Środowiskowa analiza roli rozpylaczy płaskostrumieniowych w usłudze opryskiwania środkami ochrony roślin

Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

mgr inż. Gabriela Olejnik

Środowiskowa analiza

roli rozpylaczy płaskostrumieniowych w usłudze opryskiwania

środkami ochrony roślin

Rozprawa doktorska

Promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Kłos

Poznań 2015

„Jeżeli pojmiesz, że starość ma mądrość za pokarm,

Pracuj tak w młodości, by starości twej nie zabrakło pożywienia”

Leonardo da Vinci

Serdeczne podziękowania składam na ręce rodziców za zrozumienie, cierpliwość w czasie mego wychowania i pielęgnowanie moich talentów.

Mężowi oraz córeczce za wsparcie i wyrozumiałość.

Serdecznie dziękuje Promotorowi Panu prof. dr hab. inż. Zbigniewowi Kłosowi,

Przedstawicielom firm produkujących rozpylacze oraz przyjacielom i znajomym za udzielone wsparcie i pomoc

w realizacji niniejszej pracy.

Spis treści

STRESZCZENIE 5

SUMMARY 6

WSTĘP 7

1. ODDZIAŁYWANIA ŚRODOWISKOWE W PRODUKCJI ROŚLINNEJ 9

1.1. Wprowadzenie 9

1.2. Zabiegi agrotechniczne 11

1.2.1 . Uprawa roli 11

1.2.2 . Nawożenie 14

1.2.3 . Ochrona roślin 16

1.3. Wybrane maszyny i urządzenia stosowane w zabiegach agrotechnicznych 16

1.3.1 . Opryskiwacze 18

1.3.1.1. Podział i klasyfikacja 18

1.3.1.2. Budowa opryskiwaczy 21

1.3.2 . Rozpylacze 25

1.3.2.1. Klasyfikacje rozpylaczy 25

1.3.2.2. Sposób działania i parametry 32

1.4. Oddziaływanie środowiskowe związane z zabiegami agrotechnicznymi 36

1.5. Podsumowanie 41

2. CEL I ZAKRES PRACY 42

3. CHARAKTERYSTYKA OBIEKTÓW BADAŃ 44

3.1.Wybór obiektów badań i jego uzasadnienie 44

3.2. Prezentacja wybranych typów rozpylaczy płaskostrumieniowych 46

4. METODYKA OCENY ODDZIAŁYWAŃ NA ŚRODOWISKO 50

4.1. Przegląd metod ekobilansowych 50

4.2. Ocena cyklu życia – LCA 51

4.3.Narzędzia obliczeniowe w metodzie LCA 52

5. DANE DO OCENY ODDZIAŁYWAŃ 57

5.1. Wprowadzenie 57

5.2. Dane dotyczące produkcji rozpylaczy 60

5.3. Dane dotyczące eksploatacji rozpylaczy 63

5.3.1. Badania laboratoryjne 63

5.3.1.1. Program badań 64

5.3.1.2. Wyposażenie badawcze 65

5.3.1.3. Metodyka, przebieg i warunki badań 70

5.3.2. Badania polowe 70

5.3.2.1. Program badań 70

5.3.2.2. Wyposażenie badawcze 71

5.3.2.3. Przebieg i wnioski z badań zużycia rozpylaczy 71 5.3.3. Podsumowanie badań polowych i laboratoryjnych 76

5.4. Dane dotyczące likwidacji rozpylaczy 82

5.5. Podsumowanie 85

6. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA 86

6.1. Wprowadzenie 86

6.1.1. Struktura 86

6.1.2. Jednostka funkcjonalna 88

6.2. Analiza środowiskowa oddziaływań rozpylaczy płaskostrumieniowych

w odniesieniu do jednostki funkcjonalnej 89

6.2.1. Poziom generowanych obciążeń w całym cyklu życia rozpylaczy

w ujęciu kategorii szkód środowiskowych 90

6.2.2. Środowiskowa ocena etapów cyklu życia 92

6.2.2.1. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie produkcji 92 6.2.2.2. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie eksploatacji 97 6.2.2.3. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie likwidacji 102 6.3. Analiza środowiskowych oddziaływań rozpylaczy płaskostrumieniowych

osiągających graniczne parametry jakościowe 108

6.3.1. Poziom generowanych obciążeń w całym cyklu życia rozpylaczy

w ujęciu kategorii szkód środowiskowych 108

6.3.2. Środowiskowa ocena etapów cyklu życia 111

6.3.2.1. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie produkcji 111 6.3.2.2. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie eksploatacji 116 6.3.2.3. Ocena rozpylaczy płaskostrumieniowych w etapie likwidacji 121

6.4. Wnioski podsumowujące badania 127

7. PROPOZYCJA ŚRODOWISKOWEJ KLASYFIKACJI ROZPYLACZY 143

8. PODSUMOWANIE 147

LITERATURA 150

ZAŁĄCZNIKI

Z.1 Dane ze Stacji Kontroli Opryskiwaczy województwa wielkopolskiego 157 Z.2 Ocena warunków oraz podstawowe warunki postępowania podczas

przygotowania i przeprowadzenia zabiegu ochrony roślin 162

Z.3 Opis pomiarów w laboratorium 164

Z.4 Wyniki badań laboratoryjnych 166

Z.5 Karta pomiaru czasu i natężenia wypływu podczas pracy rozpylaczy

w czasie rzeczywistym 172

Z.6 Składniki występujące w materiałach, odpadach niebezpiecznych 174 Z.7 Dane techniczne wybranych maszyn w liniach do recyklingu rozpylaczy 175 Z.8 Wyniki analizy środowiskowej rozpylaczy płaskostrumieniowych wg. jednostki

funkcjonalnej 180

Z.9 Analiza środowiskowych oddziaływań rozpylaczy płaskostrumieniowych

mogących pracować ponad 100 godzin 182

Z.10 Relacje ceny rozpylaczy do czasu ich pracy 201

Z.11 Algorytm działań – sposób realizacji zadań w pracy, sposób prezentacji wyników 203

Gabriela Olejnik

Środowiskowa analiza roli rozpylaczy płaskostrumieniowych w usłudze opryskiwania środkami ochrony roślin

Streszczenie

Niniejszą pracę poświęcono zagadnieniu wartościowania wpływu wywieranego na środowisko w cyklu życia rozpylaczy płaskostrumieniowych. Praca stanowi ponadto próbę uzupełnienia wiedzy na temat rozpylaczy płaskostrumieniowych przez zaproponowanie ich klasyfikacji pod względem oddziaływań na środowisko.

W pierwszej części rozprawy przedstawiono tło podjętej tematyki. Opisano zagadnienia związane z oddziaływaniami na środowisko w produkcji roślinnej.

Przybliżono wagę odpowiedzialności ciążącej na rolnikach podczas wykonywania zabiegów agrotechnicznych. Wskazano uwarunkowania prawne regulujące sposób postępowania z urządzeniami wchodzącymi w skład opryskiwacza w czasie eksploatacji i badań kontrolnych. Przytoczono różnego rodzaju klasyfikacje rozpylaczy. Stwierdzono, że istotne znaczenie dla środowiska, a zwłaszcza w produkcji żywności, ma działanie urządzenia, jakim jest rozpylacz płaskostrumieniowy, w czasie opryskiwania płodów rolnych.

W związku z brakiem publikacji świadczących o prowadzeniu kompleksowej analizy z zakresu środowiskowej oceny cyklu życia rozpylaczy płaskostrumieniowych, a także faktem niestwierdzenia przykładów oceny oddziaływań środowiskowych identyfikowanych w procesach produkcyjnych, eksploatacyjnych i likwidacji rozpylaczy płaskostrumieniowych, jako główny cel rozprawy przyjęto środowiskową ocenę cyklu życia rozpylaczy płaskostrumieniowych, uwzględniającą specyficzne aspekty (efekty) agrotechniczne usługi opryskiwania środkami ochrony roślin. Przez specyficzne aspekty (efekty) agrotechniczne usługi opryskiwania rozumiano uwarunkowania jakościowe pracy rozpylaczy.

W pierwszym etapie badań zebrano niezbędne dane do stwierdzenia stanu faktycznego procesów produkcji, eksploatacji i likwidacji rozpylaczy. Następnie dokonano przeglądu procedur pomiaru parametrów zużycia rozpylaczy oraz wybrano procedurę pomiaru natężenia wypływu (wydatku jednostkowego), nierównomierności poprzecznej oraz zużycia rozpylaczy. Opracowano procedury badawcze do przeprowadzenia badań wstępnych do procesu eksploatacji wybranych rozpylaczy na polu oraz w laboratorium.

Przeprowadzono badania i zebrano dane do opisu tego etapu życia rozpylaczy. Kolejnym krokiem było szacowanie zapotrzebowania rozpylaczy do procesu likwidacji, w tym zagospodarowania odpadów.

