Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego AGROINŻYNIERIA GOSPODARCE Ekspertyza Trendy rozwojowe w mechanizacji nawożenia mineralnego i organicznego prof. dr hab. Edmund Kamiński Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach Mazowiecki Ośrodek Badawczy w Kłudzienku Warszawa 2011 Publikacja dostępna w serwisie: www.agengpol.pl
Spis treści A. Mechanizacja nawożenia mineralnego... 3 1. Wprowadzenie... 3 2. Nawozy mineralne i ich właściwości fizyko-mechaniczne... 4 3. Systemy dystrybucji nawozów mineralnych w opakowaniach i luzem... 5 4. Magazynowanie nawozów... 6 5. Transport i przeładunki... 7 6. Rozsiew nawozu mineralnego na polu... 8 6.1. Rozsiewacze nawozowe... 8 6.2. Technologie nawożenia mineralnego...12 6.3 Systemy nawigacyjne rolnictwa precyzyjnego...14 7. Podsumowanie...16 8. Wnioski...17 9. Literatura...17 10. Inne materiały źródłowe...18 11. Strony internetowe...18 B. Mechanizacja nawożenia organicznego...19 1. Wprowadzenie...19 2. Obornik i komposty...19 3. Magazynowanie obornika i kompostów...20 4. Transport i przeładunki nawozów organicznych...21 4.1. Środki transportowe...21 4.2. Ładowarki ciągnikowe i samobieżne...21 5. Rozrzutniki obornika...22 5.1. Podwozia rozrzutników obornika...22 5.2. Adaptery stosowane w rozrzutnikach obornika...23 5.3. Rozkład poprzeczny nawozu...25 5.4. Rozkład podłużny nawozu...28 5.5. Postęp techniczny i technologiczny w nawożeniu organicznym...29 6. Dobór ciągników i maszyn...30 7. Podsumowanie...30 8. Wnioski...31 9. Literatura...32 10. Inne materiały źródłowe...34 11. Strony internetowe...34 2
A. Mechanizacja nawożenia mineralnego 1. Wstęp Jednym z ważnych czynników wpływających na plonowanie roślin uprawnych jest nawożenie mineralne [Czuba i in. 1996]. Publikowane zalecenia stosowania nawozów mineralnych uwzględniają: uprawiane rośliny, warunki glebowo-klimatyczne, oczekiwane plonowanie roślin, organizację pracy, destrukcyjne oddziaływanie maszyn nawozowych na środowisko naturalne, szkodliwość stosowanych nawozów, niskie wykorzystanie składników pokarmowych, itp. Badania z zakresu doskonalenia techniki nawożenia mineralnego prowadzone są przez wiele ośrodków naukowych w kraju i za granicą. Badania koncentrują się głównie w instytutach naukowych, takich jak: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach, Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa w Skierniewicach, Instytut Nawozów Sztucznych w Puławach, Instytut Techniki Rolniczej w Tenikon w Szwajcarii, Instytut Rolniczy Poczdam Berlin w Niemczech, Naukowo- Badawczy Instytut Rolniczy Północnego-Wschodu w Kirowie - Rosja, Instytut Nawozowy w Lipsku, oraz uczelniach rolniczych i technicznych, takich jak: Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Uniwersytet Warmińsko- Mazurski w Olsztynie, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Uniwersytet Rolniczo-Leśny w Brnie Czechy, Uniwersytet Rolniczy w Wageningen - Holandia i dotyczą całego procesu technologicznego wytwarzania nawozów, składowania, transportu i przeładunków, magazynowania, transportu na pole i rozsiewu [Kamiński 1995]. Szerokie badania prowadzone w latach 80-tych ubiegłego wieku pozwoliły ustalić wymagania chemiczne i fizyko-mechaniczne dla produkowanych nawozów mineralnych. Prowadzone w kraju jak i za granicą prace nad nawozem azotowym wolnodziałającym przydatnym w obrocie luzem nie zostały uwieńczone sukcesem (w Polsce prowadzono prace nad Agramidem wytwarzanym na bazie mocznika). W miejsce nawozu azotowego wolnodziałającego wprowadzono do praktyki dokarmianie dolistne nawozami ciekłymi głównie roztworami saletrzano-mocznikowymi i mocznika. Praktykowane jest rozpuszczanie stałych nawozów azotowych i aplikacja w bardzo małych dawkach w mieszance pestycydowo-nawozowej podczas zabiegów oprysków pestycydowych. Opryskiwacze wyposażane są w specjalne rozcieńczalniki do nawozów azotowych najczęściej montowane we wlewach zbiorników cieczy roboczej. Na małą skalę wdrożono w Polsce nawozy płynne zawiesinowe (w Łagiewnikach, województwo dolnośląskie, wybudowano bazę wytwarzania nawozów zawiesinowych NPK i wyposażono ją w niezbędny sprzęt i maszyny). Zaletami tej formy nawozów są: pełna mechanizacja procesu wytwarzania, czynności technologicznych i możliwość doboru proporcji składu azotu, fosforu i potasu. Podstawową wadą tego systemu były duże nakłady inwestycyjne na budowę stacji wytwarzania i na maszyny specjalistyczne do transportu na pole i rozlewu zawiesiny. Sporządzona mieszanka nawozowa nie nadawała się do dłuższego składowania konieczna była natychmiastowa aplikacja. Z ważniejszych właściwości fizyko-mechanicznych charakteryzujących przydatność nawozów mineralnych dla rolnictwa wymienić należy: sypkość, skład granulometryczny, wilgotność, higroskopijność, wytrzymałość statyczną, dynamiczną i na ścieranie, ciężar objętościowy, itp. Do określania stopnia sypkości posiadanego przez nawóz służą takie wielkości fizyczne jak: kąt usypowy, czas wysypywania z wzorcowego naczynia, wydajność urządzeń przeładunkowych. Skład granulometryczny nawozu wpływa na jego sypkość, zachowanie się nawozu podczas transportu i przesypywania (zjawisko segregacji), równomierność poprzeczną rozsiewu, szerokość roboczą rozsiewaczy tarczowych. Poszczególne rodzaje nawozów granulowanych różnią się, często znacznie, pod względem składu granulometrycznego. Przykładowy skład granulometryczny saletrzaku zamieszczono na rys. 1. Nawóz granulowany może zmieniać swój skład granulometryczny w procesie wysiewu. Jest to skutkiem uszkadzania granul przez aparaty dozujące i rozbijania w momencie schodzenia na tarcze rozsiewające. Szereg badań prowadzonych nad ruchem granul po tarczy rozsiewającej [Dintwa i in. 2004], równomiernością poprzeczną rozsiewu Grift i in. 1997], wpływem parametrów techniczno- 3
