精準農業的本質是通過現代化的投入、生產及管理技術, 以最節省的投入達到最高效的收入, 實現各方面資源的可持續利用發展。它充分體現了因地制宜和可持續發展的理念。在精準農業的發展過程中, 變量技術的發展為其提供了技術保障。近年來, 變量技術普遍應用于精準農業中。變量技術的應用是依據農業機械所處的位置, 包括土壤性質、農作物生長情況和氣候因素, 自動調節農業物料使用情況的技術。變量作業的核心技術是使用智能化技術控制, 系統建模、自動定位調節, 進行農業生產。
1 變量技術的工作原理
變量系統包括計算機控制器、定位系統、定時傳感器、地理信息系統和農機具。計算機控制器作為變量系統的中心, 依靠其他系統定位地理信息并將其輸入到計算機, 系統中心依據經過計算和校正的地理和物料信息, 確定實際排放速率, 連續控制變量作業。變量系統應用于耕作、播種、除草、施肥、病蟲害控制、栽培以及灌溉等農業生產中, 其精度越高, 系統越復雜, 成本越高。
2 變量化農業設備
大型農業裝備在我國精準農業及變量技術發展過程中起到了關鍵作用。除了實時配肥技術的施肥機, 還有可自動選擇作物品種、可按處方圖調節播量和播深的谷物精密播種機;按配方進行實時配肥, 按定位系統和處方管理系統的要求進行變量施肥機;基于計算機視覺技術的實時探測與控制技術的智能化精準除草機;聯合收割機產量分布實時檢測方法及具有我國自主知識產權的產量流量測量方法[1]。另外, 可分別控制噴水量的定位噴灌機均已有商品化產品。目前, 變量化的農業機械設備還在不斷的完善與研發中。
3 變量技術施用設備在國內外的應用
3.1 變量技術在國內農場的應用
我國大型化農場相繼引進、投入使用變量化農業生產設備, 如2002年黑龍江精準化農業示范基地引進的變量機械設備, 包括播種機、施肥機和耕種機, 已經充分發揮了變量技術的作用, 實現了自走式、均等化、智能化的變量操作, 對示范基地的農業精準化作業起到了推動作用。根據變量技術的應用, 迪爾公司設計生產的變量施肥播種機、自走式噴藥機于2003年被黑龍江大西江農場引進, 進一步完善了變量相關技術, 成為農業專業化發展的強勁推力。其基本原理是通過空氣式輸送, 計算機中樞系統職能調控, 根據反饋的信息制成處方圖, 留檔備查。變量化機械在作業時, 根據生成的處方圖自動化控制變量作業。
現今, 變量技術發展迅猛, 已經廣泛應用于大型農業產業化生產基地。幾乎全部的農產品加工行業的龍頭企業在制定投資方案時, 都將機械的變量化技術水平放在首要考慮的位置爭取盡快把數據處理的單項信息管理提升到全面信息化水平;其他大中型企業也都紛紛行動起來, 進行項目論證和資金籌集, 準備盡快完成信息化所需要的機器設備和技術等裝備。大型農墾區的公共信息資源數據庫建立已經具備成熟的條件, 變量技術的發展必將受到工業企業和廣大農戶的普遍歡迎, 應用前景十分廣闊。
在現代化精準農業中, 變量技術已經廣泛應用于農業生產的過程中, 播種、施肥、噴藥、灌溉等設備中變量技術的應用, 大大的提高了農業生產效率。
3.2 變量技術在施肥機械中的應用
以美國的變量施肥播種機及日本的水稻變量施肥機為代表, 國外的變量技術研究以及應用已經相當成熟。美國公司研制的肥料播種車是精細化農業播種作業的典型代表[2]。它采用吹氣原理, 在工作室內設置可以顯示施肥機器的儀表。操作員在駕駛室內就可以清楚的觀測到肥料使用狀況, 通過觀察這些具體信息來監視施肥的行走軌跡。日本的水稻變量施肥研制公司, 研制出的施肥機, 配備了馬達、側連、噴肥管和施肥箱的裝置, 在機器的行走過程中, 根據機器所在的地為位置, 變量化作業。高度智能化的操作方式及設備是國外再次領域的顯著特點。
