智能化设施农业节水灌溉控制...探析——以丘陵地带稻田为例_吕崇贵.pdf
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1、23农 业 装 备农业开发与装备 2023年第5期智能化设施农业节水灌溉控制系统探析以丘陵地带稻田为例吕崇贵,李龙(中南林业科技大学,湖南长沙 410000)摘要:随着现代社会生产力不断提升,科学技术持续进步,农业生产及管理中对科技的应用也越来越重视。基于资源有限和科学种植的思想,在农业节水灌溉中应用智能化设施系统,可以在提升农业种植水平的基础上减少水资源浪费。阐述了智能化农业节水灌溉控制系统的基本概念及研究应用价值,结合丘陵地带稻田的实际生产管理现状,对智能化设施农业节水灌溉控制系统的设计应用要点进行了探究。关键词:智能化设施;农业节水灌溉;丘陵;稻田0 引言进入21世纪,我国作为农业大国在
2、农业生产领域中投入了大量的现代科技,促进了农业产业的快速发展。在农业生产管理中,灌溉是很重要的内容,科学灌溉对提升农作物产量和质量至关重要。随着现代科技的发展,信息化、数字化等技术在农业生产管理领域中逐步得到广泛应用,其中智能化设施农业节水灌溉控制系统就是突出的代表。在我国广袤的土地上,不同地区农作物生长环境存在巨大差异,意味着需要对智能化设施农业节水灌溉控制系统的设计应用方式进行针对性研究,以进一步提升其实用性。1 智能化设施农业节水灌溉控制系统概述1.1 系统概念智能化灌溉系统主要是指能够根据农作物种类、生长状态以及环境特征对灌溉量、灌溉方式等进行智能化控制的系统,该系统主要由中央控制器、
3、灌溉装置、传感器、数据传输系统等构成。在新形势下,智慧化农业生产成为相关领域研究的重点,而针对灌溉环节所设计、研发、应用的智能装置,能够进一步实现科学灌溉和水稻种植,提高农业生产质量和产量1。目前,在智能化设施农业节水灌溉控制系统研究领域中,智能化技术主要包括以下几种:第一,专家系统。专家系统是一种基于知识库、模拟人脑思维方式的计算机软件系统,其通过计算机软件和数据库将人们生产活动中积累的经验和研究的成果,制定相应的规则和运行逻辑。当系统获得原始数据后,会进行一系列的运算和分析,做出专家级的判断和决定。在智能化设施农业节水灌溉控制系统中,专家系统主要是基于多个维度的农业专家知识,通过模拟农业专
4、家的种植管理方式,对农作物进行科学灌溉。例如,基于当下的农业科技研究成果及经验,专家系统对各种水稻不同生长阶段需水量的分析,再结合各类传感器获取的当下气候环境信息,自动控制灌溉系统的灌溉量和灌溉时间,可以更大程度上提升种植质量2。第二,微机测控。微机测控技术主要是利用计算机软件、传感器、监测装置和通信技术,对农作物及土壤、空气、温度等方面条件进行实时监测分析,再通过通信系统对灌溉装置进行精准控制的综合性智能技术。在现代农业科技领域中,微机测控技术除了更讲究科学种植以外,其最大的优势在于能够实现对水资源的合理利用,减少水资源浪费。例如,在以色列这样科技发达,但自然条件较差的国家,在农业领域就大量
5、应用了微机测控灌溉技术。通过在种植区域布置大量的传感器检测矩阵,实时采集水稻植株、土壤及空气的湿度、温度、光照、蒸腾量等参数,上传至微机系统进行处理,再将处理结果上传至上位机,通过中央控制系统或技术人员进行判断,精准控制灌溉时机和数量3。总体来讲,现代智能化设施农业节水灌溉控制系统的基础是计算机、数据库、通信系统等,而专家系统、微机测控系统则是其实现智能化灌溉的关键所在。1.2 应用价值如今,我国社会经济发展迅速,构建高质量发展模式是党中央对各行各业提出的新要求,而技术创新优化,则是实现产业高质量发展的关键。在农业种植领域,得益于现代农业、生物科技的发展,农业种植质量及产量都达到了较高水平。在
6、此背景下,如24农 业 装 备农业开发与装备 2023年第5期何在保证农业种植产量、质量的基础上,减少环境污染、节约水资源,是农业种植及管理者需要思考的重点问题。相较于传统依靠人工或大面积铺设节水设施的方式,利用智能化控制系统,可以减少人员专业水平、经验储备、职业素质、工作状态对节水效果的影响。关于智能化设施农业节水灌溉控制系统的研发,是一个从自动化、信息化、数字化向智能化方向发展的过程,在探索和实践过程中,农业种植管理人员也能够在技术模式的影响下,不断创新思路、优化工作模式。显然,智能化设施农业节水灌溉控制系统的应用,不仅能够更精准地根据农作物需水量进行灌溉,减少浪费,同时还能减轻农业种植管
7、理者的工作压力。从一个地区乃至全国的农业发展角度来看,智能化节水灌溉控制系统将是智慧农业系统的重要组成部分,无论是实际应用中通过精准控制带来的种植水平提升,还是采集的各类关键数据信息,都将为农业种植管理技术及相关研究学科的进一步发展提供重要依据。例如,一个地区的水稻种植产业全面配置了智能化农业节水灌溉控制系统,将会给当地农业农村部门提供实时的灌溉及作物生长情况信息。基于此,管理部门可以联合当地农业推广、农产品销售等部门或企业,做好相应的工作准备,以便打造更为科学、准确、有效的水稻产业链。2 智能化设施农业节水灌溉控制系统的设计思路2.1 稻田土壤水分测量2.1.1 测量方法。土壤是水稻获取营养
8、及水分的主要来源,土壤水分含量将直接影响水稻的生长发育。因此,在设计智能化农业节水灌溉控制系统时,关于土壤水分的测量很重要。目前业界关于土壤水分检测的方法主要分为直接检测法和间接检测法两大类,前者是通过干燥处理或化学方法直接测出土壤的绝对含水量,而后者则是通过测量土壤水分变化有关的物理量来判断其含水量情况。具体来讲,在智能化农业节水灌溉控制系统中,可以用到的土壤水分测量方法有中子仪法、电阻法、频域反射仪法、烘干法等,其中中子仪法、电阻法等方法可以通过相关仪器快速测量土壤的水分情况,满足智能化监测控制系统的功能需求8。例如,中子仪通过快中子辐射源和热中子探测器,在土壤水中的氢元素的作用下,慢中子
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