淺談變量施肥自動控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

祝鈞

摘 ?要：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)長期采用傳統(tǒng)的施肥方式，存在肥料利用率低、環(huán)境污染以及結(jié)構(gòu)不合理等問題，通過變量施肥自動控制技術(shù)可以解決上述問題。本文圍繞變量施肥自動控制技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢展開討論，為該技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè);變量施肥;決策系統(tǒng);變量控制

引言：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者采用傳統(tǒng)的施肥方式，會在耕種土地出現(xiàn)局部平均現(xiàn)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(nóng)作物的產(chǎn)量，嚴(yán)重情況下會造成土壤有機(jī)物流失，農(nóng)作物品質(zhì)無法滿足市場需求。針對出現(xiàn)的問題，應(yīng)用變量施肥的方式，打造精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，可以有效解決上述問題。

1變量施肥及自動控制技術(shù)

1.1概念

變量施肥應(yīng)用在農(nóng)作物生產(chǎn)，利用自動控制技術(shù)劃分土壤成空間單位，按照農(nóng)作物產(chǎn)量以及土壤特性、病蟲害發(fā)生概率、自然條件等影響產(chǎn)量數(shù)據(jù)，作為技術(shù)實施依據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建農(nóng)作物生長模擬系統(tǒng)，通過系統(tǒng)為農(nóng)作物生產(chǎn)制定合適的施肥方案，保證農(nóng)作物合理的施肥的同時，避免資源浪費的情況發(fā)生。

1.2自動控制技術(shù)體系

變量施肥自動控制技術(shù)，主要由兩種技術(shù)體系組成，一種是實施控制施肥技術(shù)，對土壤實時的監(jiān)測，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整施肥量，實施監(jiān)測也可以對農(nóng)作物光譜信息進(jìn)行分析，根據(jù)分析出的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)施肥量。另一種是處方信息控制施肥技術(shù)，建立農(nóng)作物生產(chǎn)電子地圖，根據(jù)對電子地圖的分析得到信息，調(diào)節(jié)農(nóng)作物種植區(qū)域內(nèi)施肥量。處方信息控制施肥技術(shù)在我國農(nóng)作物施肥生產(chǎn)中較為常見，通過與GIS技術(shù)獲得處方信息，利用GPS技術(shù)確定農(nóng)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(diào)節(jié)施肥措施。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國外研究現(xiàn)狀

美國John Deere公司制造的播種施肥車，是實施變量施肥技術(shù)的典型代表。施肥車是由AgGPS132接收機(jī)，以及在車部尾翼多個電控?zé)o極變速器組成，設(shè)備的工作翼工作長度可達(dá)25m。駕駛員在駕駛室內(nèi)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(chǎn)中應(yīng)用變量施肥技術(shù)，研制出適合水稻生產(chǎn)的設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)配置GPS定位技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)以及作業(yè)處方圖，通過GIS信息技術(shù)可以控制設(shè)備施肥速度，按照處方地圖進(jìn)行實時施肥操作。

德國AMAZONE公司應(yīng)用變量施肥技術(shù)，利用植物葉片具有反射功能，通過高光譜氮營養(yǎng)方式，研制變量施肥設(shè)備、該設(shè)備在頭部配置一臺高光譜氮營養(yǎng)監(jiān)測儀，實時監(jiān)測農(nóng)作物冠層NDVI，根據(jù)NDVI值計算農(nóng)作物所要實施的氮素施肥量，在中央處理器內(nèi)按照計算的結(jié)果，產(chǎn)生數(shù)字脈沖信號進(jìn)行精準(zhǔn)的施肥。

俄羅斯農(nóng)機(jī)化研究所應(yīng)用變量施肥技術(shù)，采用電磁鐵以及共振片原理，在施肥設(shè)備上配置電磁鐵，電磁鐵在運行時產(chǎn)生電磁頻率，引發(fā)不同的震動頻率，對施肥口進(jìn)行開關(guān)控制，完成變量施肥的操作。

2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

變量施肥技術(shù)成為我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展重要的組成技術(shù)，許多高校和科研院所對變量施肥技術(shù)的研究獲得良好的成果。汪懋華作為變量施肥技術(shù)研究的先行者，研究變量施肥技術(shù)已經(jīng)積累豐富的經(jīng)驗。我國農(nóng)業(yè)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(jìn)行對比試驗，實施變量施肥技術(shù)，使用的拖拉機(jī)設(shè)備上配置AgGPS170設(shè)備、電控液壓馬達(dá)，成功總結(jié)《精準(zhǔn)變量懸耕施肥機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)以及獲得發(fā)明專利。

