學術堂首頁 | 文獻求助論文范文 | 論文題目 | 參考文獻 | 開題報告 | 論文格式 | 摘要提綱 | 論文致謝 | 論文查重 | 論文答辯 | 論文發表 | 期刊雜志 | 論文寫作 | 論文PPT
學術堂專業論文學習平臺您當前的位置:學術堂 > 農學論文 > 農業基礎科學論文

果園施肥機械國內外發展現狀與問題

時間:2020-01-14 來源:新疆農機化 作者:郭振華,陳換美,伊海濤 本文字數:6952字

  摘    要: 林果業是我國農業的重要組成部分,產量長期位居世界前列。果園的施肥方法和施肥效率直接關系到林果的產量和質量。提高果園施肥效率是增加林果產量和質量的重要途徑。目前,我國許多地區果園施肥采用人工的方法,施肥機械的發展遠遠滿足不了果園技術要求,果園施肥技術亟待提高。文章對當前國內外存在的果園開溝施肥機技術進行分析比較,總結現有開溝施肥機具的特點。通過分析,對開溝施肥機未來發展趨勢進行展望,未來施肥技術將逐漸向智能化、精準化方向轉變,在追求效益最大化的同時,會更加注重對環境的保護和資源的節約。

  關鍵詞: 果園; 開溝施肥; 存在問題; 展望;

  Abstract: The fruit industry is an important part of China's agriculture, and its output has been in the forefront of the world for a long time. The fertilization method and fertilization efficiency of the orchard are directly related to the yield and quality of the fruit.Increasing fertilization efficiency in orchards is an important way to increase the yield and quality of forest fruit. At present, the artificial fertilization method in orchards in many areas of China, the development of fertilizing machinery can not meet the technical requirements of orchard, and the fertilization technology of orchard needs to be improved. This paper analyzes and compares the existing orchard dredging machine technology at home and abroad, and summarizes the characteristics of existing ditching and fertilizing equipment. Through analysis, the future development trend of the trenching fertilizer machine is forecasted. It is believed that the fertilization technology will gradually change towards the direction of intelligence and precision. While pursuing the maximum benefit, it will pay more attention to environmental protection and resource conservation.

  Keyword: Orchard; Trenching and fertilization; Problems; Prospect;

  0 、引言

  林果業是我國農業的重要組成部分,產量長期位居世界前列。當前,我國許多地區果園開溝、施肥等工作還采用人工作業的方式,人工作業方式不僅效率低,還很難根據果樹個體把控施肥量,造成了肥料的浪費和環境的污染。隨著人力成本的上升和農村勞動力的轉移,果園作業中的用工矛盾逐漸顯露,對我國林果業的長期健康發展產生一定的影響。發展高效的果園施肥機械夠有效緩解勞動力緊張、降低生產成本、提高生產效率,對林果產業的健康發展具有積極推動作用。

  1、 果園合理施肥的必要性

  果園施肥是林果生產中非常重要的作業環節,對提高林果質量和增加林果產量起著重要作用。當前,果園施肥作業方式存在一些不科學的問題,如連年淺施有機肥、有機肥施入過深和化肥撒施等問題。在水果的生長過程當中,其養分來源除了空氣中的C、H、O外,還包括土壤中的N、P、K等眾多元素[1],不科學的施肥方式會影響果樹對營養的吸收,進而造成水果品質的下降。
 

果園施肥機械國內外發展現狀與問題
 

  隨著人民生活水平的提高,人們對水果已經從溫飽需求逐漸向品質需求轉變。高品質的水果要求合理科學的施肥方式,不當施肥會嚴重影響水果品質。例如,適量氮肥可提高果實含糖量,但過多的氮肥會造成水果中硝酸鹽含量過高;適量磷肥可以提高林果產量,提高其品質,但磷肥過量會造成果實中糖及維生素C含量的降低[1]。當前,我國果農的施肥方式主要還是人工施肥,施肥過程中習慣于將肥料撒于果樹根部,然后淺翻。這種方式施肥淺,長期作業,容易造成根系上浮,有損根系發育,還會造成肥料流失,降低了肥料的使用效率。另外,在施肥過程中,果農使用的肥料品種不合理,也容易造成土壤性質退化,影響水果品質。

