发展智能灌溉 破解水资源短缺难题

周口市水产技术推广站 魏炳

我国北方水资源普遍缺乏。河南省人均水资源量仅440 m3，相当于全国水平的1/6，属严重缺水省份。一个地区的水资源是相对固定的，本质上是无法人为增加的。近年，随着全球变暖的加剧，年降水量明显减少，农业灌溉越来越依靠地下水。常年的抽水灌溉，使地下水位逐年下降，造成恶性循环，严重影响我国农业生产安全。因此，改进农业灌溉方法，提高水资源利用率势在必行。

一、国外节水经验和缺点

（一）经验

纵观农业灌溉史，一共经历了几个阶段，从看天吃饭、人力挑水，到水管、水泵、喷灌、滴灌等。水资源利用效率逐步提高，用水量不断减少。目前，喷灌技术、滴灌技术在发达国家已经十分普及。

以以色列为例，这个国家的耕地少，沙漠占了该国土地面积的2/3，而且大多数属于干旱和半干旱气候地区，人均水资源占有量不足400 m3，而世界人均水资源占有量为8800 m3。以色列是全球水资源最贫乏的国家之一，干旱缺水是以色列农业生产的最大问题。因此，“节约每一滴水”“给植物灌水，而不是给土壤灌水”成为以色列农业长远发展的必要选择。以色列是世界上最早大规模使用滴灌技术的国家。实践证明，滴灌的效率是惊人的。自以色列建国以来，农业生产增长了12 倍，而每公顷土地的用水量保持不变，滴灌技术的应用取得了巨大的经济效益和社会效益，大大缓解了该国水资源短缺的情况。

（二）缺点

滴灌技术虽然有节水的优势，但是同样也有缺点。如滴灌的优点是可以通过布置的管网，把水直接输送到农作物根部，水不在空中、地面运动，不打湿叶面，也没有有效润湿面积以外的土壤表面蒸发。故蒸发的水量少，也不产生地面径流和土壤深层渗漏。但也有缺点，农作物的灌溉，供水时间和供水量都需要人为操作，难以实现精准高效灌溉。供水少了，影响作物生长；供水多了，超过作物需求，不但浪费，也同样不利于作物生长。另外，滴灌布置的管网都是一体式的，如果是一块面积很大的种植区域，由于光照、地势的不同，不同区域土壤湿度会有所不同，可能会出现东边需要灌溉、西边不用灌溉的情况，如果统一灌溉也是不合理的。这种较为粗放的管理方式造成水资源大量浪费。以美国为例，统计资料显示，美国每年浪费掉的水资源高达8520 亿m3。美国有4500 万个简易计时装置的灌溉系统，它们在时间控制上还可以，但精准度不高，灌溉时间相对固定，可能刚刚下过雨，但是系统仍然按时运行，这样大量宝贵的水资源就被白白浪费掉了。若安装一种集成多种传感器且可自动控制、又可远程操作的系统，能有效控制水量和时间，达到节水的目的。

二、推广智能灌溉技术的必要性

在中国，农业用水量约占全国总用水量的80%。农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家在70%～80%。因此，提高农业灌溉用水的效率，对于缓解水资源的紧缺非常重要。所以，中国的智能灌溉技术在这种背景下应运而生。智能灌溉技术是将信息技术和智能化技术与现代农业生产结合起来的一种新型技术。该技术是目前最省水、最高效的灌溉方式。

智能灌溉就是通过物联网技术，将智能传感器所收集的农业生产现场气象、土壤数据进行分析，从而决定农作物灌溉的时间、灌水量。通过智能控制系统实现对灌溉过程的动态、分区管理，达到节水、增效的目的。研究表明，和传统喷灌系统、滴灌系统相比，智能灌溉系统的成本虽增加不多，但能节水16%～30%。智能灌溉系统包括传感器、网络传输、云平台、控制系统和自动供水等系统。通过部署在农田里的传感器、控制器和智能网管等设备，自动采集农田里的土壤和空气的温湿度、水分和光照强度等环境数据，并24 h 进行监控。通过智能设备替代人工作业，大大降低了灌溉过程中对人力的依赖程度，同时提高了采集数据的精确性。传感器采集到的各种数据通过无线网络传输到云平台，当土壤水分小于预设值时，系统会自动提醒，管理员可以通过控制系统手动打开供水设备或者设定由系统自动开启。当土壤水分达到标准时，系统自动关闭阀门，防止灌溉过量造成损失。通过云平台将控制系统通过APP 和用户的手机连接起来，就可以随时查看数据报表，有利于随时随地掌控农田水分变化。系统还可以实时获取天气信息，根据未来降水量预报，实时调整灌溉计划，以达到最优供水目的，最大程度地节约水资源。智能灌溉不仅让农民省水、省事，还极大地减少了因为人工判断失误带来的危害风险，让农作物保持在最佳生长状态。过去，要给农作物浇水，即使安装了喷灌系统、滴灌系统，仍然需要人工逐个打开水泵，并且时刻关注灌溉情况，完成灌溉后，又需人工逐个关掉水泵。整个灌溉过程，不仅耗时耗力，还可能因为关水不及时造成水资源浪费，严重的甚至造成农作物泡根，影响农作物的生长和品质。运用智能灌溉系统后，管理员登录云平台系统就可以实现对供水系统的远程智能控制。简单说就是智能灌溉系统能自动检测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间。智能农业灌溉系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以在土壤太干时增大灌溉量，太湿时减少灌溉量；可以在不同的区域进行不同的灌溉量。

