一、方案介绍

小麦作为我国主要粮食作物之一，其种植面积广泛、对灌溉水源依赖程度高。在干旱、半干旱及季节性缺水地区，传统的人工经验式灌溉方式普遍存在水资源浪费与产量波动等问题。本方案基于小麦生长周期水分需求特性，构建以气象监测、土壤墒情感知、作物模型为核心的节水智能灌溉系统，通过4G无线通信实现远程监测与精准控制，切实提升小麦灌溉效率和用水效益，推动农业绿色高质量发展。

二、监测目标

三、需求分析

小麦的关键生育阶段包括分蘖、拔节、抽穗、灌浆等阶段，不同阶段对水分的敏感程度各异。传统灌溉难以精准把握需水节奏，造成过灌或欠灌等问题，既浪费水资源，也影响产量与品质。同时，农业劳动力减少、气候不确定性增强，也对智能化灌溉管理提出更高要求。因此，构建基于实际需水量的节水智能灌溉系统，是保障小麦稳定高产的关键路径。

四、监测方法

在小麦田间部署农业气象站与土壤水分传感器，获取空气温湿度、光照、降水、大气压力、土壤水分与土壤温度等关键数据，并由采集主机定时采集，利用4G网络实时上传至云端平台。平台通过集成的作物需水模型自动估算目标区域内小麦需水量，生成灌溉建议，联动电磁阀和泵站控制设备执行精准灌溉操作。

五、应用原理

系统以作物蒸散发模型（FAO Penman-Monteith）为基础，结合气象与土壤实时数据，推算参考蒸散发（ET₀）值，进而计算小麦当前实际需水量。控制主机根据阈值设定自动启停灌溉设备，实现水分平衡调控。同时，平台支持人工干预与多策略切换，保障系统灵活响应突发天气变化。

六、功能特点

七、硬件清单

系统主要由农业气象站、土壤水分温度传感器、数据采集主机、远程控制终端、电磁阀、压力传感器、灌溉泵、4G无线传输模块、太阳能供电组件与智能云平台组成。各单元模块可根据灌溉区块规模灵活配置与扩展。

八、硬件参数（量程、精度）

空气温度测量范围为-40至80℃，测量精度±0.3℃；相对湿度为0至100%，精度±3%；风速量程为0至60m/s，精度±0.3m/s；降雨量测量范围为0至999.9mm，精度0.2mm；光照辐射量程为0至2000W/m²；土壤水分测量范围为0至100%体积含水率，精度±2%；4G数据传输时延小于30秒，采集周期可设定为1分钟至1小时不等。

九、方案实现

在小麦田间选取代表性地块安装农业气象站及多层土壤水分传感器，通过太阳能供电装置保障系统独立运行。通过采集主机接入4G模块，配置网络上传路径及采集频率，接入云平台后自动开始数据采集与上报。用户可通过手机小程序或电脑平台实时查看田间水分状况，系统在需水阈值达标时自动开启灌溉泵，并在灌溉达标后自动关闭，形成闭环管理。

十、数据分析

系统平台支持小麦各阶段的需水曲线绘制、降水与灌溉总量对比分析、灌溉响应效率评估与土壤墒情趋势图展示。基于多年历史数据，可进行灌溉策略优化与季节间对比，为提升灌溉科学性与管理智能化水平提供数据依据。

十一、预警决策

系统可设定土壤含水率上限与下限、雨量预警阈值、异常通信状态等预警规则。发生超限或设备异常时，系统通过短信、微信或APP推送方式通知管理人员，确保第一时间响应处理，避免因系统滞后或失效影响作物灌溉需求。

十二、方案优点

十三、应用领域

该方案适用于小麦主产区如华北平原、黄淮海、陕西关中、新疆、内蒙古等地的大田种植区域。也适合在农垦农场、节水农业示范园区、农业合作社、农业科研机构及粮食主产区推广应用。

十四、效益分析

实施本方案后，小麦单位面积灌溉水耗可减少25%至40%，节省用水费用，同时降低人工灌溉成本40%以上。作物产量可提高10%至15%，品质提升明显，有效降低病虫害发生率，经济效益与生态效益显著提升。长期运行还可积累精准农业数据资产，促进农业生产全链条数字化。

十五、国标规范

十六、参考文献

十七、案例分享

在河北省邢台市小麦核心产区，建设“智慧灌溉示范田”项目，覆盖约300亩小麦种植区。项目部署6套农业气象站、18组土壤水分传感器，并接入智能水泵控制系统。运行首年节水达34%，亩均增产58公斤，实现用水精准管理、种植收益同步提升，获得当地农业部门推广应用与多地复制。