W drugim etapie badań zebrano dane niezbędne do przeprowadzenia analiz ekobilansowych. Dokonano przeglądu metod ekobilansowych oraz wybrano metodę LCA, której przystosowanie do specyfiki zagrożeń rozpatrywanych w ramach niniejszej rozprawy wraz z wykorzystaniem modelu Eco-Indicator 99 umożliwiło prezentację wyników w ramach trzech grup kategorii – wpływu na: zdrowie ludzkie, stan ekosystemu i wyczerpywanie zasobów, a także przedstawienie procesów, które dominują szkodząc środowisku i dokonanie oceny pod względem wpływu wywieranego na sumaryczny poziom oddziaływań środowiskowych identyfikowanych w procesach produkcji, eksploatacji i likwidacji rozpylaczy.

Na podstawie przeprowadzonych badań podjęto próbę klasyfikacji rozpylaczy

płaskostrumieniowych.

Gabriel Olejnik

Environmental analysis of flat spray nozzles used for plant protection services

Summary

This thesis is dedicated to evaluating the environmental impacts during the life cycle of flat spray nozzles. In addition, this work is an attempt to supplement the knowledge of the flat spray nozzles by proposing their classification in terms of their impacts on the natural environment.

The first part of the dissertation presents the background of the subject. It describes issues related to the environmental impacts of crop production. The importance of liability incurred by farmers during agrotechnical operations is brought to closer attention. Legal regulations governing the handling of sprayer elements during the operation and control tests were indicated. Different classifications of sprayers were presented. It has been found that it is important for the environment, and in particular for the production of food, how a device such as flat spray nozzle operates.

An lack of publications showing comprehensive analyses of the scope of the environmental life cycle assessment of flat spray nozzles, and the lack of the assessment of

the environmental impacts identified in the processes of production, maintenance and decommissioning of sprayers were noticed. Therefore, the main aim of the thesis is the adoption of environmental life cycle assessment of flat spray nozzles, taking into account the specific aspects (effects) of agronomic services in related to spraying plant protection products. These specific aspects are assumed to be quality characteristics of sprayer operation.

In the first stage of the study, necessary data to determine the facts of the processes of production, operation and decommissioning of sprayers were collected. Next, a review of the procedures for measuring the parameters of nozzles and flow measurement procedure were chosen: unitary flow measurement, transverse non-uniformity and wear of sprayers.

Test procedures for preliminary studies for the operation process of selected nozzles in the field and in laboratory conditions were developed. Research and collection of data to describe this life cycle phase were conducted. The next step was to estimate the demand for the end-of-life processes, including waste management.

In the second stage of the study, data necessary to carry out the ecobalance analysis were collected. An overview of ecobalance methods was conducted in which LCA method was chosen. Adaptation of LCA to the specifics of the risks considered in the context of analysis, together with the the Eco-Indicator 99 model enabled the presentation of the results for the three groups of categories - impacts on: human health, the state of the ecosystem and depletion of resources. Representation of the processes that have the most negative environmental impacts and their assessment in terms of their share in total level of environmental impacts identified in the processes of production, operation and decommissioning of sprayers was therefore possible.

Based on conducted research, an attempt on flay spray nozzles classification was made.

WSTĘP

Rozwój cywilizacji i wzrost liczby ludności prowadzi do wzrostu popytu na dobra pochodzące z produkcji rolnej, nie tylko żywność, ale również szereg przetwarzanych roślin, przetwarzanych na inne dobra konsumpcyjne (oleje, leki, kosmetyki). W samej Unii Europejskiej w ciągu roku produkuje się średnio

300 mln ton zbóż, 21 mln ton nasion roślin oleistych, 10 mln ton jabłek i owoców cytrusowych, 3 mln ton gruszek [35]. Rolnicy będący gospodarzami obszarów wiejskich zarządzają nimi, stosują coraz częściej nowoczesne maszyny, urządzenia i nowe techniki uprawy, w tym nowe nawozy chemiczne i środki ochrony roślin, by osiągnąć wydajniejszy plon z takiej samej powierzchni uprawnej. To decyduje o tym, że praca w rolnictwie jest związana z szeregiem wpływów na środowisko w czasie wykonywania czynności na polu i w gospodarstwie. Ponadto działanie różnych populacji szkodników zmusza rolników do stosowania chemicznych metod ochrony roślin.

Do walki ze szkodnikami, grzybami, chwastami rolnicy używają rozpylaczy różnego rodzaju. To te urządzenia w zabiegu aplikacji (rozpylania) rozdzielając strugę cieczy na krople, są odpowiedzialne za prawidłową aplikację

rozpylanych środków. Jeżeli jest ona nieprawidłowa może wywoływać w środowisku niepożądane skutki (zbyt duże krople mogą osiadać na podłożu lub ściekać z roślin [8, 10, 13, 48] wywołując straty i skażenie środowiska, oraz nadmierną ilość pozostałości środka ochrony roślin w płodach rolnych [7], a także fitotoksyczność [81]).

W dostępnej literaturze uzyskano informacje na temat parametrów jakościowych rozpylaczy [1, 4, 10, 13, 17, 28, 35, 41, 46, 48, 52, 68, 74, 82] oraz potencjału znoszenia cieczy [5, 6, 9], a także klasyfikacji rozpylaczy. Pomiędzy nimi nie stwierdzono klasyfikacji, która uwzględniałaby oddziaływanie rozpylaczy na stan zdrowia ludzkiego, stan ekosystemu czy stan wyczerpujących się zasobów. Dlatego niniejszą pracę poświęcono zagadnieniu wartościowania wpływu wywieranego na środowisko w etapach cyklu życia rozpylaczy. Ponadto praca stanowi próbę uzupełnienia wiedzy na temat rozpylaczy przez zaproponowanie ich klasyfikacji pod względem oddziaływań na środowisko.

Rozprawa zawiera osiem rozdziałów. W pierwszym zwrócono uwagę na wpływ zabiegów agrotechnicznych, maszyn i urządzeń (w tym opryskiwaczy i rozpylaczy) na stan środowiska. Wskazano uwarunkowania prawne w tym zakresie. Przytoczono różnego rodzaju klasyfikacje rozpylaczy i stwierdzono, że istotne znaczenie dla środowiska, a zwłaszcza dla produkcji żywność ma działanie urządzenia jakim jest rozpylacz płaskostrumieniowy w czasie opryskiwania płodów rolnych.

W drugim rozdziale, na podstawie przeglądu literatury, określono problem badawczy i sformułowano cel główny niniejszej rozprawy oraz cele szczegółowe i zadania.

Trzeci rozdział poświęcono charakterystyce wybranych obiektów badań — rozpylaczy płaskostrumieniowych.

1 Średnia w latach 2008 — 2010

2 Aplikacja – słowo pochodzi z j. łac. applicatio znaczy przykładanie się do czegoś [73]. W niniejszej pracy, należy je rozumieć jako aplikowanie z j. łac. applico znaczy stosuję (w znaczeniu stosować, dawać lub nakładać na coś jakiś wzór zdobniczy [73]). W tej pracy należy rozumieć nakładanie na coś, jako nakładanie na powierzchnię liści kropli ze środkiem ochrony roślin.

Proces aplikacji w tej pracy jest rozumiany jako opryskiwanie, a zabieg aplikacji środków ochrony roślin jako rozpylanie.

W rozdziale czwartym dokonano przeglądu metod wartościowania wpływu obiektów technicznych na środowisko i dokonano wyboru metody, umożliwiającej osiągnięcie założonego celu.

Piąty rozdział dedykowano stawianym w niniejszej rozprawie założeniom badawczym, opisano przebieg badań, zaprezentowano wyniki uzyskane w efekcie przeprowadzonych eksperymentów i analiz.

W rozdziale szóstym dokonano prezentacji wyników analizy ekobilansowej wraz z ich interpretacją.

Siódmy rozdział rozprawy poświęcono opisaniu autorskiej środowiskowej klasyfikacji rozpylaczy płaskostrumieniowych na podstawie przeprowadzonych badań opisanych w rozdziale szóstym niniejszej pracy.

W rozdziale ósmym podsumowano przeprowadzone badania, przedstawiono wnioski.

Pracę kończy spis wykorzystanych pozycji literaturowej oraz część załącznikowa.

1. ODDZIAŁYWANIA ŚRODOWISKOWE W PRODUKCJI ROŚLINNEJ

1.1. Wprowadzenie

Rolnictwo jest działem gospodarki narodowej, którego głównym zadaniem jest dostarczenie płodów rolnych. W Polsce obszary użytków rolnych zajmują 18931,0 tys. ha [25]. Z nich średnio uzyskuje się rocznie 21749,3 tys. ton zbóż podstawowych (pszenica, żyto), a plony z jednego ha średnio to 3,57 tony. Rolnicy, by w pełni uzyskać swoje plony, korzystają z infrastruktury technicznej i chemicznej. W 2010 roku rolnicy w Polsce zużyli 114,6 kg nawozów mineralnych lub chemicznych na 1 ha upraw. Z uwagi na to, że wśród rolników wzrasta poziom wiedzy na temat technologii produkcji żywności, wzrasta również poziom wiedzy jakie oddziaływania na środowisko występują w przeciętnym gospodarstwie rolnym. W zależności od branży w rolnictwie (nastawienie na hodowlę bydła oraz innych zwierząt na ubój lub dla produkcji mleka, nastawienie na produkcję wyłącznie zbóż, owoców, itp.) rolnik jest zobowiązany przystosować swoje gospodarstwo do funkcjonowania według obowiązujących przepisów prawnych. Na rolnikach ciąży duża odpowiedzialność z uwagi na to, że są „zobowiązani do gospodarowania w taki sposób, aby nie naruszyć równowagi w środowisku naturalnym, czyli tak gospodarować zasobami, aby nie doprowadzić do ich zubożenia (w skrajnych przypadkach degradacji) i zapewnić im zdolność do samoodnawiania się”[78].

