論述節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的發(fā)展和未來趨勢

【摘 要】作為世界上的最大農(nóng)業(yè)產(chǎn)品出口國，伴隨市場形勢和社會環(huán)境的不斷變化，水資源有效利用問題已經(jīng)成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的關(guān)鍵內(nèi)容。自動化節(jié)水灌溉技術(shù)以其高效、節(jié)能、全面的特點成為專家的研究重點，滿足了可持續(xù)發(fā)展的根本需求。對此，針對當(dāng)前我國節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)行簡要分析并對未來發(fā)展趨勢作出探討。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水灌溉；自動化技術(shù)；發(fā)展趨勢；現(xiàn)狀

引言：我國地域?qū)拸V、資源豐富，但水資源相對缺乏。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國在農(nóng)業(yè)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(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。要實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的高質(zhì)高產(chǎn)，就要立足加大節(jié)水灌溉技術(shù)的利用，認(rèn)真研究其特點和內(nèi)涵，并統(tǒng)籌全局，完善機(jī)制。

1.節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1應(yīng)用現(xiàn)狀

節(jié)水灌溉自動化技術(shù)是現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)種植和養(yǎng)殖的主要技術(shù)，可以通過使用較少的水資源達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益，是解決國際上水資源短缺問題的集中體現(xiàn)。此技術(shù)被分為噴灌技術(shù)、微灌技術(shù)等。由于我國研究節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的時間尚短，在技術(shù)推廣和應(yīng)用上存在諸多難題，農(nóng)村種植戶無法深入理解技術(shù)的使用特點，導(dǎo)致技術(shù)轉(zhuǎn)化效率不高。隨著科技的進(jìn)一步完善，新型由計算機(jī)自動控制的灌溉技術(shù)被研發(fā)，其節(jié)水效果更為顯著。極大地節(jié)約了水、肥料、能量、化學(xué)藥品等應(yīng)用量，消除了因人為因素對產(chǎn)物造成的不良影響，提高了灌溉的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和高效性，不僅優(yōu)化了田間管理，對周圍環(huán)境也有了一定的保護(hù)作用。我國較為發(fā)達(dá)的地區(qū)已普遍開始使用節(jié)水灌溉自動化技術(shù)，但仍然有一大部分農(nóng)村沒有廣泛推廣自動化灌溉技術(shù)，或者技術(shù)沒有規(guī)模化，計算機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)也不多見。

1.2應(yīng)用原理

節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)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(shè)備作為媒介，分項采集數(shù)據(jù)并通過采集站集中上傳到中央計算機(jī)控制系統(tǒng)，自動對這些數(shù)據(jù)加以分析判斷是否具有灌溉的條件，再由系統(tǒng)控制灌溉機(jī)械操作或停止。整個應(yīng)用過程并不復(fù)雜，只要確保信號穩(wěn)定便可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制灌溉機(jī)械的閥門開關(guān)。自動化灌溉系統(tǒng)一般由中央控制器、田間工作站、網(wǎng)絡(luò)終端系統(tǒng)、閥門控制器、采集感應(yīng)器等設(shè)備組成。

一是中央控制器，由計算機(jī)和控制軟件構(gòu)成，能對田間作物的需水量進(jìn)行檢測和預(yù)報，并及時作出數(shù)據(jù)分析和報警。

二是田間工作站，也被廣泛稱為中繼站，是遠(yuǎn)程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端和中央控制器的中轉(zhuǎn)站，數(shù)據(jù)檢測信號被上傳后接收，工作站會根據(jù)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(shè)田間工作站的數(shù)量。

三是遠(yuǎn)程計算機(jī)終端控制系統(tǒng)，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(guān)。

四是閥門控制器，節(jié)水灌溉技術(shù)的關(guān)鍵部位，決定了灌溉系統(tǒng)是否能夠正常運行。根據(jù)田間區(qū)域的劃分來確定閥門安裝的具體位置和數(shù)量。

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

2.節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

2.1電氣信息技術(shù)

在發(fā)展自動化節(jié)水灌溉技術(shù)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(fā)展自動化節(jié)水農(nóng)業(yè)，就要通過自動化控制技術(shù)來控制農(nóng)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(shù)的發(fā)展，類似簡單的控制器可實現(xiàn)灌溉與施肥的同步進(jìn)行，大大節(jié)約了人力和物力。控制器可自動感應(yīng)土壤的含水量和分布量，當(dāng)水含量參數(shù)超限或灌溉機(jī)械出現(xiàn)故障時，控制器會發(fā)出警報。當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉已經(jīng)在大范圍推廣可編程的控制器，這種控制器可由網(wǎng)絡(luò)連接計算機(jī)主機(jī)來采集數(shù)據(jù)，計算機(jī)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(tǒng)的運行效率、軟件和硬件、控制系統(tǒng)算法、感應(yīng)器的準(zhǔn)確性等決定。電氣信息技術(shù)綜合了自動傳感器、中央控制器等多項技術(shù)，系統(tǒng)可實時監(jiān)控田間狀況。

