淺談撒肥機的研究進展*

楊 柳 ，楊瓔珞 ，楊 莎

（黑龍江八一農墾大學工程學院，黑龍江 大慶 163000）

據統計，在其他生產因素一定的情況下，如果提高化肥的使用量能夠有效地讓農作物增加35%～55%的產量。我國農業生產者在施用化肥時過度追求提高產量，大量甚至過量撒肥，不但浪費了資源，而且大大提高了農業生產成本，進而降低了農產品的產量和質量。一部分未被農作物吸收的肥料還會進入到土壤、水和大氣中，對環境造成一定程度的危害，有些化肥成分不易被分解，會破壞土壤結構，影響水源健康，對環境產生比較嚴重的破壞和污染。因此，專門用于農作物撒肥作業的機械就顯得尤其重要，同時為了解決過量撒肥引起的環境問題，在撒肥機械上增加自動控制與變量調節裝置是精準農業與精量施肥的必備環節。

1 撒肥機的國外研究進展

在19世紀中期以后，有很多科學工作者將精力投入到撒肥作業的研究中，他們在撒肥量、撒肥品種、撒肥方法以及撒肥時期等各個方面開展了大量的考察和鉆研任務。在20世紀50年代早期，美國的一位科學家就在他們農場的收割機上安裝了GPS定位裝置，盡管這只是一個小小的定位裝置，然而這個裝置卻代表著人類從此在農業技術上進入了農業智能化和精準化的時代。在20世紀90年代，精準的農業技術已經在歐洲和美洲的一些發達國家得到了應用，并且得到了飛速的發展，已經具備了相對完整的規模。

日本的農業機械化程度很高，而且日本在農用機械方面所花費的時間和資金的投入量也很大。日本政府專門成立學術研討會，完善精準農業和精量施肥實施方案，由農業專家牽頭，普及超量施肥的缺點及對環境的影響，為農戶提供免費的技術支持，將精準農業傳播開來[1]。

法國所應用的肥料播撒機械相較于其他國家來講，其自動化程度較高。法國生產出了“女騎士”（AMA-SAT）離心式變量撒肥機，拖拉機駕駛員將人工或者按預設參數自動控制撒肥裝置進行撒肥，整機與GPS/GIS系統相結合，這種撒肥機的肥料播撒變量系統已經普遍應用在各類離心式撒肥機上。這種變量系統在法國國內使用非常廣泛，在法國出口的撒肥機械中，也大量應用到這種變量系統[2]。

俄羅斯農機科研團隊所自行研制并實現了在農田里作業的自動變量撒肥機，主要是在撒肥口安裝一個電磁鐵共振片，經過對電磁頻率的調節，讓共振片產生振動，達到開啟和閉合的目的，從而自動調節撒肥口的開口大小，實現對撒肥量的控制。

德國一家有名的公司研制了一款變量撒肥機，這種撒肥機主要適用于小麥、大麥和燕麥等麥類作物，是一種春季追肥的實時變量撒肥機。它能在保證不傷苗的狀態下，完成撒施肥料的工作，它的原理是基于處方圖傳遞信息，借由液壓馬達來實現變量撒肥[3]。

美國有一些科學家為了研究肥料顆粒與農用機械的交互作用，采用了離散元的方法進行探索，進行了理論上的研究，并建立了數學模型，進行了計算分析。美國著名科學家Hall J利用離散元的方法模擬仿真出了影響撒肥均勻性的主要因素，利用田間試驗與理論模擬結果的對比，分析得到了化肥顆粒固有的物理參數（摩擦系數、休止角、含水率、顆粒大小和形狀）影響施肥均勻性的結果。美國科學著名科學家Cools R發現了風的流動會對肥料的播撒造成一定的影響，并利用風對化肥肥料播撒軌跡的影響進行了仿真實驗，通過實驗得出了風對密度相對比較小、大小和形狀不規則的化肥肥料造成的影響會更大。Grift E等為了能夠提高撒肥的均勻性，采用了控制出料口開口大小的方法，從而發現了離心式撒肥機的撒肥圓盤的角速度變化和撒肥半徑有一定的關系，而且撒肥半徑和撒肥的范圍都會受到出料口的位置的影響[4]。美國的一家CASE公司生產了一種變量撒肥機，可以根據地塊信息及光感原件的測量進行肥料分施，利用無線傳輸技術存儲和上傳數據，可達到遠程控制的目的。