W ostatnich latach po wejściu do Unii Europejskiej wprowadzono nowe regulacje w zakresie higieny pracy, stosowanych środków ochrony roślin (co roku publikowany jest wykaz środków ochrony roślin dopuszczonych do stosowania pod nazwą „Zalecenia Ochrony Roślin”, wydawany przez Instytut Ochrony Roślin – Państwowy Instytut Badawczy w Poznaniu

), dobrostanu zwierząt, bezpieczeństwa żywności oraz znormalizowano niezbędne urządzenia jakie rolnik z danej gałęzi rolnictwa powinien wykorzystywać. Opracowano również program szkoleniowy dla jednostek doradztwa rolniczego w ramach projektu PHARE PL/8/B/2001/AG/02 – „Krajowy system doradztwa rolniczego”, który wspomaga rolników swoją wiedzą i doradztwem w zakresie dostosowania gospodarstw do wymogów stawianych przez Unię Europejską. Na tej podstawie rolnik podejmujący decyzję o tym, że będzie uprawiać ziemię i jest nastawiony na produkcję zbóż, jest zmuszony w obecnym czasie do zakupu lub modernizacji niezbędnego sprzętu. Ponadto dostosowuje swoje gospodarstwo i wprowadza zbiorniki na gnojowicę oraz na gnojówkę, podłącza się do oczyszczalni lub buduje ją na własnym terenie, buduje zbiornik, tzw. „odtajnię” na wodę, która została wykorzystana w czasie mycia zbiornika opryskiwacza oraz całego układu opryskowego. Przystosowuje pomieszczenia gospodarcze do magazynowania w nich środków chemicznych niezbędnych do ochrony roślin, do konserwacji maszyn i urządzeń w parku technicznym jaki posiada, magazynuje części zamienne, które najczęściej są wymieniane z uwagi na krótki czas ich eksploatacji oraz narzędzia niezbędne do przeprowadzenia modernizacji i kontroli maszyn i urządzeń. Wymienione maszyny pracują zagregowane z ciągnikiem i głównie ciągnik przekształca energię pochodzącą z oleju napędowego. Tu pojawia się pierwsze główne oddziaływanie na środowisko — zużycie oleju napędowego do procesów agrotechnicznych — które powoduje zarówno zubożenie paliw kopalnych (tabela 1.1)

3 „Środki ochrony roślin rekomendowane do integrowanej produkcji są jednoznacznie oznaczone w ww.

Zaleceniach literami IP. Wykazy środków do integrowanej produkcji znajdują się również w corocznie aktualizowanych programach ochrony roślin opracowywanych lub autoryzowanych przez Instytut Ogrodnictwa w Skierniewicach”[70].

i powstawanie w ramach tego procesu produktów spalania emitowanych do powietrza (NO

, SO

, CO

i inne).

W czasie procesu (zabiegu) opryskiwania zużywa się wodę pobraną z łącza wody pitnej i dostarcza się środek czynny jakim jest środek ochrony roślin. W czasie tej czynności substancja przygotowana przez rolnika może oddziaływać na jego zdrowie.

W kolejnym etapie tego procesu, gdy rolnik rozpyla ciecz roboczą na pole, działa na środowisko świadomie. W przypadku, kiedy nie dostosowuje prędkości jazdy do warunków pogodowych oraz zalecanych wartości ciśnień do dysz rozpylających, powoduje on zanieczyszczenie pola. Dawka środka może wpłynąć na roślinę w taki sposób, że nie wyda ona plonu lub szkodnik, który bytuje na roślinie, nie zginie (o czym piszą w swoich pracach Z. Czaczyk, R. Hołownicki i G. Doruchowski oraz G.A. Mathews [10, 13, 48]). Znoszone krople ze środkiem ochrony roślin, które osiądą w pobliskim rowie z wodą, mogą wpływać na zakwaszenie gleby i eutrofizację

zbiorników, do których trafi środek z prądem wodnym. Nieprzestrzeganie zasad higieny pracy powoduje, iż rolnik w każdej czynności wykonywanej w ramach konserwacji swojego parku maszynowego oddziałuje znacząco na stan swojego zdrowia.

Tabela 1.1. Zużycie ogółem nośników energii pierwotnej w gospodarce narodowej [22]

Wyszczególnienie 1988 2000 2005 2009 2010 2011

w TJ

Ogółem 5353466 3847603 3970438 3980408 4387524 4507724

Węgiel kamienny 3628603 1940687 1907363 1783044 2007947 1955623 Węgiel brunatny 592337 507526 532820 509762 484708 524379

Ropa naftowa 618685 768502 772833 861845 970635 1027203

Gaz ziemny 436920 452713 551007 543412 584375 592291

Torf i drewno

opałowe 35231 123405 131474 167214 180274 205541

Energia wody, wiatru, słoneczna, geotermalna, pompy

ciepła

6455 7723 8888 14069 18304 21840

Paliwo odpadowe

stałe i inne surowce 35235 47047 66053 101061 141280 180846

Reasumując, w rolnictwie występuje szereg zagrożeń środowiskowych i tym samym oddziaływań środowiskowych. Wśród wpływów na środowisko należy wymienić: emisję do atmosfery produktów procesów spalania paliwa, emisję środków chemicznych stosowanych w ramach konserwacji parku maszynowego, jak i zabiegów chroniących rośliny i glebę, emisję zużytej wody ze środkami chemicznymi po czyszczeniu maszyn i urządzeń do gleby, przetworzenie zużytej wody odprowadzanej do oczyszczalni, pobór mediów eksploatacyjnych w czasie wykonywania zabiegów agrotechnicznych.

4 Eutrofizacja „[gr. eutrophía ‘dobre odżywianie’], ekol. proces wzbogacania się zbiorników wodnych w substancje odżywcze — pierwiastki biogenne, głównie azot i fosfor, także potas i sód, powodujący nadmierną produkcję biomasy glonów (co objawia się tzw. zakwitem glonów) prowadzący do eutrofizmu.

Prowadzi do zmian właściwości wody, polegających na występowaniu intensywnego zabarwienia i zapachu, mętności, dużego wahania stężenia tlenu i odczynu (pH) w warstwie górnej oraz powstaniu warunków beztlenowych w głębszych warstwach, co jest przyczyną wymierania organizmów zwierzęcych, zwłaszcza ryb. Eutrofizacja prowadzi do dominacji organizmów beztlenowych (saprobionty) i gromadzenia się znacznej ilości materii organicznej (mułów), w wyniku czego zbiornik wypłyca się, może przekształcić się w staw, bagno lub torfowisko niskie”[88].

1.2. Zabiegi agrotechniczne

1.2.1. Uprawa roli

Głównym celem uprawiania roli jest dostosowanie środowiska glebowego, na którym produkcja roślinna będzie miała (lub ma) miejsce, do warunków optymalnych pod zasiew i dalszy rozwój rośliny „dla wytworzenia maksymalnego plonu o pożądanej jakości” [95]. Cel ten może być osiągnięty w przypadku, gdy gleba charakteryzuje się korzystnymi właściwościami cieplnymi, biologicznymi, wodnymi, powietrznymi, strukturą gruzełkowatą, dobrą zasobnością w składniki pokarmowe i właściwym odczynem (pH).

Wymienione właściwości otrzymuje się przez wykonywanie różnych zabiegów agrotechnicznych

. Do głównych zadań tych zabiegów zalicza się nie tylko utrzymanie lub wzrost produktywności gleby, ale również „utworzenie wierzchniej kilkucentymetrowej warstwy ziemi przygotowanej pod siew, uzyskanie i utrzymanie struktury gruzełkowatej, regulowanie stosunków wodno-powietrznych i cieplnych, zagospodarowanie resztek pożniwnych i słomy po zbiorze, niszczenie agrofagów (chwastów, szkodników, patogenów chorób), zapobieganie tworzeniu się i likwidowanie chorób gleby (skorupa glebowa, podeszwa płużna, nadmierne zagęszczenie warstw podornych), uruchamianie składników pokarmowych, przykrycie nawozów i doglebowych środków ochrony roślin, poprawa bilansu próchnicznego gleby, walka z erozją oraz równanie powierzchni gleby i usuwanie kamieni” [38, 75, 98]. Można powiedzieć, że uprawa roli to pewien system łączący wiele podsystemów. Na przykład G. Buczyński definiuje system uprawy roli

, a J. Starczewski system uprawy roślin. W przypadku systemu uprawy roli rozumie się go jako pewien

„sposób uprawy roli oparty na odpowiednim doborze narzędzi oraz maszyn, oraz kolejności ich stosowania w cyklu rocznym lub dłuższym, uwarunkowanym czynnikami przyrodniczymi i agrotechnicznymi” [91], a system uprawy roślin jako zbiór systemów żarowego, odłogowego, ugorowego, płodozmianowania i kopieniactwo [104].

