变量施肥技术是精准农业的核心技术之一,是一种根据土壤肥力和作物需求,实现定时、定位、按需投入肥料的新型技术体系和生产模式。发展变量施肥技术是为了提高化肥利用率,减少因不合理的施肥造成的生态环境破坏,实现农业生产的可持续发展。国外变量施肥研究起步较早,已形成比较成熟的技术体系,开发了一些用于生产的变量施肥应用系统。近年来中国在变量施肥技术研究上取得一些成果,但是变量施肥应用发展缓慢,因此研究适用于我国实际需要的、低成本的变量施肥系统,构建与中国实际需要相适应的变量施肥技术体系和技术框架具有重要意义。本文以外槽轮式排肥器为主要研究对象,针对其模型特点,对排肥量和排肥器结构参数关系进行分析建模,研究变量施肥的相关控制参数,得到两种可用于外槽轮式排肥器的变量施肥控制策略：调节外槽轮有效工作长度的控制策略和调节外槽轮与施肥机地轮传动比的控制策略。基于这两种控制策略分别进行变量施肥应用系统的探索。本文以搭载外槽轮式排肥器的库恩气吸式点播机和约翰迪尔1910种肥车为机械平台,分别阐述两种控制变量施肥的控制策略进行变量施肥系统设计的一般方法。根据施肥机械结构以及测试实验数据,推理变量施肥关系模型,配合对施肥执行机构的精确控制,完成变量施肥硬件系统的构建。基于Android+ArcGIS框架构建嵌入式车载控制终端软件平台,设计基于处方图的变量施肥软件系统,实现变量施肥工作流程和工作状态的可视化。为了实现空间网格的离线识别,给出两种空间网格离线识别方案,并提出了一种分层嵌套式的网格识别方法,解决网格识别效率低的问题。采用ZigBee技术实现嵌入式车载控制终端软件系统与变量施肥控制器之间的无线通信,避免农机布线的不便。本文对基于空间变异数据的变量施肥处方图的生成进行研究,通过对实验地块进行土壤采样检测,获得土壤养分数据,应用Shapiro-Wilk检验、Q-Q图和直方图对土壤养分数据进行正态分布检验并对土壤空间相关性和变异性进行分析,插值生成土壤养分空间分布图。利用自主开发的精准农业产量数据采集器对作物产量数据进行采集,通过误差处理、插值后生成产量空间分布图。利用土壤养分-目标产量施肥模型生成基于地块网格单元的施肥处方图。对基于调节外槽轮有效工作长度的变量施肥系统进行施肥均匀性评估和变量调整响应时间分析,结果表明系统具有较好的施肥均匀性,且变量调节响应速度满足设计需求；对基于调节外槽轮和地轮转速比的变量施肥系统进行施肥校准实验并对变量施肥控制器的控制误差进行分析,结果表明系统能够满足变量施肥作业的需求。