prof. dr hab. in¿. Czes³aw WASZKIEWICZ, prof. dr hab. in¿. Jerzy BULIÑSKI, mgr in¿. Pawe³ KACPRZAK Katedra Maszyn Rolniczych i Leœnych, Szko³a G³ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Streszczenie
W pracy przedstawiono g³ówne czynniki wp³ywaj¹ce na jakoœæ pracy maszyn do mineralnego nawo¿enia. Omówiono rodzaje nawozów mineralnych, sposoby ich dystrybucji i czynniki wp³ywaj¹ce na jakoœæ wysiewu nawozów jak i zagro¿enia dla œrodowiska.
WYBRANE ASPEKTY ZMECHANIZOWANYCH
TECHNIK APLIKACJI NAWOZÓW MINERALNYCH
W UPRAWIE ROŒLIN
Wprowadzenie
Dystrybucja nawozów
Jednym z wa¿niejszych czynników wp³ywaj¹cych na wysokoœæ i jakoœæ plonu roœlin uprawnych s¹ zabiegi agrotechniczne. Czynnoœci zwi¹zane z wykonywaniem tych prac nale¿y wykonaæ w odpowiednim czasie, we w³aœciwej kolejnoœci i z nale¿yt¹ starannoœci¹. Wœród zabiegów agro-technicznych wa¿n¹ rolê odgrywa nawo¿enie nawozami mineralnymi, które zapewniaj¹c roœlinie dostarczenie substancji od¿ywczych jest niezbêdne dla prawid³owego jej rozwoju i wzrostu, co znajduje bezpoœrednie prze³o¿enie w wy-sokoœci i jakoœci plonu [4, 23]. Przyjmuje siê, ¿e nawo¿enie, jako czynnik plonotwórczy, w oko³o 40% stanowi o wysokoœci plonu. W 2003 roku zu¿ycie nawozów mineralnych
w przeliczeniu na czysty sk³adnik NPK wynosi³o 86 kg/ha u¿ytków rolnych. Dla porównania w krajach Europy Zachodniej, gdzie warunki glebowe produkcji rolniczej s¹ na wy¿szym poziomie, w tym samym roku zu¿ycie nawozów w przeliczeniu na czysty sk³adnik NPK wynosi³o: Niemcy 150 kg/ha, Belgia 186 kg/ha i Holandia 215 kg/ha. Bardzo ni-skie jest równie¿ zu¿ycie nawozów wapniowych, które w 2003 roku wynosi³o w Polsce 85 kg czystego sk³adnika na 1 ha u¿ytków rolnych. Obecnie zu¿ycie NPK jest na poziomie 108 kg/ha. Stosowanie nawozów mineralnych w krajach Europy Zachodniej jest coraz bardziej kontrolowane pod k¹tem potrzeb roœlin, mo¿liwoœci pe³nego wykorzystania dawki w co-raz bardziej wa¿nym kontekœcie minimalizacji zagro¿eñ zanie-czyszczenia œrodowiska naturalnego.
Nawozy mineralne stosowane w produkcji roœlinnej ze wzglêdu na formê mo¿na podzieliæ na: granulowane, pyliste, krystaliczne oraz p³ynne, natomiast ze wzglêdu na sk³ad chemi-czny na: jedno i wielosk³adnikowe. Nawozy jednosk³adniko-we zawieraj¹ jeden z trzech podstawowych sk³adników pokar-mowych N, P lub K, natomiast nawozy mineralne wielosk³a-dnikowe zawieraj¹ dwa lub wiêcej sk³adników pokarmowych.
Dystrybucja sta³ych nawozów mineralnych odbywa siê luzem, w workach 30 i 50 kilogramowych, kontenerach elastycznych o ³adownoœci od 1 do 5 ton lub kontenerach sztywnych z wykorzystaniem transportu najczêœciej samochodowego lub kolejowego. Z badañ Koraszewskiej [16] nad wysiewem nawozu bezpoœrednio z kontenerów elastycznych wynika, ¿e zalet¹ tej technologii jest mniejsza pracoch³onnoœæ w porównaniu do technologii z wykorzy-staniem nawozów pakowanych w worki 50 kg. Wed³ug autorki, warunkiem przydatnoœci tej technologii dla krajowego rolnictwa jest wprowadzenie na skalê ogólnokrajow¹ systemu w Polsce
transportu nawozów w kontenerach elastycznych. Natomiast Kamiñski [11] podaje, ¿e przy pe³nej mechanizacji prac, najmniejsze koszty ponosi siê stosuj¹c technologiê wysiewu nawozów bêd¹cych w obrocie luzem.
