李 坤，袁文勝，張文毅，張禮鋼，祁 兵

(農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京 210014)

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玉米施肥技術與施肥機械的研究現(xiàn)狀及趨勢

李 坤，袁文勝，張文毅，張禮鋼，祁 兵

(農(nóng)業(yè)部 南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，南京 210014)

化學肥料在玉米生產(chǎn)中有重要作用：合理的施肥方式可以提高作物產(chǎn)量，增加農(nóng)民收益；不合理的施肥方式會導致肥料利用率降低，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。為理清玉米施肥技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為玉米施肥機械化技術研究提供參考，在廣泛調(diào)研和資料分析的基礎上，概述了玉米施肥方式及施肥機械的研究現(xiàn)狀。首先總結了幾種玉米施肥方式的特點，然后分析了玉米施肥存在的問題，并重點分析了施肥裝備核心技術、排肥技術的發(fā)展現(xiàn)狀、施肥機械發(fā)展現(xiàn)狀，以及存在的問題。在總結發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，探討了我國玉米施肥機械化技術的發(fā)展趨勢。通過以上分析，最后得出現(xiàn)有施肥技術落后、施肥機械缺乏，施肥機械將向智能化等方向發(fā)展的結論。

施肥技術；施肥機械；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

0 引言

玉米適應性廣，是我國第二大糧食作物。其營養(yǎng)價值及附加價值高，在我國的糧食生產(chǎn)與糧食安全中占主導地位。農(nóng)業(yè)部在2012年的糧食增產(chǎn)模式試點啟動儀式上曾經(jīng)提出到2020年，我國糧食增產(chǎn)500億kg以上的目標。這一目標的實現(xiàn)很大一部分需要依靠玉米。因此，在我國耕地面積不斷減少、人口老齡化不斷加劇的情況下，如何提高玉米產(chǎn)量對糧食生產(chǎn)和糧食安全等方面具有十分重要的意義。

影響玉米產(chǎn)量的因素比較多，如玉米的品種、施用肥料、種植方式、田間管理和機械化作業(yè)水平等[1]。由于玉米植株高大、光合效率高，對養(yǎng)分的需求相對較高[2-3]，因而施用化肥是提高玉米產(chǎn)量的重要保證?；逝渲?、施肥技術與施肥機械是施肥的三大組成部分[4]。在我國政府的扶持下，化肥研制已取得較大成就，而玉米的施肥技術與施肥機械和發(fā)達國家相比差距較大。兩者的落后不僅導致了化肥利用效率低、損失大，隨著時間的推移，進而導致土壤生產(chǎn)力下降、水體污染及農(nóng)產(chǎn)品品質下降等各種問題[5]。因此，改變我國玉米施肥技術與施肥機械落后的現(xiàn)狀，積極研發(fā)先進、高效的施肥技術及機械，對加速我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進程、提高化肥的利用率及減少化肥污染具有重要的意義。

1 玉米施肥技術及現(xiàn)狀分析

玉米施肥技術可以使所施肥料按一定比例聚集在種子、玉米根系附近，在不傷害種子、根系的條件下被其吸收利用。合理的施肥一方面可以滿足玉米生長過程中所需的養(yǎng)分，另一方面可以解決因化肥使用不當而對環(huán)境造成的農(nóng)業(yè)污染問題，以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。玉米施肥技術有多種，以種肥施用技術、一次性施肥技術、測土配方施肥技術與穴施肥技術的應用較為廣泛。

1.1 玉米施肥技術

1.1.1 種肥施用技術

玉米種肥可為玉米生產(chǎn)初期種子的萌發(fā)提供相應的養(yǎng)分。玉米機械施肥時，我國常用的方法是在玉米播種機上另加一施肥裝置，一邊播種一邊播施肥料。按肥料與玉米種子的位置關系，現(xiàn)有的玉米種肥施用技術主要有以下3種[6]：

