论述节水灌溉自动化技术的发展和未来趋势

【摘 要】作为世界上的最大农业产品出口国，伴随市场形势和社会环境的不断变化，水资源有效利用问题已经成为促进农业现代化进程的关键内容。自动化节水灌溉技术以其高效、节能、全面的特点成为专家的研究重点，满足了可持续发展的根本需求。对此，针对当前我国节水灌溉技术的应用现状，进行简要分析并对未来发展趋势作出探讨。

【关键词】节水灌溉；自动化技术；发展趋势；现状

引言：我国地域宽广、资源丰富，但水资源相对缺乏。相关数据表明，我国在农业灌溉上的水资源利用率仅为46%左右，如果不对此问题加以改善，水资源短缺问题将会加剧，这就会直接反馈到现代化农业的发展。要实现农产品的高质高产，就要立足加大节水灌溉技术的利用，认真研究其特点和内涵，并统筹全局，完善机制。

1.节水灌溉自动化技术的应用现状

1.1应用现状

节水灌溉自动化技术是现阶段农业种植和养殖的主要技术，可以通过使用较少的水资源达到预期生产目标和经济效益，是解决国际上水资源短缺问题的集中体现。此技术被分为喷灌技术、微灌技术等。由于我国研究节水灌溉自动化技术的时间尚短，在技术推广和应用上存在诸多难题，农村种植户無法深入理解技术的使用特点，导致技术转化效率不高。随着科技的进一步完善，新型由计算机自动控制的灌溉技术被研发，其节水效果更为显著。极大地节约了水、肥料、能量、化学药品等应用量，消除了因人为因素对产物造成的不良影响，提高了灌溉的准确性、科学性和高效性，不仅优化了田间管理，对周围环境也有了一定的保护作用。我国较为发达的地区已普遍开始使用节水灌溉自动化技术，但仍然有一大部分农村没有广泛推广自动化灌溉技术，或者技术没有规模化，计算机监控操作系统也不多见。

1.2应用原理

节水灌溉自动化技术的应用原理是：以土壤、气候、种植物作为施用主体，以各类传感器和检测设备作为媒介，分项采集数据并通过采集站集中上传到中央计算机控制系统，自动对这些数据加以分析判断是否具有灌溉的条件，再由系统控制灌溉机械操作或停止。整个应用过程并不复杂，只要确保信号稳定便可实现远距离控制灌溉机械的阀门开关。自动化灌溉系统一般由中央控制器、田间工作站、网络终端系统、阀门控制器、采集感应器等设备组成。

一是中央控制器，由计算机和控制软件构成，能对田间作物的需水量进行检测和预报，并及时作出数据分析和报警。

二是田间工作站，也被广泛称为中继站，是远程计算机网络终端和中央控制器的中转站，数据检测信号被上传后接收，工作站会根据种植地形和植物的生长特性判定灌溉量。需要注意的是，如果田间空置面积过大，需要增设田间工作站的数量。

三是远程计算机终端控制系统，用于接收工作站的指令，并集合信息与阀门相连接，控制阀门的开关。

四是阀门控制器，节水灌溉技术的关键部位，决定了灌溉系统是否能够正常运行。根据田间区域的划分来确定阀门安装的具体位置和数量。

五是采集感应器，主要被分为土壤感应器、作物感应器和气候感情器，用于测量田间的各种数据，并上传至指挥中心，以曲线图型的形式反映参数的变化，并对不良情况进行报警。

2.节水灌溉自动化技术的未来发展趋势

2.1电气信息技术

在发展自动化节水灌溉技术之前，我国基本采用人工沟灌和漫灌的模式，效率低下，对水资源的利用也较少。发展自动化节水农业，就要通过自动化控制技术来控制农田灌溉量。最初的灌溉控制器是一个简单的定时器，随着信息技术的发展，类似简单的控制器可实现灌溉与施肥的同步进行，大大节约了人力和物力。控制器可自动感应土壤的含水量和分布量，当水含量参数超限或灌溉机械出现故障时，控制器会发出警报。当前农业灌溉已经在大范围推广可编程的控制器，这种控制器可由网络连接计算机主机来采集数据，计算机建立模型来处理信息，并作出灌溉计划。控制器的运行好坏主要由中央系统的运行效率、软件和硬件、控制系统算法、感应器的准确性等决定。电气信息技术综合了自动传感器、中央控制器等多项技术，系统可实时监控田间状况。

