我國(guó)變量施肥技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策

陳 金，趙 斌，衣淑娟，戈天劍，趙 雪，肖躍進(jìn)

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

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我國(guó)變量施肥技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策

陳 金，趙 斌，衣淑娟，戈天劍，趙 雪，肖躍進(jìn)

(黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

變量施肥是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的一個(gè)重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、高效與糧食安全的重要保證，它的實(shí)施可以有效控制化肥對(duì)環(huán)境的污染和破壞,大大提高肥料的利用率,降低生產(chǎn)成本。為此，從變量施肥技術(shù)的概念出發(fā)，由變量施肥技術(shù)的國(guó)外現(xiàn)狀引入，具體分析了施肥處方生成技術(shù)、肥料施入控制技術(shù)及肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并總結(jié)了目前我國(guó)變量施肥技術(shù)存在的主要問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題提出了發(fā)展對(duì)策。

變量施肥；研究現(xiàn)狀；存在問(wèn)題；對(duì)策

0 引言

我國(guó)是世界上化肥施用最多的國(guó)家之一，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2013年我國(guó)農(nóng)用化肥施用量達(dá)5 911．9萬(wàn)t，超過(guò)世界總用量的1/3；單位播種面積化肥施用量達(dá)到359.1kg/hm2，是世界平均水平的2.5倍[1]。受地域、地貌、環(huán)境等多種因素的影響，我國(guó)化肥施用量大、利用率低下也是目前各地區(qū)存在的普遍問(wèn)題?；势┈F(xiàn)象嚴(yán)重，以N、P、K的平均施肥水平為例，我國(guó)為1∶0.4∶0.16,發(fā)達(dá)國(guó)家的是1∶0.42∶0.42；微量元素搭配更差，全國(guó)有51.5%的耕地缺鋅,46.9%缺硼,34.5%缺鉬，21.9%缺錳，6.9%缺銅,5%缺鐵[2]。

落后的施肥方式、盲目的粗放施肥和嚴(yán)重的偏施現(xiàn)象已經(jīng)造成我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量下降、有害物質(zhì)超標(biāo)、地下水源污染及土壤板結(jié)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境、食品安全,極不利于我國(guó)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)的構(gòu)建[3]。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們不再以環(huán)境為代價(jià)來(lái)求得農(nóng)產(chǎn)品的增產(chǎn)增收。以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)為背景的變量施肥技術(shù)將是提高土壤養(yǎng)分含量、減少地下水源污染、確保食品安全及促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收的有效途徑，因此實(shí)施科學(xué)的、符合我國(guó)不同區(qū)域環(huán)境的變量施肥將是我國(guó)農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必要措施和急需解決的問(wèn)題[4-5]。本文對(duì)從變量施肥技術(shù)的概念、國(guó)外研究現(xiàn)狀，以及施肥處方生成技術(shù)、肥料施入控制技術(shù)、肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并針對(duì)目前我國(guó)變量施肥技術(shù)存在的問(wèn)題提出對(duì)策，以期為我國(guó)變量施肥技術(shù)的發(fā)展提供參考和建議。

1 變量施肥技術(shù)的概念

施肥技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，可分為基于地力水平的區(qū)域施肥、基于品種特性的作物施肥、基于肥料特性的科學(xué)施肥、基于水肥一體化的灌溉施肥、基于精準(zhǔn)管理的變量施肥、基于規(guī)?；a(chǎn)的機(jī)械施肥[6]。所謂變量施肥技術(shù)，就是將農(nóng)田土壤進(jìn)行網(wǎng)格劃分，以往年作物產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分比例、病蟲(chóng)草害及環(huán)境氣候等因素的疊加分析為依據(jù)，生成處方?jīng)Q策，以高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保為目的，因地制宜地為農(nóng)作物全面平衡施肥[7]。變量施肥技術(shù)由處方生成技術(shù)、肥料施入控制技術(shù)及肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)等組成，如圖1所示。

圖1 變量施肥技術(shù)體系

2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代，美國(guó)在作物收割設(shè)備上安裝GPS定位系統(tǒng)，標(biāo)志著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的誕生；90年代以來(lái),精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在歐美國(guó)家迅速發(fā)展,已經(jīng)形成一定的規(guī)模[8]。目前,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)在變量施肥、免耕播種、墑情管理及植物保護(hù)等領(lǐng)域起到了不可替代的作用[9]。