eksploatacyjnych na jakość wysiewanego nawozu [Pettersen i in. 1991; Kacprzak 2008], wykazało istotne różnice w składzie granulometrycznym nawozu znajdującego się w zbiorniku rozsiewacza i wysianego na polu. Higroskopijność nawozu decyduje o sposobie jego opakowania i przydatności w procesie technologicznym nawożenia. 70 [%] 60 50 40 Udział procentow y (masow y) różnych frakcji granulometrycznych w naw ozie mineralnym. Wyniki analizy granulometrycznej dla saletrzaku 64,9 30 20 17,8 10 0 0,9 2,3 5,6 0-0,25 0,25-0,5 0,5-1,0 1,0-1,5 1,5-2,5 2,5-4,0 4,0-5,0 8,2 0,3 zakresy średnic granul [mm] Rys. 1. Przykładowy skład granulometryczny saletrzaku [Kamiński 2000] Z zakresu techniki nawożenia można sformułować trzy grupy problemów naukowych, a mianowicie: rozwiązanych w stopniu dostatecznym, znajdujących się na etapie badań i nie podjętych. Do pierwszej grupy zaliczyć można: zasady nawożenia podstawowych roślin uprawnych, asortyment nawozów przydatnych dla rolnictwa, asortyment maszyn i urządzeń stosowanych w nawożeniu oraz szerokie ich wyposażenie, technologie nawożenia dla określonych grup roślin i gospodarstw rolnych. Do drugiej grupy należą problemy naukowe aktualnie rozwiązywane. Są to, miedzy innymi: efektywność wykorzystania systemów komputerowych i nawigacji satelitarnej, wpływ technologii nawożenia na wskaźniki eksploatacyjne i ekonomiczne oraz środowisko, doskonalenie procesów technologicznych w aspekcie ich efektywnego wykorzystania [Czuba 2000; Kamiński, Małecka 2011]. Do problemów nierozwiązanych zaliczyć można: organizację pracy, destrukcyjne oddziaływanie maszyn na środowisko [Kamiński, Żdanowicz 2007; Viselga, Kamiński 2006], szkodliwość stosowania nawozów, niskie wykorzystanie składników pokarmowych przez rośliny, wpływ nawozów mineralnych na jakość uzyskiwanego plonu [Michajłova, Aleśin 2011], brak możliwości regulowania warunków glebowo-klimatycznych [Igras 2006; Michałek, Tomczyk 2002]. 2. Nawozy mineralne i ich właściwości fizyko-mechaniczne Produkowane stałe nawozy mineralne podzielić można na nawozy jednoskładnikowe i wieloskładnikowe. Posiadają one najczęściej postać granulowaną o zróżnicowanym składzie granulometrycznym, a udział poszczególnych frakcji granul w nawozie określony jest normami fabrycznymi. Ważnym wskaźnikiem jest zawartość czystego składnika w stosowanym nawozie mineralnym. Przykładowo nawozy azotowe zawierają odpowiednio: mocznik 46%N, saletra amonowa 34% N, saletrzak 25% N, siarczan amonowy 20% N, nawozy fosforowe: superfosfat potrójny 46% P 2 O 5, superfosfat granulowany 19% P 2 O 5, mączka fosforytowa 29% P 2 O 5, nawozy potasowe: sole potasowe 40-60% K 2 O, siarczan potasowy 50% K 2 O, nawozy wieloskładnikowe: fosforan amonowy 18%N + 46% P 2 O 5, polifoska 8%N + 24% P 2 O 5, + 24% K 2 O [Czuba 1996]. Pomimo szerokiego asortymentu produkowanych nawozów wieloskładnikowych często stosuje się mieszanki z nawozów jednoskładnikowych. Przy sporządzaniu mieszanek należy przestrzegać obowiązujących zasad mieszania. Ważną cechą nawozu jest jego sypkość. Zależy ona, między innymi, od wilgotności nawozu, przekroczenie której ponad wartości dopuszczalne podane przez producenta, prowadzi do zbrylania się nawozu i utrudnionego rozsiewu [Kamiński 1995; Kamionka 2008]. 4
Po wyraźnym spadku zużycia nawozów mineralnych NPK w latach 90-tych ubiegłego wieku w latach 2000-nych obserwuje się powolny ale systematyczny wzrost, rys. 2. kg ha -1 Rys. 2. Zużycie nawozów mineralnych w latach 2000/2008 [Rocznik Statystyczny 2009]. W 2008 roku zastosowano w kraju 2 124 tys. ton nawozów NPK, co w przeliczeniu na hektar wynosiło 132,6 kg NPK, w tym: nawozów azotowych 70,7 kg, fosforowych 28,6 kg i potasowych 33,3 kg. Natomiast zużycie nawozów wapniowych wynoszące w roku 2000-ym około 100 kg Ca na hektar spadło w roku 2008 do 38,5 kg. Niskie zużycie nawozów wapniowych przyczynia się do dalszego zakwaszania gleb, co powoduje spadek plonów oraz pośrednio niekorzystnie wpływa na jakość produkowanych surowców rolniczych [Filipek i in 2006]. 3. Systemy dystrybucji nawozów mineralnych w opakowaniach i luzem Nawozy mineralne w obrocie znajdują się w opakowaniach i luzem. Nawozy luzem, to głównie fosforowe i potasowe, wymagają specjalnych urządzeń przeładunkowych i środków transportowych zapewniających transport i przeładunki bez strat i pylenia. Nawozy azotowe i zawierające azot jako, że są silnie higroskopijne wymagają hermetycznych opakowań w całym cyklu technologicznym. Opakowania do nawozów mineralnych powinny posiadać następujące cechy: zabezpieczać przed niekorzystnymi warunkami zewnętrznymi, łatwe napełnianie i opróżnianie, wygodne do przeładunków, transportu i składowania, bezpieczne dla ludzi i środowiska naturalnego, ekonomiczne w użyciu. Najpopularniejszymi opakowaniami są 50 kg worki papierowe i polietylenowe oraz kontenery elastyczne o ładowności od 500 do 5 000 kg. Kontenery elastyczne dzielimy na jednokrotnego i wielokrotnego użytku. Kontenery jednorazowe posiadają warstwę zewnętrzną z tkaniny z pasemek polipropylenowych przenoszącą obciążenia mechaniczne i warstwę wewnętrzną z folii poliamidowej zapewniającą szczelność kontenera. Przykładowymi kontenerami jednorazowymi są: - TAICON-ONE-WAY, korpus o przekroju kołowym, rękaw zsypowy, ładowność 1000 kg, - HANSALIV-GURTE, korpus o przekroju kołowym, rękaw zsypowy, ładowność 1250 kg, - PORTA-BULK, otwory do podwieszania, dno w kształcie kwadratu, opróżnianie przez rozcięcie, ładowność 1200 kg. Kontenery wielokrotnego użytku wykonywane są z tkanin poliestrowych powlekanych PCV lub kauczukiem syntetycznym. Posiadają szczelnie zamykane rękawy zasypowy i zsypowy oraz uchwyty do współpracy z widłami wózka podnośnikowego. Przykładowymi kontenerami wielokrotnego użytku są: - TAICON-TC 1000ST i TAICON-TC 1000SP, ładowność 1000 kg, - POLNAM, ładowność 600 kg. 5
4. Magazynowanie nawozów Nawozy mineralne przechowywane są w magazynach nawozowych, adaptowanych na magazyny pomieszczeniach gospodarskich, pod wiatami lub na placach składowych. W magazynach nawozy luzem składowane są w pryzmach, natomiast nawozy w opakowaniach w stosach. Kontenery elastyczne ustawiane w stosy powinny zapewniać: stabilność stosu, nie uszkadzanie materiału sypkiego (przestrzeganie nacisku dopuszczalnego), łatwe formowanie stosu. Do korzyści płynących z zastosowania kontenerów elastycznych zaliczyć należy: poprawę bezpieczeństwa i higieny pracy obsługi, eliminację uciążliwego pylenia materiałów sypkich, pełną mechanizację prac przeładunkowych, możliwość krótkoterminowego składowania nawozów w kontenerach, bezpośredni wysiew nawozów z kontenera rozsiewaczem kontenerowym. Do stron ujemnych konteneryzacji zaliczyć należy: duże nakłady inwestycyjne związane z zakupem kontenerów i urządzeń zasypowych oraz przeładunkowych, konieczność terminowego zwrotu pustych kontenerów do nadawcy, zagospodarowanie zużytych opakowań jednokrotnego użytku, regeneracja kontenerów wielokrotnego użytku. W zależności od typu magazynu i wyposażenia w sprzęt przeładunkowy występuje różny stopień mechanizacji procesów załadunku, przygotowania do rozsiewu, załadunku na środki transportowe. Obok w pełni zautomatyzowanych magazynów nawozowych w praktyce