玉米施肥裝備研究發(fā)展概述

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。