沈卓群

（遼寧省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，沈陽(yáng) 110161）

不合理的施肥方式會(huì)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(huì)污染生態(tài)環(huán)境[1]。玉米作為我國(guó)主要糧食作物，在其種植和生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)科學(xué)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(jī)械均影響施肥效果。 施肥量少則無(wú)法保證玉米植株良好生長(zhǎng)，而施肥量多不僅會(huì)燒種，還會(huì)造成環(huán)境污染。對(duì)此，研制施用量準(zhǔn)確且可實(shí)現(xiàn)氮、磷、鉀等微量元素科學(xué)配比的施肥機(jī)械，對(duì)保障玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，玉米施肥機(jī)械正在從單一性向多功能性、從機(jī)械化向智能化方向發(fā)展。 闡述玉米施肥機(jī)械主要類型及其特點(diǎn)，分析存在的問題，為玉米施肥機(jī)械的創(chuàng)新研制提供參考。

1 玉米施肥機(jī)械主要類型與特點(diǎn)

按照肥料類型， 玉米施肥機(jī)分為化肥施肥機(jī)、廄肥施肥機(jī)和液態(tài)肥施肥機(jī)；按照玉米施肥階段，分為播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)和中耕施肥機(jī)。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概念的提出，變量施肥成為國(guó)內(nèi)施肥領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向，一些科研院所和農(nóng)機(jī)企業(yè)紛紛研制具有控制肥量功能的變量施肥機(jī)。

1.1 播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)

播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)用于種肥或一次性緩釋肥的施播。 種肥為玉米提供生長(zhǎng)初期所需要的營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)根系發(fā)育。 根據(jù)玉米生長(zhǎng)需要應(yīng)適時(shí)追肥，緩釋肥為一次性施入，玉米生長(zhǎng)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(jī)作業(yè)時(shí)，播種與施肥同步進(jìn)行，以條施為主。 常見的播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)是在懸掛式機(jī)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(jī)型帶有單獨(dú)的施肥開溝器， 使肥料施于種子的側(cè)下方。這樣肥料會(huì)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(dòng)式、螺旋式等。 其中，外槽輪式排肥器施肥均勻且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)肥量直觀、準(zhǔn)確，應(yīng)用最廣，適于流動(dòng)性好的顆粒肥。 轉(zhuǎn)動(dòng)外槽輪式排肥器旋鈕、調(diào)節(jié)槽輪工作長(zhǎng)度，可以控制排肥量。 排肥器主要靠地輪或步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)減速器作為驅(qū)動(dòng)力。在地輪驅(qū)動(dòng)模式中，地輪與排肥器傳動(dòng)軸之間通過(guò)多級(jí)鏈輪傳動(dòng)。 播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)的施肥效果好、適應(yīng)能力強(qiáng)，是應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟的玉米施肥機(jī)械。

1.2 中耕施肥機(jī)

中耕施肥是玉米生長(zhǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在玉米生長(zhǎng)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(shí)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(bǔ)苗、除草、追肥等作業(yè)，中耕施肥機(jī)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(jī)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(jī)有開溝施肥和撒肥兩種方式。用于開溝施肥的中耕施肥機(jī)帶有開溝器，肥料通過(guò)輸肥管施播至肥溝，再通過(guò)覆土板、鎮(zhèn)壓輪完成覆土與鎮(zhèn)壓。撒肥式中耕施肥機(jī)將肥料撒在耕地表面，再翻動(dòng)土壤使肥料與土壤混合。

1.3 液態(tài)肥施肥機(jī)

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(jià)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(jī)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(guò)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(guò)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(duì)穩(wěn)定。

1.4 變量施肥機(jī)

變量施肥可在滿足玉米生長(zhǎng)所需養(yǎng)分的同時(shí)，根據(jù)不同地塊土壤情況來(lái)控制肥料用量。有些變量施肥機(jī)還能自動(dòng)對(duì)不同肥料進(jìn)行配比， 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(hù)土壤微生物，節(jié)約生產(chǎn)成本。 常見的變量施肥機(jī)為懸掛式，由拖拉機(jī)牽引，拖拉機(jī)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(jī)，主要用于輸入處方圖和作業(yè)地塊圖。變量施肥機(jī)機(jī)架上安有測(cè)速雷達(dá)，可根據(jù)行進(jìn)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(dòng)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，通過(guò)控制排肥輪轉(zhuǎn)速改變施肥量， 使實(shí)際施肥量與處方圖一致。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)變量施肥機(jī)械研究還處于發(fā)展階段，現(xiàn)有變量施肥機(jī)性能不夠穩(wěn)定，適應(yīng)性有待提高。

2 玉米施肥機(jī)械存在的問題

與很多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)玉米施肥機(jī)械化技術(shù)相對(duì)落后， 導(dǎo)致化肥使用量大于作物實(shí)際需用量，進(jìn)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(jī)作業(yè)時(shí)需控制速度以確保施肥精度，這就要求農(nóng)機(jī)駕駛員要有一定的經(jīng)驗(yàn)。如果施肥作業(yè)速度過(guò)快，則開溝器易被秸稈堵塞；如果施肥作業(yè)速度過(guò)慢，則影響作業(yè)效率。

國(guó)內(nèi)研發(fā)的玉米變量施肥機(jī)械可在行進(jìn)速度不同的情況下保持穩(wěn)定均勻的施肥量，或通過(guò)控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)變量施肥，但尚不具備根據(jù)測(cè)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(xué)用肥量不易計(jì)算，定位系統(tǒng)精度易受影響，排肥精確度不夠，自動(dòng)化程度不高，達(dá)不到精確控制施肥的目標(biāo)要求。 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)變量施肥技術(shù)還有較大差距。 美國(guó)、日本和歐洲部分國(guó)家的變量施肥技術(shù)發(fā)展較快，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺與光傳感器直接監(jiān)測(cè)作物所需養(yǎng)分并自動(dòng)配比肥料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變量施肥， 但這種變量施肥機(jī)價(jià)格昂貴，且不適合我國(guó)耕地現(xiàn)狀。我國(guó)玉米種植田塊普遍較小且分田到戶，真正適合大型施肥機(jī)械作業(yè)的規(guī)模地塊較少，這制約著施肥機(jī)械向自動(dòng)化智能化方向發(fā)展。

3 玉米施肥機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)

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(jìn)施肥機(jī)械，不僅可以改變傳統(tǒng)施肥方式、避免肥料浪費(fèi)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(jī)械研發(fā)過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合， 把施肥機(jī)械與施肥技術(shù)融合起來(lái)，著力提高肥料利用率，科學(xué)合理施肥。著眼未來(lái)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械正向信息化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，與此同時(shí)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)也在逐步向作物生產(chǎn)管理精準(zhǔn)化方向邁進(jìn)。 作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一部分，精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥，還可通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物及土壤養(yǎng)分含量， 據(jù)此進(jìn)行肥料配比和實(shí)時(shí)精準(zhǔn)施肥，是今后玉米施肥機(jī)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(hù)需要，有待研發(fā)適于秸稈大量覆蓋條件、具有高通過(guò)性的免（少）耕播種施肥聯(lián)合作業(yè)機(jī)，助力保護(hù)性耕作推進(jìn)行動(dòng)的實(shí)施。