精准控制灌溉技术研究

精准控制灌溉技术研究　牛永华　（山西省水利水电科学研究院，山西　太原０３０００２）　［摘要］对精准控制灌溉技术的五大基本措施做了研究，尤其是对技术措施进行了详细的阐述，总结了精准控　制灌溉技术的优点和发展精；隹控制灌溉技术存在的问题，并提出了合理的建议。　［关键词】精准控制灌溉；实施措施；研究　［中图分类号】￥２７５　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００４～７０４２（２０１０）０８—００４２—０３　水资源短缺是我国农业生产的主要制约因素，农　业灌溉用水面ｌ临的主要问题仍然为粗放型灌溉，农业　产权制度改革以后，井、泵等提水设施的产权明晰了，　但对于资源的开采权比较含糊，甚至达到掠夺性开采　总产值的增长仍主要依靠生产要素的投入，科技进步　的贡献率还很低，农业的总体科技水平正处于由粗放　经营向精准农业、传统农业向现代农业的转变时期，　因此，如何提高灌溉水的利用率，实现灌溉用水管理　手段的现代化与信息化，做到适时、适量地供水，精准　灌溉及高效节水，是发展农业高效用水的关键。　由于地下水的严重不足，以及作物种植结构调整　所带来对水的更多的要求，造成地下水超采更为严　重，在此情况下，发展精准灌溉技术就更加迫切。精准　灌溉技术是采用最精准的灌溉设施对作物进行严格　有效的施肥灌水，确保作物的生长需要，从而实现高　产、优质、高效和节水的目的。　１试验基地概况　的状况，特别是井渠结合灌区，由于“水”的来源不同，　“水”的管理者不同，水费的受益者不同，导致乱开滥　采，水环境恶化。　在井渠结合灌区，一般都有两个管理单位，两套　灌溉系统。地面水由国有灌溉管理单位管理，水费由　他们征收，国有单位通过供水获得收益。而地下水水　权不明晰，管理没手段，水费利益的驱动导致水井的　管理者抵制地面水，大量提取地下水，破坏了地下水　的良性循环。　在本次研究中，我们以水权、水市场理论为基础，　积极探索了新的用水管理体制，建立了宏观总量控制　和微观定额管理两套指标体系，实行了基本水价和超　项目试验基地位于山西晋中榆次区西长寿村，气　候特征属温带大陆性半干旱气候，四季分明，光热资　源丰富；年平均气温９．３￣Ｃ，无霜期约１７１　ｄ；降雨年际　变化大，多年平均降雨量４３０　ｍｍ，最大年降雨量为　定额用水累进加价制度，引洪补源制度，节水与“开　源”并举，推进了行政调控、市场引导、公众参与的运　行机制。通过调整种植结构，推广节水技术，提高了水　资源使用效率和效益，取得了明显的效果。　２．２技术措施　６０１．５　ｍｍ，最小降水量２００．９　ｍｍ，示范基地内地形平　坦，起伏不大，海拔高程在７７６～８０３　ｍ之间，主要土壤　类型为浅色草垫土，全剖面质地多为重壤土或黏土，　土壤耕作层深度一般为２０～２５　ｃｍ，田问持水量大，保　水抗旱力强。　节水与节能不能有效统一是造成节水工程运行　费用高和使用不佳的主要原因，特别是在用水随机的　大棚滴灌和蔬菜微喷中更为明显。　为此，省水利科学研究院“８６３”项目组工作人员　在和北京东方互联合作的基础上，自主开发研究了一　２发展精准控制灌溉技术的措施　２．１政策措施　套智能灌溉控制系统，不仅保留了原来东方互联系统　的优点，而且更加简洁和实用。它是利用先进的信息　采集系统将试验区的降雨、日照等气象信息，以及水　长期以来，我国用计划手段配置水资源，水资源　产权主题混乱，缺乏流转制度，在农村实施小型水利　注：本文系国家高技术研究发展计划（８６３计划）课题：山西　分含水量等信息收集起来，利用信息分析系统将其进　行综合分析处理，决定灌溉的时间和数量，能真正做　晋中高效灌溉技术研究与集成（编号：２００６ＡＡ２００１２０）。　到按需灌溉，既节约了灌溉用水量，又提高了灌溉水　山西水利富鲁　技术与应用・２０１０年第８期　利用效率，从而有效提高产出、节约投入，减少环境　污染。　设，发展节水旱作农业。本试验重点推广了五大节水　旱作农业技术：抗旱新品种的筛选及其配套栽培技　智能灌溉控制系统是利用传感器技术、自动控制　技术、计算机技术、变频技术等多种高新技术组建而　术；秸杆还田保墒技术；薄膜覆盖技术；农家肥、有机　肥的施加，以肥调水技术；喷灌、滴灌、微灌技术。　