引言
施用化肥是實現農業高產、高效與糧食安全的重要保證，而化肥配制、施肥技術與施肥機械是施肥的三大支柱?；逝渲圃谡拇罅χС窒乱呀涍_到較為先進的水平，相比之下施肥技術與施肥機械的發展較發達國家落后。技術與機械的落后不僅導致了施肥過程中的作物對化肥的吸收及利用效果差，而且會使得化肥不能被植物充分利用而造成土壤板結、水體富營養化等各種環境污染。已有研究表明，受污染的水中超標氮與磷的大多數都來自于農業污染，其程度遠遠超過工業污染。為了跟上國外農業的先進水平，使農業資源得以高效利用，加速我國農業的現代化進程，就必須改變施肥技術與施肥機械落后的現狀，積極研發先進的施肥技術與高效的施肥機械并推廣應用于我國現代農業，從而提高化肥的利用率，減少化肥所造成的農業污染。
1 施肥技術的研究現狀與存在的問題
施肥技術可使肥料按照一定的比例聚集在種子、農作物根系與葉面附近而被高效率吸收。合理的施肥技術可使作物所需營養元素高效吸收，還可減少化肥的不當使用對農業生態環境造成的農業污染，更適應可持續發展的要求。施肥技術分為很多種類，其中測土配方施肥技術、緩控釋肥技術、變量施肥技術與灌溉施肥技術的應用研究較為普遍。
1． 1 測土配方施肥技術的研究現狀及存在的問題
該技術是由測、配與供 3 個環節順序構成。由于其綜合效果好、可執行性強，需肥、施肥與供肥三者的矛盾可被協調并解決，故得以廣泛應用與研究。為了解決不同耕地需肥差異性以達到精確配方，唐秀美等提出將 GIS 技術應用于施肥分區并通過與相應試驗相聯合可得出所需最優化肥配方比例，為配方比例的管理與決策提供了寶貴的理論依據與經驗。
由于該技術具有強大的數據獲取與處理、結果信息顯示與分析功能，唐秀美等又對 GIS 技術得到的營養元素含量分布圖柵格劃分，通過模擬分析計算可得到每個柵格的施肥量。該方法精度高、適用性強且效益顯著，為以后研究提供了較好的引導作用。對比農村習慣且落后的施肥方式，王坤等通過對馬鈴薯的測土配方施肥技術的大量試驗得知:該技術的應用可顯著提高肥料利用率與產量，可達到增產、增收與用肥少的目的。為了確定土壤施肥的比例差異與營養元素的吸收率的關系，姜娟等人對玉米進行了田間的實驗，得出了施肥的比例全面性緊密聯系著作物的氮肥吸收率，并且通過施用氮、磷、鉀化肥得出各種營養元素的矯正系數。
測驗、配量與供應環節順序構成了測土配方技術，每個環節都尤其重要，但是測驗方法的落后導致了施肥作業的時效性差與應用面積小，對供應環節的忽視導致了環節之間相互配合與連接較為困難，使該技術將難以發揮最大功效。日趨先進的技術與專業技術人員缺乏的差距也使得技術難以推廣應用。
該技術使用的有機與無機肥料的不均衡，將嚴重影響土壤質量與加速水體的富營養化。技術運用所使用的取樣點、技術的準確性與成本效益的精確性控制較為困難。農民在施肥使用測土配方技術時，忽視了部分重要的微量元素\\(如硼、鋅等元素\\)，都將直接或間接地影響產量。
1． 2 緩控釋肥技術的研究現狀與存在的問題
緩控釋肥即為控制且緩慢釋放肥料于土壤，只需在農作物整個生長階段初期施一次底肥，即可滿足施肥要求。一些科研人員已經致力于該技術的研究，肖劍等人確定了土壤水分含量為 1 /3、土壤水勢為0． 42MPa 時可使包膜型控釋肥料營養元素的釋放速率達到最優，偏離這個數值都將或多或少地影響化肥釋放速率。為了保證控釋材料高效率前提下材料使用的低成本，孫克君等使用由膨潤土和木素按照一定比例混合制成復合材料，該材料具有質薄、隙少且致密的優點，故而可降低釋放速率。同時，通過試驗表明:該控釋材料的使用可達到提高產量與化肥的高利用率雙重效果。再依拉等通過對比實驗得出:該技術可使玉米的各種生長、產量指標都可達到更優。