此外, 俄羅斯研制的施肥機精細化了排肥口的裝置, 用共振磁片智能化控制排肥速率和排肥的數量。德國在變量化裝置的感應器上有了新的突破, 通過安裝作業傳感器和液壓馬達, 測得農作物需要元素的含量, 通過中央控制調配所需肥料的含量。法國的自動噴霧機, 運用旋轉式的噴灑裝置, 有效地解決了機器作業噴灑不均的問題, 但也存在控制起來比較困難的問題。
我國自主研發的變量施肥設備目前擁有的核心技術包括單片機連續控制施肥技術、田間作業實事計算、終端控制、低俗信號采集、輔助平行作業和電液比例閥控馬達等, 基本上實現了變量機械化大面積作業。經過積極研發, 一種新的實時監測系統在田間的應用, 實現了前進速度與施肥量相適應的信息數據交換與共享。
變量技術施肥機械自動化流程是先通過感應器讀取DGPS信號, 繼而經過網絡識別, 讀取IC卡, 控制施肥量。在此過程中, 根據地輪脈沖調整前進速度, 控制電機轉速, 實現變量施肥。
3.3 變量技術在噴藥機中的應用
在噴藥機的應用中, 操作員通過采集的土壤、植物空氣等樣本, 為農作物開具處方, 變量噴藥機根據開具的處方和定位系統, 進行藥劑調節, 在噴灑過程中還要根據具體情況進行霧滴大小的調節。
變量設備的操作中心是計算機控制器, 參與設備有行走傳感器、注射器、泵、流量傳感器和吊桿閥。計算機一般在噴灑過程中起到中樞系統作用, 藥劑箱中的藥物是根據處方調配好的合適比例的藥物, 通過流量控制閥對注入吊桿閥中的藥劑進行實時監測, 系統間相互協調配合, 實現藥劑智能化噴灑。
3.4 變量技術在灌溉機中的應用
在全球范圍內水資源緊缺的大環境下, 實現精準灌溉是提高水資源利用效率的必經之路。囿于條件及經濟實力限制, 變量技術灌溉, 包括噴灌、滴灌、微灌和滲灌等高科技灌溉技術還不能廣泛應用于灌溉的各個領域。根據不同作物、不同生育期間土壤墑情和作物需水量, 實施實時灌溉, 一勞永逸, 將從根本上改變農業領域水資源浪費現象, 在很大程度上節約了水資源, 有效提高水資源利用效率。
3.5 變量技術在播種機中應用
變量技術在播種機中的應用原理類似于變量施肥, 只是更多地將重點放在土壤監測上, 通過對土壤土質、肥力的鑒定及對播種機播種軸的控制, 調解播種深度和播種數量。變量技術的應用解放了人力, 機械化運作又能使苗床整齊劃一, 并且提高農作物產量。
3.6 變量技術在聯合收割機中的應用
變量技術在聯合收割機系統中的應用表現在裝有智能化損失監測設備和數據反饋系統, 其基于GPS配備的智能化傳感器及其擁有的豐富接口、充足的數據存儲空間, 不但能進行精確導航, 還能監測土質和水分, 確保損失率停留在一定單位內[3]。
變量技術應用于農業機械中, 以實用性強、省工省力、低耗能和可持續的有點, 成為我國現代化農業發展強勁的推動力。繼續研發并且推廣變量技術在農業生產中的應用, 具有極其重要的意義。
摘要：變量技術在精準農業中的應用徹底解放了勞動力, 提高了農業生產效率, 為精準的農業發展創造了條件。簡要介紹的變量技術在精準農業從耕作、灌溉、播種、施肥到收割過程中機械化用作的方式, 旨在為變量技術的進一步發展提供依據。
關鍵詞：精準農業,變量技術,農業機械,應用
參考文獻
[1] 蔡澤祺.產業化經營集約化發展大力發展生態高效熱帶農業[J].中國農墾, 2013 (12) :27-28.
[2] 張小超.精準農業智能變量作業裝備研究開發[J].農業工程, 2011 (3) :26-32.
[3] 趙登峰.變量施肥裝備的研究現狀及展望[J].開發研究, 2011 (4) :29-32.