农业节水灌溉自动化技术的应用

陈海全

摘要：知识改变命运，技术推动改革。我国作为农业大国，对水资源的需求是非常高的，虽然我国有着丰富的水资源，但水资源分布并不均匀，且水资源利用率提高才能确保国家稳健发展。为此，农业节水灌溉技术一直被创新优化，现已从传統的简便式的灌溉技术发展升级为自动化技术，大大提高了水的利用率。本文就农业节水灌溉系统、节水灌溉自动化技术的功能及具体的应用展开分析讨论。

关键词：农业；节水灌溉；自动化技术

我国是农业大国，对水资源的需求是很大，再加上水资源分布不均匀，部分农业种植区域缺水，需要整体性提高水的利用率。为此，农业节水灌溉工程一直备受瞩目。农业节水灌溉自动化技术是一种利用现代信息技术和自动化技术对农田进行精准灌溉的方法，应先明确其工作原理，知晓工作特征，确定其未来发展趋势，然后对此技术的具体功能全面分析后，将此技术全面应用到农业领域，达到提升农业生产质量和效率，促进水资源利用率整体性提高的目的。

1 农业节水灌溉系统概述

1.1 农业节水灌溉自动化技术的具体工作原理

农业节水灌溉自动化技术是一种先进的、精准的、可靠的灌溉方法。以节水灌溉自动化技术为核心的农业节水灌溉系统主要包括可实时监测农业田地温湿度等参数的传感器；有可进行传感器数据信息传递的传输系统；有可进行数据清洗、分析与建模等数据处理的中央控制室；有进行灌溉时间、灌溉方式及自动确定灌溉量的智能处理中心；有执行灌溉操作的执行控制系统；有实时检测反馈灌溉方案的反馈模块。以上各部分的有效组合形成了一个完整的农业节水灌溉自动化系统，可对农田进行精细化的灌溉操作。分析此系统的工作原理，可知工作人员会将监测的农业地块的实际生产状况以数据参数的方式录入到系统中，然后由系统中的中央控制器进行灌溉自动化分析，从而得出科学合理的自动化灌溉决策方案。在实际应用农业节水灌溉技术时，系统将通过传感器知晓农田当前的实际状况，并将此时收集的数据与系统内的数据进行比对，发现农业农田的实际需水需求后，会自动进行灌溉操作，在灌溉过程中，传感器会持续不断地将检测到的数据回传至中央控制器，进行数据信息比对，当检测到的数据信息提示农田的需水需求已经得到满足时，系统将自动停止灌溉。并且，在灌溉过程中出现异常情况，农业节水灌溉自动化系统也将自动停止灌溉工作，实现自动化控制的目的。

1.2 农业节水灌溉自动化技术的工作特征

农业节水灌溉自动化技术是依托于现代信息技术和自动化技术而进行精准灌溉的一种技术体系。归纳农业节水灌溉自动化技术的工作特征，一要体现操作简单特征。自动化技术强调一切工作操作都能自动有序进行，农业节水灌溉的目的只有一个，那就是对需水农田进行精准灌溉，因此应以灌溉为目的进行自动化设计。与此同时，虽然农业节水灌溉自动化技术体现了自动化和智能化，但由此技术设计的灌溉自动化系统还是需要人来操作，鉴于使用此系统的农业工作人员的专业水平有限且存在差异，容易出现误操作或者错误设置灌溉参数等情况，因此必须确保农业节水灌溉自动化系统的操作简单，以此进一步保障农业节水灌溉自动化效果。二要体现抗腐蚀特征。农业节水灌溉自动化技术的推广应用，不仅大幅提升了水资源利用率，减轻农业工作负担，同时也为农药、化肥等的使用提供便利，大大提高农业生产质量和效率。通常情况下，农业领域使用的农药、化肥等都具有一定的腐蚀性，当将农药、化肥按照一定比例调配成农药液和化肥水时，其对自动灌溉设备、管道等会产生一定的腐蚀作用，继而影响灌溉设备的正常使用。为此，农药节水灌溉自动化系统所用的材质必须具有一定的抗腐蚀特征。三要体现自动化调节特征。自动化调节特征是农业节水灌溉自动化技术应用中最为显著之处，此系统需要通过传感器收集农业农作物当前的生长状况及土壤相关情况，然后将收集到的数据信息传输至中央处理器，经过分析与计算后得出精准的灌溉决策方案，实现自动化灌溉。当节水灌溉作业进行到一定程度后，系统应自动调节灌溉水量，直至农田的需水需求满足后停止灌溉，整个过程都体现了自动化调节特征。