这些农艺措施的实施，虽然取得的经济效益不是　很明显，但如果长期坚持，定能取得理想效果。　２．４经济措施　成的精准灌溉控制系统。按区域内要素的空间变量数　据精确设定最佳灌溉时间，变传统的粗放经营为精细　生产，使每一份资源都发挥应有的作用，不仅能以最　经济的投入获得最佳的产品，还能有效减少对环境的　污染，保护农业生态环境，直接增加农民收人。作为一　种先进、高效的灌溉方式，智能灌溉系统是国外农业　发达国家普遍采用的一种灌溉方式，而在山西省尚处　于研究试验阶段。　２００５年，山西省政府对全省水资源费征收标准作　了大幅调整，这对促进水资源的合理开发、高效利用　和节约保护具有重要意义，但农业用水目前仍不征收　水资源费。本次试验研究中，采取以水费调控的办法，　探索了保持项目区水资源采补平衡，促进水资源可持　续利用的水价机制。　２．５监控措施　由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用　水进行监测预报，实行动态管理。采用传感器来监测　土壤的墒情，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精　细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实　水资源开发利用的监督管理是指通过监测、调　查、评估等手段对各部门开发利用水资源的活动进行　监督和控制。目的是防止水资源的污染、浪费和不合　现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解　决的，必须将水源开发、输配灌水技术和降雨、蒸发等　气象因素、土壤墒情以及农作物需水规律等方面做统　一理的使用；监控开发利用状态下水资源再生过程的消　长变化；跟踪检验水资源规划和配置的科学合理性，　以便修正和调整。为确保项目区能够以水资源的可持　续利用支撑经济的可持续发展，对项目区的水资源进　行了监控。　３发展精准控制灌溉技术的优点　３．１改善作物品质，增加产量　考虑，做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调　本系统包括硬件和软件两个部分。　用，实现按期、按需、按量自动供水。　硬件部分由中央控制计算机、数据传输设备、测　量控制单元和相应传感器、灌溉设备组成。所有测量、　控制单元集中安装在设备机箱中，便于维护管理。数　传统的灌溉方法是快速将水供给工作层，而植物　的根带吸收能力有限，导致大量的水资源通过溢流、　蒸发和深渗等途径流失，同时也将植物根部的肥料带　据采集和灌溉通过通讯设备由计算机控制，实现对大　棚及露地的灌溉参数的实时采集。　软件部分可以实时显示灌溉状态，控制灌溉设　备，实现定量自动灌溉并保存灌溉记录，供管理人员　研究分析。测控单元测量所有的田间传感器，把数据　送人中央计算机，在中央计算机进行灌溉参数设置，　对灌溉情况进行统计，并通过专用软件在计算机上存　储、显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作，系　统最终可以进行４个电磁阀３个种植区的数据遥测、　走，造成水资源浪费以及土壤结构的变化，从而直接　影响作物的生长。而精准控制灌溉技术可实时地为作　物供水供肥，从而改善和提高作物的产量和质量。　３．２合理有效保护水资源　精准控制灌溉系统只提供作物生长所需的水量，　最大限度地减少了水损失。同时也最大限度地减轻了　由于农药、化肥的渗漏而使地下水资源受到污染。　３－３　完善科学的节水灌溉制度　由于采用先进的监测、预报和自动化控制系统，　可根据作物需水规律控制或调配水源，以最大限度地　满足作物对水分的需要，实现区域效益最佳的水分调　控管理技术，实现真正意义上的农业节水灌溉。　４存在问题及建议　４．１存在问题　灌溉遥控。并以动态图形显示，软件将采集到的数据　进行分析运算等处理，确定田间作物需水量，控制灌　溉时机，系统采集到的数据和控制参数均可存储，实　现了按条件、多参数定时、精确定量、人工手动四种模　式，能够最大程度地节约水资源。　