智能节水灌溉是我国当前较受重视和推广的一项技术，是一种基于现代信息技术、传感技术、自动控制技术及作物生长模型的先进灌溉管理模式。该技术通过对农田土壤墒情、气象条件、作物需水规律等进行实时监测与智能分析，可自动决策灌溉时机、灌溉水量及灌溉方式，实现按需供水、精准施灌。与常规灌溉方式相比，智能化灌溉提升了水资源利用效率，降低了人力成本，增强了农业应对气候变化的能力，是推动农业绿色发展和实现水稻高产高效种植的重要技术支撑。廖世林等[1]研究表明，智能节水灌溉可以对土壤湿度和气象信息进行实时监控；利用数据库技术对农田水资源进行有效管理，为科学的灌溉规划提供依据；而云平台能够融合多源的农业数据，实现对作物的精确调控。黄可等[2]研究表明，在实践中，节水灌溉方式如喷灌、滴灌等已逐渐在农业生产中普及，明显提升了水资源利用效率。本文以水稻高产栽培为背景，对喷灌、微喷灌和水肥集成等节水灌溉方法和技术进行深入研究，探索其在水稻移栽、返青、分蘖、拔节孕穗和抽穗至成熟期的智能灌溉技术，为促进农业节水和可持续发展提供参考。
1 水稻智能化灌溉系统的技术架构
水稻智能化灌溉系统是一个多层级协同的复杂体系，其核心在于通过信息流指导水流，实现对稻田水分的精准管理。系统通常由感知层、传输层、决策层与执行层共同构成。感知层作为系统的基础数据采集单元，通过布设在田间的各类传感器，实时采集水稻根区土壤墒情、田间水层深度、水稻长势以及周边气象信息。传输层则依托5G、LoRa、ZigBee等无线通信技术，将感知层的数据可靠、实时地汇聚至决策层。决策层作为系统的核心控制单元，集成了水稻不同生育期的需水模型与灌溉算法，可融合实时感知数据与历史生产大数据，智能分析并生成最优灌溉决策方案。最后，执行层接收决策层的指令，自动控制田间进水口和退水口的闸门、水泵等设备，精确执行灌水或排水操作，从而完成从感知到决策再到执行的智能化闭环管理[3]。
1.1 面向水田的感知与执行
面向水田环境的感知层是精准灌溉的基础。针对水稻这一水生作物，感知系统不仅要监测常规的土壤墒情，更需精准获取田间水层深度、泥温、水稻群体冠层温度等关键参数。执行层是实现精准灌溉的执行终端。在稻田环境中，执行机构主要包括田间进水口的自动闸门、智能球阀以及灌溉泵站的智能控制器等。这些设备具备防水、防腐蚀、低功耗等特点，以适应稻田高温高湿的田间环境。当决策层下达指令后，执行层能够迅速响应，精确控制闸门开度或水泵启停，实现从0到1的开关控制，乃至对灌溉水流量的精准调节。部分先进的系统还配备了可移动的灌溉设备，如智能灌溉机，能够根据田块内的需水差异，实现变量灌溉[4]。
1.2 水稻生产关键技术感知与传感技术
在水稻生产中，智能化灌溉依赖的传感技术已从单一参数监测向多源信息融合感知发展。除了传统的土壤水分传感器外，稻田物联网监测站还集成了雨量筒、风速风向仪、光照传感器和摄像头等多种设备，构建起“四情”（墒情、苗情、虫情、灾情）一体化监测网络。这些传感器24 h不间断工作，实时捕捉稻田环境的细微变化。其中，对水稻生理生态信息的感知是近年来的技术突破点。例如，利用搭载多光谱或高光谱相机的无人机进行低空遥感，可以快速获取大面积水稻田的归一化植被指数（NDVI）等长势信息，精准反演水稻的氮素含量和生物量，从而间接判断其水分需求。这种天空地一体化的感知体系，弥补了单点土壤传感器代表性不足的缺陷，为灌溉决策提供了从宏观到微观的全面数据支持。
1.3 水稻生产与灌溉大数据融合