Niewątpliwie w zależności od rodzaju uprawianej roślinności, wykorzystuje się inne zabiegi agrotechniczne i inne środki techniczne parku maszynowego. Do podstawowych zabiegów agrotechnicznych zalicza się: orkę, wałowanie, nawożenie, sianie i sadzenie, opryskiwanie, opylanie, zmgławianie, koszenie, suszenie i dosuszanie, młócenie, zbieranie owoców i ziarna, zbieranie siana i słomy. Wiedza na temat każdego z zabiegów jest niezbędna, by produkcja roślinna była zarówno wydajna, zgodna z prawem, jak i opłacalna dla rolnika.

Rolnicy są zobowiązani przez prawo do gospodarowania ziemią, którą posiadają, w taki sposób, aby przynosiła plony nie szkodząc biosystemowi z nią związanemu.

Ośrodki Doradztwa Rolniczego i naukowcy przekonują rolników do tego, by korzystali ze wszystkich metod

ochrony swoich upraw, a zwłaszcza, by monitorowali jak rozwijają się na ich obszarach poszczególne pasożyty (np. zbóż, ziemniaków, owoców), czy też rodzaje grzybów i chwastów. Doradzają, by rolnicy sprawdzali jakimi środkami ochrony roślin opryskiwali wcześniej swoje pola, by nie doprowadzić do tego, by dany szkodnik uodpornił się na działanie środka, bądź by populacja wrogów szkodników (np. bażanty zjadające stonkę ziemniaczaną, biedronki zjadające mszycę) nie wzrastała zbyt

5 Zabiegi agrotechniczne – „jednorazowa czynność uprawy roli (np. orka, bronowanie), nawożenia (np.

nawożenie obornikiem, wapnowanie), ochrony roślin (np. zastosowanie herbicydu, fungicydu, zoocydu) i innych (np. deszczowanie, defoliacja), w celu stworzenia optymalnych warunków wzrostu i plonowania roślin uprawnych oraz przechowywania ich ziemiopłodów” [99].

6 System uprawy roli skupia w sobie trzy systemy: tradycyjny zwany płużnym, bezikowy zwanym bezpłużnym i uprawy zerowej to znaczy siew bezpośredni [91].

7 Metody niechemiczne: biologiczne, hodowlane, mechaniczne, fizyczne oraz metody chemiczne.

gwałtownie. Racjonalna ochrona roślin polega na wykorzystaniu powyższej wiedzy i wiedzy fachowej z dziedzin biologii, chemii, metod zwalczania agrofagów oraz doświadczenia rolnika. M. Mrówczyński i H. Wachowiak w pracy [51] opisują metodę integrowaną, która łączy monitorowanie stanu agrofagów, wykorzystanie w pierwszej kolejności metod niechemicznych, a w ostateczności włączenie metod chemicznych w pewien system, w celu ochrony roślin. Metoda integrowana jest powiązana z proekologicznymi zasadami i metodami ochrony większości upraw. „Proekologiczne zasady i metody ochrony większości upraw przed agrofagami dotyczą: agrotechniki, hodowli nowych odmian, wykorzystania naturalnych elementów ekosystemu i racjonalnego stosowania środków ochrony roślin oraz innych agrochemikaliów” [51].

Powszechnie mówi się również o produkcji ekologicznej żywności. Jednakże rolnik, który zdecyduje się na taką produkcję, musi zaprzestać stosowania substancji wspomagających wzrost roślin oraz chemicznych środków ochrony roślin. Jego gospodarstwo jest poddawane kontroli, a produkty - akredytacji jakościowej, dzięki czemu może on otrzymać ekoznak świadczący o tym, że jego żywność jest wytwarzana w sposób ekologiczny, do czego namawia państwo przez zachęcanie rolników do uczestnictwa w różnego rodzaju programach

. Uprawa roślin wymaga od gospodarzy systematyczności, a przede wszystkim terminowości. To, w jakim czasie zostanie wykonany konkretny zabieg agrotechniczny, wpływa zarówno na jakość plonów, jak i na finanse rolnika. Dotyczy to zarówno producentów ekologicznej żywności, jak i każdego innego producenta.

Polska jest położona w klimacie umiarkowanym i w zależności od regionu różny jest czas wegetacji roślin (rys. 1.1). Do tej pory wielu rolników korzysta z doświadczenia zdobytego przez lata oraz wiedzy swoich przodków. Wielu również wykorzystuje i łączy wiedzę z dziedziny botaniki, chemii, astronomii (stosując np. kalendarz księżycowy), meteorologii, czy inżynierii precyzyjnej mechanizacji rolnictwa. Z uwagi na zaburzenia pogodowe (długa mroźna zima, krótkie, gorące lub mokre lato), wywołane zwiększeniem zanieczyszczeń w powietrzu oraz w wodzie i glebie, coraz trudniej jest wybrać optymalny czas na wykonanie konkretnego zabiegu agrotechnicznego. Dlatego też rolnicy coraz częściej korzystają z zasad Kodeksu Dobrej Praktyki Rolniczej oraz rolnictwa precyzyjnego

do planowania terminu i wykonania zabiegów agrotechnicznych. Rolnictwo precyzyjne wykorzystuje systemy informatyczne GPS (ang. Global Positioning System), czyli satelitarne systemy lokalizacyjne i GIS (ang. Geographic Information System), czyli metody pozyskiwania i przetwarzania danych o charakterze przestrzennym [45], wspomagające podejmowanie decyzji.

8 Przykładem są projekty programu rolno-środowiskowego 2007-2013 obejmujący Pakiet „Rolnictwo zrównoważone”. „W skład programu wchodzą następujące pakiety: 1. Rolnictwo zrównoważone, 2. Rolnictwo ekologiczne, 3. Ekstensywne trwałe użytki zielone, 4. Ochrona zagrożonych gatunków ptaków i siedlisk naturalnych poza obszarami Natura 2000, 5. Ochrona zagrożonych gatunków ptaków i siedlisk naturalnych na obszarach Natura 2000, 6. Zachowanie zagrożonych zasobów genetycznych roślin w rolnictwie, 7. Zachowanie zagrożonych zasobów genetycznych zwierząt w rolnictwie, 8. Ochrona gleb i wód, 9. Strefy buforowe”[39].

9 Rolnictwo precyzyjne „to gospodarowanie wspomagane komputerowo, oparte głównie na gromadzeniu danych o przestrzennym zróżnicowaniu plonów w obrębie pola”[45].

Rys. 1.1. Okres wegetacyjny w Polsce według liczby dni [95]

Na tej podstawie powstają tzn. sporządzane są mapy, np.: zasobności gleby oraz jej

odczynu pH, siewu poszczególnych zbóż (rys.1.2), warzyw (o czym mowa jest w pracy

[96]), ukształtowania terenu. Są najczęściej wykorzystywane w trakcie zabiegu nawożenia

oraz ochrony roślin, z uwagi na dokładność ich wykonania (nawet do 1 cm). „Na

podstawie plonów planuje się zabiegi nawożenia i ochrony roślin polegające na tym, że te

części pola, które mogą wydać większy plon, otrzymują wyższe nawożenie

i intensywniejszą ochronę roślin” [45].

a)

b)

Rys. 1.2. Przykładowe terminy siewu zbóż: a) jęczmienia jarego [89], b) pszenicy jarej [90]

1.2.2. Nawożenie

Nawożenie ma na celu „uzupełnienie w glebie składników pokarmowych, niezbędnych do rozwoju roślin. Polega na dostarczeniu właściwej dawki nawozu na jednostkę powierzchni pola i równomiernym jej rozprowadzeniu. Stosuje się nawozy mineralne

i nawozy organiczne

pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.” [46]. Do podstawowych zabiegów nawożenia zalicza się: przygotowanie nawozu, transport,

10 Do nawozów mineralnych należą [46]: azotniak, saletra, saletrzak, siarczan amonu, mocznik, sól potasowa, siarczan potasu, wapno nawozowe.

11 Do nawozów organicznych należą [46]: obornik, gnojowica, gnojówka, kompost gospodarczy, nawozy zielone (np. kiszone pokrzywy) i torf.

napełnianie maszyny, wysiew nawozu. Przykładowy układ technologiczny nawożenia gleby nawozami mineralnymi przedstawił J. Kuczewski (rys.1.3). Obecnie wysiew nawozu jest w pełni zautomatyzowany.

