玉米中耕施肥机械化生产技术主要包括追肥期的营养状况检测、追肥模型、配套作业机械和变量控制技术等方面。本文根据黄淮海地区的玉米种植农艺特点,以玉米叶片叶绿素漫反射检测技术为基础,通过田间试验建立了追肥模型,并设计了一种三轮高地隙田间作业车及其变量施肥系统,开展了玉米中耕施肥机械化技术研究,主要工作包括以下3个方面:(1)采用漫反射光谱技术,研究了玉米叶片叶绿素检测技术方法。检测系统主要包括光路、电路和软件等设计。其中光路设计主要采用光源分散立体设置和传感器居中的方法,实现了漫反射光的净化;检测电路设计主要采用恒流源电路配合光电转换电路使光强数据计算稳定可靠。在此基础上还研制了反射式玉米叶绿素检测仪,并分别进行了盆栽玉米和大田玉米叶绿素检测实验和标定。连续两年采用反射式玉米叶绿素仪、SPAD叶绿素仪和Greenseeker冠层仪,在玉米追肥期进行了叶绿素检测对比试验,试验表明,三波长漫反射法检测玉米叶片叶绿素含量的有效可行,其测定值(KM值)与叶绿素真值的平均决定系数为0.95,在部分玉米品种的叶片叶绿素的检测精度上高于SPAD叶绿素仪和Greenseeker冠层仪。(2)根据肥料效应函数法,利用玉米叶绿素仪为检测工具,建立了玉米的中耕线性追肥模型。追肥模型试验选择联创808玉米品种为对象,依据相关的基于土壤NO3--N含量和目标产量的夏玉米基肥和追肥推荐方案,设计了玉米种植、基肥和追肥试验方案,利用玉米叶绿素仪为检测工具,根据追肥期玉米叶片的KM值和对应的最佳追肥量,进行了线性和多项式拟合,生成了试验地块的基于叶片KM值的追肥方案,并建立了联创808的线性追肥模型,决定系数为0.9206,用于指导玉米的中耕追肥,为高地隙中耕施肥作业车提供施肥方案,实现不同玉米行数的变量施肥。(3)根据玉米追施肥机械化作业农艺要求,研制了一种可跨行作业的三轮高地隙田间作业车,并设计了与其配套的变量施肥系统。施肥系统包括液压驱动系统、电控调速系统和施肥机械装置等。该中耕施肥机一次可施肥6行,论文对其开沟器起落机构经过仿真分析实现了配合作业车后轮轮距调整(1.8~2.4m)要求;液压系统利用多路阀实现了后轮轮距调整,机具提升和驱动液压马达排肥功能;电控调速系统采用闭环控制,结合设置的施肥参数和检测到的速度信号,采用数字增量式PID算法调节液压系统中比例流量阀的开度,控制马达转速实现变量施肥。采用试凑法和临界比例法结合,进行了PID参数整定试验,标定了马达的转速和排肥槽不同工作长度下的排肥量与转速关系。通过试验研究,确定了排肥槽10mm和20mm开度下的排肥量与转速关系,PID参数的比例系数(1.2)、积分系数(0.04)和微分系数(0.2);参照中耕追肥机国家标准,对高地隙追肥机进行了耕深一致性、排肥量一致性和总排肥量稳定性试验,田间试验验证了耕深一致性变异系数均小于18%,各行施肥量变异系数小于8%,总排肥量稳定性平均变异系数为2.01%,达到了国家标准要求,实现了150-750kg/hm~2的施肥量要求。为进一步实现玉米精量追施肥控制的模块化设计,作业车的速度提取方式由霍尔传感器改为GPS信号速度,进行了基于GPS速度和霍尔速度的作业车施肥量对比试验。总之,本文根据黄淮海夏玉米种植的农艺特点,实现了反射法玉米叶绿素检测,并根据田间试验建立了相应的追肥模型,同时在三轮高地隙田间作业车上设计了变量施肥系统,并进行了田间作业试验,建立了初步的玉米追施肥机械化技术体系,为黄淮海玉米田间管理机械化提供了技术基础。本文的研究工作在追肥模型、PID控制算法和GPS速度滤波等方面还存在不足之处,需要进一步继续进行试验研究。