美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)于1994年在漢斯卡農(nóng)場(chǎng)完成了以土壤養(yǎng)分比例、作物產(chǎn)量信息及時(shí)間變化的變量施肥實(shí)驗(yàn),取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，土壤質(zhì)量得到了明顯的改善。

法國(guó)施肥機(jī)械的自動(dòng)化水平在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位，其“女騎士”(AMASAT)變量施肥控制系統(tǒng)能夠在GPS和GIS的支持下進(jìn)行作業(yè)，并在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣和普及。

德國(guó)AMAZONE公司設(shè)計(jì)了基于處方圖的、以液壓馬達(dá)為控制器的變量施肥機(jī)具，并在麥類作物春季追肥中投入使用，施肥效果良好，顯著提高了作物的產(chǎn)量。

歐美國(guó)家在變量施肥技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，多樣的變量施肥機(jī)具已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到推廣和普及[10]。我國(guó)變量施肥技術(shù)還處于發(fā)展階段，研發(fā)適合國(guó)情的、具有完善施肥技術(shù)體系的變量施肥設(shè)備是目前我國(guó)科研工作者亟待解決的問(wèn)題。

3 施肥處方生成技術(shù)

施肥處方生成技術(shù)是由土壤養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)、空間插值算法及遙感技術(shù)等組成的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技技術(shù)，如圖2所示。

圖2 施肥處方生成技術(shù)

土壤養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)的測(cè)量方法有化學(xué)分析法、光電分色法、土壤電導(dǎo)率間接測(cè)量法和近紅外光譜分析法等?；瘜W(xué)分析法是常用的一種方法，雖然測(cè)量精度較高，但測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)力；光電分色法需要田間土壤采樣并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量分析，依舊需要大量的時(shí)間和精力；土壤電導(dǎo)率間接測(cè)量法利用電化學(xué)傳感器進(jìn)行測(cè)量，雖取得了初步進(jìn)展，但尚未達(dá)到實(shí)用化程度[11]；近紅外光譜分析法雖可以達(dá)到土壤養(yǎng)分檢測(cè)的總碳、總氮的精度要求，但在有機(jī)質(zhì)、微量元素的實(shí)時(shí)測(cè)定方面存在一定的盲區(qū)。以上幾種測(cè)量方法雖能達(dá)到土壤養(yǎng)分檢測(cè)的基本要求，但均有一定的局限性，并且我國(guó)尚未有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品出現(xiàn)，因此研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的低成本、高精度、覆蓋全面的土壤養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)依舊是我國(guó)研究人員目前面臨的關(guān)鍵性問(wèn)題。

空間插值算法的出現(xiàn)可以有效解決土壤養(yǎng)分點(diǎn)狀信息向面狀信息的轉(zhuǎn)換，解決了以點(diǎn)狀方式采樣獲取土壤養(yǎng)分信息的難題。空間插值算法可以分為確定性插值算法和地統(tǒng)計(jì)性插值算法。經(jīng)過(guò)我國(guó)研究人員的大量研究及對(duì)確定性插值算法和不確定性插值算法的比較，從土壤養(yǎng)分獲取的實(shí)用性與精確性出發(fā)，得出反距離權(quán)重插值法較適宜于丘陵地區(qū)、普通克里格插值法適宜于平原地區(qū)的結(jié)論[12]?；诳臻g插值算法的土壤養(yǎng)分信息獲取方法具有一定的局限性，不利于全國(guó)范圍內(nèi)普及應(yīng)用。

傳統(tǒng)的土壤養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)需要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行田間樣本采樣實(shí)驗(yàn)，不僅費(fèi)用高，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能滿足變量施肥技術(shù)對(duì)時(shí)效性的要求。遙感技術(shù)的出現(xiàn)為大規(guī)模的田間土壤樣本采樣實(shí)驗(yàn)提供了新的捷徑。目前，遙感技術(shù)主要是通過(guò)測(cè)量植被指數(shù)而形成遙感數(shù)據(jù)，科研工作者從遙感數(shù)據(jù)中提取土壤養(yǎng)分信息，減少了大量的田間采樣實(shí)驗(yàn)，省時(shí)省力，工作效率高[13]。遙感技術(shù)以其方便快捷、效率高的優(yōu)點(diǎn)在土壤養(yǎng)分測(cè)量技術(shù)中得到了廣泛的推廣，但天氣環(huán)境的改變、土壤被植被掩蓋而裸露時(shí)間較短都會(huì)影響遙感數(shù)據(jù)的獲取，因此遙感技術(shù)在全國(guó)大范圍內(nèi)推廣普及也有許多不便之處。

