精確灌溉技術現(xiàn)狀及未來發(fā)展

1、精確灌溉技術現(xiàn)狀及未來發(fā)展    核心提示：1 農(nóng)業(yè)精確灌溉技術 作物精確控制灌溉技術興起于20 世紀80 年代后期，目前，對精確灌溉技術還沒有統(tǒng)一的定義，但一般認為：精確灌溉是以大田耕作為基礎，按照作物生長過程的要求，通過現(xiàn)代化監(jiān)測手段，對作.1 農(nóng)業(yè)精確灌溉技術    作物精確控制灌溉技術興起于20 世紀80 年代后期，目前，對精確灌溉技術還沒有統(tǒng)一的定義，但一般認為：精確灌溉是以大田耕作為基礎，按照作物生長過程的要求，通過現(xiàn)代化監(jiān)測手段，對作物的每一個生長發(fā)育狀態(tài)過程以及環(huán)境要素的現(xiàn)狀實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化監(jiān)控，同

2、時運用3S 技術及計算機等先進技術實現(xiàn)對農(nóng)作物、土壤墑情、氣候等從宏觀到微觀的監(jiān)測預測。根據(jù)監(jiān)控結果，采用最精確的灌溉設施對農(nóng)作物進行嚴格有效的施肥灌水，以確保作物在生長過程中的需要，而實現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)水灌溉技術。     農(nóng)業(yè)精確灌溉技術是借助于3S 技術遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS） 和全球定位系統(tǒng)（GPS）、這一完整的體系，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源、生產(chǎn)狀況、氣候和生物性災害、土壤墑情等進行有效的監(jiān)測預報，指導人們根據(jù)各種變異情況適時、適地采取相應的灌溉方法及操作手段。變過去憑經(jīng)驗進行農(nóng)事操作為實現(xiàn)智能化的科學管理，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可

3、控程度。2 農(nóng)業(yè)精確灌溉系統(tǒng)的模式  （1）基于自動化、智能化基礎上的精確灌溉技術。目前可以實現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)灌溉的設施主要按灌水出流方式的不同劃分，一般分為4 種形式：滴灌、滲灌、微噴灌、脈沖灌溉。其主要特點都是在植物的株行距之間放置安裝了灌水器的聚乙烯（PE）軟管以及相應的管道系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡，通過灌水器以緩慢而精確的流量，向植物的根部直接供水及養(yǎng)料的灌溉方法。其應用范圍涉及蔬菜、水果、瓜類、谷物、花卉、棉花、甘蔗、葡萄園和許多其他作物。新的農(nóng)業(yè)精確灌溉技術應在此基礎上，按照技術集成和機化程度，增加涉及土壤墑情、肥力、病蟲害、作物苗情等的檢測、測量和監(jiān)控，利用地理信息系統(tǒng)進行查詢和輔助決

4、策，用精確的灌溉設施及技術實現(xiàn)全自動化控制。實踐證明，一個設計完善、安裝正確和管理科學的精確灌溉系統(tǒng)，將會帶來可觀的經(jīng)濟效益。  （2）基于GIS 的田間精確灌溉技術。這種方法是利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的數(shù)據(jù)存儲、分析、處理和表達地理空間屬性數(shù)據(jù)功能,通過對田間土壤成分、土層厚度、土壤中氮磷鉀及有機質(zhì)含量、當?shù)貧v年來的氣溫、降雨、雷雨大風,以及作物苗情、病蟲害信息的監(jiān)測和預報,建立作物灌溉管理的輔助決策支持系統(tǒng)及投入產(chǎn)出分析模擬模型和智能化專家系統(tǒng),指導水肥調(diào)控,以充分挖掘田間水肥空間變異所隱含的增產(chǎn)潛力。  （3）基于GPS 的精確灌溉技術。全球定位系統(tǒng)（GPS）與智能

5、化的灌溉機械設備，可應用于農(nóng)田土壤墑情、苗情、病蟲害的信息采集，通過電子傳感器和安裝在田間及移動式灌溉機械上的GPS 系統(tǒng)，指導水肥調(diào)控，以充分挖掘田間水肥空間變異所隱含的增產(chǎn)潛力。  （4）基于遙感和遙測的精確灌溉技術。遙感技術在數(shù)字農(nóng)業(yè)中將發(fā)揮信息采集與動態(tài)監(jiān)測的優(yōu)勢。如氣象衛(wèi)星可提供每天的天氣狀況信息，測雨雷達，可進行降雨預報，高分變率的陸地遙感衛(wèi)星可提供及時的信息與預報。遙測技術主要是利用田間信息實時采集裝置，涉及土壤水分、肥力、病蟲害、作物苗情、誤解識別傳感器的開發(fā)，技術發(fā)展的方向?qū)⒓杏谶m用化的TDR 土壤水分測量技術、作物苗情的多光譜識別技術、視覺圖象處理技術、離子選擇

