發展智能灌溉 破解水資源短缺難題

魏炳

我國北方水資源普遍缺乏。河南省人均水資源量僅440 m3，相當于全國水平的1/6，屬嚴重缺水省份。一個地區的水資源是相對固定的，本質上是無法人為增加的。近年，隨著全球變暖的加劇，年降水量明顯減少，農業灌溉越來越依靠地下水。常年的抽水灌溉，使地下水位逐年下降，造成惡性循環，嚴重影響我國農業生產安全。因此，改進農業灌溉方法，提高水資源利用率勢在必行。

一、國外節水經驗和缺點

（一）經驗

縱觀農業灌溉史，一共經歷了幾個階段，從看天吃飯、人力挑水，到水管、水泵、噴灌、滴灌等。水資源利用效率逐步提高，用水量不斷減少。目前，噴灌技術、滴灌技術在發達國家已經十分普及。

以以色列為例，這個國家的耕地少，沙漠占了該國土地面積的2/3，而且大多數屬于干旱和半干旱氣候地區，人均水資源占有量不足400 m3，而世界人均水資源占有量為8800 m3。以色列是全球水資源最貧乏的國家之一，干旱缺水是以色列農業生產的最大問題。因此，“節約每一滴水”“給植物灌水，而不是給土壤灌水”成為以色列農業長遠發展的必要選擇。以色列是世界上最早大規模使用滴灌技術的國家。實踐證明，滴灌的效率是驚人的。自以色列建國以來，農業生產增長了12倍，而每公頃土地的用水量保持不變，滴灌技術的應用取得了巨大的經濟效益和社會效益，大大緩解了該國水資源短缺的情況。

（二）缺點

滴灌技術雖然有節水的優勢，但是同樣也有缺點。如滴灌的優點是可以通過布置的管網，把水直接輸送到農作物根部，水不在空中、地面運動，不打濕葉面，也沒有有效潤濕面積以外的土壤表面蒸發。故蒸發的水量少，也不產生地面徑流和土壤深層滲漏。但也有缺點，農作物的灌溉，供水時間和供水量都需要人為操作，難以實現精準高效灌溉。供水少了，影響作物生長;供水多了，超過作物需求，不但浪費，也同樣不利于作物生長。另外，滴灌布置的管網都是一體式的，如果是一塊面積很大的種植區域，由于光照、地勢的不同，不同區域土壤濕度會有所不同，可能會出現東邊需要灌溉、西邊不用灌溉的情況，如果統一灌溉也是不合理的。這種較為粗放的管理方式造成水資源大量浪費。以美國為例，統計資料顯示，美國每年浪費掉的水資源高達8520億m3。美國有4500萬個簡易計時裝置的灌溉系統，它們在時間控制上還可以，但精準度不高，灌溉時間相對固定，可能剛剛下過雨，但是系統仍然按時運行，這樣大量寶貴的水資源就被白白浪費掉了。若安裝一種集成多種傳感器且可自動控制、又可遠程操作的系統，能有效控制水量和時間，達到節水的目的。

二、推廣智能灌溉技術的必要性

在中國，農業用水量約占全國總用水量的80%。農業灌溉效率普遍低下，水的利用率僅為45%，而水資源利用率高的國家在70%～80%。因此，提高農業灌溉用水的效率，對于緩解水資源的緊缺非常重要。所以，中國的智能灌溉技術在這種背景下應運而生。智能灌溉技術是將信息技術和智能化技術與現代農業生產結合起來的一種新型技術。該技術是目前最省水、最高效的灌溉方式。

智能灌溉就是通過物聯網技術，將智能傳感器所收集的農業生產現場氣象、土壤數據進行分析，從而決定農作物灌溉的時間、灌水量。通過智能控制系統實現對灌溉過程的動態、分區管理，達到節水、增效的目的。研究表明，和傳統噴灌系統、滴灌系統相比，智能灌溉系統的成本雖增加不多，但能節水16%～30%。智能灌溉系統包括傳感器、網絡傳輸、云平臺、控制系統和自動供水等系統。通過部署在農田里的傳感器、控制器和智能網管等設備，自動采集農田里的土壤和空氣的溫濕度、水分和光照強度等環境數據，并24 h進行監控。通過智能設備替代人工作業，大大降低了灌溉過程中對人力的依賴程度，同時提高了采集數據的精確性。傳感器采集到的各種數據通過無線網絡傳輸到云平臺，當土壤水分小于預設值時，系統會自動提醒，管理員可以通過控制系統手動打開供水設備或者設定由系統自動開啟。當土壤水分達到標準時，系統自動關閉閥門，防止灌溉過量造成損失。通過云平臺將控制系統通過APP和用戶的手機連接起來，就可以隨時查看數據報表，有利于隨時隨地掌控農田水分變化。系統還可以實時獲取天氣信息，根據未來降水量預報，實時調整灌溉計劃，以達到最優供水目的，最大程度地節約水資源。智能灌溉不僅讓農民省水、省事，還極大地減少了因為人工判斷失誤帶來的危害風險，讓農作物保持在最佳生長狀態。過去，要給農作物澆水，即使安裝了噴灌系統、滴灌系統，仍然需要人工逐個打開水泵，并且時刻關注灌溉情況，完成灌溉后，又需人工逐個關掉水泵。整個灌溉過程，不僅耗時耗力，還可能因為關水不及時造成水資源浪費，嚴重的甚至造成農作物泡根，影響農作物的生長和品質。運用智能灌溉系統后，管理員登錄云平臺系統就可以實現對供水系統的遠程智能控制。簡單說就是智能灌溉系統能自動檢測到什么時候需要灌溉，灌溉多長時間。智能農業灌溉系統可以自動開啟灌溉，也可以自動關閉灌溉;可以在土壤太干時增大灌溉量，太濕時減少灌溉量;可以在不同的區域進行不同的灌溉量。

