現階段農業施肥機械化探討

山東農業大學機械與電子工程學院 蘇家凱 畢佳慧 宮宏濤

引言

目前，水果產業在種植規模、品種資源、成本價格等方面已成為中國繼糧食、蔬菜之后的第三大農業種植產業，是國內外市場前景廣闊且具有較強國際競爭力的優勢農業產業，也是許多地方經濟發展的亮點和農民致富的支柱產業之一[1]。果園施肥是果園管理的重要環節,合理的施肥方式和施肥量可以有效促進果樹生長，提高果品產量[2]。但由于我國幅員遼闊，果樹種植分布廣泛，各水果生產地機械化發展不均衡，其中西北部丘陵等果園分布地仍多采用傳統人工施肥方式，作業效率低下且不能保證施肥效果。本文針對目前國內各地區主要應用的各種施肥方式以及市面上出現的主流施肥機器進行分析，并根據國內外施肥機械發展趨勢，為未來果樹施肥機械化進程的發展提供參考。

1 國內各地區主要應用的各種施肥方式

根據果樹種類、果齡以及種植要求等不同，我國各地區果園果農常用的施肥方式主要分為八種：①條溝施肥、②環狀施肥法、③放射溝施肥法、④全園施肥法、⑤穴位施肥法、⑥葉面噴肥法、⑦灌溉施肥法、⑧吊瓶輸肥法。

本文只粗略介紹前三種方法。

1.1 條溝施肥法

所謂條溝施肥法，是在指果樹行間、株間進行開溝施肥，一般施在樹冠垂直投影的外緣，保持和樹行同向進行條挖溝，溝深30~50 厘米、溝寬20~40 厘米、溝長小于樹冠直徑大小，如圖1所示。肥料和土壤摻混均勻后回填，地表10 厘米內的土壤不可施肥。條溝施肥優勢為:肥料能夠深施到土壤中去，可提高果樹對肥料的吸收利用率，并且肥效持久，同時通過挖溝的方式能夠起到疏松園內土壤、改善根系土壤環境的效果。適合在果樹施秋基肥時使用。

圖1 條溝施肥法

1.2 環狀施肥法

環狀施肥法，也經常被叫做輪狀施肥法，一般是在果樹樹冠外圍稍遠的地方，挖一條環狀或半環狀溝進行施肥，溝深30~50厘米、溝寬在20~40 厘米左右。此方法比較適合在用于樹齡在4年以內的幼樹或者在坡地果園施秋基肥時使用。環狀施肥法的優勢是操作簡單，肥料深施入土壤，肥料利用率比較高。但環狀施肥法操作時極易挖斷果樹的水平根系。

1.3 放射溝施肥法

放射溝施肥法，是指以果樹的樹干為中心軸、以樹冠垂直投影外緣為溝長，在距離樹干1 米處挖5~8 條左右不同方向的放射狀條形溝施肥，施肥溝里宅外寬(里30~40 厘米、外40~50 厘米)、里外深(里20~30 厘米、外40~50 厘米)，溝長60~80 厘米(樹冠內外的溝長各占50%)，如圖3 所示。此法多用于5 年以上的成年果樹和在春季追肥時使用。其優勢是能夠疏松改良土壤狀況，擴大果樹施肥面積，有利于果樹對肥料的吸收，不容易傷及果樹根系。但施肥穴位不能長期連年使用，需要隔年更換施肥穴位置，否則易造成化肥燒跟，影響果樹產量。

圖2 放射溝施肥法

圖3 2FK-40 型開溝施肥機結構示意圖

2 國內施肥機械的發展現狀

國內對果園施肥機械的研究起步較晚，目前主要應用于平坦開闊的果園地區。近幾年，國家開始大力提倡綠色農業，強調可持續發展在農業中的重要作用，激發了果樹施肥機械發展的潛力。市場上現有的果園施肥機種類繁多，但真正能推廣使用的機型很少[3]。研究出切實可行的果園施肥機械，可響應國家政策，防止資源的浪費，對新型農業的發展具有重大的意義！

