農業節水灌溉自動化技術的應用

陳海全

摘要：知識改變命運，技術推動改革。我國作為農業大國，對水資源的需求是非常高的，雖然我國有著豐富的水資源，但水資源分布并不均勻，且水資源利用率提高才能確保國家穩健發展。為此，農業節水灌溉技術一直被創新優化，現已從傳統的簡便式的灌溉技術發展升級為自動化技術，大大提高了水的利用率。本文就農業節水灌溉系統、節水灌溉自動化技術的功能及具體的應用展開分析討論。

關鍵詞：農業；節水灌溉；自動化技術

我國是農業大國，對水資源的需求是很大，再加上水資源分布不均勻，部分農業種植區域缺水，需要整體性提高水的利用率。為此，農業節水灌溉工程一直備受矚目。農業節水灌溉自動化技術是一種利用現代信息技術和自動化技術對農田進行精準灌溉的方法，應先明確其工作原理，知曉工作特征，確定其未來發展趨勢，然后對此技術的具體功能全面分析后，將此技術全面應用到農業領域，達到提升農業生產質量和效率，促進水資源利用率整體性提高的目的。

1 農業節水灌溉系統概述

1.1 農業節水灌溉自動化技術的具體工作原理

農業節水灌溉自動化技術是一種先進的、精準的、可靠的灌溉方法。以節水灌溉自動化技術為核心的農業節水灌溉系統主要包括可實時監測農業田地溫濕度等參數的傳感器；有可進行傳感器數據信息傳遞的傳輸系統；有可進行數據清洗、分析與建模等數據處理的中央控制室；有進行灌溉時間、灌溉方式及自動確定灌溉量的智能處理中心；有執行灌溉操作的執行控制系統；有實時檢測反饋灌溉方案的反饋模塊。以上各部分的有效組合形成了一個完整的農業節水灌溉自動化系統，可對農田進行精細化的灌溉操作。分析此系統的工作原理，可知工作人員會將監測的農業地塊的實際生產狀況以數據參數的方式錄入到系統中，然后由系統中的中央控制器進行灌溉自動化分析，從而得出科學合理的自動化灌溉決策方案。在實際應用農業節水灌溉技術時，系統將通過傳感器知曉農田當前的實際狀況，并將此時收集的數據與系統內的數據進行比對，發現農業農田的實際需水需求后，會自動進行灌溉操作，在灌溉過程中，傳感器會持續不斷地將檢測到的數據回傳至中央控制器，進行數據信息比對，當檢測到的數據信息提示農田的需水需求已經得到滿足時，系統將自動停止灌溉。并且，在灌溉過程中出現異常情況，農業節水灌溉自動化系統也將自動停止灌溉工作，實現自動化控制的目的。

1.2 農業節水灌溉自動化技術的工作特征

農業節水灌溉自動化技術是依托于現代信息技術和自動化技術而進行精準灌溉的一種技術體系。歸納農業節水灌溉自動化技術的工作特征，一要體現操作簡單特征。自動化技術強調一切工作操作都能自動有序進行，農業節水灌溉的目的只有一個，那就是對需水農田進行精準灌溉，因此應以灌溉為目的進行自動化設計。與此同時，雖然農業節水灌溉自動化技術體現了自動化和智能化，但由此技術設計的灌溉自動化系統還是需要人來操作，鑒于使用此系統的農業工作人員的專業水平有限且存在差異，容易出現誤操作或者錯誤設置灌溉參數等情況，因此必須確保農業節水灌溉自動化系統的操作簡單，以此進一步保障農業節水灌溉自動化效果。二要體現抗腐蝕特征。農業節水灌溉自動化技術的推廣應用，不僅大幅提升了水資源利用率，減輕農業工作負擔，同時也為農藥、化肥等的使用提供便利，大大提高農業生產質量和效率。通常情況下，農業領域使用的農藥、化肥等都具有一定的腐蝕性，當將農藥、化肥按照一定比例調配成農藥液和化肥水時，其對自動灌溉設備、管道等會產生一定的腐蝕作用，繼而影響灌溉設備的正常使用。為此，農藥節水灌溉自動化系統所用的材質必須具有一定的抗腐蝕特征。三要體現自動化調節特征。自動化調節特征是農業節水灌溉自動化技術應用中最為顯著之處，此系統需要通過傳感器收集農業農作物當前的生長狀況及土壤相關情況，然后將收集到的數據信息傳輸至中央處理器，經過分析與計算后得出精準的灌溉決策方案，實現自動化灌溉。當節水灌溉作業進行到一定程度后，系統應自動調節灌溉水量，直至農田的需水需求滿足后停止灌溉，整個過程都體現了自動化調節特征。

