電控螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)對(duì)比試驗(yàn)

胡鶴鳴 ，張洪鐸 ，黃晶晶 ，高立婷 ，宋思明 ，李 明 1※，，王火焰

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省農(nóng)用航空先進(jìn)技術(shù)工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410129；3.中國(guó)科學(xué)研究院 土壤研究所，江蘇 南京 210008）

水稻是我國(guó)最主要的糧食作物，自2004年《中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》頒布實(shí)施以來(lái)，水稻機(jī)械種植占比不斷提高［1］。但目前水稻種植過(guò)程中，施肥作業(yè)的機(jī)械化率并不是很高，人工撒施占比較高，肥料在人工撒施經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬造成揮發(fā)，肥料利用率低。而且肥料在水田中還存在隨水流動(dòng)流失的現(xiàn)象，造成肥料的大量浪費(fèi)和環(huán)境的污染。［2］施肥的機(jī)械化是水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化中的短板，暫時(shí)未得到充分認(rèn)可與重視，需要高效、精準(zhǔn)的水稻施肥技術(shù)和機(jī)械。

水稻側(cè)深施肥技術(shù)，是指將肥料施于離苗行一側(cè)3～6 cm、在地表下5～8 cm的位置。這樣的施肥技術(shù)能有效避免肥料的流失情況，肥料用量減少了20%，水稻增產(chǎn)顯著，農(nóng)民收入增長(zhǎng)。文章依據(jù)我國(guó)南方丘陵山地環(huán)境［3］，采用螺旋桿和有刷電機(jī)結(jié)合，開(kāi)展螺旋桿式輸送施肥技術(shù)的研究和整機(jī)開(kāi)發(fā)，通過(guò)與傳統(tǒng)風(fēng)送式施肥機(jī)的對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證螺旋桿輸送式側(cè)深施肥機(jī)的可靠性。

1 螺旋桿輸送式施肥機(jī)械的構(gòu)想

傳統(tǒng)的水稻側(cè)深施肥機(jī)械主要采用風(fēng)送式施肥方式［4］。肥料經(jīng)過(guò)排肥過(guò)程后到達(dá)風(fēng)送輸肥裝置，將具有一定壓力的氣體通入風(fēng)送輸肥管，風(fēng)力將肥料施入土中［5］。風(fēng)送式施肥存在施肥量調(diào)節(jié)性能差、肥料不能深施入泥的情況。主要原因是風(fēng)送式施肥裝置將肥料施入土中時(shí)，肥料在釋放過(guò)程中還是大量接觸水面，流失的問(wèn)題依舊存在。

國(guó)內(nèi)對(duì)側(cè)深施肥機(jī)械的研究主要集中在排肥機(jī)構(gòu)上。祝清震、施印炎等人對(duì)側(cè)深施肥排肥裝置做了深入的研究和試驗(yàn)［6-7］，應(yīng)用EDEM軟件對(duì)排肥器的性能進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，并應(yīng)用3D打印技術(shù)打印排肥輪，進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，排肥均勻性較優(yōu)。但在施肥輸送結(jié)構(gòu)采用風(fēng)送式輸送，因此對(duì)肥料形狀、大小及均勻性、含水率要求較高，當(dāng)肥料吸濕性強(qiáng)時(shí)，會(huì)使肥料附著在排肥滾筒（槽輪）和排肥管中，容易造成堵塞，通常情況下要使用側(cè)深施肥專用肥，而且施肥深淺不一。

因此，必須改變傳統(tǒng)的施肥輸送結(jié)構(gòu)，避免肥料在施放過(guò)程中的損失，達(dá)到減施增產(chǎn)的效果。本文的螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)，采用的螺旋桿強(qiáng)力輸送深施入泥，避免了肥料和水面的直接接觸，并配備電控螺旋式采用傳感器、閉環(huán)控制系統(tǒng)分別控制各行螺旋轉(zhuǎn)速，肥料被螺旋桿深施入泥，使得螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)械的減施增產(chǎn)效果好，且排肥性能穩(wěn)定、成本低，能夠提高水稻施肥生產(chǎn)效率。

2 螺旋桿輸送式施肥機(jī)的介紹

螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)械如圖1所示，集成控制系統(tǒng)、水稻插秧機(jī)構(gòu)、螺旋輸送裝置、電機(jī)、各類傳感器（包括GPS定位、插秧機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速傳感器等）采用RS232串行通信開(kāi)發(fā)出新型的螺旋輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)械，控制器能根據(jù)插秧速度、機(jī)械行走速度及時(shí)調(diào)整施肥速率，能滿足田間施肥作業(yè)的各項(xiàng)需求。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)

表1 施肥機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及比較

3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

針對(duì)新設(shè)計(jì)的螺旋輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［9］對(duì)施肥機(jī)進(jìn)行了施肥量均勻性試驗(yàn)，并在田間進(jìn)行了機(jī)器行走測(cè)試，試驗(yàn)圖如圖2所示，均勻性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

圖2 試驗(yàn)測(cè)試圖

從試驗(yàn)結(jié)果看出：螺旋輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)械，排肥均勻性好，各行變異系數(shù)均小于10%。表明機(jī)械在施肥過(guò)程中的一致性較好，不容易產(chǎn)生堵塞。

3.2 螺旋桿輸送式施肥機(jī)與傳統(tǒng)施肥機(jī)性能的比較

從試驗(yàn)結(jié)果分析得出：電控螺旋式靠螺桿強(qiáng)制排肥，因而肥料的適應(yīng)性好，一般的復(fù)合肥即可滿足使用要求，用戶使用成本較低。其次，在插秧作業(yè)開(kāi)始時(shí)，排肥管內(nèi)是空的，插秧機(jī)行進(jìn)2米左右才排肥；作業(yè)途中停機(jī)時(shí)，排肥管內(nèi)的肥料會(huì)集中排在某處造成局部過(guò)量施肥。電控螺旋式可在作業(yè)開(kāi)始前，將排肥管充滿，因而沒(méi)有上述漏施和局部過(guò)施問(wèn)題。在主要參數(shù)上（數(shù)據(jù)來(lái)源：企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信息公共服務(wù)平臺(tái)），洋馬企標(biāo)為各行排肥量一致性變異系數(shù)不大于13%、總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)不大于7.8%，而該機(jī)型能做到各行排肥量一致性變異系數(shù)不大于10%、總排肥量穩(wěn)定性變異系數(shù)不大于6%。主要比較差異如表3所示。

表2 施肥均勻性試驗(yàn)結(jié)果

表3 傳統(tǒng)機(jī)型與螺旋輸送式施肥機(jī)型的對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)研究與試驗(yàn)表明：螺旋桿輸送式水稻側(cè)深施肥機(jī)設(shè)計(jì)合理、施肥速率可調(diào)、排肥一致性好，主要技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)的初衷和國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用螺桿深施入泥，相比傳統(tǒng)氣力輸送式施肥機(jī)械，有著更高的肥量利用率。采用RS232通信的控制系統(tǒng)，能根據(jù)插秧速度、機(jī)械行走速度及時(shí)調(diào)整施肥速率，能滿足田間施肥作業(yè)的各項(xiàng)需求。