精確灌溉技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展

1、精確灌溉技術(shù)現(xiàn)狀及未來發(fā)展    核心提示：1 農(nóng)業(yè)精確灌溉技術(shù) 作物精確控制灌溉技術(shù)興起于20 世紀(jì)80 年代后期，目前，對精確灌溉技術(shù)還沒有統(tǒng)一的定義，但一般認(rèn)為：精確灌溉是以大田耕作為基礎(chǔ)，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(shù)    作物精確控制灌溉技術(shù)興起于20 世紀(jì)80 年代后期，目前，對精確灌溉技術(shù)還沒有統(tǒng)一的定義，但一般認(rèn)為：精確灌溉是以大田耕作為基礎(chǔ)，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(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化監(jiān)控，同

2、時(shí)運(yùn)用3S 技術(shù)及計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)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(yù)測。根據(jù)監(jiān)控結(jié)果，采用最精確的灌溉設(shè)施對農(nóng)作物進(jìn)行嚴(yán)格有效的施肥灌水，以確保作物在生長過程中的需要，而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和節(jié)水灌溉技術(shù)。     農(nóng)業(yè)精確灌溉技術(shù)是借助于3S 技術(shù)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(zāi)害、土壤墑情等進(jìn)行有效的監(jiān)測預(yù)報(bào)，指導(dǎo)人們根據(jù)各種變異情況適時(shí)、適地采取相應(yīng)的灌溉方法及操作手段。變過去憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行農(nóng)事操作為實(shí)現(xiàn)智能化的科學(xué)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(chǔ)上的精確灌溉技術(shù)。目前可以實(shí)現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)灌溉的設(shè)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(diǎn)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(yīng)的管道系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)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(shù)應(yīng)在此基礎(chǔ)上，按照技術(shù)集成和機(jī)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(jìn)行查詢和輔助決

4、策，用精確的灌溉設(shè)施及技術(shù)實(shí)現(xiàn)全自動化控制。實(shí)踐證明，一個設(shè)計(jì)完善、安裝正確和管理科學(xué)的精確灌溉系統(tǒng)，將會帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。  （2）基于GIS 的田間精確灌溉技術(shù)。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(dá)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(jī)質(zhì)含量、當(dāng)?shù)貧v年來的氣溫、降雨、雷雨大風(fēng),以及作物苗情、病蟲害信息的監(jiān)測和預(yù)報(bào),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(dǎo)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(shù)。全球定位系統(tǒng)（GPS）與智能

5、化的灌溉機(jī)械設(shè)備，可應(yīng)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(jī)械上的GPS 系統(tǒng)，指導(dǎo)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(shù)。遙感技術(shù)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(dá)，可進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)，高分變率的陸地遙感衛(wèi)星可提供及時(shí)的信息與預(yù)報(bào)。遙測技術(shù)主要是利用田間信息實(shí)時(shí)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(shù)發(fā)展的方向?qū)⒓杏谶m用化的TDR 土壤水分測量技術(shù)、作物苗情的多光譜識別技術(shù)、視覺圖象處理技術(shù)、離子選擇

6、場應(yīng)晶體管與射流測量土壤氮量等。通過完善遙感和遙測技術(shù)，結(jié)合田間土壤墑情的監(jiān)測，進(jìn)行實(shí)時(shí)灌溉預(yù)報(bào)，并確定是否需要進(jìn)行灌溉及灌溉的強(qiáng)度，進(jìn)一步提高用水的效率。3 精確灌溉技術(shù)的實(shí)施     精確灌溉技術(shù)實(shí)際上是一種以信息為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)水管理系統(tǒng)，它利用傳感及監(jiān)測技術(shù)可方便、準(zhǔn)確、及時(shí)、完整地獲取當(dāng)時(shí)當(dāng)?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(guān)關(guān)系，迅速作出恰當(dāng)?shù)挠盟芾頉Q策，進(jìn)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(xì)的空間尺度上獲取與農(nóng)作物生長有關(guān)的空間分布信息，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)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(shí)施精確灌溉的起點(diǎn)，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(jié)果，是實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)過程中科學(xué)調(diào)控投入和制定用水管理措施的基礎(chǔ)。其處理方法是：在收獲機(jī)械上安裝DGPS 衛(wèi)星定位接收機(jī)和流量傳感器，收獲機(jī)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(biāo)數(shù)據(jù)，流量傳感器在設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)自動計(jì)量、累計(jì)產(chǎn)量，從而獲得對應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jì)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(qiáng)度和葉片的蒸騰作用，它們的時(shí)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(jié)構(gòu)信息。作物的生理功能主要決定于其結(jié)構(gòu)，其中生物組織的宏觀結(jié)構(gòu)分成不同層次，與產(chǎn)量有直接關(guān)系的主要是作物群體與個體結(jié)構(gòu)。   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(guān)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(shí)空變異性可分為兩大類。一類為相對穩(wěn)定、時(shí)空變異性較小的土壤信息、如地形坡度、土壤類型結(jié)構(gòu)、磷、鉀、SOM，pH 及耕層深度等；一類為時(shí)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(jìn)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(jìn)行必要的抽樣測量，以便

10、適時(shí)調(diào)控投入。其中土壤含水率快速采集傳感技術(shù)，在20 世紀(jì)末期發(fā)展較快，目前基于微波測量技術(shù)的時(shí)域反射法土壤水分快速測量儀，在節(jié)水農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)研究中已大量應(yīng)用。4 精確灌溉技術(shù)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(jié)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(shù)已成為超前的灌溉新技術(shù)，是農(nóng)業(yè)水管理信息化技術(shù)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(diǎn)，成為對國際學(xué)術(shù)界最富有吸引力的前沿性研究領(lǐng)域之一。     目前全世界不到2%的水澆地開始使用這項(xiàng)技術(shù)。我國對精準(zhǔn)灌溉技術(shù)的開發(fā)研制工作起步較晚，目前只有少數(shù)科研院所