14
dr in¿. Sylwester WEYMANN
Przemys³owy Instytut Maszyn Rolniczych, Poznañ e-mail: office@pimr.poznan.pl
EFEKTYWNOŒÆ ENERGETYCZNA RÓ¯NYCH
TECHNOLOGII PRODUKCJI ROŒLINNEJ
Streszczenie
W artykule dokonano analizy zu¿ycia oleju napêdowego (ON) przez sektor rolniczy w Polsce i na œwiecie. Przedstawiono równie¿ wyniki badañ i analiz zu¿ycia ON dla wybranych upraw i technologii produkcji w warunkach rolnictwa polskiego i Stanów Zjednoczonych. Badania wykaza³y, ¿e stosowanie uproszczeñ uprawowych powoduje obni¿enie zu¿ycia paliwa.
: produkcja roœlinna, olej napêdowy, zu¿ycie, technologia produkcji S³owa kluczowe
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 3/2016 Olej napêdowy stosowany jest jako paliwo do silników ZS
powszechnie wykorzystywanych do napêdu ci¹gników i ma-szyn rolniczych na ca³ym œwiecie. Najwiêkszymi jego odbiorcami s¹ sektory rolnicze Chin i Stanów Zjednoczonych (tab. 1). Rolnictwo polskie ze zu¿yciem 2,55 mln ton w 2005 r. zajê³o w tym zestawieniu 10 miejsce [16], a wed³ug danych za 2012 r. miejsce 17 (1,725 mln ton), co stanowi³o 1,8% zu¿ycia œwiatowego rolnictwa [15].
Dane GUS dotycz¹ce polskiego rolnictwa w niewielkim stopniu ró¿ni¹ siê od powy¿szych i wynikaj¹ prawdopodobnie ze stosowania innej metodyki wyliczania. Zu¿ycie oleju napêdowego w polskim rolnictwie w 2010 r. wynosi³o 1600 tys. ton i stanowi³o 13,7% ogólnego zu¿ycia krajowego (tab. 2). W stosunku do 2009 r. wartoœæ zu¿ycia nie zmieni³a siê, ale udzia³ w ogólnym zu¿yciu krajowym zmala³ (14,8% w 2009 r.). Rolnictwo w Polsce, po sektorze transportowym, jest drugim najwiêkszym odbiorc¹ oleju napêdowego [3].
Tab. 1. Zu¿ycie oleju napêdowego w rolnictwie œwiatowym [15, 16]
Table 1. Diesel oil consumption in world agriculture [15, 16]
Tab. 2. Zu¿ycie oleju napêdowego w rolnictwie polskim [3-6] Table 2. Diesel oil consumption in Polish agriculture [3-6]
Lp. Pañstwo Zu¿ycie ON w rolnictwie [mln ton] 2005 w rankinguMiejsce 2012 w rankinguMiejsce 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Chiny USA Brazylia Rosja Japonia Argentyna Iran Tajlandia Turcja Polska Egipt 18,38 11,41 4,85 4,51 3,68 3,35 3,34 3,02 2,90 2,55 1,58 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 23 13,355 9,475 6,035 3,277 2,781 2,691 0,844 3,655 3,481 1,725 6,839 1 2 4 7 10 11 26 5 6 17 3
Wed³ug przeprowadzonego w 2010 r. Powszechnego spisu rolnego powierzchnia u¿ytków rolnych w Polsce wynosi³a w tym czasie 15 502 969 ha [11]. Z powy¿szych danych wyni-ka, ¿e przeciêtne zu¿ycie oleju napêdowego w rolnictwie, w przeliczeniu na 1 ha u¿ytków rolnych, wynios³o 103 kg, czyli oko³o 120 l.
Jednostkowe zu¿ycie oleju napêdowego w poszczególnych regionach kraju i gospodarstwach zale¿y od wielu czynników. Spoœród nich najwa¿niejsze to struktura u¿ytków rolnych, rodzaj upraw, stosowane technologie oraz intensywnoœæ produkcji.
