智慧灌溉推动农业智能化、现代化发展

文摘 2024-10-31 16:50 北京

随着科技的不断进步，智慧灌溉作为现代农业的重要组成部分正发挥着越来越重要的作用。智慧灌溉是指利用现代信息技术，如物联网、大数据、云计算等，对农田灌溉过程进行智能化管理和控制的技术。其核心在于精准感知、智能决策和精准执行，通过布置在农田的各类传感器实时监测土壤水分、气温、湿度等环境参数，并将这些数据传输到云端服务器进行分析处理，结合作物生长模型和灌溉制度，系统能够生成灌溉决策指令，再通过智能灌溉设备执行灌溉操作，实现农田水分的精准管理。

智慧灌溉的特点

智慧灌溉技术依靠传感器、控制器、执行器等设备，对农田中的土壤温度、气温、降雨量等参数进行实时监测和数据采集，通过分析这些数据并结合农作物的需水量和生长阶段，实现灌溉水量的精确控制和调节。与传统的固定灌溉系统相比，智慧灌溉具有以下几个显著的特点：

1、精确控制

智慧灌溉技术能够通过农田土壤的实际湿度情况，结合农作物的需水量进行智能化水量控制，实现对灌溉水量的精确控制，避免了传统固定灌溉系统中水量过多或不足的问题。

2、节水环保

智慧灌溉技术通过实时监测土壤湿度和气象条件等参数，根据农作物的需水量进行智能化水量调节，避免了传统固定灌溉系统的浪费现象，实现了节水环保。

3、自动化管理

智慧灌溉技术能够实现对农田灌溉的自动化管理，减少了人工操作的繁琐性，提高了工作效率，降低了劳动力成本。

4、远程监控

智慧灌溉技术通过互联网技术，实现了对农田灌溉过程的远程监控和管理，即使离开农田，农民也能够随时掌握农田的灌溉情况，及时进行调整和处理。

智能灌溉的应用

1、实时监测土壤湿度

智能化灌溉技术通过埋设传感器在农田内部监测土壤湿度，及时反馈土壤湿度变化情况，为农民提供决策依据。当土壤湿度低于设定值时，系统会自动启动灌溉设备，以保证农作物的正常生长。

2、分析气象条件

智能化灌溉技术还可以通过气象传输数据实时监测气象条件，对温度、湿度、风向等参数进行分析。基于这些数据，系统可以调整灌溉频率和水量，以适应不同的气候环境，提高灌溉效果。

3、自动控制灌溉系统

传统的灌溉方式需要农民手动操作，产生许多人力和物力的资源浪费。而智能化灌溉技术则可以实现自动控制灌溉系统，根据地块特性和植物需求进行准确的灌溉。这不仅减轻了农民的劳动压力，还提高了灌溉的准确性和效率。

4、数据分析与决策系统

智能化灌溉技术通过对大数据的处理和分析，为农民提供科学的决策支持。通过历史数据和实时情况的对比，可以更好地预测土壤湿度变化和作物生长状况，从而制定合理的灌溉方案和农业管理策略。

智慧灌溉的优势

通过对智慧灌溉的特点和应用的了解，我们可以归纳出以下优势：

1、省工省时，提高效率

传统的灌溉、施肥费工费时，在灌溉期，浇一次地就需要5～7天，需要人员不分昼夜的去开关阀门。而使用智能灌溉系统，只需手机远程进行操作，且可以根据时间、水量、墒情等数据执行24小时轮灌，田间和首部状态实时查看。

2、降低人工成本

传统的灌溉主要依赖人工，而人工灌溉每人每月的工资大概几千元，且每人最多只能管500亩地，尤其是农忙时节，更需要增加人手，临时工工资每日约为350～500元，临时人员配置十分困难。而智能灌溉系统一部手机即可管理所有地块，预计最多可降低80%的人工成本。

3、降低农资成本

传统的灌溉模式往往伴随着过量灌溉，过量施肥，而通过智能灌溉系统提高了阀门启停的效率，减少人工操作时所浪费的时间，且通过土壤墒情传感器，土壤水分数据实时分析，达到精准灌溉目的。预计可降低30%～70%的用水成本。

4、提高作物产量

灌溉不足会导致作物无法正常生长，而过量的施肥灌溉会导致土壤板结和烂根，均会导致作物减产。而智能灌溉系统通过实时监控和精准控制，可大幅度提高肥料和水的利用率，以棉花为例，预计可提高10%～20%的产量。