1.3 農業節水灌溉自動化技術的發展趨勢

農業節水灌溉自動化技術的發展趨勢可從國家對“三農”工作的重視度提高中窺看一二。首先，農業節水灌溉自動化技術將朝著無線傳感器節水灌溉方向發展?，F有的農業節水灌溉自動化系統使用的傳感器是以信息技術和自動化技術為依托，未來將增加電子技術和無線通信技術，使傳感器信號從虛擬信號變為數字信號，有效促進農業節水灌溉自動化技術水平提高。其次，農業節水灌溉自動化技術將朝著3G技術節水灌溉的方向發展。精準節水灌溉是農業節水灌溉的最終目的，3G技術具有精準定位作用，可將農田各個部分的實際需水量精準監測并定位，從而進行灌溉自動化調節，需水量小的農業區域將提前停止灌溉，需水量多的農業區域將繼續灌溉，直至滿足整個農田的需水需求。所以，農業節水灌溉自動化技術將朝著現代化、數據化和精準化方向發展。最后，農業節水灌溉自動化技術將朝著電話網絡撥號的有線節水灌溉方向發展。在網絡技術的促進幫助下，有線電話網絡可將農業節水灌溉自動化系統構建得更精準可靠，實現精準灌溉目的的同時，還能進行糾錯報警，從而大大提高水資源利用率。

2 農業節水灌溉自動化技術的具體功能

2.1 變速功能

以農業節水灌溉自動化技術為核心的農業節水灌溉自動化系統具有變速功能，此功能主要體現在灌溉速度和質量上。在實際灌溉作業中，系統將通過傳感器知曉農作物所在區域的土壤溫濕度等參數信息，然后將此數據與系統中錄入的數據信息進行比對，從而確定監測區域是否需要灌溉。當發現需要灌溉作業時，系統中的中央控制器將下發灌溉指令。農業節水灌溉自動化儀器上會有高、中、低3個標準指示燈，此3個指示燈對應儀器內部的高、中、低3種轉速，系統依據傳感器不斷監測到的數據信息判斷灌溉水量、水流速度及灌溉時間，然后自動調節灌溉速度。

2.2 自動停轉功能

自動停轉功能主要體現在自動化灌溉作業過程中，系統從農作物所在區域的土壤的干濕度確定什么時候自動灌溉，噴頭在灌溉作業時是以360°的噴轉方式進行的，在灌溉作業進行到一段時間后，噴頭將調整方向繼續灌溉；當傳感器檢查到土壤中的溫濕度達到系統設定的標準后，噴頭將自動停轉，同時關閉噴灌系統，完成噴灌作業[1]。

2.3 故障自動檢測功能

故障自動檢測功能是農業節水灌溉自動化系統中非常突出的一項功能，可自動對系統進行全面的故障檢測，自動標記故障位置并發出警告，同時給出相應的故障處理方案。一般情況下，農業節水灌溉自動化系統常會出現的故障是水管破裂、傳感器異常等，當檢測到這些故障后，報警燈會亮起，使操作人員及時發現系統故障，并依據報警燈亮起情況進行分析，查找故障源，解決故障問題，恢復正常[2]。

2.4 急停功能

急停功能多會用在系統出現故障的時候，為保障灌溉安全而按下急停按鈕，讓自動化系統因手動制動而停止灌溉作業。此時，不僅系統上的噴頭會停止作業，進出水的閥門也會被關閉。

3 農業節水灌溉自動化技術的具體應用

3.1 噴灌技術應用

噴灌技術在農業生產中的應用范圍很廣，其主要是通過一定的壓力將水資源輸送到噴頭位置，然后將水以傘狀、霧狀等形式噴灑到農作物上，從而有效完成灌溉作業。此項節水技術具有多重優勢特點。比如節水特點，因為噴灌技術是將水以霧狀等形式噴灑至農作物所在的土壤上，就好似下雨澆灌一樣，可使水分有效且均勻地滲透到土壤中，當在檢測到土壤中的溫濕度達到要求后即可停止噴灌，有效避免了水資源的浪費；比如適應性強特點，噴灌技術所用設備的占地空間較小，適用于多種地形，可對不同高度、密度及需水需求的農作物進行灌溉，包括干旱地區及高海拔地區，所以此項技術的適應性很強；比如節省勞動力特點，因噴灌技術在應用時只需要打開進水閥門，通過一定的壓力將水資源輸送到需要噴灌的區域，所以無需過多的人員操作，不僅勞動人員數量減少，噴灌時間也可有效節省控制。雖然噴灌技術的優勢特點很多，但在前期卻需要做好充足的應用準備。首先，噴灌技術需要依托于專業的噴灌設備完成灌溉作業，而此技術依賴的設備成本較高，后續維護的成本也是一筆不小的開支，因此必須有一定的經濟基礎做支撐，才能普及推廣噴灌技術。雖然噴灌技術的適應性很強，但若實行噴灌的區域地形起伏不定，且土質偏于沙土地，那么噴灌效果會受到明顯影響[3]。噴灌技術是將水以一定的壓力噴灑到土壤上，因此用于噴灌的水源必須干凈，不可含有雜質影響噴灌質量。目前，噴灌技術在河北省推廣應用范圍較廣，也取得了一定的應用成效，與傳統的灌溉技術相比較，噴灌技術節水、省力、省地。

