农田灌溉现代化技术与节水增效路径研究

摘要：本研究聚焦农业用水效率低、水资源短缺问题，探究农田灌溉现代化技术与节水增效路径。研究发现我国农田灌溉技术与发达国家差距大，灌溉水利用系数仅0.53。通过多种研究方法，构建含精准灌溉技术与智能灌溉控制系统的现代化技术体系。基于物联网和人工智能的智能灌溉系统可提高用水效率25%-40%；灌溉系统节水改造与科学水分管理，能节水20%-30%且增产10%-15%。农田灌溉现代化需因地制宜建立区域差异化模式并完善政策支持，该研究对农业水资源高效利用和可持续发展有重要价值。

关键词： 农田灌溉 现代化技术 精准灌溉 智能控制系统 节水增效 可持续农业

1农田灌溉现代化技术体系

1.1 精准灌溉技术

农业用水效率低与水资源短缺，是农业可持续发展的关键瓶颈。传统灌溉用水量大、效率低、精准度差，我国农田灌溉水利用系数仅0.53，与发达国家0.7 - 0.8的水平差距显著。精准灌溉技术作为现代农业水资源管理的核心，能科学量化作物需水规律，精确控制灌溉过程，达成农业节水与增产的双重目标。

精准灌溉技术融合多种传感监测与智能控制手段，构建从需水监测到灌溉执行的完整链条。土壤墒情监测是基础，田间土壤水分传感器网络实时采集不同土层湿度数据，结合气象信息建立农业物联网架构，使灌溉决策科学化。这种基于墒情实测数据的灌溉模式，让灌溉从经验型转为数据驱动型，有效避免水资源浪费和土壤盐碱化。

智能水肥一体化系统将精准灌溉与养分供给结合，分析作物需水需肥特性，实现精准协同供应。基于遥感技术的作物蒸腾量监测方法，可获取作物生理参数，结合气象数据计算实际蒸散量，建立更精确的灌溉决策模型。“按需灌溉”的精准技术体系，使灌溉用水效率提高25% - 40%，优化作物生长环境，促进产量提升，为农田水资源高效利用提供保障。

1.2 智能灌溉控制系统

智能灌溉控制系统整合物联网与大数据技术，构建起现代农业水资源管理的数字化神经网络。该系统突破传统灌溉局限，实现农田水分状态的实时感知与精准调控。物联网感测层中，土壤水分传感器、气象监测站和作物生长监测设备形成完整的数据采集网络，为灌溉决策提供多维度信息支撑。

边缘计算技术的引入，极大提升了智能灌溉系统的响应速度和可靠性。在田间部署边缘计算节点，系统能在本地完成数据初步处理与分析，实现对灌溉设备的低延迟控制，有效应对网络波动和服务器负载等不稳定因素。研究表明，边缘计算与云端协同的架构可将数据传输延迟降至毫秒级，确保在极端天气下灌溉系统仍能高效运行。

人工智能算法在灌溉决策支持方面潜力巨大。基于深度学习的灌溉需求预测模型，能整合历史灌溉数据、气象预报信息和作物生长周期特征，生成精准的灌溉计划建议。这种智能化决策支持系统通过不断学习与优化，提高预测精度，降低人为判断的不确定性。随着边缘智能技术发展，智能灌溉控制系统将向自适应学习与自主决策演进，实现灌溉过程的全面智能化与精准化，为农业水资源高效利用提供保障。

2节水增效的技术路径

2.1 灌溉系统节水改造

传统农田灌溉系统长期运行中，输水损耗大、灌溉均匀度差等问题突出，制约了水资源利用效率提升。为此，灌溉系统节水改造通过系统化技术升级，构建水资源高效利用的现代化灌溉体系。

管网改造是核心措施，采用低摩擦系数、高耐压性的聚乙烯和聚氯乙烯管道替代传统水泥管道，有效降低水资源输送渗漏损失，改造后渗漏系数从0.15 - 0.20降至0.05以下，节水潜力达15% - 25%。渠道防渗技术在大灌区改造中作用显著，混凝土衬砌与防渗膜复合结构提高了渠道输水效率，延长设施寿命。喷灌与滴灌系统推广改变了传统漫灌方式，滴灌技术精确控制水分释放，灌溉水利用率提升至85%以上，比传统方式高出30%左右。

