水肥管理是苹果园生产中的关键作业环节,灌溉与施肥的作业方式则对果园水肥投入、水肥利用率、作业效率和从业者的身心健康有重要影响。水肥一体化是一项将田间管理中的灌溉和施肥作业融为一体的水肥管理技术,能大幅提升水肥利用率及施肥与灌溉的作业效率。本研究针对黄土高原旱区苹果园生产对水肥一体化管理的现实需求及现有微灌模式水肥一体化技术在一户一园分散经营条件下难以推广的问题,借鉴传统“浅坑瓢灌”农艺的技术思想,设计了一种与黄土高原旱区苹果园建园条件相适宜的水肥一体化穴施机,该机在行走过程中能连续进行挖坑、施肥、施水的同步作业和覆土回填作业,且能定量投入水肥。主要研究内容及结果如下:（1）苹果园水肥一体化穴施机总体设计。在对黄土高原旱区苹果园水肥管理现状与现有作业机械及作业环境深入研究的基础上,以1KFL-30型果园开沟机为载体,完成了苹果园水肥一体化穴施机—挖坑、施肥、施水同步作业、覆土回填功能实现的技术方案设计,确定了苹果园水肥一体化穴施机的工作原理和总体布局。（2）整机结构及关键部件设计。根据黄土高原旱区苹果园的栽培模式和水肥管理的农艺要求,运用Creo软件建立整机及各关键部件的三维模型,完成了整机及定量施肥装置、定量施水装置、覆土结构等关键部件的设计与挖坑装置的改进设计。（3）施肥装置和挖坑装置的理论分析和仿真分析。首先依据每坑施肥量确定了施肥部件的结构参数,对施肥装置进行理论分析和运动分析,确定作业参数。利用EDEM软件建立施肥装置的离散元模型,对施肥装置结构的合理性和施肥作业性能进行分析。其次以农艺要求的挖坑深度为依据,分析确定了挖坑部件的作业区间;利用ADAMS建立虚拟样机并以影响坑面长度的两个因素刀盘下降时间和上升时间设计两因素三水平正交组合响应面试验;以坑面长度为试验指标,由多元回归分析和方差分析得到各因素对响应的显著性排序;使用Design-Expert以坑面长度最大化为优化目标,确定了挖坑作业的最优参数结果。（4）挖坑控制系统设计。以整机行进过程中挖坑、施肥、施水同步作业状态的控制为目标,完成了挖坑电液控制系统原理设计、硬件选型、并利用Arduino IDE开发平台完成控制系统软件设计。（5）苹果园水肥一体化穴施机样机试制与试验研究。试制样机并进行田间试验,结果表明:该机能在行进过程中完成挖坑、施肥、施水的同步作业和覆土作业,挖坑控制系统作业稳定。在行进速度75 mm/s,挖坑刀盘转速280 r/min,挖坑深度设定为300mm,施肥量为500 g/坑,施水量2 L/坑的参数设置下,整机作业效果良好且对土壤扰动较小,覆土均匀,施水稳定,每坑施肥量稳定性变异系数为0.83%,定量施肥偏差不大于5%,施水量标准差小于0.1 L,单次作业的时间在15 s/坑之内,水肥入坑率大于99%。其中挖坑深度稳定性为98.19%,坑面长度稳定性为99.46%,坑面宽度稳定性系数为99.51%,各项指标均符合设计要求。