有机肥施肥机研究现状与发展思路

随着我国有机肥施用量的逐渐提高,有机肥施肥机的重要性逐渐凸显。对比国内外有机肥的施肥机械化水平,分析了我国有机肥施肥机的研制现状,指出当前我国有机肥施肥机存在的问题,并提出了有机肥施肥机的精细化、自动化、智能化发展思路。      

有机肥与化肥配比施肥装置研究现状综述

文章通过对比化肥与有机肥的施肥优势,提出有机肥与化肥混合施肥的必要性。重点介绍了国内外较为常见的施肥机,总结分析了国内外施肥机的研究现状,以期为有机肥与化肥混合施肥机的设计提供借鉴与参考。     

有机肥施肥机的标校

由于畜牧业的迅速发展,畜禽粪便的产出量急剧增大。畜禽粪便是一种优质的有机肥源,有机肥还田不但提供了农作物生长需要的养分,还可以改善农业生态环境,降低粮食生产成本。因此,研制适合中国国情的有机肥施肥机具有重要的现实意义和应用推广价值。目前,我国对有机肥施肥机的研究才刚刚起步,本文以中机华丰(北京)科技有限公司研制的有机肥施肥机为研究对象,主要研究了有机肥施肥机的标校,包括施肥均匀度的测定与校验、工作幅宽的测定与校验以及部分试验结果,验证并回答了施肥过程中常遇到的几个问题。     

倾斜刮板式固态有机肥施肥机设计

长期大量使用无机肥会降低土壤有机物存量,影响土壤微生物生存,破坏土壤肥力,最终降低作物产量。有机肥中含有大量微生物及各种微生物分泌的酶、激素等活性物质,施用有机肥能有效提高土壤微生物的数量和种类,改善土壤肥力,为作物生长提供有利的条件。目前,大型有机肥施肥机仅能在平原地区工作,无法应用于丘陵山区。为提高有机肥在丘陵地区的利用率和作业效率,促进农业可持续性发展,结合我国丘陵地区施肥作业现状,设计了一种倾斜刮板式固态有机肥施肥机,建立了刮板的力学模型,分析了施肥机的工作原理。施肥机作业时,控制系统检测施肥机的行走速度,CPU通过算法运算出相应的施肥速度,通过控制排肥器的偏转速度及刮板的旋转速度来对排肥量进行控制。试验结果表明:控制系统工作稳定可靠,施肥量准确,实际施肥量与设定施肥量最大偏差小于6%;施肥均匀性好,均匀性变异系数小于7%,单位面积实际施肥量及施肥均匀性与施肥机的作业速度无关。     

基于EDEM的有机肥排肥性能分析与试验

有机肥由于吸水性较强,在存储过程中易潮解、粘连结块,导致含水率增加,从而影响施肥机的排肥性能。为了探明有机肥含水率对施肥机排肥性能造成的影响,对不同含水率有机肥物理性质进行测定,利用EDEM离散元分析软件,对有机肥参数进行标定,确定其力学特性,并对前期研制的双料箱施肥机在施用不同含水率有机肥时的排肥性能进行仿真分析。结果表明:施肥机在施用不同含水率有机肥时,单位时间施肥量随着含水率的增加而减少;有机肥含水率小于16.61%时,施肥稳定性高,波动性小;有机肥含水率大于16.61%时,施肥机出现排肥堵塞现象。田间试验表明:试验结果与仿真结果变化趋势基本一致,施肥机能施用含水率高达13.35%的有机肥。研究结果可为双料箱施肥机设计及改进提供参考。     

果园施肥机械现状及发展趋势

目前,我国的果园施肥机械远远满足不了果园对施肥机械的技术要求,而果园施肥技术的提高是增加果树产量和质量的重要手段。为此,介绍了果园合理施肥的必要性和国内外果园施肥机的发展现状,并分析了果园施肥机的机构组成、施肥原理和作业效果。通过对比总结了现在果园施肥机存在的问题,同时展望了果园施肥机未来的发展趋势。     

变量施肥装备的研究现状及展望

介绍了精准农业背景下的变量施肥及其实现流程,阐述了目前国内外变量施肥机的研究现状,对国内外典型变量施肥机的结构、特点及控制系统进行了比较,并对其性能、适应性等进行了分析。总结了我国变量施肥机械存在的问题和不足,提出了应在我国规模化、机械化水平较高的新疆棉区大力发展变量施肥机械的建议。探讨了变量施肥机械的发展趋势。     

变量施肥研究现状及在新疆棉花上的应用展望

介绍了精准农业背景下的变量施肥及其实现流程,阐述了目前国内外变量施肥机的研究现状,对国内外典型变量施肥机的结构、特点及控制系统进行了比较,并对其性能、适应性等进行了分析。总结了我国变量施肥机械存在的问题和不足,提出了应在我国规模化、机械化水平较高的新疆棉区大力发展变量施肥机械的建议,探讨了变量施肥机械的发展趋势。     

