基于实时传感与处方图的氮磷钾变量施肥系统开发与性能评估

本研究针对农田养分空间变异导致的施肥不均问题，开发了集成实时氮素传感（GreenSeeker）与磷钾处方图技术的变量施肥系统。通过脉冲宽度调制电磁阀实现精准喷施，验证显示系统响应快（0.80s）、误差低（0.9-8.8%），较传统方式节肥13.43-28.34%，为智慧农业装备研发提供重要实践依据。

　　

研究人员开发了一套变量速率施肥系统，用于实现位点特异性养分施用。该系统以磷（P）和钾（K）的处方图（prescription map）为输入，并整合实时氮（N）传感技术。系统由传感器模块、数据处理单元和计量单元构成：传感模块采用GreenSeeker传感器动态监测作物氮素状况；处方图则基于网格土壤采样分析磷、钾含量而生成。微控制单元综合处理传感数据与处方信息，计算所需施肥速率及对应的喷嘴喷雾流量，并通过脉冲宽度调制（PWM）比例电磁阀调控喷咀流量，实现精准变量喷施。

系统在玉米作物中进行了性能评估，重点考察前进速度（3、4、5 km/h）和施肥速率（40、50、60、70 ml/m²）对实际施肥量、施肥误差百分比、雾滴粒径、雾滴密度（Droplet Density, DD）及均匀性系数的影响。验证结果表明，喷嘴实际排出量与计算的N、P、K施放量高度吻合（R² = 0.99）。传感器系统响应时间为0.80秒，而地图系统为1.32秒。随着前进速度提高，施肥误差由0.9%增至8.8%；施肥速率提高则导致雾滴粒径从241.2 μm增大至272.5 μm。

该变量施肥系统相较于传统施肥方式可节约肥料13.43%至28.34%，表现出显著的精准性与资源利用效率。