邢尚軍指出:該技術還可以提高園藝作物的化肥利用率，并對其生長發育有著顯著的促進作用。為了確定緩控釋肥對雜交水稻的各種性能指標的影響，彭玉等人分別研究了 F 優 498 雜交水稻的根與穗受4 種氮肥的影響程度。根系分布直接影響著水稻的產量，試驗表明:緩控釋肥將顯著提高根系的各種性能指標而間接影響水稻產量，而采用樹脂包膜材料為實驗的最優選擇。
肥料從膜中釋放出來被作物吸收時，存在著研究者較少考慮兩者的同步問題與只注重緩釋效果未考慮使用的膜材料的回收處理程度而造成的環境污染問題。農民對技術掌握程度低會還將會導致施肥技術的不正確使用，如肥料離根系太近會造成燒苗現象。該技術對水分的依賴性強而難以應用于干旱地區，干旱地區的缺水將直接影響其養分的釋放速率，使技術推廣范圍受到限制。該技術使用成本相對昂貴且難以為廣大農民所接受，現主要應用于園藝、娛樂場合等，在農作物上的普遍推廣應用亟待解決。
1． 3 變量施肥技術的研究現狀與存在的問題
作為精準農業重要組成部分之一的變量施肥技術，具有合理精確施肥、提高作物產量與減少化肥對農業生態環境污染的優點。為了解決如何對施肥過程中肥料量進行觀察和控制調節的問題，劉陽春等設計了一閉環變量施肥控制系統。該系統的核心為單片機，采用壓力傳感器檢測肥料料量，而后將料量負反饋給上位機，并通過臺架試驗證明了系統可行性與精確性。梁春英等仿真研究了該技術的控制系統，得出了系統的 PID 策略可顯著提高控制系統的穩定性、快速性與準確性的結論。由于 PID 控制策略存在著各種優點，將為國內各種施肥技術應用研究打下基礎。由于變量施肥大多針對固體肥料，郎春玲等設計了以單片機為核心處理器的可深施液體肥料的變量施肥控制系統，可根據所需肥料的預定值進行施肥，其施肥誤差減少到 0． 5mL/次，誤差僅為 5% 。
為了完成變量控制作業與聯合施肥、噴藥與灌溉 3 類作業，陳宏等人解決了如何將 GPS 自控、推算自控與手控 3 種的控制方式綜合應用于變量機具的問題。
該機具可分別完成 4． 2、6． 5m 幅寬施肥、施藥及灌溉作業，大大降低了農機的成本，提高了作業效率，且可達到“一機多用”的效果。
李世成等在肯定變量施肥技術的環保性、高效性與綜合性等優點的同時，指出存在著技術所需成本高的缺點。例如，土壤數據采集儀器與大面積取樣化驗所需的費用較高，遙感信息與作物的實際需求信息難以精確對應。該技術還存在著如何使 DGPS 與 GIS的數據庫結合起來、完成將 GPS － RS － GIS 向一體化方向發展的問題。該技術在使用時，由于環境與儀器的靈敏性等原因\\( 如土壤含水率等\\) ，將影響其運行精度。
1． 4 灌溉施肥技術的研究現狀與存在的問題
為了應對我國嚴重缺水的現狀，灌溉施肥技術逐漸被重視與推廣應用，膜下滴灌施肥技術的使用較為普遍。20 世紀 70 年代開始，施肥技術經歷了由引進與購買發達國家技術與儀器到自主開發獲得自己的知識產權，并且由以前偏重于土壤水分含量對作物的影響到現今水肥對作物的綜合影響效果進行研究，由以前只注重灌溉技術的推廣應用的單一性到現在的灌溉與施肥技術相結合且應用的過程。
為了同時達到節水與施肥的目的，一種將滴灌技術與覆膜技術相結合的膜下滴灌技術得以推廣應用。
陳光等人將西瓜大田中的運用水肥一體化的滴灌技術與普通的溝灌技術進行對比試驗，得出該技術可顯著提高西瓜的各種營養指標與明顯節約水資源與化肥使用量，且可減弱化肥對土壤污染的結論。楊忠國等人設計了膜下滴灌的系統，確定了提高產量與節水省肥所需系統的最佳管道參數與水泵的型號。