1)種肥混施技術。即施肥后，肥料和種子混合在一起，處于同一溝底中。由于種肥混施技術會使玉米種子與肥料直接相接觸，容易腐蝕傷害種子，產(chǎn)生缺苗現(xiàn)象，因而該技術已經(jīng)被逐步淘汰。

2)種肥側位分施技術。即施肥后，化肥處于玉米種子一側的偏下位置，種子與肥料不相互直接接觸，溶解于土壤中的肥料養(yǎng)分再被玉米幼苗根系吸收利用。由于所施肥料主要集中在種子一側，根系兩側的肥效不均，所以幼苗根系容易向一側生長。玉米種肥側位分施時，種肥不同溝，可以為種子發(fā)芽提供良好的條件，但需要兩個開溝器完成開溝工作，增加了對地表的破壞；同時，由于開溝器間的間隙較小，開溝器之間可能會堵塞田間作物秸稈。

3)種肥正位分施技術。即施肥后，化肥處于玉米種子的正下方位置，種子與肥料之間間隔有一定厚度的土層，溶解于土壤中的肥料養(yǎng)分再被玉米幼苗根系吸收利用。由于所施肥料主要集中種子正下方的土壤，這將引導玉米幼苗根系向下生長，從而減少倒伏現(xiàn)象的發(fā)生。玉米種肥正位分施時，種子和肥料同溝，提高了機具在前期作物秸稈覆蓋地上的通過性；但由于種子和肥料之間隔有3～5cm的土壤，這就要求種肥正位分施時開溝深度一般在 10cm 左右，對牽引機具的功率要求相對較大。

1.1.2 玉米一次性施肥技術

玉米一次性施肥技術，是指在玉米的整個生長發(fā)育過程中，只施用一次肥料。該技術施用肥料時，是與播種同時進行，但由于肥料的特殊性，肥料可以為玉米生長的前、中、后期持續(xù)提供營養(yǎng)，不需要另外的后期追肥。該技術的出現(xiàn)簡化了施肥工作，不僅可以保證玉米苗期用肥，而且減少了施肥量、節(jié)約了化肥生產(chǎn)原料(煤、電、天然氣)、提高了肥料利用率、減少了生態(tài)環(huán)境污染。但是，玉米一次性施肥技術對肥料的要求比較高，所用肥料品種大多為高氮復混肥或是緩/控釋肥，肥料價格比普通肥料偏高。

1.1.3 測土配方施肥技術

測土配方施肥技術由土壤肥料檢測、施用肥料配制和進行施肥3個環(huán)節(jié)順序構成，各個環(huán)節(jié)緊密結合，缺一不可。測土配方施肥技術雖然可以提高化肥利用率、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，但由于測土方法的落后降低了施肥作業(yè)的時效性且應用面積小，同時同一地塊需要配置不同肥料進行施用，導致環(huán)節(jié)之間的連接較為困難。尤為突出的是，現(xiàn)階段該技術與機械生產(chǎn)加工水平相脫節(jié)，我國還不能生產(chǎn)出與該技術相適應的機具進行玉米田間生產(chǎn)管理作業(yè)。

1.1.4 玉米穴施肥技術

玉米穴施肥技術通常與玉米穴播技術同時應用。玉米穴播是指按一定行距和穴距，將種子成穴播種，每穴可播1粒或者數(shù)粒種子；而玉米穴施肥技術是將化肥呈穴狀施入土壤，并且化肥處于穴播種子的側下方或正下方位置，兩者之間有一定的間距。穴播穴施肥效果如圖1所示[7]。

1.種子 2.成穴肥料

玉米穴播穴施肥技術，既可避免傳統(tǒng)的種肥混施時燒種、爛種現(xiàn)象，又可以避免種肥側位、正位分施時化肥沒有針對特定種子而導致肥料浪費、利用率不高的現(xiàn)象，同時它的實現(xiàn)比測土配方施肥技術的實現(xiàn)更為容易。穴施肥時，肥料集中施用，有針對性地在每穴種子旁邊施用一定量肥料。穴播穴施肥技術，不僅提高肥料利用率、減少化肥的使用量，也緩解了因化肥施用不當而引起農(nóng)業(yè)污染問題。但是，當前我國穴播穴施肥機械中的某些關鍵技術水平不夠高，尤其是穴施肥排肥技術，目前比較成熟的玉米穴播穴施肥機具比較少，導致該技術不能在全國大面積推廣應用。

