2F-6-BP1型变量配肥施肥机的研制与试验

针对国内与大马力拖拉机配套应用施肥机型缺乏的问题,该文应用变量配肥施肥技术,设计了2F-6-BP1型变量配肥施肥机。施肥机通过GPS系统获取车辆在田间的位置信息,通过预先加载的施肥处方图,获取当前位置的目标施肥量,采用称重法反馈肥料流量信息,并按照当前车辆行进速度,实时调整施肥量,进行变量配肥施肥作业,达到精准施肥目的。对2F-6-BP1型变量施肥机系统设计、工作原理及试验情况进行了介绍。室内外试验结果表明,该变量配肥施肥机称重系统的最大称量误差为0.65%,施肥精度可达到95%以上,可实现精准施肥作业,具有良好的经济性和实用性。     

玉米免耕播种施肥机精准作业监控系统

为了解决玉米播种和施肥时种子和肥料利用率低、投入高、产出低的问题,研制了玉米免耕播种施肥机精准作业监控系统。针对土壤墒情、肥力以及不同地区玉米播种农艺,研制玉米变粒距自动控制系统,通过控制伺服电机,结合拖拉机行走速度,对排种轴的转速进行反馈控制,实现播种粒距的自动调节。根据作业处方图和GPS信息,结合肥箱肥料质量和机具前进速度,得到施肥控制量,输出到伺服电机驱动器,调节排肥轴的转速,实现按处方图施肥作业。试验结果表明,肥料控制精度在3.31%以内,对玉米点播,实现播种粒距10～20 cm在线无级调整,最大控制误差不高于4.48%。该研究实现了玉米免耕播种施肥机变量施肥和精密播种。     

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。     

3S技术在精准农业中应用的研究

阐述了3S技术的原理及其在精准农业中的应用,采用差分GPS大大提高定位精度,应用归一化植被指数NDVI值对叶面积指数和植株含氮量进行监测,依GPS定位导航将田块按网格取样,经分析后生产施肥处方图已指导变量施肥。     

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。     

基于施肥处方的烤烟变量施肥机设计及应用

采用土壤网格采样法研究了贵州省烟草公司遵义乐山科技园内土壤的变异状况,提出了相对应的肥料变量处方。以小型手扶拖拉机为施肥机载体,组装了变量施肥机具,并对其自动实施和施肥效果进行了田间验证,形成了完整的变量施肥技术体系和施肥机。试验结果表明,烤烟变量施肥较农户习惯施肥可节省肥料4.6%; 提高烤烟的整齐度,变量施肥烤烟株高的变异系数下降29.6%,上等烟率和下等烟率同步减少,而中等烟率增加13.05%; 增加农户收益,变量施肥产值较农户习惯施肥增加4310.65 yuan/hm2。变量施肥对提高肥料资源效率、 农民增收具有重要意义。     

基于CPLD的变量施肥控制系统开发与应用

为提高变量施肥系统的工作稳定性,开发了一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的变量施肥控制系统。自动模式下,系统接收GPS信号确定施肥机位置和行进速度;手动模式下,系统通过速度传感器获取速度信号。系统将施肥机的行进速度与施肥处方信息相结合,控制排肥轴转速实现变量施肥。应用该系统进行变量施肥田间作业,累计作业面积达72 hm2。应用结果表明,该系统以150～600 kg/hm2实施变量施肥作业时,其排肥量误差小于6%。     

