基于处方图的变量施肥系统关键技术研究

【摘要】变量施肥技术的快速发展在于能够显著提高化学肥料的利用率,通过实施按需变量施入,能够减轻化学肥料不正确施入带来的环境污染问题,对降低农业生产成本的投入具有积极的经济效益。因此,变量施肥技术成为全世界现代农机装备领域研究的重点内容。很多国外公司研究的变量施肥系统不但实现了作业机具的变量控制,而且附带导航、土壤取样、成图、作业记录等多种功能。我国变量施肥技术近年来取得了飞速发展,在变量施肥处方制定、肥料配比施入等领域都取得了很多成果,但主要核心技术还要依靠购买进口成套的GPS产品和配套机械,仍然处于初期稳步发展阶段。本研究以研制变量施液态肥机具、实现变量施液态肥为目的,以提高肥料利用率为目标,研发变量施液态肥整机系统；研究依据变量施液态肥技术国内外发展的现状及趋势,将变量施液态肥系统划分为处方生成、装置及变量控制系统、肥料施入监测系统三个部分；研究以变量施液态肥处方生成作为系统研发的基础,以变量施肥装置及变量控制系统作为系统研发的主要内容,以肥料施入监测系统作为系统研发的反馈环节,完成变量施肥系统的研发工作。通过总结国内外处方生成方法的理论和实例,对比目前国内外处方生成普遍采用的信息化处方图生成方法,重点对Kriging插值、土壤采样方法、基于BP神经网络的“养分-密度-产量”数据关系模型和基于GIS的图形生成方法进行研究,确定本研究以田间试验作为处方生成的主要研究手段,通过获取地块中有限点的主要速效养分含量、作物生长过程中生物量的积累规律和作物产量数据,建立基于土壤肥力-目标产量的变量施液态肥模型,探讨作物生长过程中干物质积累规律,探索优化缓释肥投放和中耕二次追肥的施肥策略。针对国内外变量施液态肥技术及装置的发展现状,提出基于拖拉机车载液压系统、基于电动调压阀、基于车载电源和电动可调施肥器的四种变量施液态肥装置的设计方案,通过对比分析四种变量施液态肥装置的研究机理及配套系统的研发方案,选择基于拖拉机车载液压系统和基于电动调压阀两种方案进行变量施液态肥装置的研究,并对施肥装置的稳定性、试验平台的软硬件设计及测试优化进行了详细研究,完成两种施液态肥装置性能检测的试验设计(二因素五水平二次回归正交旋转中心组合优化试验和单因素优化试验),应用Design-Expert6.0.10软件对试验数据进行回归方程显著性水平分析。通过比对现有施肥装置的施入质量检测方法,采用光电传感技术研发施肥监测系统,实现施肥装置施肥状态的实时自动监测。以红色高亮度发光二极管和光敏电阻为研究对象,以mini2440开发板为主控平台,以51单片机为信号采集平台,设计制作光敏式肥料施入监测装置,试验测试施肥监测系统在不同工作环境、不同作业速度下,对施肥监测精度的影响,并对监测系统的抗尘性能、田间作业性能进行了测试。
【作者】张继成；
【导师】陈海涛；
【作者基本信息】东北农业大学，农业机械化，2013，博士
【关键词】液态肥；处方生成；变量施肥控制；施肥监测；

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