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1、61農業機械學刊第 12 卷第 3 期2003 年 9 月水稻田變率施肥機之研製周明諒1，謝禮丞2，欒家敏3，謝廣文41. 國立員林高級農工職業學校農場經營科教師2. 國立中興大學生物產業機電工程學系副教授，本文通訊作者3. 國立中興大學生物產業機電工程學系教授4. 國立中興大學生物產業機電工程學系副教授摘要本研究係以水稻為目標作物，利用水稻插秧機做變率施肥之主體，同時採用 深層施肥之方式。機械深層施肥較人工施肥可節省肥料用量約 40%，減少施肥 23 次，提高產量。本研究旨在研製一深層施肥裝置附掛在久保田 SPA85 乘坐式插秧 機上，同時依土壤肥力做變率施肥，使其能達插秧與施肥同步進行。本
2、施肥機採 用台肥 5 號複合肥料，而機械施肥之施肥量約為作物施肥手冊推薦量之 60 %。採 隔行在兩秧苗中間定量施肥，施肥機變率施肥設定之六段施肥量分別為 8.8g，7.8 g，6.8 g，5.8 g，4.8 g 及 3.8 g，而根據施肥量和施肥爪位移量實驗得一肥料輸出方 程式。施肥深度約 810 公分並覆土，肥料配出由施肥輪作動，施肥輪上有施肥 爪，利用可程式控制器（PLC）控制伺服馬達調整施肥爪之位移以達六段施肥控 制，施肥輪作迴轉運動如棘輪之作動，使肥料自施肥輪凹槽中落入集肥杯及肥料 輸出管而掉入土壤中。施肥機經田間實際操作後再作改良，校正試驗六段變率施 肥之平均誤差小於 3%，田間試
3、驗之平均誤差亦在 3%以內。關鍵詞：水稻、插秧機、深層施肥機、可變率技術DEVELOPMENT OF A VARIABLE RATE FERTILIZER APPLICATOR FOR THE RICE FIELDMing-Liang Chou1, Li-Cheng Hsieh2, Jar-Miin Luan3, Kuang-Wen Hsieh41. Teacher, Department of Agricultural Field Management, National Yuan-Lin Agricultural & Industrial Vocational High School. 2
4、. Associate professor, Department of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Chung Hsing University, Corresponding Author. 3. Professor, Department of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Chung Hsing University. 4. Associate Professor, Department of Bio-Industrial Mechatronics
5、 Engineering, National Chung Hsing University.Rice is the object plant for this research and a rice transplanter was used as a variable rate machine to carry and apply variable amount of fertilizer in the field. A62農業機械學刊第12卷第3期2003年9月machinedrivenundergroundapplyingskillwasusedanditcouldreduce40%ch
6、emical application comparing with manual application. The applying times could be down two to three times as well, yet increasing the yield. Therefore, a device for applying chemicals underground was developed and attached to a Kubota SPA85 rice transplanter. A local compound fertilizer, #5, was use
7、d in this research. The applying amount was about 60% of the recommended amount from Taiwan Agricultural Research Institute. In the rice field, applying in alternate lines and applying certain amount of chemical between two plantlets were considered. There were six scales used for different requests
8、, 8.8 g, 7.8 g, 6.8 g, 5.8 g, 4.8 g and 3.8 g. A regression equation was developed for applying the six scales using various displacements of an adjustable finger shaped block. The applying depth was about 8 to 10cm. A delivering wheel was designed to rotate and transfer fertilizer by using an adjus