  因此,果園的合理施肥對提高林果產量、提升水果品質顯得非常重要。研究高效的果園施肥機械是解決果園施肥效率低、施肥不合理的有效途徑之一。

  2、 國外發展現狀

  歐美等發達國家對果園開溝施肥機研究起步較早,以美蘇為代表從上世紀四五十年代起就開始大力發展農業機械化,經過半個多世紀的發展,現在技術較為成熟,農機與農藝結合較好,再加上果園的標準化程度高,現階段其果園開溝施肥作業現代化水平很高[2]。為保證農業機械化的發展,歐美等發達國家出臺了一系列相關政策和法規,如美國的《農業法》,德國的《土地整理法》,日本的《農業機械化促進法》等,并在不同階段經過多次修訂,以保證其適應性。上述措施的實施都極大的促進了這些國家的農業機械化水平的發展。國外的果園開溝施肥機取得了很好的發展。

  國外對施肥技術的研究起步較早,當前比較前沿的施肥技術包括變量施肥、分層施肥、測土配方施肥等。變量施肥技術是將土壤特性、病蟲害、天氣狀況等因素與作物的生長過程相結合,在增產、保質的情況下,做到環保施肥的新施肥技術。測土配方施肥技術是結合作物生長地土壤營養特性和作物生長吸肥特性兩方面因素,在科學技術支持下,將氮磷鉀等肥料成分按比例配合的施肥技術。該技術在歐美國家已得到廣泛推廣,美國85%的作物已經采用該技術施肥,日本和英法等國也制定了較規范的管理機制。

  開溝機的選用主要根據果園面積、種植地形、所處區域來綜合確定。對于種植面積較大,地勢平坦的果園,為了保證作業效率及質量,一般選用大型開溝機作業。如威猛公司研制的RT450,最大作業深度150cm,作業寬度15~30cm[3]。蘇聯生產的a Ty-161系列,最大作業深度160cm,寬度20-40cm之間[4]。對于位于山地丘陵的果園,由于其地形條件限制,大型開溝機械無法進行作業,因此需要一些小型開溝機械。如日本生產的C-15作業機,機型結構緊湊,作業所需功率13kW,作業深度120cm,該機能夠適應山地丘陵等地形條件惡略的果園[2]。

  美國DIRCHWITCH生產的開溝機有徒步式小型開溝機、緊湊式載人開溝機、重型開溝機等,各種類開溝機又由多種型號組成。其開溝機開發有溝深自動監測系統,能夠實現對溝深的精準控制[5]。美國Vermeer公司生產的開溝機已形成一定規模,其產品遍及全球60多個國家,產品主要分為中間安裝式、大型履帶式和偏置式三大系列。應用比較好的主要是RT450和RT650,前者匹配的功率是37.3kW,開溝深為1.5 m,溝寬為0.1~0.3 m;后者匹配的功率是56.7kW,開溝深為1.5 m,溝寬為0.4 m。兩者均采用靜液壓驅動,能夠適用于惡劣的工作環境,并且工作效率高。世界知名的農業機械生產商VERMEER公司生產的開溝機形式多樣,功耗從幾千瓦到幾百千瓦,如RT130鏈式開溝機,作業功耗9.7kW,最大開溝深度可達914mm,采用液壓驅動系統,不僅能夠有效延長機具壽命,還可以提高作業效率。有些開溝機還配備計算機輔助控制系統,如RTX750開溝機[6],能夠自動根據作業狀況改變進刀量、調整開溝角度、躲避障礙物等。

  意大利、日本、韓國等以丘陵山區為主的國家受丘陵山區道路條件的限制以及果園地形起伏較大等原因,其果園開溝多采用小型開溝機,配套動力多在2.2-5.1k W之間。日本在開溝機的研究上取得了一定的成績,主要機型有LT-800、C-15和F-75型,開溝深度可達80 cm,溝寬在15~40cm之間。日本在小型開溝機上發展較為成熟,且多采用先進技術,如安裝有能夠在果園低矮環境中自動避讓樹干等干擾的裝置等。其生產的LT系列、C系列和F系列開溝機均較為先進,其中LT-800鏈式開溝機,其配備動力3.8k W,整機結構緊湊,能夠在丘陵山區果園低矮狹窄的環境中作業,開溝深度最大可達80cm,寬度27cm[6]。由于追求結構小巧、低功耗等,日本果園開溝機多采用單工序作業,即一次作業完成一道工藝過程,果園開溝施肥需要不同的農業機械來完成。