為了開發利用鹽堿地，給鹽堿地中的作物根系營造一個最優的水鹽環境，王全九等人將滴灌覆膜與施肥技術加以綜合并推廣應用于鹽堿地，并提出鹽堿地中膜下滴灌的壓鹽時間、水量等等技術參數，為之后膜下滴灌研究提供了重要的理論數據基礎。
雖然膜下滴灌施肥技術已經取得了一定的研究成果并得到了廣泛應用，但是存在的問題也不容忽視。由于該技術使用的滴頭一般較小，容易被土壤中的泥土堵塞而不通暢;夏季高溫時，使用的黑色管道會由于吸熱而升溫，從而會影響覆膜的性能。與緩控釋肥存在著相同的問題—使用的覆膜由于回收較為困難會造成環境污染問題。
2 施肥機械的研究現狀及存在的問題
施肥機械是使用工具將固態或液態化肥施入土壤。隨著施肥機械的普及、發展與科研隊伍的不斷加強、擴大，經過基礎理論、技術與機具研究、設計開發等研究工作，施肥機械的研制已取得了大量成果。施肥機械可分為很多類型:按照施肥方式可分為撒肥機、種肥施肥機與追肥施肥機，且應用都較為普遍;按照化肥狀態可分為施液態化肥與固態化肥兩種，其中液態化肥的研究較為落后與狹窄。較為先進的變量施肥機械也已經取得了大量研究成果。
2． 1 變量施肥機械的研究現狀與存在的問題
由于變量施肥機械具有綜合評價效果顯著、可按需施肥并可調節及施肥準確度高等優點，已經成為施肥機械的主要研究方向之一。馬旭等研究了便捷、穩定的手控與自控變量施肥機械，可與播種機配套使用，成為“3S 技術”的基礎。針對我國國情，王秀等人研制了不僅可以配套國產拖拉機，還可以在GPS 協助下按照系統網格劃分所得的處方圖實現變量施肥的機械，并試驗了不同齒槽轉速所對應的精確排肥量，以確定最優轉速。為了解決施肥機械受到拖拉機行駛速度及排肥軸轉速等對排肥量的影響，陳廣大等設計了以 ARM 微處理器為核心、通過 PID 自動調節排肥量的控制系統，可達到排肥穩定、均勻與精度高的效果。針對不同規格大小農田的網格劃分并確定位置的高難度問題，于英杰等人確定了一種自動識別算法。該算法使用 ARM 控制器采集傳感器信號，能適應農田形狀的變化，精度高，穩定性較好。
我國的變量施肥機具相對于發達國家起步較晚，變量施肥機械使用的傳感器等設備未國產化而導致了儀器昂貴。我國大多數農民的經濟基礎薄弱，尤其是中西部山區，難以接受機械的使用成本。我國處于概念階段的變量施肥機械，其一幅寬較小，其二采用的差分 GPS 系統的精確度較低，可能會導致以周圍較近區域的處方量為依據施肥，將偏離施肥目的。
機具大多只能實現總量的變量配比，而多元素的精確變量配比卻難以實現。專家在決策分析時容易脫離實際，由于其研究系統過于復雜，結果也與最終實際相差較大，有的時候甚至遠遠低于普通的決策。由于變量施肥機大多懸掛于拖拉機，將會受到土壤環境的限制，不適宜大幅度轉彎或翻梗，穩定性將會直接受到影響。
2． 2 種肥施肥機的研究現狀與存在的問題
種肥施肥機是將肥料伴隨著種子進入土壤為種子生長發芽提供肥料的機械，現今以條施方式為主的播種施肥機占據了大量的市場，其中外槽輪式的排肥器應用較為普遍。為了解決水稻直播由于未準確控制而導致的斷芽、斷條、未直立生長等問題，夏俊芳等設計了 2BFS － 8 型水稻芽種播種施肥機。該施肥機可一次性完成各種土壤耕作、播種與施肥作業工序，生產率高、斷芽率低，性能均可達標。為了解決播種施肥機在丘陵山地等非平整地區作業時的作業質量差與效率低的問題，王曉東與王玉華等分別設計了自走式的 2BF －1 型播種施肥機與可調式免耕播種施肥機，都可以達到調節方便可靠，機具簡單輕便的效果。同樣，為了解決種肥的利用率低、“高入低出”等問題，苑嚴偉等將變量施肥技術應用到了種肥機上，通過自動控制系統并將處方圖與定位信息二者結合起來進行施種肥，可達到變量施肥與精密施肥的目的。
