李震;宋卫海;李寒松;贺晓东;段德刚
【摘 要】通过分析我国喷灌设备的发展历程,将当前我国喷灌设备现状与国外比较,客观指出我国喷灌设备的不足,积极展望我国未来喷灌设备的发展趋势,同时对水肥药一体化技术、智能化技术以及精准化技术进行了阐述. 【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2017(000)011
【总页数】3页(P174-176)
【关键词】喷灌设备;一体化;智能化;精准
【作 者】李震;宋卫海;李寒松;贺晓东;段德刚小毛刷
【作者单位】山东农业工程学院,济南250100;山东农业工程学院,济南250100;山东省农业机
校园网管理系统械科学研究院,济南250100;山东省农业机械科学研究院,济南250100;山东省农业机械科学研究院,济南250100
【正文语种】中 文
随着全球淡水资源日益减少，世界上农业发达国家开始着眼于以喷灌、滴管设备为主的节水灌溉技术[1]。一般来讲，喷灌技术是通过水泵加压或者通过自然落差的方式形成带有压力的水，然后把水通过前期铺设好的管道送到需要的地方，最后通过水喷头将水喷撒到空气中，形成类似下雨状的水滴降落在需要的地方，以此达到灌溉作用。喷灌较其他施水设备最大的优势是施水比较均匀，设备本身占用耕地较少，对人力要求较低，对周围地形等环境的适应性强。喷灌施水的最大缺点是受风力影响极大，对喷灌设备性能要求较高。从目前喷灌设施的发展来看，喷灌系统的构成形式变化较大，优缺点差异较多。从农机学意义上讲，喷灌设备主要指喷洒施水的机器设备，主要配套设备包含配套动力机、管道系统、所使用的喷头（方式有摇臂、垂直摆臂、全射流、折射以及叶轮等）以及部分田间工程等。 喷灌设备作为农业生产中的重要装备，是农业丰收必不可少的有力保障[2]。常见的喷灌设
备有单喷头、人工移管、绞盘、悬臂、纵拖、滚移、圆盘和平移喷灌设备。人工移管和单头喷灌设备是我国目前产量最大、应用最广泛的施水设备。绞盘式喷灌设备是一种一体化喷灌设备，机动性能好，自动化程度高，操作简单，能够用于不同形状、具有一定坡度的地块灌溉[3]。绞盘喷灌设备生产厂家较多，但双悬臂、纵拖、滚移、圆盘和平移方式施水设备，我国的生产企业较少。
俄国和美国首先于19世纪末期使用固定自压管道喷灌系统，1915年左右出现了简单的喷灌车，用于草地、菜园、果园和苗圃等。苏联于1922年研制出自动旋转喷头和远射程喷灌装置。20世纪30年代，制成了双悬臂式喷灌设备和塑料管道。到40年代，摇臂式喷头、快速接头、铝合金管、端拖式和滚移式喷灌设备得到应用。50年代，美国研制出水力驱动型圆盘形喷灌设备。60年代，研制出电力驱动式圆盘形喷灌设备、聚乙烯半软管和钢索绞盘式喷灌设备。60年代末，研制出平移式喷灌设备。70年代早期，开发出同步脉冲固定喷灌设施。70年代末，美国生产出电力驱动的全自动化平移式喷灌设备，并开发出耗能少的低压喷灌设备。
20世纪50年代初，我国城市近郊郊区的菜地出现固定式喷灌设备。70年代初期，研制出小
型喷灌设备和相应的旋转喷头。70年代末期，实现了摇臂式喷头和喷灌水泵系列产品的研制和生产。我国曾先后研制出轻型、轻小型、小型、中型以及大型喷灌设备，后陆续出现全射流喷头、圆盘形、平移、绞盘和滚移喷灌设备，同时研制出低压喷头、微型喷头。目前，我国喷灌设备机型已基本稳定。根据配套动力、作业幅宽度，我国喷灌设备可分成大型喷灌设备、中型喷灌设备和轻小型喷灌设备。
大型施水设备主要包括圆盘形、平移和滚移施水设备。中型施水设备有绞盘、双臂、悬挂喷射施水设备。轻小型施水设施主要有悬挂、手提、手推车、手抬、绞盘施水设备。我国1979年开始研究卷盘施水设备，可以更好地应用到山坡、山地、丘陵地带以及水源相对小而分散的地区。卷盘式喷灌设备以性价比较高、结构相对简单紧凑、机动性好、自动性能高、维修管理方便、安装维护方便、喷洒均匀度高等优势，成为国内最具发展和推广前景的农业灌溉机之一[4-5]。
我国农业用水极多，约占社会用水总量的70%以上。我国既是农业大国又是水资源严重短缺的国家，水资源供需极其紧张。加上农田灌溉水量占农业用水量的90%～95%，用水率较低，农田灌溉利用率平均仅为45%左右[6]。大型施水设备的作业效率和自动化程度高、
单台设备可以控制相对较大的面积，平均到亩投资相对较低，极大地满足了机械化程度高的规模化农业灌溉要求。当前，我国大型施水设备的配套性差、质量可靠性低、存在照搬硬套等问题。目前，我国使用的大型施水设备极大多数靠进口。与国外产品的主要技术差距表现在，制造精度较差、喷洒器和桁架的规格种类较少、效率较低、整机重量大、防锈蚀工艺落后、能耗高、抗风性能差、专用零部件配套能力不足以及系列短等。