  近年來,歐美等發達國家的果園開溝在實現機械化作業的基礎上,正在向智能化、現代化方向發展。例如有些公司研制的果園開溝施肥機可利用傳感器、人工神經網絡等技術進行對靶精準施肥,且其開溝機上安裝有避讓裝置,可以實現自動避障功能。還有些公司利用施肥量可變技術實現了精量排肥。在開溝機上安裝各種傳感器和智能處理系統,通過3S技術對果樹、土壤進行實時檢測,計算出施肥配方,從而完成對果樹的精準施肥。

  從國外開溝機的研究情況來看,國外開溝機具有專業化、系列化、標準化、多樣化等特點,但國外開溝機的通用性不強,只具有開溝單項功能,而且開溝機型比較龐大,不適用于我國的果園作業。

  3、 國內發展現狀

  近年來,我國農業機械在產業升級和農村勞動力大規模向城市轉移的大背景下也取得了長足的發展。針對果園開溝施肥等亟待解決的實際問題,國內高校、研究單位投入大量工作,研制出多種機型,其中一些機型已經應用于農業生產,取得了一定效益。

  金華市農業機械研究所的張加清[7]等針對大棚果園的情況研制出1KF-20型開溝深施肥機(圖1)。該機主要由底盤、變速箱、開溝刀盤、肥料箱、排肥機構、覆土器等部分組成,整機動力由柴油機提供,經變速箱傳遞至行走機構和開溝刀盤。工作原理:動力傳遞至行走機構,行走機構牽引整機前行;動力的一部分經變速箱傳遞至刀盤機構,刀盤機構在機架后方負責開溝工作,同時通過鏈傳動帶動施肥機構將肥料經施肥管排至溝底,最后由覆土刮板將溝填埋,整個作業過程實現開溝、施肥、覆土聯合作業。該機整體布局合理,結構緊湊,同時實現開溝、施肥、覆土三項作業,具有效率高、省工省力的特點。

  圖1 1KF-20型開溝深施肥機結構示意
圖1 1KF-20型開溝深施肥機結構示意

  1.土壤2.覆土刮板3.排肥器4.排肥管5.肥料箱6.刀盤軸7.開溝盤8.變速箱9.土壤10.動力底盤11.動力

  江西省農業機械研究所萬偉紅、黎子明等[8]研制成功油茶專用施肥機(圖2)。該機的工作原理:采用旋轉開溝的方式,利用旋耕刀順銑的方式對土壤進行切削,同時利用刀盤的旋轉速度將土塊拋起進行二次破碎,以達到破土碎土的目的;開溝的同時,施肥裝置對所開溝槽進行施肥作業,施肥裝置采用地輪帶動槽輪轉動的方式進行排肥。為保證施肥量,該機采用左旋與右旋相結合的雙攪龍葉片裝置,可以實現對排肥量的有效控制,最后由覆土鏟對施肥后的溝槽進行覆土作業。這種機型可以一次完成開溝、施肥、覆土三項作業,具有工作可靠,仿形性好,在南方的油茶林有較高的推廣價值和應用前景。

  西北農林科技大學的韓冰、劉斐等[9]設計一種果園挖坑施肥機(圖3)。該機采用后懸掛方式懸掛于拖拉機后方作業,由拖拉機后動力輸出軸經傳動軸將動力傳至施肥機變速箱,再經齒輪傳動分別將動力傳至鉆孔裝置和排肥裝置。工作時,螺旋鉆旋轉將土壤由地下提升至土壤收集器,收集器中的土壤與施肥裝置中的肥料混合,一起回填入鉆孔中,實現鉆孔、施肥、覆土一體化作業。該機在挖坑的同時實現了肥料與土壤的有效混合,提高了肥料利用率。

