Inżynieria w Rolnictwie. Monografie nr 6 IMPROWING SOIL TREATMENT TECHNOLOGY AND MINERAL FERTILIZATION

Transkrypt

1 Inżynieria w Rolnictwie. Monografie nr 6 IMPROWING SOIL TREATMENT TECHNOLOGY AND MINERAL FERTILIZATION Scientific Editor: Prof. Edmund Kamiński DOSKONALENIE ZABIEGÓW TECHNOLOGICZNYCH W UPRAWIE GLEBY I NAWOŻENIU MINERALNYM Redakcja naukowa: Prof. Edmund Kamiński Spis treści Preface... 5 Przedmowa... 6 Chapter 1 Agricultural tractors in technologies of plant growing treatments... 7 (Ciągniki rolnicze w zabiegach technologicznych w polowej uprawie roślin) Jan R. Kamiński Chapter 2 The influence of technical and exploitation parameters of a fertilizer spreader on the quality of the distributed fertilizer (Wpływ parametrów eksploatacyjnych rozsiewacza tarczowego na jakość rozsiewanego nawozu) Czesław Waszkiewicz, Paweł Kacprzak, Edmund Kamiński Chapter 3 Expenditures on mineral fertilizer application and arable land loading by fertilizer application aggregates (Nakłady na rozsiew nawozów mineralnych i obciążenie pola agregatami nawozowymi) Wiesław Golka, Edmund Kamiński, Katarzyna Piszczatowska Chapter 4 Methods of reducing soil compaction by vehicles and machinery used in agricultural farms (Sposoby zmniejszenia ugniatania gleby kołami pojazdów rolniczych w gospodarstwach farmerskich) Jerzy Buliński, Tomasz Marczuk, Jan Kamionka, Oleg Chigarev Chapter 5 Influence of organic compounds, ground structure and water content in different types of soils on field tillage conditions (Wpływ składników organicznych, struktury podłoża i zawartości wody w różnych typach (rodzajach) gleby na warunki uprawy polowej) Jan Barwicki, Aleksander Szeptycki Summary Podsumowanie

2 SUMMARY This monograph presents the results of research on improving the selected treatment technology of crop cultivation. The study was carried out in a view to improving technological processes, reducing material and energy inputs, meeting environmental requirements in crop production, as well. Technological quality of treatment depends on many factors including: used tractors together with their standard and additional equipment, used agricultural machinery and tools, physical properties of soil, chemical and physical-mechanical properties of mineral fertilizers, soil and climate conditions, the configuration of the land. A wide range of the offered agricultural tractors in terms of their engine power, the type of chassis and drive wheels, the manner of power transmission to the wheels, PTO and working units, the parameters of electrical, hydraulic, pneumatic suspension systems, coupling systems, etc., forces you to carefully selection of agricultural machinery ensuring optimal use of the unit. An important part of the unit is to meet the current standards for tractor exhaust pollution by nitrogen oxides and solid particles of soot. The results of tests of smoke opacity in diesel engines installed in Polish tractors, that have been included in the monograph, showed wide variation of the level of opacity. This level was mainly dependent on engine rotational speed and power input, as well as on the number of engine working hours, and on the control parameter of fuel injection angle. Wide scope of tests concerning reduction of engine exhaust pollution has been carried out all over the World. They include improvement of both the construction of tractors engines and properties of fuel applied in tractors engines. The modern hydraulic systems characterized by high pressure and oil flow rate, installed on farm tractors, enable application of hydraulic engines mounted directly on the driven working units. Hydraulic drive significantly reduces the overall weight of the machine in comparison with the mechanical drive. The impact of agricultural tractor wheels on the ground mainly concerns the pressure cousing soil compaction in wheel trace and the wheel slippage causing lums crushing and soil dispersion. Both these phenomena should be limited to a minimum. Currently in mineral fertilization measures there are mainly applied single-and multi-granular fertilizers. For handling purpose fertilizers are packed in plastic bags of capacity kg, or in flexible containers of capacity 500 to 5000 kg. Fertilizers which do not subject to lumping may be transported in bulk. The process of fertilizer granulation is very complex and it generates high costs. It is therefore necessary to ensure that in the process of storage, transport, handling and dissemination, especially of the hygroscopic nitrogen fertilizers, there was no destruction of the granules. Detailed analysis has been carried out as regards the process of granules damaging during application of fertilizers by disc spreaders. It has been evaluated the impact of geometrical, kinetic and exploitation parameters of a disc spreading unit on the degree of granules damage. This degree is defined by the share of dusting fraction in the distributed fertilizer. The