支轴喷灌设备支管的一端固定在水源处，边灌边走，自动化程度极高，灌溉状况极好，可用于大面积的平原。要求灌区内无高的障碍（如树木、电杆等），缺点是只可灌溉圆盘形的面积，边角要想法用其他方法补灌。中心支轴（时针）、平移和滚移等大型喷灌设备，在内蒙古、宁夏等地集约化程度较高的农业区应用较多。圆盘形和平移喷灌设备自动化程度高、单台设备控制面积大、灌溉效果好、对地形的适应性强、对水源的需求低等，极其适应人多地少的农业生产区域。国外生产圆盘形和平移喷灌设备的厂家极多，如Lindsay、Bauer、Irrifrance、Irriland等公司，他们的产品占据着中国的较大市场。大型喷灌设备的市场潜力不仅仅局限在粮棉油产区，还在于治理改造2.622×106hm2已荒漠化的土地（包括5.5×105hm2沙漠）和3.6×109hm2不同程度“三化”（碱化、沙化、退化）的天然牧草场。从开发西部、保护环境以及从传统业转变现代农业的生产需求分析，大型喷灌设备在
我国具有极大的市场潜力。
我国中型喷灌设施整体上达到了20世纪80年代产品技术水平。目前，我国中型施水设备产品规格品种少、产品质量不稳定、软管性能不过关、液压技术不成熟、计算机控制技术差、调整装置精度低、系列化低等，影响了它的发展。轻小型喷灌设备已遍布我国大江南北，更能满足水资源短缺的山坡、山地、丘陵、水源疏散且小的地域，但目前机械化程度不高、喷灌不均匀、劳动强度大、机组效率低、结构笨重、质量不稳定、机型落后等，尚不能满足我国产业结构调整的需要。滴灌技术设备在新疆地区番茄、棉花等作物种植上大范围使用，并已获得成功，而也可用于其他省区的蔬菜、水果、药材、花卉、林木等种植。
簇绒机高分散白炭黑上述喷灌设备适合于不同条件，它可用于除水稻外的所有大田间作物如蔬菜、果树等。它对土壤、地形等条件适应性强。与地面施水对比，大田作物施水一般可省水30%以上，增产10%以上。缺点是在多风等地区容易受外界气候条件影响，偶尔不能尽可能发挥优越性。因此，科研人员应当对这些地区进行施水适应性分析。
当前，世界上喷灌设备趋于稳定，喷灌技术已比较成熟，正朝着机型变种、低压喷洒、系
列成套、降低能耗、智能技术、“傻瓜”控制、综合利用、精准灌溉、生产率高、可靠性强的方向发展[7-8]。伴随着经济的快速发展，城市化建设步伐提速，节水灌溉技术在园林绿化、农业、林业、畜牧业、运动场所、环境保护等行业得到广泛使用，带来了显著的经济效益和社会效益。
挺腰器
窄边框显示器随着我国节水灌溉事业的快速发展，能够生产从渠道防渗、管道输液到喷灌、滴灌、制剂和地膜等多种节约灌溉产品。当前，水资源危机加剧，喷灌设施朝着降低成本、降低能耗、提高效率、低压喷洒、变量技术、精准灌溉、综合利用、多种用途、“智能技术”、“傻瓜”控制、机型变种、系列成套、标准化、性能高和自动化高的方向发展。以下几点更是技术趋势中的重点，值得关注。
积极响应《国民经济和社会发展第十三个五年计划纲要》以及农业部《推进水肥一体化实施方案（2016-2020年）》的要求，针对水份生产效率偏低、化肥利用率偏低以及农药使用过高的情况，为转变农业发展方式，实现“一控两减三基本”的目标，水肥药一体化技术成为高效节水灌溉发展的助力器。十三五规划纲要提出，实施化肥、农药零增长行动。水肥药一体化可有效提高利用效率和精准喷灌，实现节水、省肥、少药，符合国家提出的生
态安全、绿发展的理念。国内机构正借鉴美国、以列等国的先进经验，按照“以水带肥、以肥促水、因水施肥药、水肥药耦合”的技术路径，结合物联网智能化技术，实现水肥药的精准调控。研发的新型高效水肥（药）一体化喷灌设备，可以解决水肥（药）一体化喷灌只能施用叶面冲施肥、肥料的浓度受主管道流量和压力变化影响、喷水行车回收速度不恒定导致喷灌不均匀以及缺乏智能作业系统等问题。
灌溉设备信息化的水平不断提高，计算机技术、传感器技术、GIS技术等在节水设施中的应用逐渐广泛，应结合数据通信、水分动态监测、土壤检测、系统自动决策等技术，实现喷灌设备的智能化管理。例如，可以利用土壤湿度计和传感系统，在土壤湿度变低时自动开启施水设备；根据系统自行监测由系统内发出的故障信号或在一个施水程序结束时发出的信号，可以使灌溉设备自动起停。施水设备由程序自动控制仪操纵，实行程序轮流喷灌。目前，开发的智能作业系统可实现停泵、灌溉量调节、故障信号远程发送等智能化功能。
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