智慧农业水田作物网络化精准灌溉系统设计

传统水田粗放型灌溉不仅对作物生长带来不利影响,而且不能够充分利用自然降水,在很大程度上造成了水资源的浪费。该研究设计了基于智慧农业技术的网络化水田作物精准灌溉系统。建立了通信节点最优部署模型、作物耗水预测模型、降水预测模型、最优化灌溉决策模型以及基于模糊控制理论的精准灌溉决策系统;提出了基于维诺图改进的飞蛾扑火优化算法（Voronoi Moth Flame Optimization,VI-MFO）的灌溉网络通信节点优化部署方法,以提升灌溉网络通信效率并降低通信能耗;最后,将水田状态信息及气象参数作为精准灌溉决策系统输入,经过系统决策,自适应控制水田灌溉设备进行精准灌溉。对江苏地区水稻田进行仿真,结果表明,所提出的智能灌溉系统与传统非智能决策系统相比,灌溉设备动作频次降低26.67%,灌溉量减少40.82%,排水量减少33.89%。所提出的智能灌溉决策系统节约了水资源。     

现代节水灌溉技术在农业中的应用探究

随着国民经济的日益增长,人民生活水平逐步提升,人类社会也渐渐步入信息化时代。生活中各种各样的事物趋于数字化和技术化,现代农业节水灌溉技术随之而生。人们通过运用互联网计算机等先进科学技术研究出一系列节水灌溉系统,不仅大大提升了农民在灌溉时的效率以及水资源的利用率,同时降低了灌溉成本和灌溉时水资源的浪费。基于此,分析现代节水灌溉技术系统的研究背景和现状,重点叙述了现代节水灌溉系统的组成部分以及在农业生产中推广节水灌溉技术的必要性和推广的难点。     

基于模糊控制的精确灌溉系统

设计了基于模糊控制的节水灌溉系统,由作物蒸腾量和土壤水势为输入,以作物需水量为输出,通过对输入变量的模糊化、模糊推理和反模糊化,获得了作物的需水量,采用三星单片机为核心,由作物蒸腾和水势变送器分别测量作物蒸腾量和土壤水势,使用分段模糊控制策略构成灌溉系统。试验结果表明：该系统能快速准确地计算出作物的需水量,有效地实现了节水灌溉。     

基于作物水分胁迫声发射技术的无线传感器网络精量灌溉系统的初步研究

为实现准确判断作物水分亏缺程度,为精量灌溉提供科学依据,该文基于作物水分胁迫声发射技术,研发了无线传感器网络节点,并设计了无线传感器网络精量灌溉系统.该系统可以使人们随时随地精确获取作物需水信息,并实现精量灌溉.该系统具有功耗低、成本低廉、鲁棒性好、扩展灵活等优点.初步试验表明了该系统的合理性与实用性.可以应用于温室、农田、苗圃等区域.该研究为无线传感器网络在节水农业中的应用做出了探索.     

基于茎直径变化的无线传感器网络作物精量灌溉系统

为实现准确判断作物水分亏缺程度,为精量灌溉提供科学依据,该文基于作物水分胁迫茎直径微变化诊断方法,研发了无线传感器网络节点,并设计了无线传感器网络精量灌溉系统。该系统可以使人们随时随地精确获取作物需水信息,并实现精量灌溉。该系统具有功耗低、成本低廉、鲁棒性好、扩展灵活等优点。初步试验表明了该系统的合理性与实用性。可以应用于温室、农田、苗圃等区域。该研究为无线传感器网络在节水农业中的应用做出了探索。     

节水灌溉联动控制系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源利用效率,实现自动灌溉控制,该文采用自主设计的灌溉控制设备和墒情监测设备,通过GSM网络传输数据,设计了一套集墒情监测、灌溉控制和专家决策支持的节水灌溉联动控制系统。该系统由就地控制柜、数据采集系统和自动控制软件三部分组成,实现了土壤墒情实时监测、专家知识管理及根据不同作物、不同生育期需水参数等进行自动灌溉控制等功能。在示范区的应用证明,该系统稳定可靠、操作方便、可广泛应用于规模化种植、温室大棚、精细农业等领域,对节水农业的实施具有重要的现实意义。     

节水灌溉技术体系与发展对策的研究

对节水灌溉宏观发展中的几个重要问题进行了分析研究。从农业用水供需平衡出发论述了节水灌溉与农业可持续发展的关系;为全面评价节水灌溉系统,提出了其技术内涵、标准体系、效益体系;指出了我国节水灌溉发展的指导方针及重点地区     

节水灌溉管理与决策支持系统

基于灌区灌溉用水过程的复杂性和实时性,研制了节水灌溉管理与决策支持系统软件。系统根据采集到的气象、土壤水分、作物、水资源状况等信息,运用作物系数法进行作物需水量的计算,根据土壤墒情决策模型,作出灌溉预报,确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量,利用决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测,从而达到高效、节水的目的。该系统不仅具有数据录入、编辑、查询、统计、输出等信息处理功能,而且能够根据采集到的信息为灌区管理和用水户提供灌溉优选和水资源优化分配的决策支持,制定精细灌溉的作业方案。该系统立足田间,面向农户,可以为用户提供节水灌溉模式咨询、具体方案优选、指导灌区优化灌溉等功能,具有较强的推广应用价值。     