5、确保灌溉均匀

通过智能水泵变频控制柜的恒压供水，以及全自动电动执行器的压力调节辅以出水口的压力传感器监测，确保出水末端能够正常均匀出水，特别是在地势不平的农田能够恒压出水，避免因地势不平造成农田积水和干旱。

智慧灌溉解决方案及应用领域

智能灌溉解决方案基于先进的传感器技术和智能控制系统，能够实时检测土壤湿度、气候条件和作物需水量，并根据这些数据调整灌溉系统的工作。这种方案不仅能够精确控制灌溉水量，还能够节约水资源和提高灌溉效率。同时，智能灌溉技术还能够节约水资源和控制系统，让农民能够通过手机APP或电脑端实时监测和控制灌溉系统，提高了农业生产的管理效率。除了节约水资源和提高生产效率外，智能灌溉解决方案还能够减少灌溉造成的土壤侵蚀和水污染。通过精准的灌溉和优化水资源利用，智能灌溉技术能够减少不必要的水浪费，从而减少灌溉对环境造成的影响。

智慧灌溉的主要应用领域旨在通过高效利用水资源来优化作物生长条件，具体包括但不限于以下几个方面：

1、农田灌溉：广泛应用于大田作物如玉米、小麦、水稻、棉花等的灌溉管理，通过实时监测土壤湿度、气候条件和作物需水特性，实现精准灌溉，减少水资源浪费。

2、果园灌溉：针对果树的特定需水规律，智慧灌溉系统可以调节灌溉计划，确保果树在不同生长周期获得最适宜的水分供应，提高果实品质和产量。

3、蔬菜和花卉灌溉：在温室或露天蔬菜、花卉种植中，智慧灌溉能够创造理想的生长环境，精确控制水分和养分供给，促进快速健康成长，同时减少病虫害。

4、设施农业灌溉：在现代化的温室和植物工厂中，智慧灌溉结合环境控制系统，共同调控温度、湿度、光照及营养液供给，实现高度自动化和精细化管理。

5、园林绿化灌溉：在公园、高尔夫球场、城市绿地等景观区域，智慧灌溉系统根据植物种类、土壤类型和当地气候条件，自动调整灌溉计划，保持景观美观同时节约用水。

6、特种作物栽培灌溉：如茶园、咖啡园、葡萄园等经济作物的种植，智慧灌溉可针对作物独特需求进行定制化管理，提升作物品质。

智慧灌溉的应用案例

案例一：北京通州旺生源蔬菜智能水肥一体化项目案例

该项目位于北京市通州区漷县镇，生产园区占地293亩，分别位于漷县镇西定安村、军屯村。其中日光温室72栋，冷棚65栋。主要用于生产黄瓜、香菇、平菇、茶树菇、西红柿、生菜等农产品。

本次项目包括：西定安A园区66栋日光温室（占地面积115亩）非智能化灌溉施肥模式建设，实现灌溉和施肥的手动控制，并且更换现有的设备和输水系统；西定安B园区20栋冷棚（占地面积43亩）、军屯C园区6栋日光温室与45栋冷棚（占地面积共135亩）智能化灌溉施肥模式建设，全面保障作物生长所需的营养元素和水分，达到节水、省肥、优质、高产的目标。

该项目B园区与C园区选用了中农富通旗下子公司——中农天陆公司自主研发的B-01物联网自动灌溉施肥机，每套施肥机配置施肥桶，每个施肥桶加装1台搅拌机。TLF-05自动灌溉施肥机可以设置自动灌溉与施肥的时间，选择不同施肥通道。该设备为触控屏，操作按键清晰明了，方便工作人员操作控制。

B-01自动灌溉施肥机是为物联网水肥一体化专门研发的一种自动化控制灌溉施肥系统。其将灌溉节水技术、农作物栽培技术及节水灌溉工程的运行管理技术有机结合，同时集电子信息技术、远程测控网络技术、计算机(手机)控制技术及信息采集处理技术于一体，通过计算机通用化和模块化的设计程序，构筑供水流量、压力、土壤水分、气象资料的自动监测控制系统，进行水、土环境因子的模拟优化，对数据进行存储、分析，以大数据处理技术，实现灌溉节水、作物生理、土壤湿度等技术控制指标的逼近控制，从而实现水肥一体化自动化、网络化、平台化。

