王龍飛 葉芳 張秀麗 李建華 范沿沿 吳亞文 仝振偉

摘要：煙草是一種重要的經濟作物，施肥是保證其產量的重要措施之一。相對于人工施肥，機械化施肥有利于降低煙農勞動量，改善煙農工作環(huán)境。本文研究了目前現存的排肥器結構與工作原理，并發(fā)現排肥器存在因脈動性而導致施肥效果偏差等問題。本文結合煙草施肥特點及農藝要求，設計了一種新的煙草施肥的立式蜂窩煤形施肥機械通過仿形蜂窩煤結構，能夠同時施用兩種不同肥料，做到準確均勻施肥，減少對肥料的浪費。

Abstract： Tobacco is an important cash crop， and fertilization is one of the important measures to ensure its yield. Compared with manual fertilization， mechanized fertilization is beneficial to reduce the workload and improve the working environment of tobacco farmers. In this paper， the structure and working principle of the existing fertilizer dispenser were studied. It was found that the fluctuation of the fertilizer dispenser resulted in the deviation of fertilization effect. Based on the characteristics of tobacco fertilization and agronomic requirements， a new vertical honeycomb coal-shaped fertilizer machine was designed， which can apply two different fertilizers simultaneously by imitating the structure of honeycomb coal， so as to achieve accurate and uniform fertilization and reduce the waste of fertilizer.

關鍵詞：煙草;機械施肥;外槽輪式排肥器;蜂窩煤形排肥器

Key words： tobacco;mechanical fertilization;external grooved wheel fertilizer apparatus;honeycomb coal fertilizer apparatus

中圖分類號：S224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0204-03

0? 引言

煙草屬于茄目，茄科一年生或有限多年生草本植物，是一種重要的經濟作物[1]。隨著社會的發(fā)展，煙草行業(yè)已逐漸成為國家稅收的主要組成部分。近些年來，煙草種植的范圍也逐漸擴大到全國范圍。但是，根據調查顯示，我國適合耕作的土壤肥力較世界水平普遍偏低，種植出的煙葉品質不高，經濟效益差，因此在煙草大田作業(yè)環(huán)節(jié)，需要通過精準均勻的施用基肥來提高土壤肥力，以此提高煙葉的產量和質量，進一步提升上等煙所占比例[2-3]。

機械施肥是指通過人工控制機械來實現施肥的一種施肥模式，可以高效、快速的完成施肥作業(yè)，增加土壤肥力、提高煙草產量和質量、改善農民勞動環(huán)境和降低農民勞動量，同時提高農民收入[4]。目前，煙草機械化施肥技術存在施肥精度較低，易出現少施、多施或漏施等問題，使煙草肥料供給不足或土壤富營養(yǎng)化，降低煙草的產量和質量，因此需要對煙草機械化施肥技術進一步研究[5-6]。

1? 煙草機械化施肥研究

1.1 煙草機械化施肥方式

在煙草施肥過程中，根據施肥時間的不同，可分為施基肥和追肥。煙草基肥施用主要分為：撒施、條施、穴施等[7-8]。撒施是在未栽種煙草前所采用的主要施肥方式，一般單人操作撒施機械，將肥料直接均勻的潑撒在農田土壤上，然后進行耕地，使肥料覆蓋在土壤里;煙草是壟溝作物，撒施會降低肥料的利用率。條施是將肥料成條狀施用于煙草行間土壤的施肥方法，有利于將肥料施到煙草根系層，并可與灌溉相結合，更有利于煙草對肥料的吸收;在多數條件下，條施肥料都需開溝后施入并覆土，以提高肥效。穴施是在煙草預定種植位置或種植穴內按株或在兩側株間開穴施肥，一般施肥深度5～10cm，且施肥后需及時覆土;穴施是一種比條施更能使肥料集中施用的方法，但需人工挖穴施肥，費時費力，且操作不當，易造成燒苗等危害。本文主要研究煙草機械化施基肥技術。

