智能化節(jié)水灌溉技術的發(fā)展論文
隨著智能科技的不斷進步，節(jié)水灌溉技術的發(fā)展也逐漸趨于自動化和智能化。智能化節(jié)水灌溉技術是傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術與現(xiàn)代信息技術有機結合的產物，以提高水資源的利用效率，達到最優(yōu)節(jié)水增產的目的。
本文通過對國內外智能化節(jié)水灌溉技術的研究及應用現(xiàn)狀分析，分析了我國智能化節(jié)水灌溉技術的發(fā)展現(xiàn)狀及其存在問題，并闡述了在我國發(fā)展智能化節(jié)水灌溉技術的必要性，這將對節(jié)約用水、提高作物產量，促進我國現(xiàn)代化節(jié)水農業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
我國水資源總量豐富，但人均占有量不足世界人均值的1/4，作為農業(yè)大國，農業(yè)用水占據(jù)全國總用水量的70%以上，日益嚴重的水環(huán)境污染和水資源浪費，更加劇了水資源的缺乏，使得用水矛盾更加凸顯。隨著水資源的日趨緊張，世界各國都在積極探索行之有效的節(jié)水措施[1]。
噴灌法、微灌法、滲灌法等，都是為解決水資源不足、提高灌溉水利用效率而發(fā)展起來的現(xiàn)代化的高效節(jié)水措施[2-3]。然而與節(jié)水農業(yè)發(fā)達的`國家相比，我國的噴灌、滴灌占有效灌溉面積的比例極低，且自動化、智能化程度不高，這與我國水資源嚴重緊缺的形勢不相適應。
1 國外智能化節(jié)水灌溉技術的研究
智能化灌溉是為了能更加高效的利用水資源，達到最優(yōu)的節(jié)水增產目標，把生物學、人工智能、微電子等多種高新技術結合到節(jié)水灌溉技術中，按照不同作物對水的需求量不同進行不同水量的灌溉。
其中智能化灌溉控制器是智能灌溉的核心，能根據(jù)降雨量、當前溫度、歷史用水情況，以及土壤含水量等要素，自動調整灌溉運行時間[4]。
隨著現(xiàn)代工業(yè)向農業(yè)的滲透和微電子技術的應用，國外的設施農業(yè)也不斷地向智能化方向發(fā)展[5]。雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司在20世紀80年代成功研制了智能化中央計算機灌溉控制系統(tǒng)，并且隨著計算機硬件、軟件的飛速發(fā)展，該系統(tǒng)也得到了越來越多的應用。
國外節(jié)水灌溉技術發(fā)展較早，已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，加上他們利用先進的電子計算機技術實現(xiàn)了對灌溉控制的自動化管理。其中又以美國、以色列、澳大利亞等幾個國家最為突出。
美國瓦爾蒙特工業(yè)股份有限公司和ARS公司聯(lián)合開發(fā)的一種紅外濕度計能夠自動讀取作物葉面濕度，并將其反饋給中央控制器，然后通過電腦對灌溉系統(tǒng)發(fā)出灌水的指令;以色列極度缺水，通過全國鋪設管道輸水來降低輸水損失，并大量采用噴灌、滴灌技術，通過家庭計算機和無線控制技術對灌溉實行自動化的管理使得其灌溉水有效利用系數(shù)達0.9以上[6-7]。
2 國內智能化節(jié)水灌溉技術研究現(xiàn)狀
我國的節(jié)水農業(yè)根據(jù)我國國情，在科技工作者不斷地推陳創(chuàng)新中形成了自己的特色和優(yōu)勢，但在現(xiàn)代化的信息技術、現(xiàn)代工業(yè)、人工智能的利用上與發(fā)達國家相比依舊存在差距。在農業(yè)節(jié)水灌溉技術上缺乏競爭力。
自1990年起科技部通過863計劃，我國就開始實施農業(yè)節(jié)水智能化示范區(qū)的工程建設，近些年來智能化節(jié)水灌溉已有所發(fā)展。
北京市第1個農村節(jié)水灌溉計量信息化管理的示范區(qū)通州區(qū)，于2010年建成實現(xiàn)了村級農業(yè)用水的智能化計量管理[8];云南省昭通市昭陽區(qū)的智能化灌溉蘋果園，利用電磁閥實現(xiàn)了對園內滴管、微噴設施的遠程控制[9];
唐山市豐南區(qū)的智能井房建設更是做到了計算機與遙感技術、傳感器等的結合，聯(lián)系農業(yè)部土壤墑情、氣候預報，做到了更加精準的農業(yè)灌溉[10]。這些智能化的灌溉及管理措施給當?shù)毓┧块T的工作帶來了便利的同時也極大地提高了農業(yè)用水的效率，也實現(xiàn)了農業(yè)的增產增收。
雖然智能化節(jié)水灌溉在我國已有所探索并在局部地區(qū)開始應用，但這些只是局部小范圍的，而且靠大量的財政扶持，尚沒有形成一個完整的產業(yè)體系，也沒有做到大范圍的推廣。
3 智能化節(jié)水灌溉的必要性與趨勢
2012年國務院辦公廳印發(fā)的《國家農業(yè)節(jié)水綱要(2012-2020年)》[11]給出了到2020年農田灌溉水有效利用系數(shù)達0.55以上發(fā)展目標。截止2013年底，我國高效節(jié)水灌溉面積為1.42×107hm2[12]，根據(jù)相關部門預測，到2030年底我國缺水量將高達1300～2600億m3，其中農業(yè)缺水量達500～700億m3。
而且我國水資源分布極不均勻，在地域上南多北少、東多西少，在時間上雨季旱季明顯，占耕地面積60%以上的北方水資源量只有20%左右。
“十三五”規(guī)劃中，我國要新增高效節(jié)水灌溉面積0.067億hm2，農田有效灌溉面積達0.67億hm2以上。如何解決缺水與灌溉面積增加之間的矛盾，來緩解水資源緊缺的問題，實現(xiàn)作物高產穩(wěn)產，這就需要在灌溉系統(tǒng)中合理地推廣自動化控制，并逐步提高節(jié)水灌溉的智能化水平。
就目前而言，我國智能化節(jié)水灌溉技術還處于初級發(fā)展階段。與節(jié)水農業(yè)發(fā)達的國家相比，我國農業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)有水平不高，在引進的自動化控制器中大多不能適應中國的實際情況，不僅如此，高昂的價格更是阻礙了在我國的推廣[14-16]。
在國家對農業(yè)發(fā)展要求和農業(yè)用水緊缺的矛盾中，高效的、自動化、智能化的節(jié)水方式應該成為我國農業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展目標。而發(fā)展的相對滯后也帶來了潛在的巨大市場。
4 結束語
水資源短缺與水污染嚴重是世界性問題，農業(yè)是用水大戶，如何解決農業(yè)用水浪費、提高灌溉水利用率是世界各國面臨的共同問題。在現(xiàn)代工業(yè)的支撐下，現(xiàn)代農業(yè)節(jié)水灌溉技術也在向著智能化方向發(fā)展。
隨著社會對農業(yè)要求的不斷增高以及現(xiàn)代化農業(yè)技術水平的不斷提升，結合人工智能、現(xiàn)代信息技術、3S技術的應用，農業(yè)節(jié)水灌溉技術也將有更深層次的發(fā)展，從自動化的不斷普及開始，向更安全、高效、多功能控制的智能化節(jié)水灌溉方式邁進，這必將給中國的節(jié)水農業(yè)帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。
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