目前，该园区的水肥一体化设施已经投入使用。本次建设实现了灌溉和施肥的手动控制及智能化控制。缓解了园区地下水的开采量，达到了节水的目的。不会出现浇水过多、肥料过量导致的土壤板结问题，改善了土壤环境。还减少了空气中粉尘过量的问题，减少了空气污染。改善农产品品质，对保护生态环境和促进农业可持续发展具有显著的生态效益。

案例二：巴州棉花智能灌溉技术核心示范区

巴州农业农村机械化发展中心近年来致力于棉花产业智能化、精细化，大力开展棉花智能灌溉技术的示范推广，在库尔勒市、尉犁县分别建设了棉花智能灌溉技术核心示范区，通过智能灌溉系统、数字智慧球阀、墒情检测等设施，建立“信息感知、定量决策、智能控制、精准投入”的棉花智能灌溉体系，达到节省人工、提高肥料利用率、增加每亩收益的效果。并通过核心示范区带动周边合作社和农户，共同打造智慧农田示范区。

特别是库尔勒市绿洲农场示范区，将棉花智能灌溉和传统农业种植管理体系、农业专业种植专家体系、创新专业合作社运营体系和农机自动化升级、水肥一体化自动灌溉、卫星遥感技术分析预警、农业关键环节智能决策等现代科技手段集成在一起，根据产量结果和成本测算，较传统种植方式在降低管理成本、提高单位亩产取得了良好效果。

经初步测算，2023年智能灌溉棉田核心示范区平均产量较农户传统种植产量提高了15%以上，按照2022年棉花平均亩产392公斤，每公斤7.5元计算，预计亩产增收375元。2022年核心示范区物化成本投入综合评定降低27%，其中人工成本减少50%、用水量节约40%、用药量节约25%。节约人工成本58元/亩，作业达标率达95%。同时通过作业检测系统的共享服务，调动起广大农机作业的效率，精准管理农机作业质量。通过精准测算和数字化管理，全面推进了化肥减量提效、农药减量控害的“双减要求”。

将信息化和大数据应用到农业生产及种植过程中，可对农作物从种植到收获的各个环节进行把控和实时监测，及时了解作物对水肥的需要，对气象灾害和病虫害进行提前预警分析，从而实现农业生产的种植精准化、管理可视化、决策智能化。

案例三：甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程

白银市建市以来单项投资最大的水利项目甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程，批复概算投资41.76亿元，2019年7月全面开工建设，17座泵站开工建设16座，25座隧洞全面掘进施工，累计完成投资11.08亿元。此外，该地区还采用了先进的物联网系统APP、智能灌溉云平台、物联网灌溉控制器和太阳能杀虫灯，并且安装了水肥一体化中心支轴式喷灌机和自驱动绞盘式喷灌设备，使得当地的农业生产更加高效、精细。

根据项目区井群的分布特点，采取了一个井与一组农业灌溉用水计量采集系统的组合，以便对该区域的耕地进行实时监测，这不仅能有效满足电量计费需求，还能达到灌溉用水相关要求[3]。此外，通过智能化节水灌溉系统，可以将物理信息转换成电信号，并利用压力传感器等技术，基于软件驱动，实现自动发送数据，发送时间间隔可以根据需要调整，从几秒钟到几分钟，甚至几小时不等，而且无需人工干预，使得整个灌溉过程可以全天候不间断地进行。可以说，智能化节水灌溉技术为农田灌溉带来了便利，也减轻了工作人员的工作量。灌溉工作中，工作人员只要使用鼠标点击某一电磁阀控制按钮便可打开对应的电磁阀进行灌溉操作，在电脑屏幕上还可显示电磁阀打开的运行时间，这可帮助工作人员实时了解田间灌溉的进度。就目前而言，利用作业半径在280 m的中心支轴式灌溉9～11 h，可以灌溉390余亩地，工作人员只需手机遥控便可实现浇水。

这些案例表明，智慧灌溉系统的应用已经成为现代农业发展的重要趋势。这些系统通过智能化的监测和控制，能够实现对农田的精准灌溉，提高农作物的品质和产量，同时也为农民提供了更加便捷、科学的灌溉管理方式。

图片来源：中农富通图库、包图网、新甘肃客户端、平川融媒等

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