Improwing soil treatment technology and mineral fertilization Scientific

Improwing soil treatment technology and mineral fertilization Scientific

Inżynieria w Rolnictwie. Monografie nr 6
IMPROWING SOIL TREATMENT TECHNOLOGY AND MINERAL FERTILIZATION
Scientific Editor: Prof. Edmund Kamiński
DOSKONALENIE ZABIEGÓW TECHNOLOGICZNYCH W UPRAWIE GLEBY I
NAWOŻENIU MINERALNYM
Redakcja naukowa: Prof. Edmund Kamiński
Spis treści
Preface ........................................................................................................................... 5
Przedmowa .................................................................................................................... 6
Chapter 1
Agricultural tractors in technologies of plant growing treatments ................................... 7
(Ciągniki rolnicze w zabiegach technologicznych w polowej uprawie roślin)
Jan R. Kamiński
Chapter 2
The influence of technical and exploitation parameters of a fertilizer spreader on
the quality of the distributed fertilizer ............................................................................ 57
(Wpływ parametrów eksploatacyjnych rozsiewacza tarczowego na jakość rozsiewanego nawozu)
Czesław Waszkiewicz, Paweł Kacprzak, Edmund Kamiński
Chapter 3
Expenditures on mineral fertilizer application and arable land loading by fertilizer
application aggregates ................................................................................................. 81
(Nakłady na rozsiew nawozów mineralnych i obciążenie pola agregatami nawozowymi)
Wiesław Golka, Edmund Kamiński, Katarzyna Piszczatowska
Chapter 4
Methods of reducing soil compaction by vehicles and machinery used in agricultural farms .................................................................................................................. 105
(Sposoby zmniejszenia ugniatania gleby kołami pojazdów rolniczych w gospodarstwach farmerskich)
Jerzy Buliński, Tomasz Marczuk, Jan Kamionka, Oleg Chigarev
Chapter 5
Influence of organic compounds, ground structure and water content in different
types of soils on field tillage conditions ...................................................................... 125
(Wpływ składników organicznych, struktury podłoża i zawartości wody w różnych
typach (rodzajach) gleby na warunki uprawy polowej)
Jan Barwicki, Aleksander Szeptycki
Summary .................................................................................................................. 147
Podsumowanie........................................................................................................... 150
SUMMARY
This monograph presents the results of research on improving the selected
treatment technology of crop cultivation. The study was carried out in a view to
improving technological processes, reducing material and energy inputs,
meeting environmental requirements in crop production, as well. Technological
quality of treatment depends on many factors including: used tractors together
with their standard and additional equipment, used agricultural machinery and
tools, physical properties of soil, chemical and physical-mechanical properties of
mineral fertilizers, soil and climate conditions, the configuration of the land. A
wide range of the offered agricultural tractors in terms of their engine power, the
type of chassis and drive wheels, the manner of power transmission to the
wheels, PTO and working units, the parameters of electrical, hydraulic, pneumatic suspension systems, coupling systems, etc., forces you to carefully selection of agricultural machinery ensuring optimal use of the unit. An important
part of the unit is to meet the current standards for tractor exhaust pollution by
nitrogen oxides and solid particles of soot. The results of tests of smoke opacity
in diesel engines installed in Polish tractors, that have been included in the
monograph, showed wide variation of the level of opacity. This level was mainly
dependent on engine rotational speed and power input, as well as on the
number of engine working hours, and on the control parameter of fuel injection
angle. Wide scope of tests concerning reduction of engine exhaust pollution has
been carried out all over the World. They include improvement of both – the
construction of tractors engines and properties of fuel applied in tractors engines. The modern hydraulic systems characterized by high pressure and oil
flow rate, installed on farm tractors, enable application of hydraulic engines
mounted directly on the driven working units. Hydraulic drive significantly reduces the overall weight of the machine in comparison with the mechanical
drive. The impact of agricultural tractor wheels on the ground mainly concerns
the pressure cousing soil compaction in wheel trace and the wheel slippage
causing lums crushing and soil dispersion. Both these phenomena should be
limited to a minimum.
Currently in mineral fertilization measures there are mainly applied single-and
multi-granular fertilizers. For handling purpose fertilizers are packed in plastic
bags of capacity 30–50 kg, or in flexible containers of capacity 500 to 5000 kg.