2.2人工智能技术

由于土壤水含量在不同环境下通常呈现出非线性变化，以传统的中央控制器难以获得满意结果。而随着人工智能技术的发展，灌溉系统的模糊逻辑算法、神经网络建模变得更加精确和及时。不仅能准确预测出参数，还可以根据作物的生长习性来控制最适宜参数。人工智能中的模糊算法和神经网络在自动化灌溉系统中的应用最多，一般是基于土壤湿度传感器，并结合天气预报来得到作物的日耗水量，然后将这些信息整合在一起，输入模糊控制系统后输出数据，并传送给执行系统，控制阀门的开关。如果计算数据的结果不满意，可在此通过神经网络来优化计算程序和规则。

国内的节水灌溉控制器也逐渐趋于成熟化、系统化、精准化，但因价格昂贵而得不到大规模的应用。主要还是农业示范区、科研单位发挥了自动化灌溉技术的优越性。农业结构的纵深调整，‘三农问题亟待解决，未来农业节水灌溉技术的需求量将会更多，自动灌溉控制器在我国机械市场具有广阔的发展前景。节水灌溉自动化技术要朝着价格低、性能好、操作简便的方向发展，大力引入人工智能技术、电气技术、传感技术。

3.如何提高节水灌溉自动化技术的应用率

3.1具备可持续发展意识

节水灌溉的基本内涵是坚持可持续发展。当前，我国农民群体还未认识到节水灌溉技术的重要性，长期处于人工劳作的思维。价值自动化控制器的价格比较贵，他们无法承担，就算购置也不了解应用方法。因此，农业部门、技术研发部门、农技推广部门应加强对地方农民的宣传工作，提高节水灌溉技术的普及率，让农民认识到农业可持续发展的重要性，重点从农民的个人利益出发。同时，要扩大自动化设备在农村的试点建设，让农民亲自体验自动控制器的便捷性，主动去使用节水灌溉技术。

3.2加大技术投入

不管是自动化技术的研发还是推广，都离不开大量的人力和物力，特别是对于经济较为落后的地区来说，政府要加大设备、人力、资金投入力度。重点扶持具有技术规模化前景的试点，实行成果奖励技术，给予成功推行节水灌溉技术的部门或人员以物质上的奖励。要不断更新自动化监控设备，降低设备购置价格，扩大农民购买机械设备的途径，尽量符合市场广大群众的需求。

3.3促进设备管理自动化

我国是农业大国，农村地区和农民分布较为广泛，要大范围推广节水灌溉自动化技术，就要朝着价格低廉、操作简单、维修方便的方向发展。促进设备管理的自动化发展，生产出更具智能化、功能多、性能高的灌溉系统。

4.结论

总而言之，要在我国大面积地应用节水灌溉自动化技术，不仅要在技术研究上加大力度，还要做好技术宣传工作，形成科学化、全套的灌溉控制体系。积极引用国内外先进灌溉产品，特别是便捷可行的节水灌溉控制系统和设备，要大力推广。用先进信息技术来提高灌溉系统的数据采集效率，改造农业生产模式，为战略性利用水资源夯实基础。

参考文献：

[1] 发展节水灌溉 实现水资源持续利用[J].陈伟.中国高新区.2018（10）.

[2] 节水灌溉与水资源优化配置对农业种植结构影响研究[J].许一，徐得潜，王莉莉，张萍，朱湖根，邵俊峰.节水灌溉.2018（05）.

[3] ]浅析节水灌溉与农业可持续发展[J].赵艳.农民致富之友.2016（24）.

作者简介：

阿依努尔·艾比布（出生年：1977---），性别：女；职称：助理工程师；籍贯：新疆；研究方向：设备管理，新疆农业科学院综合试验场；邮编：830026

（作者单位：新疆农业科学院综合试验场）