淺談變量施肥自動控制技術的研究現狀與發展趨勢

祝鈞

摘 ?要：農業生產長期采用傳統的施肥方式，存在肥料利用率低、環境污染以及結構不合理等問題，通過變量施肥自動控制技術可以解決上述問題。本文圍繞變量施肥自動控制技術應用現狀以及發展趨勢展開討論，為該技術在農業生產中的應用提供參考依據。

關鍵詞：精準農業;變量施肥;決策系統;變量控制

引言：

農業生產者采用傳統的施肥方式，會在耕種土地出現局部平均現象。但是，土壤肥力的差異性，平均施肥會造成資源的浪費，而且影響到農作物的產量，嚴重情況下會造成土壤有機物流失，農作物品質無法滿足市場需求。針對出現的問題，應用變量施肥的方式，打造精準農業生產模式，可以有效解決上述問題。

1變量施肥及自動控制技術

1.1概念

變量施肥應用在農作物生產，利用自動控制技術劃分土壤成空間單位，按照農作物產量以及土壤特性、病蟲害發生概率、自然條件等影響產量數據，作為技術實施依據，根據數據構建農作物生長模擬系統，通過系統為農作物生產制定合適的施肥方案，保證農作物合理的施肥的同時，避免資源浪費的情況發生。

1.2自動控制技術體系

變量施肥自動控制技術，主要由兩種技術體系組成，一種是實施控制施肥技術，對土壤實時的監測，產生的數據通過傳感器傳輸到控制系統，系統會根據數據調整施肥量，實施監測也可以對農作物光譜信息進行分析，根據分析出的數據調節施肥量。另一種是處方信息控制施肥技術，建立農作物生產電子地圖，根據對電子地圖的分析得到信息，調節農作物種植區域內施肥量。處方信息控制施肥技術在我國農作物施肥生產中較為常見，通過與GIS技術獲得處方信息，利用GPS技術確定農作物生長位置，變量控制器搜索處方信息，處理的信息作為變量實施調節施肥措施。

2國內外研究現狀

2.1國外研究現狀

美國John Deere公司制造的播種施肥車，是實施變量施肥技術的典型代表。施肥車是由AgGPS132接收機，以及在車部尾翼多個電控無極變速器組成，設備的工作翼工作長度可達25m。駕駛員在駕駛室內操控施肥車，通過各種儀器實時掌握行駛路線、施肥量以及施肥處方圖。日本在水稻生產中應用變量施肥技術，研制出適合水稻生產的設備，在設備內配置GPS定位技術、監控系統以及作業處方圖，通過GIS信息技術可以控制設備施肥速度，按照處方地圖進行實時施肥操作。

德國AMAZONE公司應用變量施肥技術，利用植物葉片具有反射功能，通過高光譜氮營養方式，研制變量施肥設備、該設備在頭部配置一臺高光譜氮營養監測儀，實時監測農作物冠層NDVI，根據NDVI值計算農作物所要實施的氮素施肥量，在中央處理器內按照計算的結果，產生數字脈沖信號進行精準的施肥。

俄羅斯農機化研究所應用變量施肥技術，采用電磁鐵以及共振片原理，在施肥設備上配置電磁鐵，電磁鐵在運行時產生電磁頻率，引發不同的震動頻率，對施肥口進行開關控制，完成變量施肥的操作。

2.2國內研究現狀

變量施肥技術成為我國現代化農業發展重要的組成技術，許多高校和科研院所對變量施肥技術的研究獲得良好的成果。汪懋華作為變量施肥技術研究的先行者，研究變量施肥技術已經積累豐富的經驗。我國農業工程研究中心，在小麥種植過程中選取兩塊不同處理的土壤進行對比試驗，實施變量施肥技術，使用的拖拉機設備上配置AgGPS170設備、電控液壓馬達，成功總結《精準變量懸耕施肥機》標準，該標準以及獲得發明專利。

我國已研制出的變量施肥技術設備，該設備配置GPS技術、單片機、施肥決策卡、播種施肥機，組建成變量施肥技術應用系統，在系統內部采用AT89C52核心技術，可以控制拖拉機行駛速度、施肥量。系統中決策卡、拖拉機行駛速度，都會在單片機輸出的不同信號下進行控制，保證設備在精準控制下完成施肥。設備對施肥量進行控制，通過PID對施肥量進行計算，通過GPS技術對設備行駛位置進行差分定位，GIS根據每個單元農作物需求肥料信息控制施肥量。黑龍江某農場，采用美國CAS公司變量施肥設備，在農場內部建立GPS糾偏差分站示范區，設備在示范區內應用變量施肥技術，獲得較為理想的應用效果。

PLC原理是變量施肥技術應用基礎，在該基礎上建立變量施肥控制系統對農作物進行施肥設計和試驗。配置無損光電檢查技術，對試驗區域內農作物進行實時監測，監測出的農作物數據如果出現異常，作為差異指數。差異指數及時傳輸到中央處理器，通過模糊控制算法計算出處理方式，利用PWM信號對電磁閥下達指令，使施肥量在施肥時受到控制。利用變量施肥技術設計施肥播撒機，施肥量既能良好的受到控制，具有較強的均勻性效果，還能將誤差控制在合理的范圍內。目前，深施型液態施肥機在應用變量施肥技術時，合理的系統設計以及操作簡便，產生的變量施肥精度可達到98%以上。

3機械及控制技術存在的問題

現階段我國變量施肥技術還處在發展階段，該技術應用過程中存在以下問題：一，不同的農作物生產，沒有配置相應的生產設備;二，生產設備配置的傳感器以及電子技術，受到成本高因素影響，應用受到限制;三，機械設備配置的部件不夠精密，設備操作不合理，技術應用效果不理想;四，變量施肥設備使用范圍較為單一;五，專家決策分析更新較慢，實際應用過程與設計理論差距較為明顯;六，常用儀器設備接口無法滿足兼容需求，標準沒有統一化，無法在不同使用狀況下完成共享;七，設備維護成本較高。

4應用展望

在農作物生產中應用變量施肥技術，我國雖然還處在試驗和研究階段，但是該技術可以有效的提升施肥效率，減少資源浪費以及對環境有良好的保護作用，我國科研機構應加大對變量施肥技術的研究，建設具有集成功能的技術應用系統，在應用時可以有效的完成施肥操作。目前，我國可以利用精量施肥控制系統、供肺系統、分肥限量系統，建立自動化施肥生產設備，逐步向完善的施肥控制系統發展，對農作物生產區域內的土壤養分等實時的檢測，最大程度提高變量施肥技術的應用效果。我國各科研機構應加大對施肥設備的研究，采用新型技術和材料有助于降低生產成本，同時提升設備的可操作性和便利性，加速變量施肥技術的應用發展和推廣空間。

總結：

綜上所述，我國變量施肥自動技術在應用過程中諸多的問題，研究較發達國家起步較晚，但是應加大變量施肥技術的研究，尤其是根據我國的農業國情，針對不同的農作物種類研制出高效的變量施肥技術設備，在設備內加入精量施肥控制、分肥限量等系統，逐步完善變量施肥技術，保證施肥變量技術應用過程中可以高效的利用農業資源，提升農業生產效率，創造更多的經濟效益。

參考文獻

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