我國已研制出的變量施肥技術(shù)設(shè)備，該設(shè)備配置GPS技術(shù)、單片機(jī)、施肥決策卡、播種施肥機(jī)，組建成變量施肥技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)部采用AT89C52核心技術(shù)，可以控制拖拉機(jī)行駛速度、施肥量。系統(tǒng)中決策卡、拖拉機(jī)行駛速度，都會在單片機(jī)輸出的不同信號下進(jìn)行控制，保證設(shè)備在精準(zhǔn)控制下完成施肥。設(shè)備對施肥量進(jìn)行控制，通過PID對施肥量進(jìn)行計算，通過GPS技術(shù)對設(shè)備行駛位置進(jìn)行差分定位，GIS根據(jù)每個單元農(nóng)作物需求肥料信息控制施肥量。黑龍江某農(nóng)場，采用美國CAS公司變量施肥設(shè)備，在農(nóng)場內(nèi)部建立GPS糾偏差分站示范區(qū)，設(shè)備在示范區(qū)內(nèi)應(yīng)用變量施肥技術(shù)，獲得較為理想的應(yīng)用效果。

PLC原理是變量施肥技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)，在該基礎(chǔ)上建立變量施肥控制系統(tǒng)對農(nóng)作物進(jìn)行施肥設(shè)計和試驗。配置無損光電檢查技術(shù)，對試驗區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測出的農(nóng)作物數(shù)據(jù)如果出現(xiàn)異常，作為差異指數(shù)。差異指數(shù)及時傳輸?shù)街醒胩幚砥?，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(dá)指令，使施肥量在施肥時受到控制。利用變量施肥技術(shù)設(shè)計施肥播撒機(jī)，施肥量既能良好的受到控制，具有較強(qiáng)的均勻性效果，還能將誤差控制在合理的范圍內(nèi)。目前，深施型液態(tài)施肥機(jī)在應(yīng)用變量施肥技術(shù)時，合理的系統(tǒng)設(shè)計以及操作簡便，產(chǎn)生的變量施肥精度可達(dá)到98%以上。

3機(jī)械及控制技術(shù)存在的問題

現(xiàn)階段我國變量施肥技術(shù)還處在發(fā)展階段，該技術(shù)應(yīng)用過程中存在以下問題：一，不同的農(nóng)作物生產(chǎn)，沒有配置相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備;二，生產(chǎn)設(shè)備配置的傳感器以及電子技術(shù)，受到成本高因素影響，應(yīng)用受到限制;三，機(jī)械設(shè)備配置的部件不夠精密，設(shè)備操作不合理，技術(shù)應(yīng)用效果不理想;四，變量施肥設(shè)備使用范圍較為單一;五，專家決策分析更新較慢，實際應(yīng)用過程與設(shè)計理論差距較為明顯;六，常用儀器設(shè)備接口無法滿足兼容需求，標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一化，無法在不同使用狀況下完成共享;七，設(shè)備維護(hù)成本較高。

4應(yīng)用展望

在農(nóng)作物生產(chǎn)中應(yīng)用變量施肥技術(shù)，我國雖然還處在試驗和研究階段，但是該技術(shù)可以有效的提升施肥效率，減少資源浪費以及對環(huán)境有良好的保護(hù)作用，我國科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加大對變量施肥技術(shù)的研究，建設(shè)具有集成功能的技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)，在應(yīng)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(tǒng)、供肺系統(tǒng)、分肥限量系統(tǒng)，建立自動化施肥生產(chǎn)設(shè)備，逐步向完善的施肥控制系統(tǒng)發(fā)展，對農(nóng)作物生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的土壤養(yǎng)分等實時的檢測，最大程度提高變量施肥技術(shù)的應(yīng)用效果。我國各科研機(jī)構(gòu)應(yīng)加大對施肥設(shè)備的研究，采用新型技術(shù)和材料有助于降低生產(chǎn)成本，同時提升設(shè)備的可操作性和便利性，加速變量施肥技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展和推廣空間。

總結(jié)：

綜上所述，我國變量施肥自動技術(shù)在應(yīng)用過程中諸多的問題，研究較發(fā)達(dá)國家起步較晚，但是應(yīng)加大變量施肥技術(shù)的研究，尤其是根據(jù)我國的農(nóng)業(yè)國情，針對不同的農(nóng)作物種類研制出高效的變量施肥技術(shù)設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)加入精量施肥控制、分肥限量等系統(tǒng)，逐步完善變量施肥技術(shù)，保證施肥變量技術(shù)應(yīng)用過程中可以高效的利用農(nóng)業(yè)資源，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] ?丁永前，李永博，邱威.變量施肥機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué). 2014（02）：104-105.

[2] ?趙登峰，張立新，吳金林.變量施肥研究現(xiàn)狀及在新疆棉花上的應(yīng)用展望[J]. ? 農(nóng)機(jī)化研究.2012（04）：34-35.

[3] ?張濤，趙潔.變量施肥技術(shù)體系的研究進(jìn)展[J].農(nóng)機(jī)化研究. 2010（07）：64.