Rys. 1.3. Przykładowe składowe procesu technologicznego nawożenia gleby nawozami mineralnymi [40]

PRZYGOTOWANIE NAWOZU

Nawozy mineralne

Wapno

TRANSPORT

Dojazd siewników do miejsca napełnienia

Dojazd rozsiewaczy

do miejsca napełnienia

NAPEŁNIANIE MASZYN WYSIEW NAWOZU

Młynek

Silnik elektryczny

Wóz 2 konie

Przyczepa Ciągnik 22,06 kN*m/s

Ładowacz obornika Ciągnik 22,06 kN*m/s

Ręczne

Ciągnik 22,06 kN*m/s

Rozsiewacz lekki Ciągnik 22,06 kN*m/s

Siewnik doczepiany

Ciągnik 22,06 kN*m/s

Siewnik zawieszony Nośnik 14,71

kN*m/s Siewnik nabudowany

1÷2 konie Siewnik

konny

Ciągnik

~29,42 kN*m/s Rozsiewacz

ciężki

1.2.3. Ochrona roślin

Ochrona roślin przed agrofagami to najważniejsze zadanie producenta żywności roślinnej. Rośliny można chronić w różny sposób, stosując metody chemiczne i niechemiczne. O rodzaju metody decyduje producent żywności (zbóż, warzyw, owoców), w każdym jednak przypadku na zastosowanie danej metody ochrony ma wpływ precyzja wykonania zabiegu. W przypadku metod chemicznych decydują: dostosowanie dawki środka chemicznego do rzeczywistych potrzeb, rozmieszczenie środka chemicznego na obszarze pola, wysokość plonów, liczebność pasożytów lub grzybów i szkodników na obszarze pola. By osiągnąć planowane plony, gospodarze wykorzystują wspomniane wcześniej dostępne środki rolnictwa precyzyjnego, zarówno w domu (komputerowe programy do wspomagania decyzji), jak i dostosowują swój park maszynowy do współpracy maszyny z systemem. „We współczesnym rolnictwie dobra informacja jest jednym z podstawowych warunków osiągnięcia wysokiej efektywności czynników produkcji w gospodarstwach rolnych”[2]. Dlatego też, by zabieg aplikacji środka ochrony roślin był efektywny, gospodarze muszą jeszcze dobrać odpowiedni opryskiwacz oraz rodzaj dysz.

1.3. Wybrane maszyny i urządzenia wykorzystywane w zabiegach agrotechnicznych

W czasie wykonywania zabiegu agrotechnicznego rolnik korzysta często jednocześnie z kilku maszyn i urządzeń, które dobiera w zależności od uprawianej rośliny oraz warunków atmosferycznych. Do podstawowych maszyn i urządzeń parku technologicznego w gospodarstwie nastawionym na produkcję roślinną zalicza się [46]:

 narzędzia i maszyny do uprawy roli,

 narzędzia do doprawiania roli,

 maszyny i urządzenia do nawożenia,

 maszyny i urządzenia do siewu nasion,

 narzędzia i maszyny do sadzenia,

 narzędzia do upraw międzyrzędowych,

 maszyny do ochrony roślin,

 maszyny do zbioru zielonek,

 maszyny do zbioru zbóż w tym kombajny zbożowe,

 młocarnie,

 suszarnie do ziarna,

 maszyny do zboru roślin okopowych i lnu,

 urządzenia do transportu wewnętrznego,

 urządzenia do usuwania obornika i gnojówki,

 urządzenia do zaopatrzenia gospodarstwa w wodę.

W związku z rozwojem technologii wiele wymienionych maszyn i urządzeń jest ze

sobą łączonych w taki sposób, aby w jednym czasie wykonać kilka zabiegów

agrotechnicznych. Powstałe konstrukcje wykonują jednocześnie np. orkę, podorywkę,

redlinowanie i sianie. Jest to związane z terminowością wykonywanych zabiegów,

aspektami ekologicznymi oraz ekonomicznymi. Przykładem takiej konstrukcji może być

zestaw uprawowo-siewny przeznaczony do współpracy z ciągnikiem o mocy minimum

130 kW/h (rys. 1.4 i 1.5).

Rys. 1.4. Maszyny i urządzenia wykorzystywane w zabiegach agrotechnicznych w ciągu roku [50]

Rys. 1.5. Zestaw uprawowo-siewny ECO ACTIVE [66]

Jak wspomniano wcześniej, wiele maszyn jest dostosowywanych do rolnictwa precyzyjnego w taki sposób, aby praca maszyn sprzężona z technologią cyfrową wspomagającą podejmowanie decyzji przyniosła większe korzyści, zarówno ekonomiczne, jak i żywieniowe. Wśród maszyn i urządzeń najczęściej dostosowywanych do pracy z systemami informatycznymi oraz geopozycyjnymi są maszyny i urządzenia do opryskiwania, nawożenia, siewu i sadzenia. Nie ma niestety jeszcze danych ilu rolników korzysta z tych technologii. W ramach spisu rolnego dokonanego w 2010 roku uzyskano dane dotyczące ilości gospodarstw posiadających ciągnik i stosujących nawozy mineralne.

Liczba gospodarstw rolnych posiadających ciągnik to 1.011.938, a całkowita liczba gospodarstw stosujących nawozy mineralne to 1.252.521 (dane z rocznika GUS [23]).

Minimalna liczba rozpylaczy na belce polowej to 10 sztuk. Wynika z tego, że 10 szt. razy 1.011.938 ciągników obsługujących opryskiwacz z rozpylaczami równa się 10.119.380 sztuk rozpylaczy pracujących na polach w Polsce. Daje to podstawy do podjęcia się zagadnienia oddziaływania rozpylaczy na środowisko, zarówno w zakresie oddziaływania na stan zdrowia ludzkiego, jak i stan wyczerpujących się zasobów, czy stan ekosystemu.

1.3.1. Opryskiwacze

1.3.1.1. Podział i klasyfikacja

Opryskiwacz jest maszyną służącą do dozowania cieczy w celu ochrony oraz nawożenia roślin [54]. Ze względu na rodzaj upraw, do których ma służyć, wyróżnia się:

opryskiwacze polowe, sadownicze i pasowe. Opryskiwacze te różnią się sposobem aplikacji (rozpylania) oprysków i konstrukcją (rys. 1.6). Opryskiwacz polowy dozuje ciecz z wykorzystaniem poziomej belki, usytuowanej ponad roślinami (jest to widoczne w pierwszym górnym rzędzie maszyn na rys.1.4). Może być ona wyposażona w urządzenia wytwarzające i wspomagające strumień powietrza, rękaw powietrzny itd. Opryskiwacz sadowniczy, dozujący ciecz z wykorzystaniem strumienia powietrznego, jest używany głównie do opryskiwania upraw wieloletnich, nie tylko w sadach, ale również w winnicach i uprawach chmielu. Natomiast opryskiwacz pasowy dozuje ciecz w pasach lub rzędach.

Jest stosowany do ochrony lub nawożenia roślin (warzyw) w uprawach polowych [54].

Ponadto ze względu na sposób rozpylania cieczy opryskiwacze dzielone są na [49]:

1) ciśnieniowe – rozpylanie cieczy i przeniesienie jej na roślinę lub glebę następuje pod ciśnieniem wywieranym przez pompę; zespoły opryskujące – belki polowe, rama sadownicza, lanca,

2) ciśnieniowe z pomocniczym strumieniem powietrza – rozpylenie cieczy odbywa się jak w przytoczonym powyżej opryskiwaczu ciśnieniowym, z tą różnicą, że ich przeniesienie odbywa się w strumieniu szybko przepływającego powietrza (30 - 35 m/s) z przestawki wentylatorowej (wydatek powietrza 20 - 60 tys. m

/h), 3) pneumatyczne.

W literaturze występuje również podział ze względu na sposób ich przemieszczania się.

Z tego względu opryskiwacze dzieli się na [46]:

1) przenośne (przenoszone w rękach), 2) plecakowe,

3) taczkowe,

4) konne (obecnie nie produkowane), 5) konno-silnikowe

6) ciągnikowe,

7) specjalne (samolotowe).

Rys. 1.6. Podziału opryskiwaczy: a - ze względu na budowę, b – ze względu na wielkości i rodzaj napędu [41, 46, 49]

Powszechnie stosowane są opryskiwacze działające w kooperacji z ciągnikiem, do którego maszyna jest zawieszana, zaczepiana lub nabudowana, bądź też jest samobieżną maszyną. Produkowane obecnie opryskiwacze posiadają zestawy czujników nie tylko do pomiaru wilgotności powietrza, temperatury otoczenia, ale też do dozowania cieczy roboczej na obranym obszarze. Przykładem mogą być opryskiwacze:

1) sadownicze — EDAS (Environmentally Dependent Application System) (rys. 1.7), 2) polowe, np. do zbóż — serii Europa (rys. 1.8),

3) samojezdne, np. do plantacji kukurydzy (rys. 1.9).