水肥一体化系统将灌溉与施肥有机结合，实现水分与养分协同输送与精准管理。智能节水与科学施肥深度融合，构成现代智慧农业重要支撑，按需供给提高了水肥利用效率，改善了农产品品质与产量。实践表明，水肥协同系统节水30%的同时，可减少化肥使用量20% - 25%，增产10% - 15%，彰显了节水增效的综合效益。

2.2 农作物水分管理

农作物生长对水分需求有阶段性特征，不同生育期敏感度差异大。把握需水规律、建立科学水分管理体系，对农业节水增效意义重大。土壤墒情实时监测技术与精准灌溉调控技术结合，能在保障作物生长的同时降低水资源消耗，打破传统经验灌溉模式，为农田管理提供科学决策依据。

建立作物水分利用效率评价指标体系是精准管理的基础，需综合考量水分生产效率、灌溉利用率及经济效益等多维指标。基于长短期记忆网络（LSTM）的预测模型在灌溉决策中优势独特，能处理作物生长时序数据，结合历史气象数据、土壤墒情变化与作物生理指标，精准预测未来需水量。此智能预测方法处理复杂非线性关系更准确，预测误差可降低20%以上。

对不同生育期水分敏感系数的深度分析，让灌溉管理更精细化。当前研究已建立动态灌溉制度优化模型，该模型结合作物关键生长期水分需求与气象条件、土壤特性等因素，自动生成最佳灌溉方案。实践表明，这种基于生理需求的精细化灌溉策略，既满足作物关键生长阶段供水需求，又避免非敏感期过度灌溉，整体灌溉用水量减少25%，产量稳定提升5%-10%，为农业可持续发展提供技术支撑。

3农田灌溉现代化的实施策略

3.1 政策支持体系

农田灌溉现代化转型需要完善的政策支持体系作为坚实后盾。当前我国灌溉水利用系数仅为0.53，距离发达国家0.7-0.8的水平尚有较大差距，这一差距背后反映了政策引导与支持机制的不足。构建系统化的政策支持体系需聚焦财政杠杆、技术推广与人才培养三大核心领域，形成政策合力推动灌溉现代化进程。

财政补贴机制应从传统的”重建设轻维护”向”全生命周期支持”转变，针对农田灌溉现代化项目采取阶段性递减补贴模式，引导农民合作社与水利企业形成自主运营能力。智慧农业云服务平台建设成为政策支持的关键环节，通过整合气象监测数据与灌溉物联网系统，构建水资源精准调配机制。该平台能够实现农业环境实时监测、灌溉决策智能支持及设备远程诊断管理，大大提升灌溉用水精准度。

农业用水权交易制度设计正逐步成为政策创新的重要方向，通过明晰水权归属、建立交易规则和价格形成机制，激发农户节水积极性。这种市场化节水激励机制结合技术人才培养计划，在基层农技推广体系中植入现代灌溉技术专项培训，形成了多层次、立体化的政策支持网络，为灌溉现代化提供了制度保障与人才支撑。

3.2 区域实施模式

农田灌溉现代化需立足区域特点，因地制宜构建差异化路径。华北平原井灌区面临地下水超采与用水效率低问题，可构建以管网改造与智能控制为核心的节水体系。山东沂水地区将物联网技术与传统灌溉设施深度融合，建立智慧灌溉网络，该模式精准感知土壤墒情与作物需水规律，实现按需供水、定量控制，使灌溉水利用系数从0.56提升至0.72，节水率达28%。

参考文献

[1]杜朋轩，曹梦川，伍丹，等.物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用研究[J].科技资讯， 2023， 21（11）：124-127.DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2210-5042-1773.

[2]张晓慧.物联网技术在智慧农业节水灌溉中的应用研究[J].农业机械， 2024（6）：92-94.