微喷带新技术在豫东地区的推广应用

2023-03-22孙晋锴高子乐张子敬李明慧

河南水利与南水北调 2023年1期

孙晋锴，高子乐，张子敬，李明慧

（河南省豫东水利工程管理局惠北水利科学试验站，河南开封 475000）

0 基本情况

豫东地区位于华北平原南部，全区99%以上面积为平原，是河南粮食生产的核心区域。其粮食总产量占河南省的30%，主要以小麦和玉米为主。该区域为半湿润半干旱气候，多年年平均降雨量为654.90 mm，水资源人均占有量仅为524 m3排名位于全国中下游，相对比较匮乏。

1 项目立项背景

河南省豫东水利工程管理局惠北水利科学试验站，在豫东地区对微喷带新技术示范推广，围绕河南省智慧农业信息化建设与农业产业化发展需求，结合国内外现代农业信息技术发展趋势，立足豫东地区现代智慧农业的功能定位和产业化经济发展现状，依托资源优势，采用“物联网+”技术、传感技术、无线通信技术、云服务技术，实现对微喷带灌溉的自动化、智能化控制，着力打造“农民增收、产业做强、效益明显、机制创新”的智慧农业微喷带示范基地。

2 项目技术来源及优势

2.1 微喷带技术来源

推广技术主要采用惠北水利科学试验站和河南省水利科学研究院《微喷带技术参数试验研究与应用》中的试验结果。在示范田埋设土壤水分传感器，根据当前土壤水分值以及目标值，计算实际需水量，根据作物、果蔬的生理发育时间、水肥需求规律，设定不同的灌溉定额，采取适用的水流量智能调配组件，根据水源流量及管道压力，结合灌溉的区块，进行水量调配灌溉。

2.2 微喷带技术参数

张芳等研究微喷带单孔结构、孔洞的布置形式、制造工艺以及在使用过程中微喷带组合的间距、工作压力、工作时的风速、风向、工作场地的坡度等都会对微喷带的喷洒均匀度产生影响。其中，风速和风向对微喷带喷洒均匀度影响较大，在豫东地区微喷带适宜灌溉的风速临界值为2.50 m/s。对微喷带材质、管径、出水孔布设方式等方面进行选择，根据先期试验数据、结论，综合示范田实际情况，选取推广的微喷带工作性能、指标见表1。

表1 微喷带工作性能、指标表

微喷带最大铺设长度为100 m，在工作压力0.23 MPa条件下，考虑风对微喷带喷洒半径的影响，微喷带铺设间距不大于5 m。

2.3 微喷带新技术优势

微喷带以出水孔为灌水器，取消了喷灌、微喷灌、滴灌都必有的末级管道上的灌水器，具有结构简单、成本低廉的特点，且运行压力低、耗能少，降低了供水设备的投资。灌水设备配套微环境参数采集系统决策灌溉，利用远程视频监控系统对田间进行可视化管理，掌握灌溉的实时情况，提高自动化灌溉水平，减少设备故障损失，除此之外还能远程监控作物长势情况、病虫害情况等，对推进现代农业精细化、智能化发展，具有较好的实效性优势。

3 项目建设内容

在惠北水利科学试验站示范推广基地建设示范田1 hm2，包括井房、控制设备、水泵过滤器，埋地式管网，微喷带管网等，主要推广展示微喷带新技术的经济性好，实用性强的特点。微喷带新技术设备安装结构简图见图1。

图1 微喷带新技术设备安装结构简图

3.1 微喷带控制平台建设

微喷带控制平台对整套节水灌溉运行系统的可靠性和稳定性起着决定性作用，是调节、控制、净化、保护及量测的系统。可通过GPRS无线通信模块实现移动终端与系统连接，对水肥机、水泵、过滤器、供水管网等设施设备进行启闭管理，实现对微喷带整体系统的控制。

3.2 微环境参数采集系统

安装微环境监测系统一套，通过传感器获取大田的各项气象参数，包括田间温度、湿度、风速、土壤墒情、土壤温度等信息，实时传递到云端平台，并根据所种农作物需水规律，为灌水决策提供数据支持。设备可根据用户需求进行端口的扩展，所有传感器监测采用间隔性供电，既使系统功耗降低又能避免常供电导致监测对象性质变异，测量结果误差增大。整个系统都采用太阳能供电，方便室外安装。该服务平台可实现与手机端、PC 电脑端的无缝对接，为用户提供远程数据服务，方便管理人员通过手机等移动终端设备随时查看系统信息。

3.3 水、肥、药综合管理系统

深度融合农学、生物学与计算机科学等领域，对现场环境、生产情况进行多方面的考察研究，构建实用、易用的水肥药灌溉管理系统一套，管理人员通过移动终端与设备进行实时数据交换，实现水肥药一体化综合管理、集中控制，提高管理水平，节能增效。

3.4 苗情监测系统

苗情监测系统由太阳能电板供电，采用高清摄像设备，基于5 G网络可实现日常大田生产作业的实时监控，数据无线上传，管理人员可直接移动端进行查阅。该系统的应用不仅有助于管理人员实时掌握农事生产、设备使用情况，还可及时发现作物的各种不良反应，对作物病虫害进行远程诊断。

4 项目实施效果

在惠北水利科学试验站建成示范点1个，进行了微喷带新技术的示范推广工作，对农业技术人员进行了微喷带新技术知识培训，辐射带动豫东地区开展技术应用，获得了农户的支持和认可。

4.1 节水、增产效益

经过对冬小麦全生育期用水跟踪测定得出，使用微喷带灌溉用水量为798 m3/hm2，塑料软管输水到田间畦灌用水量为997.20 m3/hm2，微喷带灌溉和畦灌相比，节约用水199.20 m3/hm2，节水率达19.98%。通过对夏玉米的测产研究，使用微喷带新技术夏玉米平均产量为10 722.80 kg/hm2，常规浇水方式夏玉米产量9 980 kg/hm2，增产742.80 kg/hm2，增产率为7.40%，节水、增产效益十分明显。

4.2 节地效益

使用微喷带新技术可以省去畦灌过程中的垄沟和田间的畦背，增加农作物的有效种植面积，其中去除垄沟可节省土地10%左右，去除畦背可节省土地2%左右。微喷带的铺设基本不受地形限制，还能解决因田块地势不平，田间地头无法均匀灌溉的难题。

4.3 省工、节能效益

应用微喷带新技术，农户不用深入田间地头，只需远程查看大田实时数据，根据大田实时数据以及对数据的分析通过可视化的管理，控制灌溉时间与灌水量，更加省时、省力。用水量的降低，灌溉所用电量也相应降低，进而降低了农业成本。根据调查结果表明，常规灌溉方式单次用电量为337.10（kW·h）/hm2，微喷带新技术用电量为244.90（kW·h）/hm2，可减少用电量92.20（kW·h）/hm2。