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智慧農(nóng)業(yè)助力節(jié)水灌溉發(fā)展

2022-10-25 15:44:55

我國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，而人均水資源的占有率不及世界平均水平的1/4，且水資源的空間分布不均，水資源短缺的形勢(shì)嚴(yán)峻。目前，我國(guó)每年缺水量約為400億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水達(dá)300億m3，農(nóng)業(yè)用水依然是我國(guó)的用水大戶。傳統(tǒng)的灌溉模式定額普遍偏高，全國(guó)畝均實(shí)際灌溉水量超過450m3，超過實(shí)際需水量的一倍以上，有的地區(qū)甚至超過兩倍，大水漫灌不僅造成了水資源浪費(fèi)，還對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成了破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)的灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到了56.8%，得益于諸多農(nóng)田水利設(shè)施的建設(shè)相比二十年前提高了16.8%，平均糧食水分生產(chǎn)率達(dá)到了1.03kg/m3。不過我國(guó)的農(nóng)業(yè)用水效率與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距，西方國(guó)家的灌溉水利用系數(shù)可以達(dá)到70%~90%，平均糧食水分生產(chǎn)率在2.0kg/m3以上。我國(guó)的節(jié)水潛力巨大，如果大面積推廣先進(jìn)的灌溉技術(shù)，2030年我國(guó)的灌溉水利用率可達(dá)60%~70%，大大緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺局面。

1、我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉方式

作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)的種植模式多種多樣，不同地區(qū)采用的灌溉方式也不盡相同。近年來，隨著國(guó)家加強(qiáng)農(nóng)業(yè)用水管理力度，噴灌、滴灌、微噴、滲灌等先進(jìn)灌溉技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)快速推廣。目前，地面灌溉仍是我國(guó)灌溉農(nóng)業(yè)中常見的灌溉方式，占全國(guó)總灌溉面積（11.0億畝）的95%以上。但是，畦田規(guī)格和灌水技術(shù)參數(shù)缺乏科學(xué)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致傳統(tǒng)地面灌溉的灌水質(zhì)量不高、水分浪費(fèi)較為嚴(yán)重。

噴灌是借助水泵與管道系統(tǒng)或利用自然水源落差，將灌溉水噴灑在作物上的一種灌溉方式。一般按壓力可將噴頭分為低壓、中壓、高壓三種類型。適用于多種地形與作物，由于田間管道布置較為稀疏，噴頭數(shù)量少，覆蓋范圍大，利用較低的成本就能完成大面積灌溉的需求。與其他節(jié)水灌溉相比，噴灌的前期投資較低，設(shè)備簡(jiǎn)單，后期養(yǎng)護(hù)花費(fèi)相對(duì)較少。

滴灌是能夠?qū)嵤┧室惑w化精準(zhǔn)供給以及自動(dòng)化控制的灌溉技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和農(nóng)業(yè)集約化、信息化和規(guī)模化經(jīng)營(yíng)。滴灌將具有一定壓力的水經(jīng)過過濾后經(jīng)過管道與滴水器，將水均勻緩慢地直接運(yùn)抵植物根部，大大減少蒸發(fā)損耗。滴灌不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，保持土壤內(nèi)部環(huán)境適宜透氣，不會(huì)產(chǎn)生徑流、滲漏引起水土流失，常常與肥料一體化輸送，節(jié)水節(jié)肥。

2、農(nóng)業(yè)智慧灌溉

人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，推進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代浪潮中，用數(shù)字經(jīng)濟(jì)賦能現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，是下一階段的發(fā)展重點(diǎn)。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、以色列、荷蘭、加拿大、澳大利亞等成功開發(fā)了一系列用途廣泛、功能極強(qiáng)的灌溉控制器。早在1984年，美國(guó)Benami和Offen公司就開發(fā)了一套節(jié)水灌溉控制器，通過監(jiān)測(cè)土壤水分來確定是否打開灌水閥門，保持作物根部的溫濕度恒定。

國(guó)內(nèi)自20世紀(jì)70年代以來就非常重視灌溉設(shè)備的研制，但引進(jìn)較多，自主開發(fā)且有影響的成果較少。國(guó)外的設(shè)備引進(jìn)往往存在水土不服的問題，設(shè)備拓展性兼容性均受到限制。我國(guó)先后引進(jìn)了以色列、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)等國(guó)家的部分先進(jìn)灌溉控制設(shè)備，但價(jià)格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)困難，多數(shù)用于農(nóng)業(yè)示范區(qū)、科研單位或高校，而且不符合我國(guó)土壤應(yīng)用的特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)和傳感器的價(jià)格不斷降低，可靠性日益提高。用高新技術(shù)改造農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施節(jié)水灌溉是我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變。

3、智慧農(nóng)業(yè)云平臺(tái)

智慧農(nóng)業(yè)云平臺(tái)利用運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與傳感器技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的所在地區(qū)天氣環(huán)境、大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)通過分析處理傳感器數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)智能化灌溉與種植場(chǎng)景中環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、土壤溫濕度相關(guān)參數(shù)的精細(xì)化調(diào)控。通過結(jié)合地理信息系統(tǒng)，集成了土壤墑情監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)智能控制、水肥藥一體化、病蟲害防治、產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源、作物種植模型等技術(shù)。可提供農(nóng)情監(jiān)測(cè)預(yù)警、智能田間管理、市場(chǎng)行情監(jiān)測(cè)、經(jīng)營(yíng)社交互動(dòng)、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)設(shè)施及農(nóng)田建設(shè)全過程托管服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)種植大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)字化運(yùn)營(yíng)、智能化管理等功能需求。

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