1.3 农业节水灌溉自动化技术的发展趋势

农业节水灌溉自动化技术的发展趋势可从国家对“三农”工作的重视度提高中窥看一二。首先，农业节水灌溉自动化技术将朝着无线传感器节水灌溉方向发展。现有的农业节水灌溉自动化系统使用的传感器是以信息技术和自动化技术为依托，未来将增加电子技术和无线通信技术，使传感器信号从虚拟信号变为数字信号，有效促进农业节水灌溉自动化技术水平提高。其次，农业节水灌溉自动化技术将朝着3G技术节水灌溉的方向发展。精准节水灌溉是农业节水灌溉的最终目的，3G技术具有精准定位作用，可将农田各个部分的实际需水量精准监测并定位，从而进行灌溉自动化调节，需水量小的农业区域将提前停止灌溉，需水量多的农业区域将继续灌溉，直至满足整个农田的需水需求。所以，农业节水灌溉自动化技术将朝着现代化、数据化和精准化方向发展。最后，农业节水灌溉自动化技术将朝着电话网络拨号的有线节水灌溉方向发展。在网络技术的促进帮助下，有线电话网络可将农业节水灌溉自动化系统构建得更精准可靠，实现精准灌溉目的的同时，还能进行纠错报警，从而大大提高水资源利用率。

2 农业节水灌溉自动化技术的具体功能

2.1 变速功能

以农业节水灌溉自动化技术为核心的农业节水灌溉自动化系统具有变速功能，此功能主要体现在灌溉速度和质量上。在实际灌溉作业中，系统将通过传感器知晓农作物所在区域的土壤温湿度等参数信息，然后将此数据与系统中录入的数据信息进行比对，从而确定监测区域是否需要灌溉。当发现需要灌溉作业时，系统中的中央控制器将下发灌溉指令。农业节水灌溉自动化仪器上会有高、中、低3个标准指示灯，此3个指示灯对应仪器内部的高、中、低3种转速，系统依据传感器不断监测到的数据信息判断灌溉水量、水流速度及灌溉时间，然后自动调节灌溉速度。

2.2 自动停转功能

自动停转功能主要体现在自动化灌溉作业过程中，系统从农作物所在区域的土壤的干湿度确定什么时候自动灌溉，喷头在灌溉作业时是以360°的喷转方式进行的，在灌溉作业进行到一段时间后，喷头将调整方向继续灌溉；当传感器检查到土壤中的温湿度达到系统设定的標准后，喷头将自动停转，同时关闭喷灌系统，完成喷灌作业[1]。

2.3 故障自动检测功能

故障自动检测功能是农业节水灌溉自动化系统中非常突出的一项功能，可自动对系统进行全面的故障检测，自动标记故障位置并发出警告，同时给出相应的故障处理方案。一般情况下，农业节水灌溉自动化系统常会出现的故障是水管破裂、传感器异常等，当检测到这些故障后，报警灯会亮起，使操作人员及时发现系统故障，并依据报警灯亮起情况进行分析，查找故障源，解决故障问题，恢复正常[2]。

2.4 急停功能

急停功能多会用在系统出现故障的时候，为保障灌溉安全而按下急停按钮，让自动化系统因手动制动而停止灌溉作业。此时，不仅系统上的喷头会停止作业，进出水的阀门也会被关闭。

3 农业节水灌溉自动化技术的具体应用

3.1 喷灌技术应用

喷灌技术在农业生产中的应用范围很广，其主要是通过一定的压力将水资源输送到喷头位置，然后将水以伞状、雾状等形式喷洒到农作物上，从而有效完成灌溉作业。此项节水技术具有多重优势特点。比如节水特点，因为喷灌技术是将水以雾状等形式喷洒至农作物所在的土壤上，就好似下雨浇灌一样，可使水分有效且均匀地渗透到土壤中，当在检测到土壤中的温湿度达到要求后即可停止喷灌，有效避免了水资源的浪费；比如适应性强特点，喷灌技术所用设备的占地空间较小，适用于多种地形，可对不同高度、密度及需水需求的农作物进行灌溉，包括干旱地区及高海拔地区，所以此项技术的适应性很强；比如节省劳动力特点，因喷灌技术在应用时只需要打开进水阀门，通过一定的压力将水资源输送到需要喷灌的区域，所以无需过多的人员操作，不仅劳动人员数量减少，喷灌时间也可有效节省控制。虽然喷灌技术的优势特点很多，但在前期却需要做好充足的应用准备。首先，喷灌技术需要依托于专业的喷灌设备完成灌溉作业，而此技术依赖的设备成本较高，后续维护的成本也是一笔不小的开支，因此必须有一定的经济基础做支撑，才能普及推广喷灌技术。虽然喷灌技术的适应性很强，但若实行喷灌的区域地形起伏不定，且土质偏于沙土地，那么喷灌效果会受到明显影响[3]。喷灌技术是将水以一定的压力喷洒到土壤上，因此用于喷灌的水源必须干净，不可含有杂质影响喷灌质量。目前，喷灌技术在河北省推广应用范围较广，也取得了一定的应用成效，与传统的灌溉技术相比较，喷灌技术节水、省力、省地。

