电控螺旋杆输送式水稻侧深施肥机对比试验

胡鹤鸣 ，张洪铎 ，黄晶晶 ，高立婷 ，宋思明 ，李 明 1※，，王火焰

（1.湖南农业大学，湖南 长沙 410128；2.湖南省农用航空先进技术工程技术研究中心，湖南 长沙 410129；3.中国科学研究院 土壤研究所，江苏 南京 210008）

水稻是我国最主要的粮食作物，自2004年《中华人民共和国农业机械化促进法》颁布实施以来，水稻机械种植占比不断提高［1］。但目前水稻种植过程中，施肥作业的机械化率并不是很高，人工撒施占比较高，肥料在人工撒施经过风吹日晒造成挥发，肥料利用率低。而且肥料在水田中还存在随水流动流失的现象，造成肥料的大量浪费和环境的污染。［2］施肥的机械化是水稻生产全程机械化中的短板，暂时未得到充分认可与重视，需要高效、精准的水稻施肥技术和机械。

水稻侧深施肥技术，是指将肥料施于离苗行一侧3～6 cm、在地表下5～8 cm的位置。这样的施肥技术能有效避免肥料的流失情况，肥料用量减少了20%，水稻增产显著，农民收入增长。文章依据我国南方丘陵山地环境［3］，采用螺旋杆和有刷电机结合，开展螺旋杆式输送施肥技术的研究和整机开发，通过与传统风送式施肥机的对比试验，验证螺旋杆输送式侧深施肥机的可靠性。

1 螺旋杆输送式施肥机械的构想

传统的水稻侧深施肥机械主要采用风送式施肥方式［4］。肥料经过排肥过程后到达风送输肥装置，将具有一定压力的气体通入风送输肥管，风力将肥料施入土中［5］。风送式施肥存在施肥量调节性能差、肥料不能深施入泥的情况。主要原因是风送式施肥装置将肥料施入土中时，肥料在释放过程中还是大量接触水面，流失的问题依旧存在。

国内对侧深施肥机械的研究主要集中在排肥机构上。祝清震、施印炎等人对侧深施肥排肥装置做了深入的研究和试验［6-7］，应用EDEM软件对排肥器的性能进行了模拟试验，并应用3D打印技术打印排肥轮，进行了台架试验，排肥均匀性较优。但在施肥输送结构采用风送式输送，因此对肥料形状、大小及均匀性、含水率要求较高，当肥料吸湿性强时，会使肥料附着在排肥滚筒（槽轮）和排肥管中，容易造成堵塞，通常情况下要使用侧深施肥专用肥，而且施肥深浅不一。

因此，必须改变传统的施肥输送结构，避免肥料在施放过程中的损失，达到减施增产的效果。本文的螺旋杆输送式水稻侧深施肥机，采用的螺旋杆强力输送深施入泥，避免了肥料和水面的直接接触，并配备电控螺旋式采用传感器、闭环控制系统分别控制各行螺旋转速，肥料被螺旋杆深施入泥，使得螺旋杆输送式水稻侧深施肥机械的减施增产效果好，且排肥性能稳定、成本低，能够提高水稻施肥生产效率。

2 螺旋杆输送式施肥机的介绍

螺旋杆输送式水稻侧深施肥机械如图1所示，集成控制系统、水稻插秧机构、螺旋输送装置、电机、各类传感器（包括GPS定位、插秧机构转速传感器等）采用RS232串行通信开发出新型的螺旋输送式水稻侧深施肥机械，控制器能根据插秧速度、机械行走速度及时调整施肥速率，能满足田间施肥作业的各项需求。主要技术参数如表1所示。

图1 螺旋杆输送式水稻侧深施肥机

表1 施肥机的主要技术参数

3 实验结果及比较

3.1 实验测试

针对新设计的螺旋输送式水稻侧深施肥机，按照国家标准［9］对施肥机进行了施肥量均匀性试验，并在田间进行了机器行走测试，试验图如图2所示，均匀性试验测试结果如表2所示。

图2 试验测试图

从试验结果看出：螺旋输送式水稻侧深施肥机械，排肥均匀性好，各行变异系数均小于10%。表明机械在施肥过程中的一致性较好，不容易产生堵塞。

3.2 螺旋杆输送式施肥机与传统施肥机性能的比较

从试验结果分析得出：电控螺旋式靠螺杆强制排肥，因而肥料的适应性好，一般的复合肥即可满足使用要求，用户使用成本较低。其次，在插秧作业开始时，排肥管内是空的，插秧机行进2米左右才排肥；作业途中停机时，排肥管内的肥料会集中排在某处造成局部过量施肥。电控螺旋式可在作业开始前，将排肥管充满，因而没有上述漏施和局部过施问题。在主要参数上（数据来源：企业标准信息公共服务平台），洋马企标为各行排肥量一致性变异系数不大于13%、总排肥量稳定性变异系数不大于7.8%，而该机型能做到各行排肥量一致性变异系数不大于10%、总排肥量稳定性变异系数不大于6%。主要比较差异如表3所示。

表2 施肥均匀性试验结果

表3 传统机型与螺旋输送式施肥机型的对比

4 结 语

设计研究与试验表明：螺旋杆输送式水稻侧深施肥机设计合理、施肥速率可调、排肥一致性好，主要技术指标符合设计的初衷和国家相关行业标准。选用螺杆深施入泥，相比传统气力输送式施肥机械，有着更高的肥量利用率。采用RS232通信的控制系统，能根据插秧速度、机械行走速度及时调整施肥速率，能满足田间施肥作业的各项需求。