数字化信息技术在农业节水灌溉中的应用探析

摘要：本文分析数字化信息技术在农业节水灌溉中的应用，深入剖析物联网、大数据、人工智能及数字孪生技术的应用原理与实践。这些技术通过实时监测、数据分析与智能决策，显著提升灌溉精准度与水资源利用效率。探讨其在技术、经济、人才及管理层面面临的挑战，并针对性提出加强研发、完善政策、培养人才及优化管理等对策，展望其在农业可持续发展中的广阔前景。

关键词：农业节水灌溉；数字化信息技术；应用

引言

随着物联网、大数据、人工智能等数字化信息技术的快速发展，其在农业领域的应用为节水灌溉带来新契机。本文通过深入分析数字化信息技术在农业节水灌溉中的应用原理、实践成效，探讨现存挑战与应对策略，为农业节水灌溉的智能化转型与高质量发展提供理论参考与实践指导。

一、农业节水灌溉概述

1.1 农业节水灌溉的重要性

农业是用水大户，全球约 70% 的淡水用于农业生产。随着人口增长和气候变化，水资源短缺问题愈发严峻，农业节水灌溉迫在眉睫。它能有效缓解水资源供需矛盾，将有限的水资源高效利用，保障农业生产稳定，确保粮食安全。节水灌溉可降低生产成本，减少灌溉用水量意味着减少能源消耗，避免因过量灌溉引发的土壤盐渍化等问题，保护土壤生态环境。

1.2 我国农业节水灌溉现状

水资源时空分布不均衡是我国水资源的主要特点，人均水资源量仅为世界人均水量的1/4，而我国农业生产中，节水灌溉尤为重要。我国节水灌溉工程体系基本完善，已经形成规模化应用，其中的喷灌、滴灌、微灌等节水灌溉技术都在一些地区获得了显著的推进效果。但是纵观我国农业节水灌溉，存在一定程度上的不均、不协调问题，节水灌溉技术推广范围广泛，不同地区对节水灌溉技术的使用存在一定不平衡的现象，这种现象体现在，在一些经济较为发达地区和大的农田灌溉区中，节水灌溉技术的应用较多，而一些较为偏远的地区和小型农田对节水灌溉技术的应用却存在困难。

二、数字化信息技术在农业节水灌溉中的应用探析

2.1 物联网技术

智慧灌溉模式下的物联网构建了农业用水的感知、监控物联网。将物联网设备等感知设备安装到农田中，可以对农田的土壤墒情、空气温度、湿度、光照强度、风速风向等信息进行实时测量。物联网远程集中管理可以集中远程管理设备，农户可在手机APP或电脑的平台实时对水泵、电磁阀、喷头进行远程操作，不受时间、空间的影响，更为方便地进行节水灌溉管理。同时把设备运行状态上传至平台，设备在运行过程中出现问题也可以及时报警，并且还能定位到哪台设备出现问题，方便维护人员及时维修，以保证农业用水系统的正常运行。

2.2 大数据技术

大数据给农业节水灌溉提供了决策依据，农业灌溉数据的海量处理可以通过大数据平台，在处理和分析农业生产的生产历史气象数据、土壤理化性质数据、作物生长数据等，获取作物需水规律与作物生长环境因子的关系模型，进而对灌溉用水系统运行数据进行处理分析，分析不同节水措施的运行效益，为未来的技术优化、运行提供数据参考；为解决不同作物、不同土壤田块中滴灌、微喷灌等不同作物、不同土壤类型下的节水绩效及增产效益提供数据支持，使农民选择应用合适方式，为各级政府制定相关的节水政策提供帮助。