3.2 滴灌技术应用

滴灌技术是一种对水资源质量要求更高的一种灌溉技术，若水资源质量较差，那么滴灌将容易出现堵塞情况，影响滴灌质量和效率。通常情况下，水资源会通过输水管道进入灌溉区域，每个农作物的附近都有一个小的滴头，由滴头将水以滴水状或者是喷射状进入农作物所在的土壤中，从而进行自动化灌溉及保湿作业。滴头类型不同，滴灌方式不同，滴管技术的应用场景也会随之发生变化，以满足不同种类农作物及不同类型土地的灌溉需求。滴灌技术的优点很多，比如节水优点：滴灌技术与喷灌技术一样，都是将水资源以最小的形态送至土壤中，以达到灌溉目的，可以避免灌溉过程中水分的流失，确保水分可以有效渗透到土壤中，保障土壤温湿度[4]；比如灌溉均匀优点：因滴灌滴头多均匀地分布在每一个农作物的附近，所以可以做到精准灌溉作业，不会出现灌溉水量多或者少的情况，有效提高灌溉效果。比如减少病虫害发生率的优点：因滴灌技术可将水分、农药、化肥等精准地滴灌到农作物附近的土壤中，可使农作物根系力量增强，适应力提高，营养均衡且抗病能力增强。同样，滴灌技术也有其缺点，比如滴灌设备整体的购置成本高，对水资源的质量要求多等。目前，滴管技术的水过滤功能经过优化设计后，有效提高了滤水功能，可以针对性解决滴管堵塞、滴头不畅等情况，现在甘肃等地区推广应用效果明显。

3.3 微喷技术应用

微喷技术是目前农业节水灌溉自动化技术中最新研发的一项技术，此技术具有喷灌和滴灌两种技术的所有优点，同样也有一定的缺点。目前共有两种方式，一种是地插方式，另一种是吊挂方式。地插方式可将水资源直接输送到农作物的根部，实现精准控水目的。吊挂方式主要是依据滴灌优势将水分精准地灌溉到需水农作物上。目前，微喷技术多被应用到大棚种植领域。因大棚种植对水分的需求更加精准，其所需的水分皆来自灌溉操作，若灌溉水量大则容易造成湿涝问题，易发生病虫害；若灌溉水量小则满足不了农作物的需水需求，从而影响农作物的正常生长，不能保证大棚经济效果。因此，在应用微喷技术时，需要对微喷技术的原理及设备等进行研究，研究专门的微喷设备和管道[5]。由此可见，微喷技术相较于喷灌技术所有的资金投入会更多，但取得的灌溉效果也更明显。那么若想要大范围地推广应用微喷技术也是不现实的，还存在较大难度，需要先在小范围内试用推广。目前，微喷技术在北京部分区域有了一定的应用效果，现正将微喷技术推广应用到园林及其他农业领域，继续验证微喷技术的推广应用价值；相信随着科技的不断发展，微喷技术所用设备成本会降低，其应用范围会逐步扩大，发挥更大效用。

4 结语

综上分析，农业节水灌溉自动化技术作为现代科技产物之一，其工作原理、工作特征及未来发展趋势皆与现代信息技术及自动化技术有直接关系。分析农业节水灌溉自动化技术的具体功能，可知具有变速、自动停转、故障自动检测及急停功能，由此可以确定，喷灌技术、滴灌技术、微喷技术等农业节水灌溉自动化技术的有效应用会大大提高水资源利用率，促进农业生产质量和效率提高，推动农业稳健可持续发展。

参考文献

[1] 李宁.农业节水灌溉自动化技术应用探究[J].南方农机，2023，54（12）：193-195.

[2] 张德儒.农业节水灌溉自动化技术的研究与应用[J].南方农机，2023，54（10）：193-195.

[3] 何世弢.农业节水灌溉自动化技术的应用[J].农业工程技术，2022，42（36）：42-43.

[4] 赵颖.农业节水灌溉自动化技术应用研究[J].农村实用技术，2022（9）：123-124.

[5] 杨叶娟.农业节水灌溉自动化技术的应用[J].南方农机，2022，53（13）：99-101.