孫晉鍇，高子樂，張子敬，李明慧

（河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學(xué)試驗站，河南 開封 475000）

0 基本情況

豫東地區(qū)位于華北平原南部，全區(qū)99%以上面積為平原，是河南糧食生產(chǎn)的核心區(qū)域。其糧食總產(chǎn)量占河南省的30%，主要以小麥和玉米為主。該區(qū)域為半濕潤半干旱氣候，多年年平均降雨量為654.90 mm，水資源人均占有量僅為524 m3排名位于全國中下游，相對比較匱乏。

1 項目立項背景

河南省豫東水利工程管理局惠北水利科學(xué)試驗站，在豫東地區(qū)對微噴帶新技術(shù)示范推廣，圍繞河南省智慧農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需求，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展趨勢，立足豫東地區(qū)現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的功能定位和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，依托資源優(yōu)勢，采用“物聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)，實現(xiàn)對微噴帶灌溉的自動化、智能化控制，著力打造“農(nóng)民增收、產(chǎn)業(yè)做強、效益明顯、機制創(chuàng)新”的智慧農(nóng)業(yè)微噴帶示范基地。

2 項目技術(shù)來源及優(yōu)勢

2.1 微噴帶技術(shù)來源

推廣技術(shù)主要采用惠北水利科學(xué)試驗站和河南省水利科學(xué)研究院《微噴帶技術(shù)參數(shù)試驗研究與應(yīng)用》中的試驗結(jié)果。在示范田埋設(shè)土壤水分傳感器，根據(jù)當(dāng)前土壤水分值以及目標值，計算實際需水量，根據(jù)作物、果蔬的生理發(fā)育時間、水肥需求規(guī)律，設(shè)定不同的灌溉定額，采取適用的水流量智能調(diào)配組件，根據(jù)水源流量及管道壓力，結(jié)合灌溉的區(qū)塊，進行水量調(diào)配灌溉。

2.2 微噴帶技術(shù)參數(shù)

張芳等研究微噴帶單孔結(jié)構(gòu)、孔洞的布置形式、制造工藝以及在使用過程中微噴帶組合的間距、工作壓力、工作時的風(fēng)速、風(fēng)向、工作場地的坡度等都會對微噴帶的噴灑均勻度產(chǎn)生影響。其中，風(fēng)速和風(fēng)向?qū)ξ妿姙⒕鶆蚨扔绊戄^大，在豫東地區(qū)微噴帶適宜灌溉的風(fēng)速臨界值為2.50 m/s。對微噴帶材質(zhì)、管徑、出水孔布設(shè)方式等方面進行選擇，根據(jù)先期試驗數(shù)據(jù)、結(jié)論，綜合示范田實際情況，選取推廣的微噴帶工作性能、指標見表1。

表1 微噴帶工作性能、指標表

微噴帶最大鋪設(shè)長度為100 m，在工作壓力0.23 MPa條件下，考慮風(fēng)對微噴帶噴灑半徑的影響，微噴帶鋪設(shè)間距不大于5 m。

2.3 微噴帶新技術(shù)優(yōu)勢

微噴帶以出水孔為灌水器，取消了噴灌、微噴灌、滴灌都必有的末級管道上的灌水器，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點，且運行壓力低、耗能少，降低了供水設(shè)備的投資。灌水設(shè)備配套微環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)決策灌溉，利用遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)對田間進行可視化管理，掌握灌溉的實時情況，提高自動化灌溉水平，減少設(shè)備故障損失，除此之外還能遠程監(jiān)控作物長勢情況、病蟲害情況等，對推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精細化、智能化發(fā)展，具有較好的實效性優(yōu)勢。

3 項目建設(shè)內(nèi)容

在惠北水利科學(xué)試驗站示范推廣基地建設(shè)示范田1 hm2，包括井房、控制設(shè)備、水泵過濾器，埋地式管網(wǎng)，微噴帶管網(wǎng)等，主要推廣展示微噴帶新技術(shù)的經(jīng)濟性好，實用性強的特點。微噴帶新技術(shù)設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

圖1 微噴帶新技術(shù)設(shè)備安裝結(jié)構(gòu)簡圖

3.1 微噴帶控制平臺建設(shè)

微噴帶控制平臺對整套節(jié)水灌溉運行系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性起著決定性作用，是調(diào)節(jié)、控制、凈化、保護及量測的系統(tǒng)?？赏ㄟ^GPRS無線通信模塊實現(xiàn)移動終端與系統(tǒng)連接，對水肥機、水泵、過濾器、供水管網(wǎng)等設(shè)施設(shè)備進行啟閉管理，實現(xiàn)對微噴帶整體系統(tǒng)的控制。

3.2 微環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)