9、table finger shaped block, which is driven by a Programmable Logic Controller (PLC) based servomotor for six fertilizer rates. The wheel moves back and forth to deliver chemicals. This wheel is concaved and is able to hold fertilizer and let it drop into a collecting cup then through an output hose
10、into soil. The average errors for both the variable rate calibration and field test were less than 3%.Keywords: Rice (Oryza sativa L.), Rice transplanter, Underground fertilizer application, Variable Rate Technologies (VRT)一、前言施肥技術之發展、品種之改良與灌溉設施之普及被稱為近年來世界綠色革命之三大支柱。作物經以肥料的施用補充土壤養分之不足或應用施肥方法使土壤中之養分供給
11、狀態有利其收穫物生產或品質之提高，係由長年探索養分資源之運用（肥料學）、養分之土壤分布（土壤學）、養分在土壤中之行動（土壤化學和土壤肥力論）和作物生理上之養分需求（作物營養學）所發展之技術。連 (2001) 指出土壤中缺少某種要素（土壤中最易缺乏氮、磷、鉀三要素）而施肥時，作物的生長量隨施肥量之增加而遞減（報酬遞減率）。由於政府肥料價格穩定政策，農民一直享受比較低廉的肥料。另由於人工之缺乏和工資之上漲，農民為求確保產量常偏好施用重肥，而施肥方式則趨於粗放。Reichenberger (1985)指出過量施肥結果造成增加 10%的作物生產成本。而政府的肥料補貼政策，台灣農民之肥料成本總成本比率已
12、自 1956 年之 25.7% 降至 19761985 年之8.4%。反之，其工資成本比率卻自 1956 年之 41%增至 19811985 年之 57%（連，2001）。但是依據民國 85 年期台灣農產品生產成本調查報告，得知以水稻進行肥培作業時如將第一、二期作並把蓬萊稻與在來稻等加總平均，則肥料費用每公頃為 5,696 元，約佔直接生產費用之 7.0%。依據民國 90 年 8 月台灣農產物價與成本月報，得知以水稻第一、二期作之蓬萊稻與在來稻等加總平均，則肥料費用每公頃為 6511 元，約佔直接生產費用之 7.7%，在 5 年間肥料費增加 14%，另對於頗為耗工之施肥工資則尚未包括在內。表示
13、肥料和人工作業佔生產成本有逐年增加之趨勢。年來農民為追求較高收量，對於化學肥料之施用量仍是有增無減。而過量營養鹽元素進入地下水體或因逕流、沖蝕、排水而進入河川、湖泊等地面水體，易造成水污染及優養化。同時政府為配合肥料產銷自由化政策之推動及加入世界貿易組織(WTO) 決定至民國 91 年取消肥料補貼政策，屆時農民水稻耕種成本亦會增加。為減少農民在農業成本上之支出及符合世界農業之潮流，實施精準農業 (precisionagriculture)乃必要策略之一。而在精準農業的範疇內，對土壤做肥力的精準管理。Pierce and Nowak (1999)對於土壤肥力精準管理的觀念提供如後：田區內之63水
14、稻田變率施肥機之研製土壤肥力存在空間的變異(spatialvariability)，此變異可以被正確的辨認，同時，對此一變異可有合理的解釋，也就是說會影響到作物的產量、品質或生態環境。欲了解田區土壤養分變異，土壤取樣為重要步驟之一，林等人(2000) 指出土壤取樣策略概分為傳統 混合取樣(traditional compositesampling)、基標土壤取樣(benchmark soil sampling)、方格法土壤取樣(gridsampling)、地景導向土壤取樣(landscapedirectedsoilsampling)等。由取樣的土壤分析後得到的結果，經過全球衛星定位系統(Glo
15、bal Position System)的定位與施肥機械的配合作業，可以進行田間的變率施肥。水稻變率深層機械施肥是依土壤之肥力狀況經計算施肥量，再加以深層施肥(8-10cm)。而水稻深層施肥在先進國家，如日本，已廣泛被稻農採用。故在工商業快速發展導致人們降低從事農業生產意願，農村人口老化及國外進口農產品競爭之下，為節省施肥勞力、減少施肥量以降低生產成本，減少過度施肥對環境的傷害，水質的污染及增加生產量（王等，1992），發展水稻變率及深層施肥機械是可行的方法。本研究之目的為研製一水稻深層施肥機，並配合土壤肥力狀態做可變率之施肥動作，以達水稻施肥機械化及精準化之目的。二、文獻探討今天農村勞力老化
16、情況嚴重，水稻施肥機械化是節省人力方法之一。王與葉 (1997)之報告中指出，民國 83 年第 2 期作稻穀產量以深層施肥處理平均產量 4860 公斤公頃，比人工施肥增產8.6%，若以減少 40%之施肥量則可增產 10.3%。以側條施肥處理平均產量 4790 公斤公頃，比人工施肥增產 7.1%，若以減少 40%之施肥量則可增產12.1%，表示機械施肥只要施用60%之施肥量，稻作之生產量不但不會減少，反而有增加作物生產量。而機械施肥之方式有以下三種方式 1. 深層施肥：王(1990、1994)，王與葉 (1997)研製之施肥機在兩行水稻植株中央用開溝器開溝深約 8-10 公分處施肥一行並覆土，且以稻株隔行施肥。水稻施肥一定要在兩行稻株正中央，否則會造成稻株生長狀況不齊。2. 側邊施肥：於每行在水稻植株旁 3 公分處開溝深約 35 公分，將肥料施入並覆土，日本久保田公司所製插秧機附掛深層施肥機即為此種施肥方式。3. 雙層施肥：將肥料分雙層施入，即將深層施肥和側邊施肥同時實施，而上層肥料供水稻營養生長之需，下層肥料則供水稻生殖生長之用，日本三菱牌插秧機附掛之施肥機即為此施肥方