對于種子與化肥的比例，大多種肥施肥機沒有精確的控制系統，比例偏大或偏小都將不利于種子發芽;氣力與液力的研究應用相對于純機械式機具的應用研究遠遠滯后，不利于參數的自動控制。雖然種肥施肥機械的研究達到一定的水平，但是其推廣范圍較狹窄，使得大多農民施種肥時掩埋深度不夠造成污染。種肥機在使用時對機械作業人員技術要求較高:如對開溝器的下降快慢程度控制，如果過快將嚴重導致開溝器不通暢;如果是在潮濕的土壤或者水田作業時，還容易土壤大量粘附于開溝器上，同樣造成管道堵塞而不通暢的現象。
2． 3 追肥施肥機的研究現狀及問題
追肥施肥機械是在作物生長發育的同時施用化肥的機械，現今追肥機的研究達到了一定水平。張傳斌研制的 TX － 12 型煙草定量穴灌追肥機不僅可定量追肥、灌溉，還可在田間輕便移動，工作效率高，尤其適用于干旱地區;王金星等研制了一種通過高準確率傳感器將信號傳給單片機以達到自動控制的智能煙草定量穴施追肥機，可實現自動化與煙草的低損傷率。為了解決干旱地區作物苗期中耕、追肥作業的高成本、復雜與低效率問題，崔歡虎等人研制出了以節約水資源為基礎的中耕保墑追肥機。經過多年試驗，其機具所需動力小、效率高且輕便靈活，可為廣大農民接受。
農民大量使用的追肥機大都采用簡單的四桿機構，運動副容易產生磨損，維修較為困難，必將影響作業效果。輸肥管在施肥機下降上升過程的往復運動過程中容易造成變形而形成縫隙，就可能會使肥料在縫隙中漏掉。我國大多農民容易在作物的非最佳追肥期施用追肥，且采用的封壟蹚地后追肥的方式對時間把握不準確也將引起倒伏，且也容易造成對植物根系損害而導致減產。由于農村勞動力減少，農民為了節省時間與精力，將追肥與種肥同時施入土壤，必然會出現燒種燒苗的現象。農民在追肥時，同樣容易出現忽視有機肥與部分微量元素的重要性的問題。
2． 4 液態施肥機的研究現狀與存在的問題
液肥主要分為有機肥與無機肥。其中，無機肥以液氨為主，為了避免肥料的揮發所導致的化肥損失與環境污染，大多的液肥都需要深施。我國的液肥深施技術的研究已經取得了一定的成果，為了解決固態施肥時的各種問題，程亨曼等將重點轉向了施用液態化肥，設計了可與播種機配套且可適用于各種中耕作物的 FY400 多功能液態深施肥機，其節肥、增產效果顯著，使用的成本在農民經濟承受范圍內。由于存在噴肥針扎穴與噴肥過程存在著仿真困難、觀測研究及統計測量較難實現的問題，王金峰等人利用高速攝像對過程拍攝并對所得的圖像進行分析處理，得到了噴肥時間誤差、精確度與扎穴運動曲線。扎穴機構如果速度過快，容易出現土壤被機構回帶的現象。為了解決這一問題，郗曉煥等人優化設計了扎穴機構，使用弧形扎穴機構代替了廣泛使用的曲柄滑塊、搖桿機構，用 VB 軟件編程仿真確定了最優化參數，并通過了驗證，使得機構入穴與返程軌跡一致性得到滿足。
雖然液態化肥具有許多的優點，但是農民在使用過程由于技術普及與運用不當仍會造成一些問題。
比如，深施液肥時由于需要開溝器開溝而后機械覆肥，對機械的依賴性較強，而大多先進的機械超過了農民的經濟承受力，故而先進的機械、效益高的液肥與農民低購買力的矛盾使得機械的應用范圍不廣。
液氨具有腐蝕性與刺激性，會對農民的身體造成一定的危害，還會腐蝕施肥機械。對于將變量技術應用于液態施肥機的較為先進的機械，由于國內對液肥生產應用較少，其應用前景受到了限制。
2． 5 撒肥機的研究現狀與存在的問題
