農業機械對化肥施用影響的路徑及效果研究

摘 要：化肥在生產要素中對糧食增產具有重要作用。但隨著農業生產對化肥的過度依賴，也出現了化肥施用過量的問題。不斷增加的化肥施用量不僅會造成面源污染等環境問題，還反向威脅到我國的糧食安全。為解決資源問題并保障糧食安全，我國政府將化肥“減量化”視為重要的工作方向?；诖?，提出了農業機械對化肥施用影響的路徑，分析了農業機械對化肥施用影響的效果，旨在進一步優化農業生產方式，推動農業向高效、環保和可持續發展方向邁進。

關鍵詞：農業機械；化肥施用影響；智能施肥技術；農業機械

中圖分類號：F323.3 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–00-03

2008年起，中央一號文件不斷提出農業綠色發展的需求，采用補貼、技術推廣等方式促使農業生產主體實現生產綠色轉型。隨著科技的發展和農業現代化的推進，各種先進的農業機械設備如智能化施肥機、GPS定位系統和數據驅動的決策支持系統等逐漸應用于農田管理，對化肥施用過程進行精準化和智能化管理。這些技術不僅提高了施肥作業的效率和一致性，還優化了化肥施用策略，有效提高了化肥利用效率，降低了農業生產成本，降低了環境污染的風險，推動了農業生產朝著可持續發展的方向邁進[1]。

1 農業機械對化肥施用影響的路徑

1.1 精準施肥技術

農業機械在現代農業生產中扮演著至關重要的角色，尤其是在精準施肥技術的應用方面，其極大地提高了化肥施用的效率和精確度，對農業可持續發展產生了深遠的影響。以下是精準施肥技術在農業機械中的具體實施路徑。

第一，作物需求分析與土壤檢測。精準施肥技術依賴于對農田土壤和作物需求的準確評估。采用GIS技術與遙感技術相結合的方法，采集與分析農田地形、土壤類型、濕度、溫度等信息，并分析作物生長狀況及養分需求。例如，無人機搭載的多光譜相機可實時獲取作物長勢及營養狀況，地面傳感器可實時監測土壤pH值、土壤NPK（氮磷鉀）等關鍵指標。綜合上述信息，可為個體化施肥方案的制定提供科學依據。在此基礎上，利用精確施肥技術，可以制成精細的施肥配方圖，指導農機對不同地塊進行變量施肥[2]。地理信息系統可根據作物需求及土壤狀況，自動計算出各地塊的最佳施肥量，避免出現施肥量過多或不足等問題。智能施肥機等農業機械配備GPS及自動控制設備，可根據圖紙指示，在指定位置準確施入適量化肥，實現精準、自動施肥。

第二，智能施肥機的精確操作。智能施肥機集成先進的傳感器、控制器和執行器，可在行進過程中實時調節施肥量，是精準施肥技術的核心裝備之一。機器的前端一般裝有土壤傳感器，可以實時測量土壤中的養分含量，而后端的施肥裝置會根據傳感器反饋的信息，自動調整施肥量，保證每寸土地都能獲得最適宜的養分供應。這種動態調節功能大大提高了化肥的利用率，減少了廢棄物和肥料對環境的污染。此外，智能農機還配有遠程監測系統，可使農民通過手機、計算機實時查看農田狀況及施肥情況。這種遠程管理既可節約人力，又能增強決策的時效性與準確性。在此基礎上，利用云計算平臺對機器采集到的海量數據進行處理與分析，形成趨勢報告與預測模型，輔助農民優化施肥方案，達到持續改善土壤肥力的目的。

精準施肥技術與農業機械的結合，代表了現代農業技術的發展方向，它不僅能提高化肥施用的效率和精確度，減少資源浪費和環境污染，還給農業生產帶來更高的經濟效益和生態效益。未來，隨著物聯網、人工智能等前沿科技的不斷進步，精準施肥技術的應用將更加廣泛和深入，為全球農業的可持續發展貢獻力量。

1.2 機械化作業管理

農業機械在化肥施用過程中的作用主要體現在機械化作業管理和自動化控制兩個方面，這兩點共同提高了化肥施用的高效性與精準度，從而促進農業生產的可持續發展。

1.2.1 標準化與規?；鳂I

農業機械的引入使得化肥施用過程由傳統的人工或半機械化方式向全機械化方向發展，使作業過程標準化、規?；Ｆ渲?，標準化是指在施用化肥過程中，使用統一的操作規范和質量標準，明確規定施肥深度、施肥量、施肥時間等，保證化肥的高效利用與均勻分配。規?；抢么笮娃r機，如拖拉機帶動的施肥機械，覆蓋更大面積的農田，極大地提高工作效率，降低勞動力成本。尤其是在規?；r業生產中，機械化作業與管理能顯著提高化肥使用效益，減輕勞動強度，改善農民的勞動環境。農機精準作業能力是影響化肥施用效果的重要因素[3]?，F代施肥機械裝備了以GPS為代表的高精度定位系統，可確保其在復雜地形條件下仍能直線行駛，避免重復施肥或漏施。此外，通過應用電子控制系統，農業機械能夠根據預設的施肥處方圖，在不同地塊變量施肥，即根據不同土壤類型和作物需求自動調整施肥量，實現化肥的精準施用。這不僅能提高化肥的吸收率，減少化肥浪費，還有助于減輕農業生產給環境帶來的壓力，符合現代農業綠色發展的理念。