1.2 我國玉米施肥現(xiàn)狀分析

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，施肥成為玉米穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的必要保障措施之一。近年來，我國的玉米施肥現(xiàn)狀如下。

1.2.1 我國玉米生產(chǎn)中肥料用量持續(xù)增加

2008年，我國玉米氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)肥的用量分別為207、100、65kg/hm2，單位面積化肥總用量為372kg/hm2。近年來，雖然測土配方施肥技術和穴播穴施肥技術等節(jié)肥技術的不斷推廣應用，但玉米的單位面積化肥總用量仍呈遞增趨勢，玉米單產(chǎn)的增加速度卻顯著低于肥料用量的增長[8]。

1.2.2 區(qū)域間、農(nóng)戶間施肥量變異巨大

我國幅員遼闊、地勢復雜，不同區(qū)域間的地形地貌、土壤等環(huán)境差異較大，導致在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上產(chǎn)生較大差異。就玉米生產(chǎn)而言，東北地區(qū)的玉米產(chǎn)量普遍偏高，相對應的該地區(qū)玉米施肥量在全國居高不下；不同農(nóng)戶對玉米施肥的認識不同，導致一些農(nóng)民玉米施肥不足，一些農(nóng)民玉米施肥過量?？傊裕覈霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)國情是產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因之一。

1.2.3 化肥損失多，環(huán)境污染大

由于我國玉米的施肥量持續(xù)增長，而化肥的利用率卻得不到有效提高，甚至有些地區(qū)的農(nóng)民仍按傳統(tǒng)經(jīng)驗進行玉米施肥，施肥結構不合理，致使化肥施用量增加，產(chǎn)量卻不增加，造成大量的浪費。這些在玉米生產(chǎn)中所施用的養(yǎng)分，特別是氮肥向大氣和水體的流失也在增加，造成農(nóng)業(yè)污染。

2 我國玉米施肥機械的研究現(xiàn)狀及分析

2.1 玉米施肥機械排肥器的類型及應用現(xiàn)狀

排肥器作為播種施肥機上的重要組成部件，對施肥機具的工作質量、化肥的利用率及施用效率有直接影響，甚至將影響到玉米產(chǎn)量。排肥器的合理利用對于提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，改善農(nóng)民生活水平都具有重要意義，因此有必要對排肥器進行研究。

現(xiàn)階段，國內(nèi)大部分玉米播種施肥機采用條施的方式進行施肥[9]，其排肥器的發(fā)展已經(jīng)獲得了較大的成效，研制成功并得到生產(chǎn)應用的排肥器有十幾種產(chǎn)品，其形式主要有外槽輪式、刮刀轉盤式、離心式、螺旋輸送式、星輪式、攪刀撥輪式、擺抖式、滾輪式和振動式等[10-12]，均為條施排肥器。其中，由于外槽輪式排肥器(見圖2)具有結構簡單、施肥均勻性好等特點，基本上能滿足我國不同地區(qū)農(nóng)業(yè)對化肥深施機具產(chǎn)品的要求，因而該排肥器的應用比較廣泛。外槽輪式排肥器的研究和在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的實際應用比較早，較為突出的是在1993年，四平市農(nóng)業(yè)機械化研究所蘇守禮等人[13]研制出由塑料加工制成的外槽輪式排肥器，該排肥器適用于施排流動性較好的顆粒肥，肥量調(diào)節(jié)簡單、直觀、準確，抗腐蝕和堅固耐用，隨之該類型的排肥器得到批量生產(chǎn)并大面積推廣應用。同年，胡英俊等人[14]對單體外槽輪排肥器進行了改進，使其解決了排肥斷條和不排肥現(xiàn)象。此后，外槽輪式排肥器不斷得到改進和應用。