Fertilizers which do not subject to lumping may be transported in bulk. The
process of fertilizer granulation is very complex and it generates high costs. It is
therefore necessary to ensure that in the process of storage, transport, handling
and dissemination, especially of the hygroscopic nitrogen fertilizers, there was
no destruction of the granules. Detailed analysis has been carried out as regards
the process of granules damaging during application of fertilizers by disc
spreaders. It has been evaluated the impact of geometrical, kinetic and exploitation parameters of a disc spreading unit on the degree of granules damage.
This degree is defined by the share of dusting fraction in the distributed fertilizer.
The fraction of dusty fertilizer significantly affects the working width of the machine and unevenness of lateral spread.
Currently used disc fertilizer spreaders have working width of up to 24 m. Machines are built as a mounted, trailed, self-propelled and vehicle tools. Because
of the short agro-technical fertilization period the machines should be rationally
used. Only trailed and vehicle machines can be used, after suitable adaptation,
to other treatments, such as bulk transport, road sanding, etc. That is why the
proper organization of fertilization measure ensuring optimum utilization of
fertilizer spreaders is very important. The study and analysis of the impact of
fertilizer spreader capacity on basic operational and economic indicators and on
soil compaction allowed formulate the recommendations for use.
Capacity of a fertilizer spreader should provide a minimum of two passages of
the aggregate over the field. It should be taken into account: a working width of
the machine, the dose of fertilizer per hectare and the length of the field. In order
to limit soil compaction the fertilizer spreader loading operation should be carried
out on the edge of the field. Because of the large working width of the machines
it is necessary to use tramlines or satellite navigation. Particular attention should
be paid to the stability and maneuverability of tractors cooperating with large
capacity mounted spreaders. Large capacity trailed spreaders used for fertilizing
and liming of soils with lime fertilizers should be loaded only to the capacity
allowed by their construction characteristics. Volume weight of mineral fertilizers
–3
and agricultural lime is comprised within a large range of 0.6 to 3.0 t∙m . So it is
easy to overload the machine support structure and to bring to its failure. When
top-dressing, especially when low doses of fertilizer per hectare are used, the
light tractors and mounted spreaders of low capacity are recommended.
There are a lot of methods of reducing soil compactions by wheels of agricultural
tractors and machinery. The basic ones are: reduction of tire pressure and the
axial thrust as well. Reduction of tire pressure leads to faster wear of tires, due to
the bending of the tire body, especially when driving on rough roads. Reducing
of the axial thrust is possible by reducing loading capacity, which is especially
recommended under high soil moisture conditions and machines working on the
slopes. Size of tires significantly impact both – degree of soil compaction and
rolling resistance of tractors and machinery. So it is recommended the use of
large-diameter tires and tandem wheels system. Reduction of the degree of soil
compaction can also be achieved by increasing the working width, for example
by reducing the aggregate speed and keeping its working capacity at similar
level, at the same time. This objective can be also achieved through the use of
single-function tools and machines, as well as by combination of simple treatments into multi-function measures.
Field cultivation of plants is highly influenced by: soil moisture, surface structure,
the share of organic constituents. There has been described in details the
structure of the soil, there has been also given the quantitative content of solid,
liquid and gas phases together with their impact on soil fertility. Approximate soil
composition, is as follows: 45 % the minerals, 25 % water, 25 % air, 5 % organic
materials including 90 % of humus.
Humus produced from the organic matter is of a particular importance for the
fertility of the soil. Humus favors the formation of lumpy soil structure, creating
beneficial water relations and air conditions in a layer of arable soil. Humus
compounds can store several times more nutrients than the mineral part of the
soil, they can keep several times more water (in the form available to plants)
than they weigh. Humus improves the buffer capacity of the soil stabilizing its pH
level. Soil nutrient resources depending on the content of easy available forms of
nitrogen, phosphorus, potassium and magnesium with regard to soil pH are a
very important element. In addition to these macro-elements very essential for
soil fertility are carbon and sulfur as well as the trace elements as: boron, copper, manganese, molybdenum, and others. The majority of Polish soil is classified as light soils, of low fertility, requiring intensive organic and mineral fertilization. It is also advisable to use other methods of fertilization, such as chemical,
biological and physical ones.