海量的感知数据需经融合与分析，才能转化为具有实用价值的灌溉决策。数据库技术在水稻智能化灌溉中的应用，已超越了简单的数据存储功能，发展成为集成了水稻品种需水规律、土壤水分运移规律、历史气象资料和历年农事记录的大数据平台。该平台为每一块稻田建立了数字档案，即数字身份证，记录其土壤类型、田块平整度、历年产量及灌溉用水量等信息。其还融合了作物生长模型，如水稻耗水模型。通过将实时感知的土壤水势、田间水层等数据与模型模拟的作物需水量（ET值）进行同化分析，平台能够动态评估当前稻田的水分亏缺状况，并预测未来几天的需水趋势。这种基于大数据和模型的决策支持，使得灌溉方案从经验驱动转变为数据驱动，实现了灌溉用水的精细化管理[5]。
1.4 基于水稻需水规律的决策设计
灌溉决策软件是智能化灌溉系统的核心，其设计必须深度耦合水稻的生理需水规律。决策模型的核心是依据水稻不同生育期的水分阈值进行逻辑判断。例如，在分蘖期，系统根据传感器采集的田间水层深度和土壤氧化还原电位，当水层低于设定下限时启动浅水灌溉，而当分蘖数达到预期目标或土壤出现还原性毒害风险时，则智能决策启动晒田程序。现代决策系统还引入了人工智能算法，特别是机器学习和深度学习技术。AI模型通过对历史灌溉数据、气象数据与最终产量品质数据的关联分析，可以不断学习和优化灌溉阈值。
1.5 基于云平台的水稻灌溉智慧管理
云平台作为数据汇聚中心与智慧管理的赋能载体，整合气象、土壤、品种等多元数据，构建数字水稻农田一张图，实现管理者对全局灌溉情况直观把控。同时，云平台还支持将智能决策生成的灌溉方案直接推送至田间的智能灌溉装备和作业无人机，实现从决策到作业的精准衔接。这种基于云平台的智慧管理模式，极大地提升了水稻种植的标准化水平和规模化服务能力，为现代水稻产业注入了新的科技含量。
2 水稻智能化灌溉方式
2.1 喷灌
喷灌是一种通过动力机和管道系统将水加压（或利用水的天然落差），再通过喷头将水喷射到空中，分散成细小水滴后均匀散落以湿润稻田的灌溉方式。这种方式在水稻生产中的应用主要见于苗床育苗、旱育秧以及部分水稻旱作地区。它能够有效改善田间小气候，在高温干旱季节起到降温增湿的作用，有利于减轻水稻高温热害。同时，喷灌对地形适应性好，无需像传统格田那样精平土地，但在风力较大时，灌溉均匀度会受到影响。
2.2 微喷灌
微喷灌是利用微型喷头，在较低的工作压力下，将水喷洒成细小的水滴湿润土壤。在水稻生产中，微喷灌常用于集中育苗阶段，能为秧苗提供更为均匀湿润的生长环境，防止种子被冲刷流失，有利于培育齐壮秧苗。此外，微喷灌还可以用于调节田间小气候，特别是在水稻抽穗扬花期遇到高温天气时，通过微喷灌进行冠层喷雾，能有效降低穗部温度，减轻高温对授粉的危害。
在微喷灌等系统基础上，可进一步集成水肥一体化技术。该技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。在水稻生产中，该技术通常借助微喷灌系统，将溶解后的肥料均匀、精准地输送到水稻根部土壤。对于旱作水稻，水肥一体化是标准配置，能够按照水稻少量多次的需肥规律，在拔节孕穗等关键生育期进行精准追肥，显著提高肥料利用率，减少肥料流失和环境污染。在常规灌溉稻田，也可以通过加装施肥装置，实现“浅湿—干”灌溉条件下的水肥耦合管理，即在灌水时将肥料带入田间，提高作业效率。
3 水稻全生育期智能化节水灌溉
3.1 水稻插秧期
秧苗移植至大田后，田间应维持较浅水层，以利于秧苗根系水分吸收与植物蒸腾，助力秧苗生长。节水灌溉不仅能满足水稻对水分的需求，而且可改善土壤通气性。水稻根系在生长过程中需较高的通气条件，在节水灌溉条件下，其主根相对较浅，增加了根系活性，延缓其老化，从而达到增产目的。植物叶片是植株的主要耗水器官，水分亏缺条件下植株生长会受到明显影响[6]。
3.2 水稻返青期
