科普中国-科普融合创作与传播 2021-09-23
出品：科普中国
制作：吕谋超（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
为保证国家的口粮、食品安全，促进乡村振兴和绿色发展，国家正在积极推动高标准农田建设、高效节水建设和灌区现代化建设与改造。发展低能耗、高质量、多功能、方便管理的智慧灌溉，将是节水灌溉行业未来的方向。
图片来源：Veer图库
在各地高标准农田、灌区改造、高效节水项目中，虽已经建设了一些工程，但当前发展极不均衡，仍存在技术设计不合理、施工监管不到位、采用设备质量参差不齐、后续运行维护费用不足等问题。
因此，需要从技术、设备上规范灌溉产业的自动化、智能化，让企业与政府一同合力发展。
灌溉产业技术向自动化、智能化发展
科学家们在技术上不断创新，促进了节水灌溉朝着精准化、自动化、智能化方向发展。
例如，集成信号传输技术、控制技术，创制完善灌溉决策控制理论与技术；促进以粮食、棉花、油菜、茶叶、果树等大田作物和蔬菜、花卉、食用菌等设施园艺作物等产业，发展不同生态类型区的节水灌溉智慧化技术模式。
优化首部、管道、过滤器、电磁阀、配水器等关键部件，应用工程控制技术和信息管理技术，开展集成创新，形成多要素一体化的智能灌溉技术系统，实现水、肥、药智能化精准施用。
在河南新乡，中国农业科学院农田灌溉研究所开发了智能灌溉管理云平台，将土壤墒情传感器、水肥一体化机、作物需水需肥知识库、灌溉决策模型、天气预报、GIS、视频监测、农事记录、数据统计分析与可视化等有机融合。
利用高效灌溉工程技术，该平台实现了从水源到田间、从土壤到作物的全过程水情监测和智能化水肥管理。该平台已经在河南省信阳部分茶园、河北省阜平县自动化灌溉工程等地得到应用。
智能灌溉水肥一体化系统（图片来源：灌溉所蔡九茂制作）
多技术融合发展助力节水灌溉
除了技术创新方面，现代化的高效节水灌溉需要精准灌溉专用设备，也需要应用新材料、新技术、新工艺，研发新设备或解决卡脖子的技术难题。
节水灌溉设备涉及的范围很大，有不少是通用的建筑材料和机电设备，也有一定的专用设备，需要根据市场行业需求和整体技术的进步来研发。
多学科交叉融合是创制这些专用设备的重要方法，如创制一批高性能、高可靠性的水、土、肥、气、药、作物的信号采集装备、终端控制设备；结合新材料、新工艺，提高喷头旋转部件的耐久性、补偿式灌水器弹性膜的耐老化性、精准控制阀门的可靠性。
还需应用新技术，改善长流道灌水器的结构，解决管网与灌水器的泥沙沉积堵塞问题；运用大数据和信息化手段，研发空天地一体的监测与预报技术，创制实时在线监测水肥浓度的电子设备以及水肥耦合的精准灌溉施肥制度等。
灌区是我国粮食作物生产的主战场、也是保障口粮安全的重要保障，利用先进的信息技术、工程技术，实施灌区田间精准灌溉、渠系精准量测及用水全过程优化管理，构建灌区智慧用水决策服务平台和生态灌区建设评价指标体系，可提升灌区节水灌溉工程的效益，提高灌区水资源的利用效率，促进灌区绿色可持续发展。
甘肃省榆中县三电灌区自动量水设施（图片来源：作者）
多方主体齐使劲
我国地域广阔，各地自然条件和经济条件差异较大，有关节水灌溉设备产品类别、档次多元化的趋势明显，这种多元化需求为材料设备产业提供了更为广阔的发展空间。节水灌溉的发展离不开技术与设备，更离不开背后的生产者和管理者。
企业目前正成为产品设备创制、规模化生产、节水灌溉工程建设的主体。企业能够联合高校科研单位技术力量，成立各类协会、联盟、创新中心、研发中心等社会组织，在节水灌溉产业发展中日益发挥重要作用。
土地流转速度的加快，为节水灌溉发展带来了新的机遇。劳动力价格的提升与农业灌溉用水量的短缺，使得节水灌溉省工节水的优势得到更广泛的重视；土地托管等规模化集约经营模式也助推了节水灌溉技术的应用。
现代化灌溉设备（图片来源：中国农业科学院农田灌溉研究所）
政府主管部门在节水灌溉工程建设过程中，应建立建全有关质量认证工作，更加重视市场投融资机制，以及工程建成后的运行管理维护机制的构建、评估，提高政府、社会资金的使用效率，保障节水灌溉工程社会环境效益的实现，引导企业公平竞争。
同时，企业也要加强行业自律，做到规范生产、规范施工，避免不公平竞争造成低劣产品充斥市场，优质不能优价，最终用户深受其害。
可以预见，节水灌溉正朝着资源节约、环境友好的绿色方向发展，灌溉技术将不断出现多学科交叉、各种单项技术互相渗透等特征。传统灌溉将不断融入生物、计算机、电子信息、高分子材料、大数据、人工智能等一系列学科的高新技术知识，并在农业生产中起到更大的推动作用。