安裝微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一套，通過傳感器獲取大田的各項氣象參數(shù)，包括田間溫度、濕度、風(fēng)速、土壤墑情、土壤溫度等信息，實時傳遞到云端平臺，并根據(jù)所種農(nóng)作物需水規(guī)律，為灌水決策提供數(shù)據(jù)支持。設(shè)備可根據(jù)用戶需求進行端口的擴展，所有傳感器監(jiān)測采用間隔性供電，既使系統(tǒng)功耗降低又能避免常供電導(dǎo)致監(jiān)測對象性質(zhì)變異，測量結(jié)果誤差增大。整個系統(tǒng)都采用太陽能供電，方便室外安裝。該服務(wù)平臺可實現(xiàn)與手機端、PC 電腦端的無縫對接，為用戶提供遠程數(shù)據(jù)服務(wù)，方便管理人員通過手機等移動終端設(shè)備隨時查看系統(tǒng)信息。

3.3 水、肥、藥綜合管理系統(tǒng)

深度融合農(nóng)學(xué)、生物學(xué)與計算機科學(xué)等領(lǐng)域，對現(xiàn)場環(huán)境、生產(chǎn)情況進行多方面的考察研究，構(gòu)建實用、易用的水肥藥灌溉管理系統(tǒng)一套，管理人員通過移動終端與設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)水肥藥一體化綜合管理、集中控制，提高管理水平，節(jié)能增效。

3.4 苗情監(jiān)測系統(tǒng)

苗情監(jiān)測系統(tǒng)由太陽能電板供電，采用高清攝像設(shè)備，基于5 G網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)日常大田生產(chǎn)作業(yè)的實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)無線上傳，管理人員可直接移動端進行查閱。該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅有助于管理人員實時掌握農(nóng)事生產(chǎn)、設(shè)備使用情況，還可及時發(fā)現(xiàn)作物的各種不良反應(yīng)，對作物病蟲害進行遠程診斷。

4 項目實施效果

在惠北水利科學(xué)試驗站建成示范點1個，進行了微噴帶新技術(shù)的示范推廣工作，對農(nóng)業(yè)技術(shù)人員進行了微噴帶新技術(shù)知識培訓(xùn)，輻射帶動豫東地區(qū)開展技術(shù)應(yīng)用，獲得了農(nóng)戶的支持和認可。

4.1 節(jié)水、增產(chǎn)效益

經(jīng)過對冬小麥全生育期用水跟蹤測定得出，使用微噴帶灌溉用水量為798 m3/hm2，塑料軟管輸水到田間畦灌用水量為997.20 m3/hm2，微噴帶灌溉和畦灌相比，節(jié)約用水199.20 m3/hm2，節(jié)水率達19.98%。通過對夏玉米的測產(chǎn)研究，使用微噴帶新技術(shù)夏玉米平均產(chǎn)量為10 722.80 kg/hm2，常規(guī)澆水方式夏玉米產(chǎn)量9 980 kg/hm2，增產(chǎn)742.80 kg/hm2，增產(chǎn)率為7.40%，節(jié)水、增產(chǎn)效益十分明顯。

4.2 節(jié)地效益

使用微噴帶新技術(shù)可以省去畦灌過程中的壟溝和田間的畦背，增加農(nóng)作物的有效種植面積，其中去除壟溝可節(jié)省土地10%左右，去除畦背可節(jié)省土地2%左右。微噴帶的鋪設(shè)基本不受地形限制，還能解決因田塊地勢不平，田間地頭無法均勻灌溉的難題。

4.3 省工、節(jié)能效益

應(yīng)用微噴帶新技術(shù)，農(nóng)戶不用深入田間地頭，只需遠程查看大田實時數(shù)據(jù)，根據(jù)大田實時數(shù)據(jù)以及對數(shù)據(jù)的分析通過可視化的管理，控制灌溉時間與灌水量，更加省時、省力。用水量的降低，灌溉所用電量也相應(yīng)降低，進而降低了農(nóng)業(yè)成本。根據(jù)調(diào)查結(jié)果表明，常規(guī)灌溉方式單次用電量為337.10（kW·h）/hm2，微噴帶新技術(shù)用電量為244.90（kW·h）/hm2，可減少用電量92.20（kW·h）/hm2。

5 結(jié)語

在惠北水利科學(xué)試驗站建成示范推廣點1個，結(jié)合豫東地區(qū)自然條件、氣候特點、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)等因素，推薦了適宜豫東地區(qū)使用的噴灌帶新技術(shù)1 套，該技術(shù)省工、省時，節(jié)水、增產(chǎn)效果明顯。微噴帶新技術(shù)的推廣，為促進作物節(jié)水和農(nóng)民增收，為豫東地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供了良好的技術(shù)支撐。