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烟草机械化施肥技术研究

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王龙飞叶芳张秀丽李建华范沿沿吴亚文仝振伟

摘要：烟草是一种重要的经济作物，施肥是保证其产量的重要措施之一。相对于人工施肥，机械化施肥有利于降低烟农劳动量，改善烟农工作环境。本文研究了目前现存的排肥器结构与工作原理，并发现排肥器存在因脉动性而导致施肥效果偏差等问题。本文结合烟草施肥特点及农艺要求，设计了一种新的烟草施肥的立式蜂窝煤形施肥机械通过仿形蜂窝煤结构，能够同时施用两种不同肥料，做到准确均匀施肥，减少对肥料的浪费。

Abstract： Tobacco is an important cash crop， and fertilization is one of the important measures to ensure its yield. Compared with manual fertilization， mechanized fertilization is beneficial to reduce the workload and improve the working environment of tobacco farmers. In this paper， the structure and working principle of the existing fertilizer dispenser were studied. It was found that the fluctuation of the fertilizer dispenser resulted in the deviation of fertilization effect. Based on the characteristics of tobacco fertilization and agronomic requirements， a new vertical honeycomb coal-shaped fertilizer machine was designed， which can apply two different fertilizers simultaneously by imitating the structure of honeycomb coal， so as to achieve accurate and uniform fertilization and reduce the waste of fertilizer.

關键词：烟草;机械施肥;外槽轮式排肥器;蜂窝煤形排肥器

Key words： tobacco;mechanical fertilization;external grooved wheel fertilizer apparatus;honeycomb coal fertilizer apparatus

中图分类号：S224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2019）18-0204-03

0? 引言

烟草属于茄目，茄科一年生或有限多年生草本植物，是一种重要的经济作物[1]。随着社会的发展，烟草行业已逐渐成为国家税收的主要组成部分。近些年来，烟草种植的范围也逐渐扩大到全国范围。但是，根据调查显示，我国适合耕作的土壤肥力较世界水平普遍偏低，种植出的烟叶品质不高，经济效益差，因此在烟草大田作业环节，需要通过精准均匀的施用基肥来提高土壤肥力，以此提高烟叶的产量和质量，进一步提升上等烟所占比例[2-3]。

机械施肥是指通过人工控制机械来实现施肥的一种施肥模式，可以高效、快速的完成施肥作业，增加土壤肥力、提高烟草产量和质量、改善农民劳动环境和降低农民劳动量，同时提高农民收入[4]。目前，烟草机械化施肥技术存在施肥精度较低，易出现少施、多施或漏施等问题，使烟草肥料供给不足或土壤富营养化，降低烟草的产量和质量，因此需要对烟草机械化施肥技术进一步研究[5-6]。

1? 烟草机械化施肥研究

1.1 烟草机械化施肥方式

在烟草施肥过程中，根据施肥时间的不同，可分为施基肥和追肥。烟草基肥施用主要分为：撒施、条施、穴施等[7-8]。撒施是在未栽种烟草前所采用的主要施肥方式，一般单人操作撒施机械，将肥料直接均匀的泼撒在农田土壤上，然后进行耕地，使肥料覆盖在土壤里;烟草是垄沟作物，撒施会降低肥料的利用率。条施是将肥料成条状施用于烟草行间土壤的施肥方法，有利于将肥料施到烟草根系层，并可与灌溉相结合，更有利于烟草对肥料的吸收;在多数条件下，条施肥料都需开沟后施入并覆土，以提高肥效。穴施是在烟草预定种植位置或种植穴内按株或在两侧株间开穴施肥，一般施肥深度5～10cm，且施肥后需及时覆土;穴施是一种比条施更能使肥料集中施用的方法，但需人工挖穴施肥，费时费力，且操作不当，易造成烧苗等危害。本文主要研究烟草机械化施基肥技术。

