精确灌溉技术现状及未来发展

1、精确灌溉技术现状及未来发展    核心提示：1 农业精确灌溉技术 作物精确控制灌溉技术兴起于20 世纪80 年代后期，目前，对精确灌溉技术还没有统一的定义，但一般认为：精确灌溉是以大田耕作为基础，按照作物生长过程的要求，通过现代化监测手段，对作.1 农业精确灌溉技术    作物精确控制灌溉技术兴起于20 世纪80 年代后期，目前，对精确灌溉技术还没有统一的定义，但一般认为：精确灌溉是以大田耕作为基础，按照作物生长过程的要求，通过现代化监测手段，对作物的每一个生长发育状态过程以及环境要素的现状实现数字化、网络化、智能化监控，同

2、时运用3S 技术及计算机等先进技术实现对农作物、土壤墒情、气候等从宏观到微观的监测预测。根据监控结果，采用最精确的灌溉设施对农作物进行严格有效的施肥灌水，以确保作物在生长过程中的需要，而实现高产、优质、高效和节水灌溉技术。     农业精确灌溉技术是借助于3S 技术遥感（RS）、地理信息系统（GIS） 和全球定位系统（GPS）、这一完整的体系，对农业生产的资源、生产状况、气候和生物性灾害、土壤墒情等进行有效的监测预报，指导人们根据各种变异情况适时、适地采取相应的灌溉方法及操作手段。变过去凭经验进行农事操作为实现智能化的科学管理，以提高农业生产的稳定性和可

3、控程度。2 农业精确灌溉系统的模式  （1）基于自动化、智能化基础上的精确灌溉技术。目前可以实现精确农业灌溉的设施主要按灌水出流方式的不同划分，一般分为4 种形式：滴灌、渗灌、微喷灌、脉冲灌溉。其主要特点都是在植物的株行距之间放置安装了灌水器的聚乙烯（PE）软管以及相应的管道系统组成的网络，通过灌水器以缓慢而精确的流量，向植物的根部直接供水及养料的灌溉方法。其应用范围涉及蔬菜、水果、瓜类、谷物、花卉、棉花、甘蔗、葡萄园和许多其他作物。新的农业精确灌溉技术应在此基础上，按照技术集成和机化程度，增加涉及土壤墒情、肥力、病虫害、作物苗情等的检测、测量和监控，利用地理信息系统进行查询和辅助决

4、策，用精确的灌溉设施及技术实现全自动化控制。实践证明，一个设计完善、安装正确和管理科学的精确灌溉系统，将会带来可观的经济效益。  （2）基于GIS 的田间精确灌溉技术。这种方法是利用地理信息系统(GIS)的数据存储、分析、处理和表达地理空间属性数据功能,通过对田间土壤成分、土层厚度、土壤中氮磷钾及有机质含量、当地历年来的气温、降雨、雷雨大风,以及作物苗情、病虫害信息的监测和预报,建立作物灌溉管理的辅助决策支持系统及投入产出分析模拟模型和智能化专家系统,指导水肥调控,以充分挖掘田间水肥空间变异所隐含的增产潜力。  （3）基于GPS 的精确灌溉技术。全球定位系统（GPS）与智能

5、化的灌溉机械设备，可应用于农田土壤墒情、苗情、病虫害的信息采集，通过电子传感器和安装在田间及移动式灌溉机械上的GPS 系统，指导水肥调控，以充分挖掘田间水肥空间变异所隐含的增产潜力。  （4）基于遥感和遥测的精确灌溉技术。遥感技术在数字农业中将发挥信息采集与动态监测的优势。如气象卫星可提供每天的天气状况信息，测雨雷达，可进行降雨预报，高分变率的陆地遥感卫星可提供及时的信息与预报。遥测技术主要是利用田间信息实时采集装置，涉及土壤水分、肥力、病虫害、作物苗情、误解识别传感器的开发，技术发展的方向将集中于适用化的TDR 土壤水分测量技术、作物苗情的多光谱识别技术、视觉图象处理技术、离子选择

