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      玉米施肥裝備研究發(fā)展概述

      2022-04-16 05:36:03沈卓群
      農(nóng)業(yè)科技與裝備 2022年5期
      關(guān)鍵詞:作業(yè)機施肥機施肥量

      沈卓群

      (遼寧省農(nóng)業(yè)機械化研究所,沈陽 110161)

      不合理的施肥方式會導(dǎo)致肥料利用率降低,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本增加,并且多余的化肥會污染生態(tài)環(huán)境[1]。玉米作為我國主要糧食作物,在其種植和生長過程中通過科學(xué)合理施肥,能夠有效提高玉米質(zhì)量和產(chǎn)量。 肥料配比、施肥方式和施肥機械均影響施肥效果。 施肥量少則無法保證玉米植株良好生長,而施肥量多不僅會燒種,還會造成環(huán)境污染。對此,研制施用量準確且可實現(xiàn)氮、磷、鉀等微量元素科學(xué)配比的施肥機械,對保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。隨著精準農(nóng)業(yè)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,玉米施肥機械正在從單一性向多功能性、從機械化向智能化方向發(fā)展。 闡述玉米施肥機械主要類型及其特點,分析存在的問題,為玉米施肥機械的創(chuàng)新研制提供參考。

      1 玉米施肥機械主要類型與特點

      按照肥料類型, 玉米施肥機分為化肥施肥機、廄肥施肥機和液態(tài)肥施肥機;按照玉米施肥階段,分為播種施肥聯(lián)合作業(yè)機和中耕施肥機。隨著精準農(nóng)業(yè)概念的提出,變量施肥成為國內(nèi)施肥領(lǐng)域的重點研究方向,一些科研院所和農(nóng)機企業(yè)紛紛研制具有控制肥量功能的變量施肥機。

      1.1 播種施肥聯(lián)合作業(yè)機

      播種施肥聯(lián)合作業(yè)機用于種肥或一次性緩釋肥的施播。 種肥為玉米提供生長初期所需要的營養(yǎng),促進根系發(fā)育。 根據(jù)玉米生長需要應(yīng)適時追肥,緩釋肥為一次性施入,玉米生長中后期不需再施,這樣可以減少作業(yè)量、節(jié)約成本和減輕污染。

      應(yīng)用播種施肥聯(lián)合作業(yè)機作業(yè)時,播種與施肥同步進行,以條施為主。 常見的播種施肥聯(lián)合作業(yè)機是在懸掛式機架上設(shè)置肥箱、排肥器、輸肥管。由于種子與肥料施播在同一溝底,容易燒壞種子。 目前多數(shù)機型帶有單獨的施肥開溝器, 使肥料施于種子的側(cè)下方。這樣肥料會先溶解在土壤中,再被種子吸收利用。

      排肥器的類型包括外槽輪式、水平星輪式、擺斗式、振動式、螺旋式等。 其中,外槽輪式排肥器施肥均勻且結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)肥量直觀、準確,應(yīng)用最廣,適于流動性好的顆粒肥。 轉(zhuǎn)動外槽輪式排肥器旋鈕、調(diào)節(jié)槽輪工作長度,可以控制排肥量。 排肥器主要靠地輪或步進電機帶動減速器作為驅(qū)動力。在地輪驅(qū)動模式中,地輪與排肥器傳動軸之間通過多級鏈輪傳動。 播種施肥聯(lián)合作業(yè)機的施肥效果好、適應(yīng)能力強,是應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的玉米施肥機械。

      1.2 中耕施肥機

      中耕施肥是玉米生長過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),在玉米生長中起著重要作用[2]。 玉米種植中后期追肥能夠有效提高作物產(chǎn)量,減少播種時基肥施用量,提高肥料利用率,降低土壤板結(jié)現(xiàn)象,增加玉米種植生產(chǎn)的綜合效益[3]。中耕管理包括補苗、除草、追肥等作業(yè),中耕施肥機可一次性完成施肥、深松和除草作業(yè),且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)行距、施肥深度和施肥量,用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)中耕機械,能夠?qū)崿F(xiàn)多種作業(yè)同步完成,減少作業(yè)環(huán)節(jié),提高作業(yè)效率。

      中耕施肥機有開溝施肥和撒肥兩種方式。用于開溝施肥的中耕施肥機帶有開溝器,肥料通過輸肥管施播至肥溝,再通過覆土板、鎮(zhèn)壓輪完成覆土與鎮(zhèn)壓。撒肥式中耕施肥機將肥料撒在耕地表面,再翻動土壤使肥料與土壤混合。

      1.3 液態(tài)肥施肥機

      液態(tài)肥包括液態(tài)化肥和液態(tài)廄肥。液態(tài)化肥主要為液氨和氨水,肥效快、價格低,但易揮發(fā),需要施播在10~15 cm 深的窄溝內(nèi),并快速覆土鎮(zhèn)壓。