處方生成技術(shù)是變量施肥技術(shù)的重要組成之一，其優(yōu)劣是影響變量施肥技術(shù)能否在全國(guó)大范圍內(nèi)推廣普及的重要因素之一。國(guó)外很多農(nóng)機(jī)公司都在以各樣的方法進(jìn)行處方生成技術(shù)的研究，利用新的技術(shù)手段以克服傳統(tǒng)處方生成技術(shù)的弊端，并應(yīng)用于實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)施肥處方生成技術(shù)的研究在國(guó)際領(lǐng)域尚處于應(yīng)用發(fā)展階段，雖然具有各種不同的方法，卻不能克服不同技術(shù)手段的弊端，難以形成通用的形式。處方生成技術(shù)的落后直接制約了變量施肥技術(shù)的深入發(fā)展，因此研發(fā)適合我國(guó)多樣氣候、不同區(qū)域種植方式的處方生成技術(shù)仍是目前科研工作者的重要工作任務(wù)。

4 肥料施入控制技術(shù)

肥料施入控制技術(shù)是整個(gè)變量施肥技術(shù)的核心，具有檢測(cè)施肥信息、進(jìn)行施肥決策和驅(qū)動(dòng)排肥機(jī)構(gòu)等功能[14]。目前，肥料施入控制技術(shù)采用的控制器類型主要有單片機(jī)、PLC、CPLD和 ARM等，定位系統(tǒng)主要有 DGPS和 GPS等，排肥機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器主要有步進(jìn)電機(jī)、液壓馬達(dá)、伺服電機(jī)及電磁比例閥等。國(guó)外學(xué)者在肥料施入控制技術(shù)方面做了大量的研究，已有較為成熟的變量施肥控制方法、技術(shù)和產(chǎn)品。下面從國(guó)內(nèi)變量施肥肥料施入控制技術(shù)的控制器類型、定位系統(tǒng)類型、排肥機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器及肥料性質(zhì)出發(fā)，概括了近10年我國(guó)變量施肥肥料施入控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀，如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)變量施肥肥料施入控制技術(shù)

2006年，李紅巖[15]等設(shè)計(jì)了基于 ARM 微處理器的田間變量施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)工作穩(wěn)定, 滿足使用要求, 施肥誤差率小于 7.4%，能達(dá)到預(yù)期效果 。

2007年，邵利敏[16]等設(shè)計(jì)了以PLC為控制器的變量施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以電磁閥作為排肥機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)機(jī)車的行進(jìn)速度控制電磁閥的開(kāi)啟或關(guān)閉而實(shí)施變量施肥。試驗(yàn)證明：施肥效果良好,在制定變量施肥策略時(shí)可使用歸一化植被差異指數(shù)作為施肥依據(jù)。

2008年，陳麗平[17]等設(shè)計(jì)了基于CAN總線的變量施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用GPS的定位功能，通過(guò)電液比例閥對(duì)尿素、磷酸二銨和復(fù)合肥3種肥料的控制實(shí)施變量施肥。試驗(yàn)表明：該控制系統(tǒng)能達(dá)到變量施肥作業(yè)控制精度的要求。

2009年，孟志軍[18]等研究開(kāi)發(fā)了基于處方圖變量施肥作業(yè)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：75kg/hm2和225kg/hm2的常量施肥試驗(yàn)的變異系數(shù)分別為16.83%和8.08%,與目標(biāo)施肥量相比,平均施肥誤差分別為2.98%和1.05%；系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)工作穩(wěn)定,達(dá)到了變量施肥控制系統(tǒng)作業(yè)精度的要求。

2010年，張書(shū)慧[19]等以CPLD為控制器開(kāi)發(fā)了一種變量施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可在自動(dòng)和手動(dòng)模式下獲取機(jī)車位置信息，將施肥機(jī)車的行進(jìn)速度與施肥處方信息相結(jié)合，控制排肥軸轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)變量施肥。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：排肥量誤差小于 6%。

2011年，古玉雪[20]等設(shè)計(jì)了一種開(kāi)度轉(zhuǎn)速雙變量的施肥控制系統(tǒng)。系統(tǒng)利用模糊算法生成了轉(zhuǎn)速與開(kāi)度的最優(yōu)序列。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)平均施肥誤差比常規(guī)施肥方法減小 4%，且施肥機(jī)車指令響應(yīng)及時(shí)，播撒均勻、準(zhǔn)確。

