1、我國水稻種植面積約3000萬 hm2，占全國谷物種植面積的30％左右，占世界水稻種植面積的20%左右。稻田施肥是提高水稻單產(chǎn)、穩(wěn)定水稻總產(chǎn)、增加稻作效益，確保糧食安全的必然選擇，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收的有效途徑。國內(nèi)外長期肥效試驗結果表明，持續(xù)、合理、有效地施肥對土壤肥力會產(chǎn)生積極的影響，單產(chǎn)呈不斷遞增的趨勢。不同的施肥方式是影響肥料利用率的一個重要原因，對水稻根系養(yǎng)分的供應位置影響其根系的生長和對養(yǎng)分的吸收。傳統(tǒng)的水稻施肥方式主要

2、以表面撒施為主，這種施肥方式肥料流失量大、養(yǎng)分利用率低、肥效較差，水稻根系不能充分吸收利用養(yǎng)分；采用機械方式施肥，肥料施放均勻、施肥深度較為統(tǒng)一，有利于水稻生長。因此，在水稻生產(chǎn)中，科學合理的施用肥料并研究相關施肥技術與裝備對提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)方面都有著不可替代的作用。
　　目前，肥料中的養(yǎng)分距離水稻根系所在土體較遠是稻田肥料利用率低的主要原因之一，養(yǎng)分移動距離遠、效率低，嚴重影響了水稻根系吸收和利用養(yǎng)分的效率，目前現(xiàn)有的施肥器很

3、難將肥料施放到水稻根系附近。此外，傳統(tǒng)水稻開溝施肥器容易使固體肥料粘附于輸肥管道上，導致管道堵塞，還存在結構復雜、維修困難、施肥均勻性差等缺點。因此，本研究結合水稻根系在土壤吸收養(yǎng)分的特點，利用水射流技術，提出無需開溝器開溝的近根區(qū)施肥方法，設計出水稻射流式液肥施肥器，并對其腔道結構進行仿真分析，實現(xiàn)優(yōu)化設計，通過土槽試驗確定施肥器滿足水稻不同生長期施肥要求的不同工作參數(shù)組合，其具體研究內(nèi)容和結論如下：
　?。?）利用水射流技術對

4、射流施肥方式進行研究。
　　在高壓水射流切割及破碎技術和低壓水刀切割動物軟組織技術研究的基礎上，利用數(shù)控水切割平臺做低壓高速水流切割土壤的初步試驗研究，探索了水射流射入土壤一定深度時的工作參數(shù)，同時進行了水稻秧苗根系分布狀態(tài)測試，確定了水射流技術在水稻施肥領域應用的可行性，在以上理論和基礎試驗研究的基礎上明確了水稻射流式施肥器的工作原理。
　?。?）低壓試驗平臺搭建和施肥器總體結構設計。
　　分析了射流結構，通過數(shù)學關

5、系的解析得出射流速度、流量計算公式，得到低壓試驗平臺部件需要滿足的工作參數(shù)。借鑒高壓水射流系統(tǒng)結構搭建低壓射流施肥器試驗平臺，主要由供水系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)三個部分組成，參考高壓水刀頭結構初步設計施肥器總體結構，其主要部件包括：固定桿、寶石頭、混肥腔、吸肥管、噴肥管等部件。
　　（3）采用 Fluent流體仿真技術，對設計的施肥器內(nèi)腔道結構進行仿真分析，優(yōu)化結構參數(shù)。
　　射流式施肥器工作時水和液體肥料之間存在劇烈的能量

6、交換與紊流擴散，涉及到許多學科間的復雜問題，用傳統(tǒng)解析法計算水和液體肥料之間的流動特性和施肥器內(nèi)腔結構參數(shù)有一定困難，故采用Fluent仿真技術分析不同因素對速度損失率影響的規(guī)律，施肥器內(nèi)腔道軸向單因素仿真分析結果表明：系統(tǒng)壓力越大，速度損失率越小；噴肥管長度越短，速度損失率越??；混肥腔長度越短，速度損失率越小。徑向各因素正交仿真分析表明：速度損失率隨系統(tǒng)壓力的增大而增大，隨入口直徑的增大而減小，隨出口直徑的增大而減小，隨吸肥口直徑的增

7、大而增大；影響速度損失率的主次因素為：入口直徑>出口直徑>系統(tǒng)壓力>吸肥口直徑。
　?。?）探究水稻射流式施肥器滿足水稻不同生長期施肥要求的工作參數(shù)。
　　采用有重復的正交試驗分別在水田拖拉機低、中、高速度檔位進行單個射流式施肥器側(cè)條施液態(tài)氮肥土槽試驗，以系統(tǒng)水壓、入口直徑、出口直徑和吸肥口直徑為試驗因素，以施肥器射流入土深度和每畝純氮的施放量為試驗指標，根據(jù)水稻不同生長時期氮肥施肥深度及純氮需求量選擇適合的施肥器參數(shù)組合。

8、試驗結果表明：當水田拖拉機以0.25m/s速度行駛時，試驗組2系統(tǒng)水壓5Mpa、入口直徑0.26mm、出口直徑0.5mm、吸口直徑0.6mm時適用于兩個射流施肥器與插秧機同步施水稻基肥；試驗組3系統(tǒng)水壓5Mpa、入口直徑0.33mm、出口直徑0.6mm、吸口直徑0.8mm，試驗組4系統(tǒng)水壓10Mpa、入口直徑0.18mm、出口直徑0.5mm、吸口直徑0.8mm；試驗組7系統(tǒng)水壓15Mpa、入口直徑0.18mm、出口直徑0.6mm、吸口直

9、徑0.6mm時適用于單個射流施肥器與插秧機同步施水稻基肥；試驗組5系統(tǒng)水壓10Mpa、入口直徑0.26mm、出口直徑0.6mm、吸口直徑0.4mm，試驗組8系統(tǒng)水壓15Mpa、入口直徑0.26mm、出口直徑0.4mm、吸口直徑0.8mm，試驗組9系統(tǒng)水壓15Mpa、入口直徑0.33mm、出口直徑0.5mm、吸口直徑0.4mm時適用于單個射流施肥器施水稻分蘗肥。當水田拖拉機以0.4m/s的速度行駛時，試驗組7系統(tǒng)水壓15Mpa、入口直徑0

10、.18mm、出口直徑0.6mm、吸口直徑0.6mm時采用兩個射流施肥器可隨插秧機施水稻基肥；試驗組5系統(tǒng)水壓10Mpa、入口直徑0.26mm、出口直徑0.6mm、吸口直徑0.4mm時滿足單個射流施肥器施水稻分蘗肥要求；試驗組9系統(tǒng)水壓15Mpa、入口直徑0.33mm、出口直徑0.5mm、吸口直徑0.4mm時采用兩個施肥器同時施肥可以滿足水稻分蘗肥施肥量；其他試驗組不能滿足水稻基肥或蘗肥施肥要求。當水田拖拉機以0.5m/s的速度行駛時，單