黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)   王熙  王智敏  王新忠  莊衛(wèi)東  蔡德利  汪春

 

我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比較落后，普遍存在資源利用率低，投入產(chǎn)出率低的現(xiàn)象。現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料（如化肥等）的大量投入條件下獲得的，由于盲目施用大量化肥，化肥投入量大，每年單位耕地面積化肥投入量為世界平均水平的3倍多，使得我國(guó)化肥的利用率比較低下。

自動(dòng)控制變量施肥播種是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是以3S技術(shù)為核心，利用DGSP精確定位測(cè)得農(nóng)田內(nèi)各小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長(zhǎng)的環(huán)境因素的空間和時(shí)間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，然后根據(jù)各小區(qū)作物的不同需求，來(lái)決定實(shí)際需要的投入（種子、化肥、農(nóng)藥、灌溉用水等），以獲得**佳產(chǎn)出，獲取**大經(jīng)濟(jì)效益。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是發(fā)達(dá)國(guó)家**新農(nóng)業(yè)科技成果，具有前瞻性的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，21世紀(jì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

自動(dòng)控制變量施肥播種可以根據(jù)土壤特性、谷物產(chǎn)量圖、田間大地高程、作物品種、當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等，通過(guò)專家決策系統(tǒng)，制定變量施肥數(shù)字地圖，并將變量數(shù)據(jù)輸入到變量施肥播種機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變量控制?？稍诂F(xiàn)有農(nóng)業(yè)資源和生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，節(jié)約化肥，提高農(nóng)業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

以黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中心為技術(shù)依托，黑龍江農(nóng)墾總局2002年在黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)建立“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范試驗(yàn)”基地，從美國(guó)CASE公司引進(jìn)整套精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，建立區(qū)域自主式DGPS糾偏差分站，進(jìn)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范，取得了初步試驗(yàn)效果。

黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)研究中心有關(guān)人員，于2002年9月使用手持式Ag132型GPS到友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地（160ha）進(jìn)行DGPS定位土壤取樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，為友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地變量施肥播種農(nóng)業(yè)專家決策提供依據(jù)。土壤取樣采用網(wǎng)格法，利用自編的軟件在網(wǎng)格地圖上標(biāo)記出取樣點(diǎn)的經(jīng)緯度。取樣過(guò)程中使用AG132型DGPS接收機(jī)，按照編號(hào)及坐標(biāo)，在田間使用網(wǎng)格圖逐一找到取樣格中心，在格子中心周圍（3～30m）范圍內(nèi)取15個(gè)土樣進(jìn)行混合作為此格的土樣，做好標(biāo)記，用于土壤化驗(yàn)分析。2號(hào)地共取了99個(gè)土樣。根據(jù)標(biāo)有地理位置參數(shù)的土壤化驗(yàn)結(jié)果，利用CASE公司提供的AFS的軟件形成土壤養(yǎng)分層圖。五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地速效氮分布如圖1所示、速效磷分布如圖2所示、速效鉀分布如圖3所示、有機(jī)質(zhì)含量分布如圖4所示。PH值圖因本文篇幅有限，未給出。

圖1  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地速效氮分布圖          圖2  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地速效磷分布圖

圖3 五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地速效鉀分布圖          圖4  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地有機(jī)質(zhì)含量分布圖

在黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)的配合下，在黑龍江省友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地進(jìn)行了基于DGPS定位的變量施肥播種試驗(yàn)，2號(hào)地面積為130公頃（約為1950畝），地塊長(zhǎng)約1700米，地塊寬約800米，形狀為斜長(zhǎng)方形，地塊比較平整，海拔高度約為74米左右。

播種作物為大豆，品種為紅豐11，設(shè)計(jì)畝播種量為100kg/hm²，設(shè)計(jì)施用磷酸二銨125kg/hm²、尿素40kg/hm²、氯化鉀25kg/hm²，合計(jì)施肥190kg/hm²，空氣種肥車有三個(gè)種肥箱，一箱裝入大豆種子，二箱裝入磷酸二銨和氯化鉀，三箱裝入尿素。

  變量施肥播種處方圖需在播種前在計(jì)算機(jī)上利用Case IH AFS 軟件制作生成，根據(jù)地塊土壤有效氮的分布圖制作生成尿素的施肥處方圖層，根據(jù)地塊土壤有效磷的分布圖制作生成磷酸二銨和氯化鉀的施肥處方圖層，生成種肥處方文件（擴(kuò)展名為pre），存入PCMCIA數(shù)據(jù)卡（FLASH卡容量為32M）中。并制作地塊名文件（擴(kuò)展名為fld）和標(biāo)記名文件（擴(kuò)展名為tgd），存入PCMCIA數(shù)據(jù)卡中。

圖5 五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地尿素施用決策圖          圖6  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地磷鉀施用決策圖