1.排肥盒 2.阻塞輪 3.擋圈 4.清肥軸 5.彈簧 6.排肥舌 7.排肥軸 8.外槽輪

近年來，在精準農(nóng)業(yè)技術的飛速發(fā)展下，玉米施肥技術也向著高效、節(jié)能方向發(fā)展，隨之產(chǎn)生了玉米穴施肥技術。當前，我國穴施肥排肥器的研究處于初級階段，落后于發(fā)達國家的技術水平[15]。在眾多企業(yè)、科研單位和個人不斷努力下，也研制出一些穴施肥排肥器和穴施肥機具。1994 年，肖云清[16]設計了一種同步穴深施肥播種機，采用窩眼輪式排肥器，通過調(diào)節(jié)窩眼深度實現(xiàn)肥料成穴作業(yè)。2001年，韓光義與劉善臣[17]設計了一種穴施肥精密排肥器，先將肥料集中在管中，當孔與管對齊時，堵肥板瞬間打開，肥料成穴落地。2002 年，蘇博興[18]研制的條穴兼用排肥器既有條施肥功能，又可進行穴施肥作業(yè)；李文波[19]設計了一種窩眼式排肥器，利用帶有窩眼的排肥輥實現(xiàn)肥料成穴；周云峰[20]設計了一種彈射活塞式穴施肥器，利用活塞機構的間歇運動實現(xiàn)肥料成穴。2003 年，李文波[21]又研制出雙圓盤開溝穴施肥排肥器,具有結構簡單、成本低廉、開溝穴施肥質量好及作業(yè)可靠的特點,可滿足穴播作物的穴施肥要求。2006年，黑龍江省饒河縣饒河農(nóng)場小佳河林場的高忠軍等人研制出穴肥可調(diào)式排種排肥器，實現(xiàn)了化肥穴施。2009年，黑龍江農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院[22]也利用外槽輪式排肥器，研發(fā)出 2BJ-2 型精密播種穴施肥機，通過不斷開閉排肥閥門來實現(xiàn)肥料成穴。以上排肥器及機具，存在肥料成穴性能差及工作效率低等問題，沒能得到大范圍推廣應用。

2.2 玉米施肥機械裝備發(fā)展現(xiàn)狀

玉米施肥機的分類有很多種，按照玉米施肥時間來分類，玉米施肥機械主要分為種肥施肥機械和中耕追肥機械兩大類[23]。其中，種肥施肥機械的應用更為普遍。玉米機械化種肥施肥多是與播種同時進行，由復式作業(yè)機一次完成玉米的播種和化肥的深施作業(yè)。

現(xiàn)階段，國內(nèi)玉米播種施肥復式作業(yè)機已經(jīng)比較成熟，許多以條施為主的機型在玉米生產(chǎn)中大范圍應用。常見的機型有河北農(nóng)哈哈機械集團有限公司生產(chǎn)的2BYSF-N勺輪式玉米精量播種施肥機、五臺縣城園豐農(nóng)機制造有限公司生產(chǎn)的2MBF-1/2型玉米鋪膜施肥精量播種機、石家莊保東農(nóng)業(yè)機械有限公司生產(chǎn)的2BYF-2手扶帶玉米精量播種施肥機、山東曲阜圣魯機械廠生產(chǎn)的小型多功能播種施肥機、山東天盛機械制造有限公司生產(chǎn)的2BYF系列玉米施肥播種機和鄭州市勇豐農(nóng)林工具有限公司生產(chǎn)的適應于丘陵山地SB-13B2型背負式施肥播種機等等。這些機具日趨成熟，機械化施肥性能好，大大降低了農(nóng)民的勞動強度，提升了玉米機械化生產(chǎn)水平。

