现阶段农业施肥机械化探讨

山东农业大学机械与电子工程学院 苏家凯 毕佳慧 宫宏涛

引言

目前，水果产业在种植规模、品种资源、成本价格等方面已成为中国继粮食、蔬菜之后的第三大农业种植产业，是国内外市场前景广阔且具有较强国际竞争力的优势农业产业，也是许多地方经济发展的亮点和农民致富的支柱产业之一[1]。果园施肥是果园管理的重要环节,合理的施肥方式和施肥量可以有效促进果树生长，提高果品产量[2]。但由于我国幅员辽阔，果树种植分布广泛，各水果生产地机械化发展不均衡，其中西北部丘陵等果园分布地仍多采用传统人工施肥方式，作业效率低下且不能保证施肥效果。本文针对目前国内各地区主要应用的各种施肥方式以及市面上出现的主流施肥机器进行分析，并根据国内外施肥机械发展趋势，为未来果树施肥机械化进程的发展提供参考。

1 国内各地区主要应用的各种施肥方式

根据果树种类、果龄以及种植要求等不同，我国各地区果园果农常用的施肥方式主要分为八种：①条沟施肥、②环状施肥法、③放射沟施肥法、④全园施肥法、⑤穴位施肥法、⑥叶面喷肥法、⑦灌溉施肥法、⑧吊瓶输肥法。

本文只粗略介绍前三种方法。

1.1 条沟施肥法

所谓条沟施肥法，是在指果树行间、株间进行开沟施肥，一般施在树冠垂直投影的外缘，保持和树行同向进行条挖沟，沟深30~50 厘米、沟宽20~40 厘米、沟长小于树冠直径大小，如图1所示。肥料和土壤掺混均匀后回填，地表10 厘米内的土壤不可施肥。条沟施肥优势为:肥料能够深施到土壤中去，可提高果树对肥料的吸收利用率，并且肥效持久，同时通过挖沟的方式能够起到疏松园内土壤、改善根系土壤环境的效果。适合在果树施秋基肥时使用。

图1 条沟施肥法

1.2 环状施肥法

环状施肥法，也经常被叫做轮状施肥法，一般是在果树树冠外围稍远的地方，挖一条环状或半环状沟进行施肥，沟深30~50厘米、沟宽在20~40 厘米左右。此方法比较适合在用于树龄在4年以内的幼树或者在坡地果园施秋基肥时使用。环状施肥法的优势是操作简单，肥料深施入土壤，肥料利用率比较高。但环状施肥法操作时极易挖断果树的水平根系。

1.3 放射沟施肥法

放射沟施肥法，是指以果树的树干为中心轴、以树冠垂直投影外缘为沟长，在距离树干1 米处挖5~8 条左右不同方向的放射状条形沟施肥，施肥沟里宅外宽(里30~40 厘米、外40~50 厘米)、里外深(里20~30 厘米、外40~50 厘米)，沟长60~80 厘米(树冠内外的沟长各占50%)，如图3 所示。此法多用于5 年以上的成年果树和在春季追肥时使用。其优势是能够疏松改良土壤状况，扩大果树施肥面积，有利于果树对肥料的吸收，不容易伤及果树根系。但施肥穴位不能长期连年使用，需要隔年更换施肥穴位置，否则易造成化肥烧跟，影响果树产量。

图2 放射沟施肥法

图3 2FK-40 型开沟施肥机结构示意图

2 国内施肥机械的发展现状

国内对果园施肥机械的研究起步较晚，目前主要应用于平坦开阔的果园地区。近几年，国家开始大力提倡绿色农业，强调可持续发展在农业中的重要作用，激发了果树施肥机械发展的潜力。市场上现有的果园施肥机种类繁多，但真正能推广使用的机型很少[3]。研究出切实可行的果园施肥机械，可响应国家政策，防止资源的浪费，对新型农业的发展具有重大的意义！

