農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)化肥施用影響的路徑及效果研究

摘 要：化肥在生產(chǎn)要素中對(duì)糧食增產(chǎn)具有重要作用。但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)化肥的過度依賴，也出現(xiàn)了化肥施用過量的問題。不斷增加的化肥施用量不僅會(huì)造成面源污染等環(huán)境問題，還反向威脅到我國的糧食安全。為解決資源問題并保障糧食安全，我國政府將化肥“減量化”視為重要的工作方向?；诖耍岢隽宿r(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)化肥施用影響的路徑，分析了農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)化肥施用影響的效果，旨在進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，推動(dòng)農(nóng)業(yè)向高效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；化肥施用影響；智能施肥技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械

中圖分類號(hào)：F323.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）11–00-03

2008年起，中央一號(hào)文件不斷提出農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的需求，采用補(bǔ)貼、技術(shù)推廣等方式促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)綠色轉(zhuǎn)型。隨著科技的發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，各種先進(jìn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備如智能化施肥機(jī)、GPS定位系統(tǒng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)等逐漸應(yīng)用于農(nóng)田管理，對(duì)化肥施用過程進(jìn)行精準(zhǔn)化和智能化管理。這些技術(shù)不僅提高了施肥作業(yè)的效率和一致性，還優(yōu)化了化肥施用策略，有效提高了化肥利用效率，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，降低了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)朝著可持續(xù)發(fā)展的方向邁進(jìn)[1]。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)化肥施用影響的路徑

1.1 精準(zhǔn)施肥技術(shù)

農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在精準(zhǔn)施肥技術(shù)的應(yīng)用方面，其極大地提高了化肥施用的效率和精確度，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。以下是精準(zhǔn)施肥技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的具體實(shí)施路徑。

第一，作物需求分析與土壤檢測。精準(zhǔn)施肥技術(shù)依賴于對(duì)農(nóng)田土壤和作物需求的準(zhǔn)確評(píng)估。采用GIS技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合的方法，采集與分析農(nóng)田地形、土壤類型、濕度、溫度等信息，并分析作物生長狀況及養(yǎng)分需求。例如，無人機(jī)搭載的多光譜相機(jī)可實(shí)時(shí)獲取作物長勢(shì)及營養(yǎng)狀況，地面?zhèn)鞲衅骺蓪?shí)時(shí)監(jiān)測土壤pH值、土壤NPK（氮磷鉀）等關(guān)鍵指標(biāo)。綜合上述信息，可為個(gè)體化施肥方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，利用精確施肥技術(shù)，可以制成精細(xì)的施肥配方圖，指導(dǎo)農(nóng)機(jī)對(duì)不同地塊進(jìn)行變量施肥[2]。地理信息系統(tǒng)可根據(jù)作物需求及土壤狀況，自動(dòng)計(jì)算出各地塊的最佳施肥量，避免出現(xiàn)施肥量過多或不足等問題。智能施肥機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械配備GPS及自動(dòng)控制設(shè)備，可根據(jù)圖紙指示，在指定位置準(zhǔn)確施入適量化肥，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、自動(dòng)施肥。

第二，智能施肥機(jī)的精確操作。智能施肥機(jī)集成先進(jìn)的傳感器、控制器和執(zhí)行器，可在行進(jìn)過程中實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)施肥量，是精準(zhǔn)施肥技術(shù)的核心裝備之一。機(jī)器的前端一般裝有土壤傳感器，可以實(shí)時(shí)測量土壤中的養(yǎng)分含量，而后端的施肥裝置會(huì)根據(jù)傳感器反饋的信息，自動(dòng)調(diào)整施肥量，保證每寸土地都能獲得最適宜的養(yǎng)分供應(yīng)。這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功能大大提高了化肥的利用率，減少了廢棄物和肥料對(duì)環(huán)境的污染。此外，智能農(nóng)機(jī)還配有遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，可使農(nóng)民通過手機(jī)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)查看農(nóng)田狀況及施肥情況。這種遠(yuǎn)程管理既可節(jié)約人力，又能增強(qiáng)決策的時(shí)效性與準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算平臺(tái)對(duì)機(jī)器采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，形成趨勢(shì)報(bào)告與預(yù)測模型，輔助農(nóng)民優(yōu)化施肥方案，達(dá)到持續(xù)改善土壤肥力的目的。

