风送式水稻侧深精准施肥装置设计与试验研究

水稻是中国最主要的粮食作物,是单位面积产量最高,种植规模最大,生产总量最多的粮食作物,施用化肥是水稻生产过程中一个重要的作业环节,直接影响农作物产量,合理有效使用化肥能够提高农作物产量,目前中国水稻施肥机械化程度低,施肥环节普遍采用人工抛撒肥料的施肥方式,这种施肥方式,肥料用量大且在田间分布不均,侧深施肥技术是一项适用于水稻的种植技术,它是在插秧过程中将基肥和蘖肥同步施在秧苗侧位的施肥方式,相比传统撒肥作业可以减少施肥量的20%-30%,具有提高水稻产量,稳定粮食产量,降低种植成本的作用。本文针对中国水稻施肥机械化程度低,传统撒施肥,肥料利用率低、施肥量大的现状,结合侧深施肥农艺特点,对风送式排肥方法进行了理论分析,研制了风送式水稻侧深精准施肥装置。本文主要研究内容及结论如下:(1)施肥装置采用模块化设计并安装在乘坐式插秧机上,采用风送肥料、“侧3深5”的施肥方式。作业过程中,施肥装置与插秧机配套使用,利用文丘里效应采用鼓风机气吹输送肥料,输肥管内径为25mm,输送气速21m/s,排肥器排出的肥料在重力和风力的双重作用下,定量落入排肥口划出的位于秧苗侧位3cm深5cm的沟槽内,最后用覆土板将肥料覆盖于泥浆中。(2)施肥控制系统采用自测速闭环控制,采用车辆行驶速度与排肥驱动电机转速实时匹配的精准施肥控制方法。采用额定电压12V功率为72W的有刷直流电机驱动排肥,利用GPS测量插秧机行驶速度。施肥控制器采用STC12C5A60S2作为微控制器,采用RS232与车载控制终端通信,接收车载终端控制和查询命令,并上报控制器采集的作业状态数据、电机转速。电机驱动器采用型号为AQMD2410NS的直流有刷电机驱动器,驱动器通过对电机回路电流波动频率的测量来间接测量电机转速,电机转速用驱动器内部集成的PID调节方式实现稳速。(3)利用eMbeddedVisualC++集成开发环境在windows XP操作系统的车载控制终端中设计了施肥软件控制界面。软件界面能显示当前作业数据,用户可根据实际作业需求在终端上设定施肥工作参数。当施肥量设定值为300 kg/hm2,电机转数分别为10 r/min、20 r/min、30r/min、40r/min时,对侧深施肥装置各个排肥口进行了排肥差异性试验,变异系数肥分别为2.133%、1.889%、2.001%、1.615%。(4)该装置与插秧机配套使用时能一次性完成插秧、侧深施肥作业。设备在黑龙江七星农场开展了田间实际作业试验,试验表明,该施肥装置能与不同品牌及型号的插秧机方便的配套使用,且能同步完成插秧施肥作业。当车辆稳定行驶速度为1 m/s,施肥量设定为300 kg/hm2时,施肥装置能在车辆行进方向上实现与行驶速度相配的精准施肥,施肥量偏差控制在5.82%以内,能够较好的满足实际生产需要。该研究为开展水稻变量施肥控制技术研究和水稻侧深施肥装置的研发提供了参考。