国内施肥机应用最早、最广泛的为开沟式施肥机，自20 世纪80 年代开始，我国便陆续开始引进国外开沟施肥机械，如意大利公司的FLAT 型开沟机，其有悬挂式斗渠双圆盘挖沟机、悬挂式毛渠挖沟机、侧置式清淤机及悬挂式斗渠单圆盘挖沟机4种类型[4]。

2015 年新疆农垦科学院机械装备研究所和石河子市顺昌农农机有限公司联合研制了2FK-40 型果园开沟施肥机，旨于解决葡萄、红枣等作物种植模式及在施肥过程中人工成本高、用工量大、劳动强度高、生产效率低等问题。该机主要由开沟装置、施肥装置、覆土装置、传动与限深系统等部分组成，如图4 所示[5]。

图4 果树定量挖坑施肥机结构图

2FK-40 型果园开沟施肥机是一种新型的集开沟、施肥、覆土等多种操作为一体的果园施肥机械，其在一定意义上解放了劳动力，提高了果园作业生产效率；但受作业环境局限，不适合在丘陵果园地区进行作业，且开沟深度不深，不适合矮密种植模式的果园的施肥[4]。

某些果树对生产技术要求较高，常见的开沟施肥并不能满足果树对于营养的需求，最佳施肥方法为挖穴施肥法，可挖穴施肥技术要求高，人工劳动强度大，对应机械化程度低，亟需一种专业性挖穴施肥机械。

2011 年，山东农业大学硕士研究生韩大勇在导师吕钊钦教授的指导下研制了一款果树定量挖坑施肥一体机，该机主要由挖坑覆土装置、施肥装置、控制系统、机架等部分组成，如图5 所示[6]。

该机通过自身驱动钻头升降进行挖坑。挖坑过程中抛出的土壤并不排出，而是由专门的装置进行回收，步进电机通过控制转角控制排肥量，单机片控制排肥时刻，排肥误差可控制在3%左右，解决了果树生长不同时期所需施肥量不同而难以精准控制的问题。施肥结束后，土壤收集器将土壤回填，实现覆土填坑，具有较好的社会经济效益。

但该机械受作业环境影响依旧明显，不适合丘陵果园等山地作业。且机器并无驱动装置，移动与钻孔都需要人工操作，颇为不便。

3 国外施肥机械的发展现状

目前针对大范围低海拔的平坦果园果树作业施肥，国外以美国为代表的国家自20 世纪50 年代开始研究适用于平坦果园环境的开沟施肥机，经过多年发展已经具备相当规模。我国地势多样，山区丘陵地区果园分布十分广泛，对比国外，日本、意大利等国国内农业用地紧张，丘陵地区为主，以研究丘陵地区果园施肥机械为主，例如日本研制的TL-800 手扶链刀开沟机等机械[4]。国外果园施肥机械大都机械化程度高，智能化程度高，且可实现多种零部件间的互换，一机多用。 国外施肥机的研究方向从某种角度上也为国内指明了发展方向。

4 国内施肥机械的未来发展趋势

近年来，国务院明确提出“推进农业全程机械化”，果园生产机械化发展将作为农业机械化新的增长点和转型升级的重要内容。目前国内果树施肥机械很多，笔者针对现在已有的机械提出以下发展建议：

（1）机械实用性不强，使用范围小，许多果园施肥机械只是针对某一地区的生长环境来设计的，没有兼顾通用性和适应性[6]。另外我国丘陵山地果园占地面积大，亟需一款智能化程度高、适用于山地作业、易推广的果树施肥机械。

（2）反观近些年来所有农业机械的发展，基本在向精简化、小型化、智能化方向发展。大型联合农机装备已经不在适用现代小区量精种模式，研制下一代果园施肥机械，应充分考虑人机工程学，农艺与农机结合，发展可以实现单人操作的智能化全自动机械。

（3）随着科技水平的不断提高，材料科学的不断突破，原始的加工工艺与落后的材料迟早会被淘汰，应逐步提高材料耐腐蚀性、抗疲劳强度，将新结构、新材料、新技术应用于果园施肥机械。