1.2.2 自動化控制與智能決策

農業機械的自動化控制功能能夠實時監測農田環境和作物生長狀態，并根據監測數據自動調整作業參數。例如，土壤濕度傳感器可以實時反饋土壤含水量，智能施肥機據此調整施肥量，避免因水分過多或過少導致化肥元素流失或固定，確保化肥的高效利用。同時，作物生長監測系統能夠識別作物的生長階段和營養需求，指導農民適時適量施肥，促進作物健康成長。

結合大數據分析和人工智能技術，農業機械還能構建智能決策支持系統，為化肥施用提供科學依據。通過對歷史數據進行分析，系統可以預測作物的養分需求模式，制定長期的施肥策略；短期內基于當前的天氣預報、土壤條件和作物生長狀態，系統能夠即時生成施肥建議，指導農業機械實施最佳施肥方案。這種基于數據驅動的智能決策，極大地提高了化肥施用的精準度和效率，促進了農業生產的智能化轉型。

1.3 數據驅動的決策支持系統

農業機械中，數據驅動的決策支持系統對化肥施用的影響主要體現在數據分析與預測、動態調整施用策略兩個關鍵環節。這一系統通過收集、處理大量農業相關數據，為化肥施用提供精細化、個性化的指導，從而提高化肥的利用效率和農業生產效益[4]。

1.3.1 數據分析與預測

數據驅動的決策支持系統能夠整合來自多個渠道的數據資源，包括但不限于氣象數據、土壤成分分析數據、作物生長周期記錄、歷史施肥記錄等。這些數據被集中存儲在云端數據庫中，形成一個龐大的農業知識庫。利用先進的數據挖掘技術與機器學習算法，從海量數據中提取有效信息，構建包括作物生長發育、土壤肥力變化、氣候變化等多因子影響的集成模型。例如，通過分析不同土壤類型對肥料吸收速率的影響，可預測某一地塊最適用的化肥品種及其施用量，從而避免因盲目施肥而造成資源浪費和環境污染問題[5]。

在此基礎上，實現對未來作物需求量、土壤肥力和氣候變化趨勢的精確預測，為科學合理施用化肥提供科學依據。例如：當預測某區域將出現干旱天氣時，系統會提示應適當增加對干旱作物的肥料用量，以提高其抗逆能力；反之，如果預測有更多降雨，系統會建議減少氮肥施用量，避免雨水沖刷造成的損失。本項目提出一種基于預測的施肥方案優化方法，既能有效應對自然環境變化，又能滿足作物生長需要，對施肥策略進行動態調整，達到精細化施肥管理的目的。

1.3.2 動態調整施用策略

數據驅動的決策支持系統也具有實時監測功能，可以連續采集農田環境數據，包括土壤濕度、溫度、光強等，以及作物的葉綠素含量、株高等。利用物聯網技術將監測數據實時傳送至系統平臺，并根據實時監測結果評估當前施肥量，以便及時調整施肥策略[6]。例如，當土壤中某一營養元素含量偏低時，系統立即啟動補肥程序，確保作物獲得足夠的營養供給，從而健康成長。在此基礎上，本項目提出了一種基于數據驅動的智能施肥決策系統。通過分析各地塊歷史施肥效應、作物產量等數據，并結合實時監測信息，選擇最合適的施肥種類、施用量及施用時期，對各地塊實行精準施肥。該方法可避免傳統的“一刀切”施肥方式，顯著提高化肥利用率，減少化肥施用量，避免過量施肥帶來環境問題。

1.4 可持續的農業實踐

1.4.1 變量施肥技術

農業機械裝備與現代信息技術的融合，催生了變量施肥技術。通過搭載高精度GPS、土壤傳感器、作物生長監測設備等，農業機械能夠實時獲取田間環境和作物生長狀態的詳細信息?；谶@些數據，系統可以計算出每塊土地的養分需求，并據此調整化肥的施用量和施用模式，實現精準施肥。例如：對于土壤肥力較高的地塊，可以減少化肥施用量，避免過量施肥導致環境污染；對于肥力較低或作物生長需求大的地塊，則可以適量增加化肥施用量，保證作物生長所需的養分供給。這種方式不僅能提高化肥使用效率，減少化肥浪費，還能有效減輕農業活動對生態環境的壓力。

