小麦是中国主要粮食作物之一,占中国粮食作物播种面积的21%。施肥是小麦生产过程中的关键环节,可以保证小麦生长期内所需养分,对小麦产量产生直接影响。目前中国在小麦的肥料施用过程中,施肥量过大、施肥不均匀、肥料利用率低的问题较为严重,导致了资金和能源的使用过度,同时对土壤环境产生了严重污染。小麦种肥精准拟合变量施肥技术,重点在于优化肥料施用位置,使小麦在最大程度上吸收肥料养分,结合变量施肥技术,在传统施肥量基础上进行变量、减量施用,在减少化肥施用量的同时提高肥料利用率。本研究针对黄淮海地区小麦施肥量过大、肥料利用率低的问题,基于GNSS导航技术,提出小麦种肥精准拟合施肥模式,研制小麦种肥精准拟合变量施肥控制系统,实现了小麦施肥行和播种行精准对行和肥料的变量分层深施。主要研究内容包括以下4方面:(1)提出小麦种肥精准拟合变量施肥作业模式,基于拖拉机自动导航系统,实现种行与肥行精准对行,提高小麦的产量和肥效;同时提出小麦种肥精准拟合变量施肥控制系统设计方案,系统由车载终端、电控部分、液压部分以及机械传动共4部分组成,可以根据用户设置的目标施肥量,实时计算液压马达目标转速,一次完成带施旋耕、深层条施的同步变量施用。(2)变量施肥控制系统主要实现了上位机软件与机械执行机构间的指令传递,完成了对排肥轴转速的变量控制。变量施肥控制系统主要包括变量施肥控制器、液压驱动装置和机械传动装置。控制器采用16位40MHz汽车级专用C167CPU,应用PID控制算法,通过CAN总线与上位机进行通信。液压驱动装置选用BMM50摆线液压马达、PV08-30比例型流量控制插阀和H80-S4型编码器。在肥料撒施排肥口加装肥料导流装置,保证浅层肥料分布均匀。(3)基于Visual Studio2008集成开发了施肥软件控制系统,实现种肥精准拟合变量施肥作业。种肥精准拟合变量施肥软件包括种肥拟合控制模块、作业信息管理模块、化肥信息管理模块、排肥参数标定模块和通信模块,软件界面可以显示机车当前作业参数和实际施肥量的作业信息,用户可以根据实际作业情况在软件界面输入相应机车参数和目标施肥量信息,软件根据用户输入信息计算液压马达目标转速。(4)应用小麦种肥精准拟合变量施肥控制系统,使用约翰迪尔1204拖拉机,在国家农业信息化工程技术研究中心小汤山实验基地分别进行了小麦种肥拟合精准对行试验、小麦变量施肥标定试验和小麦种肥精准拟合变量施肥田间试验。试验表明,机车空载时,小麦种肥精准拟合对行精度可达到5cm;在排肥轮转速10,20,30,40,50 r/min条件下,浅层排肥变异系数最大为0.05,深层排肥变异系数0.08;2017年田间试验结果表明,常规施肥产量平均为260kg/亩,减量12%条件下,施肥产量平均为263kg/亩,产量基本持平。小麦种肥精准拟合变量施肥控制系统可以满足小麦施肥作业要求,减少小麦肥料的施用量,为小麦种植的减肥增效提供了一种新方法。