精准农业的本质是通过现代化的投入、生产及管理技术, 以最节省的投入达到最高效的收入, 实现各方面资源的可持续利用发展。它充分体现了因地制宜和可持续发展的理念。在精准农业的发展过程中, 变量技术的发展为其提供了技术保障。近年来, 变量技术普遍应用于精准农业中。变量技术的应用是依据农业机械所处的位置, 包括土壤性质、农作物生长情况和气候因素, 自动调节农业物料使用情况的技术。变量作业的核心技术是使用智能化技术控制, 系统建模、自动定位调节, 进行农业生产。
1 变量技术的工作原理
变量系统包括计算机控制器、定位系统、定时传感器、地理信息系统和农机具。计算机控制器作为变量系统的中心, 依靠其他系统定位地理信息并将其输入到计算机, 系统中心依据经过计算和校正的地理和物料信息, 确定实际排放速率, 连续控制变量作业。变量系统应用于耕作、播种、除草、施肥、病虫害控制、栽培以及灌溉等农业生产中, 其精度越高, 系统越复杂, 成本越高。
2 变量化农业设备
大型农业装备在我国精准农业及变量技术发展过程中起到了关键作用。除了实时配肥技术的施肥机, 还有可自动选择作物品种、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机;按配方进行实时配肥, 按定位系统和处方管理系统的要求进行变量施肥机;基于计算机视觉技术的实时探测与控制技术的智能化精准除草机;联合收割机产量分布实时检测方法及具有我国自主知识产权的产量流量测量方法[1]。另外, 可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品。目前, 变量化的农业机械设备还在不断的完善与研发中。
3 变量技术施用设备在国内外的应用
3.1 变量技术在国内农场的应用
我国大型化农场相继引进、投入使用变量化农业生产设备, 如2002年黑龙江精准化农业示范基地引进的变量机械设备, 包括播种机、施肥机和耕种机, 已经充分发挥了变量技术的作用, 实现了自走式、均等化、智能化的变量操作, 对示范基地的农业精准化作业起到了推动作用。根据变量技术的应用, 迪尔公司设计生产的变量施肥播种机、自走式喷药机于2003年被黑龙江大西江农场引进, 进一步完善了变量相关技术, 成为农业专业化发展的强劲推力。其基本原理是通过空气式输送, 计算机中枢系统职能调控, 根据反馈的信息制成处方图, 留档备查。变量化机械在作业时, 根据生成的处方图自动化控制变量作业。
现今, 变量技术发展迅猛, 已经广泛应用于大型农业产业化生产基地。几乎全部的农产品加工行业的龙头企业在制定投资方案时, 都将机械的变量化技术水平放在首要考虑的位置争取尽快把数据处理的单项信息管理提升到全面信息化水平;其他大中型企业也都纷纷行动起来, 进行项目论证和资金筹集, 准备尽快完成信息化所需要的机器设备和技术等装备。大型农垦区的公共信息资源数据库建立已经具备成熟的条件, 变量技术的发展必将受到工业企业和广大农户的普遍欢迎, 应用前景十分广阔。
在现代化精准农业中, 变量技术已经广泛应用于农业生产的过程中, 播种、施肥、喷药、灌溉等设备中变量技术的应用, 大大的提高了农业生产效率。
3.2 变量技术在施肥机械中的应用
以美国的变量施肥播种机及日本的水稻变量施肥机为代表, 国外的变量技术研究以及应用已经相当成熟。美国公司研制的肥料播种车是精细化农业播种作业的典型代表[2]。它采用吹气原理, 在工作室内设置可以显示施肥机器的仪表。操作员在驾驶室内就可以清楚的观测到肥料使用状况, 通过观察这些具体信息来监视施肥的行走轨迹。日本的水稻变量施肥研制公司, 研制出的施肥机, 配备了马达、侧连、喷肥管和施肥箱的装置, 在机器的行走过程中, 根据机器所在的地为位置, 变量化作业。高度智能化的操作方式及设备是国外再次领域的显著特点。