撒肥機是將化肥直接播撒在地面，通過土壤耕作將化肥埋于耕作層下。為了解決大棚作業人工的高強度、低效率的問題，申屠留芳等人設計了電動自走式撒肥機，由于其結構簡單、輕巧、靈活且成本較低而被大棚種植戶接受，從而提高了大棚作業的效率、降低了作業人員的強度。針對我國水田作業時化肥人工撒播難以滿足均勻一致性、耗時耗力且效率低的問題，陳書法等人將精準農業應用于撒肥機上，設計了 水 田 高 地 隙 自 走 式 變 量 撒 肥 機，其 核 心 為AT89C5l 單片機。同時，還對撒肥機的各種參數進行了大量的試驗，并將不同的施肥環境條件考慮在內，其結果是撒肥機可受控制地在田間行走且達到了變量施肥的目的。由于現今大多使用的撒肥機都存在著輸肥管不通暢、撒肥易不均勻等問題，張李嫻等設計了可實現化肥防堵塞、均勻的擺管式撒肥機，可解決大多撒肥機存在的問題，為以后的理論研究提供了依據。
即使現今撒肥機效率較高，但也存在著不容忽視的問題。例如，一般要求化肥掩埋深度較深，但是撒肥機的肥料只能通過耕翻后掩埋，難以達到所需要的深度，不僅導致化肥的低利用率，也會因雨水的沖刷造成化肥的農業污染。如果農民在使用之時急于求成，也勢必會造成燒種現象。農民在使用撒肥機時，由于對技術的掌握程度低，或者購買價格低廉劣質的撒肥機，極易造成管道堵塞;農民對機具的維修能力不高，也會對機具性能產生影響。
3 解決問題的對策與措施
1\\)加強施肥機械與施肥技術的研究，將農機與農藝結合起來。國家應該同時加強施肥機械與施肥技術的投入，重視機具與技術的基礎理論與應用的研究，如播種施肥機種子與化肥比例的精確數據研究。
研究符合農業現代化機具與技術的同時，還應把由中小企業生產的機具，且適應于中小型農場的施肥機具考慮在內。
加強不同施肥機械的研制，尤其是針對地域差異、氣候差異與植物在生長周期差異時所對應的機具研究，以達到“聯合作業、一機多用”，且可施有機肥。
將液力、氣力理論應用到純機械式施肥機具上以提高機具的自動化程度，使效率高、污染小與精確度高的機具替代落后裝備。機具的研究應具有針對性，尤其是針對出現問題概率較高的部件進行優化設計，如肥料輸送管道易堵塞及部件強度不夠而容易產生的疲勞損失的問題。
現代施肥技術綜合性強，技術、機具與制肥三者缺一不可，應增強其技術與工作人員的交流與合作，探索出三者相互配套且有機結合的一系列應用理論。
2\\)加強科研成果的推廣，開展技術與機具應用培訓。改變我國施肥機械與施肥技術落后現狀的最好辦法是加強科研部門與農業推廣部門的緊密聯合，以達到事半功倍的效果。應該鼓勵施肥技術與機具研制人員對農民進行技術與機械的應用培訓，既可以使科研人員不脫離農村實際，又可以增強農民的技術與機械的應用水平，糾正農民的錯誤施肥方式，學會保養與維修施肥機械，從而減少因為方式錯誤而導致的環境問題。
國內施肥機械大都來自中小企業的生產，應該在農村展開調查，擇優選擇效率高的機具進行再開發與研究后向農民推廣應用。同時，應利用各大農業高校與農業科研部門的科研項目，將項目的研究理論以及實驗機加以改造為應用機，再投向于農村，實現科研價值的最大化。
3\\) 淘汰落后機具，加大機具的補貼力度。結合國家對環境友好型施肥機具的補貼政策，強制報廢農村低效率、化肥高污染的施肥機具，并予以相應的補貼。
對于技術或機具使用的材料，尤其是污染大的材料，應該被環保材料取締;淘汰落后機具，實現先進高效率機械的應用推廣，推進農業現代化的進程。
為了實現高精度機械與技術的推廣應用，一是應盡量減少機具與技術的制造與應用成本，尤其是針對精準農業所使用的成本;二是加大政府對先進機具與技術的補貼力度，除了補貼農民購買機具或儀器時所需的成本外，還需要加大農民對技術與機具培訓所需經費的補貼。
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