現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)施肥機(jī)械化探討

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院 蘇家凱 畢佳慧 宮宏濤

引言

目前，水果產(chǎn)業(yè)在種植規(guī)模、品種資源、成本價(jià)格等方面已成為中國繼糧食、蔬菜之后的第三大農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)業(yè)，是國內(nèi)外市場(chǎng)前景廣闊且具有較強(qiáng)國際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)勢(shì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，也是許多地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的亮點(diǎn)和農(nóng)民致富的支柱產(chǎn)業(yè)之一[1]。果園施肥是果園管理的重要環(huán)節(jié),合理的施肥方式和施肥量可以有效促進(jìn)果樹生長(zhǎng)，提高果品產(chǎn)量[2]。但由于我國幅員遼闊，果樹種植分布廣泛，各水果生產(chǎn)地機(jī)械化發(fā)展不均衡，其中西北部丘陵等果園分布地仍多采用傳統(tǒng)人工施肥方式，作業(yè)效率低下且不能保證施肥效果。本文針對(duì)目前國內(nèi)各地區(qū)主要應(yīng)用的各種施肥方式以及市面上出現(xiàn)的主流施肥機(jī)器進(jìn)行分析，并根據(jù)國內(nèi)外施肥機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)，為未來果樹施肥機(jī)械化進(jìn)程的發(fā)展提供參考。

1 國內(nèi)各地區(qū)主要應(yīng)用的各種施肥方式

根據(jù)果樹種類、果齡以及種植要求等不同，我國各地區(qū)果園果農(nóng)常用的施肥方式主要分為八種：①條溝施肥、②環(huán)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(jìn)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(jìn)行條挖溝，溝深30~50 厘米、溝寬20~40 厘米、溝長(zhǎng)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(nèi)的土壤不可施肥。條溝施肥優(yōu)勢(shì)為:肥料能夠深施到土壤中去，可提高果樹對(duì)肥料的吸收利用率，并且肥效持久，同時(shí)通過挖溝的方式能夠起到疏松園內(nèi)土壤、改善根系土壤環(huán)境的效果。適合在果樹施秋基肥時(shí)使用。

圖1 條溝施肥法

1.2 環(huán)狀施肥法

環(huán)狀施肥法，也經(jīng)常被叫做輪狀施肥法，一般是在果樹樹冠外圍稍遠(yuǎn)的地方，挖一條環(huán)狀或半環(huán)狀溝進(jìn)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(nèi)的幼樹或者在坡地果園施秋基肥時(shí)使用。環(huán)狀施肥法的優(yōu)勢(shì)是操作簡(jiǎn)單，肥料深施入土壤，肥料利用率比較高。但環(huán)狀施肥法操作時(shí)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(zhǎng)，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(zhǎng)60~80 厘米(樹冠內(nèi)外的溝長(zhǎng)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(shí)使用。其優(yōu)勢(shì)是能夠疏松改良土壤狀況，擴(kuò)大果樹施肥面積，有利于果樹對(duì)肥料的吸收，不容易傷及果樹根系。但施肥穴位不能長(zhǎng)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(chǎn)量。

圖2 放射溝施肥法

圖3 2FK-40 型開溝施肥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 國內(nèi)施肥機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)對(duì)果園施肥機(jī)械的研究起步較晚，目前主要應(yīng)用于平坦開闊的果園地區(qū)。近幾年，國家開始大力提倡綠色農(nóng)業(yè)，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展在農(nóng)業(yè)中的重要作用，激發(fā)了果樹施肥機(jī)械發(fā)展的潛力。市場(chǎng)上現(xiàn)有的果園施肥機(jī)種類繁多，但真正能推廣使用的機(jī)型很少[3]。研究出切實(shí)可行的果園施肥機(jī)械，可響應(yīng)國家政策，防止資源的浪費(fèi)，對(duì)新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義！

國內(nèi)施肥機(jī)應(yīng)用最早、最廣泛的為開溝式施肥機(jī)，自20 世紀(jì)80 年代開始，我國便陸續(xù)開始引進(jìn)國外開溝施肥機(jī)械，如意大利公司的FLAT 型開溝機(jī)，其有懸掛式斗渠雙圓盤挖溝機(jī)、懸掛式毛渠挖溝機(jī)、側(cè)置式清淤機(jī)及懸掛式斗渠單圓盤挖溝機(jī)4種類型[4]。