OPRYSKIWACZE

LEKKIE LOTNICZE

CIĄGNIKOWE

CIŚNIENIOWE Z POMOCNICZYM STRUMIENIEM POWIETRZA

CIŚNIENIOWE a)

POŁOŻENIE TRANSPORTOWE Z DYSZAMI NA BELACH

POLOWYCH POŁOŻENIE ROBOCZE Z

DYSZAMI PODWIESZONYMI NA

PRZEWODACH DODATKOWYCH

O BUDOWIE DZIELONEJ Z DWOMA ZBIORNIKAMI ZAMOCOWANYMI PO

BOKACH CIĄGNIKA W CAŁOŚCI NA UKŁADZIE

TRZYPUKTOWYM CIĄGNIKA

PRZYCZEPIANE

ZAWIESZANE SAMOBIEŻNE

OPRYSKIWACZE CIĄGNIKOWE

NADBUDOWANE

b)

Rys. 1.7. Opryskiwacz EDAS (Environmentally Dependent Application System) [18]

Rys. 1.8. Opryskiwacz Agromet Pilmet serii Europa [67]

Rys. 1.9. Opryskiwacze samojezdne firmy Agrifac, od lewej: Agrifac Condor Clearance Plus,

model Condor z belką polową o długości 51 m, model Condor ze zbiornikiem 5000 litrów, model

Condor WideTrackPlus [66]

1.3.1.2. Budowa opryskiwaczy

Jak wspomniano wcześniej, opryskiwacze różnią się konstrukcją w zależności od ich przeznaczenia. Jednakże wszystkie opryskiwacze powinny być zgodnie z normami PN-EN 12761-2:2001, PN-EN 907:2002, PN-EN 12761-1;-2;-3:2003, PN-EN ISO 4254- 1:2006, PN-EN ISO 12100-1:2005, ISO 9357:1990 i dyrektywami 98/37/EC, 89/336/EEC, 89/655/EEC. Do podstawowych elementów opryskiwaczy należą [46]: zbiornik z mieszadłem utrzymującym ciecz w stałym stężeniu, powietrznik, zestaw sit w zbiorniku, węże i przewody ciśnieniowe wraz z zaworami odcinającymi, belka podzielona na sekcje, zestaw regulujący wysokość belki, zestaw do wyłączania poszczególnych sekcji, pompa wyporowa z filtrem ssącym, zestaw filtrów do rozpylaczy i pompy, rozpylacze, układy pomiarowe: wskaźnik napełnienia zbiornika, wskaźnik centralnych filtrów ciśnieniowych, prędkościomierz, manometr, a w pewnych typach wentylatory powietrza.

Zbiornik opryskiwacza powinien być tak zaprojektowany, aby ciecz robocza nie cofała się ze zbiornika do urządzeń zasilających. Najczęściej ma on kształt cylindryczny.

Średnica otworu wylotowego powinna być zgodna z normą ISO 9357, a pokrywa powinna być na tyle szczelna, by ciecz robocza nie wylewała się. Całkowita pojemność zbiornika powinna być przynajmniej o 5 % większa od jego pojemności nominalnej. Zbiorniki o pojemności większej niż 200 l powinny mieć pojemność nominalną będącą wielokrotnością 100 l. Sito wlewowe powinno mieć minimalną głębokość „d” równą 60 mm, jeżeli nominalna pojemność zbiornika „C” jest mniejsza od 150 l, mierzona od górnej krawędzi sita do jego dna. Tabela 1.2 przedstawia pozostałe wielkości graniczne minimalnej głębokości sit wlewowych.

Tabela 1.2. Minimalna głębokość sit wlewowych [64]

Nominalna pojemność zbiornika C w litrach Minimalna głębokość d w mm C ≤ 150

150 < C ≤ 400 400 < C ≤ 600

C > 600

60 100 150 250

Wielkość oczek sit wlewowych znajdujących się w otworach wlewowych nie powinna przekraczać 2 mm. Wszelkie szczeliny między otworem wlewowym zbiornika a sitem nie powinny przekraczać 2 mm. Prędkość napełniania zbiornika z sitem wlewowym jest równie ważna. W przypadku napełniania go wodą dla zbiornika o pojemności 100 l (i większej) powinna wynosić przynajmniej 100 l/min. W przypadku, gdy zbiorniki są mniejsze niż 100 l, napełnienie powinno być możliwe w ciągu 1 minuty.

Sita rozwadniaczy, jeżeli występują w opryskiwaczu, powinny mieć siatkę o maksymalnej wielkości oczek 20 mm. Kolejnym elementem zbiornika jest wskaźnik napełniania zbiornika (powinien być widoczny). Dopuszczalne odchylenie wskaźnika zbiornika to ±7,5

% dla każdego znaku podziałki, dla pojemności do 20 % nominalnej pojemności zbiornika oraz ±5 % dla każdego znaku podziałki, dla pojemności powyżej 20 % nominalnej pojemności zbiornika. Należy również zauważyć, że odchyłki powinny być mierzone z maksymalnym błędem pomiaru wynoszącym ±1 %, gdy opryskiwacz jest ustawiony poziomo. Mieszadło w zbiorniku zapewniające równomierne stężenie cieczy roboczej może mieć odchylenie jednorodności cieczy roboczej ±15 %.

Węże i ciśnieniowe przewody doprowadzające powinny być odpowiednio

przechowywane. Promień ich załamania powinien mieścić się w granicach zalecanych

przez producenta węży. Przewody ciśnieniowe powinny być wyposażone w szybko

działające zawory odcinające.

Nieodzowną częścią konstrukcji opryskiwacza jest jego belka. W rolnictwie stosuje się belki o długości od 10 do 51 m długości. W zależności od długości belka jest podzielona na sekcje. Belka według zaleceń normy PN-EN 12761-2:2001 powinna mieć szerokość roboczą odpowiadającą nominalnym szerokościom siewników rzędowych, kultywatorów. Maksymalna szerokość sekcji wynosi: 4,5 m dla belki o szerokości poniżej 24 m oraz 6 m dla belki o szerokości większej od 24 m. Opryskiwacz powinien mieć funkcję indywidualnego wyłączania poszczególnych sekcji belki opryskowej, gdy występuje taka konieczność. W zależności od rodzaju uprawianej rośliny stosuje się regulację wysokości belki polowej. Przykładowa belka polowa jest pokazana na rysunkach 1.4 (w pierwszym górnym rzędzie maszyn) i 1.8. „Zakres regulacji wysokości belki polowej powinien wynosić co najmniej 1 m. Powinna istnieć możliwość regulowania minimalnej odległości między rozpylaczami a opryskiwaną powierzchnią odpowiednio do charakterystyk rozpylaczy” [64]. Wskazania są takie, że dla opryskiwaczy używanych do upraw wyższych niż 1 m zakres regulacji wysokości belki powinien wynosić co najmniej 1,2 m, natomiast dla tych opryskiwaczy o maksymalnej szerokości belki równej 21 m powinna istnieć możliwość ustawienia jej w mniejszej odległości między rozpylaczami a gruntem co najmniej pół metra. Wysokość belki powinna być regulowana w sposób ciągły, albo ze skokiem nie przekraczającym 0,1 m. „Nie powinno mieć miejsca kapanie z belki cieczy roboczej. Na belce polowej powinny być zamontowane rozpylacze w taki sposób, aby w chwili rozpoczęcia oprysku dysze nie wypadły. Po wyłączeniu opryskiwania, kapanie nie powinno przekroczyć 2 ml w ciągu 5 min. na rozpylacz. Pomiar kontrolny rozpoczyna się 8 s po zamknięciu przepływu do belki polowej” [64].

Każdy opryskiwacz powinien mieć w swoim wyposażeniu pompę wyporową z filtrem ssawnym. Po stronie tłocznej ciecz płynąca do rozpylaczy powinna być filtrowana za pomocą filtrów centralnych bądź filtrów zainstalowanych w sekcjach belki.

Wielkość oczek tych filtrów powinna być odpowiednia dla rozpylaczy zamontowanych na opryskiwaczu. Warunek ten dotyczy również filtrów rozpylaczy oraz pomp. Zapchanie się filtrów doprowadza do źle przeprowadzonego zabiegu, a pierwszy sygnał o zapchanych filtrach dostarcza wskaźnik centralnych filtrów ciśnieniowych oraz manometr. Filtry powinny być łatwo dostępne, a wkładki filtra wymieniane. Dzięki temu uniknie się niewłaściwego przeprowadzenia zabiegu. „Czyszczenie filtrów powinno odbywać się bez wyciekania cieczy, gdy zbiornik jest wypełniony do jego nominalnej pojemności, z zastrzeżeniem, że wyciek może wystąpić z obudowy filtra lub z przewodów ciśnieniowych i ssących” [64].

Układy pomiarowe w opryskiwaczach to: manometr, wskaźnik napełnienia zbiornika i prędkościomierz. Ciśnienie robocze lub wielkość dawki cieczy (l/min) oraz położenie urządzeń sterujących i wskaźnik napełnienia zbiornika powinny być dobrze widoczne ze stanowiska kierowcy ciągnika. Dokładność pomiaru dokonywana przez każdy układ pomiarowy w opryskiwaczu, powinna zawierać się w maksymalnych granicach błędu ±5%. Budowę typowego opryskiwacza ciągnikowego przyczepianego przedstawiono na rys. 1.10, a budowę typowego opryskiwacza ciągnikowego z pomocniczym strumieniem powietrza z przystawką wentylatorową stosowanego w sadownictwie - na rys.