2.3 人工智能技术

农业节水灌溉系统借助人工智能技术能够实现自主决策，利用机器学习算法学习累积的环境数据和作物生长数据后，可建立智能化的灌溉模型，在云南咖啡种植园中，智能灌溉系统可结合咖啡树的生长状况、气象环境，自动分析设计出合理的灌溉策略，与传统灌溉相比节水达30%以上，提升了咖啡豆的品质和产量。也可实现农业节水灌溉系统的病虫害预测，结合智能灌溉系统对作物叶片图像、温湿度数据等分析后，可提前预测出病虫害的暴发，从而结合灌溉管理进行调整，可降低病虫害发生、传播的概率，减少了农药的施用，使得水资源得到绿色环保的利用。

2.4 数字孪生技术

数字孪生系统可以建立农业节水灌溉系统孪生平台，三维建模与数据实时交互技术使物理世界中的节水灌溉设施、农业耕地等在虚拟的数字孪生空间中构建与之对应、1∶1的物理世界实体的虚拟双胞胎。大型灌区项目中，可以利用数字孪生平台实时呈现水泵设备、渠道、闸门等设备运行状况和水流途径，并可在虚拟系统中模拟使用不同灌溉方式，预测和分析其对于农业灌溉所造成的影响，提前优化灌溉方案。数字孪生系统可以模拟灌溉系统的故障，通过分析节水灌溉系统的设备运行状况和虚拟系统中其参数的变化情况，可以预测出可能存在的故障节点，及时进行维修、检修，减少节水灌溉系统的故障率。根据虚拟现实（VR）或增强现实（AR）技术沉浸式的展现节水灌溉系统操作以及其节水效果的使用体验，有利于推广新技术培训和传播，有利于新技术更快应用于节水灌溉领域。

三、数字化信息技术应用面临的挑战与对策

3.1 面临的挑战

技术上农田生产条件比较复杂，田间电磁干扰、潮湿高温等不利环境会对传感器、通讯设备可靠性造成影响，传感器数据或通讯传输出现错误甚至中断。各个厂家生产的数字化装备以及软件标准不一，数据格式标准不规范，数据难以互通、共享，限制整个系统的集成和协同发展。由于网络安全防护措施不到位，存在灌溉系统易受到黑客入侵，严重危害数据和设备的安全性。经济上节水灌溉数字化装置及系统的购置与安装、维护费用较高，缺乏中小型农民、农业合作社的资金支持。节水灌溉数字化项目投资回收期较长，一部分农民对于节灌的增产效益尚有疑虑，积极性不高。人才上生产条件复杂，农业专业技术人才懂信息技术，信息技术人员懂农业技术的少。

3.2 应对对策

技术方面加大技术开发投入，制定统一的数据标准和接口规则，促进不同平台的数据互通以及系统整合；开展网络安全技术开发，形成多层级网络安全防御体系，确保灌溉系统运行安全稳定；经济层面政府应当制定完善的政策，提供财政补贴、减税减费等来减轻农户使用相关成本；建立专项资金扶持农业节水灌溉数字化项目；运用PPP模式鼓励社会资本参与项目的建设以及后期的运营，以实现农业节水服务市场化，降低农户投资的不确定性；人才层面建立具有多样性的培训机制，通过线上线下的培训方式开展数字化技术培训，与职业类学校、大学建立相应的学科模式开设相应学科，实现定向培养技术型人才；建立农业科技特派员制度，在田间地头为农户提供相应科技技术知识进行帮扶；管理层面政府需要有相关的统筹安排规划，结合制定数字化农业节水灌溉发展规划以及相应的标准条例。

结语

数字化信息技术为农业节水灌溉注入强劲动力，通过精准监测、智能决策与高效管理，显著提升水资源利用效率与农业生产效益。尽管当前面临技术、经济、人才等方面的挑战，但随着技术迭代、政策完善与应用深化，其在农业领域的应用前景广阔。未来需持续推动技术创新、强化人才培养、优化管理模式，加速数字化信息技术与农业节水灌溉深度融合，助力农业绿色可持续发展。

参考文献

[1]李世进.数字化信息技术在农业节水灌溉中的应用探析[J].新农民，2024，（32）：46-48.

[2]刘保伟.数字化信息技术在农业节水中的应用[J].农业工程技术，2024，44（02）：78-79.