精准节水农业:用更少水滴,收获更多产出

即便用喷灌设备均匀浇灌，相邻两棵树木根系实际所需的水量，也存在巨大差异。加州大学河滨分校（UCR）的研究团队研发的小型机器人，揭示了一个出人意料的事实。相关论文，已正式发表于学术期刊《Computers and Electronics in Agriculture》。

为什么相邻植株的需水量天差地别

明明彼此紧挨，所需水量却截然不同，答案就藏在脚下的土壤之中。

即使果树整齐排列在同一行，也经常会出现，一侧土壤颗粒细腻、另一侧土质颗粒粗糙的情况。细腻的土壤锁水能力更强，颗粒粗大的土壤排水速度快，导致根系能留存吸收的水分少。

此外，小型局部喷洒的微喷灌装置，只能打湿一小部分地面，久而久之土壤内部就会形成干湿不均的分布状态。

持续干旱的加州，农户陷入苦境

如果无法识别这种肉眼难以分辨的土壤差异、精准调控用水，农业生产就会陷入严峻困境。

如今当地农户正承受着双重重压：地下水开采管制不断收紧，用水成本也在持续上涨。

本次研究的埃利亚·斯库迪罗副教授在官方发布中表示：
“一旦遭遇缺水，农户面前只有两个选择——要么彻底关停果园，要么找到用更少水资源、维持同等作物产能的全新方法。”

浇水过多或过少，都会伤害树木与生态

精准把控浇水量，直接关系树木健康与生态环境。

供水不足，树木就会产生生长胁迫，变得更容易遭受病虫害；而浇水过量，土壤孔隙会被水填满，根系就无法正常吸收氧气。

不仅如此，多余的水分还会把肥料养分冲刷到根系达不到的深层土层，甚至引发地下水氮污染等环境隐患。

斯库迪罗解释道：“只供给植物实际生长必需的水量，就能大幅减少根系养分流失、污染周边环境的风险。”

从少数传感器，升级为机器人全域测绘

以往的微灌溉技术，大多依靠埋入地下的单点土壤水分传感器监测数据。但这类设备造价高昂，数千棵果树的农田里，仅能少量布设、覆盖点位十分有限。

斯库迪罗指出，传统传感器提供的信息存在极大局限性。为此，他的团队研发出一款巡检机器人，可以在果园内移动作业，全程测量土壤的电导率（衡量土壤导电难易程度的指标，可精准反映土壤含水状态）。

将机器人采集的数据、传统传感器数据相结合，再通过统计模型推算整片农田的整体含水量，就能绘制出精准到单棵树木的专属水分分布图。实验证明，仅4-6个采样点位，就可以保证实用级别的精准度。

全球水危机，也正在逼近日本农业

水资源短缺早已不是大洋彼岸的特例，日本农业也正在深受其害。

2025年8月，兵库县加古川市时隔16年重启取水限制，削减了25%的农业用水，因为当年1-6月降水量远低于过去十年平均值。除此之外，去年干旱对农业的冲击，在日本各地也频频报道。

2025年面向农业生产者的舆论调查中，58%的受访者表示，受气候变化与极端酷暑影响，农作物收成明显下降；同年《日本农业新闻》的问卷调查也显示，86%的从业者认为高温和干旱已经、或将持续影响农业产量，一线农户已经切身感受到全球变暖带来的冲击。

与干旱相反的极端暴雨，同样会重创农业生产。日本气象厅《2025年日本气候变动》报告显示，如今1小时降水量超80毫米的极端暴雨的频率，已经是1980年代的约2倍。

暴雨与干旱交替频发的「降水两极化」，让日本农业用水的稳定保障变得愈发艰难。

全球应对缺水的挑战

为解决水资源短缺的困境，各国都在持续打磨“精密”节水农业技术。

以色列早在20世纪60年代，就率先普及了滴灌技术：通过带微孔的塑料管，将水与液体肥料精准输送到作物根部。

如今以色列75%的耕地都应用了滴灌系统，也支撑起本国超高的粮食自给率（水果、蔬菜、乳制品、禽蛋自给率高达95%）。研发该技术的耐特菲姆（Netafim）公司，目前正将这套方案推广至全球110个国家。

加州自2010年代起，常年遭遇极端干旱。

但是在当地产出的杏仁，占据全球总产量的80%。

虽然杏仁本身是高耗水作物，但如今加州超80%的杏仁农户，都引入了节水型微灌、滴灌技术。从20世纪90年代至2020年代，单颗杏仁的耗水量已经降低33%，当地农户还定下了未来再削减20%用水量的新目标。

日本目前还没有大规模推广滴灌农业，但根据耐特菲姆在土耳其、印度、希腊、意大利开展的实证实验，滴灌同样适配水稻种植：通过减少水分蒸发、地表径流与深层渗漏，可实现节水70%、节肥30%，同时还能大幅削减强效温室气体甲烷的排放。

日本东北地区，已经有了小规模滴灌水稻种植的成功案例，2021年就顺利完成了完整的种植与收获周期。如果这类节水系统能在日本大规模落地，日本农业就能大幅提升对高温、干旱的适应能力。

研究认为，在各类作物种植中，同步搭配微灌、滴灌系统，再加上土壤电导率巡检机器人，还能进一步大幅强化农业面对干旱的韧性。

一滴清水，孕育更多丰收

斯库迪罗的研究项目，2019年在加州大学河滨分校农业、食品与环境研究中心（CAFE）启动，由农业科学家与工程学者跨界联合开发，后续还计划在商业农户的生产现场，开展大范围落地实测。
在气候变化、资源紧缺的大背景下，融合机器人、传感器与数据科学的精密农业系统，正在为全球可持续粮食生产，点亮全新希望。

正如斯库迪罗总结的研究核心理念：
用一滴水，收获更多作物！