Nawozy w postaci p³ynnej mog¹ byæ rozprowadzane w cy-sternach samochodowych, kolejowych oraz beczkowozach ci¹gnikowych. Ze wzglêdu na stosowane stê¿enia i zagro¿enia dla œrodowiska, nawozy zawiesinowe NPK wymagaj¹ specjal-nych urz¹dzeñ umo¿liwiaj¹cych ich dok³adne przelanie do mniejszych zbiorników, np. opryskiwaczy. Opryskiwacze stosowane do oprysku nawozami zawiesinowymi musz¹ byæ wyposa¿one w uk³ady sterowania obiegiem cieczy z zaworem przelewowym skierowanym na mieszanie. W opryskiwaczach do oprysku nawozami p³ynnymi stosuje siê rozpylacze wielootworowe o œrednicy otworów 3 lub 5 mm [12]. Badania nad równomiernoœci¹ rozpylania nawozów zawiesinowych wykaza³y, ¿e istotny wp³yw na równomiernoœæ oprysku ma wysokoœæ zamocowania rozpylaczy nad opryskiwan¹ powierzchni¹ oraz œrednica otworów rozpylaczy [14].
Niew³aœciwe stosowanie nawozów mineralnych stwarza du¿e niebezpieczeñstwo dla roœlin uprawnych i œrodowiska naturalnego. Dla utrzymania w³aœciwych proporcji w uprawie wprowadzono tzw. zasady zrównowa¿onego nawo¿enia, których celem jest utrzymanie wysokiej ¿yznoœci gleby, wysokich i dobrej jakoœci plonów przy odpowiednich proporcjach pomiêdzy kosztami a efektywnoœci¹ nawo¿enia [12, 22].
Utrzymanie odpowiedniej iloœci sk³adników pokarmowych w glebie wymaga sta³ej kontroli. W przypadku gleb ze zbyt ma³¹ iloœci¹ sk³adników pokarmowych nale¿y wykonaæ nawo¿enie dawk¹ powiêkszon¹ o naddatek niezbêdny do po-prawienia ¿yznoœci gleby [8, 15]. Nadmiar wysianego nawozu w iloœci przekraczaj¹cej zapotrzebowanie roœlin i mo¿liwoœci przyswajania gleby jest wyp³ukiwany do wód gruntowych, sp³ywa po powierzchni terenu, utlenia siê. Na polach z nadmia-rem lub niedobonadmia-rem sk³adników pokarmowych czêsto dochodzi do zanieczyszczenia œrodowiska naturalnego b¹dŸ obserwuje siê obni¿ki plonów [1, 2]. Prowadzone s¹ badania, na podstawie których tworzone s¹ modele opisuj¹ce wielkoœæ sp³ywu powierzchniowego nawozów w ró¿nych warunkach polowych. Dobr¹ zgodnoœæ modelu z danymi polowymi uzyskano w amerykañskich oœrodkach naukowych [6].
W celu unikniêcia powy¿szych nieprawid³owoœci, strat nawozu, zbêdnych kosztów, dawka wysiewu dla danej szerokoœci roboczej maszyny i rodzaju wysiewanego nawozu musi byæ ustawiana ka¿dorazowo przed rozpoczêciem zabiegu. Ekologiczne aspekty nawo¿enia mineralnego
Dodatkowo, dawka nawo¿enia powinna uwzglêdniaæ zasob-noœæ gleby w sk³adniki pokarmowe i badania w tym zakresie powinny byæ wykonywane przynajmniej co 4 lata. Zaczyszczenie œrodowiska powstaje nie tylko na skutek nie-równomiernie wysiewanego nawozu, ale równie¿ poprzez jego wysiew poza granice pola do s¹siaduj¹cych cieków i zbiorni-ków wodnych. Jednym z istotnych sposobów otrzymania równomiernego roz³o¿enia nawozu na powierzchni pola jest stosowanie œcie¿ek przejazdowych. Do zalet nawo¿enia systemem œcie¿ek przejazdowych mo¿na zaliczyæ [14]:
dok³adny wysiew nawozu w czasie wzrostu i w odpowie-dnim czasie,
brak strat w plonie spowodowanych zniszczeniem roœlin przez ko³a ci¹gnika i maszyn podczas nawo¿enia,
brak strat nawozów i oprysku spowodowany nak³adaniem siê pasów nawo¿enia, oprysku,
brak powierzchni ominiêtych,
u³atwienie pracy traktorzyœcie i zwiêkszenie wydajnoœci prowadzonych zabiegów.
