變量技術在農業(yè)機械上的應用

張小莉 丁強

摘 要 變量技術在精準農業(yè)中的應用徹底解放了勞動力，提高了農業(yè)生產(chǎn)效率，為精準的農業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了條件。簡要介紹的變量技術在精準農業(yè)從耕作、灌溉、播種、施肥到收割過程中機械化用作的方式，旨在為變量技術的進一步發(fā)展提供依據(jù)。

關鍵詞 精準農業(yè)；變量技術；農業(yè)機械；應用

中圖分類號：S220 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）15--02

精準農業(yè)的本質是通過現(xiàn)代化的投入、生產(chǎn)及管理技術，以最節(jié)省的投入達到最高效的收入，實現(xiàn)各方面資源的可持續(xù)利用發(fā)展。它充分體現(xiàn)了因地制宜和可持續(xù)發(fā)展的理念。在精準農業(yè)的發(fā)展過程中，變量技術的發(fā)展為其提供了技術保障。近年來，變量技術普遍應用于精準農業(yè)中。變量技術的應用是依據(jù)農業(yè)機械所處的位置，包括土壤性質、農作物生長情況和氣候因素，自動調節(jié)農業(yè)物料使用情況的技術。變量作業(yè)的核心技術是使用智能化技術控制，系統(tǒng)建模、自動定位調節(jié)，進行農業(yè)生產(chǎn)。

1 變量技術的工作原理

變量系統(tǒng)包括計算機控制器、定位系統(tǒng)、定時傳感器、地理信息系統(tǒng)和農機具。計算機控制器作為變量系統(tǒng)的中心，依靠其他系統(tǒng)定位地理信息并將其輸入到計算機，系統(tǒng)中心依據(jù)經(jīng)過計算和校正的地理和物料信息，確定實際排放速率，連續(xù)控制變量作業(yè)。變量系統(tǒng)應用于耕作、播種、除草、施肥、病蟲害控制、栽培以及灌溉等農業(yè)生產(chǎn)中，其精度越高，系統(tǒng)越復雜，成本越高。

2 變量化農業(yè)設備

大型農業(yè)裝備在我國精準農業(yè)及變量技術發(fā)展過程中起到了關鍵作用。除了實時配肥技術的施肥機，還有可自動選擇作物品種、可按處方圖調節(jié)播量和播深的谷物精密播種機；按配方進行實時配肥，按定位系統(tǒng)和處方管理系統(tǒng)的要求進行變量施肥機；基于計算機視覺技術的實時探測與控制技術的智能化精準除草機；聯(lián)合收割機產(chǎn)量分布實時檢測方法及具有我國自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)量流量測量方法[1]。另外，可分別控制噴水量的定位噴灌機均已有商品化產(chǎn)品。目前，變量化的農業(yè)機械設備還在不斷的完善與研發(fā)中。

3 變量技術施用設備在國內外的應用

3.1 變量技術在國內農場的應用

我國大型化農場相繼引進、投入使用變量化農業(yè)生產(chǎn)設備，如2002年黑龍江精準化農業(yè)示范基地引進的變量機械設備，包括播種機、施肥機和耕種機，已經(jīng)充分發(fā)揮了變量技術的作用，實現(xiàn)了自走式、均等化、智能化的變量操作，對示范基地的農業(yè)精準化作業(yè)起到了推動作用。根據(jù)變量技術的應用，迪爾公司設計生產(chǎn)的變量施肥播種機、自走式噴藥機于2003年被黑龍江大西江農場引進，進一步完善了變量相關技術，成為農業(yè)專業(yè)化發(fā)展的強勁推力。其基本原理是通過空氣式輸送，計算機中樞系統(tǒng)職能調控，根據(jù)反饋的信息制成處方圖，留檔備查。變量化機械在作業(yè)時，根據(jù)生成的處方圖自動化控制變量作業(yè)。

現(xiàn)今，變量技術發(fā)展迅猛，已經(jīng)廣泛應用于大型農業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地。幾乎全部的農產(chǎn)品加工行業(yè)的龍頭企業(yè)在制定投資方案時，都將機械的變量化技術水平放在首要考慮的位置爭取盡快把數(shù)據(jù)處理的單項信息管理提升到全面信息化水平；其他大中型企業(yè)也都紛紛行動起來，進行項目論證和資金籌集，準備盡快完成信息化所需要的機器設備和技術等裝備。大型農墾區(qū)的公共信息資源數(shù)據(jù)庫建立已經(jīng)具備成熟的條件，變量技術的發(fā)展必將受到工業(yè)企業(yè)和廣大農戶的普遍歡迎，應用前景十分廣闊。

在現(xiàn)代化精準農業(yè)中，變量技術已經(jīng)廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)的過程中，播種、施肥、噴藥、灌溉等設備中變量技術的應用，大大的提高了農業(yè)生產(chǎn)效率。

