節(jié)水灌溉自控技術(shù)推廣應(yīng)用

張 晁

（甘肅禾盛農(nóng)業(yè)節(jié)水有限公司，甘肅 蘭州 730010）

據(jù)調(diào)查，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水占全國生產(chǎn)生活總用水量的70%，節(jié)水灌溉已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。當(dāng)前，我國節(jié)水灌溉自控技術(shù)應(yīng)用時間較短，但其功能日漸完善，對控制農(nóng)業(yè)用水量、實現(xiàn)精細(xì)化灌溉目標(biāo)意義重大。

1 節(jié)水灌溉自控技術(shù)推廣應(yīng)用的重要意義

傳統(tǒng)的灌溉方式以大水漫灌方式為主，使土壤含水量達到飽和狀態(tài)后，逐步下滲到土壤底部，滿足農(nóng)作物根系生長需求。此種灌溉方式的水分利用率僅為20%～30%，大量水資源被嚴(yán)重浪費。而使用節(jié)水灌溉技術(shù)，能切實提高農(nóng)作物的產(chǎn)量及水資源利用率，緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水壓力。

節(jié)水灌溉理念于20世紀(jì)90年代提出，基本要求是要采取有效的技術(shù)措施，使有限的灌溉水量創(chuàng)造最佳的生產(chǎn)效益和經(jīng)濟效益。利用節(jié)水灌溉技術(shù)可以保障農(nóng)業(yè)水資源利用率提升至70%～80%，是促進農(nóng)業(yè)朝著精細(xì)灌溉、適時灌溉、高效生產(chǎn)方向發(fā)展的必要措施［1］。通過在節(jié)水灌溉技術(shù)中配合使用先進的遙感技術(shù)與自動控制系統(tǒng)，能對灌區(qū)用水量進行全程監(jiān)測預(yù)報、自動化管控。

相較于其他發(fā)達國家，我國節(jié)水灌溉自控技術(shù)的應(yīng)用時間較短，自動化、集成化水平較低。同時，由于各地區(qū)的氣候條件、土壤環(huán)境和農(nóng)作物種類存在較大差異，因此需要開發(fā)專項決策軟件，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水進行集中管控，切實提升節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)建設(shè)與運營的可行性與經(jīng)濟適用性。

2 節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)主要運用了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)與生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)等［2］。節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)采用了集中監(jiān)測與控制的方式，涵蓋數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測顯示與控制等子系統(tǒng)。在節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的實際運行過程中，使用微機控制機構(gòu)接收來自傳感器的土壤溫度、濕度等生態(tài)因子信號，而后借助灌溉決策系統(tǒng)軟件對這些信號數(shù)據(jù)進行集中分析，并向單片機發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)實際灌溉期間的各類數(shù)值，實現(xiàn)自動節(jié)水灌溉目標(biāo)。節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)內(nèi)部包括實時監(jiān)控、可視軟件、集中控制和水泵控制等模式，可依照農(nóng)作物的生長狀況以及當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，對灌溉用水參?shù)進行自動化管控，防止水資源浪費。

在節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)內(nèi)，還具有微機控制軟件系統(tǒng)、作物栽培專家咨詢系統(tǒng)等先進系統(tǒng)模式。其中，微機控制軟件系統(tǒng)應(yīng)用了Dephi 語言編程，使計算機與外部設(shè)備通信電路能實時通信，為用戶提供更加簡潔的操作界面，可及時發(fā)現(xiàn)灌溉系統(tǒng)在運行期間存在的問題，并且對實際灌溉參數(shù)進行集中管控，確保農(nóng)作物始終處于最優(yōu)化的生長環(huán)境。作業(yè)栽培專家咨詢系統(tǒng)是節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的一項重要功能，當(dāng)前該系統(tǒng)的操作界面日漸簡化，無須加裝其他特定軟件，就可為用戶提供各類農(nóng)作物種植技術(shù)咨詢服務(wù)，如農(nóng)作物生長環(huán)境要求、苗木繁殖、施肥建議等。此系統(tǒng)的應(yīng)用進一步提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，使節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋面更廣。

3 節(jié)水灌溉自控技術(shù)的功能

節(jié)水灌溉自控技術(shù)可借助傳感器裝置輸送檢測數(shù)值，判斷當(dāng)前的土壤環(huán)境狀態(tài)，并且對土壤溫度、濕度等數(shù)值進行自動化管控，是當(dāng)前實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)的重要技術(shù)手段之一。

3.1 土壤濕度控制功能

在自控系統(tǒng)內(nèi)輸入灌溉所需的土壤最低限濕度值，依照傳感器監(jiān)測數(shù)值的具體情況，對灌溉水量與灌溉頻率進行自動化控制［3］。為防止節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)頻繁啟動，可將土壤濕度控制值誤差調(diào)整至最低限濕度值的±2范圍內(nèi)，使自控系統(tǒng)的適用度更高。

3.2 溫度控制功能

輸入符合農(nóng)作物生長需求的溫度數(shù)值，而后對灌溉區(qū)溫度進行實時監(jiān)測。如果檢測值高于需求值，可自動啟動遮陽網(wǎng)控制器，確保農(nóng)作物的生長溫度被控制在適宜的范圍內(nèi)。

