农业节水灌溉自动化技术应用探究

李 宁

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

农业节水自动灌溉系统可以动态测量何时需要灌溉以及需要灌溉多长时间，可自动开启或关闭灌溉设备，土壤过于干燥时可增加喷灌量，土壤过于湿润时可减少喷灌量。农业灌溉系统自动化技术涉及传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等高新技术。可以根据植物和土壤类型、光照量以及降雨后检测土壤水分水平来优化灌溉用水。相关研究表明，农业节水自动灌溉系统与传统灌溉系统的成本接近，但可节约16%~30%的水资源。在我国，农业用水量约占全国总用水量的80%。由于农业灌溉效率低，水资源利用率只有45%，而在水资源利用率高的国家，水资源利用率已达到70%~80%。因此，解决农业灌溉用水问题对缓解水资源短缺具有十分重要的意义。全面应用农业节水自动灌溉系统能有效减少农业生产活动中的水资源浪费，减少资源损耗，继而实现对生态环境的保护。农业节水自动灌溉系统的应用能通过调控灌溉密度、及时喷洒农药、适当追施化肥等手段为作物提供最佳的生长环境，从而达到优化作物质量、提升作物产量的目的[1]。

1 农业节水自动灌溉系统的工作原理

农业节水自动灌溉系统是传统灌溉系统与自动化技术全面结合所诞生的新型技术，具有结构化、智能化与自动化的特点。农业节水自动灌溉系统可分为中央控制模块、数据采集模块、回传控制模块与灌溉控制模块，以上模块相互联系、相互反馈，进而在保证作物正常生长的基础上，减少水资源消耗[2]。应用农业节水自动灌溉系统，农业技术人员需根据作物类型、气候条件、土壤环境等因素制定灌溉方案，并在完成设计后将涉及作物生长的数据如土壤含氧量、土壤含水量、环境温度、环境湿度等信息作为灌溉基准输入中央控制模块中，农业节水自动灌溉系统可以通过数据采集模块与回传控制模块实时调整灌溉活动的时间、水量等指标。当传感器感知的数据显示作物缺水时，便开始灌溉进程；当传感器感知的数据显示作物正常时，便停止灌溉进程。以此确保农作物生长全程均处于最优状态，继而在减少水资源消耗的同时，提升工作效率，提升作物质量，发挥自动化技术在生产活动中的积极作用[3]。

2 农业节水自动灌溉系统的特征

1）操作简便，便于推广应用。受限于农业生产活动从事人员的专业知识水准与技术应用水平，农业节水自动灌溉系统出于实际需要的考量，通常设计为便于操作、易于应用的模式，以此保证实践工作顺利进行。大范围应用农业节水自动灌溉系统的地区，均会配备相应的技术人员负责灌溉方案的设计与输入，而将日常的操作工作与简单的维护工作交付给知识水平与技术能力较低的其他从业人员，所以农业节水灌溉自动化技术应用模式通常会设计得简明扼要。

2）结构性强，可应用于多种场景。农业节水自动灌溉系统结构内部因功能不同，通常分为中央控制模块、数据采集模块、回传控制模块与灌溉控制模块等，通过更改相应模块的硬件标准，能够实现日常灌溉、农药喷洒、肥料施用等功能。因此，应用了自动化技术的农业节水灌溉系统，整体的物理强度较高、抗腐蚀性较强，便于长时间、大面积应用于农业生产活动。

3）自动调节，可提高作物产量。根据作物生长发育的具体需要，农业技术人员可在农业节水自动灌溉系统内设置相应的土壤含氧量、土壤含水量、环境温度、环境湿度等指标，传感器可根据实际环境、数据与预设环境指标的比对结果，定时定期进行喷灌、施肥、用药等，实现智能化、自动化的生产调节，保证作物生长全周期的环境优势，从而提高作物实际产量[4]。

3 农业节水灌溉自动化技术的主要功能

1）智能变速功能。农业节水灌溉系统对自动化技术的首要应用方向，便是利用其数据采集模块、回传控制模块与中央控制模块的联合协作实现灌溉活动，并根据作物生长状态、作物生产环境需要进行实时调整。农业节水灌溉系统通过自动化技术能够实现灌溉三档控制，将作物生长环境的湿度数据与预设数据进行定时定期比对后，系统会根据差值调整电动机的转速，继而调整灌溉的速率，达到智能变速效果[5]。

2）智能停转功能。灌溉活动在应用自动化技术后能够得到很好的控制。农业节水灌溉系统通过对回传控制模块的数据进行分析，能够及时获知作物生长环境的土壤干湿度。若土壤湿度过低，则控制灌溉模块的喷头进行全方位的灌溉互动；若土壤湿度适宜，则控制灌溉模块的喷头立刻停止工作，对装置进行关闭。农业节水灌溉系统能有效减少水资源损耗，优化作物生长环境。

3）自检自查功能。自动化技术用于农业节水灌溉系统上的显著体现是自检自查功能。当中央控制模块感知部分模块的数据出现异常、模块硬件出现故障后，便会立刻停止当前工作进程，发出故障警报，并将故障数据显示给技术人员，从而帮助技术人员及时排查水管破裂、传感器损坏、喷头锈蚀等问题，降低系统损坏的风险系数。

