[发明专利]一种水稻智能变量施肥机及其变量施肥方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水稻生长期施肥的变量施肥技术，具体地说是一种水稻 智能变量施肥机及其变量施肥方法。

背景技术

精确农业变量施肥技术(简称精确施肥或变量施肥)是以作物生长模型、作 物营养专家系统为支持，以高产、优质、环保为目的的施肥技术，要求对农业生 态系统进行养分平衡研究，从而可以实现在每一操作单元上因作物营养水平的差 异而按需施肥，有效控制物质循环中养分的输入和输出，减少化肥对环境的污染 和破坏，大大提高了肥料的利用率，降低生产成本，增加了农民收入。

水稻作为我国主要的粮食作物之一，在幼苗期、分叶期、拔节期、孕穗期、 抽穗期等生长阶段对各种营养元素的需求，随着水稻品种、气候、土壤和施肥技 术等条件的不同而变化，特别是不同生育时期水稻对氮、磷、钾三种主要营养元 素需要量大，吸收量的差异十分显著，单纯依靠土壤供给，不能满足水稻生长发 育的需要，必须另外施用。

基于全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、计算 机自动控制等技术，国内外已对农作物变量施肥技术开展了大量研究工作，取 得一些研究成果，如中国专利ZL02149019.8，ZL200910095897.X、 ZL200710175341.2，日本专利JP20030154427、JP19980080779等。这些施肥技 术大多应用GPS、GIS技术，通过测定往年土壤养分、地形地貌、作物产量等信 息，获取土壤变量施肥处方图，指导当季作物生长施肥，往往只变量控制一种肥 料的施用量(如氮肥)，而水稻生长期土壤养份构成已经发生很大变化，且单位 面积作物的N、P、K元素的需求比例不同，需要实时精确控制。国外已有撒施 液态肥的变量技术成果，采用液压驱动控制技术，系统结构简单，但在我国液态 化肥的品种和生产量很少、运输不便，推广应用受限，不适合我国化肥供应以颗 粒、粉末状为主的实际情况；现有变量施肥机具多与通用的拖拉机悬挂连接，两 轮驱动，底盘低，采用普通轮胎，不适合水田行走要求的过埂通过性、高地隙、 转弯半径小的工作要求。

随着高光谱遥感技术和机器视觉技术的发展，对作物生长期实施精确变量施 肥成为可能。而目前研究大多只应用单一的技术手段，如光谱遥感技术或机器视 觉技术来采集作物生长状态信息，信息采集的准确性和可靠度不高，且研究方向 主要集中于小麦、大豆、番茄等农作物的施肥施药，而综合应用高光谱遥感和机 器视觉的多信息融合技术对水稻生长期变量施肥的应用研究成果未见报道。

因而，目前需要一种适合作物生长全周期的变量施肥机械与施肥方法，尤其 是一种适合水稻生长期撒施颗粒、粉末状化肥的智能变量施肥方法和适合水田行 走的变量施肥机械。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种水稻智能变量 施肥机及其变量施肥方法，该变量施肥机为自走式变量施肥机械，施肥精确、可 控性好，适合水稻生长期施肥；该变量施肥方法可以实时监测水稻的生长状态， 根据水稻在不同生长期的营养需求，进行动态的实时精确施肥，真正实现自动化 的按需精确施肥。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种水稻智能变量施肥机，其特征在于：该变量施肥机包括高光谱遥感系统、 图像采集系统、牵引机体、连接悬挂结构、变量施肥单元、摊肥机构、液压驱动 系统、GPS天线、GPS流动站、支撑机架、地轮、测速传感器和控制系统，高 光谱遥感系统和图像采集系统设置在牵引机体的前端；支撑机架通过连接悬挂结 构与牵引机体连接；变量施肥单元设置在支撑机架的上部；摊肥机构与变量施肥 单元连接并设置在支撑机架的下部；在支撑机架的底部设有地轮；在地轮上设有 测速传感器；变量施肥单元和摊肥机构与液压驱动系统连接；在牵引机体内设有 与高光谱遥感系统和图像采集系统进行通讯的GPS天线和GPS流动站；对数据 进行处理并控制变量施肥单元和摊肥机构动作的控制系统设置在牵引机体内。

一种水稻智能变量施肥机的变量施肥方法，其特征在于：该方法通过高光谱 遥感系统和图像采集系统的信息融合，实时检测水稻的N、P、K含量，并根据 其营养盈亏状况对水稻进行按需施肥，具体步骤如下：

1)变量施肥机在水田前行过程中，通过置于机器前端的高光谱遥感系统和 图像采集系统进行水稻生长状态信息采集，得到水稻冠层反射光谱的“面状”信 息，水稻叶片、茎秆的形貌特征；