3.2 滴灌技術應用

滴灌技術是一種對水資源質量要求更高的一種灌溉技術，若水資源質量較差，那么滴灌將容易出現堵塞情況，影響滴灌質量和效率。通常情況下，水資源會通過輸水管道進入灌溉區域，每個農作物的附近都有一個小的滴頭，由滴頭將水以滴水狀或者是噴射狀進入農作物所在的土壤中，從而進行自動化灌溉及保濕作業。滴頭類型不同，滴灌方式不同，滴管技術的應用場景也會隨之發生變化，以滿足不同種類農作物及不同類型土地的灌溉需求。滴灌技術的優點很多，比如節水優點：滴灌技術與噴灌技術一樣，都是將水資源以最小的形態送至土壤中，以達到灌溉目的，可以避免灌溉過程中水分的流失，確保水分可以有效滲透到土壤中，保障土壤溫濕度[4]；比如灌溉均勻優點：因滴灌滴頭多均勻地分布在每一個農作物的附近，所以可以做到精準灌溉作業，不會出現灌溉水量多或者少的情況，有效提高灌溉效果。比如減少病蟲害發生率的優點：因滴灌技術可將水分、農藥、化肥等精準地滴灌到農作物附近的土壤中，可使農作物根系力量增強，適應力提高，營養均衡且抗病能力增強。同樣，滴灌技術也有其缺點，比如滴灌設備整體的購置成本高，對水資源的質量要求多等。目前，滴管技術的水過濾功能經過優化設計后，有效提高了濾水功能，可以針對性解決滴管堵塞、滴頭不暢等情況，現在甘肅等地區推廣應用效果明顯。

3.3 微噴技術應用

微噴技術是目前農業節水灌溉自動化技術中最新研發的一項技術，此技術具有噴灌和滴灌兩種技術的所有優點，同樣也有一定的缺點。目前共有兩種方式，一種是地插方式，另一種是吊掛方式。地插方式可將水資源直接輸送到農作物的根部，實現精準控水目的。吊掛方式主要是依據滴灌優勢將水分精準地灌溉到需水農作物上。目前，微噴技術多被應用到大棚種植領域。因大棚種植對水分的需求更加精準，其所需的水分皆來自灌溉操作，若灌溉水量大則容易造成濕澇問題，易發生病蟲害；若灌溉水量小則滿足不了農作物的需水需求，從而影響農作物的正常生長，不能保證大棚經濟效果。因此，在應用微噴技術時，需要對微噴技術的原理及設備等進行研究，研究專門的微噴設備和管道[5]。由此可見，微噴技術相較于噴灌技術所有的資金投入會更多，但取得的灌溉效果也更明顯。那么若想要大范圍地推廣應用微噴技術也是不現實的，還存在較大難度，需要先在小范圍內試用推廣。目前，微噴技術在北京部分區域有了一定的應用效果，現正將微噴技術推廣應用到園林及其他農業領域，繼續驗證微噴技術的推廣應用價值；相信隨著科技的不斷發展，微噴技術所用設備成本會降低，其應用范圍會逐步擴大，發揮更大效用。

4 結語

綜上分析，農業節水灌溉自動化技術作為現代科技產物之一，其工作原理、工作特征及未來發展趨勢皆與現代信息技術及自動化技術有直接關系。分析農業節水灌溉自動化技術的具體功能，可知具有變速、自動停轉、故障自動檢測及急停功能，由此可以確定，噴灌技術、滴灌技術、微噴技術等農業節水灌溉自動化技術的有效應用會大大提高水資源利用率，促進農業生產質量和效率提高，推動農業穩健可持續發展。

參考文獻

[1] 李寧.農業節水灌溉自動化技術應用探究[J].南方農機，2023，54（12）：193-195.

[2] 張德儒.農業節水灌溉自動化技術的研究與應用[J].南方農機，2023，54（10）：193-195.

[3] 何世弢.農業節水灌溉自動化技術的應用[J].農業工程技術，2022，42（36）：42-43.

[4] 趙穎.農業節水灌溉自動化技術應用研究[J].農村實用技術，2022（9）：123-124.

[5] 楊葉娟.農業節水灌溉自動化技術的應用[J].南方農機，2022，53（13）：99-101.