金秋十月，山东省德州市禹城市辛店镇洪旗种植专业合作社大田里，玉米刚完成收获，金黄的留茬秸秆在田间铺成一片灿烂的秋色。10月9日至11日，国家农业科技重大专项成果“有机粪肥精准还田系列技术与装备”集中示范应用活动在这里举行。
近年来，在国家农业科技重大专项支持下，中国农业大学联合北京信息科技大学、山东北源机械设备有限公司等多家单位，组建了“有机粪肥精准智能施用关键技术装备”产学研创新联合体，围绕“有机粪肥—按需施用—关键技术—智能装备”开展全链条攻关，实现科技创新与产业创新深度融合，形成了有机粪肥精准智能还田关键技术与系列装备成果。
肥料是作物的粮食。就像人需要吃饭一样，作物施肥不只需要传统的氮磷钾化学肥料，还需要固体、液体有机(类)肥料，而且还需要根据不同作物生长所需进行科学配施，以满足土壤对于养分、有机质、微生物和水分的多元化需求。有了套餐化肥料，施肥装备是重要作业工具。现场，几台不同类型的施肥机具有序停在地头，同时接受专家和用户的“检阅”。
一旁，记者看到一堆深褐色经过发酵腐熟的牛粪基固体有机肥，有大块、小块，大的比拳头还大，小的有细沙那么小，要想撒均匀，并不容易。一款固体有机肥料撒抛机开始作业。国家奶牛产业技术体系粪污处理与利用岗位科学家、中国农业大学工学院黄光群教授表示，针对作物对于固体有机粪肥按需精准施用需求，团队研发了立式分段变螺旋排肥关键部件，固肥撒施均匀性变异系数小于18%，作业性能稳定可靠，实现国产化替代。现场还有一台北京信息科技大学机电工程学院张俊宁教授带领团队研发的撒抛机，将固体有机肥料和多种化学肥料按需精准混配并通过离心式甩盘均匀撒抛到地表，可减少不同施肥机具多次进地、压地并实现节能减排和降本增效。
我国是畜牧业大国，集约化奶牛养殖每年产生大量粪水，其物料特性复杂，适用于处理后的液体有机粪肥还田的先进适用装备供给不足。现场，两台罐式还田机具正在并肩施用牛粪沼液有机肥，一款为开沟注施覆土一体机。“通过创新应用高性能湍流式匀配关键部件，开沟注施各出口排肥量变异系数小于10%，实现引领发展。”黄光群教授表示。还有一款可分别适用于平原和丘陵山区的液体有机粪肥喷施机。北京市农林科学院罗长海高级工程师说：“团队研发的该款机具，流量检测误差小，喷肥控制精度高。”
机械化施肥方式逐步插上“智能化”翅膀，让施肥更高效、精准可控。现场作业的机具都安装了北斗卫星定位系统和远程监测终端，作业位置、作业亩数、施肥量等关键参数都可在驾驶室内智能监控终端显示。田地里，中国农业大学和北京信息科技大学的几名研究生正在电脑前查看作业机具的实时工况参数，不管是在家里，还是在办公室，都可以远程查看分析这些数据。“这个系统是采用‘边—端—云’一体和数字孪生交互技术开发的，现实机具和虚拟机具相交互，可提高作业效率、提升撒肥精度，如果机具发生故障也可迅速诊断并修复。”张俊宁教授说。现场还进行了大载重量电驱无人机撒施生物有机肥作业。“通过高性能螺旋离心式分配和飞控技术，可实现快速均匀撒肥，幅宽能达到8米以上，1分钟就能撒完1亩地，作业效率高，又节能环保。”中国农业大学工学院博士生魏冉冉说。
2023年以来，课题组还探索形成了有机粪肥按需精准还田配套的集成技术体系。中国农业科学院解析了有机粪肥驱动土壤微生物过程及有机质转化规律，明确典型农田有机粪肥代替化肥的关键参数，构建了有机粪肥-土壤养分-作物产量的响应关系，研发了基于精准养分管理的有机粪肥-化肥协同施用技术。农业农村部规划设计研究院创新性地提出“按需、靶向、表层、覆盖”的酸化策略，构建了“粪水收集-酸化贮存-肥料化还田”技术模式，相较于传统自然贮存，实现氨气减排38%以上;华中农业大学创新了“生物絮凝预处理”和“生物炭流动电极耦合膜分离”协同处理沼液的技术，沼液悬浮颗粒絮凝率≥90%，沼液浓缩总养分回收率≥90%，并建立了豆-麦轮作种植模式下低浓度沼液和浓缩提质沼液与有机肥、秸秆配施施用频率、机械施用方式等高效施用方法，提出了稻麦/油轮作下沼液与秸秆/生物炭混施+化学减量利用技术模式，形成了低浓度/浓缩沼液与多元固态肥耦合还田利用技术模式。目前，该套技术产品集成体系已在周边农田和全国多省份落地应用，累计作业和辐射带动面积超2万亩次，实现了科学精准施肥和节本增效，亩均肥料用量减少25%以上、综合节约成本50元以上，装备技术性能、生产效率显著提升，环境风险明显降低，综合效益凸显。
智能化为农业机械化发展提供便利的同时，还必须考虑如何降成本，让老百姓用得起。黄光群表示：“我国有机(类)肥料施用的机械化水平快速提升并已开启智能化篇章，但仍需坚持面向差异化生产需求，通过科技创新与产业创新更深度融合，高质量供给先进适用又经济好用的技术产品;接下来，我们将继续通过产学研协同，加速研发适合不同场景的绿色低碳有机粪肥精准施用技术和系列智能装备并进行集成推广应用，为推进乡村全面振兴、加速建设农业强国提供更强有力支撑。” |