2015 年新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所和石河子市順昌農(nóng)農(nóng)機(jī)有限公司聯(lián)合研制了2FK-40 型果園開溝施肥機(jī)，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(dòng)強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率低等問題。該機(jī)主要由開溝裝置、施肥裝置、覆土裝置、傳動(dòng)與限深系統(tǒng)等部分組成，如圖4 所示[5]。

圖4 果樹定量挖坑施肥機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2FK-40 型果園開溝施肥機(jī)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(jī)械，其在一定意義上解放了勞動(dòng)力，提高了果園作業(yè)生產(chǎn)效率；但受作業(yè)環(huán)境局限，不適合在丘陵果園地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，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(duì)生產(chǎn)技術(shù)要求較高，常見的開溝施肥并不能滿足果樹對(duì)于營(yíng)養(yǎng)的需求，最佳施肥方法為挖穴施肥法，可挖穴施肥技術(shù)要求高，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)應(yīng)機(jī)械化程度低，亟需一種專業(yè)性挖穴施肥機(jī)械。

2011 年，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生韓大勇在導(dǎo)師呂釗欽教授的指導(dǎo)下研制了一款果樹定量挖坑施肥一體機(jī)，該機(jī)主要由挖坑覆土裝置、施肥裝置、控制系統(tǒng)、機(jī)架等部分組成，如圖5 所示[6]。

該機(jī)通過自身驅(qū)動(dòng)鉆頭升降進(jìn)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(jìn)行回收，步進(jìn)電機(jī)通過控制轉(zhuǎn)角控制排肥量，單機(jī)片控制排肥時(shí)刻，排肥誤差可控制在3%左右，解決了果樹生長(zhǎng)不同時(shí)期所需施肥量不同而難以精準(zhǔn)控制的問題。施肥結(jié)束后，土壤收集器將土壤回填，實(shí)現(xiàn)覆土填坑，具有較好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

但該機(jī)械受作業(yè)環(huán)境影響依舊明顯，不適合丘陵果園等山地作業(yè)。且機(jī)器并無驅(qū)動(dòng)裝置，移動(dòng)與鉆孔都需要人工操作，頗為不便。

3 國外施肥機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

目前針對(duì)大范圍低海拔的平坦果園果樹作業(yè)施肥，國外以美國為代表的國家自20 世紀(jì)50 年代開始研究適用于平坦果園環(huán)境的開溝施肥機(jī)，經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模。我國地勢(shì)多樣，山區(qū)丘陵地區(qū)果園分布十分廣泛，對(duì)比國外，日本、意大利等國國內(nèi)農(nóng)業(yè)用地緊張，丘陵地區(qū)為主，以研究丘陵地區(qū)果園施肥機(jī)械為主，例如日本研制的TL-800 手扶鏈刀開溝機(jī)等機(jī)械[4]。國外果園施肥機(jī)械大都機(jī)械化程度高，智能化程度高，且可實(shí)現(xiàn)多種零部件間的互換，一機(jī)多用。 國外施肥機(jī)的研究方向從某種角度上也為國內(nèi)指明了發(fā)展方向。

4 國內(nèi)施肥機(jī)械的未來發(fā)展趨勢(shì)

近年來，國務(wù)院明確提出“推進(jìn)農(nóng)業(yè)全程機(jī)械化”，果園生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展將作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化新的增長(zhǎng)點(diǎn)和轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要內(nèi)容。目前國內(nèi)果樹施肥機(jī)械很多，筆者針對(duì)現(xiàn)在已有的機(jī)械提出以下發(fā)展建議：

（1）機(jī)械實(shí)用性不強(qiáng)，使用范圍小，許多果園施肥機(jī)械只是針對(duì)某一地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境來設(shè)計(jì)的，沒有兼顧通用性和適應(yīng)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(yè)、易推廣的果樹施肥機(jī)械。

（2）反觀近些年來所有農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，基本在向精簡(jiǎn)化、小型化、智能化方向發(fā)展。大型聯(lián)合農(nóng)機(jī)裝備已經(jīng)不在適用現(xiàn)代小區(qū)量精種模式，研制下一代果園施肥機(jī)械，應(yīng)充分考慮人機(jī)工程學(xué)，農(nóng)藝與農(nóng)機(jī)結(jié)合，發(fā)展可以實(shí)現(xiàn)單人操作的智能化全自動(dòng)機(jī)械。

（3）隨著科技水平的不斷提高，材料科學(xué)的不斷突破，原始的加工工藝與落后的材料遲早會(huì)被淘汰，應(yīng)逐步提高材料耐腐蝕性、抗疲勞強(qiáng)度，將新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)應(yīng)用于果園施肥機(jī)械。