2 撒肥機的國內研究進展

我國撒施化肥開始于19世紀，19世紀初期，我國臺灣從日本進口了氮肥，從那之后我國就開始了農業人工撒施化肥的時代。化肥的使用給我國的糧食產出率帶來了十分大的益處，然而隨著我國農業生產對化肥用量的大量增加，人們的關注的焦點變為撒肥的措施，傳統的撒肥措施大多是人工撒肥，這需要大量的勞動力。人工撒肥的方式不僅不能夠高效地開展實施撒肥和追肥工作，而且會導致肥料的利用率大幅降低。此外，人工過量撒肥導致了大量的肥料不能被農作物吸收，這樣就削弱了撒肥效果。這種情況下，為了提高農作物對化肥的吸收程度，人們會采取增加肥料濃度的方法，但是這樣是有弊端的，即會導致化肥的大量損失和環境污染。所以用怎樣的高效方法提高化肥的利用率，研發怎樣的機械減輕人們的勞作壓力，成為了全國關注的農業機械設備需求的焦點問題。

上海開啟了第一步的計劃。在20世紀80年代初，上海在專家經過運算后進行了測土撒肥機的改進試驗。自此，我國開始關注精準農業，國內大量學者根據我國國情開始進行精準農業的試驗與改革，并且很快取得一定的研究成果，同時改變了撒肥的傳統模式，實現了撒肥作業進一步的機械化、自動化。

為了解決撒肥機中撒肥裝置對肥料形態特征具要較高要求的問題并且在一定程度上提高撒肥效果，陳雄飛等研究出了一款雙機螺旋撒肥機，經過田間試驗，該撒肥機的化肥播撒穩定性較好，并且試驗的結果與建立的數學模型測算出的結論具有一致性[5]。

郭鐵山改進了一款2BM-5型氣吸式免耕播種機，并且對改進后的機械實施撒肥性能的測試，通過改變外槽輪式排肥器的槽輪工作長度，對改進后的機械實施了兩種不同肥料顆粒的氮肥播撒試驗，結果表明，在同種影響因素的條件下，不同肥料顆粒的撒肥性能會在一定程度上受到撒肥機構的工作長度的影響[6]。

為了能夠更加清晰地分析出撒肥機的工作過程和影響因素，我國的研究人員應用離散元的方法進行了仿真實驗。張家華采用這種方法模擬測試了在不同摩擦系數、撒肥盤半徑和撒肥盤轉速等參數下撒肥機的撒肥幅寬的受影響程度。實驗證明，隨著摩擦因數的增加，撒肥幅寬呈現出逐漸減少的趨勢；撒肥圓盤半徑在一定范圍內時，撒肥機的撒肥幅寬變化基本不會受到影響；當撒肥圓盤半徑過大時，撒肥機的工作幅寬增加，但撒肥均勻性降低；當撒肥圓盤半徑過小時，撒肥幅寬會顯著下降[7]。

閆銀發、王秀等研制出的撒肥機可以與國產拖拉機完美配合，他們利用離散元的方法進行理論分析，得到肥料顆粒的運動規律和分布情況，分析得出撒肥盤轉速的變化對實驗結果穩定性的影響，最終設計出的撒肥機可按照地塊信息進行自動變量撒肥，通過調節撒肥盤的轉速達到變量施肥的效果[8-9]。