不同尺度冬小麦氮素遥感监测方法及其应用研究

该文以航空影像、地面冠层光谱数据及同步观测的植被生化数据为基础，探讨了冬小麦冠层氮素监测的遥感方法。该方法应用于Lukina变量施肥模型，研究了基于遥感影像变量施肥量的计算方法。为实现以上目标，首先采用矩匹配和反射率转换方法，对获取的机载实用模块化成像光谱仪(OMIS)影像进行辐射校正；然后结合航拍相片及地面高精度差分GPS定位点坐标对高光谱影像进行几何校正。以预处理后的反射率影像和冠层光谱数据为数据源，采用倒高斯模型拟合冬小麦红边光谱曲线，并构建红谷位置、红边位置和红边宽度等光谱特征参量。通过对红边光谱特征量和实测氮素进行统计分析，寻找相关性显著、拟合误差小的最佳光谱特征量，并用于预测冬小麦冠层的氮素含量。统计相关分析结果表明：拟合曲线和图像反射率曲线面积差和实测的氮素含量有最高的相关性，且相关性达到极显著。最后，把该氮素预测方法集成到Lukina变量施肥模型中，结合反射率影像数据生成变量施肥处方图。文中探讨的最佳氮素预测方法改善了氮素预测的精度；基于影像的面状信息获取技术克服了点状信息的不足，使变量施肥技术更利于实用和推广。     

红壤不同地力条件下直播油菜对施肥的响应

2009至2010年度在江西、湖南两省的典型红壤区设置8组直播油菜氮磷钾硼肥田间肥效试验,旨在研究红壤不同地力条件下直播油菜对施肥的响应,探寻养分限制因子。结果表明,红壤直播油菜的长势受到地力的显著影响,高、中、低地力田块基础地力产量(不施肥处理产量)平均分别为1230、721和191kg hm-2。施肥不同程度促进了直播油菜的生长发育,养分吸收与累积,提高了籽粒产量并影响收获指数,各地力田块均以氮磷钾硼配施(NPKB)处理最好,其高、中、低地力田块平均产量分别为2529、1681和1065 kghm-2,产量水平随地力上升而大幅提高,但增产率则呈下降趋势。在其他养分配施基础上增施不同肥料的增产增收效果顺序为N>P>B>K,表明红壤直播油菜的养分限制因子依次为氮、磷、硼和钾,但受土壤养分状况差异的影响,不同地力条件下施肥的效果也存在差异,低地力田块施肥的相对增产效果好,绝对增产量及施肥收益仍以高地力田块较好。红壤区直播油菜的氮、磷、钾肥吸收利用率平均分别为34.5%、26.7%和65.4%,且各肥料利用率随地力上升而提高。试验结果说明,红壤区直播油菜的养分管理应重视氮磷钾硼肥的配合施用,缓解养分限制,从而有效增产。通过长期合理施肥以培肥土壤、提高地力,达到持续高产稳产。     

变量灌溉处方图设计中无人机飞行高度和起飞时间确定

无人机热成像系统快速获取农田水分亏缺信息空间分布的特点为变量灌溉动态分区管理提供了监测平台。为了提高利用无人机热成像系统生成变量灌溉处方图的精度，该研究提出热成像系统获取的红绿蓝3色值与温度间的转化方法，分析了无人机热成像系统飞行时刻和飞行高度对冠层温度空间分布和变量灌溉处方图生成的影响。试验在河北邢台大曹庄管理区水肥一体化试验基地开展，无人机热成像系统飞行高度设置为70、90和110 m，起飞时间选择在08:00、11:00、14:00和17:00，飞行区域为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积的1/4。结果表明，RGB颜色值与温度间存在极显著的线性关系（P<0.01）。无人机热成像系统的起飞时间对冠层温度空间分布有较大影响，在11:00和14:00飞行时冠层温度空间分布差异最大，变量灌溉处方图内总灌水量相对较小。随着无人机热成像系统飞行高度的增加，图像分辨率降低，变量灌溉处方图内总灌水量呈增大趋势，90和110m飞行高度时的总灌水量平均比70m时分别高6.1%和12.1%。在利用无人机热成像系统获取变量灌溉处方图时，推荐冬小麦生育期内飞行时间为11:00—15:00，夏玉米为11...     

基于部分预算法的玉米大田变量施肥经济效益分析

为明确精准农业技术的应用效果和经济效益,促进精准农业技术在中国的推广应用.该研究基于田间50 m×50 m土壤碱解氮测定数据,采用目标产量模型,设计了变量施氮处方进行变量施氮试验,以相邻地块常规均一施肥区为对照.采用部分预算法评价从均一施肥措施改变为变量施肥措施后的经济效益.结果表明:变量施肥比常规统一施肥显著减少了19.4%的氮肥用量,产量增加了1.8%;从常规统一施肥改变为变量施肥后净收益增加了383.23元/hm2,增加投资部分的投资收益率为753%,远大于可接受的最低年收益率105%.综上,在规模农场采用变量施肥相关变量施肥装备和软件进行变量施肥管理可以减少氮肥施用量,增加作物产量,从而提高农场种植的经济效益,具有良好的推广价值,制定变量施肥机的购置补贴政策有利于进一步促进变量施肥技术在大规模农场的推广应用.     

