设施果园自动对靶精准变量施肥控制系统

针对目前果园条施肥过程中缺乏精准变量对靶施肥装置的问题,该研究研制了一种排肥轮槽口体积可根据果树目标施肥量及冠层直径大小自动调节,排肥轮转速随施肥车速自动变化的果园精准变量自动对靶施肥装置与控制系统。该装置采用外槽轮式结构,槽口体积可连续调节自动变化。采用激光雷达传感器实时探测果树冠层位置,使用霍尔传感器检测施肥车行驶速度,以STM32F407VET6单片机为核心设计了控制器。分别以尿素、复合肥、有机复合肥3种颗粒肥料为试验材料,标定了不同排肥轮槽口开度在不同排肥轮转速下的排肥量,单个槽口排肥量与排肥轮转速呈负线性关系,决定系数R2不小于0.93;建立了单棵果树目标施肥量与排肥轮转速、施肥车速、槽口体积以及果树冠层直径4个变量之间的关系及排肥轮转速控制规则。室内台架试验结果表明,单棵柑橘树实际施肥量与给定目标施肥量相对误差最大为5.17%,变异系数最大为1.47%,可在施肥车速变化情况下准确施用不同颗粒肥料。大棚柑橘果园自动对靶施肥试验结果表明,单棵柑橘树实际施肥量与给定目标施肥量相对误差最大为4.83%,变异系数最大为6.96%,且施肥均在果树冠层直径范围内完成。该装置能够根据果树冠层直径大小对靶按需施肥,适应不同种类颗粒肥的少量或较大量定量施肥,满足不同大小果树不同需肥量的精准变量自动施肥要求。     

气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置研制

为提高分层施肥作业中肥料分配的精确性和稳定性,实现化肥按比例分层施用,该文设计了一种气力集排式变量排肥系统分层施肥量调节装置,通过理论分析与参数计算确定了分层施肥量调节装置关键部件的结构和基本工作参数。运用离散元法与计算流体动力学耦合仿真方法,选取拨齿旋转锥的转速、入口风速和施肥速率为试验因素,以各出肥口出肥量的变异系数为试验指标,进行二次旋转正交组合仿真试验,建立了试验指标与影响因素的回归模型。在旋转锥转速735r/min、入口风速36 m/s、施肥速率0.42kg/s、分肥比例1:2条件下,对分层施肥量调节装置进行了台架试验,试验结果表明,各出肥口出肥量变异系数均小于5.18%,分肥比例误差小于2.68%,与仿真试验优化所得结果相吻合,满足施肥作业要求。研究结果可为气力集排式排肥装置的设计与优化提供技术参考与理论支撑。     

排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统研制

针对当前变量施肥机无法根据实际田块尺寸调整作业行数,进而调节作业幅宽的问题,该研究通过改造玉米播种施肥机的排肥驱动方式,设计了一种排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统。首先通过二次多项式拟合方法,构建了排肥单体的双变量控制模型;然后对排肥单体的定位方法进行了分析,提出排肥单体独立控制系统;最后对各行排肥量一致性、不同车速下的排肥量控制准确性以及各行独立控制性能进行试验研究。结果表明,在排肥轴转速为10～60 r/min的区间内,各行平均排肥量一致性变异系数为3.35%;在目标排肥量为350 kg/hm~2,作业车速为7 km/h的条件下,排肥量控制精度达到97.6%;对于凸、凹和S形3种不同形状的施肥边界,各行排肥滞后距离相对于作业幅宽的变化率均小于15%。系统具有较高的控制准确性和稳定性,能够适应复杂施肥边界,可为玉米基肥变量施用装备的创新性研发提供技术参考。     