1.11.

Rys. 1.10. Opryskiwacz ciągnikowy przyczepiany [41] a – widok ogólny, b – schemat:

1 — zbiornik, 2 — mieszadło, 3 — pompa, 4 — tunel w zbiorniku, 5 — filtr ssący, 6 — filtr wstępny, 7 — filtr szeregowy, 8 — powietrznia, 9 — przewód zaworu przelewowego, 10 — zawór przelewowy, 11 — manometr, 12 — zespół zaworów rozdzielających, 13 — przewodu robocze, 14

— eżektor, 15 — kołnierz mocujący przewód eżektora, 16 — zawór spustowy

Rys. 1.11. Opryskiwacz ciągnikowy z pomocniczym strumieniem powietrza z przystawką wentylatorową [41] a — widok ogólny, b — schemat opryskiwacza, c — przystawka wentylatorowa do oprysku sadowniczego, d — ustawienie dysz w przystawce wentylatorowej;

1 — zbiornik, 2 — filtr ssący, 3 — mieszadło, 4 — zawór przelewowy,

5 — pompy, 6 — rura z dyszami, 7 — wał napędowy opryskiwacza, 8 — łącznik elastyczny

między pompami, 9 — wał napędu przystawki wentylatorowej, 10 — przekładnia pasowa,

11 — wolne koło, 12 — wentylator, 13 — obudowa wentylatora, 14 — rolka napinająca

1.3.2. Rozpylacze

1.3.2.1. Klasyfikacje rozpylaczy

Pierwszy system klasyfikacji aerozoli i dysz (rozpylaczy) został wprowadzony przez Brytyjską Radę Produkcji Zbóż w 1986 roku na podstawie artykułu S. J. Doble i in. z 1985 r. [12]. Podział rozpylaczy polega na analizie widma wielkości kropli w trzech głównych kategoriach: drobne, średnie i grube.

W artykule opisywano również dodatkowe kategorie kropel: bardzo drobne, drobne, średnie, grube i bardzo grube. W latach 1996-1997 uzgodniono i wprowadzono na arenę międzynarodową rozszerzony system klasyfikacji rozpylaczy (o którym pisali wymienieni wyżej autorzy). Odnosił się on również do jakości rozpylania. Wprowadzono kod i kolor standardowych rozpylaczy płaskostrumieniowych, co przedstawia tabela 1.3. i rysunek 1.12. Przyjęto, że „klasyfikacja rozpylaczy wynika z porównania wielkości produkowanych przez nie kropel z wielkością kropel produkowanych przez wzorcowy rozpylacz referencyjny”[13]. Wprowadzono procedurę badania i klasyfikacji dysz.

Tabela1.3. Oznaczenia rozpylaczy [13]

Kolor standardowych rozpylaczy płaskostrumieniowych

Symbol Nazwa symbolu Jakość rozpylaczy Oznaczenie

pomarańczowy VF very fine bardzo drobne 01

żółty F Fine drobne 02

niebieski M Medium średnie 03

czerwony C Coarse grube 04

popielaty VC very coarse bardzo grube 06

biały XC extremal coarse ekstremalnie grube 08

W marcu 2009 roku Brytyjska Rada Produkcji Zbóż

oraz Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Rolnictwa i Biologii

wprowadziły kolejne uzupełnienie podziału w klasyfikacji rozpylaczy ze względu na ich: zmianę natężenia wypływu cieczy (wydatek jednostkowy, l/min) i spektrum kropli. Nadano kolejne kolory i kody rozpylaczom, opublikowano wartości natężenia wypływu cieczy (wydatku jednostkowego) z rozpylaczy, uzależnione od ciśnienia roboczego. Całość przedstawia tabela 1.4.

12 BCPC – the British Crop Production Council

13 ASABE – American Society of Agricultural and Biological Engineers

Rys. 1.12. Progi kategorii rozpylaczy wg jakości rozpylenia [51]

Tabela.1.4. Rozszerzona klasyfikacja rozpylaczy [28]

Kod

rozpylacza 11001 110015 11002 11003 11004 11005 11006 11008

ISO kolor rozpylacza pomarań- czowy zielony żółty niebieski czerwony brązowy Szary biały

Ciśnienie w bar

1,5 0,29 0,42 0,56 0,85 1,13 1,41 1,70 2,26

2,0 0,33 0,49 0,65 0,98 1,31 1,63 1,96 2,61

2,5 0,37 0,55 0,73 1,10 1,46 1,82 2,19 2,92

3,0 0,40 0,60 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 3,20

3,5 0,43 0,65 0,86 1,30 1,73 2,16 2,59 3,45

4,0 0,46 0,69 0,92 1,39 1,85 2,31 2,77 3,69

Natężenie wypływu [ l / min]

Wielkość

kropli Drobne Drobne / średnia średnie średnie / duże Duże

Wśród innych klasyfikacji rozpylaczy występują podziały ze względu na: rodzaj energii użytej do rozpylania, konstrukcję rozpylaczy i kształt uzyskanej strugi. Pierwsza wymieniona klasyfikacja została przedstawiona na rys. 1.13. W praktyce wykorzystuje się najczęściej energię samej cieczy. Spadek ciśnienia statystycznego cieczy zamienia się w rozpylaczu na ciśnienie dynamiczne co umożliwia rozpylenie cieczy[68].

Rys. 1.13. Ogólna klasyfikacja rozpylaczy ze względu na sposób rozbijania strumienia cieczy na krople przy pomocy różnych źródła energii [opracowano na podstawie 68]

Na rys. 1.13 przedstawiono również klasyfikację rozpylaczy strumieniowych, pneumatycznych i rotacyjnych pod względem konstrukcyjnym. Rozpylacze można nie tylko podzielić ze względu na źródło energii, ale również ze względu na kształt uzyskanej strugi cieczy (rys. 1.16). Dzieli się rozpylacze na: płaskostrumieniowe, wirowe o pustym stożku, wirowe o pełnym stożku, strumieniowe i specjalne (dysze do płukania zbiorników).

W tym podziale ujęto podział na uzyskiwane wielkości kropel (rys. 1.12 i 1.14, 1.15).

Jak już wspomniano wcześniej, w zależności od tego, co w danym momencie rolnik chce opryskać oraz jakie występują warunki atmosferyczne, dobiera rozpylacze płaskostrumieniowe:

— standardowe,

— antyznoszeniowy (zwane też niskoznoszeniowymi),

— eżektorowe.

Zwraca również uwagę na materiał, z którego wykonany jest rozpylacz. Najczęściej stosowane są rozpylacze wyprodukowane z poliacetalu (POM). Producenci proponują

STRUMIENIOWE - wachlarzowe - uderzeniowe - ze zderzającymi się strugami

- przelotowe

ROTACYJNE (OBROTOWE) - tarczowe

- wirowe

- pneumatyczno- rotacyjne

PNEUMATYCZNE - podmuchowe

WIROWE ŹRÓDŁA ENERGII

Energia cieczy

Energia gazu

Energia mechaniczna

Energia drgań, Energia elektryczna,

itd.

ROZPYLACZE Inne - akustyczne

- ultradźwiękowe

ROZPYLACZE

również rozpylacze z poliacetalu połączonego z hartowaną stalą nierdzewną, poliacetalu łączonego z ceramiką lub wykonane tylko z hartowanej stali nierdzewnej.

Rys. 1.14. Podział rozpylaczy na wielkości uzyskiwanych kropel oraz konstrukcji dyszy

Rozpylacze standardowe (zwykłe) wytwarzają bardzo drobne i drobne krople, które są podatne na znoszenie. Należy je wykorzystywać, gdy wiatr ma siłę od 0,5 do 2 m/s, w temperaturze 12 ÷ 20°C, gdy wilgotność powietrza osiąga wartości 60 ÷ 90 %.

Do pracy stosuje się ciśnienie robocze od 0,2 do 0,4 MPa.

Rozpylacze antyznoszeniowe (antydryfowe, niskoznoszeniowe) pracują przy ciśnieniu roboczym w zakresie 0,2 ÷ 0,4 MPa. W konstrukcji, w korpus wbudowana jest dodatkowa dysza (kryza), która obniża ciśnienie cieczy roboczej docierającej do właściwej dyszy szczelinowej. Ta konstrukcja, znacznie zmniejsza ilość małych kropel podatnych na znoszenie, produkując znacznie więcej kropel średnich i grubych. Zwiększona liczba kropel średnich i grubych ogranicza szkodliwość rozpylanych substancji chemicznych dla środowiska. Rozpylacze antyznoszeniowe polecane są do zabiegów chwastobójczych (doglebowe, nalistne), desykacji

roślin oraz stosowania regulatorów wzrostu, fungicydów, insektycydów i nawozów dolistnych [72].

