(xué)改善措施。此外，基于電氣自動(dòng)化技術(shù)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集能力，相關(guān)人員還可將這一技術(shù)應(yīng)用到無土栽培技術(shù)的科研優(yōu)化當(dāng)中，從而借助電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持，對(duì)同種營(yíng)養(yǎng)液環(huán)境下不同農(nóng)作物的生長(zhǎng)能力、不同營(yíng)養(yǎng)液環(huán)境下同種農(nóng)作物的狀態(tài)表現(xiàn)做出了解，從而開發(fā)出圍繞不同農(nóng)作物生長(zhǎng)需求設(shè)計(jì)出的多種營(yíng)養(yǎng)液類型，進(jìn)一步強(qiáng)化無土栽培技術(shù)的功能覆蓋能力與實(shí)踐推廣范圍。

2.4 在農(nóng)業(yè)灌溉水處理中的應(yīng)用

在全社會(huì)倡導(dǎo)生態(tài)環(huán)保的環(huán)境背景下，我國(guó)農(nóng)業(yè)逐漸向著綠色化、節(jié)能化的方向轉(zhuǎn)型，并推動(dòng)著農(nóng)業(yè)相關(guān)的水處理行業(yè)不斷向前發(fā)展。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，灌溉到農(nóng)田中的水資源在流動(dòng)、滲透等運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)攜帶上大量的化肥、農(nóng)藥、蟲卵、懸浮物等污染雜質(zhì)。其后，若不經(jīng)處理直接將此類水資源排放到自然水體當(dāng)中，很容易導(dǎo)致環(huán)境水源的大范圍污染，進(jìn)而影響到水環(huán)境下動(dòng)物植物的生存健康，甚至?xí)?dǎo)致市政水資源的下降[3]。

對(duì)此，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉廢水的水處理領(lǐng)域當(dāng)中，能有效改善傳統(tǒng)中水處理工作的滯后性和片面性問題。在實(shí)際的電氣自動(dòng)化水處理工作中，相關(guān)人員可預(yù)先將氮、磷、雜質(zhì)含量等污染物的數(shù)據(jù)閾值設(shè)置到技術(shù)平臺(tái)當(dāng)中，為平臺(tái)系統(tǒng)后續(xù)的信息采集與分析行為作出依據(jù)。其后，電氣自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)即可通過布設(shè)在農(nóng)田周邊的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而對(duì)水體中各類污染物和雜質(zhì)的含量做出分析。此時(shí)，若污染物含量或雜質(zhì)比重超出預(yù)定值，電氣自動(dòng)化水處理平臺(tái)便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉排水設(shè)備，并發(fā)出警報(bào)信息，提示相關(guān)人員對(duì)存在污染問題的農(nóng)業(yè)廢水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。同時(shí)，基于農(nóng)業(yè)廢水中化肥等污染物的含量，相關(guān)人員還可對(duì)當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉中所用肥水的成分、量級(jí)做出具體考量，并實(shí)施出科學(xué)合理的優(yōu)化改進(jìn)策略，進(jìn)一步為農(nóng)作物管理工作的增產(chǎn)增收、綠色發(fā)展做出保障。

3 小結(jié)

將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域當(dāng)中，能有效改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)灌溉管理工作的粗放化、經(jīng)驗(yàn)化問題，進(jìn)而達(dá)成最佳的水資源利用效果。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，相關(guān)人員可在電氣自動(dòng)化技術(shù)及相關(guān)平臺(tái)系統(tǒng)、儀器設(shè)備的支持下，對(duì)農(nóng)田中的農(nóng)作物狀態(tài)、土壤質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與自動(dòng)控制，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、高效化的灌溉作業(yè)。

[1]林文森,王宏斌.電氣自動(dòng)化技術(shù)在灌溉管理中的創(chuàng)新及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程,2019(08):47-49.

[2]鄧?yán)?電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利中的優(yōu)化應(yīng)用研究[J].珠江水運(yùn),2019(11):28-29.

[3]劉彤.電氣自動(dòng)化技術(shù)在農(nóng)業(yè)水利中的應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)科技與信息,2016(11):125.

杜翔宇(1997- )，男，漢族，河南開封人，在讀荊楚理工學(xué)院，本科，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

S277.7

C

2095-1205(2019)07-13-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.07.07