再生稻促芽追肥机研制

再生稻再生季促芽肥的用量较小,因此对排肥器排量准确性和排肥均匀性具有较高要求。现有再生稻追肥机械较难满足再生稻促芽肥追施准确性和均匀性要求的问题。该研究综合槽轮排肥器和齿式排肥器的优点,结合具有较好分气性能的导流板式分气装置,设计了一种可与再生稻收割机配合使用的气力式再生稻促芽追肥机。追肥机采用两级排肥器进行排肥,主要由上方槽轮与下方多组齿式排肥轮组成。首先根据常用促芽肥外形尺寸确定了两级排肥器中槽轮、齿式排肥轮的主要结构参数,然后通过理论计算结合离散元仿真试验,确定了槽轮与齿式排肥轮转速的最佳传动比为1∶1.8,此时排肥器排肥最均匀,断条现象发生较少,肥料无堆积。对分气装置进行仿真模拟试验发现,随着导流板开口角度的增大,各排气口流速一致性变异系数先降低后增大,当开口角度为48°时,变异系数最小,为5.65%,此时分气装置各排气口流速差异最小、分气效果最优,各排气口平均风速为19.37 m/s,满足设计要求。对两级排肥器进行离散元仿真试验发现,在10～20 r/min转速范围内,各排肥口排肥量一致性变异系数随转速的增大先减小后增大,最大值为2.57%,满足施肥标准中各行排肥量一致性变异系数小于7%的要求。最后,以小粒径尿素为试验材料,以排肥槽轮转速为试验因素,以排肥速率、各行排肥量变异系数、排肥均匀性变异系数为评价指标,进行样机排肥性能试验。结果表明：在10～20 r/min转速范围内,排肥速率随排肥槽轮转速的增加而增大,排肥速率变化范围为672.9～1447.6 g/min,可与收割机作业速度相匹配;各行排肥量一致性变异系数为2.14%～3.09%,各排肥口排量均匀性变异系数为20.99%～27.01%,均满足NY/T1003-2006追肥机械作业标准要求。研究结果可为再生稻追肥机设计提供重要参考。     

基于香蕉根系分布特征的变量施肥机研制

针对香蕉施肥作业中肥量分布不合理和施肥效率低等问题,对香蕉根系的分布特征进行统计分析,获得基于根系分布特征的施肥决策,并以此为基础,设计了香蕉变量施肥机,进行了样机试验。结果表明:香蕉幼苗期的施肥长度≤0.22 m,主次施肥区的施肥量比例为8:5,施肥长度比例为2:1;营养体生长期的施肥长度≤0.42 m,主次施肥区施肥量比例为2:1,施肥长度比例为5:1;生殖体发育期的施肥长度≤0.84m,主次施肥区施肥量比例为11:5,施肥长度比例为3:1。田间试验结果表明,机具前进速度0.38m/s、排肥盘转速22r/min、漏肥孔圆心角120°时,排肥量理论值与实际值平均相对误差为5.74%,施肥合格率为93%,满足香蕉施肥作业要求;采用变量施肥机施肥的香蕉植株长势优于常规人工穴施肥。该研究为香蕉变量施肥机的研究提供了基础数据和设计新思路。     

链条输送式变量施肥抛撒机的设计与试验

针对国内变量施肥机作业幅宽小,变量施肥抛撒机缺乏的问题,该文应用变量施肥技术,设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机。通过分析肥料颗粒在撒肥盘上的运动和受力,建立了肥料颗粒在脱离撒肥机圆盘过程中的运动方程,设计并确定了变量抛撒控制系统、肥箱、肥门自动开启装置等关键部件的结构及参数。并进行了不同施肥量和抛撒均匀性的试验,结果表明:链条输送式变量施肥抛撒机变量效果较好,且具有较好的抛撒均匀性,在拖拉机速度1.5m/s,实际施肥量与预置施肥量相对误差最大值为7.53%;拖拉机速度2m/s,目标施肥量225kg/hm2,抛撒幅宽设定30m,有效幅宽抛撒变异系数为14.90%,能够较好的满足实际生产要求。     

精准变量施肥机的研制与试验

该文针对传统均匀施肥，没有考虑土壤肥力不一致的特点，介绍了一种可与国产拖拉机配套实现变量施肥的施肥机，该施肥机在GPS导航系统的帮助下可以按照预先设计的处方图实现变量施肥。机械采用国产的普通外槽轮作为变量施肥机的肥料计量装置，通过调整外槽轮的转动速度达到调整肥料量的目的。对变量施肥机械在田间的作业原理和机械的基本结构进行了详尽的介绍。针对变量施肥机施用肥料的种类不同，试验了在不同槽轮转速情况下，使用不同肥料排肥数量的变化情况。试验证明在施用尿素时要增加槽轮的排肥槽长度，在施用磷酸二铵等不规则的肥料时，应力求减少排肥槽轮的长度，通过增加槽轮转速达到提高排肥计量系统的精度。     

