智慧灌溉两手抓，节水、灌溉顶呱呱

出品：科普中国

制作：刘战东（中国农业科学院农田灌溉研究所）

监制：中国科学院计算机网络信息中心

我们都知道，作物在不同发育阶段需水量不同，传统农作方式只凭经验判断、人力手动浇地，不仅浪费水资源，还占用劳动力。

而现在，我们只要看一眼屏幕，就知道作物是否需要“喝水”、施肥。手指轻轻点击遥控装置，水就能通过遍布田间的各式管网输送到种植区，以不同方式给植物“喂水喝”。这样既能根据需求灌水，又能节约水资源，这就是智慧灌溉的基本操作。

△图片来源：veer图库

精准农业灌溉管理是什么？

精准农业灌溉管理按照作物生长过程的需求，通过现代化的监测手段，对作物的生长发育状态过程以及环境要素现状实现数字化、网络化、可视化、智能化监控。其监控内容包括土壤水分、作物生长发育状况、气象条件等，宏观到微观进行监测预测，根据监控结果结合作物需水规律，采用最精准的灌溉设施（比如滴灌、微喷灌等）对作物进行严格有效的灌水，以确保作物在生长过程中的需要，从而获得高产、优质的作物。

△精准灌溉管理示意图（图片来源：作者提供）

以苹果为例，苹果树是需水量较大的乔木，土壤含水率直接影响苹果的产量和质量。利用基于物联网与专家系统的果园精准灌溉系统，自动采集苹果园温湿度、光照强度等环境信息，通过网络将数据包上传到云服务器，专家系统根据采集到的环境数据和决策数学模型，实现需水量预测，结合气象数据作出灌溉决策并将决策结果反馈到灌溉控制模块。此外，还可以根据苹果树不同生长期调节设定灌溉阈值，倘若土壤含水率低于下限阈值则进行灌溉，高于上限阈值停止灌溉。

目前，精准灌溉管理技术应用范围已涉及水果、蔬菜、瓜类、谷物、花卉等多种作物。

为啥要精准灌溉？

首先，精准灌溉可保障作物需要的时间、地点上供水，做到定时定量的补给，为作物提供良好的生长环境，以此提高和改善作物的产量和品质。

其次，精准灌溉管理可以节约保护水资源。精准灌溉只提供作物生长所需的用水量，最大限度地减少了由于土壤蒸发、深层渗漏和地表径流所造成的灌溉水损失，大大避免了水资源的浪费。同时也最大限度地减轻了由深层渗漏和地表径流所造成的农药、化肥的渗漏带来的地下水资源污染，合理保护了水资源与生态环境。

最后，精准灌溉管理采用先进的土壤、作物及气象信息监测、预报，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，实现真正意义上的农业节水灌溉。实践证明，一个设计完善和管理科学的精准灌溉系统，将会带来可观的经济效益。

比如，在华北平原地下水超采区利用精准灌溉技术，可使灌区管理部门做好灌溉供水调度方案，显著提高区域水源灌溉调度的科学性和实效性，使农田得到及时、适量地灌溉，为粮食作物丰产稳产提供了良好的保障。同时精准灌溉技术减少了灌溉过程中的水源浪费。据河北、河南等多地的实际监测，冬小麦-夏玉米轮作系统灌溉用水量平均降低60-75m3/亩，冬小麦和夏玉米产量平均提高10%以上，水分利用效率提高了15%-30%，经济、生态和社会效益显著。

农田精准灌溉的好帮手们

农田精准灌溉中常常会借助地理信息系统、定位系统、遥感监测技术和田间精准灌溉设施来实现自动化、智能化管理。

地理信息系统可以为作物精准灌溉管理提供基础数据查询和辅助决策。它是一款地理空间属性数据的计算机软件平台。如果我们打算在一块地上种玉米时，就可以借助地理信息系统，来分析这块地的质地、有没有营养，甚至可以知道这块地历年来的气象信息、作物苗情，以往病虫害趋势等。

△麦田土壤水分实时监测设备（图片来源：作者提供）

不要提到定位系统就只想到出行，其实它在农业实施过程中异常重要。一方面定位系统可以将农田各种信息给予精确定位，输入地理信息系统，另一方面也可以指挥农机行走，按照使用者制定的空间实施农业生产。

遥感技术在精准灌溉中也将发挥信息采集与动态监测的优势。我们都知道，农业是“看天吃饭”。“天”指的是气候条件、土壤条件和生长环境，以前农业生产只能凭人眼来判断，而遥感技术的出现代替了人眼。利用多种实时采集装置，遥感技术就可以“看到”天气、土壤水分、肥力、病虫害、作物苗情等各种信息啦。

有了各种各样的数据，我们还需要将水送去田间，这时候就需要用到灌溉设备了，有滴灌、渗灌、微喷灌、脉冲灌溉等，这些灌水器都连接在田间布设的灌水管上，为的是向植物的根部直接供水，差别就在于水流出的方式不同，使用者只需根据作物生长的不同需求安装合适灌水器和适当密度的灌水管就可以了。

△麦田实施精准喷灌（图片来源：作者提供）

精准灌溉用各种技术来判断与农作物生长有关的信息，并在此基础上确定是否需要进行灌溉及需要灌溉的用水量，以进一步提高水资源的利用效率，提升作物品质，实现农业节水化。

节水灌溉是我国战略性、方向性的大事。只有发展好灌溉的现代化建设，才能真正地保证国家的口粮、食品安全，促进乡村振兴和绿色发展。