變量施肥播種機(jī)采用美國(guó)凱斯（CASE）公司生產(chǎn)的Flexi coil變量施肥播種機(jī)，由STX375型橡膠履帶式拖拉機(jī)牽引，變量施肥播種機(jī)由空氣輸送式種肥車和ST820型播種機(jī)組成的變量施肥播種機(jī)組。播種機(jī)采用平播方式，開(kāi)溝器為44個(gè)，行距為36.6cm，幅寬為16.1m。

    播前進(jìn)行種子、肥料排量校準(zhǔn)，隨車攜帶有3個(gè)校準(zhǔn)工具筒（3個(gè)種肥箱每箱1個(gè)），校準(zhǔn)工具筒中有1個(gè)布袋和1個(gè)20公斤量程的彈簧稱用于種肥排量校準(zhǔn)?？諝夥N肥車一箱大豆的校準(zhǔn)數(shù)為78.5，二箱磷酸二銨和氯化鉀的校準(zhǔn)數(shù)為100.0，三箱尿素的校準(zhǔn)數(shù)為57.4。距離校準(zhǔn)數(shù)為397?？諝饬髁啃?zhǔn)，播種采用種、肥分送的雙管輸送，一箱空氣閥門設(shè)為6，二箱空氣閥門設(shè)為8（全開(kāi)），三箱空氣閥門設(shè)為6，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為（4500～4700）rpm。

播種作業(yè)速度為（6～7）km/h，播種作業(yè)效率比較高，工作效率為10hm²/h，油耗（6～7）l/h。加種加肥采用液壓驅(qū)動(dòng)升運(yùn)器（提升攪龍）加注，加種加肥時(shí)間平均為20min。友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地130公頃（約為1950畝）播種用了3天時(shí)間（包括播種機(jī)播前調(diào)整時(shí)間）。

    變量施肥播種控制方式有手動(dòng)和處方圖自動(dòng)控制兩種，手動(dòng)控制可在預(yù)先設(shè)置的肥量基礎(chǔ)上隨時(shí)進(jìn)行增減播量，增減幅度可以進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。處方圖自動(dòng)控制需在將PCMCIA數(shù)據(jù)卡插入變量施肥播種機(jī)控制器中，在變量控制監(jiān)視器上選擇地塊處方文件和種肥箱所對(duì)應(yīng)的控制播種、施肥的處方圖層。

    在播種施肥過(guò)程中，變量控制器可以自動(dòng)記錄變量施肥播種信息，把實(shí)際的播種量、施肥量，機(jī)組行走的路線、作業(yè)時(shí)間等記錄在PCMCIA數(shù)據(jù)卡中地塊的記錄文件（文件名為：*.log）中，便于用戶查看實(shí)際的變量施肥播種情況。友誼農(nóng)場(chǎng)五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地尿素施用記錄如圖7所示、磷鉀施用記錄如圖8所示。

圖7  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地尿素施用記錄圖            圖8  五分場(chǎng)二隊(duì)2號(hào)地磷鉀施用記錄圖

 

    凱斯（CASE）公司生產(chǎn)的Flexi coil變量施肥播種機(jī)技術(shù)先進(jìn)，變量施肥播種驅(qū)動(dòng)裝置采用電液伺服馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。三箱（種子、化肥）可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)變量控制，變量控制比較準(zhǔn)確。

空氣輸送式變量施肥播種機(jī)由4個(gè)種肥輸送總管輸送，每個(gè)肥料輸送總管經(jīng)過(guò)分配器分配到11個(gè)種肥支管，然后送入土壤中。種子輸送與肥料輸送方式基本相同，其44個(gè)排種肥口的單口排量之

間會(huì)存在微小偏差（約為2%左右）。播種采用雙條形播種方式，播種均勻性較國(guó)產(chǎn)精量播種機(jī)（氣吸式或窩眼輪式）低。由于變量施肥播種機(jī)采用整體仿性，作業(yè)幅寬大（16.1米），要求土地平整，否則各行播種深度將有一定的差異，影響大豆出苗的一致性。

[1] 王智敏.精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與GPS.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2002.14(1):29～31

[2] 王熙,王新忠,王智敏等.基于GPS的收獲機(jī)產(chǎn)量監(jiān)視儀試驗(yàn)研究.農(nóng)機(jī)科技推廣,2002.3(1):26～27

[3] 王新忠,王熙,王智敏. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與變量施肥技術(shù).黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2002.14(4):25～27

[4] 王熙,王智敏,莊衛(wèi)東等.DGPS在友誼農(nóng)場(chǎng)土壤取樣中的應(yīng)用.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2003.15(1):44～46

[5] 莊衛(wèi)東,劉振東,王熙.GPS數(shù)據(jù)處理及其單點(diǎn)定位精度研究. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2003.15(2):51～53