该系统的采用取得了良好的经济效益，灌区灌溉　水利用率提高到７０％　８０％，作物水分生产率提高　０．３　ｋｇ／ｍ３以上，作物产量或产值提高２０％　２５％。　２．３农艺措施　在采用先进技术的同时，必须加强农田基本建　第一，水资源高效利用是一项复杂的系统工程，　涉及到技术、工程、管理、政策等诸多因素，只有处理　好各方面的关系，采取综合措施，才能真正收到实效。　型　生　旦圆　本试验研究对井渠结合灌溉类型区节水工程的管理　模式进行了全面探讨，但由于工程管理体制、社会认　知水平、群众文化素质等方面的原因，真正意义上的　高效管理模式的实施还存在一定困难，今后尚需加强　节水政策、措施方面的研究。　第二，由于井渠结合灌溉类型区水资源、作物种　植、节水工程措施、农艺措施等的多样性，决定了其用　的应用和节水项目的实施。要按照“谁投资、谁建设、　谁受益”的原则，采取股份合作、租赁承包、业主经营　等多种形式发展节水事业，吸纳民间资本，拓宽投资　渠道。　第三，推进农业水价改革。要按照国家规定推行　基本水价和计量水价相结合的两部制水价，实行分类　计价、超额加价的办法，合理制定水价标准。通过水价　改革，建立起科学合理的水价形成机制，特别是地面　水管理模式集成组合的多样性和复杂性。本试验研究　在农业节水工程管理措施集成方面做了大量工作，但　由于时间有限，仅就其中最主要的单因子组合进行研　究，今后还需对多因子组合深入研究。　第三，试验区多种水资源的合理调配涉及到许多　因素，真正实施起来存在一定困难，特别是水资源还　未实行统一管理，对水资源的调配起着阻碍作用。所　以今后要积极探索水资源统一管理方法，从而实现节　水、保水、补水一体化。　第四，试验区中的地下水除降雨外，大部分是由　国有灌溉管理部门的渠道输配水和田间灌水渗漏补　充的，这部分地下水是管理部门通过工程和管理措施　引进的，应该说是其产品的一部分。但现行的水管理　办法，灌区内地下水开采管理基本处于失控状态，管　水和地下水相联系的水价，促进水资源的高效利用和　可持续利用。　第四，抓好节水技术创新。要大力推广应用节水　新技术、新工艺，在农业上推行以管灌和喷微灌为主　的节水技术，逐步实行节水自动化管理。要加强节水　技术指导、管理和服务，解决好节水建设的重大技术　问题，抓好节水措施的落实，建立完善的节水技术支　撑体系，努力提高节水建设的整体水平。　第五，加强节水工作领导。要把节水工作纳入国　民经济和社会发展总体规划，同步实施和推进。要充　分发挥政府的宏观调控作用和部门的行政管理职能，　建立机制、落实政策、扶持引导、强化服务，形成一整　套高效运作的组织管理体系。　５结语　理者收不到这部分水费，从而影响了发展井渠结合灌　溉的积极性，特别是在非灌溉季节，如何利用地面水　资源，需要在用水管理研究中要认真研究。　第五，要重视投入的设备和技术的潜力得到充分　发挥。本试验投人了一批现代化的监测和控制设备，　发展精准农业是构建和发展农业高效技术体系　的必然选择，而精准控制灌溉技术又是精准农业中最　重要的一部分。因此，研究切合实际的精准控制灌溉　技术及相关设施势在必行，它代表着２ｌ世纪未来农　业发展的趋势和方向，将会对农业的发展产生巨大的　推动作用。　［作者简介］牛永华（１９７９一），女，２００２年毕业于山西农业　大学土壤与农业化学专业，工程师。　并应用了许多先进技术，实际利用的时间还并不长，　应在运行管理中进一步完善取得的成果，使之具有的　潜力得到充分发挥，但这些设备需要的运行费用和管　理人员，试验结束就有可能使昂贵的设施停止运行。　４．２建议　［收稿日期］２０１０—０６—２６；［修回日期］２０１０—０７—２９　第一，加大节水宣传力度。节水是全社　会的事，必须加大节水宣传力度，要利用新　闻媒体，采取多种形式，广泛深入地宣传我　国水资源紧缺的严重状况和节约用水的重　大意义，增强全社会珍惜水、节约水、保护水　的意识，提高公众支持和参与节水的自觉性　和主动性。　第二，增加节水资金投人。要建立国家　节水发展基金，从供水增容费、水资源费、污　水处理费、矿山排水费等项费用中筹集一定　比例的资金，集中用于节水工程建设和监控　设施建设。要采取节水专项奖励、财政贴息、　减免有关事业性收费等办法，支持节水技术