2.2人工智能技術(shù)

由于土壤水含量在不同環(huán)境下通常呈現(xiàn)出非線性變化，以傳統(tǒng)的中央控制器難以獲得滿意結(jié)果。而隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，灌溉系統(tǒng)的模糊邏輯算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模變得更加精確和及時。不僅能準(zhǔn)確預(yù)測出參數(shù)，還可以根據(jù)作物的生長習(xí)性來控制最適宜參數(shù)。人工智能中的模糊算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自動化灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用最多，一般是基于土壤濕度傳感器，并結(jié)合天氣預(yù)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(tǒng)后輸出數(shù)據(jù)，并傳送給執(zhí)行系統(tǒng)，控制閥門的開關(guān)。如果計算數(shù)據(jù)的結(jié)果不滿意，可在此通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化計算程序和規(guī)則。

國內(nèi)的節(jié)水灌溉控制器也逐漸趨于成熟化、系統(tǒng)化、精準(zhǔn)化，但因價格昂貴而得不到大規(guī)模的應(yīng)用。主要還是農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位發(fā)揮了自動化灌溉技術(shù)的優(yōu)越性。農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的縱深調(diào)整，‘三農(nóng)問題亟待解決，未來農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的需求量將會更多，自動灌溉控制器在我國機(jī)械市場具有廣闊的發(fā)展前景。節(jié)水灌溉自動化技術(shù)要朝著價格低、性能好、操作簡便的方向發(fā)展，大力引入人工智能技術(shù)、電氣技術(shù)、傳感技術(shù)。

3.如何提高節(jié)水灌溉自動化技術(shù)的應(yīng)用率

3.1具備可持續(xù)發(fā)展意識

節(jié)水灌溉的基本內(nèi)涵是堅持可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，我國農(nóng)民群體還未認(rèn)識到節(jié)水灌溉技術(shù)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(dān)，就算購置也不了解應(yīng)用方法。因此，農(nóng)業(yè)部門、技術(shù)研發(fā)部門、農(nóng)技推廣部門應(yīng)加強(qiáng)對地方農(nóng)民的宣傳工作，提高節(jié)水灌溉技術(shù)的普及率，讓農(nóng)民認(rèn)識到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性，重點從農(nóng)民的個人利益出發(fā)。同時，要擴(kuò)大自動化設(shè)備在農(nóng)村的試點建設(shè)，讓農(nóng)民親自體驗自動控制器的便捷性，主動去使用節(jié)水灌溉技術(shù)。

3.2加大技術(shù)投入

不管是自動化技術(shù)的研發(fā)還是推廣，都離不開大量的人力和物力，特別是對于經(jīng)濟(jì)較為落后的地區(qū)來說，政府要加大設(shè)備、人力、資金投入力度。重點扶持具有技術(shù)規(guī)模化前景的試點，實行成果獎勵技術(shù)，給予成功推行節(jié)水灌溉技術(shù)的部門或人員以物質(zhì)上的獎勵。要不斷更新自動化監(jiān)控設(shè)備，降低設(shè)備購置價格，擴(kuò)大農(nóng)民購買機(jī)械設(shè)備的途徑，盡量符合市場廣大群眾的需求。

3.3促進(jìn)設(shè)備管理自動化

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村地區(qū)和農(nóng)民分布較為廣泛，要大范圍推廣節(jié)水灌溉自動化技術(shù)，就要朝著價格低廉、操作簡單、維修方便的方向發(fā)展。促進(jìn)設(shè)備管理的自動化發(fā)展，生產(chǎn)出更具智能化、功能多、性能高的灌溉系統(tǒng)。

4.結(jié)論

總而言之，要在我國大面積地應(yīng)用節(jié)水灌溉自動化技術(shù)，不僅要在技術(shù)研究上加大力度，還要做好技術(shù)宣傳工作，形成科學(xué)化、全套的灌溉控制體系。積極引用國內(nèi)外先進(jìn)灌溉產(chǎn)品，特別是便捷可行的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)和設(shè)備，要大力推廣。用先進(jìn)信息技術(shù)來提高灌溉系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集效率，改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，為戰(zhàn)略性利用水資源夯實基礎(chǔ)。

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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(shè)備管理，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗場；郵編：830026

（作者單位：新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗場）