基于玉米葉片葉綠素檢測的高地隙精量施肥機械研究.pdf

1、玉米中耕施肥機械化生產(chǎn)技術(shù)主要包括追肥期的營養(yǎng)狀況檢測、追肥模型、配套作業(yè)機械和變量控制技術(shù)等方面。本文根據(jù)黃淮海地區(qū)的玉米種植農(nóng)藝特點，以玉米葉片葉綠素漫反射檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，通過田間試驗建立了追肥模型，并設(shè)計了一種三輪高地隙田間作業(yè)車及其變量施肥系統(tǒng)，開展了玉米中耕施肥機械化技術(shù)研究，主要工作包括以下3個方面:
　　(1)采用漫反射光譜技術(shù)，研究了玉米葉片葉綠素檢測技術(shù)方法。檢測系統(tǒng)主要包括光路、電路和軟件等設(shè)計。其中光路設(shè)計主

2、要采用光源分散立體設(shè)置和傳感器居中的方法，實現(xiàn)了漫反射光的凈化;檢測電路設(shè)計主要采用恒流源電路配合光電轉(zhuǎn)換電路使光強數(shù)據(jù)計算穩(wěn)定可靠。在此基礎(chǔ)上還研制了漫反射式玉米葉綠素檢測儀，并分別進行了盆栽玉米和大田玉米葉綠素檢測實驗和標定。連續(xù)兩年采用漫反射式玉米葉綠素儀、SPAD葉綠素儀和Greenseeker冠層儀，在玉米追肥期進行了葉綠素檢測對比試驗，試驗表明，三波長漫反射法檢測玉米葉片葉綠素含量的有效可行，其測定值（KM值）與葉綠素真值的

3、平均決定系數(shù)為0.95，在部分玉米品種的葉片葉綠素的檢測精度上高于SPAD葉綠素儀和Greenseeker冠層儀。
　　(2)根據(jù)肥料效應(yīng)函數(shù)法，利用玉米葉綠素儀為檢測工具，建立了玉米的中耕線性追肥模型。追肥模型試驗選擇聯(lián)創(chuàng)808玉米品種為對象，依據(jù)相關(guān)的基于土壤NO3--N含量和目標產(chǎn)量的夏玉米基肥和追肥推薦方案，設(shè)計了玉米種植、基肥和追肥試驗方案，利用玉米葉綠素儀為檢測工具，根據(jù)追肥期玉米葉片的KM值和對應(yīng)的最佳追肥量，進行了

4、線性和多項式擬合，生成了試驗地塊的基于葉片KM值的追肥方案，并建立了聯(lián)創(chuàng)808的線性追肥模型，決定系數(shù)為0.9206，用于指導(dǎo)玉米的中耕追肥，為高地隙中耕施肥作業(yè)車提供施肥方案，實現(xiàn)不同玉米行數(shù)的變量施肥。
　　(3)根據(jù)玉米追施肥機械化作業(yè)農(nóng)藝要求，研制了一種可跨行作業(yè)的三輪高地隙田間作業(yè)車，并設(shè)計了與其配套的變量施肥系統(tǒng)。施肥系統(tǒng)包括液壓驅(qū)動系統(tǒng)、電控調(diào)速系統(tǒng)和施肥機械裝置等。該中耕施肥機一次可施肥6行，論文對其開溝器起落機構(gòu)

5、經(jīng)過仿真分析實現(xiàn)了配合作業(yè)車后輪輪距調(diào)整(1.8～2.4m)要求;液壓系統(tǒng)利用多路閥實現(xiàn)了后輪輪距調(diào)整，機具提升和驅(qū)動液壓馬達排肥功能;電控調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，結(jié)合設(shè)置的施肥參數(shù)和檢測到的速度信號，采用數(shù)字增量式PID算法調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中比例流量閥的開度，控制馬達轉(zhuǎn)速實現(xiàn)變量施肥。采用試湊法和臨界比例法結(jié)合，進行了PID參數(shù)整定試驗，標定了馬達的轉(zhuǎn)速和排肥槽不同工作長度下的排肥量與轉(zhuǎn)速關(guān)系。通過試驗研究，確定了排肥槽10mm和20mm開

6、度下的排肥量與轉(zhuǎn)速關(guān)系，PID參數(shù)的比例系數(shù)(1.2)、積分系數(shù)(0.04)和微分系數(shù)(0.2);參照中耕追肥機國家標準，對高地隙追肥機進行了耕深一致性、排肥量一致性和總排肥量穩(wěn)定性試驗，田間試驗驗證了耕深一致性變異系數(shù)均小于18％，各行施肥量變異系數(shù)小于8％，總排肥量穩(wěn)定性平均變異系數(shù)為2.01％，達到了國家標準要求，實現(xiàn)了150-750kg/hm2的施肥量要求。為進一步實現(xiàn)玉米精量追施肥控制的模塊化設(shè)計，作業(yè)車的速度提取方式由霍爾傳

7、感器改為GPS信號速度，進行了基于GPS速度和霍爾速度的作業(yè)車施肥量對比試驗。
　　總之，本文根據(jù)黃淮海夏玉米種植的農(nóng)藝特點，實現(xiàn)了漫反射法玉米葉綠素檢測，并根據(jù)田間試驗建立了相應(yīng)的追肥模型，同時在三輪高地隙田間作業(yè)車上設(shè)計了變量施肥系統(tǒng)，并進行了田間作業(yè)試驗，建立了初步的玉米追施肥機械化技術(shù)體系，為黃淮海玉米田間管理機械化提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文的研究工作在追肥模型、PID控制算法和GPS速度濾波等方面還存在不足之處，需要進一步繼續(xù)