1.2 煙草施基肥農藝技術

根據煙草種植農藝要求，煙草多為壟上種植，煙草移栽前采用重施基肥，早施追肥，基肥與追肥相結合的施肥方法。生產上一般先將基肥條施于煙株栽植行的底部，后經起壟機起壟，將肥料覆蓋入壟低，然后等待煙草移栽[9-10]?？紤]到煙草移栽后根系分布規(guī)律和不同生長發(fā)育階段對肥料的需求不同，盡量提高肥效利用率，本文在現有煙草種植農藝的基礎上，設計了一種新型煙草機械化施肥與起壟模式：“一次兩壟，一壟雙行分層條施”，如圖1所示。煙草移栽時起壟要求：壟底寬650-750mm，壟頂寬340-380mm，壟高為240-300mm，兩壟間距為1100-130mm;施肥要求：施肥時距離壟頂以下150-250mm，距離植株半徑在150-200mm。

在新型機械化施肥與起壟模式下，先進行土壤旋耕，后施肥與起壟并行，將肥料直接固定在壟作內部，能有效提高肥料利用率，達到最佳施肥效果。

1.3 煙草機械化施肥技術分析

目前，在煙草施肥中尚無專用的煙草機械化排肥器，所以現在使用較多的是結構簡單、通用性較強的外槽輪式排肥器。如圖2所示為直槽式外槽輪排肥器，該排肥器是在外槽輪排種器的基礎上進行改進而來的。外槽輪排肥器通過增大槽輪直徑，減少其齒數，使槽輪間的容積變大，能更好的適用于顆粒肥料的施用[11-13]。此排肥器的特點是結構比較簡單，通用性比較好，較廣泛應用于多種農作物機械化施肥;適用于流動性比較好的松散型化肥或者復合型顆粒肥，不適用于粉狀或易潮解的化肥。因其本身存在脈動性，在排肥器轉速過低時會導致施肥效果存在偏差，易出現架空或斷條等現象，造成少施、多施或漏施，影響排肥能力，降低肥料的利用率。

在直槽式外槽輪排肥器的基礎上，為適應不同時期作物對養(yǎng)分的需求和實現水平氣送式集中排肥器定量排肥，雷小龍等[14]根據顆粒肥料的本征參數、接觸參數以及排肥量等，提出了螺旋傾斜放置結構，設計一種螺旋傾斜組合式顆粒肥料定量供肥裝置，將現有直槽式外槽輪施肥機械改進為螺旋組合式施肥機械，如圖3所示。該施肥機械作業(yè)時，顆粒肥料在自身重力和肥箱傾斜角的作用下落入充肥區(qū)，經動力裝置帶動，排肥裝置和攪肥裝置可實現同步運行;攪肥裝置在肥箱中轉動，不但能防止肥料結塊、架空等，還能使排肥裝置的充肥能力顯著增加;顆粒肥料經投肥區(qū)域脫離螺旋傾斜組合式排肥輪，在自身重力作用下，經排肥裝置落入輸肥管，完成定量排肥。試驗表明，該螺旋組合式集中供肥裝置能適應不同機械物理特性參數的顆?；?，且排肥效果較好。

以上排肥器均為槽輪式，普通槽輪式因其結構簡單，通用性較好，被廣泛應用到多種作物的機械化施肥，但因其自身脈動性，易使肥料排施不均勻，造成浪費;在此基礎上進行改進的斜槽輪式排肥器能防止肥料粘結、結拱，較好的實現連續(xù)、均勻排肥。

