企运智库｜智慧农业与智慧灌溉产业分析报告

  我国已建成10亿亩高标准农田，实现4亿亩高效节水灌溉面积，“十四五”末将新增0.6亿亩高效节水灌溉面积。

  智慧农业是继传统农业、现代农业后，一种全新的、融合多种现代技术的产业生产模式，可实现农业生产数据化、可视化、智能化、全自动化及无人化，更具备了预测诊断草害、虫害等自然灾害、高效节水用水、实时监测作物生长的智能管理能力。

  根据中国工程院专家的研究报告,目前仅在农业数字化的经济领域就已实现超过6000亿市场规模，随着农业农村数字化进程加快，预计到2025年，我国农业数字化的经济规模将达到1.26万亿元，2035年预计将达到7.8万亿元。

  据前瞻研究院的统计，2022年我国智慧农业市场规模目前约743亿元，智慧农业总体处在初级发展阶段。相较于我国数万亿级的农业产值规模和与智慧农业关联的农业数字化的经济规模，智慧农业拥有巨大增长潜力。随着农业科学技术的日新月异，乡村产业的振兴，智慧农业必将迎来爆发式发展，也将促进智慧灌溉等上下游产业的成长进步。

  发展智慧农业离不开智慧化的节水灌溉技术。囿于我国自然降水量不足，水资源分布极不均匀，传统的灌溉方式浪费水资源，不能很好地控制水资源量，过多过少都会影响农作物长势。经历多年技术迭代，目前的节水灌溉已取得长足发展，当前的主流节水灌溉技术主要可分为以下五类：

  1.微灌技术：微灌是根据农作物的需水量，通过低压管道系统和安装在最终管道上的灌水器，将农作物生长所需的水分和养分，将小流量均匀、准确地直接输送到作物根部附近的地表或土壤层的灌溉方法。微灌是一种现代、精密、高效的节水技术，属局部灌溉，具有节能节水、灌溉均匀、具有适应能力强、操作便捷等优点。本文讨论的地下渗灌、滴灌、微喷灌、涌泉灌技术便属于这一范畴。

  渗灌是一种地下灌溉技术，通过将渗水管道埋藏在一定深度地下，综合灌溉材料设计、低压输水与微灌技术，通过埋于作物根系活动层的灌水器，根据作物的生长需水量定时定量地向土壤中渗水供给作物。渗灌可以看作是滴灌的一种特殊形式，又可被称为地下滴灌，目前走在智慧节水技术前沿。

  2.喷灌技术：喷灌是利用自然水头落差或机械压力，将灌溉水通过管道系统输送到田间，利用喷头将水喷到空中，将水分散成小水滴，然后均匀地洒在田间进行灌溉。喷灌适用于除水褶外的几乎所有大田作物，以及蔬菜、果树等。

  3.管道输水技术：管道输水灌溉，又称管道灌溉，是一种以管道输水代替普明渠的地面灌溉工程新技术。它是通过一个在很多压力下，将配水设施中的灌溉水引向田间农作物，是减少输水过程中漏水和蒸发损失的技术措施。

  4.渠道防渗技术：渠道防渗技术是为减少输水渠道的渠道床渗透或建立不透水的保护层而采取的多种技术措施。根据所使用的防渗材料可分为砌体防渗、混凝土防渗、膜材防渗、沥青混凝土防渗等。渠道防渗不但可以提高渠道水利用系数，还能够更好的降低它能够大大减少渠道水的泄漏，节省大量灌溉用水。

  5.地下水节水灌溉技术：主要有优化硅灌技术(包括小沟、长硅分段灌、宽浅硅沟联合灌等)、节水沟灌技术(包括封闭直沟灌、方沟灌、涓沟灌等)、地膜覆盖湿水技术(膜上灌等)、田间管理技术(激光控制整平技术等)。

  不同智慧灌溉技术适用的应用场景不同。一般而言，渗灌技术适合使用的范围广泛，能够适用于农田、温室、大棚和果园等多种场景，可以为大田作物、温室作物，大棚蔬菜、果树花卉等多种经济作物。渗灌技术可灌溉规模大，经济效益可观，但一次性投资成本高，为现代农业企业、农业集体组织青睐，因此在国内渗灌技术也得到了广泛的研究关注。

  滴灌适用于沙漠、干旱地区或需要精细化管理的灌溉场景，满足花卉、园林、果蔬的用水需要，但核心技术长期为国外垄断。另外，其对投资生产者的资金、技术运维要求也相对高。一般为现代化的农业生产主体或者农业水利部门投资建设。

