智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展論文
隨著智能科技的不斷進(jìn)步，節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展也逐漸趨于自動(dòng)化和智能化。智能化節(jié)水灌溉技術(shù)是傳統(tǒng)的節(jié)水灌溉技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，以提高水資源的利用效率，達(dá)到最優(yōu)節(jié)水增產(chǎn)的目的。
本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)外智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀分析，分析了我國(guó)智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其存在問題，并闡述了在我國(guó)發(fā)展智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的必要性，這將對(duì)節(jié)約用水、提高作物產(chǎn)量，促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。
我國(guó)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(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水占據(jù)全國(guó)總用水量的70%以上，日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染和水資源浪費(fèi)，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(guó)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(lái)的現(xiàn)代化的高效節(jié)水措施[2-3]。然而與節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的`國(guó)家相比，我國(guó)的噴灌、滴灌占有效灌溉面積的比例極低，且自動(dòng)化、智能化程度不高，這與我國(guó)水資源嚴(yán)重緊缺的形勢(shì)不相適應(yīng)。
1 國(guó)外智能化節(jié)水灌溉技術(shù)的研究
智能化灌溉是為了能更加高效的利用水資源，達(dá)到最優(yōu)的節(jié)水增產(chǎn)目標(biāo)，把生物學(xué)、人工智能、微電子等多種高新技術(shù)結(jié)合到節(jié)水灌溉技術(shù)中，按照不同作物對(duì)水的需求量不同進(jìn)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(dāng)前溫度、歷史用水情況，以及土壤含水量等要素，自動(dòng)調(diào)整灌溉運(yùn)行時(shí)間[4]。
隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和微電子技術(shù)的應(yīng)用，國(guó)外的設(shè)施農(nóng)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(jì)80年代成功研制了智能化中央計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)，并且隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件的飛速發(fā)展，該系統(tǒng)也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。
國(guó)外節(jié)水灌溉技術(shù)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(jìn)的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌溉控制的自動(dòng)化管理。其中又以美國(guó)、以色列、澳大利亞等幾個(gè)國(guó)家最為突出。
美國(guó)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(jì)能夠自動(dòng)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(duì)灌溉系統(tǒng)發(fā)出灌水的指令;以色列極度缺水，通過全國(guó)鋪設(shè)管道輸水來(lái)降低輸水損失，并大量采用噴灌、滴灌技術(shù)，通過家庭計(jì)算機(jī)和無(wú)線控制技術(shù)對(duì)灌溉實(shí)行自動(dòng)化的管理使得其灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)0.9以上[6-7]。
2 國(guó)內(nèi)智能化節(jié)水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀
我國(guó)的節(jié)水農(nóng)業(yè)根據(jù)我國(guó)國(guó)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(shì)，但在現(xiàn)代化的信息技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)、人工智能的利用上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比依舊存在差距。在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。
自1990年起科技部通過863計(jì)劃，我國(guó)就開始實(shí)施農(nóng)業(yè)節(jié)水智能化示范區(qū)的工程建設(shè)，近些年來(lái)智能化節(jié)水灌溉已有所發(fā)展。
北京市第1個(gè)農(nóng)村節(jié)水灌溉計(jì)量信息化管理的示范區(qū)通州區(qū)，于2010年建成實(shí)現(xiàn)了村級(jí)農(nóng)業(yè)用水的智能化計(jì)量管理[8];云南省昭通市昭陽(yáng)區(qū)的智能化灌溉蘋果園，利用電磁閥實(shí)現(xiàn)了對(duì)園內(nèi)滴管、微噴設(shè)施的遠(yuǎn)程控制[9];
唐山市豐南區(qū)的智能井房建設(shè)更是做到了計(jì)算機(jī)與遙感技術(shù)、傳感器等的結(jié)合，聯(lián)系農(nóng)業(yè)部土壤墑情、氣候預(yù)報(bào)，做到了更加精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)灌溉[10]。這些智能化的灌溉及管理措施給當(dāng)?shù)毓┧块T的工作帶來(lái)了便利的同時(shí)也極大地提高了農(nóng)業(yè)用水的效率，也實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收。
雖然智能化節(jié)水灌溉在我國(guó)已有所探索并在局部地區(qū)開始應(yīng)用，但這些只是局部小范圍的，而且靠大量的財(cái)政扶持，尚沒有形成一個(gè)完整的產(chǎn)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(shì)
2012年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要(2012-2020年)》[11]給出了到2020年農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)0.55以上發(fā)展目標(biāo)。截止2013年底，我國(guó)高效節(jié)水灌溉面積為1.42×107hm2[12]，根據(jù)相關(guān)部門預(yù)測(cè)，到2030年底我國(guó)缺水量將高達(dá)1300～2600億m3，其中農(nóng)業(yè)缺水量達(dá)500～700億m3。
而且我國(guó)水資源分布極不均勻，在地域上南多北少、東多西少，在時(shí)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(guó)要新增高效節(jié)水灌溉面積0.067億hm2，農(nóng)田有效灌溉面積達(dá)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(lái)緩解水資源緊缺的問題，實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，這就需要在灌溉系統(tǒng)中合理地推廣自動(dòng)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(guó)智能化節(jié)水灌溉技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段。與節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)有水平不高，在引進(jìn)的自動(dòng)化控制器中大多不能適應(yīng)中國(guó)的實(shí)際情況，不僅如此，高昂的價(jià)格更是阻礙了在我國(guó)的推廣[14-16]。
在國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求和農(nóng)業(yè)用水緊缺的矛盾中，高效的、自動(dòng)化、智能化的節(jié)水方式應(yīng)該成為我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的發(fā)展目標(biāo)。而發(fā)展的相對(duì)滯后也帶來(lái)了潛在的巨大市場(chǎng)。
4 結(jié)束語(yǔ)
水資源短缺與水污染嚴(yán)重是世界性問題，農(nóng)業(yè)是用水大戶，如何解決農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)、提高灌溉水利用率是世界各國(guó)面臨的共同問題。在現(xiàn)代工業(yè)的支撐下，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)也在向著智能化方向發(fā)展。
隨著社會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)要求的不斷增高以及現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，結(jié)合人工智能、現(xiàn)代信息技術(shù)、3S技術(shù)的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)也將有更深層次的發(fā)展，從自動(dòng)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(jìn)，這必將給中國(guó)的節(jié)水農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
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