现代农业与生态节水的技术创新与未来研究重点

指出了我国农业与生态节水技术研究领域在试验仪器设备条件、节水灌溉技术与设备研发、精准灌溉和灌溉系统的自动控制、非常规水资源利用与区域农业水资源配置等方面存在的问题及与国际水平的差距,分析了现代农业与生态节水技术研究中在地面灌溉、喷微灌、节水机具、节水材料与制剂、污水灌溉利用、渠道防渗与水量调配、精准灌溉等方面的发展态势,提出了我国农业与生态节水技术创新的总体目标,提出了我国农业与生态节水技术创新的几个重大研究课题,论述了我国农业与生态节水技术创新的保障条件建设内容.     

转换灌溉方式对农户种植决策和经济的影响——以河北省张北县为例

国内外研究表明节水灌溉技术具有田块尺度上的节水效益和对作物的增产效果。但从社会-经济-生态复合系统的角度,灌溉方式的转变是否会改变农户的种植决策和农业生产行为仍有待深入研究。本文以河北省张北县为例,通过实地调研建立了柯布-道格拉斯生产函数等模型,研究了转换灌溉方式对农户种植决策和福利的影响。结果发现,高效率的灌溉方式可以使旱作作物、低耗水作物和普通耗水作物的水分生产力提高25.0%~347.7%;但同时也促使了研究区域88.9%的农户种植用水强度更大、收益更高的经济作物,以期获得投资的回报;灌溉方式改变会影响农业生产的投入和产出,高效率的灌溉方式会增加灌溉设施建设成本（6.6%~16.2%）,增加农药投入（2~4倍）、减少劳动力投入（20.6%~59.3%）。研究结果证明转换灌溉方式后,农户作为农业生产的基本单元,在追求利润最大化的动机驱动下,会改变其种植决策和农业生产行为,从而改变农户的经济效益。本文的研究结果可为进一步深入分析节水灌溉对区域农业生产的用水影响提供科学依据。     

地下滴灌技术的研究现状与发展

由于全球水资源短缺,节水灌溉已经越来越引起人们的重视。地下滴灌系统是很重要的一种节水灌溉系统,有其显著的优点,也存在许多缺点。该文对其发展历史、对作物产量的影响、目前研究热点、系统设计和管理、灌溉制度的拟定、施肥灌溉、环境及经济分析、系统的优缺点等进行了综述性讨论。它可为中国地下滴灌技术的发展提供借鉴     

作物精量灌溉系统的无线传感网络应用开发

为准确提供作物水分亏缺程度并为精量灌溉提供科学依据,基于作物水分胁迫声发射原理,研究无线传感器网络技术在精量灌溉系统中的应用。采用自适应加权数据融合算法来提高声发射信号精度,提出基于簇的多跳路由算法以减少结点数据传输能耗,利用NB100网关实现无线网和有线网之间的桥接。系统分布式运行,具有鲁棒性强、易于扩充和伸缩性良好等优点。仿真试验表明该系统组网正确、无线传输能耗占总能耗的60%以上,可以使人们远程、精确获取作物需水信息,并实施精量灌溉,能够应用到农田、苗圃、温室等节水农业领域中。     

旱作农业＋节水农业是干旱地区农业发展的出路

旱灾是我国北方地区农业发展的最大威胁。旱作农业＋节水农业是北方干旱、半干旱地区农业发展的希望所在。北方干旱地区按水利设施条件可划分为无水利设施区域和有水利设施区域。前者应以旱作农业为重点,推广地膜覆盖、作物绿肥带状轮作培肥保墒、蓄水保墒耕作、秸秆覆盖、种植结构调整优化、窑窖蓄水灌溉等旱作农业技术;有水利设施区域则以节水农业为重点推广输水系统节水、田间节水、节水型井灌、非充分灌溉和局部灌溉等节水灌溉     