秧苗返青后，田间不宜长期维持水层，每次灌溉均需采用浅灌方法，待农田表层没有完全干涸时，再进行下一次浇灌，并逐步降低灌溉频率。在田间昼夜温差较大的条件下，采用节水灌溉技术可调控稻田湿度与小气候，进而有效降低水稻病虫害的发生概率。通过排干晒田，可提高土壤通气性，抑制沼气生成。实施节水灌溉技术后，田间渗漏水量可大幅减少；同时该技术可实现雨水资源化利用，不仅能显著节约灌溉用水，还能有效缓解汛期的排水压力。节水灌溉条件下，农田可适时进行排水晾晒，有效提高土壤孔隙的氧气含量，促进土壤还原性物质氧化与微生物活性提升，加速有机质降解及矿物质形成，且排水晾田还可对田间杂草起到良好的抑制作用[7]。
3.3 水稻分蘖期
为提升土壤温度，水稻分蘖期宜采用浅水灌溉。分蘖期结束后，需在大田进行5 d以上的晒田处理，以抑制无效分蘖萌发，防止土壤中有毒气体累积，促进根系健壮生长，该措施是分蘖期节水灌溉的核心环节之一。为进一步提升分蘖期节水灌溉的精准性，部分地区已将高新技术融入分蘖期灌溉管理中。例如，依托水利自动化信息管理系统，通过传感器实时采集稻田水位、土壤墒情等参数，结合水稻分蘖进程的生长监测数据，可智能判断浅水灌溉的补水时机及晒田启动节点，动态调节灌溉系统的运行状态，实现分蘖期水资源的高效利用，兼顾有效分蘖促进与节水目标的协同达成[8]。
3.4 水稻拔节孕穗期
拔节孕穗期适当灌溉可以增加颖花数量，促进大穗形成。为兼顾该时期的水分需求与节水目标，智能化节水灌溉技术已被逐步应用于稻田管理中。该技术依托物联网与传感监测系统，实时采集稻田根区墒情、田间水层深度等参数，通过计算机模型解析水稻拔节孕穗期的需水阈值，进而实现灌溉过程的科学调控[9]。相较于常规灌溉方式，该智能化调控模式可精准匹配水稻穗部发育的水分需求，显著提升水资源的利用效率，降低人工成本，最终实现增产提质的效果。
3.5 水稻抽穗开花至成熟期
从花期至成熟期，节水灌溉对籽粒灌浆结实具有重要作用，而对于具有耐低温等特性的早熟型水稻品种而言，采用节水灌溉措施可显著提升水稻产量。在孕穗初期，稳定灌水深度宜在5～6 cm，花期后浅灌；密切关注北方地区7月的天气变化情况，气温降至18 ℃以下时，将水层深度增加到10～15 cm，且需确保水温；气温回升后，再回到初始水层，采用间断灌溉，在稻谷收获前10 d停止浇水。此外，根据该地区的井群布置，采用一口井匹配一组农业灌溉用水计量采集系统的布设方式，实现对项目区农田机电井用水量的监测，满足灌区的农业灌溉用水需求[10]。智能农业机械化灌溉系统集成自助缴费取水功能，缴费后自动浇灌，中央分轴喷头，直径290 m，10 h即能完成400 hm2浇灌，还可通过通信设备进行远程浇灌。
4 结语
本文综述了智能化灌溉系统的技术架构、灌溉方式及其在水稻全生育期的应用。水稻智能化灌溉技术的系统架构主要包括感知层、传输层、决策层和执行层，并通过传感器技术、灌溉大数据融合和云平台等实现水稻灌溉智慧管理，其灌溉方式包括喷灌、微喷灌，结合水肥一体化技术，实现水肥资源高效利用。智能化灌溉技术节水灌溉模式能够在水稻插秧期较好地改善土壤通气性，促进秧苗根系水分吸收，助力秧苗生长；返青期可实现浅水漫灌，精准把控灌溉频率，提高土壤孔隙氧气含量；分蘖期实时采集稻田水位、土壤墒情等参数，智能判断浅水灌溉的补水时机及晒田启动节点；拔节孕穗期能够精准解析该时期需水阈值，进而实现灌溉过程的无人值守与科学调控，同时精准匹配水稻穗部发育的水分需求，最终实现增产提质的效果；抽穗开花到成熟期可根据水稻时期和天气情况调整适宜水层，布设一口井匹配一组农业灌溉用水计量采集系统，满足灌区灌溉用水需求。本文为农业节水和绿色发展提供参考。