2012年，偉利國(guó)[21]等以PIC18F2580為控制器設(shè)計(jì)了 2F-6-BP1 型變量配肥施肥機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明：該變量配肥施肥機(jī)稱重系統(tǒng)的最大稱量誤差為 0.65%，施肥精度可達(dá)到 95%以上。

2013年，郎春玲[22]等以深施型液態(tài)施肥機(jī)為依托，采用STC89C52RC單片機(jī)作為核心處理器,設(shè)計(jì)了深施型液態(tài)變量施肥控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)施肥誤差不超過(guò) 0.5mL/次，滿足液態(tài)變量施肥作業(yè)要求。

2014年，張?jiān)瀑F[23]等以小型手扶拖拉機(jī)為載體，以飛思卡爾i.MX51芯片作為控制器件設(shè)計(jì)了變量施肥控制系統(tǒng)。田間施肥效果證明：施肥產(chǎn)值較農(nóng)戶習(xí)慣施肥增加 4 310.65元/hm2。

2015年，洪青梅[24]等以甘蔗施肥為對(duì)象設(shè)計(jì)了基于 C 語(yǔ)言的具有變量監(jiān)控和報(bào)警功能的甘蔗中耕管理機(jī)施肥控制系統(tǒng)，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)肥量的變化，提高施肥的質(zhì)量和效率。

我國(guó)研究人員對(duì)變量施肥肥料施入控制技術(shù)做了很多研究，但多數(shù)方法單一、兼容性不強(qiáng)，變量施肥肥料施入控制技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，缺少適宜我國(guó)復(fù)雜地貌的不同地區(qū)施肥特點(diǎn)的、完善的肥料施入控制技術(shù)，沒(méi)有形成成熟的肥料施入控制技術(shù)體系和商業(yè)化的產(chǎn)品，不能同時(shí)具備高精度、大寬幅、變異系數(shù)小、均勻性好和排肥量范圍大的優(yōu)點(diǎn)，在變量施肥肥料控制及精度和變量施肥機(jī)具在全國(guó)范圍內(nèi)推廣普及方面還有待進(jìn)一步提高。

5 肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)

肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)是變量施肥技術(shù)的重要組成元素之一，國(guó)外對(duì)其研究較早。例如，美國(guó)、法國(guó)等早在20世紀(jì)50年代就對(duì)肥料施入的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)變量施肥過(guò)程中不同信息的監(jiān)測(cè)，如重施、漏施、施肥面積、機(jī)車速度等。變量施肥機(jī)具的監(jiān)測(cè)裝置有3種類型，分別為機(jī)械式報(bào)警器、機(jī)電信號(hào)式報(bào)警器和電子儀器式監(jiān)視裝置，如圖3所示。

圖3 肥料施入監(jiān)測(cè)裝置

3種不同的肥料施入監(jiān)測(cè)裝置均利用不同的原理，監(jiān)測(cè)效果也不盡相同。歐美國(guó)家在20世紀(jì)50年代對(duì)機(jī)械式報(bào)警器和機(jī)電信號(hào)式監(jiān)測(cè)裝置研究較多，進(jìn)入90年代電子儀器式肥料監(jiān)測(cè)裝置逐漸取代了機(jī)械式報(bào)警器和電子儀器式報(bào)警器。主要原因是：電子儀器式肥料監(jiān)測(cè)裝置對(duì)施肥數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)比較全面，如施肥量、排肥器轉(zhuǎn)速、作業(yè)面積及作業(yè)異常報(bào)警等。國(guó)外的大型農(nóng)機(jī)公司在電子儀器施肥監(jiān)測(cè)方面做了大量研究，并生產(chǎn)出與施肥機(jī)械配套的監(jiān)測(cè)裝置，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中取得了良好的效益。

肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)出現(xiàn)較晚，早期很少進(jìn)行研究。隨著變量施肥技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的作用日益凸顯和我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備水平的不斷提高，我國(guó)研究人員開(kāi)始對(duì)肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了大量的研發(fā)，各種不同的變量施肥監(jiān)測(cè)裝置雨后相繼涌現(xiàn)出來(lái)。