椰糠条栽培番茄的蒸腾反馈智能灌溉系统研制

为满足番茄椰糠条栽培条件下自动精量灌溉的需要,该研究研制了一套蒸腾反馈智能灌溉系统,包括蒸腾检测组件、通信组件、决策组件和灌溉组件。蒸腾检测组件基于压力传感器测定番茄蒸腾量;决策组件基于椰糠条的持水特性和番茄蒸腾量的变化建立了灌溉精量控制模型,精确控制水泵启动和关闭,使灌溉量根据作物蒸腾量的多少变化,并根据回液量及其电导率(Electrical Conductivity,EC)值变化判断调用正常灌溉模式或淋洗模式,使椰糠条始终处于适宜的含水量范围内,保持一定的水气比,以利于番茄根系生长和吸收营养液,解决灌溉不足造成的干旱胁迫和灌溉太多造成的营养液浪费和回液处理量大的问题;通信组件用于各模块间信号的传递。以荷兰RIDDER公司研发的基于光辐射积累量控制的灌溉系统为对照,检验该蒸腾反馈智能灌溉系统的应用效果。结果表明,在番茄盛果期,该系统的灌溉量比对照增加9.4%,回液量减少18%,且回液EC值比较稳定;与定时灌溉相比,减少灌溉量32%,减少回液量57%,有更多的营养液被植物吸收利用。栽培效果显示,使用该系统灌溉的番茄产量、株高、节数与使用荷兰RIDDER公司研制的灌溉系统的没有显著差异,取得了与之相同的灌溉效果;而且,在5 000 m~2温室内设备设计使用年限10 a条件下,该智能灌溉系统年运行成本与之相比还降低了20.8%,并能够满足自动精量灌溉的需求。若根据基质类型不同调整灌溉控制模型参数,该系统也可应用于岩棉条栽培、混合基质盆栽等其他无土栽培的智能精量灌溉。     

黄土高原水土流失区干旱条件下节水灌溉持续增产效益诊断

针对黄土高原地区水资源的不合理利用而引发的一系列环境问题,水资源环境恶劣,农业生产条件受限,制约农业持续发展;人们的思想观念比较传统、陈旧、固守、落后,小规模经营;科学技术落后、信息不畅,区位劣势;生存环境失衡,水土流失严重,自然灾害频繁,作物产量低而不稳的现状,分析了节水灌溉和作物产量的关系,多角度探讨了地面节水灌溉、地上节水灌溉、地下节水灌溉三种不同形式,根据黄土高原水土流失区的实际情况,对旱作农业补充灌溉进行了研究。通过实地调查可知:节水灌溉已成为发展“两高一优”农业的有效途径和粮食再上新台阶的重要战略措施。     

自控变频调速式灌溉水注肥装置的研究

为现代农业节水灌溉与精准施肥所需的配套注肥装置的开发,研究采用输液泵将肥料原液和酸碱调节液强行注入灌溉管网,并与灌溉水按比例混合获得一定浓度和酸碱度(EC & pH)的灌溉液。灌溉液浓度和酸碱度通过EC传感器和pH传感器检测并反馈PLC控制系统,通过变频调速进行EC值与pH值动态调节,实现节水灌溉系统的精准施肥灌溉。采用自控变频调速技术的灌溉水注肥装置经过实际运行,完全满足设计要求,可实现灌溉液的正常输送和EC值与pH的动态调节。特别是射流自吸泵变频调速技术的实现,不仅有效实现了灌溉液浓度（EC值）的动态调节,同时降低了设备成本,完全可用于节水灌溉注肥装置的开发。     

棚室蔬菜生产中灌溉技术研究进展

该文对棚室蔬菜生产条件下，滴灌、地下滴灌、渗灌、微喷灌等节水灌溉技术与相关理论的研究进行了归纳总结，在此基础上提出棚室蔬菜生产中土壤水分调控进一步研究应注重生物节水、作物精量控制用水以及节水系统的科学管理，并重视农业节水与生态环境保护的密切结合。     

缺额灌溉及其模式

缺额灌溉是对作物精心设计的一种欠灌实践，当供水有限或灌溉费用高时，可选该种方式而不选全额灌溉。美国俄勤冈州东部的灌溉作业证明了缺额溉的优点，对两个截然不同的灌溉系统，一个是全额灌溉，二个是缺额灌溉的费用和运行特性作了比较，结果是：缺额灌溉在大大节省能源，水和资金的同时，还可增加农业收入，这此优点可通过灌溉间隔较长和土壤含水量较低的缺额灌溉系统的设计来获得，这些优点可通过灌溉间隔较长和土壤含水量较低     

基于模糊控制与虚拟仪器的灌溉决策系统研究

针对节水灌溉受多因素影响难以建立精确控制模型的特点，开发了基于虚拟仪器平台的作物灌溉模糊决策控制系统。该系统由传感器、测量仪、数据采集卡、LabVIEW软件平台等组成，将土壤水势和作物腾发量作为输入量，采用Fuzzy Logic Control Toolkit工具包设计模糊控制器，建立多因素控制规则库，实现作物灌溉需水量的模糊决策。试验结果表明该系统界面友好，操作简单，能对作物需水量进行综合判断与决策管理，为节水灌溉提供科学的依据。     

中国西南地区农业水资源利用现状及对策

西南地区总体上虽然水资源丰富，但其时空分布不适宜于农业生产。很多灌溉设施不能正常工作。与此同时，大量的水资源在灌溉过程中被浪费掉。因而一遇干旱，这一地区便常常缺水。这对农业生产乃至农民生活构成严峻威胁。本文分析了这一地区水资源及其在农业上的利用以及农业灌溉系统的现状，提出了节水灌溉与农业产业化相结合，集成相关技术、措施与政策，加强节水领域的研究与开发工作、加快建设水利基础设施与平整土地，开发和应用适用技术以及建立良好的法规政策体系等对策。