通過智能灌溉技術還可以做好農作物的水分管理，提高農產品的品質和產量。由農作物需水規律可知，不同作物需水量不同，同一作物的不同生育期需水量也不同。在農作物生長發育過程中，各個時期都需要有水分供應，滿足各時期的水分供應才能獲得高品質和高產量的農產品。按照農作物的需水規律進行灌溉，對于搞好水分管理非常重要。智能灌溉系統可以通過AI技術和大數據技術，建立農作物不同生長周期的水分需求模型，生成農作物整個生長周期精確化的灌溉方案。通過自動控制系統，在無需過多人工干預的情況下，科學、精準、動態地給農作物供應水分，實現節水、增產、提高農產品質量的三重目標。合理設計的智能灌溉系統可以做到整個生長周期全天候的精準控制，這些依靠傳統的灌溉方式都是難以完成的。

綜上所述，智能灌溉系統不僅可以提高水資源利用率，緩解水資源日趨緊張的矛盾，還可以增加農作物的產量，提高農產品的質量，同時降低農產品的生產成本。因此，基于信息技術的智能灌溉系統是中國發展高效農業和精準農業的必由之路。

三、推廣普及工作重點

如何做好智能灌溉技術推廣工作，筆者總結以往的經驗發現，在我國，新技術進入農業領域，主要有3個問題：一是群眾不理解，二是水土不服，三是眼高手低。某些新技術進入農業領域，起效慢，不能得到廣泛認可。部分農民急功近利，不愿意冒險采取新技術。部分科研人員不能夠真正認識到技術應用的前景，高新技術應用不接地氣。在新技術推廣過程中，生搬硬套，不注意因地制宜，一哄而上。相似的問題在智能灌溉技術推廣普及的過程中一定也會遇到。筆者認為要做好推廣普及工作，主要從3個方面著手：

（一）加強宣傳

首先，宣傳周口市水資源短缺的嚴峻形勢及傳統農業灌溉方式的低效率和不可持續性，讓廣大群眾認識到采用新技術的必要性。其次，讓相關企業、農民合作社、種植大戶充分了解智能灌溉系統省水，便于管理，可以提高農產品的產量和質量，一次投資長期使用等優點，幫助他們認識該技術的應用前景，了解現代灌溉技術的發展方向;幫助他們算總賬而不是看眼前，看中長期回報而不是看前期投資，最大程度地減少智能灌溉技術推廣的阻力。

（二）因地制宜

當前，周口市農業生產的特點是小農經濟占大頭，農田相對細碎，很多地方暫時不適合發展設施農業。而智能灌溉技術的特點是投資大、建設標準高、技術難度大。因此，前期推廣過程中應當優先發展土地經營權流轉集中較好的鄉鎮、村莊及種糧大戶、農民合作社、農場和涉農企業。依靠較大體量的單位，實現規模效應，提高經濟效益，平衡較大的投資帶來的技術推廣壓力。優先應用在高附加值的農產品生產中，如蔬菜、水果等經濟作物，通過最終產品的高利潤，平衡較高的前期投入。

（三）先試點，后鋪開

高新技術的應用是一項系統工程，大量的新技術、新材料和新方法，都需要不斷地試驗和實踐，這是個科學問題，一定要有耐心。具體來說，智能灌溉技術相對我國農業發展的現狀具有一定的超前性，在推廣過程中肯定會遇到各種意想不到的問題。因此，要先試點，后鋪開。試點也是為了試錯，試點的范圍小一點，試錯的成本也就低一點。如在一個縣級區域推廣，那就應該先選一個群眾基礎好、政府執行力強的鄉鎮，集中人力、物力、財力，做出精品工程，花2～3年的時間，完善系統設施，總結管理經驗，培訓操作人員，做好后期維護，積極妥善解決建設運行過程中出現的各種問題，等待各方面條件成熟后再擴大推廣面積，切忌急功近利。