劉陽春設計了一款可以進行氮、磷、鉀肥分施的變量撒肥機械，該機器可獨立存儲氮、磷、鉀三種肥料，亦可撒施其他有機肥。在撒肥時，通過控制不同肥軸的轉速改變施肥配比，根據不同撒肥需求改變肥軸轉速，達到變量施肥的效果。經田間試驗證明該撒肥機平均誤差低，達到要求，而且降低了變異系數，撒肥性能良好[10]。

翟長遠等設計了一款果園精量撒肥裝置，該裝置通過間歇旋轉來完成定量撒肥，利用高速攝影技術得到在不同出料口處的肥料顆粒下落時的位置，進而計算出下落的時間。為了確定樹干的位置，采用光電傳感器感應的方式，從而確定肥料播撒的位置。實驗表明，撒肥裝置在開口調節擋位不同時實際播撒量與理論播撒量存在一定誤差，最大變異系數為4%左右，可以達到撒肥的農藝要求[11]。

陳書法等設計出了一種水稻自走式變量撒肥機，這種撒肥機主要是利用GPS系統獲取機車前進速度，然后反饋給撒肥機構，可以根據農田環境來調節撒肥量，通過控制電動機轉速來調節出料口的開口大小，從而實現變量撒肥的目的[12]。

張睿等為了解決我國變量撒肥機撒肥幅寬小的缺陷，設計了一種鏈條輸送式的變量撒肥機，利用撒肥機的變量撒肥達到提高肥料利用率的目的。該變量式撒肥機撒肥幅寬較大，一般應用在農場等面積較大的農田中進行播撒工作，能夠有效地提高工作效率[13]。

從我國對于農業機械的鉆研程度來看，我國相對于那些比較發達的國家來說起步比較晚，目前仍然和發達國家有較大的差距，這些差距主要是因為我國在農業作業技術、農機具的先進程度和信息技術方面較為落后，而且缺少全面、規范的農業信息和資源信息的獲取途徑。同時農業機械裝備的研發成本較高，而農民大多收入水平極低，難以承受農機的價格，所以在國內要將撒肥機械在農戶中廣泛推廣是有非常大的難度的。建議對我國各個地域的農業發展情況做調研，商討各個地區的發展情況，并借鑒國外的一些成功經驗，采取科學合理的措施達到提高和擴大我國農業機械化作業水平和范圍的目的，并且應該研發一些省時、省力、省工、構造簡單、實用性好、能夠長時間使用并且方便維護的肥料播撒機械，為我國農民在農田里高效作業研制出更好的農業機械[14]。隨著社會科技水平的提高和經濟的飛速發展，人們對農作物撒肥機的功能性要求也越來越高，是否能夠高效率撒肥，撒肥效果是否能夠達到要求，這些問題農民們也越來越重視。因此，研制出一款適合我國國情、面向農戶的撒肥機顯得尤為重要。可以通過新機具向農戶提供新的撒肥理念和撒肥技術，減輕農業從業人員的工作負擔，提高農業生產效率[15-16]。

3 結論

我國針對撒肥機械和精量施肥技術的研究雖然起步較晚，但近年來發展迅速，研究成果應用效果較好，但仍有很大改進空間。為了節省農業勞動力，減輕農民勞動負擔，同時為了適應我國農業生產現狀，有必要研制出更適用于中小馬力拖拉機應用的撒肥機械，生產出價錢較低、操作簡單、檢修維護方便的撒肥機，從而有利于撒肥機的普及應用。

隨著社會的進步和經濟的發展，人們對農作物施肥機械的要求也越來越高，能否根據農藝要求均勻施肥，施肥效果及效率是否較高等問題也越來越受農業工作者重視。那么施肥機械的設計與開發就成為眼下的重要任務，其可為農業施肥提供新的施肥理念和新的施肥技術，減輕農業人員的工作負擔，減少肥料的浪費，提高農業生產效率，最終實現農作物產量提高的目的。