2010年，趙斌[25]等利用敏感元件設(shè)計(jì)了氣吸式精播機(jī)種、肥作業(yè)智能計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用間接測(cè)量法計(jì)量種、肥施播數(shù)量，采用光電陣列檢測(cè)種、肥排空及堵塞信息。實(shí)驗(yàn)表明：施肥量測(cè)量相對(duì)誤差<9.6%，報(bào)警最大響應(yīng)時(shí)間為 0.8 s，監(jiān)測(cè)效果較好，能實(shí)現(xiàn)精播機(jī)作業(yè)的全天候、全過(guò)程監(jiān)測(cè)。

2011年，趙斌[26]等設(shè)計(jì)了基于無(wú)線通信的精播機(jī)種肥作業(yè)計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其主從系統(tǒng)間采用無(wú)線通信方式，減少了系統(tǒng)間的布線，降低成本，保證了工作的可靠性，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

2012年，姚舟華[27]等設(shè)計(jì)了自動(dòng)灌溉施肥機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)安裝在吸肥管路上的光電傳感器對(duì)施肥狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，解決了自動(dòng)灌溉施肥機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)問(wèn)題。

2012年，周利明[28]等設(shè)計(jì)了一種基于RS485總線的條播機(jī)種肥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用電容式傳感器檢測(cè)種肥管內(nèi)物料狀態(tài)，通過(guò)對(duì)電容信號(hào)的分析處理來(lái)判斷管路阻塞、排空等故障狀況。

2014年，許秀英[29]等設(shè)計(jì)了基于大馬力精播機(jī)工況監(jiān)測(cè)的田間無(wú)線調(diào)度系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的作業(yè)速度和作業(yè)面積測(cè)量基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)，降低了由于地輪打滑引起的測(cè)量誤差，提高了種肥監(jiān)測(cè)精度。

2015年，馬秀蓮[30]等設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為主控電路的施肥作業(yè)智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠完成施肥量計(jì)算及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)肥管空或堵塞等情況，通過(guò)安裝在排肥軸上的編碼器測(cè)量施肥量，并采用電容式接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)肥排空或堵塞信息。

2015年，趙斌[31]等采用SI4432無(wú)線模塊和嵌入式微處理器研究了種肥作業(yè)漏播檢測(cè)系統(tǒng)，以壓力傳感器和光電傳感器為敏感元件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)種肥排空堵塞狀況，采用SI4432模塊減少了布線，提高了系統(tǒng)的可靠性。

隨著各種不同施肥監(jiān)測(cè)方法的不斷發(fā)展，我國(guó)變量施肥肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)也將越來(lái)越完善。電子儀式施肥監(jiān)測(cè)裝置以其較高的靈敏性和監(jiān)測(cè)信息的全面性在肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)中應(yīng)用越來(lái)越普遍。由于機(jī)車是動(dòng)態(tài)地在田間工作，從監(jiān)測(cè)到故障信息到停車需要一定的時(shí)間，這段距離內(nèi)仍然可以造成重施或漏施。因此，加快變量施肥機(jī)具自動(dòng)補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)的研究，減小漏施、重施造成的損失，提高施肥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平也將是我國(guó)肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向[32]。

6 存在問(wèn)題與對(duì)策

6.1 存在的問(wèn)題

1)檢測(cè)土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的傳感器價(jià)格昂貴、性能較差，不能實(shí)時(shí)、快速地分析土壤養(yǎng)分含量及微量元素含量。

2)缺乏與我國(guó)不同區(qū)域種植機(jī)械相配套的農(nóng)業(yè)常用儀器，致使我國(guó)變量施肥成本過(guò)高，操作不方便。

3)遙感技術(shù)雖然為土壤養(yǎng)分檢測(cè)提供了新的技術(shù)手段，但費(fèi)用高、不易使用、實(shí)時(shí)性差，易受天氣環(huán)境的影響，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

4)施肥專家決策分析系統(tǒng)更新速率慢，需求數(shù)據(jù)繁多且不易獲取，且由于我國(guó)地貌差異性大，其通用性能低下。

5)現(xiàn)有的自動(dòng)變量施肥肥料單一，難以實(shí)現(xiàn)氮、磷、鉀等多元素的在線合成。

6)植株分析測(cè)速技術(shù)相對(duì)落后，致使作物模型的適用性和通用性不能與精準(zhǔn)變量施肥緊密結(jié)合。

7)施肥方式相對(duì)單一，沒(méi)有與其他優(yōu)良農(nóng)業(yè)技術(shù)措施(如免耕栽培、滴灌施肥及農(nóng)業(yè)航空施肥等)配合進(jìn)行。