rolniczej występują magazyny charakteryzujące się niskim stopniem mechanizacji. Wynika to głównie z braku pieniędzy na inwestycje związane z postępem technicznym i technologicznym w mechanizacji poszczególnych procesów technologicznych. Obecnie obserwuje się głównie wzrost udźwigu ładowarek do materiałów sypkich, ładowności środków transportowych, wydajności, ograniczenie strat nawozu podczas przeładunków i pylenia [Waszkiewicz 2009]. Podstawową maszyną stosowaną w magazynie nawozowym jest ładowarka samojezdna z silnikiem elektrycznym lub spalinowym z odpowiednim wyposażeniem. Ładowarka w wyposażeniu posiada najczęściej łyżkę do materiałów sypkich, widły do podnoszenia palet, rys. 3, zawiesia do podnoszenia kontenerów. Z uwagi na pracę w wąskich korytarzach i placach nieutwardzonych powinna ona cechować się małą szerokością, dużą zwrotnością, dużymi kołami jezdnymi i odpowiednim zabezpieczeniem operatora przed urazami mechanicznymi i chemicznymi. Szeroko stosowane elektryczne wózki widłowe z uwagi na ich uniwersalność oraz wyposażenie i możliwość pracy w pomieszczeniach zamkniętych wykorzystywane są do wielu operacji technologicznych zarówno w nawożeniu mineralnym, jak i innych pracach gospodarskich, w tym przeładunkowo-załadunkowych. Wprowadzane na rynek nowe konstrukcje ładowarek charakteryzują się zwiększonym udźwigiem, większą mocą silnika, większym rozmiarem kół jezdnych, lepszą manewrowością w pomieszczeniach i na placach składowych (wózki widłowe LPG Suchedniów, Rak 7 o udźwigu 1500 kg). Przykładową ładowarkę samojezdną z czerpakiem do materiałów sypkich pokazano na rys. 4. Rys. 3. Ładowarka samojezdna Tailift, udźwig 2 t, A = 3,53 m, B = 1,55 m, C = 1,16 m, D = 2,11 m, H = 2,46 m, www.pphuapis.com.pl 6
Rys. 4. Ładowarka samojezdna APIS Sp. z o.o., moc 125 KM, pojemność łyżki 1,9 m 3, masa maszyny 10,5 t www.pphuapis.com.pl 5. Transport i przeładunki Transport nawozów mineralnych podzielić można na: rzeczny, kolejowy i drogowy. Transport rzeczny odbywał się głównie na rzekach takich jak Odra i Warta. W ostatnich latach zakres transportu rzecznego znacznie został ograniczony. Również dawniej szeroko stosowany transport kolejowy został ograniczony do głównych szlaków kolejowych. Natomiast rozwinął się transport kołowy. Trendowi temu sprzyjały takie czynniki jak: bezpośredni dowóz nawozów od producenta do rolnika, usprawnienie procesu przeładunku poprzez dostarczenie na rynek przez przemysł wysokowydajnych urządzeń przeładunkowych i transportowych, poprawa jakości dróg, szeroki asortyment dostępnych na rynku środków transportowych ciągnikowych i samochodowych, mniejsze koszty, energochłonność i pracochłonność cyklu transportowo-przeładunkowego. Rozsiewacze i siewniki zbożowo-nawozowe ze zbiornikami dużych ładowności wymagają specjalnych urządzeń do załadunku nawozu i materiału siewnego. Najczęściej do tego celu służą różnego typu urządzenia uniwersalne dowożące nawóz i ziarno siewne na pole i zasypujące je do zbiorników maszyn siewnych. Należą do nich przyczepy wywrotki wysoko podnoszące z otworem dozującym umieszczonym w tylnej burcie przyczepy, samojezdne lub montowane na ciągnikach podnośniki hydrauliczne do kontenerów sztywnych i elastycznych, przenośniki taśmowe i ślimakowe instalowane na przyczepach wywrotkach. Przykładowe urządzenia do załadunku nawozu i nasion do zbiorników rozsiewaczy i siewników pokazano na rysunku 5. Czas załadunku nasion do siewnika istotnie wpływa na wydajność agregatu nawozowo-siewnego i powinien być jak najkrótszy. a. Przyczepa wywrotka b. Podnośnik c. Przenośnik wysokiego podnoszenia hydrauliczny ślimakowy Rys. 5. Przykładowe sposoby mechanicznego załadunku nawozu i nasion do zbiorników rozsiewaczy i siewników [Kogut 2004]. 7
6. Rozsiew nawozu mineralnego na polu 6.1. Rozsiewacze nawozowe Wysokie wymagania agrotechniczne stawiane maszynom do wysiewu nawozów mineralnych sprawiły, że przemysł maszyn rolniczych produkuje szeroki asortyment siewników i rozsiewaczy nawozowych. Siewniki nawozowe są wykorzystywane w bardzo małych ilościach, głównie z uwagi na ich małą wydajność i ograniczone wykorzystanie w ciągu roku. Znaczną grupę stanowią siewniki kombinowane zbożowo-nawozowe, buraczane i kukurydziane z możliwością jednoczesnego wysiewu nasion i nawozów mineralnych. Siewniki te służą głównie do wysiewu małych dawek nawozów azotowych w pobliżu wysiewanych nasion dla przyspieszenia wzrostu roślin. Z dostępnych na polskim rynku można wymienić siewniki Simulta, Omega II, John Deere, zamieszczone na rys. 6. Siewniki zbożowo-nawozowe najczęściej wyposażane są w dzielone skrzynie nawozowe na nasiona i nawóz oraz redlice nawozowe i zbożowe. Czasami stosowany jest wysiew nawozu i nasion w tą samą redlicą, np. talerzową. Siewniki buraczane i kukurydziane najczęściej mocowane są na tej samej konstrukcji nośnej, a wymieniane są tylko sekcje wysiewające. W przypadku siewnika buraczanego jest ich 6 lub 12. W przypadku siewnika do kukurydzy jest ich 4 lub 8. Sekcje wysiewające nawóz dozują go do dwu przewodów nawozowych i redlic. Rys. 6. Siewniki w kolejności: zbożowo-nawozowy Simulta 2500, do buraków i nawozu Omega II do kukurydzy i nawozu, siewnik do kukurydzy i nawozu John Debre www.junkkari.pl; www.unia.com.pl, www.deere.com] Podstawowymi maszynami nawozowymi, do wysiewu dawki podstawowej jak również dokarmiania pogłównego roślin służą rozsiewacze nawozowe, które z uwagi na konstrukcję podzielić można na: jednotarczowe, dwutarczowe, pneumatyczne. Rozsiewacze mogą być maszynami: zawieszanymi i przyczepianymi ciągnikowymi, montowanymi na samochodach, samojezdnymi, montowanymi na samolotach i śmigłowcach, wyposażonymi w nawigację satelitarną. Przykładowe rozsiewacze nawozowe pokazano na rys. 7. Rozsiewacze jednotarczowe, posiadające jedną tarczę rozsiewającą z układem łopatek ustawionych promieniowo lub pod kątem do promienia, posiadają najczęściej grawitacyjny system dozowania nawozu na tarczę z nagarniaczem i mieszadłem oraz regulowane miejsce dozowania nawozu umożliwiające uzyskanie symetrycznego rozsiewu. Tarcze napędzane są za pośrednictwem wałka odbioru mocy ciągnika lub silnika hydraulicznego. Napęd hydrauliczny gwarantuje stałe obroty tarcz rozsiewających oraz stałą szerokość rozrzutu nawozu. Podejmowane są próby zwiększenia szerokości rozrzutu nawozu poprzez zastosowanie tak zwanych łopatek wentylacyjnych umieszczonych pod tarczą rozsiewającą. Rozsiewacze dwutarczowe posiadają zespół rozsiewający bardziej złożony w porównaniu z jednotarczowym a głównymi jego zaletami są: większa szerokość robocza, symetryczny rozsiew nawozów, prostszy sposób dawkowania nawozu na tarcze i możliwość automatycznego sterowania parametrami rozsiewu. Rozsiewacze pneumatyczne posiadają konstrukcję bardziej złożoną w porównaniu z rozsiewaczami tarczowymi. Dodatkowymi elementami są wentylator tłoczący powietrze do przewodów nawozowych oraz różnego typu ekrany odbiciowe rozpraszające strugę nawozu. Ważnymi cechami tych maszyn są: stała szerokość robocza, wyższa równomierność 8