智能決策支持系統在精準農業中發揮著核心作用。該系統能對氣象、土壤特性、作物需求量等因子進行綜合分析，為農機施肥提供科學依據。例如：該系統能夠對未來一段時間的降雨進行預測，并根據預報結果及時調整施肥時間，避免降雨后化肥養分流失；還可根據作物生長周期及營養需求，制定最優施肥方案，保證肥料能及時釋放養分，最大限度地促進作物吸收。此外，該智能決策系統能夠基于歷史施肥效果與作物產量數據，持續優化施肥策略，在提高化肥利用率的同時，降低其對環境的負面影響。

1.4.2 生態友好型機械的研發

可持續農業要求減少化石燃料的消耗和溫室氣體的排放，因此研發低排放、低能耗的農業機械成為必然選擇。這類機械通常采用更高效的發動機、節能設計和新能源技術，如電動農業機械，在運行過程中能源利用效率高，所產生的污染物也更少。在化肥施用過程中，使用這類機械可以顯著降低作業過程中的碳足跡，減少化肥對大氣和土壤的污染，符合綠色低碳的發展理念。

為了進一步提高農業生產的效率和可持續性，多功能復合機械的研發也成為趨勢。這類機械集成多種作業功能，如耕作、播種、施肥、噴藥等，能夠在一次田間作業中完成多項任務，大大減少了機械作業的次數，減少對土壤結構的破壞，同時也減少化肥和其他農業投入品的運輸和施用過程中的能源消耗。此外，多功能復合機械還能更好地適應不同作物和不同地形的施肥需求，提高化肥施用的靈活性和精準度，促進農業資源的合理配置和高效利用。

2 農業機械對化肥施用影響的效果

2.1 提高化肥利用效率和施肥精度

農業機械在化肥施用中的作用之一是通過使用精準施肥技術，顯著提高化肥利用效率和施肥精度。傳統的人工施肥往往因施肥量不均勻或過量施肥，導致部分地區的作物養分過剩，而其他地區的養分不足。應用智能化施肥機、GPS等機械化裝備可準確計量與控制化肥施用量，并根據地塊土壤特征及作物需要進行調整，確?；世寐首畲蠡?，減少化肥浪費，為作物健康成長與高產穩產提供有力支撐。

2.2 提高施肥作業的效率和一致性

機械化作業管理大大提高了施肥作業的效率與一致性。通過采用自動化及半自動化施肥裝置，農民在較短時間內完成施肥作業，節省人工及其成本。同時，機械化裝備可以保證各地塊施肥過程一致，確保各地塊施肥量與質量相近，提高作業的可靠性與效益，使作物在施肥過程中獲得均勻、充分的養分供應。

2.3 優化化肥施用策略和農作物養分供給

數據驅動的決策支持系統為優化化肥施用策略和農作物養分供給提供了重要的科學依據。該系統通過實時收集、分析和解讀農田的土壤信息、作物生長狀況和氣象條件等數據，為農民提供精確的施肥建議和操作指導?；谶@些數據，農民可以調整施肥時間、施肥量和類型，增強施肥策略的精準性和有效性，從而最大限度地提高農作物的養分利用效率和產量。

2.4 減少化肥施用量和減輕對環境污染的影響

農業機械化不僅可以優化施肥過程，還可以減少化肥用量及其造成的環境污染。精準施肥技術及優化施肥策略，可有效控制化肥用量，減少過量施肥對土壤、水環境的污染。項目實施過程管理與數據驅動決策支持系統有助于農民科學管理農田，降低農業生產對環境的負面影響，推動農業實現可持續發展。

3 結束語

在現代農業實踐中，農業機械化對化肥施用的影響具有顯著和多維度特點。通過精準施肥技術、機械化作業管理、數據驅動的決策支持系統、可持續農業實踐，農業機械能有效提高化肥利用效率和施肥精度，提高作業效率和一致性，優化施肥策略和農作物養分供給，同時減少化肥施用給環境帶來的污染。這些成果不僅能提升農業生產的經濟效益和社會效益，也為農業可持續發展奠定堅實的基礎。隨著農業技術的不斷進步和應用的推廣，農業機械化對化肥施用的研究將繼續深化，為實現綠色、高效的現代農業目標貢獻更多的智慧和力量。

參考文獻

[1] 萬凌霄，楊果.農業機械對化肥施用影響的路徑及效果研究[J].中國生態農業學報（中英文），2023，31（4）：643-653.

[2] 胡明國.農業機械化助推智慧農業發展的路徑研究[J].南方農機，2023，54（17）：74-76.

[3] 朱建軍，徐宣國，鄭軍.農機社會化服務的化肥減量效應及作用路徑研究：基于CRHPS數據[J].農業技術經濟，2023

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[4] 周家俊，周德.農業機械投入對化肥減量化的作用效果研究[J].農村經濟與科技，2019，30（13）：15-17，69.

[5] 李升芳，鐘宇珊，陳蘭，等.農業機械化水平對化肥施用強度的影響路徑：基于鄱陽湖流域周邊367個水稻種植戶的調查數據[J].農村經濟與科技，2023，34（23）：16-19.

[6] 林健偉.農業信息化對化肥合理施用的影響研究：基于省級面板數據的經驗證據[D].上海：上海財經大學，2023.