Du¿a rozpiêtoœæ stosowanych dawek nawozów od 50 do 2000 kg/ha, dla wapna nawozowego nawet do 5000 kg/ha oraz du¿e zró¿nicowanie wielkoœci granul ró¿nych rodzajów nawozów stwarza trudnoœci w uzyskaniu odpowiedniej równomiernoœci ich poprzecznego rozk³adu [3]. Przyk³adowo, wielkoœæ granul saletrzaku (rys.) zawiera siê w przedziale od 0 do 5 mm, przy czym prawie 65% stanowi frakcja wielkoœci granul o œrednicy 1,5-2,5 mm, ok. 18% to granule o œrednicy 1,0-1,5 mm, natomiast udzia³ pozosta³ych wielkoœci granul nie przekracza kilku procent [13]. Oznacza to, ¿e prawie 35% cz¹stek nawozu ró¿ni siê znacz¹co w³aœciwoœciami wp³ywa-j¹cymi na zasiêg ich rozrzutu podczas wysiewu.
Prowadzone przez Pettersena i innych [25] badania nad wp³ywem wielkoœci cz¹stek nawozu na równomiernoœæ poprzecznego rozk³adu nawozu pozwoli³y wyznaczyæ optymaln¹ wielkoœæ granul, przy której ten parametr osi¹ga³ najwy¿sze wartoœci. W badaniach krajowych [10] wykazano natomiast, ¿e zachowanie proporcji ró¿nych frakcji granul, a zw³aszcza o wielkoœci poni¿ej 1,5 mm, jest warunkiem uzy-skania niskiej wartoœci wspó³czynnika nierównomiernoœci wysiewu. W innych badaniach [9], z wykorzystaniem nawo-zów zró¿nicowanych pod wzglêdem œrednicy granul, okreœlono optymalny sk³ad granulometryczny rozsiewanego nawozu ze wzglêdu na jakoœæ wysiewu przy zachowaniu maksymalnej szerokoœci roboczej maszyny.
· · · · ·
Równomiernoœæ wysiewu nawozu
Rys. Udzia³ procentowy granul saletrzaku [13] Fig. Percentage fraction of nitro-chalk pellets [13]
W³aœciwoœci aerodynamiczne granul decyduj¹ o ich lotnoœci. Badania prowadzone na nawozach wykaza³y, ¿e na prêdkoœæ krytyczn¹ granul ma istotny wp³yw ich masa [19]. Dlatego utrzymanie odpowiednich proporcji pomiêdzy poszczególnymi frakcjami nawozu umo¿liwia wykonanie wysiewu z dobr¹ wartoœci¹ wspó³czynnika nierównomiernoœci [7]. W³aœciwoœci aerodynamiczne nawozów s¹ wykorzysty-wane w urz¹dzeniach do pneumatycznego transportu nawozu i w czasie pracy rozsiewaczy pneumatycznych.
Szczególnie wa¿n¹ grup¹ czynników wp³ywaj¹cych na równomiernoœæ rozsiewu s¹ fizyczne w³aœciwoœci granul nawozu, takie jak: masa granuli, odpornoœæ na zgniatanie, porowatoœæ, gêstoœæ usypowa, sypkoœæ oraz aerodynamika granuli. Z badañ [18, 24] wynika, ¿e si³a potrzebna do zniszczenia pojedynczej granuli wzrasta wraz z wielkoœci¹ granuli i zale¿noœæ ta dotyczy nawozu zarówno suchego jak i wilgotnego. Wytrzyma³oœæ na zgniatanie granul nawozu jest istotna szczególnie podczas pracy rozsiewaczami z tarczowym zespo³em rozsiewaj¹cym, gdzie granule nara¿one s¹ na szczególnie silne dynamiczne oddzia³ywanie ³opatek tarczy rozsiewaj¹cej. Z badañ wynika³o, ¿e granule o œrednicy poni¿ej 2 mm, jako ³atwo krusz¹ce siê, powinny zostaæ eliminowane, gdy¿ w wyniku zmiany ziarnistoœci nawozu pogarsza³a siê równie¿ jakoœæ wysiewu. Problem kruszenia granul nawozu jest szczególnie wa¿ny w przypadku materia³ów otoczkowa-nych. Otoczkowana granula zawiera sk³adniki pokarmowe i uwalnia je stopniowo wraz z potrzebami roœlin. Uwalnianie sk³adników pokarmowych z otoczkowanego nawozu mo¿e byæ kontrolowane tylko w przypadku nawozu wysianego w postaci nienaruszonej, bez mechanicznych uszkodzeñ. Nawóz z me-chanicznymi uszkodzeniami otoczki ma znacznie gorsz¹ jakoœæ dzia³ania. Zniszczona pow³oka traci funkcjê kontrolo-wanego uwalniania nawozu i nawóz z ³atwoœci¹ siê rozpuszcza. Zwiêkszone, przyspieszone uwalnianie nawozu prowadzi do spadku plonów i zmniejszenia op³acalnoœci produkcji.
