农业节水灌溉自动化技术的研究与应用_张德儒.pdf

2023 年 5 月下193Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究农业节水灌溉自动化技术的研究与应用*张德儒（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）摘要：【目的】农业生产需要使用大量水资源，传统灌溉方式会加剧水资源浪费问题，增加农业生产成本，因此研究农业节水灌溉自动化技术及应用具有重要意义。【方法】笔者利用调查法、文献资料法等方法对农业节水灌溉自动化技术及其应用进行了分析，总结农业节水灌溉自动化技术的优势与实际应用场景。【结果】相比于传统的农业灌溉技术，节水灌溉自动化技术具有操作难度低、可自动调节与自我纠错、抗腐蚀性强、节水能力强、灌溉效率高等优势，不仅可以满足农作物的生长需求，而且可以减少水资源的浪费。【结论】应用节水灌溉自动化技术可以弥补传统灌溉方式的不足，解决农业生产中的问题，应扩大节水灌溉自动化技术的应用范围，进一步提升农业灌溉的自动化水平与节水能力。关键词：农业；节水灌溉；自动化技术中图分类号：S274 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.0581 节水灌溉自动化技术节水灌溉指利用最低限度的水资源获取最大的产量或收益，可以降低农业生产成本、减少水资源消耗1。自动化技术是综合性技术，指通过计算机技术、系统工程等手段进行自动控制的技术。灵活应用自动化技术可以提升农业生产的自动化水平，使农业生产向现代化方向发展。农业节水灌溉自动化技术就是利用自动化技术控制灌溉系统，从而实现自动化灌溉。在应用过程中节水灌溉自动化技术可以通过信息采集设备获取数据信息，根据数据信息判断是否需要进行灌溉并自动调节灌溉水量、灌溉速度2。2 农业节水灌溉自动化技术的优势农业节水灌溉自动化技术主要面向农田、园林、设施农业等领域的日常灌溉控制和管理，通过现代化的科学技术手段，达到降低人力成本、提高自动化生产效率、节约水资源的目的。具有较强的自动调节性、自我纠错性、抗腐蚀性。例如，系统可以自动采集土壤信息以及农作物信息并根据数据信息自动调节灌溉水量、灌溉时间，有利于增强节水灌溉的精准性3，同时，若灌溉过程中出现问题，系统就会自动停止工作并进行纠错，有利于保障农作物的安全生长；在进行农业灌溉时可能会涉及农药以及化肥，这些物质有一定的腐蚀性，会对管道造成一定的腐蚀，而应用自动化技术可以实时监测管道的腐蚀情况并发出相应的预警，使灌溉人员通过有效手段进行预防，可以避免管道出现腐蚀问题4。3 农业节水灌溉自动化技术的应用3.1 自动化滴灌技术的应用应用自动化滴灌技术可以对滴灌系统进行自动化控制，继而降低灌溉难度。在应用该技术手段时需要先在农田中布置滴灌系统，之后完善自动化控制设备。首先，需要根据要求布设地面管与地埋管。常用的地面管布设模式有“支管+辅管+毛管”模式、“长短支管+毛管”模式、“支管+毛管”模式，不同模式的优缺点不同，如表1所示，需要根据农田实际情况选择合适的布设模式，之后需要做好地埋管的布设工作，确保滴灌管道符合要求。其次，需要完善自动化控制设备。在这一过程中应设置一台服务器、两台操作站、一台打印机、一套无线收发设备、一套宽带接入设备、一套显示设备，通过这些设备进行数据信息的采集、统计与查询5。3.2 自动化喷灌技术的应用喷灌主要是利用水泵和管道系统将具有一定压力的水喷到空中，使小水滴降落在农作物和地面上。相比于其他节水灌溉技术，喷灌技术可减少对土壤结构的破坏，且可以调节地温。传统的喷灌技术需要灌溉人员进行大量的操作，自动化喷灌技术提高了喷灌的自动化水平。在应用自动化喷灌技术时需要科学选择水源、动力、水泵、输水管网、喷头、喷灌系统。此外，需要利用传感器、计算机、电磁阀等设备构建基金项目：甘肃省水利技术推广项目“景电灌区主要农作物适宜灌溉制度及水分利用效率和光能利用效率研究”（22GSLK024）；甘肃省水利技术推广项目“景电灌区典型农作物节水控盐施肥灌溉制度研究”（22GSLK023）作者简介：张德儒（1970），男，甘肃景泰人，本科，工程师，研究方向为农业水利管理和高效节水灌溉技术。