茶园机械耕作方式对土壤物理性状的影响

以免耕为对照,研究茶园机械耕作方式对土壤物理性状的影响。设置免耕(MG)、单螺旋有机肥耕作施肥机耕作(YG)、单螺旋颗粒肥耕作施肥机耕作(KG)、C-6耕作机耕作(CG)、KM3CG-30茶园翻耕机耕作(FG)5种方式,分析其对茶园0～30cm土层土壤紧实度、容重、孔隙度的影响。结果表明:与免耕相比,单螺旋有机肥耕作施肥机、单螺旋颗粒肥耕作施肥机耕作深度最深,对0～30cm土壤紧实度、土壤总容重、孔隙度的改善效果最为明显,且单螺旋颗粒肥耕作施肥机作业效果略优于单螺旋有机肥耕作施肥机;C-6耕作机耕作宽度最宽,对0～10cm土壤总容重降低效果明显。     

链条输送式施肥系统装置及试验

针对我国有机变量施肥机在变量施肥过程中排肥量不准确、抛撒不均及有机肥变量施肥机缺乏的问题,采用变量施肥技术,设计了一款链条输送式精准变量排肥机构。通过分析有机肥输送过程中肥料的运动及受力分析,建立了埋刮板宽度与两个之间的间距及焊接在马蹄链的倾斜角度关系方程,并进行了EDEM仿真分析。对于同一施肥量,选择闸板开口大小为5、10、15mm这3组数据进行田间试验。结果表明:链条输送式精准变量排肥机构排肥效果较好,在动力为14k W、闸板开口大小为5mm时,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.6%;闸门开口大小为10mm时,实际施肥量与预置施肥量相对误差较小为2%,能够较好地满足实际生产要求,为我国有机肥撒施机研究提供技术支持。     

水动比例施肥器性能对比试验研究

水动比例施肥器作为精确施肥的代表性装置,在国内尚停留在理论研究及产品研制方面.由于国内产品性能的不稳定,国内的市场份额大部分被国外产品所占据.为了对比国内外水动比例施肥器在吸肥性能上的差异,通过试验综合对比了国内外3款水动比例施肥器的吸肥性能.结果表明:施肥器吸肥量受进口流量和压差的影响,相同压差下,国外施肥器进口流量...     

并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式性能分析

为了了解文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式的性能,在其工作原理的基础上,设计了4个文丘里管并联的施肥器,其部分参数为L_a=105 mm,L_b=55 mm,四通T型出口两侧长度L₁~L₈=36 mm,文丘里管通道内径均为50 mm.在并联四文丘里管施肥器吸肥口为1个大气压力,营养液出口为0.10 MPa,进水端入口压力分别为0.15,0.25,0.35,0.45,0.55,0.65 MPa的边界条件下,运用FloEFD软件对施肥器吸肥量进行仿真分析,得到了各通道吸肥量与进出口压差呈正相关的工作特性.基于该分析结果,进一步在4个文丘里管并联施肥器的出口增设吸肥泵,构成四吸肥通道+旁路吸肥式管路施肥器(“旁路吸肥”模式),通过性能仿真表明:并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式,可提高吸肥量整体提高31.08%以上,方差降低74.12%,同时实现将营养液有压输出.进一步开展并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式吸肥量性能试验,得出实测平均吸肥量为693.25 L/h,与仿真分析数据平均相对误差仅为4%,验证了仿真分析结果.该研究为并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式整机的研制奠定了基础.     

水肥一体化施肥机变量吸肥系统的设计与试验

依据现代农业生产中作物施肥与灌溉融为一体的发展趋势,对水肥一体化施肥机的关键部分—吸肥系统进行结构设计及吸肥通道的变量吸肥展开研究。设计了基于射流器并联的水肥一体化施肥机三通道吸肥系统,通过Solid Works三维软件建立水肥一体化水肥一体化施肥机三通道吸肥系统三维结构,并应用Flo EFD对吸肥系统吸肥性能进行仿真分析。构造了5种边界条件方案进行吸肥性能仿真分析对比,并以进口压力0. 5MPa出口压力0. 1MPa为例进行性能试验,结果表明:吸肥系统各通道吸肥精度最高可达98. 1%。对三吸肥通道的变量吸肥进行了控制器及管道机械部件的设计,并通过试验验证其可行性,旨在为水肥一体化施肥机的深入研究和发展提供参考。     

变量施肥机具的设计

从分步实施精确农业的思路出发,分别进行了手控变量施肥机和自控变量施肥机的研究。重点阐述了手控变量施肥机的工作原理及关键部件设计。试验表明,该机施肥量调节方便,性能稳定,有应用前景。分析了能够实现精确农业意义上的自动变量施肥系统。     