1.2 烟草施基肥农艺技术

根据烟草种植农艺要求，烟草多为垄上种植，烟草移栽前采用重施基肥，早施追肥，基肥与追肥相结合的施肥方法。生产上一般先将基肥条施于烟株栽植行的底部，后经起垄机起垄，将肥料覆盖入垄低，然后等待烟草移栽[9-10]。考虑到烟草移栽后根系分布规律和不同生长发育阶段对肥料的需求不同，尽量提高肥效利用率，本文在现有烟草种植农艺的基础上，设计了一种新型烟草机械化施肥与起垄模式：“一次两垄，一垄双行分层条施”，如图1所示。烟草移栽时起垄要求：垄底宽650-750mm，垄顶宽340-380mm，垄高为240-300mm，两垄间距为1100-130mm;施肥要求：施肥时距离垄顶以下150-250mm，距离植株半径在150-200mm。

在新型机械化施肥与起垄模式下，先进行土壤旋耕，后施肥与起垄并行，将肥料直接固定在垄作内部，能有效提高肥料利用率，达到最佳施肥效果。

1.3 烟草机械化施肥技术分析

目前，在烟草施肥中尚无专用的烟草机械化排肥器，所以现在使用较多的是结构简单、通用性较强的外槽轮式排肥器。如图2所示为直槽式外槽轮排肥器，该排肥器是在外槽轮排种器的基础上进行改进而来的。外槽轮排肥器通过增大槽轮直径，减少其齿数，使槽轮间的容积变大，能更好的适用于颗粒肥料的施用[11-13]。此排肥器的特点是结构比较简单，通用性比较好，较广泛应用于多种农作物机械化施肥;适用于流动性比较好的松散型化肥或者复合型颗粒肥，不适用于粉状或易潮解的化肥。因其本身存在脉动性，在排肥器转速过低时会导致施肥效果存在偏差，易出现架空或断条等现象，造成少施、多施或漏施，影响排肥能力，降低肥料的利用率。

在直槽式外槽轮排肥器的基础上，为适应不同时期作物对养分的需求和实现水平气送式集中排肥器定量排肥，雷小龙等[14]根据颗粒肥料的本征参数、接触参数以及排肥量等，提出了螺旋倾斜放置结构，设计一种螺旋倾斜组合式颗粒肥料定量供肥装置，将现有直槽式外槽轮施肥机械改进为螺旋组合式施肥机械，如图3所示。该施肥机械作业时，颗粒肥料在自身重力和肥箱倾斜角的作用下落入充肥区，经动力装置带动，排肥装置和搅肥装置可实现同步运行;搅肥装置在肥箱中转动，不但能防止肥料结块、架空等，还能使排肥装置的充肥能力显著增加;颗粒肥料经投肥区域脱离螺旋倾斜组合式排肥轮，在自身重力作用下，经排肥装置落入输肥管，完成定量排肥。试验表明，该螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥，且排肥效果较好。

以上排肥器均为槽轮式，普通槽轮式因其结构简单，通用性较好，被广泛应用到多种作物的机械化施肥，但因其自身脉动性，易使肥料排施不均匀，造成浪费;在此基础上进行改进的斜槽轮式排肥器能防止肥料粘结、结拱，较好的实现连续、均匀排肥。

螺旋输送是利用旋转的螺旋叶片来进行物料输送的一种输送方式，因其截面小，有较好的密封性能以及平稳运行，被广泛应用于多种物料的运输，将其应用于肥料的排施，可实现稳定的单圈排肥量，在此基础上李曉贤[15]等设计了一种小型竖直螺旋式精量条施机，其结构如图4所示。小型竖直螺旋式精量条施机的主要工作部件是竖直螺旋排肥器，在肥料自身重力的作用下，经旋转的螺旋叶片将肥料排出，且竖直螺旋排肥器能对肥料起搅拌作用，避免肥料在排肥器中出现结拱和成块等问题。工作过程中，排肥器的出肥口设置有排肥口开关，设定施肥量后，相应的施肥量数据存储在控制器中;行走轮上安装有测速仪器，通过速度传感器来实时测量施肥机的工作速度，在速度传感器的实时输出信号下，控制装置输出相应的脉冲频率来调节排肥电机的转速，控制实际排肥量，实现均匀性排肥。