精密播種技術在玉米播種方面也不斷得到應用，相應地出現(xiàn)了玉米穴施肥技術，大大提高了化肥的利用效率。人們逐漸認識到這一問題，許多科研人員和單位也開始研制玉米穴施肥技術及裝備。黑龍江省農(nóng)業(yè)機械維修研究所的張亞萍[24]研制出2BT-6X 型玉米催芽穴噴水穴施肥精播機，在播種的同時，進行肥料穴施、水穴噴，達到了良好效果。黑龍江農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院的辛莉等人研制出2BJ-2型精密播種穴施肥機，實現(xiàn)了按穴排肥，并且穴距可調(diào)整。鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)機械技術推廣站的郭偉等人研制了一種間歇式穴施肥機構，采用槽輪間歇機構來實現(xiàn)間歇排肥。同時，隨著精準農(nóng)業(yè)技術和裝備的快速發(fā)展，變量施肥技術和裝備也發(fā)展迅速，國內(nèi)很多科研單位研制出變量施肥機[25]。吉林大學自行研制的基于IC卡的手動/自動變量施肥機2SF-2和2BFJ-6，通過單片機控制施肥量，實現(xiàn)了實時變量施肥。吉林農(nóng)業(yè)大學研制的2BFJ-6型變量施肥精量播種機，由田間計算機控制液壓馬達的轉速實現(xiàn)變量施肥。上海交通大學劉成良教授主持研制的基于全球定位系統(tǒng)GPS的智能變量播種、施肥、旋耕復合機，實現(xiàn)了一機多用。這些技術及裝備的應用，雖然可以達到節(jié)肥和提高肥料利用率的目的，但由于機具性能不穩(wěn)定、作業(yè)效率不高等問題，尤其是變量施肥機的適應性比較差、精度低[26]，目前大多處于試驗樣機水平，不適應生產(chǎn)需要和批量生產(chǎn)。

2.3 我國玉米施肥機械存在的問題

2.3.1 種子與肥料的施用量不明

當前，由于技術水平的限制，國內(nèi)大多數(shù)玉米種肥施肥機沒有精確的控制系統(tǒng)來控制種子與化肥的施用比例，只能通過人為經(jīng)驗控制種肥量，不能保證種子或肥料的最佳施用量。比例偏大或偏小不僅是對化肥的不合理施用，同時也不利于玉米種子發(fā)芽。

2.3.2 施肥機械技術水平整體較低，肥料利用率低

我國現(xiàn)有的玉米播種施肥機大多以機械式為主，氣力和液力播種施肥技術發(fā)展緩慢，同時施肥方式又以條施為主，穴施肥機具偏少。條施時肥料與種子位置不一一對應，遠離種子的肥料不能被吸收利用，這就造成很大一部分肥料浪費，繼而導致農(nóng)業(yè)污染。

2.3.3 自動化程度低，對操作人員要求高

我國玉米種植以小田塊、小農(nóng)戶為主，致使播種施肥機以中小型為主，這些機型的自動化程度低，甚至為零，自動化程度較高的大型玉米播種施肥機只有在國營農(nóng)場才能使用。由于中小型玉米播種施肥機的自動化程度低，只能依靠操作人員經(jīng)驗控制，因而在使用時對機械作業(yè)人員技術、熟練程度要求較高。例如，對機器前進速度的控制，如果過快將導致開溝器間阻塞，如果過慢則會降低作業(yè)生產(chǎn)效率。

3 玉米施肥的發(fā)展趨勢

1)玉米播種施肥機械的研究將與施肥技術的研究相結合。近年來，隨著國家農(nóng)業(yè)機械化水平的提高和精準農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，玉米施肥機械的施肥方式將向著穴施肥、變量施肥等方向發(fā)展。從農(nóng)藝上來講，穴施肥、變量施肥是施肥技術的重要改進和創(chuàng)新，這些技術可以達到節(jié)肥和提高肥料利用率的目的[27]。而玉米施肥機械施肥方式的轉變，是農(nóng)機與農(nóng)藝結合重要體現(xiàn)。