poprzeczna rozsiewu, przydatne tylko do nawozów granulowanych, większa masa konstrukcyjna, wyższa cena. a. b. c. d. e. f. Rys. 7. Przykładowe rozsiewacze nawozowe: a. jednotarczowy zawieszany N-054, b. dwutarczowy zawieszany MX Premium, c. dwutarczowy firmy Sipma, d. dwutarczowy przyczepiany RCW firmy Agromet Brzeg, e. rozsiewacz z ładowarką kontenerową, f. opryskiwacz na samolocie Ayres Turbo Thrush. Prowadzone prace badawcze nad maszynami do nawożenia na glebach o wysokiej wilgotności oraz pogłównego zbóż w początkowej fazie wzrostu roślin ukierunkowane były na maszyny samojezdne wyposażone w ogumienie niskociśnieniowe. Jednym z rozwiązań był rozsiewacz nawozowy TERRA-GATOR 1603T o podwoziu trzykołowym z ogumieniem niskociśnieniowym 0,025 MPa, o ładowności 5 ton zamieszczony na rys. 8. Rys. 8. Samojezdny rozsiewacz nawozów mineralnych TERRA-GATOR 1603T www.targ.rolniczy24.pl Do nowszych rozwiązań tego typu rozsiewaczy należy samojezdna maszyna wieloczynnościowa Rosa wykonana przez Spółkę z o.o. Bluming w Mińsku (Białoruś), rys. 9. Maszyna przeznaczona jest do rozsiewu nawozów, oprysków nawozowo-pestycydowych, oprysków pestycydowych i transportu, posiada kabinę standardowa dwumiejscową lub wydłużoną czteromiejscową. Rozsiewacz nawozów jest maszyną trzyosiową sześciokołową 9
o ogumieniu niskociśnieniowym 0,015 MPa, rozmiarze opon 1300/533 mm, wyposażoną w zbiornik o objętości 0,8 m 3, ładowności 1000 kg, dwie tarcze rozsiewające o średnicy 500 mm każda, ustawione na wysokości 1450 mm, rozsiewającą nawozy granulowane na szerokość 14-18 m. W ofercie fabryki znajduje się maszyna Rosa 200 o podwyższonych właściwościach trakcyjnych przeznaczona do pracy w warunkach klimatycznych Syberii i północnego Kazachstanu do przewozu ładunków i ludzi przy temperaturach powietrza od - 40 o do + 40 o. Rys. 9. Samojezdny dwutarczowy rozsiewacz nawozowy Rosa www.bluming.ru Z uwagi na szeroki asortyment stosowanych ciągników rolniczych z przednimi i tylnymi trzypunktowymi układami zawieszenia i wałkami odbioru mocy oraz szeroko wprowadzane uproszczenia w uprawie roślin, prowadzone są prace badawcze nad połączeniem operacji technologicznej rozsiewu nawozu z inną operacją technologiczną, na przykład uprawą przedsiewną, siewem nasion zbóż, itp. [Wojtkowska-Długozima, Kamiński 2009]. Jednak ze względu na trudności w doborze optymalnych parametrów pracy maszyn wchodzących w zestaw rozwój tej formy nawożenia jest ograniczony. Rozsiewacz nawozów mineralnych, podobnie jak każda maszyna rolnicza, oceniany jest pod kątem jego przydatności konstrukcyjnej, technologiczno-funkcjonalnej i technologicznobioagrotechnologicznej. Poszczególne rodzaje przydatności charakteryzowane są parametrami konstrukcyjnymi (geometryczne, strukturalne, kinematyczne) oraz parametrami technologicznymi funkcjonalnymi i bioagrotechnicznymi. Poprawność pracy rozsiewacza zależy również od operatora i infrastruktury technologicznej. Związek elementów systemu aplikacji poprzez ich parametry z przydatnością rozsiewacza zamieszczono na rys. 10. Podstawowymi wskaźnikami przydatności konstrukcyjnej rozsiewacza są: dawka nawozu, równomierność poprzeczna rozsiewu i szerokość robocza. Szerokość robocza maszyny przy nawożeniu pogłównym narzucona jest przez rozstaw ścieżek technologicznych w zbożach (ustalony na 12 lub 18 m) i rozstaw rzędów w burakach cukrowych (znormalizowany 45 cm) i kukurydzy (znormalizowany 67,5 cm) [PN-75/R-36126]. Te same szerokości robocze posiadają siewniki buraczane 6 rzędowe co i kukurydziane 4 rzędowe (a mianowicie: 6 rzędów x 0,45 m = 4 rzędy x 67,5 m = 2,7 m). Te same szerokości robocze wynoszące 5,4 m posiadają siewniki buraczane 12 rzędowe i kukurydziane 8 rzędowe. Rozstaw rzędów w burakach i kukurydzy uwzględnia ponadto znormalizowany rozstaw kół ciągników rolniczych wynoszący 1,35 i 1,5 m (ciągniki klasy 9 i 14 kn) i 1,5 i 1,8 m (ciągniki klasy 14 i 20 kn) [PN-86/R-36120]. Przestrzeganie zaleceń podanych we wspomnianych normach jest konieczne dla zapewnienia prawidłowej uprawy podstawowych roślin w produkcji polowej oraz odpowiedniego doboru maszyn w operacjach technologicznych zapewniających minimalizację energochłonności, pracochłonności i kosztów oraz ograniczenia strat [Szeptycki 2006, Muzalewski 2008]. 10
PARAMETRY KONSTRUKCYJNE geometryczne średnica tarcz rozsiew. kąt ustawienia łopatek strukturalne liczba łopatek na tarczy liczba tarcz rozsiew. kinematyczne prędkość jazdy maszyny obroty tarczy rozsiew. PARAMETRY TECHNOLOGICZNE funkcjonalne wysokość tarcz nad ziemią kąt pochylenia tarcz prędkość jazdy rozstaw ścieżek postać nawozu bioagrotechniczne Rys. 1. Związek elementów systemu aplikacji poprzez ich parametry z przydatnością rozsiewacza. konfiguracja terenu wysokość łanu wiatr wilgotność powietrza temperatura powietrza potrzeby glebowe Rys. 10. Cechy i parametry procesu rozsiewu nawozów mineralnych [Kamiński 2000]. Obecnie obowiązująca norma [PN-EN 13739-2] definiuje nierównomierność poprzeczną rozsiewu nawozów jako stosunek względnego odchylenia standardowego do wartości średniej rozkładu poprzecznego i zakładała, że rozkład poprzeczny nawozu po rozsiewie, z częściowym nakładaniem się pasów w sąsiednich przejazdach maszyny, powinien mieć kształt prostokąta, a występujące odchyłki nie powinny przekraczać wartości dopuszczalnych [Kamiński 2000]. Wskaźnik nierównomierności poprzecznej rozsiewu nawozu, w tym przypadku określany jest stosunkiem względnego odchylenia standardowego do wartości średniej wyrażony w procentach. Zgodnie z metodyką wyznacza się w kolejności wartości następujących wielkości: 1. udział masowy lub procentowy masy nawozu w chwytaku w stosunku do masy na założonej szerokości roboczej m i [%], i numer chwytaka nawozu, n liczba chwytaków na szerokości roboczej), 2. masę nawozu na szerokości roboczej rozsiewacza - M = n m i i= 1 [g] lub [%], 3. średnią masę nawozu w chwytaku - M m śr = [g] lub [%], n n 1 4. względne odchylenie standardowe - s = ( m i m śr ) n 1 i= 1 2 [g] lub [%], s 5. wskaźnik nierównomierności poprzecznej rozsiewu - d = 100 [%]. m śr 11
