農業節水灌溉自動化技術應用探究

李 寧

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 白銀 730400）

農業節水自動灌溉系統可以動態測量何時需要灌溉以及需要灌溉多長時間，可自動開啟或關閉灌溉設備，土壤過于干燥時可增加噴灌量，土壤過于濕潤時可減少噴灌量。農業灌溉系統自動化技術涉及傳感器技術、自動控制技術、計算機技術、無線通信技術等高新技術?？梢愿鶕参锖屯寥李愋?、光照量以及降雨后檢測土壤水分水平來優化灌溉用水。相關研究表明，農業節水自動灌溉系統與傳統灌溉系統的成本接近，但可節約16%~30%的水資源。在我國，農業用水量約占全國總用水量的80%。由于農業灌溉效率低，水資源利用率只有45%，而在水資源利用率高的國家，水資源利用率已達到70%~80%。因此，解決農業灌溉用水問題對緩解水資源短缺具有十分重要的意義。全面應用農業節水自動灌溉系統能有效減少農業生產活動中的水資源浪費，減少資源損耗，繼而實現對生態環境的保護。農業節水自動灌溉系統的應用能通過調控灌溉密度、及時噴灑農藥、適當追施化肥等手段為作物提供最佳的生長環境，從而達到優化作物質量、提升作物產量的目的[1]。

1 農業節水自動灌溉系統的工作原理

農業節水自動灌溉系統是傳統灌溉系統與自動化技術全面結合所誕生的新型技術，具有結構化、智能化與自動化的特點。農業節水自動灌溉系統可分為中央控制模塊、數據采集模塊、回傳控制模塊與灌溉控制模塊，以上模塊相互聯系、相互反饋，進而在保證作物正常生長的基礎上，減少水資源消耗[2]。應用農業節水自動灌溉系統，農業技術人員需根據作物類型、氣候條件、土壤環境等因素制定灌溉方案，并在完成設計后將涉及作物生長的數據如土壤含氧量、土壤含水量、環境溫度、環境濕度等信息作為灌溉基準輸入中央控制模塊中，農業節水自動灌溉系統可以通過數據采集模塊與回傳控制模塊實時調整灌溉活動的時間、水量等指標。當傳感器感知的數據顯示作物缺水時，便開始灌溉進程；當傳感器感知的數據顯示作物正常時，便停止灌溉進程。以此確保農作物生長全程均處于最優狀態，繼而在減少水資源消耗的同時，提升工作效率，提升作物質量，發揮自動化技術在生產活動中的積極作用[3]。

2 農業節水自動灌溉系統的特征

1）操作簡便，便于推廣應用。受限于農業生產活動從事人員的專業知識水準與技術應用水平，農業節水自動灌溉系統出于實際需要的考量，通常設計為便于操作、易于應用的模式，以此保證實踐工作順利進行。大范圍應用農業節水自動灌溉系統的地區，均會配備相應的技術人員負責灌溉方案的設計與輸入，而將日常的操作工作與簡單的維護工作交付給知識水平與技術能力較低的其他從業人員，所以農業節水灌溉自動化技術應用模式通常會設計得簡明扼要。

2）結構性強，可應用于多種場景。農業節水自動灌溉系統結構內部因功能不同，通常分為中央控制模塊、數據采集模塊、回傳控制模塊與灌溉控制模塊等，通過更改相應模塊的硬件標準，能夠實現日常灌溉、農藥噴灑、肥料施用等功能。因此，應用了自動化技術的農業節水灌溉系統，整體的物理強度較高、抗腐蝕性較強，便于長時間、大面積應用于農業生產活動。

3）自動調節，可提高作物產量。根據作物生長發育的具體需要，農業技術人員可在農業節水自動灌溉系統內設置相應的土壤含氧量、土壤含水量、環境溫度、環境濕度等指標，傳感器可根據實際環境、數據與預設環境指標的比對結果，定時定期進行噴灌、施肥、用藥等，實現智能化、自動化的生產調節，保證作物生長全周期的環境優勢，從而提高作物實際產量[4]。

3 農業節水灌溉自動化技術的主要功能

1）智能變速功能。農業節水灌溉系統對自動化技術的首要應用方向，便是利用其數據采集模塊、回傳控制模塊與中央控制模塊的聯合協作實現灌溉活動，并根據作物生長狀態、作物生產環境需要進行實時調整。農業節水灌溉系統通過自動化技術能夠實現灌溉三檔控制，將作物生長環境的濕度數據與預設數據進行定時定期比對后，系統會根據差值調整電動機的轉速，繼而調整灌溉的速率，達到智能變速效果[5]。

2）智能停轉功能。灌溉活動在應用自動化技術后能夠得到很好的控制。農業節水灌溉系統通過對回傳控制模塊的數據進行分析，能夠及時獲知作物生長環境的土壤干濕度。若土壤濕度過低，則控制灌溉模塊的噴頭進行全方位的灌溉互動；若土壤濕度適宜，則控制灌溉模塊的噴頭立刻停止工作，對裝置進行關閉。農業節水灌溉系統能有效減少水資源損耗，優化作物生長環境。

3）自檢自查功能。自動化技術用于農業節水灌溉系統上的顯著體現是自檢自查功能。當中央控制模塊感知部分模塊的數據出現異常、模塊硬件出現故障后，便會立刻停止當前工作進程，發出故障警報，并將故障數據顯示給技術人員，從而幫助技術人員及時排查水管破裂、傳感器損壞、噴頭銹蝕等問題，降低系統損壞的風險系數。