6、场应晶体管与射流测量土壤氮量等。通过完善遥感和遥测技术，结合田间土壤墒情的监测，进行实时灌溉预报，并确定是否需要进行灌溉及灌溉的强度，进一步提高用水的效率。3 精确灌溉技术的实施     精确灌溉技术实际上是一种以信息为基础的农业水管理系统，它利用传感及监测技术可方便、准确、及时、完整地获取当时当地的必要数据，再根据各因素在控制作物生长过程中的作用规律或其相关关系，迅速作出恰当的用水管理决策，进而控制对作物的灌溉水投入或调整程序操作。在精确灌溉系统中，需要在较精细的空间尺度上获取与农作物生长有关的空间分布信息，采用适当的方法对数据进行处理，转变为易理解、

7、可利用、可视化空间分布图信息等。  （1）获取农田作物产量分布信息。获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图是实施精确灌溉的起点，这是环境因素和农田水分管理措施对作物生长相互影响的结果，是实现作物生产过程中科学调控投入和制定用水管理措施的基础。其处理方法是：在收获机械上安装DGPS 卫星定位接收机和流量传感器，收获机以秒确定田间作业的DGPS 天线所在地理位置的经纬度动态坐标数据，流量传感器在设定时间间隔内自动计量、累计产量，从而获得对应小区的空间地理位置数据和小区产量数据。  （2）获取农田环境生物系统信息。农业措施的正确决策，来自对农田环境生物系统的功能、结构和环

8、境的了解，即信息的采集、分析和利用。农田环境生物系统信息主要包括农作物生理功能信息、农作物种植结构信息以及农作物病、虫、杂草等生物信息。   作物生理功能信息。作物群体与个体的生理功能直接决定农作物的生物产量与经济产量。作物地上部分的生理功能主要包括光合速率、光利用率、呼吸强度和叶片的蒸腾作用，它们的时间、空间分布特征是决定农艺措施的重要依据。农作物结构信息。作物的生理功能主要决定于其结构，其中生物组织的宏观结构分成不同层次，与产量有直接关系的主要是作物群体与个体结构。   农作物病、虫、杂草等生物信息。农田作物病虫害发生、流行的状况、危害程度以及发生病

9、虫害的原因，杂草对农作物生产的胁迫作用，这些信息能为农田植保工作提供有利的数据依据。  （3）获取农田土壤信息。农田土壤信息的采集，是从影响作物生长的土壤水分环境条件与营养水平角度获取，以分析产量图显示的产量空间分布差异性，制定有关灌溉、施肥、改土、耕作和种植等分布式定位处方决策。这类信息因其时空变异性可分为两大类。一类为相对稳定、时空变异性较小的土壤信息、如地形坡度、土壤类型结构、磷、钾、SOM，pH 及耕层深度等；一类为时空变异性较的农田土壤信息，如土壤含水率和含氮量等。它们除在施肥、播种或灌溉作业前需进行基本数据的测量和空间分布图制作外，还需要根据生长期进行必要的抽样测量，以便

10、适时调控投入。其中土壤含水率快速采集传感技术，在20 世纪末期发展较快，目前基于微波测量技术的时域反射法土壤水分快速测量仪，在节水农业实验研究中已大量应用。4 精确灌溉技术的未来发展    精确农业是现代农业发展的必然结果。近年来，作为精确农业的重要组成部分，精确灌溉技术已成为超前的灌溉新技术，是农业水管理信息化技术的重要内容，它以其合理农业水土资源提高农作物产量、降低生产成本、改善生态环境等优点，成为对国际学术界最富有吸引力的前沿性研究领域之一。     目前全世界不到2%的水浇地开始使用这项技术。我国对精准灌溉技术的开发研制工作起步较晚，目前只有少数科研院所