Metoda druga podana w pracy Kamińskiego [2000] zakłada, że rozkład poprzeczny nawozu posiada kształt paraboliczny, a przy określonych jej parametrach można uzyskać wymaganą równomierność poprzeczną rozsiewu. Optymalne wartości równomierności poprzecznej uzyskuje się dla szerokości roboczych odpowiadających 2/3 szerokości rozrzutu nawozu. W obu przypadkach wyznaczona optymalna szerokość robocza nie odpowiada stawianym wymaganiom użytkownika rozsiewacza, na przykład podczas nawożenia pogłównego na plantacjach ze ścieżkami technologicznymi. Rolnicy przed zakupem rozsiewacza chętnie korzystają z informacji podanych w czasopismach rolniczych a dotyczących wyników badań porównawczych maszyn przeprowadzonych w określonych warunkach glebowo-klimatycznych. Przykładem mogą być wyniki badań rozsiewaczy jednotarczowych i dwutarczowych podane w czasopiśmie Top Agrar [Kamionka i in. 2001; 2001a]. 6.2. Technologie nawożenia mineralnego W technologii nawożenia nawozami mineralnymi stałymi występują następujące operacje: - przygotowanie nawozów do rozsiewu (rozdrabnianie nawozów zbrylonych, sporządzanie mieszanek z nawozów jednoskładnikowych) i załadunek na środki transportowe, - transport na pole i załadunek do zbiorników rozsiewaczy nawozowych, - rozsiew nawozu na plantacji [Kamiński 2000]. W zależności od postaci nawozów i formy opakowania transportuje się je z gospodarstwa na pole różnymi środkami transportowymi. Przy polach znajdujących się przy gospodarstwie najczęściej nawozy stałe dowożone są w zbiornikach rozsiewaczy, nawozy ciekłe w zbiornikach opryskiwaczy. Przy polach znacznie odległych od gospodarstwa do transportu wykorzystywane są przyczepy ciągnikowe, samochody, wozy asenizacyjne i przewoźne urządzenia do sporządzania mieszanek nawozowo-pestycydowych. Ważnym problemem do końca nie rozwiązanym jest przeładunek nawozów ze środków transportowych na rozsiewacze. Przy nawozach luzem występują: rozsypywanie, pylenie oraz trudne warunki pracy obsługi. Pracochłonne jest również wysypywanie nawozów z worków 50 kg. Czynność tę można znacznie uprościć stosując kontenery elastyczne o ładowności 1-2 t i sztywne dużej ładowności do 20 t, zbiorniki silosy, transport w skrzyniach rozsiewaczy samochodowych. Operacja ta jest znacznie uproszczona przy nawozach płynnych i ciekłych do przelewania których używa się pomp ciśnieniowych instalowanych na środkach transportowych i opryskiwaczach [Czuba 2000]. Kontenery elastyczne wykorzystywane są dla wielu materiałów sypkich w tym dla granulowanych nawozów mineralnych. Przeznaczone są głównie do transportu nawozów a w niektórych przypadkach również do okresowego magazynowania nawozów. W technologii nawożenia z zastosowaniem kontenerów elastycznych występują następujące operacje: - załadunek nawozów do kontenerów elastycznych przy pomocy specjalnych urządzeń magazynowych, - załadunek kontenerów na środki transportowe i transport na pole, - przeładunek nawozu do rozsiewaczy lub bezpośredni wysiew z kontenera. Porównując technologię tradycyjną z technologią z zastosowaniem kontenerów elastycznych stwierdzić można, że: - w operacji przygotowania nawozu (rozdrabniania i mieszania) i załadunku nie występują różnice, - do nasypywania nawozów do kontenerów konieczne jest specjalne stanowisko, - do załadunku kontenerów na środki transportowe konieczna jest ładowarka kontenerowa w miejsce tradycyjnej czołowej lub chwytakowej, - do transportu nawozów na pola wykorzystywać można tradycyjne przyczepy ciągnikowe, do nawozów luzem specjalne przyczepy samowyładowcze, 12
- do rozsiewu nawozów, w technologii kontenerowej, wykorzystane mogą być: rozsiewacz kontenerowy współpracujący z ciągnikiem, ładowarka kontenerowa współpracująca z rozsiewaczem i ciągnikiem. Producenci rozsiewaczy nawozowych proponują nabywcom wyposażenie dodatkowe, w tym: - urządzenia do dokarmiania roślin w rzędach, urządzenia podające nawóz na tarcze rozsiewające ustawione wysoko nad łanem roślin, urządzenia do regulacji szerokości roboczej poprzez zmianę prędkości obrotowej tarcz, - urządzenia do obsiewu pasów skrajnych plantacji (hydrauliczne przechylanie rozsiewacza, wyłączanie jednej z tarcz, zmianę kierunku obrotu tarcz, regulacje ustawienia łopatek na tarczy, specjalne ekrany ograniczające rozsiew), - urządzenia ograniczające szerokość roboczą maszyny (zmienny kształt łopatek na tarczy), - adaptery do wysiewu nawozów pylistych (nawilżacze, ekrany osłaniające, belki rozsiewające, montowane w miejsce tarcz), - głębosze do nawożenia doglebowego, - ogumienie umożliwiające stosowanie rozsiewaczy większych ładowności, urządzenia do kontroli dawki nawozu, - hydrauliczne podnośniki do kontenerów elastycznych, - różnego rodzaju ogumienie w tym niskociśnieniowe (0,05-0,1 MPa), - jednoosiowe podwozia o regulowanym rozstawie kół, układem skrętnym zapewniającym przy nawrotach poruszanie się kół maszyny po śladach kół ciągnika, do montowania rozsiewaczy zawieszanych, umożliwiające agregowanie z ciągnikami mniejszej mocy, - komputery pokładowe monitorujące i sterujące parametrami pracy rozsiewacza włączające takie czynniki, jak: pomiar prędkości jazdy, kontrolę poziomu nawozu w zbiorniku, kontrolę prędkości obrotowej tarcz rozsiewających, kontrolę pracy wszystkich czujników, pomiar powierzchni obsianego pola, regulacja dawki wysiewanego nawozu, itp., - urządzenia do wykorzystania rozsiewacza w nawożeniu precyzyjnym z zastosowaniem nawigacji satelitarnej. Podstawowe zalety jakie cechują rozsiewacze tarczowe, do których należą: prosta konstrukcja, mała masa maszyny, niska cena duża wydajność, duża szerokość robocza, sprawiają, że maszyny te są systematycznie doskonalone. Systematycznie zwiększana jest równomierność poprzeczna i podłużna rozsiewu oraz wdrażana na coraz większą skalę nawigacja satelitarna. Wysoka równomierność rozsiewu i nawigacja satelitarna stwarzają możliwość stosowania racjonalnej dawki nawozów na całej powierzchni pola z uwzględnieniem: żyzności gleby, zasobności gleby w składniki pokarmowe, uzyskiwanego plonu w poszczególnych częściach pola. Takie precyzyjne nawożenie pozwala znacznie obniżyć zużycie nawozów, energochłonność i koszty nawożenia, stwarzając tym samym proekologiczne warunki uprawy polowej roślin. Kolejność zadań wykonywanych w rolnictwie precyzyjnym schematycznie pokazano na rysunku 11. Podstawą rolnictwa precyzyjnego są, miedzy innymi, mapy: zwięzłości gleby [Miszyn, Kamiński 2002], zasobności gleby w składniki pokarmowe NPK [Talarczyk, Zbytek 2002], plonowania roślin [Kęska i in. 2005], zachwaszczenia plantacji, nawożenia mineralnego, ochrony roślin itd. Poszczególne zabiegi: uprawa gleby, siew nasion, rozsiew nawozów mineralnych, opryski pestycydowe oraz zbiór plonu powinny być wykonywane z użyciem nawigacji satelitarnej. Wszystkie liczące się firmy produkujące maszyny rolnicze dla rolnictwa precyzyjnego wyposażają je w komputery pokładowe przystosowane do współpracy z nawigacją satelitarną. 13