fraction of dusty fertilizer significantly affects the working width of the machine and unevenness of lateral spread. Currently used disc fertilizer spreaders have working width of up to 24 m. Machines are built as a mounted, trailed, self-propelled and vehicle tools. Because of the short agro-technical fertilization period the machines should be rationally used. Only trailed and vehicle machines can be used, after suitable adaptation, to other treatments, such as bulk transport, road sanding, etc. That is why the proper organization of fertilization measure ensuring optimum utilization of fertilizer spreaders is very important. The study and analysis of the impact of fertilizer spreader capacity on basic operational and economic indicators and on soil compaction allowed formulate the recommendations for use. Capacity of a fertilizer spreader should provide a minimum of two passages of the aggregate over the field. It should be taken into account: a working width of the machine, the dose of fertilizer per hectare and the length of the field. In order to limit soil compaction the fertilizer spreader loading operation should be carried out on the edge of the field. Because of the large working width of the machines

3 it is necessary to use tramlines or satellite navigation. Particular attention should be paid to the stability and maneuverability of tractors cooperating with large capacity mounted spreaders. Large capacity trailed spreaders used for fertilizing and liming of soils with lime fertilizers should be loaded only to the capacity allowed by their construction characteristics. Volume weight of mineral fertilizers and agricultural lime is comprised within a large range of 0.6 to 3.0 t m 3. So it is easy to overload the machine support structure and to bring to its failure. When top-dressing, especially when low doses of fertilizer per hectare are used, the light tractors and mounted spreaders of low capacity are recommended. There are a lot of methods of reducing soil compactions by wheels of agricultural tractors and machinery. The basic ones are: reduction of tire pressure and the axial thrust as well. Reduction of tire pressure leads to faster wear of tires, due to the bending of the tire body, especially when driving on rough roads. Reducing of the axial thrust is possible by reducing loading capacity, which is especially recommended under high soil moisture conditions and machines working on the slopes. Size of tires significantly impact both degree of soil compaction and rolling resistance of tractors and machinery. So it is recommended the use of large-diameter tires and tandem wheels system. Reduction of the degree of soil compaction can also be achieved by increasing the working width, for example by reducing the aggregate speed and keeping its working capacity at similar level, at the same time. This objective can be also achieved through the use of single-function tools and machines, as well as by combination of simple treatments into multi-function measures. Field cultivation of plants is highly influenced by: soil moisture, surface structure, the share of organic constituents. There has been described in details the structure of the soil, there has been also given the quantitative content of solid, liquid and gas phases together with their impact on soil fertility. Approximate soil composition, is as follows: 45 % the minerals, 25 % water, 25 % air, 5 % organic materials including 90 % of humus. Humus produced from the organic matter is of a particular importance for the fertility of the soil. Humus favors the formation of lumpy soil structure, creating beneficial water relations and air conditions in a layer of arable soil. Humus compounds can store several times more nutrients than the mineral part of the soil, they can keep several times more water (in the form available to plants) than they weigh. Humus improves the buffer capacity of the soil stabilizing its ph level. Soil nutrient resources depending on the content of easy available forms of nitrogen, phosphorus, potassium and magnesium with regard to soil ph are a very important element. In addition to these macro-elements very essential for soil fertility are carbon and sulfur as well as the trace elements as: boron, copper, manganese, molybdenum, and others. The majority of Polish soil is classified as light soils, of low fertility, requiring intensive organic and mineral fertilization. It is also advisable to use other methods of fertilization, such as chemical, biological and physical ones. Soil cultivation and mineral fertilizer application treatments, realized in the technology of crop production, are still the energy-intensive, labor-intensive, costly, and environment affecting operations. Special protection should cover soil, surface water and groundwater, and atmospheric air as well. Therefore, research in this area is useful, and the developed recommendations have high practical value.