精準(zhǔn)施肥技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)合，代表了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向，它不僅能提高化肥施用的效率和精確度，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，還給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿科技的不斷進(jìn)步，精準(zhǔn)施肥技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為全球農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

1.2 機(jī)械化作業(yè)管理

農(nóng)業(yè)機(jī)械在化肥施用過程中的作用主要體現(xiàn)在機(jī)械化作業(yè)管理和自動(dòng)化控制兩個(gè)方面，這兩點(diǎn)共同提高了化肥施用的高效性與精準(zhǔn)度，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)?；鳂I(yè)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的引入使得化肥施用過程由傳統(tǒng)的人工或半機(jī)械化方式向全機(jī)械化方向發(fā)展，使作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；Ｆ渲?，標(biāo)準(zhǔn)化是指在施用化肥過程中，使用統(tǒng)一的操作規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定施肥深度、施肥量、施肥時(shí)間等，保證化肥的高效利用與均勻分配。規(guī)?；抢么笮娃r(nóng)機(jī)，如拖拉機(jī)帶動(dòng)的施肥機(jī)械，覆蓋更大面積的農(nóng)田，極大地提高工作效率，降低勞動(dòng)力成本。尤其是在規(guī)?；r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械化作業(yè)與管理能顯著提高化肥使用效益，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善農(nóng)民的勞動(dòng)環(huán)境。農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)能力是影響化肥施用效果的重要因素[3]。現(xiàn)代施肥機(jī)械裝備了以GPS為代表的高精度定位系統(tǒng)，可確保其在復(fù)雜地形條件下仍能直線行駛，避免重復(fù)施肥或漏施。此外，通過應(yīng)用電子控制系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的施肥處方圖，在不同地塊變量施肥，即根據(jù)不同土壤類型和作物需求自動(dòng)調(diào)整施肥量，實(shí)現(xiàn)化肥的精準(zhǔn)施用。這不僅能提高化肥的吸收率，減少化肥浪費(fèi)，還有助于減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)給環(huán)境帶來的壓力，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的理念。

1.2.2 自動(dòng)化控制與智能決策

農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化控制功能能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境和作物生長狀態(tài)，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整作業(yè)參數(shù)。例如，土壤濕度傳感器可以實(shí)時(shí)反饋土壤含水量，智能施肥機(jī)據(jù)此調(diào)整施肥量，避免因水分過多或過少導(dǎo)致化肥元素流失或固定，確?；实母咝Ю谩Ｍ瑫r(shí)，作物生長監(jiān)測系統(tǒng)能夠識(shí)別作物的生長階段和營養(yǎng)需求，指導(dǎo)農(nóng)民適時(shí)適量施肥，促進(jìn)作物健康成長。

結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，農(nóng)業(yè)機(jī)械還能構(gòu)建智能決策支持系統(tǒng)，為化肥施用提供科學(xué)依據(jù)。通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)可以預(yù)測作物的養(yǎng)分需求模式，制定長期的施肥策略；短期內(nèi)基于當(dāng)前的天氣預(yù)報(bào)、土壤條件和作物生長狀態(tài)，系統(tǒng)能夠即時(shí)生成施肥建議，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)施最佳施肥方案。這種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能決策，極大地提高了化肥施用的精準(zhǔn)度和效率，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化轉(zhuǎn)型。

1.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)機(jī)械中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)對(duì)化肥施用的影響主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)分析與預(yù)測、動(dòng)態(tài)調(diào)整施用策略兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這一系統(tǒng)通過收集、處理大量農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)，為化肥施用提供精細(xì)化、個(gè)性化的指導(dǎo)，從而提高化肥的利用效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益[4]。

1.3.1 數(shù)據(jù)分析與預(yù)測

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)能夠整合來自多個(gè)渠道的數(shù)據(jù)資源，包括但不限于氣象數(shù)據(jù)、土壤成分分析數(shù)據(jù)、作物生長周期記錄、歷史施肥記錄等。這些數(shù)據(jù)被集中存儲(chǔ)在云端數(shù)據(jù)庫中，形成一個(gè)龐大的農(nóng)業(yè)知識(shí)庫。利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從海量數(shù)據(jù)中提取有效信息，構(gòu)建包括作物生長發(fā)育、土壤肥力變化、氣候變化等多因子影響的集成模型。例如，通過分析不同土壤類型對(duì)肥料吸收速率的影響，可預(yù)測某一地塊最適用的化肥品種及其施用量，從而避免因盲目施肥而造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題[5]。