Rys. 11. Kolejność zadań wykonywanych w rolnictwie precyzyjnym [Piszczatowska, Kamiński 2009] 6.3 Systemy nawigacyjne rolnictwa precyzyjnego Głównym czynnikiem decydującym o dokładności wykonanej pracy przez automatyczne systemy prowadzenia maszyn jest dokładność sygnałów [Dreszer 2005]. Uwzględniając czynniki zakłócające maksymalna dokładność pozycjonowania mieści się w przedziale 3-5 m. Dla poprawy dokładności pozycjonowania służą sygnały korekcyjne. Firma John Deere posiada własną sieć korekcyjną StarFire i udostępnia bezpłatnie sygnał korekcyjny SF1, umożliwiający określenie położenia z dokładnością do 30 cm. Odpłatny sygnał SF2 umożliwia osiągnięcie dokładności do 10 cm. Zaopatrując się w prywatną stację referencyjną RTK można osiągnąć dokładność 1-2 cm. Odbiornik i TC umożliwia odbiór wszystkich trzech sygnałów SF1, SF2 i RTK. Określenie itc oznacza, że każdy standardowy odbiornik John Deere wyposażony jest w Moduł Kompensacji Terenu umożliwiający pracę na stoku. Wyróżniamy trzy systemy prowadzenia maszyn po polu, a mianowicie: Parallel trcking, Universal AutoTrac i AutoTrac. Parallel Tracking jest najprostszym systemem prowadzenia maszyny po polu. Obsługa polega na wyznaczeniu pierwszego przejazdu, a następnie wprowadzeniu szerokości roboczej maszyny. System umożliwia pracę bez znaczników, przy złej widoczności oraz nocą. Universal AutoTrack posiada pełną automatyzację prowadzenia maszyny. Składa się z anteny i wyświetlacza. Dodatkowym elementem jest specjalny mechanizm sterujący mocowany na kolumnie kierownicy oraz specjalna karta aktywująca system automatycznego prowadzenia maszyny. AutoTrac przeznaczony dla nowszych maszyn firmy John Deere i wymaga specjalnego przygotowania maszyny zwanego AutoTrac Ready, czyli przygotowany do jazdy równoległej AutoTrac. Polega na wyposażeniu ciągnika w specjalne moduły zainstalowane na hydraulice układu kierowniczego. Wszystkie opisane systemy są złożone z takiego samego wyświetlacza (GS4) oraz odbiornika (StarFire itc), pracują ze wszystkimi oferowanymi sygnałami korekcyjnymi (SF1, SF2 i RTK). Różnią się jedynie zainstalowanymi elementami w maszynie oraz aktywowanymi opcjami. Cechy sygnałów firmy John Deere opisano w tabeli 1. Natomiast dobór dokładności pozycjonowania w zależności od rodzaju wykonywanych prac polowych scharakteryzowano w tabeli 2. 14
Tabela 1. Porównanie systemów automatycznego sterowania firmy John Debre www.deere.com. Właściwości systemu sterowania Parallel Universal AutoTrac tracking AutoTrac SF1 SF2 SF1 SF2 SF1 SF2 Sterowanie ręczne x x x x x x Sterowanie automatyczne - - x x x x Możliwa praca z SF1 +/-30cm x x x x x x Możliwa praca z SF2 +/-10cm - x - x - x Możliwa praca z RTK +/-2cm - x - x - x Praca na stokach moduł itc x x x x x x Wykorzystanie w innej maszynie firmy John Deere Możliwość współpracy z maszyną innej firmy x x x x x x x x - - x x Wirtualna linia nawrotu x x x x x x Zapamiętywanie wybranych punktów na polu (do 5) Przechowywanie danych (do 500 torów jazdy) Możliwość jazdy co dowolną liczbę pasów Zapamiętywanie torów jazdy po krzywej Wsparcie cofania przez system kierowania (1,5min) x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Możliwość rozbudowy systemu x x x x x x Tabela 2. Dobór dokładności w zależności od rodzaju wykonywanych prac polowych www.deere.com Opcja AutoTrac AutoTracSF1 AutoTracSF2 AutoTrac RTK Optymalne do: Zabiegi uprawowe Nawożenie Opryski Sadzenie/siew Oprysk/nawożenie Koszenie Żniwa Sadzenie Głęboszowanie Powtarzalna uprawa międzyrzędowa Korekcja sygnału SF1 (darmowy) SF2 (abonament) RTK (jednorazowa aktywacja) Dokładność +/-33cm +/-16,5cm +/-11cm +/-10cm +/-5cm +/-3,5cm +/-2cm Powtarzalne 15
Firma TPI Spółka z o.o. oferuje system nawigacji równoległej TOPCON SYSTEM 110 przeznaczony do wykonywania wszystkich zabiegów rolniczych wymagających jazdy równoległej, rys. 12a. Kolorowy wyświetlacz umożliwia pracę zarówno w dzień jak i w nocy. Na ekranie konsoli systemu 110 można wybrać trzy sposoby pracy: proste AB, dwa rodzaje krzywych lub ruch po okręgu, istnieje także automatyczne rozpoznawanie nawrotu. Na ekranie znajdują się następujące informacje: prędkość jazdy, obrobiona powierzchnia, numer ścieżki, liczba dostępnych satelitów, odchylenie od kursu. System posiada złącza USB 3 12 pin DTM06-12S Deutsch, antenę GPS typu AGE-1 (częstotliwość pomiaru 20 Hz) lub AGE-2 (częstotliwość pomiaru 5 Hz). Nowszym rozwiązaniem tej firmy jest precyzyjny system automatycznego sterowania z dokładnością do 2 cm Topcon system 150, rys. 12b, który wykorzystuje najnowsze technologie precyzyjnego pozycjonowania japońskiej korporacji Topcon. TOPCON System 110 TOPCON System 150 a. b. Rys. 12. Systemy pozycjonowania firmy TPI Sp. z o.o. [www.tpi.com.pl] 7. Podsumowanie Szeroki asortyment nawozów mineralnych, różnego typu opakowania, różne wymagania odnośnie składowania, przeładunków, rozsiewu oraz szeroki wachlarz produkowanych maszyn nawozowych i uniwersalnych sprawiają, że prawidłowa organizacja nawożenia wymaga dużej wiedzy teoretycznej i praktycznej z zakresu uprawy roślin, inżynierii rolniczej, ekonomiki, ochrony środowiska naturalnego i bezpieczeństwa pracy. Aplikacja nawozów mineralnych może być prowadzona różnymi środkami technicznymi, zależnie od formy nawozów oraz możliwości finansowych gospodarstwa, przy zakupie maszyn. Stałe nawozy mineralne: granulowane, krystaliczne i pyliste najczęściej wysiewane są rozsiewaczami tarczowymi charakteryzującymi się niską jakością pracy, wysoką nierównomiernością poprzeczną i podłużną rozsiewu, małą stałością dawki, pyleniem, itp. Rozsiewacze pneumatyczne cechuje lepsza jakość pracy w porównaniu z tarczowymi, ale przystosowane są tylko do wysiewu nawozów granulowanych, są maszynami drogimi o złożonej konstrukcji. Najdokładniej wysiewające nawozy siewniki nawozowe i zbożowonawozowe są maszynami o małych szerokościach roboczych, małych wydajności, drogich w eksploatacji i stosowane są w małym zakresie. Rolnictwo precyzyjne bazuje na nowoczesnych ciągnikach rolniczych wyposażonych w nawigację satelitarną oraz narzędziach i maszynach wyposażonych w komputery pokładowe. Rolnictwo precyzyjne wykorzystuje szeroką bazę danych o polu, warunkach glebowoklimatycznych, uprawianych roślinach, umożliwiającą prowadzenie produkcji roślinnej w sposób przyjazny dla środowiska naturalnego z zapewnieniem wysokiej jakości uzyskiwanego plonu. Ważną rolę odgrywa nawigacja satelitarna, a czołowi producenci ciągników rolniczych i maszyn rolniczych wyposażają je w nowoczesne systemy sterowania, tak na przykład: firma John Deere oferuje Parallel Tracking, dający możliwość pracy w nocy, Universal AutoTrack automatyczne prowadzenie maszyny, i najbardziej nowoczesny AutoTrac. Podobnie firma TPI Sp. z o.o. oferuje urządzenia nawigacji satelitarnej automatycznego prowadzenia maszyn po polu z dokładnością do 2 cm. 16
