果园肥料深施机研究现状与发展趋势

果园肥料深施机研究现状与发展趋势

袁全春ꎬ徐丽明ꎬ邢洁洁ꎬ段壮壮ꎬ马㊀帅ꎬ于畅畅

(中国农业大学工学院ꎬ北京㊀１０００８３)

摘㊀要:果园肥料深施作业劳动强度大ꎬ目前存在劳动力短缺㊁劳动力成本不断提高的问题ꎮ果园施肥机械化需求越来越高ꎬ而我国现有果园肥料深施机远远满足不了果园对施肥机械的要求ꎮ为此ꎬ阐述了国内外果园肥料深施机的主要类型㊁作业原理及特点ꎬ介绍了果园肥料深施机的发展现状ꎬ并指出了现有机型存在的问题ꎬ展望了果园肥料深施机的发展趋势ꎮ

关键词:果园ꎻ肥料深施机ꎻ问题ꎻ趋势

中图分类号:Ｓ２３３.７４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０１９)０６－０２５８－０７

０㊀引言

目前ꎬ我国水果种植面积和产量均已位于世界前列[１]ꎮ水果产量和品质的一个重要影响因素就是果园的施肥技术ꎬ要想提高水果的产量和品质ꎬ就要提高对果园施肥环节的要求ꎬ尤其是秋季的深施肥ꎮ我国大部分果园的秋季深施肥作业都由人工完成ꎬ先人工挖沟ꎬ再把肥料施到沟中ꎬ最后将土填回沟里[２－３]ꎮ人工施肥劳动强度大㊁效率低㊁费时费力[４]ꎬ且不容易控制施肥量ꎬ造成肥料的浪费ꎬ已不适应现代果园施肥管理环节的要求[５]ꎮ果园对果树机械化深施肥技术的要求也越来越高ꎬ为了提高我国果树肥料深施的机械化水平ꎬ研究适合我国果园施肥模式的果园肥料深施机械迫在眉睫[２]ꎮ本文阐述了国内外果园肥料深施机的主要类型㊁作业原理及特点ꎬ介绍了果园肥料深施机的发展现状ꎬ并指出了现有机型存在的问题ꎬ展望了果园肥料深施机的发展趋势ꎮ

１㊀国外果园肥料深施机的研究现状

国外果园施肥机械主要有液态施肥机㊁圆盘撒肥机和肥料深施机ꎮ液态施肥机是通过喷头直接将液态肥料施于土壤表面或通过注射头将液态肥料注入土壤中ꎬ如图１(ａ)所示ꎮ圆盘撒肥机是通过旋转的圆盘将固体颗粒肥料均匀地抛撒在土壤表面的机械ꎬ收稿日期:２０１８－０１－０６

基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金项目(ＣＡＲＳ－２９)

作者简介:袁全春(１９９３－)ꎬ男ꎬ山东临沂人ꎬ博士研究生ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｙｑｃｍａｉｌ＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ

通讯作者:徐丽明(１９６９－)ꎬ女ꎬ山东蓬莱人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｘｌｍｏｆｆｉｃｅ＠１２６.ｃｏｍꎮ如图１(ｂ)所示ꎮ肥料深施机能将肥料施入植株根系以下ꎬ图１(ｃ)为意大利Ｍａｇｇｉｏ公司设计的一种ＣＦ３－

Ｍ耕作机ꎬ主要用于葡萄园各个阶段的施肥作业ꎬ专门用于地下和局部施肥ꎬ不仅适用于不同土壤质地ꎬ而且可以调节施肥间距ꎮ该机有３个固定的施肥铲ꎬ开沟深度范围为０.１~０.５ｍꎻ肥箱由肥料计量系统组成ꎬ具有打开和关闭出口ꎬ通过机械结构自动启闭ꎻ缠绕式搅拌器系统通过液压实现不同转速的调节ꎬ进而实现混合肥料的搅拌ꎬ使施肥均匀ꎻ带刻度尺的调节器用来调节施肥量[６]ꎮ近年来ꎬ欧美发达国家的果园肥料深施机械向智能化㊁自动化方向发展ꎬ有的施肥机利用传感器㊁人工神经网络等技术进行对靶精准施肥[７]ꎻ有的利用施肥量可变技术实现了精量排肥[８]ꎻ有的则安装各种传感器和智能处理系统ꎬ通过３Ｓ技术对果树㊁土壤进行实时检测ꎬ计算出施肥配方ꎬ从而完成对果树的精准施肥[９]ꎮ