水稻直播机气流式分层施肥系统设计与试验

针对水稻不同生长期施肥劳动强度大和肥料易堵塞的问题,该文提出了一种水稻分层施肥技术,根据水稻种植农艺要求和根系分布特点,在水稻直播时将整个生长期所需肥料一次性分层施入土壤中,浅层施肥深度为30～40 mm,距离水稻行距离为50 mm,为水稻苗期生长提供养分;深层施肥深度为70～100 mm,深层施肥沟在2行水稻中间,为水稻的后期生长提供养分。设计了一种气流式分层施肥系统,根据分层施肥要求确定肥料分配器结构及分层施肥量调节比例;利用Solid Works软件对肥料混合器变截面处不同截面高度的进肥口风速和出口处的负压进行仿真分析和试验验证,确定气流肥料混合器变截面通道高度为20 mm;对气流式分层施肥系统进行性能试验,以风速、肥量分配比例调节板开度和施肥管道长度为主要因素进行正交试验。试验结果表明,当风速为18 m/s、肥量分配比例调节板开度为30°、施肥管道长度为1 000 mm时,浅层施肥量变异系数为1.61%、深层施肥量变异系数为1.58%、2个浅层施肥量和深层的施肥量分配比例误差为1.91%。将气流式分层施肥系统安装在2BDH-10型水稻直播机上进行田间作业性能试验,田间试验结果表明,2个浅层施肥量与深层施肥量分配比例最大误差为7.76%,浅层施肥量最大变异系数为3.98%,深层施肥量最大变异系数为4.41%,满足水稻种植分层施肥的要求。研究结果可为水稻气流式分层施肥技术研究提供重要参考。     

风送式水稻侧深精准施肥装置的设计与试验

针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。该装置采用模块化设计与乘坐式插秧机配套使用,采用电机驱动排肥、风送肥料、全球定位系统(global position system,GPS)测速的工作原理,侧位深施化肥的施肥方式,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验。试验表明,该装置与插秧机配合使用时能一次性完成插秧与侧深精准施肥作业,当预置施肥量为300 kg/hm2,车辆稳定行驶速度为1 m/s时,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需求。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。     

锥盘式颗粒肥撒施机构抛撒性能分析与试验

为了提高颗粒肥撒施的均匀性和一致性,该文设计了一种锥盘式撒肥机构,通过对锥盘式撒肥机构工作性能的分析,建立了肥料颗粒的受力方程。通过撒肥试验,研究喂入区大小、甩盘转速、甩肥高度对撒肥区域内肥料分布规律的影响。试验结果表明：喂入区大小对肥料颗粒的横向幅宽分布影响较大,对纵向分布影响较小,施肥作业中合理的喂入角为75°;随着甩盘转速的增加,有效施肥区域的横向幅宽和纵向距离均逐渐增大,而且施肥的均匀性和一致性也不断提高,合理转速为600 r/min;施肥高度对施肥幅宽分布和一致性没有显著影响。研究结果可为颗粒肥撒施机的设计提供参考。     

控释肥、普通肥分层施肥对氮磷钾养分迁移的影响

为了研究不同分层施肥对养分迁移的影响,通过土柱淋洗试验,以混施(肥料撒施后翻耕)为对照,设置不施肥、普通尿素和控释尿素分别与磷钾肥掺混后进行1层(深度5cm)、2层(5,10cm)、3层(5,10,15cm)施肥处理,研究不同分层施肥处理对养分淋洗总量、肥料养分淋洗率的影响。结果表明,普通肥分层施肥的无机氮淋洗总量显著低于对照,其中3层施肥处理最低,且显著低于其他各处理;控释肥各分层施肥处理无机氮淋洗量总体低于控释肥混施,但未达显著水平;各分层施肥处理对有效磷的总淋洗量无显著影响;普通肥3层施肥处理速效钾淋洗总量最高,且显著高于普通肥混施,而控释肥分层施肥中速效钾淋洗总量也是以3层施肥处理最高,且显著高于控释肥1层施肥。不同分层施肥对肥料养分淋洗率表现出较大差异,普通肥混施处理氮淋洗率为9.9%,普通肥1层、2层、3层处理淋洗率分别为6.31%,4.91%,2.70%,分层施肥各处理淋洗率均显著低于混施处理,控释肥混施处理淋洗量为3.28%,控释肥1层、2层、3层处理淋洗率分别为1.48%,2.00%,2.63%,分层施肥处理淋洗率均低于混施处理,但未达显著水平;普通肥分层施肥处理磷肥损失率为0.03%~0.05%,而控释肥分层施肥处理磷肥损失率为0.07%~0.08%,均未达显著水平;普通肥分层施肥处理中混施钾肥淋洗率为0.35%,1层、2层、3层施肥处理淋洗率分别为0.40%,0.49%,0.55%,其中3层处理淋洗率显著高于混施处理,控释肥混施处理钾肥淋洗量为0.24%,1层、2层、3层施肥处理淋洗率分别为0.20%,0.27%,0.37%,其中控释肥3层淋洗率显著高于混施处理。各处理pH总体为7.22~8.24,各次淋洗各处理间pH无显著差异,各处理电导率随着淋洗的进行出现显著的下降,第1次淋洗普通肥各处理电导率为7547.00~9360.00μS/cm,控释肥各处理电导率为5570.00~9370.00μS/cm,至第4次则分别下降为1985.67~2470.00μS/cm与1804.67~2576.67μS/cm。综上,普通尿素分层施肥无机氮淋洗总量显著低于肥料混施,以3层施肥最低;控释尿素各分层施肥无机氮淋洗量总体低于肥料混施,但差异不显著;各分层施肥对磷素总淋洗量无显著影响;普通肥3层施肥速效钾淋洗总量显著高于肥料混施;随着淋洗次数的增多,各处理淋溶液电导率均出现显著的下降,pH则不同程度上升。     