8. Wnioski Zużycie oraz straty nawozów mineralnych można znacznie ograniczyć stosując nawozy wieloskładnikowe NPK w postaci zawiesinowej, nawozy ciekłe azotowe aplikowane powierzchniowo i dolistnie, a także łącznie ze środkami ochrony roślin, nawozy stałe w opakowaniach (workach, kontenerach elastycznych o ładowności 1-2 t i sztywnych do 20 t) oraz odpowiednie maszyny do transportu, przeładunku i aplikacji. Podstawowymi maszynami stosowanymi w technologii nawożenia nawozami zawiesinowymi są beczkowozy i odpowiednio przystosowane opryskiwacze, roztworami azotowymi beczkowozy i opryskiwacze, nawozami stałymi są środki transportowe i rozsiewacze nawozowe różnego typu (tarczowe i pneumatyczne). Zagrożenia ekologiczne ze strony maszyn nawozowych to: - ugniatanie gleby przez agregat ciągnik maszyna, - pogarszanie się jakości nawozów stałych, podczas składowania, transportu i przeładunku prowadzące do konieczności rozdrabniania nawozów zbrylonych i pogarszania jakości pracy rozsiewacza, - pylenie przy nawozach stałych i wapniowych, znoszenie cieczy opryskowej podczas oprysków dolistnych, - rozsypywanie i rozlewanie nawozów podczas transportu i przeładunku, - niska jakość pracy tradycyjnych maszyn nawozowych, brak kontroli jakości pracy i sterowania zespołami roboczymi, - straty nawozów występujące podczas przeładunków z przyczep do rozsiewaczy i beczkowozów do opryskiwaczy. Obserwowany w nawożeniu mineralnym systematyczny postęp techniczny i technologiczny, wzrastające wymagania agrotechniczne, duży asortyment stosowanych maszyn nawozowych i uniwersalnych, wzrastające corocznie zużycie nawozów mineralnych powodują duże zainteresowanie użytkowników prawidłową organizacją pracy, kosztami, nakładami energetycznymi, ograniczeniem strat nawozów i destrukcyjnym oddziaływaniem maszyn na środowisko. 9. Literatura Czuba R. i inni. 1996: Nawożenie mineralne roślin uprawnych. Zakłady Chemiczne Police, ss. 413 Czuba R. 2000: Nawozy zawiesinowe nowa generacja nawozów płynnych. Wieś Jutra, 11:23-25 Dintwa E., Liederkerke P., Olieslagers R., Tijskens E., Ramon H. 2004: Model for simulation of particle flow on a centrifugal fertilizer spreader. Biosystems Engineering, vol. 87 Dreszer K. 2005: Globalny system pozycjonowania i możliwości wprowadzenia go w polskim rolnictwie. Inżynieria Rolnicza, 10:57-63 Grift T.E., Walker J.T., Hofstee J.W. 1997. Aerodynamic properties of individual fertilizer particles. Transaction of the ASAE, vol. 40, nr 1 Igras J. 2006. Środowiskowe skutki nawożenia roślin w Polsce. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1:83-95 Filipiak T., Fotyma M., Lipiński W. 2006: Stan, przyczyny i skutki zakwaszania gleb ornych w Polsce. Nawozy i nawożenie, nr 1(26) Kacprzak P. 2008: Wpływ parametrów techniczno-eksploatacyjnych rozsiewacza na jakość wysiewanego nawozu. SGGW Wydział Inżynierii Produkcji, rozprawa doktorska, ss. 83 Kamiński E. 1995: Technika i technologia nawożenia mineralnego. IBMER Warszawa, ss. 102. Kamiński J. 2000: Metoda oceny wpływu parametrów tarcz rozsiewających na efektywność nawożenia. IBMER Warszawa, ss. 105. Kamiński J., Małecka A. 2011: Primenenie mineralnych udobrenij v Polśe i ich vljanie na okrużajuśćy sredu. Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka, 1(20):33-38 17
Kamiński J., Żdanowicz Cz. 2007: Dobór układów jezdnych dla agregatów rolniczych uwzględniający aspekty ekologiczne. Inżynieria Rolnicza, 3(91):75-82 Kamionka J. 2008: Efektywność energetyczna pogłównego nawożenia zbóż. Problemy Inżynierii Rolniczej, 2(60):61-68 Kamionka J., Mosch G., Józefowicz J. 2001: Test rozsiewaczy jednotarczowych. Top Agrar Polska, 9:74-76 Kamionka J., Mosch G., Józefowicz J. 2001a: Test rozsiewaczy dwutarczowych. Top Agrar Polska, 10:68-72 Kęska W., Jankowiak S., Pomianowski R. 2005: Zestaw do wykonywania map plonu ziarna instalowany na kombajnie zbożowym. Inżynieria Rolnicza, 8:135-142 Kogut Z. 2004: Analiza stanu i perspektywy rozwoju techniki i technologii siewu roślin uprawnych. Sprawozdanie z badań IBMER, symbol dokumentacji XIII/412, ss. 47 Michałek R., Tomczyk W. 2002: Problemy eksploatacji maszyn i urządzeń w aspekcie ochrony środowiska. Problemy Inżynierii Rolniczej, nr 4(38):5-10 Michajłova L.A., Aljeśin M.A. 2011: Vljanie kalijnych ydobrenij na kormovuju cennost jarovych zernovych kultur. Agrarnaja nauka Evro-Severo-Vostoka, 1(20):39-41 Miszyn P., Kamiński J. 2002: Mapy zwięzłości gleby sporządzane metodą Kriginga. IX Międzynarodowe Sympozjum Ekologiczne aspekty mechanizacji produkcji roślinnej. IBMER Warszawa, zeszyt 9:262-224 Muzalewski A. 2008: Zasady doboru maszyn do gospodarstw rolnych. Problemy Inżynierii Rolniczej, ss.86 Parish R. 2001: Spreader damage to encapsulated controlled release fertilizer granules. Applied Engineering in Agriculture, vol. 17, nr 4 Pettersen J.M., Svedsen J.A., Ovland S. 1991: A method of studying the influence of fertilizer particle size on the distribution from a twin-disc spreader. Journal Agricultural Enginnering Researches, vol. 50 Piszczatowska K., Kamiński E. 2009: Precyzyjna uprawa roślin. Bioagrotechnical Systems Engineering. PolitechnikaWarszawska, vol. 3(19):57-62 Szeptycki A. 2006: Znaczenie techniki w systemie zrównoważonej produkcji rolnej. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, vol. 51(2):184 Talarczyk W., Zbytek Z. 2002: Precyzyjna uprawa gleby uwzględniająca zróżnicowane warunki glebowe na obszarze pola. IX Międzynarodowe Sympozjum Ekologiczne aspekty mechanizacji produkcji roślinnej. IBMER Warszawa, zeszyt 9:377-384 Viselga G., Kamiński J. 2006: Analiza zagęszczenia gleby w uprawie ziemniaków. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 508:2003-2008 Waszkiewicz Cz. 2009: Rynek wybranych narzędzi i maszyn rolniczych do produkcji roślinnej w Polsce w latach 2001-2007. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1(63):51-56 Wojtkowska-Długozima H., Kamiński E. 2009: Uproszczenia w uprawie roślin w aspekcie nowoczesnych ciągników rolniczych. Inżynieria Systemów Bioagrotechnicznych, 3(19):109-115. Politechnika Warszawska Płock. 10. Inne materiały źródłowe PN-75/R-36126: Agrotechnika. Szerokości międzyrzędzi podstawowych roślin uprawnych. PN-86/R-36120: Ciągniki rolnicze. Rozstawy kół jezdnych. PN-EN 13739-2: Maszyny rolnicze. Rozsiewacze i siewniki rzutowe nawozów stałych. Ochrona środowiska. Część 2: Metody badań. Rocznik Statystyczny. 2009: Główny Urząd Statystyczny, Warszawa. 11. Strony internetowe www.pphuapis.com.pl. wózki widłowe i ładowarki samojezdne Tailift www.deere.com. właściwości systemów automatycznego sterowania z wykorzystaniem GPS firmy John Deere. www.simulta.com. siewniki zbożowo-nawozowe. www.bluming.ru rozsiewacz samojezdny Rosa www.targ.rolniczy24.pl rozsiewacz samojezdny TERRA-GATOR www.tpi.com.pl nawigacja satelitarna TOPCON System 100 i 150 18
B. Mechanizacja nawożenia organicznego 1. Wprowadzenie Nawozy naturalne i organiczne stosowane w polowej uprawie roślin są bardzo cennym źródłem składników odżywczych oraz podnoszącym zasobność i żyzność gleb. Powinny być stosowane w sposób i w terminach, które ograniczają ryzyko przedostawania się zawartych w nich składników szczególnie azotu i fosforu, do wód powierzchniowych i gruntowych. Mówi o tym dyrektywa Unii Europejskiej potocznie zwana azotanową [91/676/EEC]. W Polsce obowiązują ustawy: z dnia 26 lipca 2000 r. o nawozach i nawożeniu, ustawa, z dnia 2 kwietnia 2004 roku o zmianie ustawy o nawozach i nawożeniu, prawo ochrony środowiska [2001], Rozporządzenie Ministra Środowiska [2002] oraz Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi [2001] w sprawie szczegółowego sposobu stosowania nawozów oraz prowadzenia szkoleń z zakresu ich stosowania. Zasady te precyzuje także Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej [2004]. Przepisy i normy mają, ogólnie mówiąc, na celu ochronę gleby i wód oraz zwierząt, w tym: prawo ochrony środowiska [2001], ustawa o ochronie zwierząt [1997]. Nawozy organiczne często stosowane łącznie z nawozami mineralnymi powinny zapewnić uzyskanie wysokiego plonu dobrej jakości, minimalizację: pracochłonności, nakładów energetycznych, kosztów nawożenia przy jednoczesnym wysokim dochodzie z hektara. Proces nawożenia nie może powodować zagrożeń dla zdrowia ludzi i zwierząt. Jak również nie powinien oddziaływać destrukcyjnie na glebę (ciężkie ciągniki oraz roztrząsacze obornika dużej ładowności intensywnie ugniatają glebę i podglebie), czego skutki związane z obniżką plonu widoczne są przez szereg lat [Powierża 1997; Powierża i inni 2001]. Według danych Wyłudy [2006] w Polsce w ciągu roku wytwarzane jest około 160 mln ton nawozów naturalnych i odpadów organicznych. W tym udział odchodów z produkcji zwierzęcej stanowi około 70 % ogólnej masy, a udział odpadów z produkcji zbóż, ziemniaków, warzyw i owoców około 21 %. Odpady bytowe stanowią 3,6 %, osady ściekowe około 2 %, a odpady organiczne z pozostałych źródeł około 3,4 %. Obornik, gnojówka, gnojowica oraz odpady organiczne mogą być także surowcami do pozyskiwania biogazu wykorzystywanego w gospodarstwach rolnych [Raynal i inni 1988]. W tym celu budowane są specjalne instalacje najczęściej włączające proces pozyskiwania biogazu oraz wartościowych nawozów organicznych, przeznaczonych dla upraw warzywniczych, szklarniowych i polowych [Romaniuk, Gancarz 1997; Romaniuk 1999]. 2. Obornik i komposty Podstawowym nawozem naturalnym jest obornik. Jego właściwości chemiczne i fizykomechaniczne różnią się znacznie w zależności od użytej ściółki i rodzaju zwierząt [Sonnenberg 1998; Sonnenberg, Schilt 2003]. Mamy więc obornik krótko-słomiasty i długosłomiasty. Pochodzący od koni, krów, trzody chlewnej, owiec, ptactwa domowego (zwany pomiotem ptasim) [Dach 2003; Dach, Zbytek 2003; Beni, Marcucci 2000; Barrington i in. 2002]. Przykładowe zawartości w oborniku podstawowych składników odżywczych makroelementów (azot, fosfor, potas, wapno, magnez) i mikroelementów (bor, miedź, mangan, molibden, cynk) zamieszczono w tabeli 1. Ciężar objętościowy obornika zależny jest od wielu czynników, miedzy innymi: rodzaju i długości słomy użytej na ściółkę, wilgotności bezwzględnej, stopnia przefermentowania i zmieniać się może w dużych granicach od 300 (świeży luźny obornik) do 900 kg m 3 (przegniły, zwarty) a niekiedy nawet więcej. Ciężar objętościowy kompostu wynosi od 600 do 1100 kg m 3 [Trochimowicz 2002]. Ma on ponadto istotny wpływ w procesie nawożenia, na wydajność maszyn oraz koszty nawożenia. Rozrzutniki wykorzystywane są również do rozrzutu odpadowego wapna nawozowego, którego ciężar objętościowy znacznie przekracza ciężar objętościowy obornika i kompostu. 19
Tabela 1. Przykładowy skład chemiczny obornika od różnych zwierząt gospodarskich Nazwa obornika Makroelementy [%] Mikroelementy [mg/kg] N P 2 0 5 K 2 0 Ca0 Mg0 B Cu Mn Mo Zn Bydlęcy 0,47 0,29 0,67 0,45 0,16 4,46 4,46 64,65 0,29 34,60 Trzody chlewnej 0,49 0,71 0,68 0,44 0,16 3,60 5,38 63,22 0,33 48,51 Koński 0,54 0,29 0,95 0,45 0,16 3,51 3,36 70,41 0,25 25,91 Owczy 0,76 0,40 1,25 0,61 0,21 5,81 5,14 84,22 0,34 32,37 Pomiot ptasi 1,20 0,79 0,80 0,73 0,21 9,59 8,73 76,63 0,52 66,60 Mieszany 0,49 0,31 0,68 0,44 0,16 4,65 5,05 73,31 0,34 40,50 Źródło: Maćkowiak, Żebrowski [2000]. 3. Magazynowanie obornika i kompostów Podstawowymi sezonami agrotechnicznymi nawożenia organicznego są wiosna i jesień. Ponieważ obornik produkowany jest systematycznie przez cały rok zachodzi potrzeba jego składowania w sposób zapewniający jego dobrą jakość i ograniczający uciążliwość dla środowiska [Domagalski 2003; Puzankow 2000; Milev 2003; praca zbiorowa 2004]. Podstawowym sposobem przechowywania obornika jest jego pryzmowanie na specjalnie w tym celu przygotowanych placach. Pryzmy mogą być zakładane bezpośrednio przy gospodarstwie lub na polu przeznaczonym do nawożenia. W obu przypadkach powinny spełniać one wymagania ekologiczne. Przykładowe wymagania dotyczące rozmieszczenia budynków gospodarczych i lokalizacji płyty gnojowej pokazano na rys. 1. Rys. 1. Schemat rozmieszczenia pomieszczeń gospodarczych. Źródło: Wyłuda [2006] 20