1942023 年 5 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究自动化控制系统，对喷灌时间、喷灌水量等各个方面进行自动化控制。3.3 有线拨号节水灌溉自动化技术的应用IMMS 中央灌溉控制系统是常用的有线拨号节水灌溉自动化系统，可以通过有线电话网络进行数据传输，使中央控制中心根据数据信息调度和分配灌溉水资源。相比于其他自动化技术，该技术具有多重功能，如图形化功能、自动制定灌溉计划功能、自动报警功能等，在应用该系统时需要充分发挥这些功能的作用。第一，灵活应用图形化功能。在灌溉时可以利用系统功能构建图形化视图，明确所有的灌溉位置并对其进行控制，降低灌溉管理的难度。第二，灵活应用自动制定灌溉计划功能。不同农作物的需水量不同，生长情况也不同，所以在灌溉时可以利用系统采集土壤信息、农作物信息并自动生成节水灌溉计划，在满足作物需求的同时降低灌溉用水量。第三，灵活应用自动报警功能。系统会对灌溉时间、灌溉流量等各个方面进行实时监测，若发现灌溉时间不符合要求、灌溉流量过大等问题就会自动报警并处理异常情况6。如该系统可以通过流量表以及控制主阀监测流量，在发现流量异常问题时会自动报警并迅速关闭常规管道阀门，有效避免资源浪费。3.4 基于无线传感器的节水灌溉自动化技术的应用无线传感器以电子技术、无线通信技术为基础，可以有效采集数据信息。基于无线传感器的节水灌溉自动化系统主要是由无线采集单元、网关节点、控制单元、灌溉单元等部分共同构成的，其中无线采集单元可以通过无线传感器采集土壤环境信息、农作物生长信息，如土壤湿度、土壤pH值等；网关节点可以通过ZigBee无线网络汇聚数据信息；控制单元可获取网关节点的数据，并根据实际情况发出灌溉指令；灌溉单元可以根据指令完成灌溉任务。利用这种灌溉自动化技术可以增强灌溉自动化控制的准确性，满足农作物的生长需求7。在应用该技术时需要先在农田中设置符合要求的温度传感器、湿度传感器等设备，之后再创设良好的网络环境，使系统能够正常运行。3.5 基于5G的节水灌溉自动化技术的应用5G技术的出现与发展加快了信息传输速率、减少了信息传输中的问题，为节水灌溉自动化技术提供了支持。相比于其他节水灌溉自动化技术，基于5G的节水灌溉自动化技术具有多重优势，可以通过土壤水分传感器对地表浅层与深层温湿度进行实时监测，可以利用佳多智能云计算分析灌溉区域的土壤变化情况，可以进行自动远程灌溉控制。在应用该技术时需要创设良好的5G网络环境并完善相应的技术，利用多种技术为系统提供支持，从而提高灌溉质量。例如，某省在探索数字乡村发展新模式的过程中利用5G技术、大数据技术、人工智能技术以及物联网技术打造了“5G水田可视自动控制节水灌溉系统”，该系统可以准确监测农作物生长期的水位、水温等信息，并通过灌溉阀门自动控制以及灌排水管控等手段进行间接控水，从而提高节水灌溉的自动化与智能化水平8。4 强化农业节水灌溉自动化技术应用的措施4.1 加大政府支持力度虽然农业节水灌溉自动化技术具有多重优势，但是应用成本相对较高，导致很多农民无力应用。因此，若想扩大农业节水灌溉自动化技术的应用范围，就需要加大政府支持力度，降低技术应用成本。首先，政府部门需要加大技术宣传力度，增进农民对先进技术手段的了解。在这一过程中政府部门可以通过电视、广播、抖音、微信等媒介宣传节水灌溉自动化技术的优势，让广大农民意识到应用这些技术可以降低农业生产成本、提高农业产量，从而激发农民应用技术手段的欲望。其次，政府部门需要加大技术应用补贴力度，切实降低技术应用成本。例如，政府部门可以为应用节水灌溉自动化系统的农民提供一定的补助，调动农民应用自动化技术的主动性9。4.2 完善基础设施农业节水灌溉自动化技术的应用需要大量设施的支持，但传统的农业灌溉设施不太符合要求，所以表1不同地面管布设模式的优缺点地面管布设模式优点缺点“支管+辅管+毛管”模式管道分散，可以增强滴灌的均匀性管道连接件相对较多，可能会出现漏水、泄压等问题且操作较为麻烦“长短支管+毛管”模式兼具支辅管轮灌的优点，且可以降低机械化线性操作的难度所需电磁阀较多“支管+毛管”模式管材连接件少，操作简单水量过于集中且建成成本高2023 年 5 月下195Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究需要做好设施的改造工作。