不同氮磷钾肥对土壤pH和镉有效性的影响

采用土壤培养方法研究了不同氮、磷、钾肥对土壤pH和镉有效性的影响。结果表明,在培养60 d时,所有氮肥处理均降低了土壤pH,增加了Cd的提取量;但高量尿素和氯化铵处理土壤pH降低最多,提取的Cd也最多;硫酸铵提取的Cd较对照增加最小。所有磷肥处理均引起土壤pH小幅降低,但对土壤Cd提取量的影响以普钙稍大。3种钾肥处理均降低了土壤pH,其中氯化钾在0 d时提取的Cd在所有钾肥处理中为最高,其提取能力15 d后逐渐消失,试验结束时所有钾肥处理对Cd提取量均低于对照。本研究进一步表明,在土壤Cd含量处于污染临界值附近或已受Cd污染的土壤上,应避免施用高量的酸性肥料如尿素、氯化铵、普钙,以及其他酸性物料。在常用磷、钾肥中,磷酸二铵和硫酸钾在Cd污染土壤上施用更为适合。     

控释复合肥对番茄生长效应的影响研究

采用流化床包膜技术制作的控释期为90d的4种养分比例不同的控释复合肥与等养分量的普通复合肥进行了番茄肥效对比盆栽试验。试验结果表明,控释复合肥具有养分缓慢释放的特点,施肥后40d达到高峰,有利于番茄生殖生长对养分的需求。施用控释复合肥番茄株高、叶面积、叶片数和鲜果重明显优于普通复合肥,且对防止病虫害有良好效果。施用控释复合肥番茄鲜果产量平均比普通复合肥提高63.1％。在本试验条件下,以CRF3处理,N-P2O5-K2O用量为0.4-0.26-0.37g/kg(即N:P2O5:K2O养分比例为1:0.65:0.93)肥效最好。     

大豆-玉米轮作区适宜NPK用量试验研究

通过连续多年的小区定位试验,采用NPK三因素多水平的不完全设计,在12个不同NPK用量的配方中筛选出适合本地区大豆-玉米轮作条件下的适宜肥料用量。由于每小区包含有连续多年的肥料效应,理论上可提供更多的养分信息,生产实践上更为实用。初步研究结果表明:大豆施氮不同用量之间,增产效果有明显的不同,大豆对氮的需求量增高,目前黑土区大豆生产需要有更多的氮素供应。大豆适宜施氮量为45 kg hm-2~60 kg hm-2;玉米适宜施氮量为166 kghm-2。施磷不同用量之间,增产效果无明显差别。由于磷素的土壤积累,磷肥增产作用已经明显低于上世纪80年代,大豆、玉米对施磷的需求量降低,但氮素对磷素有显著的协助作用,施氮能显著促进作物对磷的吸收。     

传统化肥增效改性提升产品性能与功能

【目的】当前,我国各类增效改性肥料年产量达到1300万吨(商品量),每年推广面积4亿多亩,年增产粮食110亿公斤,为农业增产、 农民增收和环境保护做出了重要贡献。推动传统化肥增效改性,是一项系统工程,需要国家从技术研究、 政策、 推广等领域给予支持。综合分析、 评述我国传统化肥增效改性的意义、 取得的研究成果与未来发展,为推动我国化肥提质增效,提升化肥产品性能与功能提供思路和策略。【方法】本文收集了我国有关传统化肥增效改性研究的主要文献,对目前改性增效肥料在我国的生产、 使用现状和研究取得的成果和观点进行系统分析、 归纳和综合评述,展望未来发展趋势,提出发展对策。【结果】传统氮肥因活性高、 损失途径多,磷肥施入土壤易被固定,加之我国单位面积化肥用量较高等,化肥利用率较低,对环境造成负面影响较大,化肥增效改性是提高肥料利用率的重要途径。目前对传统化肥进行增效改性的主要技术途径包括缓释法增效改性、 稳定法增效改性、 增效剂法增效改性以及有机物料与化学肥料复合(混)优化化肥养分高效利用,相应发展的增效改性产品包括缓释肥料、 稳定肥料、 增值肥料和有机无机复合(混)肥料。【结论】传统化肥增效改性是提升化肥产品性能与功能、 提高肥料利用率的重要途径,需要加强研究和政策支持。     