6、場應晶體管與射流測量土壤氮量等。通過完善遙感和遙測技術，結合田間土壤墑情的監(jiān)測，進行實時灌溉預報，并確定是否需要進行灌溉及灌溉的強度，進一步提高用水的效率。3 精確灌溉技術的實施     精確灌溉技術實際上是一種以信息為基礎的農(nóng)業(yè)水管理系統(tǒng)，它利用傳感及監(jiān)測技術可方便、準確、及時、完整地獲取當時當?shù)氐谋匾獢?shù)據(jù)，再根據(jù)各因素在控制作物生長過程中的作用規(guī)律或其相關關系，迅速作出恰當?shù)挠盟芾頉Q策，進而控制對作物的灌溉水投入或調(diào)整程序操作。在精確灌溉系統(tǒng)中，需要在較精細的空間尺度上獲取與農(nóng)作物生長有關的空間分布信息，采用適當?shù)姆椒▽?shù)據(jù)進行處理，轉變?yōu)橐桌斫狻?/p>

7、可利用、可視化空間分布圖信息等。  （1）獲取農(nóng)田作物產(chǎn)量分布信息。獲取農(nóng)作物小區(qū)產(chǎn)量信息，建立小區(qū)產(chǎn)量空間分布圖是實施精確灌溉的起點，這是環(huán)境因素和農(nóng)田水分管理措施對作物生長相互影響的結果，是實現(xiàn)作物生產(chǎn)過程中科學調(diào)控投入和制定用水管理措施的基礎。其處理方法是：在收獲機械上安裝DGPS 衛(wèi)星定位接收機和流量傳感器，收獲機以秒確定田間作業(yè)的DGPS 天線所在地理位置的經(jīng)緯度動態(tài)坐標數(shù)據(jù)，流量傳感器在設定時間間隔內(nèi)自動計量、累計產(chǎn)量，從而獲得對應小區(qū)的空間地理位置數(shù)據(jù)和小區(qū)產(chǎn)量數(shù)據(jù)。  （2）獲取農(nóng)田環(huán)境生物系統(tǒng)信息。農(nóng)業(yè)措施的正確決策，來自對農(nóng)田環(huán)境生物系統(tǒng)的功能、結構和環(huán)

8、境的了解，即信息的采集、分析和利用。農(nóng)田環(huán)境生物系統(tǒng)信息主要包括農(nóng)作物生理功能信息、農(nóng)作物種植結構信息以及農(nóng)作物病、蟲、雜草等生物信息。   作物生理功能信息。作物群體與個體的生理功能直接決定農(nóng)作物的生物產(chǎn)量與經(jīng)濟產(chǎn)量。作物地上部分的生理功能主要包括光合速率、光利用率、呼吸強度和葉片的蒸騰作用，它們的時間、空間分布特征是決定農(nóng)藝措施的重要依據(jù)。農(nóng)作物結構信息。作物的生理功能主要決定于其結構，其中生物組織的宏觀結構分成不同層次，與產(chǎn)量有直接關系的主要是作物群體與個體結構。   農(nóng)作物病、蟲、雜草等生物信息。農(nóng)田作物病蟲害發(fā)生、流行的狀況、危害程度以及發(fā)生病

9、蟲害的原因，雜草對農(nóng)作物生產(chǎn)的脅迫作用，這些信息能為農(nóng)田植保工作提供有利的數(shù)據(jù)依據(jù)。  （3）獲取農(nóng)田土壤信息。農(nóng)田土壤信息的采集，是從影響作物生長的土壤水分環(huán)境條件與營養(yǎng)水平角度獲取，以分析產(chǎn)量圖顯示的產(chǎn)量空間分布差異性，制定有關灌溉、施肥、改土、耕作和種植等分布式定位處方?jīng)Q策。這類信息因其時空變異性可分為兩大類。一類為相對穩(wěn)定、時空變異性較小的土壤信息、如地形坡度、土壤類型結構、磷、鉀、SOM，pH 及耕層深度等；一類為時空變異性較的農(nóng)田土壤信息，如土壤含水率和含氮量等。它們除在施肥、播種或灌溉作業(yè)前需進行基本數(shù)據(jù)的測量和空間分布圖制作外，還需要根據(jù)生長期進行必要的抽樣測量，以便

10、適時調(diào)控投入。其中土壤含水率快速采集傳感技術，在20 世紀末期發(fā)展較快，目前基于微波測量技術的時域反射法土壤水分快速測量儀，在節(jié)水農(nóng)業(yè)實驗研究中已大量應用。4 精確灌溉技術的未來發(fā)展    精確農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然結果。近年來，作為精確農(nóng)業(yè)的重要組成部分，精確灌溉技術已成為超前的灌溉新技術，是農(nóng)業(yè)水管理信息化技術的重要內(nèi)容，它以其合理農(nóng)業(yè)水土資源提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點，成為對國際學術界最富有吸引力的前沿性研究領域之一。     目前全世界不到2%的水澆地開始使用這項技術。我國對精準灌溉技術的開發(fā)研制工作起步較晚，目前只有少數(shù)科研院所