Rozpylacze eżektorowe tworzą krople grube i bardzo grube oraz są odporne na znoszenie. Rozpylacze te są produkowane w dwóch wersjach: „długiej” i „krótkiej”.

Wersja „krótsza” zwana kompleksową jest tańsza i ma mniejsze wymiary. Pracuje przy ciśnieniach w zakresie 0,15 ÷ 0,6 MPa. Wersja „długa” pracuje w zakresie 0,3 ÷ 0,8 MPa.

W konstrukcji dyszy rozpylacza eżektorowego są zamieszczone dodatkowe otwory. Taka konstrukcja pozwala rozpylaczowi zassać powietrze w czasie przepływania cieczy roboczej. To pozwala intensywnie zmieszać się cieczy z powietrzem i tym samym powstają bardzo duże, napowietrzone krople. Uderzając o rośliny, krople rozbijają się, zwiększając stopień pokrycia opryskiwanej powierzchni. Chociaż pokrycie to nie jest tak dobre, jak kroplami drobnymi lub średnimi, to jednak rozpylacze eżektorowe umożliwiają wykonanie zabiegu w mniej korzystnych warunkach (np. silniejszy wiatr, niska wilgotność powietrza, wyższa temperatura) [72]. Użycie rozpylaczy eżektorowych, umożliwia

14 Desykacja, wysychanie, utrata wody na skutek parowania naturalnego w suchym powietrzu lub pod wpływem działania chemicznych związków odwadniających (desykantów); stosowana m.in. jako zabieg agrotechniczny na plantacjach roślin pastewnych, nasiennych lub przemysłowych przed zbiorem roślin;

powoduje zasychanie liści, co umożliwia szybszy zbiór i przetwarzanie roślin, np. rzepaku, kukurydzy. [86]

STANDARDOWE

PŁASKOSTRUMIENIOWE

ANTYZNOSZENIOWE EŻEKTOROWE

Wykonane z jednego elementu tzw. dyszy zasadniczej, niektórzy producenci proponują jeszcze wkładkę

ceramiczną lub stalową

Wykonane z dwóch elementów tzw. dyszy zasadniczej oraz kryzy

Wykonane z kilku elementów tzw. dyszy zasadniczej, kryzy, wkładki, niektórzy producenci proponują jeszcze wkładkę

ceramiczną lub stalową

terminowe wykonanie zabiegu ochrony roślin i mimo ich potencjalnie niższej skuteczności, może zapobiec stratom wynikłym z opóźnienia. Urządzenia te są polecane do zabiegów herbicydowych doglebowych, insektycydów i fungicydów o działaniu układowym, stosowania regulatorów wzrostu i nawozów płynnych.

Przegląd rozpylaczy standardowych, antyznoszeniowych i eżektorowych przedstawiają kolejno rys. 1.15-1.17.

Rys. 1.15. Przykładowe dysze rozpylaczy a — rozpylacze wirowe o pustym stożku, b — rozpylacze płaskostrumieniowe eżektorowe, c — rozpylacze płaskostrumieniowe uniwersalne, d — rozpylacze eżektorowe kompaktowe, e — rozpylacze płaskostrumieniowe szerokokątne, f — rozpylacze płaskostrumieniowe eżektorowe dla upraw sadowniczych 90°, g — rozpylacze dwustrumieniowe, h — rozpylacze wielootworowe do nawozów płynnych [29]

Niezależnie od opisanego wyżej podziału, na rynku polskim występują jeszcze rozpylacze uniwersalne. Pracują one w szerszym zakresie ciśnienia roboczego (korzystniej jest jednak stosować zakres od 0,1 od 0,15 MPa) i z dokładniejszym równomiernym pokryciem powierzchni, przy sile wiatru ograniczonej do 3 m/s, i wilgotności powietrza przynajmniej 50%. W czasie pracy przy zastosowaniu niższych ciśnień otrzymuje się dużą jednorodność kropel i niewielką zawartość bardzo drobnych kropel w rozpylanej cieczy.

Na rysunku 1.16 (przypominającym tabelę) pod drukowanymi literami

oznaczającymi typy rozpylaczy, rozrysowano geometrię strumienia cieczy jaką dany

rozpylacz wytwarza.

Rys 1.16. Geometria strumienia cieczy [29]

Rys. 1.17. Przegląd rozpylaczy opryskiwaczy polowych A - do opryskiwania płaskiego,

B - do opryskiwania rzędowego (pasowego), C - do opryskiwania sadowniczego, D - do płynnego

nawożenia; 1 - szkic opryskiwania płaskiego, 2 - rozpylacz płaskostrumieniowy XR TeeJet,

3 - rozpylacz płaskostrumieniowy DS TeeJet, 4 - rozpylacz płaskostrumieniowy podwójny Twin

Jet, 5 - szkic opryskiwania rzędowego, 6 - rozpylacz płaskostrumieniowy pasmowy Twin Jet,

7 - rozpylacz płaskostrumieniowy podwójny pasmowy Twin Jet, 8 - rozpylacz płaskostrumieniowy

jednostronny, 9 - szkic oprysku sadowniczego, 10 - rozpylacz wirowy dwuczęściowy (płytka

i zawirowywacz) sadowniczy TeeJet, 11 - rozpylacz wirowy jednoczęściowy (zawirowywacz)

sadowniczy TeeJet, Cone Jet, 12 - rozpylacz płaskostrumieniowy jednostronny sadowniczy TeeJet,

13 - opryskiwanie RSM (roztwór saletrzano mocznikowy), 14 - rozpylacz 8 otworkowy Quick

TeeJet, 15 - rozpylacz płaskostrumieniowy TeeJet, 16 - węże rozlewowe TeeJet z płytką dozującą

[94]

Ostatni podział jaki prezentowano (tabela 1.4) zawiera dobór rozpylaczy z danej grupy do wykonania zabiegów agrotechnicznych.

Tabela 1.4. Rozpylacze rolnicze – rodzaje i przeznaczenie

Polowe Sadownicze Specjalne

Strumieniowe

- standardowe o strumieniu płaskim - o podwójnym strumieniu płaskim - standardowe o podwójnym strumieniu płaskim z zabezpieczeniem przed znoszeniem - płaskostrumieniowe o rozszerzonym

zakresie ciśnienia - z podwójnym wylotem

- o szerszym strumieniu płaskim - szczelinowe

- o strumieniu płaskim - o strumieniu płaskim z zabezpieczeniem przed znoszeniem

- do płynnego nawożenia - dysze do nawożenia - o strumieniu skupionym - antyznoszeniowe - asymetryczne - szerokokątowe uderzeniowe

Eżektorowe

- o szerokim strumieniu płaskim 110°

- o strumieniu płaskim z rdzeniem ze stali nierdzewnej

- o wyrównanym strumieniu płaskim - o asymetrycznym strumieniu płaskim - dwustrumieniowe

- płaskostrumieniowe - z krążkami

ceramicznymi

- antyznoszeniowy - asymetryczne - szerokokątowe uderzeniowe

Wirowe

- o pustym strumieniu stożkowym z kodem VisiFlo

- o pełnym stożkowym szerszym strumieniu

- eżektorowe - o pustym strumieniu stożkowym

- o pełnym stożku

Rolnicy zwracają szczególnie uwagę na rodzaj chronionej rośliny i konstrukcję

rozpylaczy zgodną z przeznaczeniem. Interesuje ich między innymi: środek ochrony roślin

wraz z dawkowaniem cieczy opryskowej, kod oraz kolor rozpylacza, kategoria rozmiaru

kropli jaką uzyskają dobierając różne ciśnienie robocze i dozwolona prędkość jazdy w

czasie zabiegu. Te informacje można uzyskać z diagramu (rys. 1.18) i dobrać odpowiedni

rozpylacz dla potrzeb.

Rys. 1.18. Diagram doboru rozpylaczy [30]

1.3.2.2. Sposób działania i parametry rozpylaczy

Rozpylacz rozdziela strumień cieczy na krople. Jest przyrządem do rozpylania cieczy i zawiesin [100]. O jakości rozpylaczy decydują: stopień rozpylenia, jednorodność rozpylenia cieczy, całkowita liczba kropel, średnia i maksymalna średnica kropel. Stopień rozpylania dotyczy średniej średnicy kropel (większy stopień rozpylania oznacza mniejszą średnią średnicę kropel; jednorodność rozpylenia oznacza rozrzut średnic kropel) [67].

Krzywa rozkładu ilościowego jest krzywą częstości lub gęstości prawdopodobieństwa udziału ilościowego kropel [68]. Można ją wyznaczyć znając liczebność kropel oraz udział ilościowy kropel w przedziale (rys. 1.19).

Liczebność zbioru kropel definiuje całkowitą liczbę kropel oznaczoną literą N (wzór 1.1, w którym m oznacza liczbę przedziałów średnic):







i

n

N

1

(1.1) Udział ilościowy kropel, który w danym przedziale wyraża liczbę kropel  n

, odniesioną do całkowitej liczebności kropel N w rozpatrywanym zbiorze, przedstawia wzór 1.2:

N n

 n



 (1.2)