8)復(fù)合型的農(nóng)業(yè)科技人才稀少，邊遠(yuǎn)地區(qū)更甚，研究人員多為高校學(xué)者或科研機(jī)構(gòu)人員，研究成果多處于研究發(fā)展階段，未能在農(nóng)業(yè)中推廣普及。

6.2 發(fā)展對(duì)策

1)加強(qiáng)在線式變量施肥技術(shù)的研究和加快新技術(shù)在現(xiàn)有的變量施肥技術(shù)體系中的應(yīng)用，主要解決實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤養(yǎng)分含量傳感器的性能與費(fèi)用問(wèn)題。

2)規(guī)范我國(guó)常用儀器和農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的信息標(biāo)準(zhǔn)，因地制宜建立適合我國(guó)不同區(qū)域種植的施肥技術(shù)體系。

3)加快處方生成技術(shù)和作物專家系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[33]，完善變量施肥技術(shù)體系，為變量施肥在全國(guó)范圍內(nèi)推廣提供支持。

4)加強(qiáng)施肥機(jī)械與變量施肥技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)改變機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種肥料的在線合成，實(shí)現(xiàn)多變量的在線配肥施肥作業(yè)。

5)改變單一施肥方式，加強(qiáng)變量施肥技術(shù)與農(nóng)藝和其他先進(jìn)農(nóng)業(yè)科技相結(jié)合，一次作業(yè)同時(shí)完成旋耕、播種和N、P、K等多變量施肥，實(shí)現(xiàn)復(fù)合作業(yè)。

6)加快變量施肥機(jī)具自動(dòng)補(bǔ)償式監(jiān)控系統(tǒng)的研究，提高施肥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平。

7)加大對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域的研發(fā)力度與資金支持，生產(chǎn)低成本、操作簡(jiǎn)單的農(nóng)用航空植保機(jī)械，填補(bǔ)施肥技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域的空區(qū)[34]。

8)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技人才的培養(yǎng)和農(nóng)業(yè)科研人員的資金扶持力度[35]。

7 結(jié)語(yǔ)

變量施肥技術(shù)作為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)分支，在世界各國(guó)農(nóng)業(yè)科技中顯得舉足輕重。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的變量施肥技術(shù)已形成一定的規(guī)模，但我國(guó)尚處于試驗(yàn)研究階段，并未在全國(guó)范圍內(nèi)得到推廣。因此，我國(guó)應(yīng)對(duì)變量施肥的關(guān)鍵技術(shù)(如處方生成技術(shù)、肥料施入控制技術(shù)、肥料施入監(jiān)測(cè)技術(shù))加大研發(fā)力度，快速研發(fā)出能精準(zhǔn)迅速檢測(cè)農(nóng)田養(yǎng)分含量的傳感器件、適應(yīng)我國(guó)國(guó)情完善的施肥控制系統(tǒng)、功能健全價(jià)格合理的肥料施入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急；加大對(duì)農(nóng)業(yè)航空領(lǐng)域研發(fā)的支持，生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)單的農(nóng)用無(wú)人植保機(jī)械；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合力度，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”的農(nóng)業(yè)新常態(tài)；借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)變量施肥技術(shù)存在的主要問(wèn)題，因地制宜地走具有中國(guó)特色的變量施肥發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

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Research on Present Situation and the Development Countermeasures of Variable Rate Fertilization Technology in China

Chen Jin, Zhao Bin, Yi Shujuan, Ge Tianjian, Zhao Xue，Xiao Yuejin

(College of Information and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 166319,China)

Variable rate fertilization is an important content of precision agriculture, is the high yield, high efficiency agriculture and the important guarantee of food security. It can effectively control the implementation of the fertilizer on the environment pollution and destruction, greatly improve the fertilizer utilization ratio and reduce the production cost. In this paper, starting from the concept of variable rate fertilization technology. Introducing the current situation of foreign of variable rate fertilization. Analyzing prescription generation technology .fertilizer control technology and fertilizer monitoring technology in detail.Summarizing the main problems existing at present,basing on the problems put forward development countermeasure for variable fertilization technology in China.

variable fertilization; research status; exist problems; countermeasures

2016-08-08

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目( 2014BAD06B04-03)

陳 金(1992-),男，河南舞陽(yáng)人，碩士研究生，(E-mail)760153633@qq.com。

趙 斌(1970-)，男，黑龍江寶清人，教授，碩士生導(dǎo)師，(E-mail)616283364@qq.com。

S233.3

A

1003-188X(2017)10-0001-06