3.2 變量技術在施肥機械中的應用

以美國的變量施肥播種機及日本的水稻變量施肥機為代表，國外的變量技術研究以及應用已經(jīng)相當成熟。美國公司研制的肥料播種車是精細化農業(yè)播種作業(yè)的典型代表[2]。它采用吹氣原理，在工作室內設置可以顯示施肥機器的儀表。操作員在駕駛室內就可以清楚的觀測到肥料使用狀況，通過觀察這些具體信息來監(jiān)視施肥的行走軌跡。日本的水稻變量施肥研制公司，研制出的施肥機，配備了馬達、側連、噴肥管和施肥箱的裝置，在機器的行走過程中，根據(jù)機器所在的地為位置，變量化作業(yè)。高度智能化的操作方式及設備是國外再次領域的顯著特點。

此外，俄羅斯研制的施肥機精細化了排肥口的裝置，用共振磁片智能化控制排肥速率和排肥的數(shù)量。德國在變量化裝置的感應器上有了新的突破，通過安裝作業(yè)傳感器和液壓馬達，測得農作物需要元素的含量，通

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過中央控制調配所需肥料的含量。法國的自動噴霧機，運用旋轉式的噴灑裝置，有效地解決了機器作業(yè)噴灑不均的問題，但也存在控制起來比較困難的問題。

我國自主研發(fā)的變量施肥設備目前擁有的核心技術包括單片機連續(xù)控制施肥技術、田間作業(yè)實事計算、終端控制、低俗信號采集、輔助平行作業(yè)和電液比例閥控馬達等，基本上實現(xiàn)了變量機械化大面積作業(yè)。經(jīng)過積極研發(fā)，一種新的實時監(jiān)測系統(tǒng)在田間的應用，實現(xiàn)了前進速度與施肥量相適應的信息數(shù)據(jù)交換與共享。

變量技術施肥機械自動化流程是先通過感應器讀取DGPS信號，繼而經(jīng)過網(wǎng)絡識別，讀取IC卡，控制施肥量。在此過程中，根據(jù)地輪脈沖調整前進速度，控制電機轉速，實現(xiàn)變量施肥。

3.3 變量技術在噴藥機中的應用

在噴藥機的應用中，操作員通過采集的土壤、植物空氣等樣本，為農作物開具處方，變量噴藥機根據(jù)開具的處方和定位系統(tǒng)，進行藥劑調節(jié)，在噴灑過程中還要根據(jù)具體情況進行霧滴大小的調節(jié)。

變量設備的操作中心是計算機控制器，參與設備有行走傳感器、注射器、泵、流量傳感器和吊桿閥。計算機一般在噴灑過程中起到中樞系統(tǒng)作用，藥劑箱中的藥物是根據(jù)處方調配好的合適比例的藥物，通過流量控制閥對注入吊桿閥中的藥劑進行實時監(jiān)測，系統(tǒng)間相互協(xié)調配合，實現(xiàn)藥劑智能化噴灑。

3.4 變量技術在灌溉機中的應用

在全球范圍內水資源緊缺的大環(huán)境下，實現(xiàn)精準灌溉是提高水資源利用效率的必經(jīng)之路。囿于條件及經(jīng)濟實力限制，變量技術灌溉，包括噴灌、滴灌、微灌和滲灌等高科技灌溉技術還不能廣泛應用于灌溉的各個領域。根據(jù)不同作物、不同生育期間土壤墑情和作物需水量，實施實時灌溉，一勞永逸，將從根本上改變農業(yè)領域水資源浪費現(xiàn)象，在很大程度上節(jié)約了水資源，有效提高水資源利用效率。

3.5 變量技術在播種機中應用

變量技術在播種機中的應用原理類似于變量施肥，只是更多地將重點放在土壤監(jiān)測上，通過對土壤土質、肥力的鑒定及對播種機播種軸的控制，調解播種深度和播種數(shù)量。變量技術的應用解放了人力，機械化運作又能使苗床整齊劃一，并且提高農作物產(chǎn)量。

3.6 變量技術在聯(lián)合收割機中的應用

變量技術在聯(lián)合收割機系統(tǒng)中的應用表現(xiàn)在裝有智能化損失監(jiān)測設備和數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)，其基于GPS配備的智能化傳感器及其擁有的豐富接口、充足的數(shù)據(jù)存儲空間，不但能進行精確導航，還能監(jiān)測土質和水分，確保損失率停留在一定單位內[3]。

變量技術應用于農業(yè)機械中，以實用性強、省工省力、低耗能和可持續(xù)的有點，成為我國現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展強勁的推動力。繼續(xù)研發(fā)并且推廣變量技術在農業(yè)生產(chǎn)中的應用，具有極其重要的意義。

參考文獻

[1]蔡澤祺.產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營集約化發(fā)展大力發(fā)展生態(tài)高效熱帶農業(yè)[J].中國農墾，2013（12）：27-28.

[2]張小超.精準農業(yè)智能變量作業(yè)裝備研究開發(fā)[J].農業(yè)工程，2011（3）：26-32.

[3]趙登峰.變量施肥裝備的研究現(xiàn)狀及展望[J].開發(fā)研究，2011（4）：29-32.

（責任編輯：劉昀）