我国农业中的测土配方施肥

根据笔者的实践,阐述了目前我国正在进行的测土配方施肥行动的意义、测土配方施肥的主要工作内容、目前需要解决的科学问题等。同时介绍了目前在我国测土配方施肥中土壤养分化验的新方法等。     

我国农业中的测土配方施肥

根据笔者的实践，阐述了目前我国正在进行的测土配方施肥行动的意义、测土配方施肥的主要工作内容、目前需要解决的科学问题等。同时介绍了目前在我国测土配方施肥中土壤养分化验的新方法等。     

有机肥部分替代氮肥的盐碱土壤改良与水稻增产效应研究

本研究旨在揭示利用有机肥部分替代氮肥实现作物增产和土壤改良的可能性及其机理。以南粳9108为供试水稻品种,设置4个处理:常规施肥(T1),低量自配有机肥部分替代氮肥(T2),高量自配有机肥部分替代氮肥(T3),不施肥(CK),T1、T2和T3采用等氮量设计(315 kg/hm²),开展田间试验。研究结果表明:较常规施肥,有机肥部分替代氮肥能够显著降低土壤pH、提升土壤有效磷和速效钾、增强脲酶和碱性磷酸酶活性、增加土壤有机质和碱解氮;能够显著增加收获时的水稻干物质积累量,一定程度地提升水稻株高,促进水稻分蘖并且增加穗粒数、结实率和千粒重。有机肥部分替代氮肥能够实现土壤改良和水稻增产。     

小麦氮肥调控的群体效应和效益研究

进行了氮肥调控群体效应及效益研究,结果表明,在常规投肥水平下,N,P,K,Fe,Zn,B和Mn肥同时增加,群体发生明显变化,随着施肥水平的提高,增蘖1.71×10~6～2.45×10~6个/hm~2,增产754.5kg/hm~2,增收840元/hm~2,有效养分平均效益3.10元/kg。在此基础上微肥用量增加1倍,增产1147.5kg/hm~2,增收1347元/hm~2,微肥平均养分效益30.7元/kg;P和微肥增加1倍,增产1417.5kg/hm~2,增收1716元/hm~2,磷肥平均效益7.53元/kg;K增加1倍,增产405kg/hm~2,但不增收。不增加N肥同时提高P,K及Fe,Zn,B,Mn肥的投入量,增产945kg/hm~2,增收1314元/hm~2,在此基础上,若将P肥投入量提高1倍,增收3932元/hm~2,增加养分效益17.54元/kg。研究表明,在较高的肥力基础上磷肥和微肥是提高小麦生产能力和效益的关键因素。     

复混缓释专用肥不同用量对玉米生长发育及肥料利用效率的影响

为筛选出玉米覆膜栽培条件最佳缓释专用肥用量,促进轻简化高效施肥技术推广,试验设缓释专用肥不同用量900 kg·hm^-2(ZF900)、1 200 kg·hm^-2(ZF1200)和1 500 kg·hm^-2(ZF1500)、测土配方推荐组合(OPT)和不施肥处理(CK) 5个处理,通过大田试验研究了玉米复混缓释专用肥料不同用量对玉米产量、产量构成因素、肥料利用率和施肥效益的影响。结果表明:随着缓释专用肥用量的增加,玉米籽粒产量呈单峰曲线,以ZF1200处理产量最高,为14 677 kg·hm^-2,ZF900产量14 596 kg·hm^-2次之,ZF1500处理13 768 kg·hm^-2最低;与CK处理相比,缓释肥各处理极显著的增产19.3%~27.2%;与OPT处理相比较,增产2.3%~9.1%,差异不显著。ZF900处理氮素和总养分较OPT处理分别减少30.3%和30.1%,但千粒重增加了29.3 g,单株生产力提高了7.5 g,氮素利用率、氮素农学效率、肥料偏生产力和施肥效益分别提高了9.1%、9.2kg·kg^-1、17.1 kg·kg^-1和1859.2元·hm^-2。缓释肥各处理能明显提高玉米前期的株高、前期和后期玉米的叶片叶绿素含量、棒三叶面积和成熟期生物产量。黄土高原灌区覆盖玉米合理的缓释肥料施用量范围900~1 200 kg·hm^-2,最高产量施肥量1 200 kg·hm^-2,经济环保施肥量900 kg·hm^-2。