談智能精準施肥機的研發(fā)與應(yīng)用

樂名鋒

摘?要：近期農(nóng)業(yè)部制定了到2020年化肥消費量零增長行動計劃，我國開始大力推進精準施肥，積極改進施肥方法，研發(fā)適宜的施肥設(shè)備，把傳統(tǒng)的噴灌改為機械深施，讓一體化施肥變得科學(xué)化、自動化，從而進一步提高施肥質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能;精準;施肥機械;研發(fā)

中圖分類號：S224.2?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.11.011

0?引言

為了減少化肥和農(nóng)藥的使用量，提高水稻等作物的有機肥利用率，必須改變傳統(tǒng)的施肥和澆水方式，做到精確追肥，這些也必須以精確的計量方法為基礎(chǔ)，固定施肥和澆水順序，實施好水肥管理一體化技術(shù)。隨著新農(nóng)村建設(shè)工作和城鎮(zhèn)化進程的逐步推進，種植各種農(nóng)作物的綜合人工成本不斷提高，農(nóng)業(yè)種植制造業(yè)機械化程度也開始提升，全自動化和智能化技術(shù)是農(nóng)業(yè)種植業(yè)快速發(fā)展的必然結(jié)果。

1?施肥現(xiàn)狀

目前，大多數(shù)施肥技術(shù)都使用傳統(tǒng)人工施肥的方法，由于作物生長期施肥次數(shù)多，人工施肥工作量大，工作效率低;同時，人體與化肥的直接接觸也會影響健康?；嗜绻L期過度使用，就會造成環(huán)境污染，土壤變硬，土壤質(zhì)量下降。施肥的另一種方式就是安裝施肥機進行自動施肥，盡管這種施肥方法效率比人工效率高很多，但肥料的利用率卻很低。以水稻生產(chǎn)為例：政府需要為秧苗機械化移植技術(shù)提供相應(yīng)的財政補貼，為了緩解該技術(shù)應(yīng)用過程中資金不足的問題，可引導(dǎo)農(nóng)民使用精準施肥技術(shù)來改善種植狀況。在很多農(nóng)村地區(qū)，由于對技術(shù)缺乏了解，因此不愿意輕易嘗試特定的技術(shù)應(yīng)用。上級部門可以提供足夠的資金，建立示范點和比較田，并在后期做好宣傳工作。為了吸引更多的農(nóng)民加入機械精準施肥技術(shù)的應(yīng)用隊列，可以通過多種方式讓農(nóng)民了解在精準施肥的作用下，稻米的最終產(chǎn)量和質(zhì)量會有很大提升。

大面積應(yīng)用的主要施肥模式有：重力法、泵送施肥法、土重力自壓澆水法等，這些常用方法操作簡單、成本低，不需要額外的技術(shù)支持，但是肥料必須運到現(xiàn)場才能使用，不適合自動化使用。其次，用于果林、農(nóng)田等施肥澆灌一般采取自來水管內(nèi)澆灌方式來控制水肥用量。管內(nèi)澆灌施肥總重量少、移動方便、成本低，適用于自動化應(yīng)用。但是浪費水資源，且系統(tǒng)需要較高的壓力，同時為了獲得穩(wěn)定電壓，還需要配套增壓泵。抽水施肥方法包括水泵施肥等，該方法操作簡單，維護成本低，適用于液體肥料，主要用于井灌區(qū)和加壓水源。因此，水肥技術(shù)一體化的關(guān)鍵問題是開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)定量施肥、精確施肥的設(shè)備，其自動控制和增壓功能使肥料溶液與可溶性或液態(tài)肥料一起混合，均勻擴散，準確運輸?shù)阶魑锔康耐寥馈?/p>