O znacz¹cym wp³ywie stosowanej technologii produkcji roœlinnej œwiadcz¹ wyniki przeprowadzonych w kraju badañ. Zu¿ycie paliwa w tradycyjnym przygotowaniu roli do siewu pszen¿yta ozimego, uwzglêdniaj¹cym zarówno podorywkê (12 cm), jak i orkê siewn¹ (20 cm), wynios³o 42 l oleju napê-dowego na 1 ha. Zast¹pienie podorywki kultywatorowaniem lub upraw¹ bron¹ talerzow¹ spowodowa³o zmniejszenie zu¿ycia paliwa o ponad 20%. Rezygnacja z uprawy mecha-nicznej po ¿niwach na rzecz stosowania oprysku herbicydem (Roundap) da³a oszczêdnoœæ a¿ 28,6%. Œrednio 31,0% mniej paliwa zu¿yto na polach, na których zrezygnowano z uprawy po¿niwnej i nie stosowano herbicydu. Wykonuj¹c tu¿ po ¿niwach orkê „razówkê” na g³êbokoœæ 20 cm uzyskano 35,2% oszczêdnoœci paliwa. Zupe³na rezygnacja z uprawy p³u¿nej, a ograniczenie siê tylko do p³ytkiej uprawy bron¹ talerzow¹ i agregatem przedsiewnym (technologia bezorkowa) zapewni-³o 60,5% oszczêdnoœci paliwa. Bardzo podobne relacje uzy-skano porównuj¹c czas pracy. Na przygotowanie 1 ha pola do siewu, siew i zabiegi pielêgnacyjne przy uprawie tradycyjnej zu¿yto 4,4 h, a tylko 1,7 h wystarczy³o na wszystkie zabiegi w technologii bezorkowej [2, 12, 13].
Badania efektywnoœci ekonomicznej ró¿nych systemów uprawy roli (tradycyjnej, uproszczonej i siewie bezpoœrednim) w uprawie pszenicy ozimej wykaza³y, ¿e koszty paliwa zu¿yte-go podczas uprawy uproszczonej, w porównaniu do uprawy tradycyjnej, by³y mniejsze i wynosi³y od 57,5 do 84,3% (w przeliczeniu na tonê ziarna) i od 48,3 do 69,7% (w prze-liczeniu na 1 ha). W przypadku siewu bezpoœredniego wartoœci te by³y mniejsze i wynosi³y 23,7% (w przeliczeniu na tonê ziarna) i 20,2% (w przeliczeniu na 1 ha) wartoœci paliwa podczas uprawy tradycyjnej (rys. 1 i 2). Uzyskane wyniki wskazuj¹ na zmniejszanie kosztów w miarê upraszczania te-chniki uprawy roli. Stwierdzono równie¿ zmniejszenie plonu ziarna (œrednio o 15,6%) w uproszczonej uprawie roli i siewie bezpoœrednim. Jest jednak w pe³ni rekompensowane zmniej-szeniem kosztów uprawy [8].
Lp. Rok zu¿ycia [ton]Wartoœæ zu¿yciu krajowym [%]Udzia³ w ogólnym 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 1650 1600 1600 1600 1610 1625 1600 1604 17,3 15,3 14,8 13,7 13,2 13,7 14,5 14,3
15 Rys. 1. Koszty pracy i paliwa w ró¿nych systemach uprawy roli w przeliczeniu na 1 tonê ziarna [8]
Fig. 1. Costs of labor and fuel in different soil tillage systems per one tone of grain [8]
Rys. 2. Koszty pracy i paliwa w ró¿nych systemach uprawy roli w przeliczeniu na 1 ha [8] Fig. 2. Costs of fuel and labor in different soil tillage systems per one hectare [8]
Podobne badania dotycz¹ce oceny systemów uprawy pszenicy ozimej uwzglêdniaj¹ce miêdzy innymi zu¿ycie paliwa obejmowa³y nastêpuj¹ce systemy uprawy roli:
- uprawa tradycyjna (wysiew wapna nawozowego, uprawa œcierniska na g³êbokoœæ 8-10 cm, orka na g³êbokoœæ 25 cm, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, talerzowanie na g³êbo-koœæ 8-10 cm, uprawa przedsiewna na g³êbog³êbo-koœæ 6 cm, siew pszenicy ozimej, oprysk, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, oprysk (2x), nawo¿enie mineralne mocznik, zbiór zbo¿a);
- uprawa uproszczona (wysiew wapna nawozowego, uprawa œcierniska na g³êbokoœæ 6-8 cm, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, talerzowanie na g³êbokoœæ 8-10 cm, uprawa przedsiewna na g³êbokoœæ 6 cm, siew pszenicy ozimej, oprysk, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, oprysk (2x), nawo¿enie mineralne mocznik, zbiór zbo¿a);
- siew bezpoœredni (wysiew wapna nawozowego, oprysk Roundup Max, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, siew pszenicy ozimej, oprysk, nawo¿enie mineralne saletra amonowa, oprysk (2x), nawo¿enie mineralne mocznik, zbiór zbo¿a).
