張小莉 丁強(qiáng)

摘 要 變量技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用徹底解放了勞動力，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了條件。簡要介紹的變量技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)從耕作、灌溉、播種、施肥到收割過程中機(jī)械化用作的方式，旨在為變量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；變量技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；應(yīng)用

中圖分類號：S220 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）15--02

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是通過現(xiàn)代化的投入、生產(chǎn)及管理技術(shù)，以最節(jié)省的投入達(dá)到最高效的收入，實(shí)現(xiàn)各方面資源的可持續(xù)利用發(fā)展。它充分體現(xiàn)了因地制宜和可持續(xù)發(fā)展的理念。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中，變量技術(shù)的發(fā)展為其提供了技術(shù)保障。近年來，變量技術(shù)普遍應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中。變量技術(shù)的應(yīng)用是依據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械所處的位置，包括土壤性質(zhì)、農(nóng)作物生長情況和氣候因素，自動調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)物料使用情況的技術(shù)。變量作業(yè)的核心技術(shù)是使用智能化技術(shù)控制，系統(tǒng)建模、自動定位調(diào)節(jié)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 變量技術(shù)的工作原理

變量系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)控制器、定位系統(tǒng)、定時傳感器、地理信息系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)具。計(jì)算機(jī)控制器作為變量系統(tǒng)的中心，依靠其他系統(tǒng)定位地理信息并將其輸入到計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)中心依據(jù)經(jīng)過計(jì)算和校正的地理和物料信息，確定實(shí)際排放速率，連續(xù)控制變量作業(yè)。變量系統(tǒng)應(yīng)用于耕作、播種、除草、施肥、病蟲害控制、栽培以及灌溉等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其精度越高，系統(tǒng)越復(fù)雜，成本越高。

2 變量化農(nóng)業(yè)設(shè)備

大型農(nóng)業(yè)裝備在我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及變量技術(shù)發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵作用。除了實(shí)時配肥技術(shù)的施肥機(jī)，還有可自動選擇作物品種、可按處方圖調(diào)節(jié)播量和播深的谷物精密播種機(jī)；按配方進(jìn)行實(shí)時配肥，按定位系統(tǒng)和處方管理系統(tǒng)的要求進(jìn)行變量施肥機(jī)；基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的實(shí)時探測與控制技術(shù)的智能化精準(zhǔn)除草機(jī)；聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)量分布實(shí)時檢測方法及具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)量流量測量方法[1]。另外，可分別控制噴水量的定位噴灌機(jī)均已有商品化產(chǎn)品。目前，變量化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備還在不斷的完善與研發(fā)中。

3 變量技術(shù)施用設(shè)備在國內(nèi)外的應(yīng)用

3.1 變量技術(shù)在國內(nèi)農(nóng)場的應(yīng)用

我國大型化農(nóng)場相繼引進(jìn)、投入使用變量化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，如2002年黑龍江精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)示范基地引進(jìn)的變量機(jī)械設(shè)備，包括播種機(jī)、施肥機(jī)和耕種機(jī)，已經(jīng)充分發(fā)揮了變量技術(shù)的作用，實(shí)現(xiàn)了自走式、均等化、智能化的變量操作，對示范基地的農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化作業(yè)起到了推動作用。根據(jù)變量技術(shù)的應(yīng)用，迪爾公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的變量施肥播種機(jī)、自走式噴藥機(jī)于2003年被黑龍江大西江農(nóng)場引進(jìn)，進(jìn)一步完善了變量相關(guān)技術(shù)，成為農(nóng)業(yè)專業(yè)化發(fā)展的強(qiáng)勁推力。其基本原理是通過空氣式輸送，計(jì)算機(jī)中樞系統(tǒng)職能調(diào)控，根據(jù)反饋的信息制成處方圖，留檔備查。變量化機(jī)械在作業(yè)時，根據(jù)生成的處方圖自動化控制變量作業(yè)。

現(xiàn)今，變量技術(shù)發(fā)展迅猛，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。幾乎全部的農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)的龍頭企業(yè)在制定投資方案時，都將機(jī)械的變量化技術(shù)水平放在首要考慮的位置爭取盡快把數(shù)據(jù)處理的單項(xiàng)信息管理提升到全面信息化水平；其他大中型企業(yè)也都紛紛行動起來，進(jìn)行項(xiàng)目論證和資金籌集，準(zhǔn)備盡快完成信息化所需要的機(jī)器設(shè)備和技術(shù)等裝備。大型農(nóng)墾區(qū)的公共信息資源數(shù)據(jù)庫建立已經(jīng)具備成熟的條件，變量技術(shù)的發(fā)展必將受到工業(yè)企業(yè)和廣大農(nóng)戶的普遍歡迎，應(yīng)用前景十分廣闊。

在現(xiàn)代化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，變量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，播種、施肥、噴藥、灌溉等設(shè)備中變量技術(shù)的應(yīng)用，大大的提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

