黑龍江八一農墾大學   王熙  王智敏  王新忠  莊衛東  蔡德利  汪春

 

我國目前的農業生產比較落后，普遍存在資源利用率低，投入產出率低的現象。現有農業生產主要基于農業生產原料（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，使得我國化肥的利用率比較低下。

自動控制變量施肥播種是精準農業的一個重要組成部分，精準農業是以3S技術為核心，利用DGSP精確定位測得農田內各小區作物產量和影響作物生長的環境因素的空間和時間差異性信息，分析影響小區產量差異的原因，然后根據各小區作物的不同需求，來決定實際需要的投入（種子、化肥、農藥、灌溉用水等），以獲得**佳產出，獲取**大經濟效益。精準農業是發達國家**新農業科技成果，具有前瞻性的農業生產技術，21世紀農業發展的必然趨勢。

自動控制變量施肥播種可以根據土壤特性、谷物產量圖、田間大地高程、作物品種、當地的氣候條件等，通過專家決策系統，制定變量施肥數字地圖，并將變量數據輸入到變量施肥播種機自動控制系統中，實現自動變量控制。可在現有農業資源和生產水平的基礎上，提高農作物產量，節約化肥，提高農業綜合經濟效益。

以黑龍江八一農墾大學精準農業技術研究中心為技術依托，黑龍江農墾總局2002年在黑龍江省友誼農場五分場二隊建立“精準農業示范試驗”基地，從美國CASE公司引進整套精準農業機械設備，建立區域自主式DGPS糾偏差分站，進行精準農業試驗示范，取得了初步試驗效果。

黑龍江八一農墾大學精準農業技術研究中心有關人員，于2002年9月使用手持式Ag132型GPS到友誼農場五分場二隊2號地（160ha）進行DGPS定位土壤取樣進行化驗分析，為友誼農場五分場二隊2號地變量施肥播種農業專家決策提供依據。土壤取樣采用網格法，利用自編的軟件在網格地圖上標記出取樣點的經緯度。取樣過程中使用AG132型DGPS接收機，按照編號及坐標，在田間使用網格圖逐一找到取樣格中心，在格子中心周圍（3～30m）范圍內取15個土樣進行混合作為此格的土樣，做好標記，用于土壤化驗分析。2號地共取了99個土樣。根據標有地理位置參數的土壤化驗結果，利用CASE公司提供的AFS的軟件形成土壤養分層圖。五分場二隊2號地速效氮分布如圖1所示、速效磷分布如圖2所示、速效鉀分布如圖3所示、有機質含量分布如圖4所示。PH值圖因本文篇幅有限，未給出。

圖1  五分場二隊2號地速效氮分布圖          圖2  五分場二隊2號地速效磷分布圖

圖3 五分場二隊2號地速效鉀分布圖          圖4  五分場二隊2號地有機質含量分布圖

在黑龍江省友誼農場的配合下，在黑龍江省友誼農場五分場二隊2號地進行了基于DGPS定位的變量施肥播種試驗，2號地面積為130公頃（約為1950畝），地塊長約1700米，地塊寬約800米，形狀為斜長方形，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，設計畝播種量為100kg/hm²，設計施用磷酸二銨125kg/hm²、尿素40kg/hm²、氯化鉀25kg/hm²，合計施肥190kg/hm²，空氣種肥車有三個種肥箱，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算機上利用Case IH AFS 軟件制作生成，根據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（擴展名為pre），存入PCMCIA數據卡（FLASH卡容量為32M）中。并制作地塊名文件（擴展名為fld）和標記名文件（擴展名為tgd），存入PCMCIA數據卡中。

圖5 五分場二隊2號地尿素施用決策圖          圖6  五分場二隊2號地磷鉀施用決策圖

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

    播前進行種子、肥料排量校準，隨車攜帶有3個校準工具筒（3個種肥箱每箱1個），校準工具筒中有1個布袋和1個20公斤量程的彈簧稱用于種肥排量校準。空氣種肥車一箱大豆的校準數為78.5，二箱磷酸二銨和氯化鉀的校準數為100.0，三箱尿素的校準數為57.4。距離校準數為397。空氣流量校準，播種采用種、肥分送的雙管輸送，一箱空氣閥門設為6，二箱空氣閥門設為8（全開），三箱空氣閥門設為6，風機轉速為（4500～4700）rpm。

播種作業速度為（6～7）km/h，播種作業效率比較高，工作效率為10hm²/h，油耗（6～7）l/h。加種加肥采用液壓驅動升運器（提升攪龍）加注，加種加肥時間平均為20min。友誼農場五分場二隊2號地130公頃（約為1950畝）播種用了3天時間（包括播種機播前調整時間）。

    變量施肥播種控制方式有手動和處方圖自動控制兩種，手動控制可在預先設置的肥量基礎上隨時進行增減播量，增減幅度可以進行預先設定。處方圖自動控制需在將PCMCIA數據卡插入變量施肥播種機控制器中，在變量控制監視器上選擇地塊處方文件和種肥箱所對應的控制播種、施肥的處方圖層。

    在播種施肥過程中，變量控制器可以自動記錄變量施肥播種信息，把實際的播種量、施肥量，機組行走的路線、作業時間等記錄在PCMCIA數據卡中地塊的記錄文件（文件名為：*.log）中，便于用戶查看實際的變量施肥播種情況。友誼農場五分場二隊2號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  五分場二隊2號地尿素施用記錄圖            圖8  五分場二隊2號地磷鉀施用記錄圖

 

    凱斯（CASE）公司生產的Flexi coil變量施肥播種機技術先進，變量施肥播種驅動裝置采用電液伺服馬達，驅動轉矩較大。三箱（種子、化肥）可以實現同時變量控制，變量控制比較準確。

空氣輸送式變量施肥播種機由4個種肥輸送總管輸送，每個肥料輸送總管經過分配器分配到11個種肥支管，然后送入土壤中。種子輸送與肥料輸送方式基本相同，其44個排種肥口的單口排量之

間會存在微小偏差（約為2%左右）。播種采用雙條形播種方式，播種均勻性較國產精量播種機（氣吸式或窩眼輪式）低。由于變量施肥播種機采用整體仿性，作業幅寬大（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.精準農業與GPS.黑龍江八一農墾大學學報,2002.14(1):29～31

[2] 王熙,王新忠,王智敏等.基于GPS的收獲機產量監視儀試驗研究.農機科技推廣,2002.3(1):26～27

[3] 王新忠,王熙,王智敏. 精準農業與變量施肥技術.黑龍江八一農墾大學學報,2002.14(4):25～27

[4] 王熙,王智敏,莊衛東等.DGPS在友誼農場土壤取樣中的應用.黑龍江八一農墾大學學報,2003.15(1):44～46

[5] 莊衛東,劉振東,王熙.GPS數據處理及其單點定位精度研究. 黑龍江八一農墾大學學報,2003.15(2):51～53