Parish [20] badaj¹c kilka typów rozsiewaczy pod k¹tem uszkadzania granul nawozu podczas pracy stwierdzi³, ¿e najmniejsze zniszczenia granul powstaj¹ przy u¿yciu maszyn z pneumatycznym systemem wysiewu i rurami rozprowadza-j¹cymi, wiêksze w przypadku wykorzystania dysz wahliwych, natomiast najwiêksze uszkodzenia nawozu wystêpowa³y w rozsiewaczach z tarczowym uk³adem rozsiewaj¹cym. Bada-ny by³ równie¿ ruch granuli po tarczy rozsiewaj¹cej [5]. W wy-niku przeprowadzonych symulacji udowodniono, ¿e istnieje szereg czynników wp³ywaj¹cych na d³ugoœæ lotu granuli. Czynniki te s¹ zwi¹zane m.in z parametrami ustawienia zespo³u rozsiewaj¹cego, np. wysokoœæ ustawienia tarczy rozsiewaj¹cej nad powierzchni¹ ziemi oraz jej k¹t ustawienia wzglêdem p³aszczyzny poziomej, a tak¿e warunkami zewnêtrznymi jak wspó³czynnik oporu powietrza [13]. Z kolei badania wp³ywu œrednicy tarczy rozsiewaj¹cej na zasiêg lotu cz¹stek nawozu w rozsiewaczu wykaza³y, ¿e wraz ze wzrostem œrednicy tarczy zwiêksza siê mo¿liwoœæ obsiewu szerszego pasa powierzchni pola w jednym przejeŸdzie. W praktyce jednak nie stosuje siê tarcz o œrednicy powy¿ej 70 cm.
Wa¿n¹ cech¹ nawozów granulowanych, wykorzystywan¹ miêdzy innymi przy projektowaniu zbiorników na nawóz w rozsiewaczach i innych pojazdach transportowych jest sypkoœæ nawozu. W³aœciwoœæ ta charakteryzuje zdolnoœæ nawozu do swobodnego przemieszczania siê pod dzia³aniem si³y grawitacji, zale¿y miêdzy innymi od kszta³tu i powierzchni granul i w du¿ym stopniu decyduje o jakoœci pracy zespo³ów dozuj¹cych oraz rozsiewaj¹cych. Ze wzglêdu na higroskopijne w³aœciwoœci wiêkszoœci nawozów, ich sypkoœæ mo¿e ulegaæ W³aœciwoœci fizyczne nawozu a jakoœæ wysiewu
du¿ym zmianom pod wp³ywem wilgotnoœci, prowadz¹c do sklejania siê granul i zapychania otworów dozuj¹cych [17].
Nawo¿enie mineralne jest podstawowym zabiegiem w technologii uprawy roœlin. Wraz z rozwojem technicznych œrodków produkcji, rosn¹cymi wymaganiami w zakresie ochrony œrodowiska a tak¿e ekonomicznymi przes³ankami dzia³alnoœci rolniczej, wysiew nawozów musi byæ czynnoœci¹ o wysokich parametrach jakoœciowych wykonania. W warun-kach polowych, przy wieloczynnikowym i dynamicznym uk³adzie zale¿noœci warunkuj¹cych efektywnoœæ nawo¿enia, szczególnie wa¿ne jest uwzglêdnienie wszystkich wymagañ umo¿liwiaj¹cych dostarczenie roœlinom substancji od¿yw-czych w odpowiedniej formie, miejscu, czasie i iloœci.
[1] Bogun G.: Wp³yw dok³adnoœci rozsiewu nawozów na efektywnoœæ ich wykorzystania. Estoñski Instytut Mechanizacji Rolnictwa w Tallinie, 2000.
[2] Bogun G.: Metoda oceny jakoœci pracy rozsiewaczy nawozowych. Problemy In¿ynierii Rolniczej, 2000, nr 1. [3] Cernikov B.P.: Effektivnoe ispol'zovanie masin dlia
vnesenija udobrenij. Traktory i Sel'chozmas, 1998, nr 5. [4] Czuba R., Mazur T.: Wp³yw nawo¿enia na jakoœæ plonów.