Na ich podstawie stwierdzono, ¿e zu¿ycie oleju napêdo-wego w uprawie metod¹ tradycyjn¹ wynios³o 53,4 dm ·ha3 -1
(rys. 3). Eliminacja orki w uproszczonej technologii uprawy pozwoli³a zmniejszyæ zu¿ycie paliwa o 34%, a ca³kowita rezygnacja z uprawy gleby w przypadku siewu bezpoœredniego skutkowa³a mniejszym zu¿yciem oleju napêdowego o 70% [1].
Rys. 3. Zu¿ycie oleju napêdowego w ró¿nych technologiach uprawy pszenicy ozimej [1]
Fig. 3. Diesel oil consumption in different technologies of winter wheat cultivation [1]
16
Bior¹c pod uwagê zró¿nicowanie nak³adów energii w za-le¿noœci od ukierunkowania produkcji roœlinnej, oszacowano jednostkowe zu¿ycie paliwa dla wybranych, wa¿niejszych w Polsce upraw. Dokonano tego na podstawie kart technolo-gicznych, opracowanych w dawnym Instytucie Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa. Oszacowane jedno-stkowe zu¿ycie oleju napêdowego dla poszczególnych upraw wynosi od 33 do 304 dm ·ha (tab. 3) [9].
Podobne zale¿noœci wykaza³y analizy przeprowadzone w USA. W 2010 roku rolnictwo w Stanach Zjednoczonych zu-¿y³o 5,4% ca³kowitego krajowego zu¿ycia oleju napêdowego. Jednostkowe zu¿ycie ON wynios³o oko³o 10 galonów na 1 akr (94,75 dm ·ha ) i utrzymywa³o siê na tym poziomie od dwóch dekad. Oko³o 65% zu¿ycia oleju napêdowego przypada na produkcjê roœlinn¹ piêciu najpopularniejszych upraw: kukurydzy, soi, pszenicy, lucerny i siana (rys. 4) [7, 9, 14].
3 -1
3 -1
Tab. 3. Zu¿ycie oleju napêdowego w produkcji roœlinnej w rol-nictwie polskim [10]
Table 3. Diesel oil (DO) consumption in Polish crop production [10]
Zu¿ycie oleju napêdowego podczas wykonywania poszczególnych zabiegów dla technologii siewu w mulcz w ca-³ym cyklu uprawowym kukurydzy przedstawiono na rys. 5. Udzia³ zabiegów uprawowych (spulchnianie gleby, uprawa bron¹ talerzow¹, kultywatorowanie) w ca³kowitym zu¿yciu paliwa wyniós³ 47%. Nawo¿enie, siew i opryski mia³y 19% udzia³, a udzia³ zabiegów zwi¹zanych ze zbiorem roœlin wyniós³ 34%. Najwiêksze zu¿ycie oleju napêdowego odnoto-wano podczas zbioru roœlin (14,3 ) i spulchniania gleby (9,4 ), a najmniejsze w trakcie oprysków chemicznych (1,2 ) [7, 9, 14].