  圖2 油茶開溝施肥機結構示意
圖2 油茶開溝施肥機結構示意

  1.開溝刀盤2.傳動機構3.懸掛機構4.肥箱5.攪龍裝置6.鎮壓輪7.地輪8.鏟刀

  圖3 果園挖坑施肥機示意
圖3 果園挖坑施肥機示意

  1.排肥箱2.機架3.鏈條4.大鏈輪5.齒輪箱6.傳動軸7.上懸掛板8.下懸掛板9.土壤收集器10.挖穴鉆頭11.排肥管12.小鏈輪13.排肥器總成

  山東農業大學的劉中正等[10]針對溫室的獨特環境設計出一種自走式施肥播種覆膜一體機(圖4)。工作原理:作業時,由可巡航定速器設定好前進速度,蓄電池提供動力,帶動行走輪轉動前進;開溝器破土開溝,行走輪轉動通過鏈傳動機構帶動施肥裝置中的自動排肥器和播種裝置中的自動排種器轉動,將肥料和種子落進肥溝和種溝當中,完成施肥排種;后面的覆土器對入溝的肥料和種子進行填土覆蓋,鎮壓輪對覆蓋后的肥料和種子進行松土鎮壓,覆膜機構對鎮壓后的肥料和種子進行覆膜,全部作業完成。該機主要應用于溫室大棚作業,具有轉彎半徑小、操作靈活、工作平穩等特點,可實現一次完成開溝、施肥、覆土等多項作業,具有工作效率高,勞動強度低等特點,具有一定的推廣價值。

  浙江機電職業技術學院祝勇仁[11]設計的果園開溝深施肥機(圖5)由大中型柴油機提供動力,可以完成開溝、施肥、覆土等多項作業。動力由柴油機輸出至變速箱,經變速箱分配至行走輪、開溝裝置和施肥裝置。工作原理:施肥機前端開溝裝置入土開溝,實現開溝碎土功能,施肥裝置設有入料破碎器和下料粉碎器,能有效粉碎受潮化肥,使下料更均勻。覆土鏟在機器行走過程中實現覆土功能,通過調節地輪拉桿可以調整開溝深度。該機具有溝型規范、拋土均勻、回土平整、開溝深淺可調等眾多優點,在降低勞動強度的同時大大提升了生產效率。

  圖4 溫室自走式施肥播種覆膜一體機結構示意
圖4 溫室自走式施肥播種覆膜一體機結構示意

  1.機架2.開溝器3.覆土器4.鎮壓輪5.覆膜機構6.可巡航定速器7.播種裝置8.施肥裝置9.蓄電池10.行走輪11.鏈傳動機構

  圖5 果園開溝深施肥機結構示意
圖5 果園開溝深施肥機結構示意

  1.機架2.動力3.變速箱4.固定架5.施肥箱6.扶手7.曲柄螺栓8.拉桿9.地輪10.覆土鏟11.擋板12.開溝盤13.破土鏟14.行走輪

  圖6 果園有機肥開溝施肥覆土一體機結構示意
圖6 果園有機肥開溝施肥覆土一體機結構示意

  1.機架2.行走輪3.輸肥馬達4.減速器5.開溝幅寬調節裝置6.開溝深度調節裝置7.開溝器8.施肥擋板9.覆土輪10.施肥帶11.肥箱支撐裝置12.施肥機構13.肥箱14.施肥馬達15.肥箱開度調節機構16.下肥口17.肥箱18.肥箱支架19.輸肥鏈條

  石河子大學畢新勝等[12]針對新疆果園矮化密植的種植模式,開發出集開溝、施肥、覆土多功能于一體的有機肥開溝施肥覆土機(圖6),該機主要由機架、肥料箱、施肥機構、開溝覆土機溝、液壓控制機構等部分組成。工作原理:該機工作時采用拖拉機牽引的方式前進,整個機組動力由拖拉機輸出軸經萬向聯軸器傳遞至齒輪箱,再由傳動機構傳遞至施肥機構、開溝機構等執行機構;作業前根據果園種植模式調整好開溝裝置間距離和開溝深度等參數,作業過程中可根據實際情況通過調整施肥馬達轉速的方式實現施肥量的調控,施肥馬達帶動施肥帶將肥料送至開好的溝內;最后,由覆土裝置將土填回溝內實現覆土作業。

  4、 當前果園施肥機械存在的問題

  隨著果園施肥機的不斷研發,出現了許多應用于不同環境的機型,滿足了不同地形果園的施肥要求。果園施肥機的出現也極大地降低了果農的勞動強度,提高了果園施肥效率,緩解了果園勞動力日益短缺的問題。但是,當前的果園施肥機械仍然存在一些問題:

  (1)肥料與土壤不能均勻混合,肥料利用率低,F在的果園施肥機械,不論是開溝施肥還是挖穴施肥機,對果實所施加的肥料都位于所開溝槽或所挖坑的底部,肥料不能分布在所開溝槽或所挖坑的整個空間中。研究表明:全層混施的施肥方式要比底層施肥有著更小的損失率,因此現在的果園施肥機械所采用的施肥方法仍然存在肥料利用率較低的問題。

  (2)果園挖穴施肥機雖然可以在果樹周圍挖穴施肥,但目前國內使用的挖穴施肥機僅能完成機械鉆孔,施肥過程仍是由人工完成的,并且無法控制施肥量的多少,整個作業過程成本較高、生產效率低、勞動強度大。雖然有一小部分可以實現果樹定量施肥,但推廣性不強,適用范圍小,且不能采用機械化的方法施加像廄肥一樣的有機肥。

  (3)果園開溝施肥機基本上都是針對特定果樹施肥生產的,通用性不強;功耗和油耗較大,不夠經濟環保。雖然有些果園開溝施肥機構被設計成偏置機構的形式,但并沒有完全解決偏置式開溝機的自動偏擺問題。

  (4)果園施肥機大多采用外槽輪式排肥裝置,只適合施顆粒肥,不能滿足有機肥的施肥要求,且外槽輪易堵塞,不容易清洗,有些施肥機械達不到果園對施肥深度的要求。

  5、 展望

  我國果園種植規模不斷擴大,果園的機械化程度也在不斷提高,果園施肥機械得到了快速的發展。隨著科學技術及人們生產觀念的轉變,施肥技術逐漸在向智能化、精準化方向轉變,人們在追求效益最大化的同時,也更加注重對環境的保護和資源的節約。果園施肥機械將朝著自動化、智能化的方向發展。全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)和傳感器技術的綜合應用將使施肥機械能夠將果樹的大小、樹冠形狀等信息傳至可變速率技術(VRT)系統,通過決策軟件對果樹生長狀況進行判斷從而能夠根據果樹個體狀況施肥,最終達到降低成本、提高效益、避免環境污染的目的。

  參考文獻

  [1]劉彪,肖宏儒,宋志禹,等.果園施肥機械現狀及發展趨勢[J].農機化研,2017,39(11):263-268.
  [2]王攀,李果,吳先兵,等.我國果園開溝機的研究現狀與發展思路[J].農業裝備與車輛工程,2015,53(7):30-33.
  [3]葉強,梅婷,李仲愷,等.林果園開溝機研究現狀[J].農業裝備與車輛工程,2013,51(5):18-22.
  [4]吉俊寶,樊啟洲,張衍林.基于微型開溝機的施肥覆土裝置設計[J].華中農業大學學報,2013(4):122-125.
  [5] Mercer M. A different kind of Ditch Witch:New line of miniexcavators allow company to offer one-stop shop approach to contractors-industry news-Charles Machine Works[J]. Diesel ProgressNorthAmerican.,2003(Sept).
  [6]吉俊寶.山地柑橘園開溝施肥機的設計與研究[D].華中農業大學,2013.
  [7]張加清,劉麗敏,陳長卿,等.大棚果園開溝深施肥機的設計研究[J].農機化研究,2012,34(6):58-60.
  [8]萬偉紅,黎子明.油茶專用施肥機研制與試驗[J].農業工程,2014,4(2):71-74.
  [9]韓冰,劉斐,慕軍營,等.一種果園挖坑施肥機結構設計[J].農機化研究,2015(3):123-125.
  [10]劉中正,玄冠濤,邵園園,等.溫室自走式施肥播種覆膜一體機的設計與試驗[J].農機化研究,2016,38(8).
  [11]祝勇仁.果園開溝深施肥機結構設計[J].農機化研究,2017,39(12):102-106.
  [12]王向陽,畢新勝,王劍.果園有機肥開溝施肥覆土機的設計與試驗[J].新疆農機化,2018,190(04):7-9.

    郭振華,陳換美,伊海濤,李東振.果園施肥機械研究現狀與展望[J].新疆農機化,2019(06):22-25+31.
    相近分類:
    • 成都網絡警察報警平臺
    • 公共信息安全網絡監察
    • 經營性網站備案信息
    • 不良信息舉報中心
    • 中國文明網傳播文明
    • 學術堂_誠信網站
    顶呱刮中奖彩票