4 PODSUMOWANIE W monografii zamieszczono wyniki badań prowadzonych nad doskonaleniem wybranych zabiegów technologicznych uprawy polowej roślin. Badania prowadzono z punktu widzenia poprawy przebiegu procesów technologicznych, ograniczenia nakładów materiałowych i energetycznych, spełnienia wymagań ekologicznych w polowej produkcji roślinnej. Na jakość wykonywanych zabiegów technologicznych wpływ ma wiele czynników do których należą: użyte ciągniki i ich wyposażenie standardowe i dodatkowe, użyte maszyny i narzędzia rolnicze, właściwości fizyczne gleby, właściwości chemiczne i fizyko-mechaniczne nawozów mineralnych, warunki glebowo-klimatyczne, konfiguracja terenu. Szeroki asortyment oferowanych rolnictwu ciągników rolniczych pod względem mocy instalowanych silników, rodzaju podwozia i napędu kół, sposobu przekazania mocy na koła, wałek odbioru mocy i zespoły robocze, parametrów układów elektrycznych, hydraulicznych, pneumatycznych, układów zawieszenia, układów zaczepowych, itp., zmusza użytkownika do starannego doboru maszyny rolniczej zapewniającego optymalne wykorzystanie całego agregatu. Ważnym elementem pracy agregatu jest spełnienie przez ciągnik obowiązujących norm dotyczących zanieczyszczenia spalin tlenkami azotu i cząstkami stałymi sadzy. Zamieszczone w monografii wyniki badań zadymienia spalin silników wysokoprężnych instalowanych w polskich ciągnikach wykazały duże zróżnicowanie w stopniu zadymienia, przede wszystkim było ono zależne od obrotów silnika i odbieranej mocy, a także liczby przepracowanych motogodzin i parametru regulacyjnego kąta wtrysku paliwa. Nad ograniczeniem zanieczyszczenia spalin silników ciągnikowych prowadzone są na świecie szerokie badania doskonalące konstrukcję silników ciągnikowych, jak również poprawiające właściwości paliw ciągnikowych. Nowoczesne układy hydrauliczne, o wysokim ciśnieniu i wydatku oleju, instalowane na ciągnikach rolniczych, umożliwiają stosowanie silników hydraulicznych bezpośrednio na napędzanych zespołach roboczych, co ogranicza znacznie masę ogólną maszyny w porównaniu z napędem mechanicznym. Oddziaływanie kół ciągników rolniczych na glebę związane jest głównie z naciskami powodującymi ugniecenie gleby w śladzie kół oraz poślizgami powodującymi rozgniatanie bryłek i rozpylenie gleby. Oba te zjawiska powinny być ograniczane do niezbędnego minimum. Obecnie w nawożeniu mineralnym wykorzystywane są głównie nawozy granulowane jedno i wieloskładnikowe. W dystrybucji nawozów stosowane są worki foliowe 30 i 50 kg, kontenery elastyczne 500 do 5000 kg, nawozy nie zbrylające się również luzem. Proces granulacji nawozów jest złożony i ponoszone są na ten zabieg wysokie koszty. Należy więc zadbać aby w procesie składowania, transportu, przeładunków i rozsiewu, zwłaszcza higroskopijnych nawozów azotowych, nie występowało niszczenie granul. Szczegółowej analizie poddano uszkadzanie granul w procesie wysiewu nawozów rozsiewaczami tarczowymi. Przebadano wpływ parametrów geometrycznych, kinematycznych i eksploatacyjnych tarczowego zespołu rozsiewającego na stopień uszkodzenia granul, który określany był udziałem frakcji pylistej w rozsianym nawozie. Frakcja pylista nawozu wpływa istotnie na szerokość roboczą maszyny i nierównomierność poprzeczną rozsiewu. Stosowane obecnie tarczowe rozsiewacze nawozowe charakteryzują się szerokościami roboczymi dochodzącymi do 24 m. Maszyny budowane są jako zawieszane, przyczepiane, samojezdne i samochodowe. Z uwagi na krótki okres agrotechniczny nawożenia mineralnego powinny one być racjonalnie wykorzystane. Tylko maszyny przyczepiane i samochodowe mogą być wykorzystane, po odpowiedniej adaptacji, do innych zabiegów technologicznych, takich jak: transport materiałów sypkich, posypywanie piaskiem dróg itp. Dlatego więc bardzo ważna jest prawidłowa organizacja nawożenia umożliwiająca optymalne wykorzystanie rozsiewaczy. Przeprowadzone badania i analiza wpływu ładowności rozsiewaczy nawozowych na podstawowe wskaźniki eksploatacyjno-ekonomiczne i ugniatanie gleby pozwoliły sformułować zalecenia eksploatacyjne. Ładowność rozsiewacza nawozowego powinna zapewniać minimum dwa przejazdy agregatu po polu. Należy przy tym uwzględnić: szerokość ro-

