溫室大棚自動噴灌控制系統設計與研究

1、課題研究目的與意義

（1）水資源危機已經到來

眾所周知，水是生命之源，尤其是人類生存和社會發展不可缺少的基本條件，是實現人類社會和自然界可持續發展的重要物質基礎。早在1972年聯合國召開的人類環境會議和1977年召開的水資源會議就向全世界發出警告：水不久將成為一項嚴重的社會危機，石油危機之后的下一個危機便是水川。而今占世界人口總量40%的80個國家缺水，其中26個國家嚴重缺水，特別是發展中國家，普遍受到不同程度水源危機和污染嚴重的威脅。水資源日益成為不亞于能源和糧食不足的一個嚴重問題，并已成為當今世界各國經濟發展的重要制約因素。這使人們越來越深刻地意識到，水不僅是農業的命脈，也是經濟發展的命脈，人類生存的命脈，水的重要性已成為國際共識，水資源的開發、利用和保護已為世界各國所重視。而就如何合理高效利用有限的淡水資源，充分發揮資源效益已成為一個全球性急需解決的重要課題。

（2）節水成為歷史發展的必然

在諸多缺水國家之中，我國是水資源嚴重短缺的國家之一。我國的水資源總量約為2.8萬億立方米，居世界第6位；但人均水資源占有量僅為2200m3，約為世界平均水平的1/4。從理論研究上講，有“開源”和“節流”兩條路可走。但實踐中開源已不具多大潛力，因為水資源畢竟是有限的，且過度的、無節制的開發將造成水資源嚴重枯竭，進而導致各種危害人類社會本身的生態環境問題，制約人類社會經濟的發展；而節流卻是行之有效更具潛力的方案，因為傳統粗放的用水方式造成了水資源的巨大浪費。水資源的利用率和利用效率低下使水資源在節流方面呈現巨大的挖掘潛力，因此節水成為歷史發展的必然。而在各行各業、各方各面中，農業是用水、也是浪費水資源的大頭，更有必要進行節水技術的探討和研究。

（3）微灌技術的發展

農業用水的合理使用和發揮最大效益應該說是具有非常重要的意義。節水將是可持續發展需要解決的重要問題。于是，節水灌溉便提上了日程，節水灌溉技術以其節水、增產、節地、省工等優點變革了傳統粗放落后的灌溉方式和灌溉管理方式，其能夠有效改善作物產品品質，提高產品附加值，同時對促進農業現代化，擴大內需，開拓國內市場，帶動節水灌溉設備的產業化具有顯著的作用。

在當今世界上工農業生產迅速發展，人口不斷膨脹，水資源危機波及全球的情況下，節水灌溉技術一出現便引起了世界各國的普遍關注和重視，促使各國在節水灌溉技術及設備方面展開了深入的研究和開發。目前，全國節水灌溉面積僅占有效灌溉面積的30%左右。農業用水的主要方式仍然是大水漫灌，粗放低效。

因此，黨的十五屆三中全會提出要把節水灌溉作為一項革命性措施來抓，大力發展節水灌溉，大幅度節約農業用水，提高水的利用率。預計21世紀必將是節水的世紀，21世紀的節水農業技術將是農業科技革命的重要組成部分，節水灌溉將具有更為廣闊的前景。

（4）溫室微灌是發展的趨勢

溫室設施生產是科學技術含量較高的一種生產形勢，其通過人工、機械或自動化技術來調控氣象條件和栽培介質等環境因素，克服惡劣的自然條件的影響，為作物創造良好的水、氣、熱環境，使作物處于最佳生長狀態，以大幅度增加作物產量，改善作物品質，提高經濟效益。微灌技術的應用在我國還處于初級階段，根據多年來的節水灌溉應用的實踐，在溫室中推廣微灌技術勢在必行，且與其它節水灌溉相比，溫室大棚的節水灌溉方式效果最好，節水最明顯。這種方式可根據作物生產過程中對水的需要進行灌溉，采用先進的灌溉設備，可以做到適時、按需對作物灌水，水的利用率可達90%以上。這種灌溉方式將是我國今后節水灌溉的主要發展方向。

灌溉是影響溫室生產效益的重要因素。灌水不僅是為了調控土壤濕度保證作物對水分的需求，提高水分的利用率和利用效率，而且灌水對作物生長環境小氣候的影響較露地生產更為明顯。長期沿用畦灌與溝灌等傳統灌溉方式往往會造成土壤板結、養分流失、灌水量大、肥料用量高。由于灌水量與土壤濕度、空氣濕度同步增加，極易形成高溫、高濕狀態，產生病蟲害，特別是黃瓜的霜霉病與立枯病難以控制，造成農藥用量逐年增加。其次灌水量大而頻繁，而地下水資源有限，溫室面積又逐年增加，普遍出現用水緊缺現象。再次，早春時節灌水后使地溫明顯降低，使作物生長緩慢，根系不發達。因此舊的傳統灌溉方法已經制約了溫室作物產量和質量的提高。

近幾年來，我國微灌技術的推廣應用，使人們認識到該項技術不僅是節水灌溉技術，在用水緊缺地區應用推廣，同時它是現代農業配套技術之一，是科技含量較高的技術措施，可以為農業發展提供最優服務，因此溫室微灌勢在必行。總之，溫室微灌技術不僅是一種先進高效的節水技術，亦是一種環境調控技術，其在現代農業尤其是設施農業中有著更為廣闊的應用前景。

2、研究現狀與發展趨勢

現代工業技術的成熟，使得微電子技術與機電一體化、計算機信息技術和自動控制、航空航天、3S等高新技術在不斷的應用于灌溉管理領域，給高效節水的微灌技術插上了騰飛的翅膀，使其成為精確灌溉技術的主體。目前，世界上先進的微灌自動化、智能化技術是在微灌技術的基礎上，按照技術集成和機械化程度，增加涉及土壤、墑情、肥力、病蟲害、作物苗情長勢，作物生長環境等的檢測和監控，利用GIS進行查詢和智能化農田灌溉管理專家系統輔助決策，用精確的灌溉設施及技術實現全自動化監控，按需定位、定量精確灌溉匯。

發達國家已普遍開始采用計算機、電測、遙測、遙感（RS實現動態監測）、全球衛星定位系統（GPS實現定位導航）、地理信息系統（GIS實現信息處理和輔助決策）等高新技術對灌區水情、土壤墑情、作物長勢、田間小氣候進行定位實時監測、預報，實現灌溉用水自動化動態管理。

實施灌溉管理自動化，能夠有效地利用水源和能源，不僅大大減少勞動量，更重要的是它能精確定時、定量、高效地給作物自動補充水分，以提高作物產量、質量，并具有節水節能環保之功效；且自動化程度越高，對操作者本身素質要求越低，越易于操作。與以人工為主的管理相比，省水節能10~30%，增產10%左右，節省用于閥門、閘門操作和支管檢查等的時間為1~2天。