“这条小道就是一个分界线，路的东边是我们的试验田，西边是常规田，两边的土壤和地质特点都是一样的，虽然两者看起来没什么差别，但节约的水和农作物的产量却是大相径庭……”
9月24日上午，在水利部中国灌溉试验宁夏中心站，宁夏大学教授朱磊课题组正在讨论“基于‘天空地’一体化作物水分诊断与智能灌溉应用研究”项目试验和近期测产工作。
什么是“天空地”一体化作物水分诊断与智能灌溉?如何能实现节水增产?这里面有什么“科技”与“狠活”?
今年以来，宁夏水利科学研究院立足宁夏“四水四定”工作要求，研究确立了7项基础研究课题，针对宁夏灌区农业水资源管理粗放、智能化灌溉决策不足、灌溉管理水平偏低等问题，联合宁夏大学朱磊教授团队研究低成本智能化且适用于宁夏农场尺度的“天-空-地”一体化农情监测技术体系，构建适用于宁夏主要粮食作物的生长数据同化模型，研发基于数据同化模拟的智慧灌溉决策系统和基于大数据的宁夏特色智慧灌溉与农业信息化平台，以期实现农田灌溉数字感知、智能决策和精准控制。
“为了确保科研成果的精准度和实用性，我们同时配合水利厅实施的汉延渠数字孪生灌区建设，从汉延渠上、中、下游各选择1个典型直开口控制区域为试验对象，来对研发的数据同化模型和智慧灌溉决策系统进行应用和验证，如果科研成果顺利，不仅能实现节水增效，也会实现汉延渠灌域从干渠到田间地头的全流程数字孪生，打通宁夏数字孪生灌区建设的‘最后一公里’”。宁夏水科院灌溉排水研究所所长周乾说。
建立模型、作物种植、“天空地”监测……在作物100天的生长期里，科研团队利用数学模型对作物生长发育和生物量形成过程进行综合性和系统性的表达，并借助于计算机编程技术实现对前述过程动态模拟，通过对区域作物生长阶段、土壤特性的精确解析，得到作物实时的耗水量，指导现实灌溉，从而提高水分生产效率。
但作物生长模型的构建会对现实的部分复杂情况进行简化，本身具有一定的不确定性，直接使用模型会导致模拟结果产生一定的失真。科研团队通过数据同化算法，整合观测数据和模型模拟数据，对模型进行动态校准和优化，持续提高模型预测作物需水过程，结合实地气象数据和大田卫星影像特征，采用多目标粒子群和强化学习两种优化算法，智慧化决策灌溉时间和灌溉水量。
同时，科研团队还基于卫星-无人机-地面即天空地一体多尺度多层次获取现实观测数据，建立基于大数据的智慧灌溉平台，通过该平台，根据接入的卫星遥感数据、无人机数据、地面移动端数据、气象站数据以及灌溉数据，对田块各项指标进行模型算法预测，指导后续的农业生产。
“从测产结果来看，每亩地用水218方，用水量减少了10%左右，每亩青储玉米从3.5吨提高至4.5吨，水分生产效率由以前的每方水16公斤提高到22公斤，说明我们这一步走得很成功。而且，这项技术不仅适用于玉米，其他作物也适用，无论是对地面灌溉还是高效节灌农田，都具有节水增产效果，这在全国乃至全球都属于较先进的。”正在现场开展试验的博士生孙伯颜说。
“科技”与“狠活”，不仅提高了作物灌溉水利用效率和效益，提升了农业灌溉智能化管理水平，也为加快发展农业和水利新质生产力，引领推进新阶段水利高质量发展和农业现代化提供有力技术支撑。下一步，宁夏水科院将深入实施成果转化，努力让这项科研成果转化为提高水资源高效利用、支撑“四水四定”示范区建设的智慧力量。宁夏财经 周 梅
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