玉米免耕播種施肥機(jī)精準(zhǔn)作業(yè)實(shí)現(xiàn)變量施肥和精密播種

中國(guó)目前玉米生產(chǎn)存在資源利用率低、投入產(chǎn)出率低的現(xiàn)象，精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要的技術(shù)環(huán)節(jié)，是保證豐產(chǎn)豐收的基礎(chǔ)。本文根據(jù)免耕播種施肥機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了播種粒距調(diào)節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)以及基于步進(jìn)電機(jī)的排肥量反饋控制系統(tǒng)，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。

隨著農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)流轉(zhuǎn)的深入，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越需要規(guī)?；?jīng)營(yíng)。中國(guó)目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍存在資源利用率低、投入產(chǎn)出率低的現(xiàn)象，使得目前的生產(chǎn)模式亟待革新。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)通過(guò)獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量分布及影響作物產(chǎn)量的因素的空間及時(shí)間差異性信息，分析原因，并采取有效的調(diào)控措施，按需實(shí)施調(diào)控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要的技術(shù)環(huán)節(jié)，是保證豐產(chǎn)豐收的基礎(chǔ)。精準(zhǔn)播種可以大量節(jié)省種子，播種玉米可節(jié)約40～45公斤每公頃，棉花可節(jié)約75公斤每公頃，大豆可節(jié)約22.5公斤每公頃，谷子可節(jié)約4.65公斤每公頃；此外，還可以節(jié)省間苗工時(shí)或完全省去間苗工序，使作物苗齊、苗壯，營(yíng)養(yǎng)合理，植株個(gè)體發(fā)育健壯，群體長(zhǎng)勢(shì)均衡，增產(chǎn)效果顯著。精準(zhǔn)施肥通過(guò)測(cè)量土壤養(yǎng)分含量，按需施肥，在節(jié)約肥料的同時(shí)，起到環(huán)境保護(hù)的作用。

為了提高播種精度，設(shè)計(jì)了變量播種反饋控制系統(tǒng)，以及按處方圖精準(zhǔn)施肥控制系繞。該系統(tǒng)在播種機(jī)上安裝全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)、排種管和排肥管檢測(cè)傳感器、種箱和肥箱質(zhì)量傳感器、傳感器采集模塊、排種軸和排肥軸轉(zhuǎn)速控制電機(jī)、電機(jī)控制模塊、霍爾測(cè)速傳感器等裝置。安裝在播種機(jī)上的車載計(jì)算機(jī)、變量播種反饋裝置和精準(zhǔn)施肥控制裝置、車載GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)、變量播種反饋裝置及精準(zhǔn)施肥控制裝置分別通過(guò)車載信號(hào)處理電路與車載計(jì)算機(jī)連接。在排種管和排肥管上安裝壓力傳感器和電容傳感器，檢測(cè)實(shí)施播種量和施肥量，上位機(jī)采集信息并與期望的播種量和施肥量對(duì)照，計(jì)算偏差，根據(jù)車輛行走速度，輸出排種軸排肥軸期望轉(zhuǎn)速，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)變量播種和變量施肥。

研究者經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，排種量、排肥量自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)通過(guò)伺服電機(jī)控制種肥軸轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，性能穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)。對(duì)施肥量的控制，能在135～360公斤每公頃范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)根據(jù)處方圖的施肥量變量調(diào)節(jié)，肥料控制精度為3.31%，解決了目前變量施肥機(jī)施肥量開環(huán)控制精度不高的問(wèn)題。對(duì)玉米點(diǎn)播,首次提出實(shí)時(shí)調(diào)整播種粒距的變量播種模式，可以實(shí)現(xiàn)播種粒距10～20厘米，在線無(wú)級(jí)調(diào)整，最大控制誤差不高于4.48%。

目前國(guó)外變量播種施肥的實(shí)施過(guò)程都是通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)排肥機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)控制液壓電液比例閥的開度，控制液壓油的流量，實(shí)現(xiàn)播種量和施肥量的變量控制。應(yīng)用最廣的有CASE公司的Flexi Coil變量施肥播種機(jī)、JOHN Deere公司的JD-1820型氣力式變量施肥播種機(jī)等。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中，施肥精度較低，不能滿足精密施肥的要求。玉米播種過(guò)程中適時(shí)調(diào)整粒距，沒有相關(guān)報(bào)道。此次研究填補(bǔ)了這項(xiàng)空白。精準(zhǔn)播種可以大量節(jié)省種子，精準(zhǔn)施肥通過(guò)測(cè)量土壤養(yǎng)分含量，按需施肥，在節(jié)約肥料的同時(shí)，起到環(huán)境保護(hù)的作用。