通过智能灌溉技术还可以做好农作物的水分管理，提高农产品的品质和产量。由农作物需水规律可知，不同作物需水量不同，同一作物的不同生育期需水量也不同。在农作物生长发育过程中，各个时期都需要有水分供应，满足各时期的水分供应才能获得高品质和高产量的农产品。按照农作物的需水规律进行灌溉，对于搞好水分管理非常重要。智能灌溉系统可以通过AI 技术和大数据技术，建立农作物不同生长周期的水分需求模型，生成农作物整个生长周期精确化的灌溉方案。通过自动控制系统，在无需过多人工干预的情况下，科学、精准、动态地给农作物供应水分，实现节水、增产、提高农产品质量的三重目标。合理设计的智能灌溉系统可以做到整个生长周期全天候的精准控制，这些依靠传统的灌溉方式都是难以完成的。

综上所述，智能灌溉系统不仅可以提高水资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，提高农产品的质量，同时降低农产品的生产成本。因此，基于信息技术的智能灌溉系统是中国发展高效农业和精准农业的必由之路。

三、推广普及工作重点

如何做好智能灌溉技术推广工作，笔者总结以往的经验发现，在我国，新技术进入农业领域，主要有3个问题：一是群众不理解，二是水土不服，三是眼高手低。某些新技术进入农业领域，起效慢，不能得到广泛认可。部分农民急功近利，不愿意冒险采取新技术。部分科研人员不能够真正认识到技术应用的前景，高新技术应用不接地气。在新技术推广过程中，生搬硬套，不注意因地制宜，一哄而上。相似的问题在智能灌溉技术推广普及的过程中一定也会遇到。笔者认为要做好推广普及工作，主要从3 个方面着手：

（一）加强宣传

首先，宣传周口市水资源短缺的严峻形势及传统农业灌溉方式的低效率和不可持续性，让广大群众认识到采用新技术的必要性。其次，让相关企业、农民合作社、种植大户充分了解智能灌溉系统省水，便于管理，可以提高农产品的产量和质量，一次投资长期使用等优点，帮助他们认识该技术的应用前景，了解现代灌溉技术的发展方向；帮助他们算总账而不是看眼前，看中长期回报而不是看前期投资，最大程度地减少智能灌溉技术推广的阻力。

（二）因地制宜

当前，周口市农业生产的特点是小农经济占大头，农田相对细碎，很多地方暂时不适合发展设施农业。而智能灌溉技术的特点是投资大、建设标准高、技术难度大。因此，前期推广过程中应当优先发展土地经营权流转集中较好的乡镇、村庄及种粮大户、农民合作社、农场和涉农企业。依靠较大体量的单位，实现规模效应，提高经济效益，平衡较大的投资带来的技术推广压力。优先应用在高附加值的农产品生产中，如蔬菜、水果等经济作物，通过最终产品的高利润，平衡较高的前期投入。

（三）先试点，后铺开

高新技术的应用是一项系统工程，大量的新技术、新材料和新方法，都需要不断地试验和实践，这是个科学问题，一定要有耐心。具体来说，智能灌溉技术相对我国农业发展的现状具有一定的超前性，在推广过程中肯定会遇到各种意想不到的问题。因此，要先试点，后铺开。试点也是为了试错，试点的范围小一点，试错的成本也就低一点。如在一个县级区域推广，那就应该先选一个群众基础好、政府执行力强的乡镇，集中人力、物力、财力，做出精品工程，花2～3 年的时间，完善系统设施，总结管理经验，培训操作人员，做好后期维护，积极妥善解决建设运行过程中出现的各种问题，等待各方面条件成熟后再扩大推广面积，切忌急功近利。