4 促进农业节水灌溉自动化技术的对策

1）提高硬件设备应用标准。严格把控传感系统与控制系统的硬件质量，传感系统与控制系统的硬件升级能提升数据信息的采集与存储效率，强化对数据精度的控制，继而实现更加精确的灌溉，提高农业节水灌溉自动化技术的实际效果[6]。灌溉模块硬件的质量不仅关系着灌溉作业的实际效果，更与系统整体的使用寿命息息相关，质量优越、抗腐蚀能力强的灌溉组件能适应各种作业环境，提供多种农业生产服务，而质量低劣的灌溉组件会影响农业节水灌溉自动化技术的应用效果[7]。

2）完善节水灌溉方案。不同地区的作物种植品类、农业生产环境与技术应用条件均存在差异，农业技术人员在农业节水灌溉自动化技术应用中应关注农业作物信息采集与节水灌溉方案设计，从而实现减少资源损耗、提升工作效率、优化作物质量的目的。首先，农业技术人员应通过作物电信号勘测技术、多光谱反射技术等分析作物正常生长发育所需的营养物质，并进一步分析作物各个生长阶段、遭遇病虫害后的具体数据特征，形成成型有效的作物档案数据；其次，农业技术人员应根据上阶段生成的数据档案设置农业节水灌溉系统的相关参数，这一过程中应关注数据的精度设置，以确保数据采集模块与回传控制模块能及时根据数据反馈做出反应；最后，农业技术人员应根据季节气候与具体条件调整农药、肥料的具体用量，确保农业节水灌溉自动化技术应用效果的更大化，体现其相较于传统农业节水灌溉的优越性[8]。

3）加大技术创新力度。政府可根据农业发展实际，定向设立农业节水灌溉自动化技术应用项目，通过创造优质研究条件、加大地区资金投入、提供相关政策支撑，提高农业节水灌溉自动化技术的应用产业化、普及化的效果，继而为技术创新提供坚实后盾。技术研究人员应关注相关技术发展新动态，考虑其发展空间与应用空间，对技术模式的本地化、普适化与具体化进行相关改进，使其更加符合我国农业生产要求，从技术角度实现农业节水灌溉自动化技术的发展创新[9]。

4）提升专业人才综合能力。进行农业节水灌溉自动化技术的策略设计时，应该关注专业人才的全面培养与科研团队的整体建设。一方面，在进行技术人员的培养时，应关注其理论知识与实践能力的结合，提高对作物生长信息的感知能力、提取能力与整合能力，使其能够全面投身于农业节水灌溉自动化技术的应用中，进而通过自身工作实践形成具有参考价值的反馈意见与创新观念，为技术的进一步发展与推广提供源动力；另一方面，应关注科研团队建设，通过对有科研能力、有实践经验、有农业知识的人进行甄选，形成具有科研能力与创新精神的农业发展团队，继而为农业节水灌溉自动化技术的应用献策。

5）推动节水灌溉全面普及。政府相关部门应组织地区农业工作者、农业技术人员定时定期参与相关培训，宣传农业节水灌溉自动化技术在减少资源损耗、提升工作效率、优化作物质量等方面的卓越效果，加大资金投入，设计、建造并投产农业节水灌溉自动化技术的产业基地，通过品牌效应与实际成果调动农业工作者应用该技术的积极性。同时，针对已应用相关技术的区域，政府应定时定期组织技术升级研讨会、应用经验分析会等活动，帮助农业工作者提升技术应用水平。

5 农业节水灌溉自动化技术发展展望

1）结合物联网技术，提高自动化程度。物联网技术通过各类型传感器反馈的数据，生成完整的空间模型，继而实现对软件系统、硬件设施的全方位控制。融入物联网技术，农业节水自动灌溉系统能借助无线网络对数据采集模块与回传控制模块反馈的信息进行实时同步，确保数据的准确性、稳定性与时效性，继而强化系统整体的连贯性、结构性与一致性[10]。物联网技术应用的各类型无线传感器也能有效降低信息采集、信息传输、信息分析与信息处理等活动的时间成本与物料成本，同时相关技术生成的数据在积累、整理、总结后能生成具有具体性与普适性的数据模型，为后续技术的迭代升级与系统的模块构建提供具有参考价值的数据信息。

2）应用无线通信，提高信息化水平。现阶段常用的农业节水自动灌溉系统通常采用有线电话网络的模式对灌溉活动进行动态控制，虽在一定程度上保证了系统的稳定性与成熟性，但存在架设成本大、应用范围小的缺点，无法与我国农业生产实际环境相适应。基于无线通信技术开展的农业节水灌溉自动化技术应用能有效规避上述问题，通过将无线通信技术、自动化技术与智能控制技术进行有机结合，农业节水灌溉自动化技术能够实现现代化、信息化、高效化与数据化的全面发展，同时相关系统因整体结构的精简化，能够实现较为简便的保养与维护工作，进一步延长了系统的使用寿命，增加了系统的升级空间[11-12]。

6 小结

综上所述，农业技术人员应关注农业节水自动灌溉系统在减少资源损耗、提升工作效率、优化作物质量等方面的关键作用[13]。在深入了解其工作原理、系统特征与发展现状的基础上，发挥农业节水自动灌溉系统在变速、停转、自查、急停与故障排除等方面的优点，重视硬件升级，合理设计方案，推动技术创新，促进技术普及，推动农业可持续健康发展。