1GH-6型水田化肥深施机应用效果分析

阐述了研制的1GH－6型水田化肥深施机的工作原理，主要结构和工作性能，对该机对水稻生长的影响进行了实验分析。结果表明，与常规人工撒施肥相比，应用1GH－6型水田化肥深施机不但节省肥料，而且可以增产。在相同施肥量的情况下，用机械深施基肥可增产5％－10％，而在保持产量不减的情况下，可节约肥料20％。另外，机械化肥深施还可以增加水稻有效分蘖和有效穗，使作的生长平稳，株高适当。     

我国大田作物有机肥撒施装备研究现状及发展趋势

有机肥还田是农业废弃物肥料化利用的收官环节，而适宜的有机肥撒肥机欠缺，不仅阻碍废弃物肥料化利用的发展，一定程度上更制约农业整体发展。在基于我国现有大田作物广泛的耕地面积、地形地貌以及土壤贫瘠等现象，分析有机肥还田的必要性。充分介绍国内外现有的相关机型，从工作原理、优缺点及适用范围等方面进行对比分析。结合我国南北地块的差异，分别提出不同条件下对应机型的选择与研发方向，并对未来大田作物撒肥机从抛洒的均匀性、上料技术、智能调控等方面进行展望，为我国大田作物有机肥撒施装备的进一步发展提供参考依据     

支持故障报警的果园对靶变量排肥系统

针对果园条开沟连续施肥造成肥料浪费,而挖穴施肥作业过程繁琐的问题,基于普通条开沟施肥机具设计了果园对靶变量排肥系统,该系统主要包括果园穴施肥精量排肥器和对靶变量施肥控制器。利用高速摄影技术获得了不同排肥口截面积排肥下落时间,使用间歇旋转机构实现定量穴排肥,提出了扇叶旋转落肥感知方法并设计了排肥故障监测装置,进而设计了果园穴施肥精量排肥器。使用光电传感器实时感知果树树干以获得排肥位置,利用接近开关感知地轮转速计算行进速度,以STC12C5A60S2单片机为核心设计了对靶变量施肥控制器。搭建了试验平台,进行了实验室试验,结果表明,1~5排肥量挡位下,平均排肥量与理论排肥量最大误差为10 g,最大变异系数为4.6%;平均排肥长度为20.2~40.9 cm;偏移距离绝对值最大为5.5 cm,最小为0.6 cm,偏移距离标准差平均值为4.26 cm;单次排肥故障监测装置最少感知落肥通断信号次数为2次,故障监测准确率达到100%。果园试验表明,针对100棵枸杞树进行对靶施肥,其排肥准确率为97%。该系统实现了果园靶标实时探测、对靶精量排肥控制和排肥故障报警功能,达到了条开沟对靶穴施肥的果园作业要求。     

液压推送式有机肥抛撒机设计与试验

随着耕地养护意识的提高，有机肥抛撒机作为有机肥还田的专用机具逐渐受到重视。针对目前市场上应用的链板式、搅龙式等有机肥抛撒机存在的不足，研究设计了一种新型液压推送式有机肥抛撒机，并从结构原理、技术特点、关键技术和应用试验效果等方面阐述液压推送式有机肥抛撒机技术优势，为我国有机肥还田技术及装备的研发、应用和推广提供参考。      

Nitrogen flow and use efficiency in production and utilization of wheat,rice, and maize in China

China has long been the world’s most populous nation and faced the double challenge of ensuring its food security without causing catastrophic damage to the environment. Since the early 1960s, Chinese agricultural development has been premised on large domestic increases in nitrogen (N) fertilizer production and consumption. However, current utilization of fertilizer is far beyond optimum, with the fate of excess N largely unknown. Here, we report on N flows, losses, and use efficiency in the production and utilization of three major grain crops using data from 2004. We also use a scenario analysis to explore strategies for improving N use efficiency. Our calculations show that N use efficiency in food production and utilization is much lower than previously published estimates. Mean N surpluses of crop fields were 144 kg/ha for wheat, 184 kg/ha for rice, and 120 kg/ha for maize. We estimate that between 50% and 85% of N harvested as grain is lost for utilization by humans and animals. Fertilizer N use efficiency (FNUE) values in crop–animal system for wheat, rice, and maize were 13.4%, 11.3%, and 3.7%, respectively. This means 7.5, 8.9 and 27.1 kg of N fertilizer were required to produce 1 kg of N in food via fertilization for these three grains. Major room exists for improving the efficiency of N flow in Chinese crop systems. Our scenario analyses shows that increases in N use efficiency of fertilizer applied to cropland (RE), decreasing ratios of grain N headed to plant food processing (GUP), and increasing efficiency in animal production (ANU) would result in a marked decrease in N loss from these three crops amounting to one million ton of N, which accounted for 6% of total chemical fertilizer input. Improved N management in Chinese food production has major ramifications for global estimations of N use efficiency and environmental pollution by reactive N, particularly nitrous oxide emissions, a major anthropogenic contributor to global climate change.