２㊀国内果园肥料深施机的研究现状

近几年ꎬ我国对果园肥料深施机的研究有了较大的发展ꎬ目前现有的果园肥料深施机种类繁多ꎬ基本分为挖坑施肥机㊁圆盘开沟施肥机㊁链式开沟施肥机㊁立式破土施肥机和振动深施机等５类机型ꎬ各有各的特点和不足ꎮ

２.１㊀挖坑施肥机研究现状

２０１０年ꎬ山东农业大学的韩大勇等设计的自走式新型果树施肥机ꎬ如图２所示[１０]ꎮ整机作业以液压为动力ꎬ钻头一边旋转一边竖直向下移动进行钻孔作业ꎬ同时挖出的土壤顺着钻头被提升进入土壤收集器ꎬ然后排肥器向土壤收集器中施入定量的肥料ꎻ钻头反方向旋转ꎬ土壤收集器中的土壤和肥料流入坑

中ꎬ完成挖坑施肥作业ꎮ该机钻孔最大深度２５０ｍｍꎬ钻孔直径１００~２００ｍｍꎬ单穴最大施肥量１ｋｇꎬ肥箱容积５０Ｌꎮ该机能够实现绕果树环状钻孔定量施肥ꎬ减轻了果农劳动强度ꎬ但作业效率较低ꎮ

图１㊀国外果园施肥机械

１.土壤收集器㊀２.车架㊀３.油箱４.液压泵㊀５.肥料箱

６.发动机㊀７.蓄电池㊀８.行走轮㊀９.步进电机㊀

１０.排肥器㊀１１.钻头㊀１２.液压马达㊀１３.液压缸

图２㊀自走式新型果树施肥机结构示意图

２０１３年ꎬ新疆农业大学的张洪设计的密植果园挖穴施肥机ꎬ主要由挖穴装置㊁施肥装置和行走装置等组成ꎬ如图３所示[１１]ꎮ工作原理为:机具行走到作业地点ꎬ启动机器ꎬ挖穴钻头在旋转的同时慢慢靠近地面ꎬ将挖出的土壤抛到周围ꎻ当达到设定的深度时ꎬ将挖穴钻头提起ꎻ肥料顺着排肥斗流入穴中ꎬ机具前行ꎬ覆土板将土壤填回穴中ꎬ作业过程结束ꎮ该机挖穴时间最长为１６ｓꎬ最短为８ｓꎬ挖穴深度为０.４~０.６ｍꎬ挖穴直径为０.３~０.３１ｍꎬ排肥量为０.４ｋｇꎮ该机可以减轻果农作业强度ꎬ但提升电机采用碟刹的安全稳定性较差ꎬ且以电为动力续航能力差ꎮ１.油管㊀２.碟刹下油泵㊀３.绕线轮㊀４.绕线轴㊀５.升降电机㊀６.支撑架７.钢丝绳㊀８.挖坑电机㊀９.电机底板㊀１０.平型四杆机构㊀１１.肥料箱１２.挖穴钻头㊀１３.排肥斗㊀１４.Ｖ形覆土板㊀１５.主动轮㊀１６.挖穴电机１７.联轴器㊀１８.蜗杆蜗轮减速器㊀１９.机架㊀２０.蓄电池箱

２１.从动轮２２.碟刹上油泵㊀２３.控制台

图３㊀密植果园挖穴施肥机结构示意图

２０１４年ꎬ西北农林科技大学的韩冰等设计的一种果园挖坑施肥机ꎬ如图４所示[１２]ꎮ

１.排肥箱㊀２.机架㊀３.链条㊀４.大链轮㊀５.齿轮箱总成６.传动轴总成㊀７.上悬挂板㊀８.左右下悬挂板㊀９.土壤收集器

１０.挖穴钻头㊀１１.排肥管㊀１２.小链轮㊀１３.排肥器总成

图４㊀果园挖坑施肥机结构示意图

该机通过三点悬挂装置与拖拉机连接ꎬ拖拉机动力输出轴经过齿轮箱的作用带动钻孔装置和排肥装置旋转ꎬ分别实现钻孔和肥料的填加ꎮ工作过程中ꎬ螺旋钻钻孔的同时ꎬ通过螺旋钻的提升作用ꎬ将土壤