螺旋輸送是利用旋轉的螺旋葉片來進行物料輸送的一種輸送方式，因其截面小，有較好的密封性能以及平穩(wěn)運行，被廣泛應用于多種物料的運輸，將其應用于肥料的排施，可實現穩(wěn)定的單圈排肥量，在此基礎上李曉賢[15]等設計了一種小型豎直螺旋式精量條施機，其結構如圖4所示。小型豎直螺旋式精量條施機的主要工作部件是豎直螺旋排肥器，在肥料自身重力的作用下，經旋轉的螺旋葉片將肥料排出，且豎直螺旋排肥器能對肥料起攪拌作用，避免肥料在排肥器中出現結拱和成塊等問題。工作過程中，排肥器的出肥口設置有排肥口開關，設定施肥量后，相應的施肥量數據存儲在控制器中;行走輪上安裝有測速儀器，通過速度傳感器來實時測量施肥機的工作速度，在速度傳感器的實時輸出信號下，控制裝置輸出相應的脈沖頻率來調節(jié)排肥電機的轉速，控制實際排肥量，實現均勻性排肥。

為了實現變量施肥裝置的大面積施肥作業(yè)，針對國內大田的土壤狀態(tài)和作業(yè)要求，結合大田變量施肥農技，張睿等[16]設計了一種基于處方圖的鏈條輸送式變量施肥拋撒機，實現肥料的節(jié)約、精準使用，其結構如圖5所示。施肥作業(yè)時，該機器由拖拉機牽引，提供前進動力;通過自身安裝的GPS來進行實時定位施肥機所處土地位置，并實時傳送到控制裝置;控制裝置在收到定位信息后，根據系統(tǒng)設置的處方圖施肥量，經安裝在施肥器排肥鏈軸上的測速傳感器檢測排肥鏈條的速度，并與施肥機作業(yè)速度進行匹配，從而實時控制液壓馬達轉速以調節(jié)排肥鏈的速度，實現該施肥機的變量施肥作業(yè)。試驗表明：變量施肥效果較好，且具有較好的拋撒均勻性;相比普遍應用的變量施肥機，生產率得到了較大提高。

螺旋輸送式與鏈條輸送式都是基于槽輪式施肥器的排肥機理上，設計的新型排肥器結構，能夠實現肥料的連續(xù)、均勻使用，且鏈條輸送式可實現變量施肥。但其結構復雜，尤其要實現均勻施肥需要較高的零部件加工精度和安裝精度，且配件易磨損，推廣應用還需要進一步優(yōu)化。

2? 新型仿形立式蜂窩煤排肥器研究

河南農業(yè)大學針對提出的新型煙草機械化施肥模式，結合煙草施肥農藝與農機，采用仿形技術，設計了一種新型立式蜂窩煤結構排肥器，如圖6所示。針對煙草施肥特性，將肥箱設計成一體兩部，可同時施用兩種配比不同的肥料;采用仿形技術，設計立式蜂窩煤形排肥盤，排肥盤上設計有數量相等且均布的大小孔，大孔在外側，小孔在內側;同時設計排肥孔控制板，通過控制箱體孔與排肥盤孔的有效接觸面積，即可控制排肥量;傳動系統(tǒng)仍采用地輪帶動鏈條，可實現排肥速度與機器行走速度向匹配，實現肥料的均勻使用。

施肥作業(yè)時，將兩種配比不同的肥料，根據施肥比例，分別放入肥箱中;在重力作用下，落入立式蜂窩煤形排肥盤中存儲，排肥盤在傳動軸的帶動下轉動，在轉動一定的角度后將肥料排出;箱體下底板上大小落肥孔的位置與肥箱內大小落肥孔的位置相反，避免在排肥過程中箱體孔、排肥盤孔和箱體下底板孔在同一豎直位置時，出現瞬時排肥量過大等問題，造成排肥不均;箱體內設置排肥孔控制板，通過抽拉排肥孔控制板，可控制箱體孔與排肥盤孔的有效接觸面積，實現排肥量的調節(jié)。新型立式蜂窩煤排肥器理論上可在設計轉速范圍內，高速或低速排肥狀態(tài)，都能實現連續(xù)、均勻的排肥，避免因排肥器轉速問題導致的少施、多施或漏施等問題，提高施肥效率。

