浅谈农业精确灌溉技术与设施

通过对我国目前水资源的状况、水资源利用中存在的问题，当今世界精确灌溉技术发展的现状及趋势进行分析，探讨精确灌溉技术及设施内容和未来发展前景。     

浅谈农业精确灌溉技术与设施

一、引言 水资源和可耕地一度被视为全球丰富且可再生的资源。当人类面对来临的21世纪时,不得不承认水和可耕地将成为世界日趋宝贵的自然资源。随着水资源紧张状态的加剧,如何合理利用和分配水资源,将关系到人类是否可持续发展。 我国是一个严重缺水的国家,人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4,排在世界第109位。随着经济的发展、人口的增加、社会的进步、工业和城市用水的激增,农业用水量占全国总用水量的比重已从80年代初的80％     

我国节水灌溉技术体系概述

近年来我国节水灌溉领域出现了许多新技术、新标准、新材料和新设备,我国节水灌溉领域进入了新的发展时期。节水灌溉技术体系主要包括工程技术和农艺技术,对我国节水灌溉技术体系现状进行了总结,为工程应用提供参考。在具体应用过程中,要根据各地水土资源条件、农业生产布局等实际情况,因地制宜地实施节水灌溉工程。      

我国节水灌溉标准体系概述

基于我国节水灌溉技术体系,提出节水灌溉标准体系由综合基础类、工程技术类、材料设备类和农艺技术类4部分组成,考虑到工程应用中可能会误用已废除标准或低版本标准,列出节水灌溉标准体系中现行国家标准和行业标准总计166个标准目录,为工程应用提供参考。      

我国节水灌溉技术及其发展趋势

水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。近年来，随着人口增加、城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为制约我国经济和社会发展的重要因素，研究节水灌溉成为当前急待解决的问题。     

关于我国节水灌溉宏观发展的几点思考

针对我国因人多、水资源少、灌溉发展面临艰难处境的基本国情,提出了紧扣国民经济与农业发展需求;节流与开源并举、节流为主;水资源可持续利用、社会可持续发展;因地制宜选择发展速度与模式;经经济效益为中心等节水灌溉发展的指导思想和原则。据此提出了近期节水灌溉发展的重点地区为华北、西北、东北,并提出了工农业用水矛盾突出的地区。用水过量造成环境恶性的地区等,同时建议在发展节水灌溉过程中应处理的几个关系和应注意     

阿克苏地区发展节水灌溉势在必行

阿克苏灌区属极端干旱荒漠性气候,蒸发强烈,是农林、灌溉、人畜用水量巨大和径流损失严重的主要原因。水资源短缺,供需矛盾突出,已严重影响着灌区的生存和发展。在灌区用水中农业灌溉用水占社会总用水量的98%左右。灌区灌水方法落后,水的利用率低,浪费较为严重。开展节水灌溉,降低农业用水损失,提高水的利用率是当前亟待解决的问题,也是发展"两高一优"农业的重要措施。     

高效节水灌溉技术在农田水利灌溉中的应用研究

为了发挥水资源在农作物生长和发育过程中的作用,提高节水灌溉技术创新应用效率,提升水资源利用效率,促进农业发展。笔者概述了高效节水灌溉技术在农田水利灌溉中的应用意义,分析了滴灌技术、微灌技术等高效节水灌溉技术的特点,提出了加大高效节水技术推广力度、科学分配灌溉资源等应用策略。研究结果表明,现代农业生产应用高效节水灌溉技术至关重要,直接影响到农作物的产量和品质。由于我国水资源分配不均,亟需高效节水灌溉技术进行农田水灌溉,促进现代农业发展。     

精确灌溉技术体系研究

介绍了精确灌溉的基本概念，并在近几年理论研究和实践的基础上，提出了精确灌溉技术体系，认为：建立完整的精确灌溉技术体系需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持，数据采集、信息处理和分布调控构成与农田精确灌溉的完整技术体系。精确灌溉使用信息技术将灌溉区域划分为较小的单元，测定每个单元的各自特性，测定科学的灌溉方案，以最少的投入获得最大的综合效益，实现了真正意义上的需求灌溉。结论认为：精确灌溉技术体系对建立我国21世纪精确灌溉管理系统，促进农业可持续发展具有重要意义。     

精准灌溉施肥自动控制系统的研发

随着现代农业的发展,将灌溉与施肥有效结合,实现精准及自动化控制是现代农业的一个发展趋势。依据作物生长过程中对水肥的动态需求,确定了精准灌溉施肥自动控制系统的控制要求及相关性能指标,通过系统硬件选型、人机界面软件开发以及系统的综合调试,开发了灌溉施肥自动控制系统,实现了上位机软件对灌溉和施肥的自动控制与运行。系统具有手动和自动两种控制模式,具有响应速度快、可靠性高、数据自动记录保存、操作简便等优点。试验运行结果表明:该自动控制系统设计方案合理,系统运行可靠,能够满足设施作物精准灌溉施肥的要求。     

基于3S技术的精确农业信息系统分析

精确农业代表着农业发展的方向。本文对3S技术即遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)在精确农业中的综合应用作了分析，并概述了精确农业信息系统的概念和特性，同时提出了精确农业信息系统的设计方法。     

