水肥一体化农业智能灌溉系统研究_朱亮

在农业生产过程当中应用水肥一体化智能灌溉系统，不但可以大幅提高灌溉效率，改善传统灌溉方式存在的不足，精准控制农药化肥用量，减少成本投入，提高经济效益，而且还能控制和减少对生态的不利影响。 所以对水肥一体化农业智能灌溉系统进行推广应用， 不仅能够有效转变传统农业生产过程当中粗放式的灌溉方式，还能有效增强水肥利用率，达到节水节肥的良好效果，推动农业转型升级，为农业持续健康发展奠定坚实的基础[1]。

1 水肥一体化智能灌溉系统概述

水肥一体化智能灌溉系统将灌溉和施肥融于一体。通过压力系统，根据农作物的种类和土壤养分情况，把液体肥料以及可溶性的固体肥料，配制成肥液和灌溉水，通过管道进行灌溉与施肥，确保水量和肥料的定量施用，并充分考虑不同农作物及其不同生长期， 科学设计供水供肥量，促进作物持续健康生长[2]。

2 水肥一体化智能灌溉系统组成

随着科学技术的高速发展， 水肥一体化智能灌溉系统近年来得到巨大提升， 该系统符合当前节水高效农业发展趋势。 该系统将水肥一体化系统和物联网系统充分融合，及时全面地进行数据采集与决策，具有很高的技术含量和实用性，可定时定量进行灌溉与施肥，如图 1 所示。

图 1 水肥一体化智能灌溉系统组成

作者简介：朱亮（1986—），男，四川乐山人，本科，农艺师，研究方

向为智慧设施农业及农业节水灌溉。

1） 水源系统：水库、水井、江河、湖泊、渠道可作为水源，但水质必须要符合灌溉要求。 为了使水源得到充分利用，需要修建引水、蓄水以及提水工程，同时配合输配电系统，构建完善的水源系统。

2） 首部枢纽系统：水泵以及流量压力监测设备、过滤器、施肥设备与压力保护装置是系统的主要组成部分。 该系统是水肥一体化智能灌溉系统的重要驱动力，发挥着重要的检控与调控作用，是整个系统的调控中心。

3） 施肥系统：包括混合肥料溶液系统以及灌溉系统。混合肥料系统主要由肥料罐、电磁阀、施肥器、控制器、混合罐、 传感器和混合泵组成。 灌溉系统主要包括灌溉泵、过滤器、控制器以及田间灌溉网、稳压阀、灌溉电磁阀。

4） 输配水管网系统：主要包括干管、支管以及毛管， PVC 管材是干管的主要材料，PE 管是支管的主要材料。依照流量分级配置管径，当前应用的毛管多是边缝迷宫式滴灌带以及内镶式滴灌带； 并运用铁制构件的大口径阀门， 干管以及分支管首部设置进水口闸阀，球阀设置于支管与辅管进水口部位。 输配水管网把首部经过处理的水向灌水器以及灌水单元输送。 毛管为微灌系统末一级管道，主要作为滴灌管。

5） 无线阀门控制器：对田间工作站指令进行接收，并进行实施。 无线阀门控制器直接连接管网上的电磁阀，接收田间工作站指令之后，调控电磁阀开闭，并采集田间信息，将信息上传到田间工作站。 多个电磁阀均可由一个阀门控制器进行控制。 田间灌溉过程当中电磁阀是重要的控制阀门，根据田间节水灌溉设计轮灌组，来对电磁阀进行划分，并对其安装位置与个数进行确定。

6） 灌水器系统：根据微灌灌水流量的大小，一次灌水需要较长的时间，而灌水周期较短，工作过程当中压力要求不高，可以精确控制灌水量，可以将水分养分向作物根部周围的土壤输送[3]。

3 水肥一体化智能灌溉系统架构

3.1 功能特点

3.1.1 信息采集

1） 如采集光照、温湿度、降雨量、风速、导向、气压、光

合有效辐射等监控设备信息， 以及对作物生长环境参数进行采集，对农作物生长情况进行全面把握，农作物生长过程当中由于上述因素受到限制，用户可及时做出反应， 采取相应的措施进行应对。