2?智能精準施肥機的設(shè)計

智能精準施肥機由精確投料、混肥溶解和智能控制部分組成。各部分的功能如下：（1）給料裝置，從稱量箱向溶解箱中加入肥料，自動完成精確投料;（2）攪拌溶解肥料設(shè)備，投料完成后，自動完成物料與水的混合，加速肥料的溶解，形成水與肥料溶液的定量配比;（3）通過高壓水泵向施肥設(shè)備進行灌裝，在灌溉管中加入水肥溶液;根據(jù)同一作物、同一土壤肥力、同一營養(yǎng)生長期的標準進行農(nóng)業(yè)灌溉，自動控制施肥澆灌機可完成有機肥定時定量投料，自動進行混合溶解，整體結(jié)構(gòu)采用“三合一”設(shè)計匹配，體積重量小，基本結(jié)構(gòu)緊湊，頂部方便，基礎(chǔ)功能強，可用于固體肥料、液體肥料施肥，施肥量大，一次可裝200 kg化肥和農(nóng)藥，部件均采用不銹鋼制成，耐腐蝕、耐磨，實際使用壽命可以超過20年。

智能精準施肥機工作基本原理：主活塞由供水管路的水壓直接驅(qū)動，主缸拉動噴油器內(nèi)外移動。產(chǎn)生的真空負壓被注入混合室，肥料混合物溶液可吸入混合室。在混合室，肥料和水充分混合在一起?；旌虾蟮娜芤河米⑸淦鲏褐?。在水壓的驅(qū)動下，混合溶液隨水流均勻分布?；旌弦号c施肥泵的用水量呈正相關(guān)，隨著主加熱管獲得的流量和壓力的增大而產(chǎn)生劇烈的波動，混合液體積會發(fā)生顯著變化。混合液經(jīng)化肥泵作用后，解決了母液過多、表面不平整的核心問題，可靠性和穩(wěn)定性大大提高。該泵可手動調(diào)節(jié)肥料濃度，控制范圍為0.05～1之間，電子水表采用速度型測量原理。體積流量或質(zhì)量流量可以通過測量管橫截面上的平均水流速度來獲得。當(dāng)水從表入口進入水面腔時，葉輪將旋轉(zhuǎn)，葉輪的旋轉(zhuǎn)速度與水流量成正比，因此可以實時計算出平均水流速度。該技術(shù)的優(yōu)點是范圍廣，測量精度高，能長期保持良好的動態(tài)慣性。

3?精準施肥機的應(yīng)用

（1）為了有效的提升施肥的精準性，對此應(yīng)該借助旋轉(zhuǎn)灌溉的方式來把握精準施肥的時機，應(yīng)該根據(jù)旋轉(zhuǎn)灌溉設(shè)備所覆蓋的面積設(shè)置相應(yīng)的施肥量，根據(jù)旋轉(zhuǎn)灌溉設(shè)備的工作時間設(shè)置施肥時間。如果噴灌或微灌組的時間為3.25 h，則施肥前的清潔時間為20 min，施肥時間為2.25 h，最終清潔時間為40 min，以便對肥料進行洗滌。由于施肥方法的局限性，在作物生長的中后期不宜施肥，傳統(tǒng)的施肥方法在農(nóng)作物生長的初期經(jīng)常使用大量的肥料，養(yǎng)分施用與作物需求之間產(chǎn)生矛盾。肥料利用率低的原因之一是作物生長初期大量施用的肥料（如基肥）無法及時被吸收利用。相比之下精準施肥設(shè)備可節(jié)省22%以上的肥料，與傳統(tǒng)的施肥設(shè)備相比，精準施肥設(shè)備可節(jié)省25%～35%的肥料，基本肥料可按200 kg·667 m-2的規(guī)格施于稻田中。然后，在機械移栽施肥技術(shù)和水稻直播機的幫助下，可以將尿素、鋅、鉀肥施用到水稻幼苗上，從而實現(xiàn)水稻的良好生長。此外，具體的澆灌施肥方案要以精確測土質(zhì)量實際結(jié)果和具體情況為依據(jù)，以較高的精準機械化程度為目標。一般來說，生物有機肥的施用量應(yīng)控制在總肥料量的35%以上，才能保證水稻幼苗對養(yǎng)分的足夠吸收。