设施农业精准灌溉监控系统的研究与开发

该系统是针对近年我国设施农业快速发展，但缺乏先进实用的设施农业节水技术与设备而研制开发的．通过土壤水分传感器、植物营养检测系统、精准灌水机、PLC智能控制器、计算机监控等手段，充分合理利用有效水资源，从而使设施农业灌水效率和水的利用率达到最佳。系统应用高精度传感技术、通信技术、数据库存储和处理等技术，将计量系统、灌水设备、植物生长、土壤水分与作物生长规律及需水规律有机结合在一起，使调控手段更加合理，可在线提供实时作物灌溉数据，从而提高产量节省水源，实现精准灌溉，在国内设施农业领域具有创新性。系统具有经济节能、操作容易、自动化程度高的优点，可在异地随时掌握作物灌水情况，大大方便了用户。可广泛应用于温室大棚、精细农业、草地牧场、城市绿化等领域，对节水农业的实施具有重要的现实意义。     

无人机遥感技术在精量灌溉中应用的研究进展

以提高农业用水效率为目标的精量灌溉是未来农业灌溉的主要模式,精量灌溉的前提条件是对作物缺水的精准诊断和科学的灌溉决策。用于作物缺水诊断和灌溉决策定量指标的信息获取技术主要基于田间定点监测、地面车载移动监测及卫星遥感。无人机从根本上解决了卫星遥感由于时空分辨率低而导致的瞬时拓延、空间尺度转换、遥感参数与模型参数定量对应等技术难题,也克服了地面监测效率低、成本高、影响田间作业等问题。近几年的研究结果表明,无人机遥感系统可以高通量地获取多个地块的高时空分辨率图像,使精准分析农业气象条件、土壤条件、作物表型等参数的空间变异性及其相互关系成为可能,为大面积农田范围内快速感知作物缺水空间变异性提供了新手段,在精量灌溉技术应用中具有明显的优势和广阔的前景。无人机遥感系统已经应用在作物覆盖度、株高、倒伏面积、生物量、叶面积指数、冠层温度等农情信息的监测方面,但在作物缺水诊断和灌溉决策定量指标监测方面的研究才刚刚起步,目前主要集中在作物水分胁迫指数(CWSI)、作物系数、冠层结构相关指数、土壤含水率、叶黄素相关指数(PRI)等参数估算的研究,有些指标已经成功应用于监测多种作物的水分胁迫状况,但对于大多数作物和指标,模型的普适性还有待进一步研究。给出了无人机遥感在精准灌溉技术中应用的技术体系,并指出,为满足不同尺度的高效率监测和实现农业用水精准动态管理的需求,今后无人机遥感需要结合卫星遥感和地面监测系统,其中天空地一体化农业水信息监测网络优化布局方法与智能组网技术、多源信息时空融合与同化技术、作物缺水多指标综合诊断模型、农业灌溉大数据等将是未来重点研究内容。     

节水灌溉对精量穴直播超级稻根系生理特征的影响

研究了不同灌水量对精量穴直播水稻培杂泰丰(超级杂交稻)和玉香油占(超级常规稻)2个水稻品种各个生育期根系生理特征的影响,并与移栽常规灌溉进行了比较。结果表明,精量穴直播湿润灌溉在相对于精量穴直播常规灌溉节水23.51%、相对于移栽常规灌溉节水30.46%的情况下,从孕穗期开始精量穴直播湿润灌溉处理根系的每株总根长、每株根总表面积、平均直径、每株根总体积、每株根尖数、根系伤流量和土壤氧化还原电位都明显高于精量穴常规灌溉处理和移栽常规灌溉处理。     

节水灌溉对精量穴直播水稻产量形成的影响

采用田间对比试验、植株分析方法,研究了不同灌水量对精量穴直播水稻培杂泰丰(超级杂交稻)和玉香油占(超级常规稻)二个水稻品种各个生育期干物质重和产量构成因素的影响,并与移栽常规灌溉进行了比较。结果表明,精量穴直播湿润灌溉在相对于精量穴直播常规灌溉节水34.77%的情况下,各产量构成因素没有明显差异;在相对于移栽常规灌溉节水39.16%的情况下,产量构成因素也没有明显差异,达到节水的效果。     

基于果树需水信号的精量灌溉控制理论与技术

在分析果树精量灌溉技术的科学意义和应用价值后,总结了国内外相关领域的研究结果,发现果树液流信号、茎杆直径变化和冠层温度变异在果树需水信号检测中最具有应用前景,并对它们的研究现状进行了评述。基于果树精量灌溉控制理论和技术产品的发展历程和问题,提出了果树精量控制灌溉技术未来研究内容和方向。最后指出果树精量控制灌溉技术未来需要解决的关键问题是降低技术成本和实现智能化。     

行走式节水灌溉精量施水控制系统设计

设计了一种基于ARM9 Linux的行走式节水灌溉精量施水控制系统.该系统接收各种输入信号,经过ARM嵌入式内核处理后输出控制步进电动机的脉冲信号,由步进电动机控制阀门,调节出水量,实现精量施水.室内试验结果表明,该控制系统具有一定的稳定性,能达到预期效果.     

基于LSTM算法的智能节水灌溉预测模型研究

针对当前农田灌溉缺乏科学技术指导、水资源浪费严重的现状,为提高灌溉用水的利用效率,在智慧农业灌溉系统体系结构的基础上,提出了一种基于LSTM算法的智慧农业灌溉预测模型,可根据作物生长需求、生长环境和种植土壤等数据实现精准灌溉,能够最大程度地节约水资源.通过实验对LSTM灌溉预测模型与传统灌溉预测模型的预测值进行对比分析...