中外精準變量施肥機械對比，國產農機追趕之路依舊艱辛

多年來，我國農業(yè)生產中，盲目粗放施肥和長期嚴重偏施已造成農作物產量品質降低、有害物質超標、地下水污染和土壤板結退化等問題，嚴重影響農產品生產安全、生態(tài)環(huán)境及自然資源發(fā)展。

精準變量施肥技術作為化肥減施增效技術體系的重要組成部分，可因地制宜全面平衡施肥用量，保證化肥合理施用，在農業(yè)生產中發(fā)揮了重要作用，推廣應用范圍不斷擴大。

在這里，筆者介紹一下精準變量施肥技術發(fā)展歷程及國內外精準變量施肥機械發(fā)展情況，為國內相關機械研發(fā)提供參考和借鑒。

精準變量施肥技術

精準變量施肥是將農田土壤進行空間網(wǎng)格單元劃分，以各單元內歷年農作物產量信息與多層數(shù)據(jù)（土壤理化性質、病蟲草害及氣候等）疊合分析為依據(jù)，作物生長模型和作物營養(yǎng)專家系統(tǒng)為支撐，高產、優(yōu)質及環(huán)保為目的因地制宜地進行全面平衡施肥的先進技術，可為肥料合理施用提供可靠保障。

該技術緊密圍繞糧食增產、生產高效、資源節(jié)約及生態(tài)環(huán)保理念，是信息技術、生物技術、機械技術及化工技術的優(yōu)化組合，主要伴隨精準農業(yè)發(fā)展得到快速應用推廣。

 20世紀60年代，統(tǒng)計學方法的創(chuàng)立，為定量描述土壤空間研究奠定了基礎；70年代，機電一體化、智能監(jiān)控及信息采集等先進技術的廣泛應用，推動了農業(yè)工程裝備現(xiàn)代化發(fā)展進程；80年代，部分發(fā)達國家農業(yè)經營管理出現(xiàn)了資源緊缺和環(huán)境質量下降等系列問題，亟需采取更有效的方法提高農產品市場競爭力。

1991年，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）逐漸實現(xiàn)民用化，為施肥精準定位管理提供了可靠保障；20世紀90年代現(xiàn)代信息技術的高速發(fā)展，特別是“3S”信息系統(tǒng)、作物栽培管理技術及農業(yè)工程裝備技術等先進技術在農業(yè)中得到應用，為實現(xiàn)田塊空間精準變量操作奠定了可靠基礎，即精準農業(yè)誕生。

變量施肥技術是精準農業(yè)應用最早的領域，經過20余年的發(fā)展，該技術有效解決了土壤-作物-養(yǎng)分間互作關系，引領精準農業(yè)技術進步。

國內外精準變量施肥機械發(fā)展現(xiàn)狀

1. 國外現(xiàn)狀

近年來，精準變量施肥技術及配套機械研究已成為國際農業(yè)生產領域的重點，相關機械正朝著大型化、信息化、自動化及智能化方向發(fā)展。發(fā)達國家建立了較完整的信息網(wǎng)絡，將歷年農作物產量、土壤墑情及氮磷鉀肥量等數(shù)據(jù)輸入至精準農業(yè)網(wǎng)絡，采用變量施肥技術精準調配化肥施用量，有效提高肥料利用率，減少環(huán)境污染。

美國凱斯（Case）公司研制的Flexicoil系列變量施肥播種機，由空氣輸送式種肥車和ST820型播種機配套組成，可同時調節(jié)3種類型種子及肥料變量比例，滿足多種農作物生長需求。

美國約翰迪爾（John Deere）公司生產的JD1910型氣力式種肥車與JD1820型免耕播種機配套，集成人機交互監(jiān)測系統(tǒng)，可實時顯示機械位置、種肥播施情況和種肥箱體容量等信息，實現(xiàn)全電控精量播種變量施肥作業(yè)。

德國阿瑪松（Amazone）公司研制的ZA-M系列懸掛式變量撒肥機和ZA-B系列牽引式變量撒肥機，配備亞馬遜ISOBUS服務終端通訊設備及多種農用傳感器，可實時采集農作物生長特征，快速計算單位區(qū)域內最適于農作物生長的施肥量，通過獨立液壓驅動裝置控制離心撒肥盤工作轉速及幅寬，實現(xiàn)精準變量施肥作業(yè)。