  喷灌和渠道防渗技术上的含金量相较于前种微灌技术来说要求低，投资门槛不高，适用于大面积的公共绿化空间、大中型灌溉区的节水灌溉场景。

  1.灌溉效率高：渗灌技术能将水分和营养直接输送到植物根系附近的土壤中，减少水分蒸发和浪费。相比传统的洒水漫灌，渗灌技术能节省大量的水资源，减少肥料使用，埋藏地下的管道还能节省耕地空间，提高灌溉效率。据统计，渗灌技术最高节水效率可达97%。

  2.生产控制精：渗灌技术能智能化技术结合，根据植物的需水量和生长阶段数据，精确控制灌溉水量和灌溉时间。通过智能控制管理系统，能轻松实现自动化的灌溉管理，避免了人为的误差和浪费。

  3.适应能力强：渗灌技术适用于各种土壤类型和植物种类，可以在各种各样的气候条件下使用，可以灵活调整灌溉水量和频率。渗灌技术适用的灌溉场景丰富，能满足我国大规模节水灌溉面积的建设需要。

  4.环保可持续：渗灌技术能减少农业对地下水和地表水的过度开采，降低农业对水资源的依赖性。它还能够大大减少农业产生的土壤侵蚀和水污染，提高农业的可持续性和环境友好性。渗灌提高棚膜透明度，提高光合作用效率。

  渗灌是随着灌溉材料的发展而发展的。早在1860年，德国就首次使用地下排水瓦管进行过地下灌溉试验。1913年，美国就进行了地下滴灌的试验研究。二战后，塑料管在灌溉中得到普遍应用。

  20世纪40年代后期，德国用塑料管进行了地下滴灌的研究，致使其费用大幅度的降低，对许多作物来说都是经济可行的。1959年地下滴灌在美国的加州和夏威夷开始做研究和试验。20世界60年代以后，带有灌水器的聚氯乙烯管和聚乙烯管应用于地下滴灌系统，地下滴灌系统的安装技术也有了提高。

  21世纪年代初期，美国研制成功了专用的橡胶渗灌管。此后，以色列、法国、日本等国也先后研制成功了以聚烯烃、废橡胶轮胎为原料的渗灌管。

  目前渗灌已在多个发达等国家被应用于温室大田、果园及城乡绿化等灌溉中。日本已将自动控制的大型地下灌溉系统试验应用于水稻种植，渗灌面积在逐年增加。

  我国从20世纪50年代开始，在中国北方的数个粮食生产大省开始了渗灌技术的研究。限于当时科学技术的水平，并没有大范围的推广。90年代，尽管在管道材料和浇灌技术的研究上有所突破，但在推广省份渗灌技术盲目扩张，管理混乱，而随后相应的关键技术也没有一点突破，先进设备技术大多通过国外购买引进。因此，中国的渗灌技术一直停滞不前。

  以色列地处沙漠地带边缘，60％以上的地区属于干旱与半干旱区，在这些地区降雨稀少，水资源严重匮乏。为此，20世纪50-60年代，以色列的科学技术人员长期致力于研究和发展农业节水技术，并研制领先全球的滴灌技术，特有的灌溉技术对以色列农业发展起到了重要促进作用。

  基于滴灌技术的成熟发展经验，以色列“沉下身子”在渗灌领域也做了一系列的技术创新。该国的压力灌溉技术、埋藏式灌溉技术、喷洒式灌溉技术、散布式灌溉技术、智能化系统操作方面对节水灌溉领域都具有较强的技术竞争力。在渗灌有关技术表现在压力灌溉与埋藏式灌溉等的研发应用上。

  进入21世纪，全壁微孔渗灌管由中国长春应用化学研究所研制成功。而重大的突破出现在2013年，我国成功研究出的痕量灌溉技术，一举打破农作物“被动式补水”的全球传统灌溉模式。当前，更是在信息化、智能化技术协同规划下，逐步提升了节水灌溉的智慧化发展。

  江苏朗润慧丰节水灌溉科技有限公司建设的基于渗灌技术智慧灌溉系统，以具有自主知识产权的“胶粉基农林渗灌管”为基础，开创性地搭建了符合渗灌要求的首部枢纽，并依托南京农高区创新环境和科研资源优势，开发专家系统，利用先进的物联网与自动化技术将专家系统与渗灌技术相融合，建成自动控制、高效节水节能的智慧灌溉系统。本项目实施并市场推广后将突破以色列、德国在渗灌管制备领域的垄断地位，在原料上实现了资源再利用，在应用上实现了水资源利用率和人工效率的大幅提高，对农业增产、国家双碳战略具有巨大的推动作用。

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