针对农户地块的施肥决策支持系统的设计与实现

针对中国耕地管理单元散乱、施肥盲目性大的现状,以地块为施肥单元的决策支持系统可以为农户提供更精确的按需定位的施肥指导。以海伦市光荣村为例,以遥感数据、田间采样数据、农户调查数据为数据源, 利用GIS和地统计学的研究方法建立基于农户地块的施肥决策方案管理单元图, 根据长期定位实验数据和养分平衡原理设计施肥模型;在Super Map Object平台上研制开发了光荣村施肥决策支持系统,实现了针对农户承包地块的可视化的施肥指导平台。利用该平台帮助农民按需施肥,从而减少施肥盲目性,促进黑土区土壤生态修复,保护生态环境。     

Variable rate fertilizer application for corn and soybean

Some have argued that variable rate application (VRT) of fertilizer is appropriate and profitable for the highly productive and fertile fields of the central cornbelt, but the proposition has not been tested. In this field experiment treatments of variably and uniformly applied phosphorus (P) and potassium (K) fertilizer and a control treatment with no P or K fertilizer were applied in a randomized complete block design at six locations in central Illinois in 1994. Individual experimental units were from 1,000 to 1,500 m in length and about 20 m in width. Fertilizer application rate was based upon a 100 m grid soil sampling. The variable rate treatment rate for each plot was based upon interpolated values of the soil fertility of each portion of the experimental unit. Uniform rate treatments were based upon the median soil fertility value for the entire field. Yield estimates were obtained with grain yield monitors. Neither corn nor soybean yield was significantly affected by fertilizer application treatment. We propose this lack of an effect is due to insurance built into the current fertility recommendations. A response to variable treatments will not be seen if there is no response to fertilization. Variable rate application will probably be most useful in fields with areas of very low soil tests.     

播种机组纯作业时间利用率与地块条件的匹配模型与试验

机械化播种作业是现代农业生产的重要环节,纯作业时间利用率是衡量播种机组作业效率的重要指标。该研究依据农业机组运行机理,在调查研究的基础上,提出季节时间利用率概念,确定了播种机组的作业时间构成,建立了播种机组纯作业时间、转弯时间、加种肥时间的计算模型和3种加肥方式下的播种机组纯作业时间利用率计算模型,明确各参数随地块面积、地块长度等条件变化的一般规律;以此为基础,在机组正常作业状态下,采用定距离多点多设备同步跟踪测的试验方法获取4种典型播种机组各类作业时间数据,并运用3σ原理剔除无效数据;依据所建模型及有效试验数据,采用Matlab 2012b对4种播种机组的纯作业时间利用率随地块条件变化规律进行模拟仿真,并采用Sigmaplot 12.5软件直观表达试验结果;进而探索了播种机组纯作业时间利用率随地块条件化的原因,确定了目标时间利用率条件下不同播种机组与其所适宜的作业地块面积和地块长度的定量关系:播种机组纯作业时间利用率大于0.6时,约翰迪尔7830机组适合作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 200~1 400 m;维美德171机组适宜作业地块面积大于等于6 hm^2、地块长度为1 000~1 200 m;常发504机组适合作业的地块面积大于等于1 hm^2、地块长度为500~1 500 m;黄海254机组适合作业的地块面积大于等于0.3 hm^2、地块长度200~1 500 m。研究成果可为不同地块条件的播种机组选型提供定量依据。     

黑龙江垦区大豆变量施肥播种应用试验(简报)

