温室大棚自动喷灌控制系统设计与研究

1、课题研究目的与意义

（1）水资源危机已经到来

众所周知，水是生命之源，尤其是人类生存和社会发展不可缺少的基本条件，是实现人类社会和自然界可持续发展的重要物质基础。早在1972年联合国召开的人类环境会议和1977年召开的水资源会议就向全世界发出警告：水不久将成为一项严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机便是水川。而今占世界人口总量40%的80个国家缺水，其中26个国家严重缺水，特别是发展中国家，普遍受到不同程度水源危机和污染严重的威胁。水资源日益成为不亚于能源和粮食不足的一个严重问题，并已成为当今世界各国经济发展的重要制约因素。这使人们越来越深刻地意识到，水不仅是农业的命脉，也是经济发展的命脉，人类生存的命脉，水的重要性已成为国际共识，水资源的开发、利用和保护已为世界各国所重视。而就如何合理高效利用有限的淡水资源，充分发挥资源效益已成为一个全球性急需解决的重要课题。

（2）节水成为历史发展的必然

在诸多缺水国家之中，我国是水资源严重短缺的国家之一。我国的水资源总量约为2.8万亿立方米，居世界第6位；但人均水资源占有量仅为2200m³，约为世界平均水平的1/4。从理论研究上讲，有“开源”和“节流”两条路可走。但实践中开源已不具多大潜力，因为水资源毕竟是有限的，且过度的、无节制的开发将造成水资源严重枯竭，进而导致各种危害人类社会本身的生态环境问题，制约人类社会经济的发展；而节流却是行之有效更具潜力的方案，因为传统粗放的用水方式造成了水资源的巨大浪费。水资源的利用率和利用效率低下使水资源在节流方面呈现巨大的挖掘潜力，因此节水成为历史发展的必然。而在各行各业、各方各面中，农业是用水、也是浪费水资源的大头，更有必要进行节水技术的探讨和研究。

（3）微灌技术的发展

农业用水的合理使用和发挥最大效益应该说是具有非常重要的意义。节水将是可持续发展需要解决的重要问题。于是，节水灌溉便提上了日程，节水灌溉技术以其节水、增产、节地、省工等优点变革了传统粗放落后的灌溉方式和灌溉管理方式，其能够有效改善作物产品品质，提高产品附加值，同时对促进农业现代化，扩大内需，开拓国内市场，带动节水灌溉设备的产业化具有显著的作用。

在当今世界上工农业生产迅速发展，人口不断膨胀，水资源危机波及全球的情况下，节水灌溉技术一出现便引起了世界各国的普遍关注和重视，促使各国在节水灌溉技术及设备方面展开了深入的研究和开发。目前，全国节水灌溉面积仅占有效灌溉面积的30%左右。农业用水的主要方式仍然是大水漫灌，粗放低效。

因此，党的十五届三中全会提出要把节水灌溉作为一项革命性措施来抓，大力发展节水灌溉，大幅度节约农业用水，提高水的利用率。预计21世纪必将是节水的世纪，21世纪的节水农业技术将是农业科技革命的重要组成部分，节水灌溉将具有更为广阔的前景。

（4）温室微灌是发展的趋势

温室设施生产是科学技术含量较高的一种生产形势，其通过人工、机械或自动化技术来调控气象条件和栽培介质等环境因素，克服恶劣的自然条件的影响，为作物创造良好的水、气、热环境，使作物处于最佳生长状态，以大幅度增加作物产量，改善作物品质，提高经济效益。微灌技术的应用在我国还处于初级阶段，根据多年来的节水灌溉应用的实践，在温室中推广微灌技术势在必行，且与其它节水灌溉相比，温室大棚的节水灌溉方式效果最好，节水最明显。这种方式可根据作物生产过程中对水的需要进行灌溉，采用先进的灌溉设备，可以做到适时、按需对作物灌水，水的利用率可达90%以上。这种灌溉方式将是我国今后节水灌溉的主要发展方向。

灌溉是影响温室生产效益的重要因素。灌水不仅是为了调控土壤湿度保证作物对水分的需求，提高水分的利用率和利用效率，而且灌水对作物生长环境小气候的影响较露地生产更为明显。长期沿用畦灌与沟灌等传统灌溉方式往往会造成土壤板结、养分流失、灌水量大、肥料用量高。由于灌水量与土壤湿度、空气湿度同步增加，极易形成高温、高湿状态，产生病虫害，特别是黄瓜的霜霉病与立枯病难以控制，造成农药用量逐年增加。其次灌水量大而频繁，而地下水资源有限，温室面积又逐年增加，普遍出现用水紧缺现象。再次，早春时节灌水后使地温明显降低，使作物生长缓慢，根系不发达。因此旧的传统灌溉方法已经制约了温室作物产量和质量的提高。

近几年来，我国微灌技术的推广应用，使人们认识到该项技术不仅是节水灌溉技术，在用水紧缺地区应用推广，同时它是现代农业配套技术之一，是科技含量较高的技术措施，可以为农业发展提供最优服务，因此温室微灌势在必行。总之，温室微灌技术不仅是一种先进高效的节水技术，亦是一种环境调控技术，其在现代农业尤其是设施农业中有着更为广阔的应用前景。

2、研究现状与发展趋势

现代工业技术的成熟，使得微电子技术与机电一体化、计算机信息技术和自动控制、航空航天、3S等高新技术在不断的应用于灌溉管理领域，给高效节水的微灌技术插上了腾飞的翅膀，使其成为精确灌溉技术的主体。目前，世界上先进的微灌自动化、智能化技术是在微灌技术的基础上，按照技术集成和机械化程度，增加涉及土壤、墒情、肥力、病虫害、作物苗情长势，作物生长环境等的检测和监控，利用GIS进行查询和智能化农田灌溉管理专家系统辅助决策，用精确的灌溉设施及技术实现全自动化监控，按需定位、定量精确灌溉汇。

发达国家已普遍开始采用计算机、电测、遥测、遥感（RS实现动态监测）、全球卫星定位系统（GPS实现定位导航）、地理信息系统（GIS实现信息处理和辅助决策）等高新技术对灌区水情、土壤墒情、作物长势、田间小气候进行定位实时监测、预报，实现灌溉用水自动化动态管理。

实施灌溉管理自动化，能够有效地利用水源和能源，不仅大大减少劳动量，更重要的是它能精确定时、定量、高效地给作物自动补充水分，以提高作物产量、质量，并具有节水节能环保之功效；且自动化程度越高，对操作者本身素质要求越低，越易于操作。与以人工为主的管理相比，省水节能10~30%，增产10%左右，节省用于阀门、闸门操作和支管检查等的时间为1~2天。