5 boczą maszyny, dawkę nawozu na hektar i długość pola. Celem ograniczenia ugniatania gleby załadunek nawozu do rozsiewacza powinien odbywać się na skraju pola. Z uwagi na duże szerokości robocze maszyn konieczne jest stosowanie ścieżek przejazdowych lub nawigacji satelitarnej. Szczególna uwaga powinna być zwrócona na stabilność i sterowność ciągników współpracujących z rozsiewaczami zawieszanymi dużych ładowności. Rozsiewacze przyczepiane dużej ładowności wykorzystywane do nawożenia i wapnowania gleb wapnem nawozowym powinny posiadać możliwość załadunku tylko masy nawozu dopuszczalnej konstrukcyjnie. Ciężar objętościowy nawozów mineralnych i wapna rolniczego mieści się w dużym zakresie od 0,6 do 3,0 t m 3. Łatwo więc jest przeciążyć konstrukcję nośną maszyny i doprowadzić do awarii. Przy nawożeniu pogłównym szczególnie, gdy stosowane są małe dawki nawozu na hektar, zalecane jest stosowanie lekkich ciągników i rozsiewaczy zawieszanych małych ładowności. Sposobów ograniczenia ugniatania gleby kołami ciągników i maszyn rolniczych jest wiele. Do podstawowych należą obniżenie ciśnienia w ogumieniu i ograniczenie nacisków osiowych. Ograniczenie ciśnienia prowadzi do szybszego zużycia się opon, na skutek przeginania osnowy opony, szczególnie podczas jazdy po wyboistych drogach polnych. Ograniczenie nacisków osiowych jest możliwe poprzez ograniczenie ładowności, szczególnie jest zalecane w warunkach wysokiej wilgotności gleby i maszyn pracujących na zboczach. Duży wpływ na stopień ugniecenia gleby i opór przetaczania ciągników i maszyn ma rozmiar ogumienia. Zalecane więc jest ogumienie dużej średnicy oraz układ kół w systemie tandem. Ograniczenie stopnia ugniatania gleby można również osiągnąć poprzez zwiększenie szerokości roboczej, na przykład kosztem zmniejszenia prędkości jazdy, przy zachowaniu podobnej wydajności. Cel ten można również osiągnąć poprzez zastosowanie zestawów narzędzi i maszyn jednoczynnościowych oraz łączenie zabiegów prostych w zabiegi wieloczynnościowe. Na warunki uprawy polowej roślin duży wpływ mają: wilgotność gleby, struktura podłoża, udział składników organicznych. Szczegółowo omówiono strukturę gleby, podano ilościową zawartość poszczególnych faz stałej, ciekłej i gazowej oraz ich wpływ na żyzność gleby. Orientacyjny skład gleby to: 45 % części mineralne, 25% woda, 25 % powietrze, 5 % substancje organiczne, w tym 90 % humusu czyli próchnicy gruntowej. Szczególne znaczenie dla żyzności gleby ma próchnica wytwarzana z części materii organicznej. Próchnica sprzyja tworzeniu się struktury gruzełkowatej gleby, tworzeniu korzystnych stosunków wodnych i powietrznych w warstwie uprawnej gleby. Związki próchniczne mogą zmagazynować kilkakrotnie więcej składników pokarmowych niż część mineralna gleby, mogą zatrzymać kilkakrotnie więcej wody, w formie dostępnej dla roślin, niż same ważą. Próchnica poprawia zdolności buforowe gleb, stabilizując ich odczyn. Ważnym elementem jest zasobność gleby w składniki odżywcze, która oceniana jest zawartością przyswajalnych form azotu, fosforu, potasu i magnezu z uwzględnieniem odczynu gleby. Poza wymienionymi makroelementami, dla żyzności gleby ważne są siarka i węgiel oraz mikroelementy: bor, miedź, mangan, molibden, i inne. Przeważająca część polskich gleb zaliczana jest do gleb lekkich, mało żyznych, wymagających intensywnego nawożenia organicznego i mineralnego. Wskazane jest również stosowanie innych metod użyźniających, takich jak: chemicznej, biologicznej i fizycznej, prowadzących do poprawy żyzności gleby. Uprawa gleby i nawożenie mineralne w technologii polowej produkcji roślinnej nadal są zabiegami energochłonnymi, pracochłonnymi, kosztownymi, wpływającymi na środowisko naturalne. Szczególnej ochronie powinna podlegać gleba, wody powierzchniowe i gruntowe oraz powietrze atmosferyczne. Dlatego badania w tym zakresie są pożyteczne a opracowane zalecenia mają dużą wartość praktyczną.