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农业管理节水技术应用分析
摘要：节水农业是综合气候、水、土和作物资源研究于一体的系统工程。为此，通过对现有节水技术的分析，着重从管理节水方法进行研究，并将其结合计算机信息技术嵌入到节水管理系统中，从管理角度阐述了农业管理节水技术的节水潜力以及在农业生产活动中不可忽视的作用。
关键词：节水农业;管理节水;节水技术
0、引言
水资源短缺已对生存环境和经济发展带来了严重的危害，受到了全世界的普遍关注。在我国工业、农业和人生活用水中，农业一直是用水大户，占总用水量的70% ，因此水资源短缺对农业发展起着决定性的制约作用。我国农业水资源的利用效率较低，普遍存在水资源浪费现象，加上管理不善和人为水资源污染现象还没有得到有效遏制，进一步加剧了水资源供需之间的矛盾，因此发展节水农业势在必行。如何利用好有限的水资源，提高自然降水和灌溉用水的利用效率，减少水资源在农业生产中的浪费已成为一个国际性的研究目标 J。为了解决或缓解农业水资源紧缺的问题，依靠科技创新大幅度提高水的利用效率成为发展节水农业的必经之路。目前，愈来愈多的国家以提高灌溉(降)水的利用率、单方水的利用效率、水资源再生利用率作为研究方向，积极进行各种节水技术的研究与推广，势必将对相关节水的发展产生巨大的促进与推动作用。
1、节水技术现状
目前的节水灌溉技术主要包括了工程节水、农艺与生物节水、管理节水以及其它节水技术等。农业节水技术主要都是围绕着这几方面进行研究的。
1.1 农艺节水农艺节水技术主要包括利用耕作覆盖措施和化学制剂调控农田水分状况与蓄水保墒。研究适宜当地自然条件的节水高效型作物种植结构，提出相应的节水高效间作套种与轮作种植模式，以及抗旱节水作物品种的选育和水肥耦合高效利用技术的研究等 ，其目的都是通过研究应用作物、土壤和气候等综合指标来减少农田水分的无效蒸发，防止风蚀和地下渗漏，改善土壤结构和作物生理生态条件，提高作物产量和水分利用效率，对改善和维护生态环境起到一定的稳定作用。国内外一直致力于研究农艺节水技术，并将其快速推广到农业生产中。许多国家根据自身的综合条件提出了切实可行的农艺节水措施，并取得了可观的成果。我国推广应用的农艺节水技术种类繁多，针对性研究应用了一些实用性技术，如作物调亏灌溉技术、控制性分根交替灌溉技术、深耕蓄水保墒技术以及农田覆盖节水技术等。目前，农艺节水研究主要应用在北方。南方因气候因素复杂、季节性缺水明显、熟制多、造成用水效率低和很难把握降雨时空分布特点。对于如何因地制宜地实施农艺节水技术，需要展开进一步研究 。
1.2 工程节水工程节水技术就是通过工程方法避免水分的损失，主要包括了由传统的地面灌溉技术向现代地面灌溉技术的转变研究，如激光平地、采用水平畦田灌和波涌灌等先进的地面灌溉方法。除地面灌溉技术外，发达国家十分重视对喷微灌技术的研究和应用，特别重视微灌系统的配套性、可靠性和先进性的研究，开发高水力性能的微灌系列新产品、微灌系统施肥装置和过滤器。为减少来自农田输水系统的水量损失，许多国家已实现灌溉输水系统的管网化和施工手段的机械化。近年来，国内外将高分子材料应用在渠道防渗方面，开发出高性能、低成本的新型土壤固化剂和固化土复合材料，研究具有防渗和抗冻胀性能的复合衬砌工程结构形式。管道输水技术因成本低、节水明显和管理方便等特点，已作为许多国家开展灌区节水改造的必要措施。开展渠道和管网相结合的高效输水技术研究和大口径复合管材的研制，是渠灌区发展输水灌溉中亟待解决的关键问题。
在受益于现代高科技力量的同时，也应该注意到输配水工程设施的功能落后、衰退和老化失修等问题对水资源所造成的极其严重的浪费。因此，必须重视对工程设备状况进行评估检测和管理，以便及时地做出处理。