此外, 俄罗斯研制的施肥机精细化了排肥口的装置, 用共振磁片智能化控制排肥速率和排肥的数量。德国在变量化装置的感应器上有了新的突破, 通过安装作业传感器和液压马达, 测得农作物需要元素的含量, 通过中央控制调配所需肥料的含量。法国的自动喷雾机, 运用旋转式的喷洒装置, 有效地解决了机器作业喷洒不均的问题, 但也存在控制起来比较困难的问题。
我国自主研发的变量施肥设备目前拥有的核心技术包括单片机连续控制施肥技术、田间作业实事计算、终端控制、低俗信号采集、辅助平行作业和电液比例阀控马达等, 基本上实现了变量机械化大面积作业。经过积极研发, 一种新的实时监测系统在田间的应用, 实现了前进速度与施肥量相适应的信息数据交换与共享。
变量技术施肥机械自动化流程是先通过感应器读取DGPS信号, 继而经过网络识别, 读取IC卡, 控制施肥量。在此过程中, 根据地轮脉冲调整前进速度, 控制电机转速, 实现变量施肥。
3.3 变量技术在喷药机中的应用
在喷药机的应用中, 操作员通过采集的土壤、植物空气等样本, 为农作物开具处方, 变量喷药机根据开具的处方和定位系统, 进行药剂调节, 在喷洒过程中还要根据具体情况进行雾滴大小的调节。
变量设备的操作中心是计算机控制器, 参与设备有行走传感器、注射器、泵、流量传感器和吊杆阀。计算机一般在喷洒过程中起到中枢系统作用, 药剂箱中的药物是根据处方调配好的合适比例的药物, 通过流量控制阀对注入吊杆阀中的药剂进行实时监测, 系统间相互协调配合, 实现药剂智能化喷洒。
3.4 变量技术在灌溉机中的应用
在全球范围内水资源紧缺的大环境下, 实现精准灌溉是提高水资源利用效率的必经之路。囿于条件及经济实力限制, 变量技术灌溉, 包括喷灌、滴灌、微灌和渗灌等高科技灌溉技术还不能广泛应用于灌溉的各个领域。根据不同作物、不同生育期间土壤墒情和作物需水量, 实施实时灌溉, 一劳永逸, 将从根本上改变农业领域水资源浪费现象, 在很大程度上节约了水资源, 有效提高水资源利用效率。
3.5 变量技术在播种机中应用
变量技术在播种机中的应用原理类似于变量施肥, 只是更多地将重点放在土壤监测上, 通过对土壤土质、肥力的鉴定及对播种机播种轴的控制, 调解播种深度和播种数量。变量技术的应用解放了人力, 机械化运作又能使苗床整齐划一, 并且提高农作物产量。
3.6 变量技术在联合收割机中的应用
变量技术在联合收割机系统中的应用表现在装有智能化损失监测设备和数据反馈系统, 其基于GPS配备的智能化传感器及其拥有的丰富接口、充足的数据存储空间, 不但能进行精确导航, 还能监测土质和水分, 确保损失率停留在一定单位内[3]。
变量技术应用于农业机械中, 以实用性强、省工省力、低耗能和可持续的有点, 成为我国现代化农业发展强劲的推动力。继续研发并且推广变量技术在农业生产中的应用, 具有极其重要的意义。
摘要：变量技术在精准农业中的应用彻底解放了劳动力, 提高了农业生产效率, 为精准的农业发展创造了条件。简要介绍的变量技术在精准农业从耕作、灌溉、播种、施肥到收割过程中机械化用作的方式, 旨在为变量技术的进一步发展提供依据。
关键词：精准农业,变量技术,农业机械,应用
参考文献
[1] 蔡泽祺.产业化经营集约化发展大力发展生态高效热带农业[J].中国农垦, 2013 (12) :27-28.
[2] 张小超.精准农业智能变量作业装备研究开发[J].农业工程, 2011 (3) :26-32.
[3] 赵登峰.变量施肥装备的研究现状及展望[J].开发研究, 2011 (4) :29-32.