玉米施肥装备研究发展概述

沈卓群

（辽宁省农业机械化研究所，沈阳 110161）

不合理的施肥方式会导致肥料利用率降低，农业生产成本增加，并且多余的化肥会污染生态环境[1]。玉米作为我国主要粮食作物，在其种植和生长过程中通过科学合理施肥，能够有效提高玉米质量和产量。 肥料配比、施肥方式和施肥机械均影响施肥效果。 施肥量少则无法保证玉米植株良好生长，而施肥量多不仅会烧种，还会造成环境污染。对此，研制施用量准确且可实现氮、磷、钾等微量元素科学配比的施肥机械，对保障玉米高产稳产具有重要意义。随着精准农业和人工智能技术的发展，玉米施肥机械正在从单一性向多功能性、从机械化向智能化方向发展。 阐述玉米施肥机械主要类型及其特点，分析存在的问题，为玉米施肥机械的创新研制提供参考。

1 玉米施肥机械主要类型与特点

按照肥料类型， 玉米施肥机分为化肥施肥机、厩肥施肥机和液态肥施肥机；按照玉米施肥阶段，分为播种施肥联合作业机和中耕施肥机。随着精准农业概念的提出，变量施肥成为国内施肥领域的重点研究方向，一些科研院所和农机企业纷纷研制具有控制肥量功能的变量施肥机。

1.1 播种施肥联合作业机

播种施肥联合作业机用于种肥或一次性缓释肥的施播。 种肥为玉米提供生长初期所需要的营养，促进根系发育。 根据玉米生长需要应适时追肥，缓释肥为一次性施入，玉米生长中后期不需再施，这样可以减少作业量、节约成本和减轻污染。

应用播种施肥联合作业机作业时，播种与施肥同步进行，以条施为主。 常见的播种施肥联合作业机是在悬挂式机架上设置肥箱、排肥器、输肥管。由于种子与肥料施播在同一沟底，容易烧坏种子。 目前多数机型带有单独的施肥开沟器， 使肥料施于种子的侧下方。这样肥料会先溶解在土壤中，再被种子吸收利用。

排肥器的类型包括外槽轮式、水平星轮式、摆斗式、振动式、螺旋式等。 其中，外槽轮式排肥器施肥均匀且结构简单，调节肥量直观、准确，应用最广，适于流动性好的颗粒肥。 转动外槽轮式排肥器旋钮、调节槽轮工作长度，可以控制排肥量。 排肥器主要靠地轮或步进电机带动减速器作为驱动力。在地轮驱动模式中，地轮与排肥器传动轴之间通过多级链轮传动。 播种施肥联合作业机的施肥效果好、适应能力强，是应用广泛、技术成熟的玉米施肥机械。

1.2 中耕施肥机

中耕施肥是玉米生长过程中的关键环节，在玉米生长中起着重要作用[2]。 玉米种植中后期追肥能够有效提高作物产量，减少播种时基肥施用量，提高肥料利用率，降低土壤板结现象，增加玉米种植生产的综合效益[3]。中耕管理包括补苗、除草、追肥等作业，中耕施肥机可一次性完成施肥、深松和除草作业，且可根据需要调节行距、施肥深度和施肥量，用其代替传统中耕机械，能够实现多种作业同步完成，减少作业环节，提高作业效率。

中耕施肥机有开沟施肥和撒肥两种方式。用于开沟施肥的中耕施肥机带有开沟器，肥料通过输肥管施播至肥沟，再通过覆土板、镇压轮完成覆土与镇压。撒肥式中耕施肥机将肥料撒在耕地表面，再翻动土壤使肥料与土壤混合。

1.3 液态肥施肥机

液态肥包括液态化肥和液态厩肥。液态化肥主要为液氨和氨水，肥效快、价格低，但易挥发，需要施播在10～15 cm 深的窄沟内，并快速覆土镇压。

液态肥施肥机可用于中耕追肥，其主要由液肥开沟器、液肥箱、排液器、输液管组成。 排液器分为自流式和压力泵式。自流式排肥器通过开关控制关闭与肥料流出，排肥量不精确。 压力泵式排肥器可通过柱塞泵或离心泵精确控制排肥量， 且不受牵引速度影响，性能相对稳定。

1.4 变量施肥机

变量施肥可在满足玉米生长所需养分的同时，根据不同地块土壤情况来控制肥料用量。有些变量施肥机还能自动对不同肥料进行配比， 实现实时变量施肥。变量施肥可减少化肥使用量，减轻环境污染，保护土壤微生物，节约生产成本。 常见的变量施肥机为悬挂式，由拖拉机牵引，拖拉机顶部固定有GPS 或北斗卫星接收天线，驾驶室内安装了控制器主机，主要用于输入处方图和作业地块图。变量施肥机机架上安有测速雷达，可根据行进速度和处方图相应位置施肥量数值，由控制系统自动调节液压马达转速，通过控制排肥轮转速改变施肥量， 使实际施肥量与处方图一致。当前，国内变量施肥机械研究还处于发展阶段，现有变量施肥机性能不够稳定，适应性有待提高。

2 玉米施肥机械存在的问题

与很多发达国家相比，我国玉米施肥机械化技术相对落后， 导致化肥使用量大于作物实际需用量，进而造成面源污染、破坏土壤微生物活性和增加作物病虫害。 施肥机作业时需控制速度以确保施肥精度，这就要求农机驾驶员要有一定的经验。如果施肥作业速度过快，则开沟器易被秸秆堵塞；如果施肥作业速度过慢，则影响作业效率。

国内研发的玉米变量施肥机械可在行进速度不同的情况下保持稳定均匀的施肥量，或通过控制系统及时调节来实现变量施肥，但尚不具备根据测土结果在同一地块施用不同肥料的功能。 目前，玉米变量施肥技术尚不成熟，科学用肥量不易计算，定位系统精度易受影响，排肥精确度不够，自动化程度不高，达不到精确控制施肥的目标要求。 与发达国家相比，我国变量施肥技术还有较大差距。 美国、日本和欧洲部分国家的变量施肥技术发展较快，可以通过计算机视觉与光传感器直接监测作物所需养分并自动配比肥料，进而实现变量施肥， 但这种变量施肥机价格昂贵，且不适合我国耕地现状。我国玉米种植田块普遍较小且分田到户，真正适合大型施肥机械作业的规模地块较少，这制约着施肥机械向自动化智能化方向发展。

3 玉米施肥机械发展趋势

良好的施肥作业是玉米生产的可靠保证[4]，应用先进施肥机械，不仅可以改变传统施肥方式、避免肥料浪费和减轻环境污染，而且有助于提高玉米产量和增加农民收入。 在施肥机械研发过程中，应坚持农机与农艺相结合， 把施肥机械与施肥技术融合起来，着力提高肥料利用率，科学合理施肥。着眼未来，随着人工智能技术的发展，农业机械正向信息化、自动化、智能化方向发展，与此同时，精准农业也在逐步向作物生产管理精准化方向迈进。 作为精准农业的一部分，精准施肥能够根据肥料配比处方图并结合GPS 定位系统实现精准施肥，还可通过传感器实时监测作物及土壤养分含量， 据此进行肥料配比和实时精准施肥，是今后玉米施肥机械的发展方向。

此外，结合禁止焚烧秸秆、倡导秸秆还田的黑土地保护需要，有待研发适于秸秆大量覆盖条件、具有高通过性的免（少）耕播种施肥联合作业机，助力保护性耕作推进行动的实施。