      液態(tài)肥施肥機可用于中耕追肥,其主要由液肥開溝器、液肥箱、排液器、輸液管組成。 排液器分為自流式和壓力泵式。自流式排肥器通過開關(guān)控制關(guān)閉與肥料流出,排肥量不精確。 壓力泵式排肥器可通過柱塞泵或離心泵精確控制排肥量, 且不受牽引速度影響,性能相對穩(wěn)定。

      1.4 變量施肥機

      變量施肥可在滿足玉米生長所需養(yǎng)分的同時,根據(jù)不同地塊土壤情況來控制肥料用量。有些變量施肥機還能自動對不同肥料進行配比, 實現(xiàn)實時變量施肥。變量施肥可減少化肥使用量,減輕環(huán)境污染,保護土壤微生物,節(jié)約生產(chǎn)成本。 常見的變量施肥機為懸掛式,由拖拉機牽引,拖拉機頂部固定有GPS 或北斗衛(wèi)星接收天線,駕駛室內(nèi)安裝了控制器主機,主要用于輸入處方圖和作業(yè)地塊圖。變量施肥機機架上安有測速雷達,可根據(jù)行進速度和處方圖相應(yīng)位置施肥量數(shù)值,由控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)液壓馬達轉(zhuǎn)速,通過控制排肥輪轉(zhuǎn)速改變施肥量, 使實際施肥量與處方圖一致。當前,國內(nèi)變量施肥機械研究還處于發(fā)展階段,現(xiàn)有變量施肥機性能不夠穩(wěn)定,適應(yīng)性有待提高。

      2 玉米施肥機械存在的問題

      與很多發(fā)達國家相比,我國玉米施肥機械化技術(shù)相對落后, 導(dǎo)致化肥使用量大于作物實際需用量,進而造成面源污染、破壞土壤微生物活性和增加作物病蟲害。 施肥機作業(yè)時需控制速度以確保施肥精度,這就要求農(nóng)機駕駛員要有一定的經(jīng)驗。如果施肥作業(yè)速度過快,則開溝器易被秸稈堵塞;如果施肥作業(yè)速度過慢,則影響作業(yè)效率。

      國內(nèi)研發(fā)的玉米變量施肥機械可在行進速度不同的情況下保持穩(wěn)定均勻的施肥量,或通過控制系統(tǒng)及時調(diào)節(jié)來實現(xiàn)變量施肥,但尚不具備根據(jù)測土結(jié)果在同一地塊施用不同肥料的功能。 目前,玉米變量施肥技術(shù)尚不成熟,科學(xué)用肥量不易計算,定位系統(tǒng)精度易受影響,排肥精確度不夠,自動化程度不高,達不到精確控制施肥的目標要求。 與發(fā)達國家相比,我國變量施肥技術(shù)還有較大差距。 美國、日本和歐洲部分國家的變量施肥技術(shù)發(fā)展較快,可以通過計算機視覺與光傳感器直接監(jiān)測作物所需養(yǎng)分并自動配比肥料,進而實現(xiàn)變量施肥, 但這種變量施肥機價格昂貴,且不適合我國耕地現(xiàn)狀。我國玉米種植田塊普遍較小且分田到戶,真正適合大型施肥機械作業(yè)的規(guī)模地塊較少,這制約著施肥機械向自動化智能化方向發(fā)展。

      3 玉米施肥機械發(fā)展趨勢

      良好的施肥作業(yè)是玉米生產(chǎn)的可靠保證[4],應(yīng)用先進施肥機械,不僅可以改變傳統(tǒng)施肥方式、避免肥料浪費和減輕環(huán)境污染,而且有助于提高玉米產(chǎn)量和增加農(nóng)民收入。 在施肥機械研發(fā)過程中,應(yīng)堅持農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合, 把施肥機械與施肥技術(shù)融合起來,著力提高肥料利用率,科學(xué)合理施肥。著眼未來,隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,農(nóng)業(yè)機械正向信息化、自動化、智能化方向發(fā)展,與此同時,精準農(nóng)業(yè)也在逐步向作物生產(chǎn)管理精準化方向邁進。 作為精準農(nóng)業(yè)的一部分,精準施肥能夠根據(jù)肥料配比處方圖并結(jié)合GPS 定位系統(tǒng)實現(xiàn)精準施肥,還可通過傳感器實時監(jiān)測作物及土壤養(yǎng)分含量, 據(jù)此進行肥料配比和實時精準施肥,是今后玉米施肥機械的發(fā)展方向。

      此外,結(jié)合禁止焚燒秸稈、倡導(dǎo)秸稈還田的黑土地保護需要,有待研發(fā)適于秸稈大量覆蓋條件、具有高通過性的免(少)耕播種施肥聯(lián)合作業(yè)機,助力保護性耕作推進行動的實施。

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