4 促進農業節水灌溉自動化技術的對策

1）提高硬件設備應用標準。嚴格把控傳感系統與控制系統的硬件質量，傳感系統與控制系統的硬件升級能提升數據信息的采集與存儲效率，強化對數據精度的控制，繼而實現更加精確的灌溉，提高農業節水灌溉自動化技術的實際效果[6]。灌溉模塊硬件的質量不僅關系著灌溉作業的實際效果，更與系統整體的使用壽命息息相關，質量優越、抗腐蝕能力強的灌溉組件能適應各種作業環境，提供多種農業生產服務，而質量低劣的灌溉組件會影響農業節水灌溉自動化技術的應用效果[7]。

2）完善節水灌溉方案。不同地區的作物種植品類、農業生產環境與技術應用條件均存在差異，農業技術人員在農業節水灌溉自動化技術應用中應關注農業作物信息采集與節水灌溉方案設計，從而實現減少資源損耗、提升工作效率、優化作物質量的目的。首先，農業技術人員應通過作物電信號勘測技術、多光譜反射技術等分析作物正常生長發育所需的營養物質，并進一步分析作物各個生長階段、遭遇病蟲害后的具體數據特征，形成成型有效的作物檔案數據；其次，農業技術人員應根據上階段生成的數據檔案設置農業節水灌溉系統的相關參數，這一過程中應關注數據的精度設置，以確保數據采集模塊與回傳控制模塊能及時根據數據反饋做出反應；最后，農業技術人員應根據季節氣候與具體條件調整農藥、肥料的具體用量，確保農業節水灌溉自動化技術應用效果的更大化，體現其相較于傳統農業節水灌溉的優越性[8]。

3）加大技術創新力度。政府可根據農業發展實際，定向設立農業節水灌溉自動化技術應用項目，通過創造優質研究條件、加大地區資金投入、提供相關政策支撐，提高農業節水灌溉自動化技術的應用產業化、普及化的效果，繼而為技術創新提供堅實后盾。技術研究人員應關注相關技術發展新動態，考慮其發展空間與應用空間，對技術模式的本地化、普適化與具體化進行相關改進，使其更加符合我國農業生產要求，從技術角度實現農業節水灌溉自動化技術的發展創新[9]。

4）提升專業人才綜合能力。進行農業節水灌溉自動化技術的策略設計時，應該關注專業人才的全面培養與科研團隊的整體建設。一方面，在進行技術人員的培養時，應關注其理論知識與實踐能力的結合，提高對作物生長信息的感知能力、提取能力與整合能力，使其能夠全面投身于農業節水灌溉自動化技術的應用中，進而通過自身工作實踐形成具有參考價值的反饋意見與創新觀念，為技術的進一步發展與推廣提供源動力；另一方面，應關注科研團隊建設，通過對有科研能力、有實踐經驗、有農業知識的人進行甄選，形成具有科研能力與創新精神的農業發展團隊，繼而為農業節水灌溉自動化技術的應用獻策。

5）推動節水灌溉全面普及。政府相關部門應組織地區農業工作者、農業技術人員定時定期參與相關培訓，宣傳農業節水灌溉自動化技術在減少資源損耗、提升工作效率、優化作物質量等方面的卓越效果，加大資金投入，設計、建造并投產農業節水灌溉自動化技術的產業基地，通過品牌效應與實際成果調動農業工作者應用該技術的積極性。同時，針對已應用相關技術的區域，政府應定時定期組織技術升級研討會、應用經驗分析會等活動，幫助農業工作者提升技術應用水平。

5 農業節水灌溉自動化技術發展展望

1）結合物聯網技術，提高自動化程度。物聯網技術通過各類型傳感器反饋的數據，生成完整的空間模型，繼而實現對軟件系統、硬件設施的全方位控制。融入物聯網技術，農業節水自動灌溉系統能借助無線網絡對數據采集模塊與回傳控制模塊反饋的信息進行實時同步，確保數據的準確性、穩定性與時效性，繼而強化系統整體的連貫性、結構性與一致性[10]。物聯網技術應用的各類型無線傳感器也能有效降低信息采集、信息傳輸、信息分析與信息處理等活動的時間成本與物料成本，同時相關技術生成的數據在積累、整理、總結后能生成具有具體性與普適性的數據模型，為后續技術的迭代升級與系統的模塊構建提供具有參考價值的數據信息。

2）應用無線通信，提高信息化水平?，F階段常用的農業節水自動灌溉系統通常采用有線電話網絡的模式對灌溉活動進行動態控制，雖在一定程度上保證了系統的穩定性與成熟性，但存在架設成本大、應用范圍小的缺點，無法與我國農業生產實際環境相適應?；跓o線通信技術開展的農業節水灌溉自動化技術應用能有效規避上述問題，通過將無線通信技術、自動化技術與智能控制技術進行有機結合，農業節水灌溉自動化技術能夠實現現代化、信息化、高效化與數據化的全面發展，同時相關系統因整體結構的精簡化，能夠實現較為簡便的保養與維護工作，進一步延長了系統的使用壽命，增加了系統的升級空間[11-12]。

6 小結

綜上所述，農業技術人員應關注農業節水自動灌溉系統在減少資源損耗、提升工作效率、優化作物質量等方面的關鍵作用[13]。在深入了解其工作原理、系統特征與發展現狀的基礎上，發揮農業節水自動灌溉系統在變速、停轉、自查、急停與故障排除等方面的優點，重視硬件升級，合理設計方案，推動技術創新，促進技術普及，推動農業可持續健康發展。