Przeprowadzona analiza zu¿ycia oleju napêdowego, dla najczêœciej wystêpuj¹cych w amerykañskim rolnictwie zabiegów agrotechnicznych, wykaza³a, ¿e do najbardziej energoch³onnych nale¿¹ orka (17-27 ), kombajnowy zbiór kukurydzy na ziarno (8-27 ) i kombajnowy zbiór ziaren zbó¿ i fasoli (7-25 ). Najni¿sze zu¿ycie paliwa odnotowano dla pielenia (2-3 ), zgrabiania siana (1-4 ) i chemicznych oprysków roœlin (1-3 ) (rys. 6) [7].
Przeprowadzone badania wykaza³y, ¿e w latach 1989-2003, powierzchnia upraw w Stanach Zjednoczonych, na których stosowano technologiê tradycyjn¹ zmniejszy³a siê z oko³o 50 do 38%, a zwiêkszy³a siê znacznie popularnoœæ technologii bezorkowej z 5 do 22% (rys. 7) [7].
Wykorzystuj¹c wyniki dokonano analizy zu¿ycia paliwa dla najczêœciej uprawianych roœlin w dominuj¹cych w Stanach Zjednoczonych technologiach upraw: tradycyjnej, uproszczo-nej i bezorkowej. Najwiêksze zró¿nicowanie w zu¿yciu oleju napêdowego odnotowano dla upraw kukurydzy, soi i pszenicy. Zmiana technologii tradycyjnej na bezorkow¹ w przypadku pszenicy skutkowa³a piêciokrotnym zmniejszeniem zu¿ycia paliwa, a dla kukurydzy i soi oko³o dwukrotnym. W przypadku lucerny i siana wybór technologii uprawy nie wp³yn¹³ na zu¿ycie paliwa (rys. 8) [7].
dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha dm ·ha 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 3 -1 95 Lp. Rodzaj uprawy 1. 2. 3. 4. 5. 6. 8. 9. 7.
Zbo¿a, plon 3,5 t·ha Rzepak ozimy, plon 2,5 t·ha Ziemniaki, plon 20 t·ha Buraki cukrowe, plon 50 t·ha Kukurydza na kiszonkê, plon t·ha Okopowe pastewne, plon 40 t·ha
-1 -1 -1 -1 -1 -1
Motylkowe pastewne (siano), plon 5,5 t·ha-1
£¹ki (siano), plon 5,0 t·ha Pastwiska -1 107 101 149 255 154 171 127 121 177 304 183 204 64 28 76 33 80 Zu¿ycie ON kg ha ]· -1 [dm ha ]3 -1 ·
Rys. 5. Zu¿ycie oleju napêdowego dla cyklu uprawowego kukurydzy dla technologii konserwuj¹cej (siew w mulcz) [7] Fig. 5. Cropping cycle and diesel consumption per operation for corn with mulch tillage practice [7]
Rys. 4. Powierzchnia upraw i zu¿ycie oleju napêdowego dla najpopularniejszych upraw w Stanach Zjednoczonych w 2010 r. [7]: A) powierzchnia upraw, B) zu¿ycie ON
Fig. 4. Estimated diesel consumption by harvested crop for reduced tillage in the USA in 2010 [7]: A) harvested area by crop, B) estimated diesel consumption by crop. (Note: “inne” consists of 28 individual crops)
Rys. 6. Zu¿ycie oleju napêdowego dla narzêdzi wspó³pracuj¹cych z ci¹gnikiem rolniczym i kombajnów [7]: 1 - p³ug odk³adnicowy, 2 - kombajn do zbioru ziaren kukurydzy, 3 - kombajn do zbioru ziaren zbó¿ i fasoli, 4 - p³ug bezodk³adnicowy, 5 - brona talerzowa asymetryczna, 6 - brona talerzowa, 7 - siewnik do siewu bezpoœredniego, 8 - wa³ pierœcieniowy, 9 - kultywator, 10 - prasa zwijaj¹ca, 11 - kosiarka, 12 - siewnik punktowy, 13 - rozsiewacz nawozów, 14 - brona z zêbami sprê¿ystymi, 15 - kultywator, 16 - siewnik rzêdowy, 17 - pielnik obrotowy, 18 - zgrabiarka, 19 - opryskiwacz