在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來作物需求量、土壤肥力和氣候變化趨勢(shì)的精確預(yù)測，為科學(xué)合理施用化肥提供科學(xué)依據(jù)。例如：當(dāng)預(yù)測某區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)干旱天氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示應(yīng)適當(dāng)增加對(duì)干旱作物的肥料用量，以提高其抗逆能力；反之，如果預(yù)測有更多降雨，系統(tǒng)會(huì)建議減少氮肥施用量，避免雨水沖刷造成的損失。本項(xiàng)目提出一種基于預(yù)測的施肥方案優(yōu)化方法，既能有效應(yīng)對(duì)自然環(huán)境變化，又能滿足作物生長需要，對(duì)施肥策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到精細(xì)化施肥管理的目的。

1.3.2 動(dòng)態(tài)調(diào)整施用策略

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)也具有實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，可以連續(xù)采集農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)，包括土壤濕度、溫度、光強(qiáng)等，以及作物的葉綠素含量、株高等。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至系統(tǒng)平臺(tái)，并根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果評(píng)估當(dāng)前施肥量，以便及時(shí)調(diào)整施肥策略[6]。例如，當(dāng)土壤中某一營養(yǎng)元素含量偏低時(shí)，系統(tǒng)立即啟動(dòng)補(bǔ)肥程序，確保作物獲得足夠的營養(yǎng)供給，從而健康成長。在此基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目提出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能施肥決策系統(tǒng)。通過分析各地塊歷史施肥效應(yīng)、作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測信息，選擇最合適的施肥種類、施用量及施用時(shí)期，對(duì)各地塊實(shí)行精準(zhǔn)施肥。該方法可避免傳統(tǒng)的“一刀切”施肥方式，顯著提高化肥利用率，減少化肥施用量，避免過量施肥帶來環(huán)境問題。

1.4 可持續(xù)的農(nóng)業(yè)實(shí)踐

1.4.1 變量施肥技術(shù)

農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備與現(xiàn)代信息技術(shù)的融合，催生了變量施肥技術(shù)。通過搭載高精度GPS、土壤傳感器、作物生長監(jiān)測設(shè)備等，農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠?qū)崟r(shí)獲取田間環(huán)境和作物生長狀態(tài)的詳細(xì)信息。基于這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以計(jì)算出每塊土地的養(yǎng)分需求，并據(jù)此調(diào)整化肥的施用量和施用模式，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。例如：對(duì)于土壤肥力較高的地塊，可以減少化肥施用量，避免過量施肥導(dǎo)致環(huán)境污染；對(duì)于肥力較低或作物生長需求大的地塊，則可以適量增加化肥施用量，保證作物生長所需的養(yǎng)分供給。這種方式不僅能提高化肥使用效率，減少化肥浪費(fèi)，還能有效減輕農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力。

智能決策支持系統(tǒng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著核心作用。該系統(tǒng)能對(duì)氣象、土壤特性、作物需求量等因子進(jìn)行綜合分析，為農(nóng)機(jī)施肥提供科學(xué)依據(jù)。例如：該系統(tǒng)能夠?qū)ξ磥硪欢螘r(shí)間的降雨進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施肥時(shí)間，避免降雨后化肥養(yǎng)分流失；還可根據(jù)作物生長周期及營養(yǎng)需求，制定最優(yōu)施肥方案，保證肥料能及時(shí)釋放養(yǎng)分，最大限度地促進(jìn)作物吸收。此外，該智能決策系統(tǒng)能夠基于歷史施肥效果與作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化施肥策略，在提高化肥利用率的同時(shí)，降低其對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

1.4.2 生態(tài)友好型機(jī)械的研發(fā)

可持續(xù)農(nóng)業(yè)要求減少化石燃料的消耗和溫室氣體的排放，因此研發(fā)低排放、低能耗的農(nóng)業(yè)機(jī)械成為必然選擇。這類機(jī)械通常采用更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)、節(jié)能設(shè)計(jì)和新能源技術(shù)，如電動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械，在運(yùn)行過程中能源利用效率高，所產(chǎn)生的污染物也更少。在化肥施用過程中，使用這類機(jī)械可以顯著降低作業(yè)過程中的碳足跡，減少化肥對(duì)大氣和土壤的污染，符合綠色低碳的發(fā)展理念。

