摘要:为了改善农用喷灌的用水方式，达到节约用水、自动化精准喷洒的目的，设计了环境监测式自动化喷头。该设备由金属管、水阀、干湿监测设备、电子阀门、喷头构成。设备使用时，监测喷灌后一定深度泥土或空气中的干湿程度，进行数据反馈处理，通过电子阀门控制水流大小，实现喷头水量的精准喷灌。该设备真正解决了农业用水浪费的现状，提高了水资源的利用效率。
关键词:自动化喷灌;干湿监测设备;农业用水
一、我国农业灌溉现状
我国是一个水资源极其匮乏，是全球13个贫水国家之一，在世界上水资源排名第121位，接近世界公认的水资源紧缺国家最低标准水平，解决水资源的分配和利用问题是农业经济发展的头等大事。水资源的严重短缺已对我国的经济社会持续健康发展和生态环境构成了严重威胁。此外，我国水土流失面积达295万km，占国土面积的30.7%，严重的水土流失，导致土地退化、草场沙化、生态环境恶化，造成河道和湖泊泥沙淤积，加剧了江河下游地区的洪涝灾害，造成土地受灾，粮食减产。[1]
农业用水一直是我国的主要用水，占全部耗水总量的55%以上，这其中灌溉用水又占农业用水90%左右。传统的农业灌溉技术落后造成了大量浪费，目前我国的灌溉，即水的有效利用系数为0.53。[2]《全国水资源综合规划》指出，到2020年，全国用水总量力争控制在6，700亿立方米以内，到2030年，全国用水总量力争控制在7，000亿立方米以内，农田灌溉水有效利用系数提高到0.6。我国人多地少、水资源短缺且时空分布不均、水土资源与生产力布局不相匹配、水旱灾害频发等特点，是我国的基本水情。[3]
二、农用灌溉方式阐述
提高水资源的利用效率始终是各个国家解决水资源浪费的重要途径之一。各地农业用水需求量大，灌溉时间长。在漫灌逐渐淘汰的今天，喷灌和微灌实现了普及。[1]在现实运用过程中，喷灌的喷洒水量始终是人为控制，没能实现精准控制，相较于漫灌用水量减少，还是造成了一定的浪费;微灌则在前期基础设备建设费用高;灌溉范围小。
限制了根系发展;容易出现盐分积累，不适合大面积灌溉。为解决以上现实问题，本环境监测式自动化喷头，通过干湿监测设备在泥土或空气中的信息反馈(悬挂式、掩埋式)，根据灌溉目标的需求，通过电子阀门控制喷洒，真正实现了水资源的高效使用，使用范围广，安装简便，可实现以上领域集中推广。
三、基于现状研发的环境监测式自动化喷灌器创新之处
(1)将电子阀门安装在喷头下方与金属管的连接处，精确控制水流。(2)所述的金属管两端有外螺纹可安装不同尺寸的金属进水口，适应不同尺寸的水管，也可通过金属锁紧套连接橡胶管。金属管本身做防氧化处理，延长了实用寿命。(3)所述的电子阀门阀做防水处理与干湿监控设备相连。(4)干湿监控设备根据由单片机控制，根据所需场地干湿程度提前写入数值，也可实现拆卸重新设置数据与检修。(5)水阀安装在金属管上，为水流总开关。当水阀打开后，水流触发电子阀门，根据干湿监控设备指令实现喷头的喷灌。
四、环境监测式自动化喷灌器的形式
(一)掩埋式
将本环境监测式自动化喷头垂直埋设于水平地面下，同时应将干湿监测设备整体低于地面20-30mm，实现监测数据的精确。水阀旋钮露于水平地面之上，可人为控制供水开关。电子阀门与干湿监测设备相连，且做好防水处理，保证使用过程中的安全，干湿监测设备接通电源，设备安装完毕。打开水阀，此时电子阀门触发，干湿监测系统通过监测泥土干湿程度，控制打开电子阀门，喷头喷洒灌溉;当湿度到达预设值的时候，信息反馈，电子阀门关闭。实现自动化控制，高效利用。
(二)悬挂式
现温室大棚悬挂式喷水管网简陋，只是简单的地面铺设漏管或者顶部悬挂喷头。悬挂式农用环境监测式自动化喷灌器安装在大棚穹顶。水管连接于水阀处，电子阀门与干湿监测设备相连，干湿监测设备位于设备最下方，实时监测大棚内的空气干湿程度。设备运行时，打开水阀供水，干湿检测设备中所预设的湿度数据和空气中的湿度数据进行对比，通过电子阀门控制水流大小，实现顶部喷灌。也可人为设定定时喷洒，据作物生长习性对自动化设备设置。
(三)加装水肥混合
作物所需的化肥存放于罐装容器中，安装在水阀处，化肥与水混合，可方便结合施肥。由于化肥同灌溉水结合在一起，肥料养分直接均匀地施到作物，真正实现了资源利用，提高了肥料的有效利用率，直接经过喷头喷洒，滋养作物生长。此设计节约了人力资源，又绿色环保，避免了土地污染。
五、主要突出优势
(1)结构设计创新，造价低，便于推广。(2)节约水资源，提高水的利用率。(3)自动化控制，节省人力资源，精确喷灌。(4)水肥同步，绿色环保，保证了农作物的长势和食品安全。(5)模块化结构，方便检修。(6)使用寿命长。可实现拆卸回收，二次利用。
六、结语
随着可持续发展战略和节约型社会的理念深入人心，节水灌溉的理念也越来越为农民和用水户所接受，必将成为提高水资源利用效率的保障。[2]政府部门一方面通过规范措施提高农用水的户自我节水意识，多方面加强提高水利用率的宣传;另一方面加大水利基础设施建设的投资，增加节水灌溉工程配套基础设施建设，确保水资源的合理使用、合理配置。国家对节水灌溉设备行业的开发支持以及农用水户节水意识的增强，促进了节水灌溉技术的进步和节水灌溉行业的发展，也成为行业持续发展的不竭动力。
参考文献:
[1]刘双双，韩凤鸣，蔡安宁，张可，金巍.区域差异下农业用水效率对农业用水量的影响[J].长江流域资源与环境，2017，(12).
[2]黄昌硕，耿雷华，陈晓燕.农业用水效率影响因素及机理分析[J].长江科学院院报，2018，(1).
[3]马剑锋，王慧敏，佟金萍.技术进步与效率追赶对农业用水效率的空间效应研究[J].中国人口·资源与环境，2018，(7).
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