1.3 污水和雨洪利用技术在寻求节水道路的同时，人类意识到雨洪、海水咸水等非常规水资源、污水及再生水的开发潜能。世界多数国家已经广泛开展了对雨水集流、污水回收利用的应用研究。由于农业用水需求量很大，对水质的要求也不高，因此雨洪与污水的再生利用基本上可以满足农业灌溉需求。我国现有雨洪利用方法主要是收集雨水用于人畜饮用和农业生产。国外用于农业的再生水量占有较大的比例。国内外通过长期对雨洪与污水的再生利用研究表明，雨洪、污水及再生水利用不仅可以成为开发新水源的有效途径，同时它还具有节水、防洪和生态环境等3个方面的效益，对于缓解水资源危机、实现水资源可持续利用有着深远的意义 。
由于使用这些水源进行农业生产难以保证高产稳产，此外降雨的随机性、土质结构、土壤的下渗与蒸发速度及污水的污染指数都无法确切把握，加上劣质水资源化、管理机制不够完善等问题都难以解决，致使这些水源的利用只能达到一定程度，目前也没有引起国家有关部门的足够重视，其研究无论从规模到投资等方面与水利工程研究都无法相比…… 。
1.4 管理节水中国水资源问题的根源并不是缺少工程技术措施，而是没有建立起促进节水、治污、管理等先进、高效和优良技术大规模应用的制度框架 。现代节水管理体系是实现农业高效用水的重要措施之一。它可以实现灌溉水资源的合理配置和灌溉系统的优化调度，达到节水增产目的，使有限水资源获得最大的效益。管理节水包括了管理体制、管理层次和管理技术几方面，这里主要从管理技术节水方面阐述。
如图1所示，管理节水技术主要是通过硬件设备和软件设备的集成使系统良好地应用，从而实现对农田水分的高效利用和管理的技术。通过对农田信息的实时监控和预报，根据作物需水规律、缺水诊断指标及灌溉控制指标进行水分调控，从而确保灌溉的适时适量，实现最佳效益。对农田水分利用进行管理是减少水资源浪费、合理高效管理利用水资源、发展可持续农业的根本途径之一，其主要技术有农田信息数据采集技术、农田土壤墒情监测预报、精确灌溉控制决策与管理技术、用水调度控制及管理(量水和配水技术)、节水灌溉自动控制技术以及农业水资源政策管理等方面。良好的管理技术可以充分发挥工程技术带来的效益，使整个节水系统处于最优状态。
现代农业节水过程中普遍存在的现象是农业用水管理水平较低，管理办法需进一步完善，缺乏与之相适应的技术和设备，不能对农业用水进行科学和高效的管理。我国灌区过去普遍存在重建设、轻管理的现象，灌溉用水管理过程中造成很大的水量浪费。实践证明，灌溉节水50% 的潜力在管理上 。因此，管理节水的潜力巨大，在农业生产过程中应该尽量杜绝因管理不善造成水资源浪费的现象，在推广和应用各项节水灌溉技术的同时，应该注重提高节水管理水平。
先进的灌溉设备与落后的管理技术不能使其发挥效益，落后的灌溉设备与先进的管理技术也不能使其发挥效益，只有先进的灌溉设备和现代管理技术的有效结合，才能发挥最大效益。
2、管理节水技术与计算机信息技术的结合应用
随着高科技技术的发展和深入应用，计算机技术、电子信息技术、红外遥感技术以及其它技术的应用，使得在土壤水分动态、气象动态、作物水分状况等方面的数据监测、采集与处理手段得到长足发展，促进了农业用水管理水平的提高，推动灌溉管理向现代化、自动化和智能化发展 9j。人们也逐渐认识到计算机与硬件设备的结合在水管理中发挥的巨大作用，实现对农业用水的高效管理，涉及到方方面面的技术，主要有以下几个方面。
2.1 地理信息系统(GIS)空间分析技术GIS是融计算机图形学、数据库、地理科学、信息科学和管理科学于一体，存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，准确真实、图文并茂地输出给用户，并借助其独有的空间分析和可视化表达，进行各种辅助决策。
