微噴帶新技術在豫東地區的推廣應用

孫晉鍇，高子樂，張子敬，李明慧

（河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學試驗站，河南 開封 475000）

0 基本情況

豫東地區位于華北平原南部，全區99%以上面積為平原，是河南糧食生產的核心區域。其糧食總產量占河南省的30%，主要以小麥和玉米為主。該區域為半濕潤半干旱氣候，多年年平均降雨量為654.90 mm，水資源人均占有量僅為524 m3排名位于全國中下游，相對比較匱乏。

1 項目立項背景

河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學試驗站，在豫東地區對微噴帶新技術示范推廣，圍繞河南省智慧農業信息化建設與農業產業化發展需求，結合國內外現代農業信息技術發展趨勢，立足豫東地區現代智慧農業的功能定位和產業化經濟發展現狀，依托資源優勢，采用“物聯網+”技術、傳感技術、無線通信技術、云服務技術，實現對微噴帶灌溉的自動化、智能化控制，著力打造“農民增收、產業做強、效益明顯、機制創新”的智慧農業微噴帶示范基地。

2 項目技術來源及優勢

2.1 微噴帶技術來源

推廣技術主要采用惠北水利科學試驗站和河南省水利科學研究院《微噴帶技術參數試驗研究與應用》中的試驗結果。在示范田埋設土壤水分傳感器，根據當前土壤水分值以及目標值，計算實際需水量，根據作物、果蔬的生理發育時間、水肥需求規律，設定不同的灌溉定額，采取適用的水流量智能調配組件，根據水源流量及管道壓力，結合灌溉的區塊，進行水量調配灌溉。

2.2 微噴帶技術參數

張芳等研究微噴帶單孔結構、孔洞的布置形式、制造工藝以及在使用過程中微噴帶組合的間距、工作壓力、工作時的風速、風向、工作場地的坡度等都會對微噴帶的噴灑均勻度產生影響。其中，風速和風向對微噴帶噴灑均勻度影響較大，在豫東地區微噴帶適宜灌溉的風速臨界值為2.50 m/s。對微噴帶材質、管徑、出水孔布設方式等方面進行選擇，根據先期試驗數據、結論，綜合示范田實際情況，選取推廣的微噴帶工作性能、指標見表1。

表1 微噴帶工作性能、指標表

微噴帶最大鋪設長度為100 m，在工作壓力0.23 MPa條件下，考慮風對微噴帶噴灑半徑的影響，微噴帶鋪設間距不大于5 m。

2.3 微噴帶新技術優勢

微噴帶以出水孔為灌水器，取消了噴灌、微噴灌、滴灌都必有的末級管道上的灌水器，具有結構簡單、成本低廉的特點，且運行壓力低、耗能少，降低了供水設備的投資。灌水設備配套微環境參數采集系統決策灌溉，利用遠程視頻監控系統對田間進行可視化管理，掌握灌溉的實時情況，提高自動化灌溉水平，減少設備故障損失，除此之外還能遠程監控作物長勢情況、病蟲害情況等，對推進現代農業精細化、智能化發展，具有較好的實效性優勢。

3 項目建設內容

在惠北水利科學試驗站示范推廣基地建設示范田1 hm2，包括井房、控制設備、水泵過濾器，埋地式管網，微噴帶管網等，主要推廣展示微噴帶新技術的經濟性好，實用性強的特點。微噴帶新技術設備安裝結構簡圖見圖1。

圖1 微噴帶新技術設備安裝結構簡圖

3.1 微噴帶控制平臺建設

微噴帶控制平臺對整套節水灌溉運行系統的可靠性和穩定性起著決定性作用，是調節、控制、凈化、保護及量測的系統?？赏ㄟ^GPRS無線通信模塊實現移動終端與系統連接，對水肥機、水泵、過濾器、供水管網等設施設備進行啟閉管理，實現對微噴帶整體系統的控制。

3.2 微環境參數采集系統

安裝微環境監測系統一套，通過傳感器獲取大田的各項氣象參數，包括田間溫度、濕度、風速、土壤墑情、土壤溫度等信息，實時傳遞到云端平臺，并根據所種農作物需水規律，為灌水決策提供數據支持。設備可根據用戶需求進行端口的擴展，所有傳感器監測采用間隔性供電，既使系統功耗降低又能避免常供電導致監測對象性質變異，測量結果誤差增大。整個系統都采用太陽能供電，方便室外安裝。該服務平臺可實現與手機端、PC 電腦端的無縫對接，為用戶提供遠程數據服務，方便管理人員通過手機等移動終端設備隨時查看系統信息。

3.3 水、肥、藥綜合管理系統

深度融合農學、生物學與計算機科學等領域，對現場環境、生產情況進行多方面的考察研究，構建實用、易用的水肥藥灌溉管理系統一套，管理人員通過移動終端與設備進行實時數據交換，實現水肥藥一體化綜合管理、集中控制，提高管理水平，節能增效。

3.4 苗情監測系統

苗情監測系統由太陽能電板供電，采用高清攝像設備，基于5 G網絡可實現日常大田生產作業的實時監控，數據無線上傳，管理人員可直接移動端進行查閱。該系統的應用不僅有助于管理人員實時掌握農事生產、設備使用情況，還可及時發現作物的各種不良反應，對作物病蟲害進行遠程診斷。

4 項目實施效果

在惠北水利科學試驗站建成示范點1個，進行了微噴帶新技術的示范推廣工作，對農業技術人員進行了微噴帶新技術知識培訓，輻射帶動豫東地區開展技術應用，獲得了農戶的支持和認可。

4.1 節水、增產效益

經過對冬小麥全生育期用水跟蹤測定得出，使用微噴帶灌溉用水量為798 m3/hm2，塑料軟管輸水到田間畦灌用水量為997.20 m3/hm2，微噴帶灌溉和畦灌相比，節約用水199.20 m3/hm2，節水率達19.98%。通過對夏玉米的測產研究，使用微噴帶新技術夏玉米平均產量為10 722.80 kg/hm2，常規澆水方式夏玉米產量9 980 kg/hm2，增產742.80 kg/hm2，增產率為7.40%，節水、增產效益十分明顯。

4.2 節地效益

使用微噴帶新技術可以省去畦灌過程中的壟溝和田間的畦背，增加農作物的有效種植面積，其中去除壟溝可節省土地10%左右，去除畦背可節省土地2%左右。微噴帶的鋪設基本不受地形限制，還能解決因田塊地勢不平，田間地頭無法均勻灌溉的難題。

4.3 省工、節能效益

應用微噴帶新技術，農戶不用深入田間地頭，只需遠程查看大田實時數據，根據大田實時數據以及對數據的分析通過可視化的管理，控制灌溉時間與灌水量，更加省時、省力。用水量的降低，灌溉所用電量也相應降低，進而降低了農業成本。根據調查結果表明，常規灌溉方式單次用電量為337.10（kW·h）/hm2，微噴帶新技術用電量為244.90（kW·h）/hm2，可減少用電量92.20（kW·h）/hm2。

5 結語

在惠北水利科學試驗站建成示范推廣點1個，結合豫東地區自然條件、氣候特點、農作物種植結構等因素，推薦了適宜豫東地區使用的噴灌帶新技術1 套，該技術省工、省時，節水、增產效果明顯。微噴帶新技術的推廣，為促進作物節水和農民增收，為豫東地區經濟發展提供了良好的技術支撐。