首先，政府部门需要组织研究人员分析农业灌溉设施的现状，明确如何通过优化改造的方式使设施满足要求，从而减少设施的采购成本、降低技术应用成本。其次，需要制定完善的设施改造方案，明确灌溉管道、灌溉阀门等设施的改造方法，为自动化技术的应用奠定基础。4.3 提高技术应用水平虽然节水灌溉自动化技术的操作难度相对较小，但是也需要农民掌握一定的理论知识与操作技巧。而大多数农民的学历相对较低，严重阻碍了节水灌溉技术的应用，所以在进行技术推广与应用时需要加大讲解与示范力度，提高农民的技术应用水平。首先，政府部门或技术研发企业可以安排专业的技术人员开展技术讲座，为农民讲解节水灌溉的优势以及自动化技术的价值，转变农民的农业种植思想，让农民意识到应用先进技术的重要性。其次，需要做好技术示范工作，在培训过程中需要加强技术应用示范，让农民充分了解节水灌溉自动化技术的操作方法，避免在应用技术的过程中出现操作错误等情况。4.4 加大技术创新力度农业灌溉需求不断变化，所以需要及时创新节水灌溉自动化技术，进一步提高灌溉质量。首先，需要创新数据信息采集技术。只有准确采集信息才能够提升灌溉质量，所以需要创新数据信息采集技术，将红外线技术、多光谱反射技术、植物电信号采集技术等技术手段与自动化技术结合起来，从而获取更多的数据信息10。其次，需要创新自动化控制手段。我国对自动化控制的研究仍处于起步阶段，所以需要构建专业的研究团队，全面开展节水灌溉自动化技术研究与优化工作，不断完善自动化控制系统。5 结语相比于传统的农业灌溉技术，节水灌溉自动化技术具有节水能力强、灌溉效率高等优势，有利于促进农业的现代化、自动化发展。因此，需要深入研究自动化滴灌技术、自动化喷灌技术、有线拨号节水灌溉自动化技术等先进技术，并将其应用在农业灌溉中，进一步减少资源消耗，而且需要加大政府支持力度、强化技术创新，从而扩大节水灌溉自动化技术的应用范围。参考文献：1 杨凯.探讨农业节水灌溉中自动化技术的应用J.农业开发与装备，2020(10)：103-104.2 佟强.基于多线程的灌区灌溉自动化监控系统设计J.水利科学与寒区工程，2022，5(1)：83-87.3 宋希贤，王烨峰，姚文平.基于物联网技术的节水灌溉自动化及信息化系统设计J.农业开发与装备，2021(4)：143-144.4 李丽丽.单片机的农田灌溉系统设计研究：评 节水灌溉自动化控制技术管理方法 J.灌溉排水学报，2021，40(4)：147.5 高建新.新型节水灌溉自动化控制系统应用J.现代农业科技，2020(12)：188-189.6 林文森，王宏斌.电气自动化技术在灌溉管理中的创新及应用J.农业工程，2019，9(8)：47-49.7 华宇辰，管会彬，华明建，等.农田灌溉自动化雨水回收装置系统设计与试验J.农机化研究，2019，41(12)：80-85.8 李建斌.农业节水灌溉设备的应用及相关技术分析J.农业科技与信息，2022(15)：74-76+84.9 路永强.高效节水灌溉技术在农田水利工程中的应用J.南方农机，2022，53(15)：171-173+186.10 徐凤臣，高贤坤.农田水利工程节水灌溉技术的运用与实施要点J.智慧农业导刊，2022，2(15)：65-67.3 刘红玉，邢迎春，王炳同，等.继续教育学习成果认证单元标准编制路径解析：以邮政行业市场营销方向认证单元标准编制为例J.继续教育，2017，31(11)：22-25.4 邢迎春，刘红玉，王炳同，等.行业继续教育学习成果认证转换模式探究J.邮政研究，2019，35(4)：39-42.5 鄢小平.我国学分银行制度的模式选择和架构设计J.远程教育杂志，2015，33(1)：30-38.6 季欣.认证单元：资历框架建设的基础工程J.高等继续教育学报，2018，31(2)：1-9+72.7 李静，鄢小平，季欣.以资历框架为引领的学分银行制度建设探索J.终身教育研究，2018，29(1)：48-56.8 邢迎春，王炳同，刘红玉，等.基于学分银行服务邮政企业员工教育培训“立交桥”建设的思路探索J.继续教育，2018，32(4)：46-48.9 张洪芬，郎秋洪，邢迎春.邮政行业终身学习的成果认证与转换制度建设研究J.邮政研究，2017，33(3)：39-42.10 鄢小平，胡洋.基于学习成果框架的认证单元应用路径与方法探究J.广播电视大学学报（哲学社会科学版），2015(4)：87-95+102.（上接第192页）