為了進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和可持續(xù)性，多功能復(fù)合機(jī)械的研發(fā)也成為趨勢(shì)。這類機(jī)械集成多種作業(yè)功能，如耕作、播種、施肥、噴藥等，能夠在一次田間作業(yè)中完成多項(xiàng)任務(wù)，大大減少了機(jī)械作業(yè)的次數(shù)，減少對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)也減少化肥和其他農(nóng)業(yè)投入品的運(yùn)輸和施用過程中的能源消耗。此外，多功能復(fù)合機(jī)械還能更好地適應(yīng)不同作物和不同地形的施肥需求，提高化肥施用的靈活性和精準(zhǔn)度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源的合理配置和高效利用。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)化肥施用影響的效果

2.1 提高化肥利用效率和施肥精度

農(nóng)業(yè)機(jī)械在化肥施用中的作用之一是通過使用精準(zhǔn)施肥技術(shù)，顯著提高化肥利用效率和施肥精度。傳統(tǒng)的人工施肥往往因施肥量不均勻或過量施肥，導(dǎo)致部分地區(qū)的作物養(yǎng)分過剩，而其他地區(qū)的養(yǎng)分不足。應(yīng)用智能化施肥機(jī)、GPS等機(jī)械化裝備可準(zhǔn)確計(jì)量與控制化肥施用量，并根據(jù)地塊土壤特征及作物需要進(jìn)行調(diào)整，確?；世寐首畲蠡?，減少化肥浪費(fèi)，為作物健康成長與高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供有力支撐。

2.2 提高施肥作業(yè)的效率和一致性

機(jī)械化作業(yè)管理大大提高了施肥作業(yè)的效率與一致性。通過采用自動(dòng)化及半自動(dòng)化施肥裝置，農(nóng)民在較短時(shí)間內(nèi)完成施肥作業(yè)，節(jié)省人工及其成本。同時(shí)，機(jī)械化裝備可以保證各地塊施肥過程一致，確保各地塊施肥量與質(zhì)量相近，提高作業(yè)的可靠性與效益，使作物在施肥過程中獲得均勻、充分的養(yǎng)分供應(yīng)。

2.3 優(yōu)化化肥施用策略和農(nóng)作物養(yǎng)分供給

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)為優(yōu)化化肥施用策略和農(nóng)作物養(yǎng)分供給提供了重要的科學(xué)依據(jù)。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)收集、分析和解讀農(nóng)田的土壤信息、作物生長狀況和氣象條件等數(shù)據(jù)，為農(nóng)民提供精確的施肥建議和操作指導(dǎo)?；谶@些數(shù)據(jù)，農(nóng)民可以調(diào)整施肥時(shí)間、施肥量和類型，增強(qiáng)施肥策略的精準(zhǔn)性和有效性，從而最大限度地提高農(nóng)作物的養(yǎng)分利用效率和產(chǎn)量。

2.4 減少化肥施用量和減輕對(duì)環(huán)境污染的影響

農(nóng)業(yè)機(jī)械化不僅可以優(yōu)化施肥過程，還可以減少化肥用量及其造成的環(huán)境污染。精準(zhǔn)施肥技術(shù)及優(yōu)化施肥策略，可有效控制化肥用量，減少過量施肥對(duì)土壤、水環(huán)境的污染。項(xiàng)目實(shí)施過程管理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策支持系統(tǒng)有助于農(nóng)民科學(xué)管理農(nóng)田，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，推動(dòng)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)踐中，農(nóng)業(yè)機(jī)械化對(duì)化肥施用的影響具有顯著和多維度特點(diǎn)。通過精準(zhǔn)施肥技術(shù)、機(jī)械化作業(yè)管理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持系統(tǒng)、可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐，農(nóng)業(yè)機(jī)械能有效提高化肥利用效率和施肥精度，提高作業(yè)效率和一致性，優(yōu)化施肥策略和農(nóng)作物養(yǎng)分供給，同時(shí)減少化肥施用給環(huán)境帶來的污染。這些成果不僅能提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的推廣，農(nóng)業(yè)機(jī)械化對(duì)化肥施用的研究將繼續(xù)深化，為實(shí)現(xiàn)綠色、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)目標(biāo)貢獻(xiàn)更多的智慧和力量。

參考文獻(xiàn)

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