为了验证大豆变量施肥播种作业的可行性与适应性,2003年在黑龙江省友谊农场五分场二队2号地使用美国凯斯（CASE）公司生产的ST820型空气输送式变量施肥播种机进行大豆变量施肥播种应用试验。作业前进行土壤取样化验,根据土壤养分化验结果及生产经验进行变量施肥播种决策,采用AFS软件生成变量施肥处方数据,并用于大豆变量施肥播种作业。试验结果表明,大豆变量施肥播种在技术上是可行的,但由于变量施肥播种机采用整体仿形,作业幅宽大,要求土地平整,否则各行播种深度将有一定的差异,影响大豆出苗的一致性。     

连续施用商品有机肥对耕地质量及蔬菜产量的影响

本试验采用连续3茬蔬菜种植试验,研究无肥、纯化肥、化肥配施不同量有机肥对耕地质量及各蔬菜产量的影响。结果表明,长期施用商品有机肥可导致砷、铅、铬在蔬菜地表层土壤中积累,且积累量随有机肥施用量的增加而增加;施用商品有机肥能降低碱性土壤的pH值,有利于作物正常生长;施用化肥配商品有机肥不仅能显著增加土壤中有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量,还能显著增加包心菜、小青菜和玉米的产量,且随商品有机肥用量的增加而增加,表明肥料投入与土壤肥力和蔬菜产量呈正比。     

基于高光谱遥感处方图的寒地分蘖期水稻无人机精准施肥

分蘖期根外追肥是水稻生产的重要田间管理环节,也是水稻生长中的第一个需肥高峰期,追肥效果直接影响分蘖数以及中后期长势。为了探究利用无人机遥感构建施肥量处方图指导农用无人机对分蘖期水稻精准追肥,在保障水稻产量的前提下降低化肥施用量,该研究在水稻分蘖期追肥窗口期,利用无人机遥感诊断与农用无人机精准作业相结合,采用无人机高光谱技术建立水稻分蘖期施肥量处方图,结合农用无人机作业参数对待施肥地块进行栅格划分,确定精准施肥量,并通过农用无人机进行精准施肥。结果表明:利用特征波段选择与特征提取的方式在450～950nm范围内共提取5个水稻高光谱特征变量用于水稻氮素含量的反演;利用粒子群优化的极限学习机(Particle Swarm Optimization-Extreme Learning Machine,PSO-ELM)构建的水稻氮素含量反演模型效果要好于极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)反演效果,模型决定系数为0.838;结合待追肥区域反演氮素含量(N_r),标准田氮素含量(N_(std))、氮肥浓度(p)、水稻地上生物量(B_(std))、水稻覆盖度(C_(std))、化肥利用率(k)及转化率(u)等构建了农用无人机追肥量决策模型,与对照组相比,利用该研究构建的处方图变量施肥方法使氮肥追施量减少27.34%。研究结果可为寒地水稻分蘖期农用无人机精准变量追肥提供数据与模型基础。     

基于GPRS的变量施肥机系统研究

研制了一种基于GPRS的变量施肥机系统。介绍了系统的组成结构和工作原理,探讨了远程通讯控制器的软硬件设计,并在此基础上,研究了远程处方下载的工作过程,引入机群监控的概念,阐述了监控端软件的实现。田间试验结果表明,研制的变量施肥机能够满足精准农业意义上的变量施肥作业要求。     

基于叶面积指数（LAI）的小麦变量施氮模型研究

为探讨基于叶面积指数变化的小麦变量施氮技术,依据养分平衡原理和"作物-土壤-环境-技术"整体原则,采用土壤空间信息数据与小麦需氮量和各生育阶段叶面积指数相结合的方法,设计了小麦播前施氮总量和播后精确追氮的数量模型.根据拔节期和抽穗期小麦的长势,对施氮量的初值进行订正,确定小麦的最适追氮量.在河南郑州市和鹤壁市两地的试验验证结果表明:小麦产量模拟值与实测值间的相关系数分别为0.7799和0.7169,达显著水平.与传统施肥技术相比,在相同产量下,使用模型后每公顷施氮量减少43.5 kg.该研究提出的基于模型的变量施氮技术,可以兼顾天气、地力和作物长势三方面因素,最终实现小麦的精确施氮,对促进精确农业的发展具有重要意义.