國內施肥機應用最早、最廣泛的為開溝式施肥機，自20 世紀80 年代開始，我國便陸續開始引進國外開溝施肥機械，如意大利公司的FLAT 型開溝機，其有懸掛式斗渠雙圓盤挖溝機、懸掛式毛渠挖溝機、側置式清淤機及懸掛式斗渠單圓盤挖溝機4種類型[4]。

2015 年新疆農墾科學院機械裝備研究所和石河子市順昌農農機有限公司聯合研制了2FK-40 型果園開溝施肥機，旨于解決葡萄、紅棗等作物種植模式及在施肥過程中人工成本高、用工量大、勞動強度高、生產效率低等問題。該機主要由開溝裝置、施肥裝置、覆土裝置、傳動與限深系統等部分組成，如圖4 所示[5]。

圖4 果樹定量挖坑施肥機結構圖

2FK-40 型果園開溝施肥機是一種新型的集開溝、施肥、覆土等多種操作為一體的果園施肥機械，其在一定意義上解放了勞動力，提高了果園作業生產效率；但受作業環境局限，不適合在丘陵果園地區進行作業，且開溝深度不深，不適合矮密種植模式的果園的施肥[4]。

某些果樹對生產技術要求較高，常見的開溝施肥并不能滿足果樹對于營養的需求，最佳施肥方法為挖穴施肥法，可挖穴施肥技術要求高，人工勞動強度大，對應機械化程度低，亟需一種專業性挖穴施肥機械。

2011 年，山東農業大學碩士研究生韓大勇在導師呂釗欽教授的指導下研制了一款果樹定量挖坑施肥一體機，該機主要由挖坑覆土裝置、施肥裝置、控制系統、機架等部分組成，如圖5 所示[6]。

該機通過自身驅動鉆頭升降進行挖坑。挖坑過程中拋出的土壤并不排出，而是由專門的裝置進行回收，步進電機通過控制轉角控制排肥量，單機片控制排肥時刻，排肥誤差可控制在3%左右，解決了果樹生長不同時期所需施肥量不同而難以精準控制的問題。施肥結束后，土壤收集器將土壤回填，實現覆土填坑，具有較好的社會經濟效益。

但該機械受作業環境影響依舊明顯，不適合丘陵果園等山地作業。且機器并無驅動裝置，移動與鉆孔都需要人工操作，頗為不便。

3 國外施肥機械的發展現狀

目前針對大范圍低海拔的平坦果園果樹作業施肥，國外以美國為代表的國家自20 世紀50 年代開始研究適用于平坦果園環境的開溝施肥機，經過多年發展已經具備相當規模。我國地勢多樣，山區丘陵地區果園分布十分廣泛，對比國外，日本、意大利等國國內農業用地緊張，丘陵地區為主，以研究丘陵地區果園施肥機械為主，例如日本研制的TL-800 手扶鏈刀開溝機等機械[4]。國外果園施肥機械大都機械化程度高，智能化程度高，且可實現多種零部件間的互換，一機多用。 國外施肥機的研究方向從某種角度上也為國內指明了發展方向。

4 國內施肥機械的未來發展趨勢

近年來，國務院明確提出“推進農業全程機械化”，果園生產機械化發展將作為農業機械化新的增長點和轉型升級的重要內容。目前國內果樹施肥機械很多，筆者針對現在已有的機械提出以下發展建議：

（1）機械實用性不強，使用范圍小，許多果園施肥機械只是針對某一地區的生長環境來設計的，沒有兼顧通用性和適應性[6]。另外我國丘陵山地果園占地面積大，亟需一款智能化程度高、適用于山地作業、易推廣的果樹施肥機械。

（2）反觀近些年來所有農業機械的發展，基本在向精簡化、小型化、智能化方向發展。大型聯合農機裝備已經不在適用現代小區量精種模式，研制下一代果園施肥機械，應充分考慮人機工程學，農藝與農機結合，發展可以實現單人操作的智能化全自動機械。

（3）隨著科技水平的不斷提高，材料科學的不斷突破，原始的加工工藝與落后的材料遲早會被淘汰，應逐步提高材料耐腐蝕性、抗疲勞強度，將新結構、新材料、新技術應用于果園施肥機械。