3.2 變量技術(shù)在施肥機(jī)械中的應(yīng)用

以美國的變量施肥播種機(jī)及日本的水稻變量施肥機(jī)為代表，國外的變量技術(shù)研究以及應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。美國公司研制的肥料播種車是精細(xì)化農(nóng)業(yè)播種作業(yè)的典型代表[2]。它采用吹氣原理，在工作室內(nèi)設(shè)置可以顯示施肥機(jī)器的儀表。操作員在駕駛室內(nèi)就可以清楚的觀測到肥料使用狀況，通過觀察這些具體信息來監(jiān)視施肥的行走軌跡。日本的水稻變量施肥研制公司，研制出的施肥機(jī)，配備了馬達(dá)、側(cè)連、噴肥管和施肥箱的裝置，在機(jī)器的行走過程中，根據(jù)機(jī)器所在的地為位置，變量化作業(yè)。高度智能化的操作方式及設(shè)備是國外再次領(lǐng)域的顯著特點(diǎn)。

此外，俄羅斯研制的施肥機(jī)精細(xì)化了排肥口的裝置，用共振磁片智能化控制排肥速率和排肥的數(shù)量。德國在變量化裝置的感應(yīng)器上有了新的突破，通過安裝作業(yè)傳感器和液壓馬達(dá)，測得農(nóng)作物需要元素的含量，通

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過中央控制調(diào)配所需肥料的含量。法國的自動噴霧機(jī)，運(yùn)用旋轉(zhuǎn)式的噴灑裝置，有效地解決了機(jī)器作業(yè)噴灑不均的問題，但也存在控制起來比較困難的問題。

我國自主研發(fā)的變量施肥設(shè)備目前擁有的核心技術(shù)包括單片機(jī)連續(xù)控制施肥技術(shù)、田間作業(yè)實(shí)事計(jì)算、終端控制、低俗信號采集、輔助平行作業(yè)和電液比例閥控馬達(dá)等，基本上實(shí)現(xiàn)了變量機(jī)械化大面積作業(yè)。經(jīng)過積極研發(fā)，一種新的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)在田間的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)速度與施肥量相適應(yīng)的信息數(shù)據(jù)交換與共享。

變量技術(shù)施肥機(jī)械自動化流程是先通過感應(yīng)器讀取DGPS信號，繼而經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)識別，讀取IC卡，控制施肥量。在此過程中，根據(jù)地輪脈沖調(diào)整前進(jìn)速度，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)變量施肥。

3.3 變量技術(shù)在噴藥機(jī)中的應(yīng)用

在噴藥機(jī)的應(yīng)用中，操作員通過采集的土壤、植物空氣等樣本，為農(nóng)作物開具處方，變量噴藥機(jī)根據(jù)開具的處方和定位系統(tǒng)，進(jìn)行藥劑調(diào)節(jié)，在噴灑過程中還要根據(jù)具體情況進(jìn)行霧滴大小的調(diào)節(jié)。

變量設(shè)備的操作中心是計(jì)算機(jī)控制器，參與設(shè)備有行走傳感器、注射器、泵、流量傳感器和吊桿閥。計(jì)算機(jī)一般在噴灑過程中起到中樞系統(tǒng)作用，藥劑箱中的藥物是根據(jù)處方調(diào)配好的合適比例的藥物，通過流量控制閥對注入吊桿閥中的藥劑進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)藥劑智能化噴灑。

3.4 變量技術(shù)在灌溉機(jī)中的應(yīng)用

在全球范圍內(nèi)水資源緊缺的大環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉是提高水資源利用效率的必經(jīng)之路。囿于條件及經(jīng)濟(jì)實(shí)力限制，變量技術(shù)灌溉，包括噴灌、滴灌、微灌和滲灌等高科技灌溉技術(shù)還不能廣泛應(yīng)用于灌溉的各個領(lǐng)域。根據(jù)不同作物、不同生育期間土壤墑情和作物需水量，實(shí)施實(shí)時灌溉，一勞永逸，將從根本上改變農(nóng)業(yè)領(lǐng)域水資源浪費(fèi)現(xiàn)象，在很大程度上節(jié)約了水資源，有效提高水資源利用效率。

3.5 變量技術(shù)在播種機(jī)中應(yīng)用

變量技術(shù)在播種機(jī)中的應(yīng)用原理類似于變量施肥，只是更多地將重點(diǎn)放在土壤監(jiān)測上，通過對土壤土質(zhì)、肥力的鑒定及對播種機(jī)播種軸的控制，調(diào)解播種深度和播種數(shù)量。變量技術(shù)的應(yīng)用解放了人力，機(jī)械化運(yùn)作又能使苗床整齊劃一，并且提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

3.6 變量技術(shù)在聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用

變量技術(shù)在聯(lián)合收割機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用表現(xiàn)在裝有智能化損失監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，其基于GPS配備的智能化傳感器及其擁有的豐富接口、充足的數(shù)據(jù)存儲空間，不但能進(jìn)行精確導(dǎo)航，還能監(jiān)測土質(zhì)和水分，確保損失率停留在一定單位內(nèi)[3]。

變量技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中，以實(shí)用性強(qiáng)、省工省力、低耗能和可持續(xù)的有點(diǎn)，成為我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展強(qiáng)勁的推動力。繼續(xù)研發(fā)并且推廣變量技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，具有極其重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡澤祺.產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營集約化發(fā)展大力發(fā)展生態(tài)高效熱帶農(nóng)業(yè)[J].中國農(nóng)墾，2013（12）：27-28.

[2]張小超.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能變量作業(yè)裝備研究開發(fā)[J].農(nóng)業(yè)工程，2011（3）：26-32.

[3]趙登峰.變量施肥裝備的研究現(xiàn)狀及展望[J].開發(fā)研究，2011（4）：29-32.

（責(zé)任編輯：劉昀）