Fig. 6. Diesel consumption by operation for combines and tractors with implements [7]: 1 - moldboard plow, 2 - corn combine, 3 - small grain+been combine, 4 - chisel plow, 5 - offset disc harrow, 6 - disc harrow, 7 - planting into no-till seedbed, 8 - cultipacker, 9 - field cultivate, 10 - baler, 11 - mower, 12 - planting into prepared seedbed, 13 - fertilizer application, 14 - spring tooth harrow, 15 - cultivation, 16 - drilling into prepared seedbed, 17 - rotary hoeing, 18 - rake, 19 - fertilizer/chemical application
Rys. 7. Technologie uprawy stosowane w Stanach Zjedno-czonych [7]
Fig. 7. Trends in tillage practices in the United States [7]
Rys. 8. Zu¿ycie oleju napêdowego dla piêciu najpopu-larniejszych roœlin uprawianych w technologiach: tradycyjnej, uproszczonej i bezorkowej [7]
Fig. 8. Diesel consumption by crop and tillage practice [7]
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 3/2016
Podsumowanie
Bibliografia
Zmniejszenie zu¿ycia paliwa przez ci¹gniki i maszyny rolnicze jest jednym ze sposobów na poprawê wskaŸników ekonomicznych produkcji roœlinnej. Na podstawie powy¿szych badañ i analiz mo¿na stwierdziæ, ¿e najbardziej energoch³onne s¹ najczêœciej zabiegi zwi¹zane z upraw¹ gleby i zbiorem ziemiop³odów. Najbardziej efektywn¹ redukcjê zu¿ycia ON mo¿na osi¹gn¹æ przez wprowadzanie nowych innowacyjnych sposobów realizacji tych zabiegów, uproszczenie ich wykonywania, realizacjê kilku zabiegów podczas jednego przejazdu, a tak¿e w³aœciwy dobór narzêdzi uwzglêdniaj¹cy zarówno cel wykonywanych zabiegów jak i parametry ci¹gnika. Przy ostatecznej ocenie technologii nale¿y jednak uwzglêdniæ równie¿ to, co dla rolnika najwa¿niejsze -uzyskiwany z uprawy plon i jego jakoœæ.
[1] Cudzik A., Bia³czyk W., Czarnecki J., Brennensthul M.: Ocena systemów uprawy w aspekcie zu¿ycia paliwa, plonowania roœlin i w³aœciwoœci gleby. In¿ynieria Rolnicza, 2012, 2(137).
[2] Czarnocki S.; Starczewski J.; Kapela K.: Porównanie zu¿ycia paliwa i czasu pracy przy kilku alternatywnych technologiach przygotowania roli do siewu. In¿ynieria Rolnicza, 2008, 4(102). [3] Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach 2007, 2008. GUS
Warszawa, 2009.
[4] Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach 2009, 2010. GUS Warszawa, 2011.
[5] Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach 2011, 2012. GUS Warszawa, 2013.
[6] Gospodarka paliwowo-energetyczna w latach 2013, 2014. GUS Warszawa, 2015.
[7] Hoy R.; Rohrer R.; Liska A.; Luck J.; Isom L.; Keshwani D.: Agricultural industry advanced vehicle technology: Benchmark study for reduction in petroleum use. Idaho National Laboratory, Idaho Falls, September 2014.
[8] Kordas L.: Efektywnoœæ ekonomiczna ró¿nych systemów uprawy roli w uprawie pszenicy ozimej po sobie. Fragmenta Agronomica, 2009, 26, 1.
[9] Merkisz J., Lijewski P., Weymann S.: The measurement of
TECHNIKA ROLNICZA OGRODNICZA LEŒNA 3/2016 exhaust emissions from the engines fitted in agricultural tractors
under real operating conditions. International Congress of Heavy Vehicles, Road Trains and Urban Transport, October 2010, Minsk, Belarus.
