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智慧农业助力节水灌溉发展
2022-10-25 15:44:55

     我国是世界上人口最多的国家,而人均水资源的占有率不及世界平均水平的1/4,且水资源的空间分布不均,水资源短缺的形势严峻。目前,我国每年缺水量约为400亿m³,其中农业缺水达300亿m³,农业用水依然是我国的用水大户。传统的灌溉模式定额普遍偏高,全国亩均实际灌溉水量超过450m³,超过实际需水量的一倍以上,有的地区甚至超过两倍,大水漫灌不仅造成了水资源浪费,还对土壤生态环境造成了破坏。据统计,目前我国的灌溉水有效利用系数达到了56.8%,得益于诸多农田水利设施的建设相比二十年前提高了16.8%,平均粮食水分生产率达到了1.03kg/m³。不过我国的农业用水效率与发达国家相比仍有较大差距,西方国家的灌溉水利用系数可以达到70%~90%,平均粮食水分生产率在2.0kg/m³以上。我国的节水潜力巨大,如果大面积推广先进的灌溉技术,2030年我国的灌溉水利用率可达60%~70%,大大缓解农业水资源短缺局面。




1、我国的农业灌溉方式


作为农业大国,我国的种植模式多种多样,不同地区采用的灌溉方式也不尽相同。近年来,随着国家加强农业用水管理力度,喷灌、滴灌、微喷、渗灌等先进灌溉技术在全国范围内快速推广。目前,地面灌溉仍是我国灌溉农业中常见的灌溉方式,占全国总灌溉面积(11.0亿亩)的95%以上。但是,畦田规格和灌水技术参数缺乏科学设计,导致传统地面灌溉的灌水质量不高、水分浪费较为严重。


喷灌是借助水泵与管道系统或利用自然水源落差,将灌溉水喷洒在作物上的一种灌溉方式。一般按压力可将喷头分为低压、中压、高压三种类型。适用于多种地形与作物,由于田间管道布置较为稀疏,喷头数量少,覆盖范围大,利用较低的成本就能完成大面积灌溉的需求。与其他节水灌溉相比,喷灌的前期投资较低,设备简单,后期养护花费相对较少。


滴灌是能够实施水肥一体化精准供给以及自动化控制的灌溉技术,易于实现自动化控制和农业集约化、信息化和规模化经营。滴灌将具有一定压力的水经过过滤后经过管道与滴水器,将水均匀缓慢地直接运抵植物根部,大大减少蒸发损耗。滴灌不会破坏土壤结构,保持土壤内部环境适宜透气,不会产生径流、渗漏引起水土流失,常常与肥料一体化输送,节水节肥。






2、农业智慧灌溉


人工智能、5G、物联网、大数据等信息技术的快速发展,推进了经济社会各个领域的数字化转型,在数字化转型的时代浪潮中,用数字经济赋能现代农业,是下一阶段的发展重点。发达国家如美国、以色列、荷兰、加拿大、澳大利亚等成功开发了一系列用途广泛、功能极强的灌溉控制器。早在1984年,美国Benami和Offen公司就开发了一套节水灌溉控制器,通过监测土壤水分来确定是否打开灌水阀门,保持作物根部的温湿度恒定。

国内自20世纪70年代以来就非常重视灌溉设备的研制,但引进较多,自主开发且有影响的成果较少。国外的设备引进往往存在水土不服的问题,设备拓展性兼容性均受到限制。我国先后引进了以色列、美国、法国、德国等国家的部分先进灌溉控制设备,但价格昂贵,维护保养困难,多数用于农业示范区、科研单位或高校,而且不符合我国土壤应用的特点。随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展,计算机和传感器的价格不断降低,可靠性日益提高。用高新技术改造农业产业,实施节水灌溉是我国农业发展的战略性转变。





3、智慧农业云平台


智慧农业云平台利用运用物联网、大数据、云计算与传感器技术相结合的方式,对农业生产中的所在地区天气环境、大棚内的环境参数以及现场画面进行实时监控。系统通过分析处理传感器数据信息,实现智能化灌溉与种植场景中环境温度、湿度、光照强度、土壤温湿度相关参数的精细化调控。通过结合地理信息系统,集成了土壤墒情监测、设施农业智能控制、水肥药一体化、病虫害防治、产品质量安全溯源、作物种植模型等技术。可提供农情监测预警、智能田间管理、市场行情监测、经营社交互动、高标准农业设施及农田建设全过程托管服务,实现了对种植大棚的远程监测、数字化运营、智能化管理等功能需求。
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