3.3 大棚內(nèi)濕度控制功能

將節(jié)水灌溉自控技術(shù)應(yīng)用于大棚種植中，可以對大棚種植環(huán)境進行實時管控，調(diào)節(jié)棚內(nèi)的溫、濕度參數(shù)數(shù)值，并在濕度上升的情況下自動開啟棚內(nèi)排氣窗，使灌溉用水量能維持在合理范圍內(nèi)，從根本上提升農(nóng)業(yè)水資源利用率。

4 節(jié)水灌溉自控技術(shù)推廣應(yīng)用要點

為了確保節(jié)水灌溉自控技術(shù)能在生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，需要有關(guān)部門在節(jié)水灌溉自控技術(shù)推廣應(yīng)用過程中做好以下工作。

4.1 遵循因地制宜原則

在節(jié)水灌溉自控技術(shù)的實際應(yīng)用中，需要細(xì)致分析當(dāng)?shù)氐乃Y源現(xiàn)狀、地形條件、農(nóng)作物種植種類與經(jīng)濟發(fā)展水平等因素，確保各地區(qū)能滿足節(jié)水灌溉自控技術(shù)的長期應(yīng)用要求。將各類灌溉形式與節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，合理設(shè)定澆灌次數(shù)、澆灌時間及澆灌水量，從根本上提升水資源利用率［4］。

4.2 將節(jié)水灌溉自控技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合

采取節(jié)水灌溉自控技術(shù)與農(nóng)藝技術(shù)相結(jié)合、常規(guī)技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合、農(nóng)業(yè)技術(shù)與工程技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)路線，用邊研究、邊組裝、邊推廣的辦法，針對不同土壤類型和地形條件，不同作物類型和生長發(fā)育特性，實施多種智能灌溉技術(shù)組合與作物節(jié)水生產(chǎn)規(guī)程。大田農(nóng)作物的生產(chǎn)以防滲引水為基礎(chǔ)，以移動噴灌為主線，以智能化檢測指導(dǎo)灌溉為技術(shù)突破口，從而保證大田農(nóng)作物生長全過程用水量最少，以求達到最佳經(jīng)濟效益。大棚蔬菜生產(chǎn)用水以打井引水為基礎(chǔ)，以微噴灌溉為主線，以簡易智能化測控土壤水分指導(dǎo)蔬菜生產(chǎn)灌溉為重點，從而保證蔬菜生長用少量的水資源，取得較高的經(jīng)濟效益。對于崗坡地，則以小管徑流灌溉及部分滴灌為主，輔以覆蓋農(nóng)作物秸稈保水，從而使昔日的崗坡地披上綠裝。

4.3 加大節(jié)水灌溉自控技術(shù)投入力度

受各地經(jīng)濟發(fā)展條件的制約，我國節(jié)水灌溉自控技術(shù)尚未實現(xiàn)全面普及，因此，需要制定規(guī)范可行的節(jié)水灌溉自控技術(shù)投入政策，在提升灌溉保障率的同時，減少農(nóng)業(yè)發(fā)展水費負(fù)擔(dān)［5］。節(jié)水灌溉自控技術(shù)的投入應(yīng)以國家、集體和農(nóng)民個體為三大主體形式，采用“三三”投入機制，緩解各主體的經(jīng)濟壓力。多渠道拓寬節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的建設(shè)資金，如在基建及房地產(chǎn)開發(fā)占地期間，如需變更節(jié)水灌溉設(shè)施，應(yīng)對其進行立即補償。在原有基礎(chǔ)上調(diào)整農(nóng)業(yè)水價，在秉持促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展根本宗旨的同時，通過適當(dāng)提升水價來增強農(nóng)民的節(jié)水意識，確保其能積極配合節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的建設(shè)工作。

4.4 不斷優(yōu)化節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的內(nèi)部功能

為了從根本上提升節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的推廣應(yīng)用力度，需做好節(jié)水灌溉自控技術(shù)的優(yōu)化與完善工作，開發(fā)更多能提高水資源利用率的綜合技術(shù)。例如，依照國家節(jié)水灌溉宏觀決策，設(shè)計出節(jié)水灌溉自控專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)，通過高效應(yīng)用節(jié)水灌溉的各類數(shù)據(jù)，制定更加可行的節(jié)水灌溉方案［6］。擴大農(nóng)業(yè)水資源聯(lián)合利用調(diào)控覆蓋面，增強節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的灌溉回歸水轉(zhuǎn)化與重復(fù)利用功能。針對不同灌溉區(qū)域的技術(shù)改造方案，對節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的實際運行效果進行綜合評估，研發(fā)更多節(jié)水灌溉新模式，進一步提升農(nóng)作物灌溉節(jié)水潛力，使節(jié)水灌溉管理工作能有效開展。

5 結(jié)語

將先進的自動控制系統(tǒng)應(yīng)用在節(jié)水灌溉項目中，能對種植區(qū)域的土壤溫度、濕度等參數(shù)進行統(tǒng)一管控，在為農(nóng)作物提供良好生存環(huán)境的同時，最大限度地控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量。為了確保節(jié)水灌溉自控技術(shù)能在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，相關(guān)部門需要做好群眾宣傳工作，落實節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)推廣項目，擴大節(jié)水灌溉自控系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋面。