[10] Pawlak J.: Zu¿ycie oleju napêdowego w rolnictwie polskim. Problemy In¿ynierii Rolniczej 2012, 3 (77).
[11] Powszechny Spis Rolny 2010 - Uprawy rolne i wybrane elementy metod produkcji roœlinnej GUS Warszawa, 2011.
[12] Weymann S.: Przystosowanie mobilnych maszyn rolniczych do zwiêkszonych prêdkoœci roboczych. Cz. 1. Maszyny i narzêdzia uprawowe. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2009, 3.
[13] Weymann S.: Przystosowanie mobilnych maszyn rolniczych do zwiêkszonych prêdkoœci roboczych. Cz. 2. Maszyny do nawo¿enia, siewu, sadzenia i ochrony roœlin. Technika Rolnicza Ogrodnicza Leœna, 2009, 4.
[14] Weymann S.: Analiza wskaŸników ekologicznych silników spali-nowych stosowanych w ci¹gnikach i maszynach rolniczych w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Praca doktorska. Politechnika Poznañska, 2012.
[15] www.factfish.com/statistic/gas+diesel+oils,+consum-ption+by+agriculture.
[16] www.nationmaster.com/country-info/stats/Energy/Gas-diesel-oils/Consumption-in-agriculture.
ENERGY CONDITIONING OF USE OF TRACTORS AND AGRICULTURAL MACHINES
Summary
The article analyzes the consumption of diesel oil (DO) by the agricultural sector in Poland and in the world. It also presents the results of research and analysis of consumption DO for selected crops and production technologies in the Polish and the United States agriculture conditions. Studies showed that the use of simplified cultivation causes a significant reduction of fuel consumption.
: plant production, diesel oil, consumption, production technology Key words
prezentacja wyników badañ naukowych, prowadzonych przez krajowe i zagraniczne
oœrodki naukowe, dotycz¹cych rolnictwa ekologicznego i ekologizacji rolnictwa oraz transfer wiedzy do
praktyki.
: techniczne aspekty produkcji roœlinnej i zwierzêcej,
aspekty uprawy roli i roœlin oraz pielêgnacji upraw w gospodarstwach ekologicznych, ochrona roœlin w rolnictwie
ekologicznym, alternatywne metody zwalczania chorób i szkodników roœlin uprawnych, produkcja ¿ywnoœci
ekologicznej i marketing produktów ekologicznych, ekologizacja rolnictwa, stosowanie naturalnych technologii
i wyrobów w produkcji rolniczej.
organizuj¹
Patronat medialny:
Celem konferencji jest
G³ównymi problemami naukowymi konferencji bêd¹
Patronat honorowym:
Patronat naukowy:
Krzysztof Jurgiel - Minister Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Marek WoŸniak - Marsza³ek Województwa Wielkopolskiego, £ukasz Ho³ubowski - PrezesAgencji Rynku Rolnego.
Komitet In¿ynierii Rolniczej przy Polskim Towarzystwie In¿ynierii Rolniczej. Rolniczy Przegl¹d Techniczny.
XVIII Konferencjê Naukow¹ n.t.
"Rolnictwo ekologiczne - stan obecny i perspektywy rozwoju”
<<TECHNIKI, TECHNOLOGIE, PRODUKCJA ¯YWNOŒCI>>
Przemys³owy Instytutu Maszyn Rolniczych w Poznaniu
oraz
Departament Rolnictwa i Rozwoju Wsi Urzêdu Marsza³kowskiego Województwa Wielkopolskiego,
Oddzia³ Poznañski Polskiego Towarzystwa In¿ynierii Rolniczej
Konferencja odbêdzie siê w dniach od 5 - 7 paŸdziernika 2016 r. w Leœnym Oœrodku Szkoleniowym w Puszczykowie. Bli¿szych informacji udziela dr hab. in¿. Zbyszek Zbytek, prof. nadzw. (tel. 618712218, e-mail: zbytek@pimr.poznan.pl).