2)穴施肥、變量施肥技術及其在玉米施肥機械上的應用將日趨成熟。現(xiàn)階段國內(nèi)沒有成熟的產(chǎn)品，但科研人員和單位對穴施肥、變量施肥技術及裝備的研究從未間斷，繼而出現(xiàn)了適合小面積田塊應用的樣機產(chǎn)品。這些產(chǎn)品施肥效果較差、性能不穩(wěn)定，但這是對玉米施肥機的又一次探索創(chuàng)新，隨著國家農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，這些技術和裝備將不斷得到完善及推廣應用。

3)玉米播種施肥機械向著大型化、智能化、高自動化水平方向發(fā)展。當前我國現(xiàn)有的玉米施肥播種機以中小型為主，自動化水平較低，僅大型國有農(nóng)場有少量國外進口的大型、高自動化的玉米播種施肥機。隨著城市的發(fā)展和人口老齡化問題的日益加劇，土地由農(nóng)戶個體經(jīng)營轉向合作社等集體式經(jīng)營，同時操作人員對機具舒適性的要求也越來越高，中小型玉米播種施肥機不能滿足機械作業(yè)的要求。隨著智能化、自動化技術在農(nóng)業(yè)機械化上的應用，玉米播種施肥機也會隨之發(fā)展。

4 結論

1)我國玉米施肥現(xiàn)狀不容樂觀，肥料利用率低，對環(huán)境的污染重。穴施肥技術和變量施肥技術雖然可以解決以上問題，但是該類型的施肥機存在或多或少的問題，還沒有適合大面積推廣應用的成熟機具。

2)國內(nèi)玉米施肥機械存在許多問題，如施肥機械的技術水平整體較低，自動化程度低，對操作人員的要求較高；穴施肥、變量施肥技術與國外有較大差距，導致肥料的利用效率遠遠低于發(fā)達國家。

3)穴施肥、變量施肥技術及其在玉米施肥機械上的應用將日趨成熟，可達到節(jié)肥、減少農(nóng)業(yè)污染的目的。玉米施肥機械的自動化程度將逐漸得到提高，逐步向著大型化及智能化方向發(fā)展。

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Research Status and Development Trend of Corn Fertilizing Technology and Fertilizing Machine

Li Kun, Yuan Wensheng，Zhang Wenyi，Zhang Ligang，Qi Bing

(Nanjing Research Institute for Agriculture Mechanization， Ministry of Agriculture, Nanjing 210014, China)

Chemical fertilizers play an important role in corn production. Rational application of fertilizer can increase crop yield and peasant’s income. On the contrary, it results in the decrease of fertilizer utilization and the increase of agricultural production cost. In addition, ecological environment will be polluted by the redundant fertilizer. In order to tidy up the research status and development trend of corn fertilizing technology and give reference for mechanized application, the current research status of corn fertilizing and mechanical fertilization is summarized on the basis of investigation and data analysis. The characteristics of corn fertilizing is summarized and some problems of corn fertilizing is analyzed. For fertilizing mechanization technology, development trend and existing problems of distributing technology and fertilization machinery is analyzed seriously. On the basis of summarizing the development of current situation, it analyzes development trend of corn mechanized fertilization technology seriously. Through the above analysis, the conclusion that laggard technology of fertilizing, lack of fertilizing machine, and fertilizing machine is developed towards intelligent direction is concluded.

fertilization technology; fertilization machinery; research actuality; development tendency

2015-12-09

江蘇省自然科學基金項目(SBK201221161)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503130)；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目(CX[15]1004)

李 坤(1989-)，男，山東濰坊人，助理研究員，碩士，(E-mail)ddlikun19891119@163.com。

袁文勝(1978-)，男，山東曹縣人，副研究員，碩士，(E-mail)ywensheng@sohu.com。

S233.3

A

1003-188X(2017)01-0264-05