2） 运用气压、风向、风速、雨量传感器，对各种气象信息进行全面收集，如果超出正常值，用户便可采取一些措施进行应对，减少自然灾害带来的影响。

3） 对土壤、温度、水分及其水位进行检测，确保灌溉的合理性，减少水源浪费，避免大量进行灌溉引发土壤养分流失。

4） 对 pH 值、溶氧、氮磷钾等信息进行检测。 这样做是为了对土壤养分情况进行系统检测， 对水田施肥进行科学指导，增加其产量，以免由于施肥过量，导致环境出现问题。

3.1.2 作物生长区域视频监控

合理安装摄像机，借助同轴视频电缆向主机传输监控图像，实时获取植物生长情况信息。 这样，监控中心通过互联网就可对作物实际生长情况进行全面了解，并有针对性地开展病虫害防治，同时监控园区大棚，如图 2 所示。

图 2 水肥一体化智能灌溉系统模拟图

3.2 报警系统

主要是将各个传感器在主机系统上进行相应的范围设定，如地面、水源、地下及地下水等信息数据超出设定范围之后， 系统便可通过弹出主机界面或者手机短信的形式警告用户， 用户借助视频监控设备对农作物情况进行监控，并采取有效的措施进行应对。

3.3 智能控制

田间农作物生长情况数据传回智能控制中心并进行分析之后， 便可通过系统对灌溉设备接下来的动作进行控制。

3.4 软件平台

软件端可以实时远程查看相关数据， 开展自动化控制，还具有强大的预警功能。

4 重要作用

农业智能灌溉系统有利于节水节肥， 能定时定量对农作物进行灌溉施肥工作，增加农作物产量与品质，减少

时间和人力的投入，科学控制温湿度，对于后续生产种植

具有非常重要的促进作用[4]。

5 成本效益分析

一直以来，在农业生产过程当中，推广应用水肥一体化智能灌溉系统速度相对缓慢，这是由于广大农业生产者以及参与者在计算成本以及效益时， 只看重短期效益，或者没有对成本收益进行全面系统的分析，相关设备以及服务成本表面上来看很高。 因此，广大农户以及小型的农场经营者， 很难投入成本引入水肥一体化智能灌溉系统，或者不愿意投入[5]。 然而，水肥一体化智能灌溉系统应用于农业生产实际提供的新型生产方式，可以在不改变成本的同时， 对更多的土地进行经营管理。 美国相关专家指出， 在农业生产实际应用水肥一体化智能灌溉系统，可以大幅减少农业生产过程当中的费用投入， 每亩能够节约 15 美元左右，而且将该系统应用于农业生产实际还能使化肥应用量减少 10%左右[6]。

6 结语

在农业生产过程当中推广应用水肥一体化智能灌溉 系统，与国家倡导的节水型农业发展以及智慧农业发展理念相符， 有利于推动农业规模化经营。 从技术层面分析， 目前水肥一体化智能灌溉系统已经达到智能化操控的效 果。 从经济层面分析，在农业生产过程当中推广应用水肥一体化智能灌溉系统，有利于控制和减少人力以及农资成本方面的投入，还能使水肥利用率进一步提高，促进生产效率提升。 另外，其对农业生产过程当中的自然灾害带来的影响具有很好的制约作用，增进农业生产效益，有利于绿色农业的持续健康发展。 特别是对于四川省复杂的农业自然条件，大力推广应用水肥一体化智能灌溉系统，可以有效缓解当地农业生产过程当中水资源地理时空分布不 均的问题，促进水资源的科学开发和利用，提高肥效，减少肥料应用量，有效应对日益恶化的种植环境问题。 因此，四川省在农业生产实际当中应大力推广和应用水肥一体化 智能灌溉系统，普及科学技术，实现农业现代化、规模化发展，打造智慧农业，为农业持续健康发展奠定坚实的基础。参考文献：

[1] 冯淑萍，姚青云.宁夏农村饮水安全工程 UPVC 管经济流速

确定[J].宁夏工程技术，2015，14(2)：138-140+145.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 微灌工程技术规范：

GB/T50485-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 农业部办公厅关于印发《推进水肥一体化实施方案(2016— 2020 年)》的通知[J]. 中华人民共和国农业部公报，2016(5)： 29-33.

[4] 吕途.基于物联网的水肥一体化智能灌溉系统研究[D].郑州：

华北水利水电大学，2019.

[5] 叶连桥.农田水利灌溉系统滴灌工程设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013（7）：1-4.

[6] 夏明华，吕忠良，王江涛.大田作物滴灌喷灌共用系统设计[J].

安徽农业科学，2010，38(31)：17840-17841.