为了实现变量施肥装置的大面积施肥作业，针对国内大田的土壤状态和作业要求，结合大田变量施肥农技，张睿等[16]设计了一种基于处方图的链条输送式变量施肥抛撒机，实现肥料的节约、精准使用，其结构如图5所示。施肥作业时，该机器由拖拉机牵引，提供前进动力;通过自身安装的GPS来进行实时定位施肥机所处土地位置，并实时传送到控制装置;控制装置在收到定位信息后，根据系统设置的处方图施肥量，经安装在施肥器排肥链轴上的测速传感器检测排肥链条的速度，并与施肥机作业速度进行匹配，从而实时控制液压马达转速以调节排肥链的速度，实现该施肥机的变量施肥作业。试验表明：变量施肥效果较好，且具有较好的抛撒均匀性;相比普遍应用的变量施肥机，生产率得到了较大提高。

螺旋输送式与链条输送式都是基于槽轮式施肥器的排肥机理上，设计的新型排肥器结构，能够实现肥料的连续、均匀使用，且链条输送式可实现变量施肥。但其结构复杂，尤其要实现均匀施肥需要较高的零部件加工精度和安装精度，且配件易磨损，推广应用还需要进一步优化。

2? 新型仿形立式蜂窝煤排肥器研究

河南农业大学针对提出的新型烟草机械化施肥模式，结合烟草施肥农艺与农机，采用仿形技术，设计了一种新型立式蜂窝煤结构排肥器，如图6所示。针对烟草施肥特性，将肥箱设计成一体两部，可同时施用两种配比不同的肥料;采用仿形技术，设计立式蜂窝煤形排肥盘，排肥盘上设计有数量相等且均布的大小孔，大孔在外侧，小孔在内侧;同时设计排肥孔控制板，通过控制箱体孔与排肥盘孔的有效接触面积，即可控制排肥量;传动系统仍采用地轮带动链条，可实现排肥速度与机器行走速度向匹配，实现肥料的均匀使用。

施肥作业时，将两种配比不同的肥料，根据施肥比例，分别放入肥箱中;在重力作用下，落入立式蜂窝煤形排肥盘中存储，排肥盘在传动轴的带动下转动，在转动一定的角度后将肥料排出;箱体下底板上大小落肥孔的位置与肥箱内大小落肥孔的位置相反，避免在排肥过程中箱体孔、排肥盘孔和箱体下底板孔在同一竖直位置时，出现瞬时排肥量过大等问题，造成排肥不均;箱体内设置排肥孔控制板，通过抽拉排肥孔控制板，可控制箱体孔与排肥盘孔的有效接触面积，实现排肥量的调节。新型立式蜂窝煤排肥器理论上可在设计转速范围内，高速或低速排肥状态，都能实现连续、均匀的排肥，避免因排肥器转速问题导致的少施、多施或漏施等问题，提高施肥效率。

该立式蜂窝煤排肥器结构简单，施肥量调整快捷，制造及维修方便，经初步排肥需要试验排肥效果良好，需进一步田间试验进行优化改进。

3? 结论与展望

现阶段，烟草仍采用传统施肥模式进行种植，导致烟农工作量大，且工作环境恶劣。烟草是我国税收的重要组成部分，实现烟草种植机械化是必然的发展目标，通过机械化种植，能显著降低烟农的工作量，改善烟农工作环境。针对烟草机械化施肥的研究，应以精准、均匀以及一次施肥后减少或不在进行追肥为主，使肥料合理利用，促进烟草产量以及质量的提升，以期烟草机械化施肥合理、科学的发展。本文对烟草的施肥机构进行了分析研究，提出仿形立式蜂窝煤形排肥器，能够一次使用两种配比不同的肥料，且排肥效果较好，可以提高施肥效率以及肥料利用率;同时结合新型机械化施肥与起垄模式，一次作业，即可完成旋耕、施肥与起垄作业，实现高效率的烟草机械化种植。

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