該立式蜂窩煤排肥器結構簡單，施肥量調整快捷，制造及維修方便，經初步排肥需要試驗排肥效果良好，需進一步田間試驗進行優(yōu)化改進。

3? 結論與展望

現階段，煙草仍采用傳統(tǒng)施肥模式進行種植，導致煙農工作量大，且工作環(huán)境惡劣。煙草是我國稅收的重要組成部分，實現煙草種植機械化是必然的發(fā)展目標，通過機械化種植，能顯著降低煙農的工作量，改善煙農工作環(huán)境。針對煙草機械化施肥的研究，應以精準、均勻以及一次施肥后減少或不在進行追肥為主，使肥料合理利用，促進煙草產量以及質量的提升，以期煙草機械化施肥合理、科學的發(fā)展。本文對煙草的施肥機構進行了分析研究，提出仿形立式蜂窩煤形排肥器，能夠一次使用兩種配比不同的肥料，且排肥效果較好，可以提高施肥效率以及肥料利用率;同時結合新型機械化施肥與起壟模式，一次作業(yè)，即可完成旋耕、施肥與起壟作業(yè)，實現高效率的煙草機械化種植。

參考文獻：

[1]楊云高，王樹林，劉國，等.生物有機肥對烤煙產質量及土壤改良的影響[J].中國煙草科學，2012，33（04）：70-74.

[2]張繼光，申國明，張久權，等.煙草連作障礙研究進展[J].中國煙草科學，2011，32（03）：95-99.

[3]陸永恒.生態(tài)條件對煙葉品質影響的研究進展[J].中國煙草科學，2007（03）：43-46.

[4]夏來坤，劉京寶，黃璐，等.不同施肥模式對夏玉米產量及生長發(fā)育的影響[J].中國農學通報，2014，30（33）：16-19.

[5]付宇超，袁文勝，張文毅，等.我國施肥機械化技術現狀及問題分析[J].農機化研究，2017，39（01）：251-255，263.

[6]陳遠鵬，龍慧，劉志杰.我國施肥技術與施肥機械的研究現狀及對策[J].農機化研究，2015，37（04）：255-260.

[7]曾山，湯海濤，羅錫文，等.同步開溝起壟施肥水稻精量旱穴直播機設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2012，28（20）：12-19.

[8]蔡紅光，米國華，張秀芝，等.不同施肥方式對東北黑土春玉米連作體系土壤氮素平衡的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2012，18（01）：89-97.

[9]胡誠，喬艷，李雙來，等.長期不同施肥方式下土壤有機碳的垂直分布及碳儲量[J].中國生態(tài)農業(yè)學報，2010，18（04）：689-692.

[10]曾山，湯海濤，羅錫文，等.同步開溝起壟施肥水稻精量旱穴直播機設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2012，28（20）：12-19.

[11]汪博濤，白璐，丁尚鵬，等.外槽輪排肥器關鍵工作參數對排肥量影響的仿真與試驗研究[J].中國農機化學報，2017，38（10）：1-6，23.

[12]潘世強，趙亞祥，金亮，等.2BFJ—6型變量施肥機外槽輪式排肥器的設計與試驗研究[J].中國農機化學報，2016，37（01）：40-42.

[13]張濤，劉飛，劉月琴，等.離散元模擬外槽輪排肥器排量分析[J].農機化研究，2015，37（09）：198.

[14]雷小龍，李蒙良，張黎驊，等.顆?；仕綒馑褪铰菪M合可調定量供肥裝置設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2018，34（19）：9-18.

[15]李曉賢，趙進，任震宇，等.小型豎直螺旋式精量條施機的設計[J].農機化研究，2018，40（12）：75-79.

[16]張睿，王秀，趙春江，等.鏈條輸送式變量施肥拋撒機的設計與試驗[J].農業(yè)工程學報，2012，28（06）：20-25.