样式地图，将实时采集或操作控制的点按照需要在地图上显示出来，直观形象地描述作物生长环境的空间变量信息和作物的地理位置信息，为决策者管理整个节水灌溉系统提供一种方便快捷的分析方法和信息支持。
2.2 信息采集监测预报技术用先进的科学技术手段(如遥感监测技术或各种传感技术等)来监测土壤墒情。研究作物水分区域分布监测技术、作物蒸腾过程快速监测技术和区域土壤墒情监测预报技术，提出区域土壤水分空问变异性与最佳动态监测布点方式，获得土壤水分动态快速测定与预报技术及新产品。通过合适的模型和选择相应的参数，对采集到的数据进行处理，经过数据统计分析处理后生成实时墒情监测预报系统，如图3所示。
对适宜灌水时间灌水量进行预报，为系统做出控制决策提供需要的信息，可以做到适时适量灌溉，有效地控制土壤含水量，达到节水又增产。
2.3 精确灌溉控制决策技术精确灌溉控制决策是根据外部检测设备对土壤墒情、气象因素、水源状况和作物本身各项指标的监控。
根据墒情预报，通过综合分析尽可能准确地计算出作物确切的需水量，并制定合理的灌溉制度，从而有效地执行灌溉管理。如图4所示，灌溉控制决策主要分为粗略灌溉控制决策和精确灌溉控制决策。粗略灌溉控制决策主要以人工经验控制的定时、定量灌溉控制技术;精确灌溉控制决策是根据外部检测设备对土壤墒情、气象因素、水源状况和作物本身各项指标的监控。根据墒情预报，通过综合分析尽可能准确地计算出作物确切的需水量，并制定合理的灌溉制度，从而有效地执行灌溉管理。
2.4 用水调度控制及管理(量水和配水技术)能否实现高效用水关键在于能否管理好工程，即能否实施好用水调度和管理等措施。无论是大小灌区，都需要实行计划用水，在水源充足或者是缺乏的时候实现地区问和作物间灌水量的最优分配。根据气象资料，利用预测技术编制出月、季或年的灌溉用水计划，如图5所示。与相似水文年份做对比，确定未来时间的水源状况，并根据灌溉设备的技术参数和农田及作物分布状况，按照水源可供水量和作物各个生育阶段的需水量函数(专家决策)，应用系统工程手段编制灌区水量优化调度方案，合理调配灌溉水量。
通过对水源的集中管理，解决灌溉实时调度问题，减少在输配水过程中水量的损失。随着量水装置的普遍应用和按量收费管理措施的实施，在大幅度提高灌区的量水效率和精度的㈨时促进了节约用水。
2.5 网络通信技术随着市场经济的发展和灌区管理的不断细化，灌溉运行产生的数据愈来愈多。为了解决时空跨度和数据繁多问题对灌区灌溉管理所带来的影响，引入计算机网络技术，使工程产生了更大的经济效益和社会效益 ' 。随着网络技术的发展，各种用水信息(数据流、语音流和视频流等)在网络上的传输越来越快，覆盖范围越来越广。软件的设计也应充分利用网络发展平台进行改进，支持多种通信协议，满足GSM，GPRS，MODBUS等各种有线和无线的通信方式。其最终目的是能够保证整个农业用水系统能够稳定运行，提高数据传输速度和准确率。此外，结合数据库管理技术，将各类信息以一定的形式和结构有效的组织起来，为信息的处理表达、存储和快速检索方面提供了技术支撑，有利于系统优化和提高整个用水系统的服务质量。
3、结论与展望
水是人类和地球上其他生物的生命源泉，是人类社会发展的重要物质基础。我国的水资源危机不仅十分突出，而且已经成为经济增长和现代化进程中的根本性限制因素。借助计算机与通信网络等辅助手段全方位的对农业用水进行精确控制和管理，能有效地减轻水资源浪费的状况。随着生物和电子信息技术的发展，合理的管理技术配合高效的节水措施以及信息网络与农业专家系统的结合，将更大程度地节约水资源，使有限的水资源得到充分、合理、高效的应用，为加速我国现代化农业的发展进程以及迎接新的农业科技革命做出贡献。
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