PWN, Warszawa. 1988.
[5] Dintwa E., Liederkerke P., Olieslagers R., Tijskens E., Ramon H.: Model for simulation of particle flow on a centrifugal fertilizer spreader. Biosystems Engineering, 2004, vol. 87.
[6] Edwards D.R., Benson V.W., Williams J.R., Daniel R.C., Lemunyon J., Gilbert R.G.: Use of the EPIC model to predict runoff transport of surface-applied inorganic fertilizer and poultry manure constituents. Transaction of the ASAE, 2004, vol. 37, nr 2.
[7] Grift T.E., Walker J.T., Hofstee J.W.: Aerodynamic properties of individual fertilizer particles. Transaction of the ASAE, 1997, vol. 40, nr 1.
[8] Jadoszczyn T.: Ustalenie dawek nawozów. Wieœ Jutra, 2005, nr 6.
[9] Kamiñski E., Witek A.: Ocena jakoœci rozsiewu nawozów granulowanych. Problemy In¿ynierii Rolniczej, 1996, nr 6.
Podsumowanie
Literatura
[10] Kamiñski E.: Technika i technologia nawo¿enia mineral-nego. Rozprawa habilitacyjna. IBMER, Warszawa 1992. [11] Kamiñski E.: Kontenery elastyczne w zastosowaniu do
nawo¿enia mineralnego. Problemy In¿ynierii Rolniczej, 1995, nr 1.
[12] Kamiñski E.: Technologie nawo¿enia mineralnego ograni-czaj¹ce zu¿ycie nawozów i zanieczyszczenie œrodowiska naturalnego. IBMER, Warszawa 2001.
[13] Kamiñski J.: Metody oceny wp³ywu parametrów tarcz rozsiewaj¹cych nawozy na efektywnoœæ nawo¿enia. Prace naukowo badawcze IBMER, Warszawa 1999.
[14] Kamionka J.: Wp³yw wskaŸników nierównomiernoœci poprzecznej na wybór zespo³ów aplikacyjnych maszyn do nawo¿enia pog³ównego. Praca doktorska. IBMER, Warszawa 1995.
[15] Kocoñ A.: Jesienne nawo¿enie fosforem i potasem. Wieœ Jutra, 2005, nr 7.
[16] Koraszewska A.: Rozsiewacz kontenerowy na bazie ³adowarki £KZ i rozsiewacza zawieszanego RNZ. Prace IBMER XII/244, Warszawa 1982.
[17] Kotapska M.: Sypkoœæ nawozów mineralnych i sposoby jej oceny. Mechanizacja Rolnictwa, 1985, nr 1.
[18] Kram B.: Si³a niszcz¹ca pojedyncze granule nawozów mineralnych w funkcji wilgotnoœci i masy granul. Zeszyty Naukowe AR Wroc³aw, Mechanizacja Rolnictwa, nr 183. Wroc³aw 1990.
[19] Kram B.: W³aœciwoœci aerodynamiczne granul polifoski. V Miêdzynarodowe Sympozjum. Ekologiczne aspekty mechanizacji nawo¿enia, ochrona roœlin: uprawy gleby. IBMER, Warszawa 1998.
[20] Parish R.: Spreader damage to encapsulated controlled release fertilizer granules. Applied Engineering in Agriculture, 2001, vol. 17 (4).
[21] Pettersen J.M., Svendsen J.A., Qvland S.: A method of studying the influence of fertilizer particle size on the distribution from a twin-disc spreader. Journal Agricultural Engineering Researches, 1991, vol. 50.
[22] Podleœna A.: Zasady zrównowa¿onego nawo¿enia. Wieœ Jutra, 2006, nr 7.
[23] Stêpieñ W.: Wp³yw nawo¿enia na jakoœæ plonu na przy-k³adzie wybranych gatunków roœlin produkcji polowej. Wieœ Jutra, 2001, nr 11.
[24]Walker J.T., Grift T.E., Hofstee J.W.: Determining effects of fertilizer particle shape on aerodynamic properties. Transaction ASAE, 1997, vol. 40.
SELECTED ASPECTS OF MECHANIZED TECHNIQUE FOR MINERAL FERTILIZER
APPLICATION ON PLANT CULTIVATION
Summary
The paper presents the main factors influencing operational quality of machines for mineral fertilizing. There are discussed types of mineral fertilizers, the ways of their distribution and factors influencing spreading quality, as well as the environmental hazards.