在該系統(tǒng)中，肥料泵可以控制水和肥液的總比例，從而精確地控制肥料的質(zhì)量濃度。該方法利用程序數(shù)據(jù)計算實際水流，各種程序能準確判斷水流動量是否達到標準設(shè)定值。當(dāng)灌溉農(nóng)田水量超過基本設(shè)定值時，電磁閥系統(tǒng)自動斷開，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉水量的自動控制。多種傳感器可直接測量水位變化，電阻的明顯變化可自動完成水位上升的精確檢測，當(dāng)肥料耗盡時，電阻值會很大。其他傳感器將檢測電阻值的變化，并將其發(fā)送到主控制器?？刂泼姘搴诵碾娫磮缶b置會讓澆灌施肥機自動終止其他工作。為了更好地檢測pH值和EC值，本系統(tǒng)的傳感器插座設(shè)計方法還可以采集傳感器模擬環(huán)境量，并將其相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在LCD上。采用人機交互操作界面，可隨時查看系統(tǒng)功能的pH值和EC值，系統(tǒng)可以自動保存數(shù)據(jù)，并能實時查看歷史數(shù)據(jù)文件，根據(jù)傳感器采集的各種信號，控制器里的數(shù)據(jù)可作為追肥和灌溉用水過程的參考值。

（2）能夠?qū)τ诤罄m(xù)的農(nóng)田灌溉和施肥提供有效的數(shù)據(jù)支撐，為肥料泵的精準化應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)，有效的節(jié)省了肥料的使用量，提高了肥料的實際利用率，加強了水稻種植的經(jīng)濟效益，促進了水稻整體產(chǎn)量的穩(wěn)步上升。

在溫室生產(chǎn)的實際操作和應(yīng)用中，通過鋪設(shè)在暖棚的灑水灌溉管道，將有機肥料混合物注入管道進行引水灌溉，肥料水混合在一起，直接輸送到達沿微噴灌管道的作物根系。肥料注入機將肥料中的溶液注入管道中可以有效地提高肥料的吸收率，節(jié)省有機肥數(shù)量，加強肥沃土壤的保護，并大大減少肥料污染的影響。在溫室中生產(chǎn)苗木產(chǎn)品的過程中，育苗管理難度大，所以在溫室生產(chǎn)的幼苗階段，水和肥料的日常管理是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在溫室生產(chǎn)中，許多地區(qū)采用盆栽、袋裝和塞苗技術(shù)。由于盆、袋和小孔等容器的限制，不可能用固定的噴嘴噴施肥料。在日本，已經(jīng)應(yīng)用了溫室軌道噴涂技術(shù)，這種技術(shù)是利用噴霧設(shè)備將微型噴嘴安裝在移動式噴霧器的噴霧管上，并隨著噴霧器的行走而進行微型噴霧工作。這樣的設(shè)備能讓地面上噴霧劑的均勻性達到90%。如今，在中國大多數(shù)農(nóng)業(yè)種植園中進行散播盤苗育苗時，多采用噴壺向生長植物上噴灑質(zhì)量濃度較大的有機肥料水，導(dǎo)致勞動強度很高的問題，有效利用精準施肥就可以避免這一問題的發(fā)生。

4?結(jié)論

在新時期，新農(nóng)村建設(shè)和集約化農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展是中國未來農(nóng)村和農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向，普及農(nóng)業(yè)裝備現(xiàn)代化是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本手段。大量推廣精確施肥和控制施肥技術(shù)的應(yīng)用能讓我國農(nóng)業(yè)大大受益，有利于促進水肥技術(shù)的融合，并實現(xiàn)農(nóng)業(yè)肥料消耗零增長的發(fā)展目標，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提高。