法國庫恩（Kuhn）公司研制的Axis系列懸掛式變量撒肥機采用GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)自動生成肥料撒施分布處方圖，配置了自動調節(jié)撒肥量的EMC控制系統(tǒng)，可實時調節(jié)撒肥盤開度與角度，實現(xiàn)高效變量撒肥作業(yè)。

2. 國內現(xiàn)狀

我國對精準變量施肥技術及配套機械的研究相對較晚。由于國內農作物種植模式多樣且各地區(qū)地形地貌差異性較大，前期僅進行了部分理論探索及試驗研究，并未進行大面積應用推廣。

至20世紀90年代，隨著對精準農業(yè)逐漸重視及應用推廣，通過引進消化吸收再創(chuàng)新模式，將國外先進精準變量施肥技術與可持續(xù)農業(yè)基本國情相結合，創(chuàng)制系列適于各種農作物生產的變量施肥系統(tǒng)與排肥機構，集成了多種精準變量施肥機械，部分得到示范應用推廣。

國內學者結合施肥農藝要求，開發(fā)了水稻與冬小麥變量施肥控制系統(tǒng)，分別設計了離心勻肥罩式水稻地表變量撒肥機和冬小麥精準變量施肥機，有效提高施肥控制精度。

有研究者采用仿生設計方法集成配置大豆仿生智能耕播機，基于控制變量施肥控制系統(tǒng)，采集機械位置及作業(yè)速度，結合處方信息控制排肥軸轉速調節(jié)施肥量，可一次性完成淺松、碎土、播種、施肥、扶壟和鎮(zhèn)壓等復合作業(yè)，在黑龍江省進行應用推廣。

有學者基于CAN總線通信協(xié)議車載傳感器與PIC控制融合技術，設計了2BFJ-24型小麥精量播種變量施肥機，根據(jù)定位信息和處方信息進行變量施肥，實現(xiàn)了小麥種肥同播且實時監(jiān)測漏播及堵塞等復合功能。

存在的問題及發(fā)展建議

國內對精準變量施肥技術及配套機械研究起步相對較晚，多集中于關鍵執(zhí)行部件優(yōu)化設計，而對核心智能化控制系統(tǒng)自主研發(fā)能力較弱，高精準性及適用性的施肥機械研究較少，產品自動化及智能化程度低且應用示范面積小，整體水平與國外發(fā)達國家仍存在較大差距。

在研究與應用過程中所采用配套傳感器技術無法完全實時準確地分析土壤養(yǎng)分及微量元素等信息；農作物生長模型和農作物養(yǎng)分專家系統(tǒng)無法與精準變量施肥機械緊密配套；施肥專家決策分析系統(tǒng)更新周期較慢，所需數(shù)據(jù)繁多且不易獲取。

由于國內地形地貌差異性較大，導致通用性及適應性較差；排肥機構調節(jié)范圍局限，難以實現(xiàn)氮磷鉀等元素在線混合，配套機械作業(yè)性能與技術指標有待提高；綜合作業(yè)成本較高，部分農民思想并未完全轉變，影響該技術進一步應用推廣。

未來發(fā)展中，應結合國內各區(qū)域特點綜合施策，加快發(fā)展精準變量施肥技術，開展配套機械應用培訓及宣傳推廣，重點確定各區(qū)域各作物合理化肥施用方式及比例，為精準變量施肥實施提供支持。結合網(wǎng)絡傳輸、信息感知及數(shù)據(jù)處理等先進技術，開展高精度且覆蓋全面的土壤及作物養(yǎng)分信息高效檢測采集技術和數(shù)字化營養(yǎng)管理系統(tǒng)研究。 

研發(fā)可快速精準監(jiān)測農田土壤及作物養(yǎng)分含量傳感器件及適合多種農藝模式的精準施肥控制系統(tǒng)，提高作物生長模型及施肥專家決策分析系統(tǒng)通用性及適應性；將單一施肥作業(yè)逐漸轉變?yōu)樽兞渴┓首鳂I(yè)，設計優(yōu)化多種關鍵部件結構，以實現(xiàn)多變量在線配肥和施肥作業(yè)，提高施肥系統(tǒng)自動化和智能化水平。

完善各區(qū)域農機裝備信息管理標準，構建化肥施用信息服務平臺與監(jiān)測評估系統(tǒng)，實現(xiàn)精準變量施用指導監(jiān)控；因地制宜地推廣機械化施肥技術，加快配套施肥監(jiān)測系統(tǒng)及智能變量施肥機械研究應用。

文章來源：2019年5期《農業(yè)工程》

原標題：精準變量施肥機械研究現(xiàn)狀與發(fā)展建議