Soil cultivation and mineral fertilizer application treatments, realized in the
technology of crop production, are still the energy-intensive, labor-intensive,
costly, and environment affecting operations. Special protection should cover
soil, surface water and groundwater, and atmospheric air as well. Therefore,
research in this area is useful, and the developed recommendations have high
practical value.
PODSUMOWANIE
W monografii zamieszczono wyniki badań prowadzonych nad doskonaleniem
wybranych zabiegów technologicznych uprawy polowej roślin. Badania prowadzono z punktu widzenia poprawy przebiegu procesów technologicznych,
ograniczenia nakładów materiałowych i energetycznych, spełnienia wymagań
ekologicznych w polowej produkcji roślinnej. Na jakość wykonywanych zabiegów technologicznych wpływ ma wiele czynników do których należą: użyte
ciągniki i ich wyposażenie standardowe i dodatkowe, użyte maszyny i narzędzia
rolnicze, właściwości fizyczne gleby, właściwości chemiczne i fizyko-mechaniczne nawozów mineralnych, warunki glebowo-klimatyczne, konfiguracja terenu. Szeroki asortyment oferowanych rolnictwu ciągników rolniczych
pod względem mocy instalowanych silników, rodzaju podwozia i napędu kół,
sposobu przekazania mocy na koła, wałek odbioru mocy i zespoły robocze,
parametrów układów elektrycznych, hydraulicznych, pneumatycznych, układów
zawieszenia, układów zaczepowych, itp., zmusza użytkownika do starannego
doboru maszyny rolniczej zapewniającego optymalne wykorzystanie całego
agregatu. Ważnym elementem pracy agregatu jest spełnienie przez ciągnik
obowiązujących norm dotyczących zanieczyszczenia spalin tlenkami azotu i
cząstkami stałymi sadzy. Zamieszczone w monografii wyniki badań zadymienia
spalin silników wysokoprężnych instalowanych w polskich ciągnikach wykazały
duże zróżnicowanie w stopniu zadymienia, przede wszystkim było ono zależne
od obrotów silnika i odbieranej mocy, a także liczby przepracowanych motogodzin i parametru regulacyjnego kąta wtrysku paliwa. Nad ograniczeniem
zanieczyszczenia spalin silników ciągnikowych prowadzone są na świecie
szerokie badania doskonalące konstrukcję silników ciągnikowych, jak również
poprawiające właściwości paliw ciągnikowych. Nowoczesne układy hydrauliczne, o wysokim ciśnieniu i wydatku oleju, instalowane na ciągnikach rolniczych, umożliwiają stosowanie silników hydraulicznych bezpośrednio na napędzanych zespołach roboczych, co ogranicza znacznie masę ogólną maszyny
w porównaniu z napędem mechanicznym. Oddziaływanie kół ciągników rolniczych na glebę związane jest głównie z naciskami powodującymi ugniecenie
gleby w śladzie kół oraz poślizgami powodującymi rozgniatanie bryłek i rozpylenie gleby. Oba te zjawiska powinny być ograniczane do niezbędnego minimum.
Obecnie w nawożeniu mineralnym wykorzystywane są głównie nawozy granulowane jedno i wieloskładnikowe. W dystrybucji nawozów stosowane są worki
foliowe 30 i 50 kg, kontenery elastyczne 500 do 5000 kg, nawozy nie zbrylające
się również luzem. Proces granulacji nawozów jest złożony i ponoszone są na
ten zabieg wysokie koszty. Należy więc zadbać aby w procesie składowania,
transportu, przeładunków i rozsiewu, zwłaszcza higroskopijnych nawozów
azotowych, nie występowało niszczenie granul. Szczegółowej analizie poddano
uszkadzanie granul w procesie wysiewu nawozów rozsiewaczami tarczowymi.
Przebadano wpływ parametrów geometrycznych, kinematycznych i eksploatacyjnych tarczowego zespołu rozsiewającego na stopień uszkodzenia granul,
który określany był udziałem frakcji pylistej w rozsianym nawozie. Frakcja pylista
nawozu wpływa istotnie na szerokość roboczą maszyny i nierównomierność
poprzeczną rozsiewu.
Stosowane obecnie tarczowe rozsiewacze nawozowe charakteryzują się szerokościami roboczymi dochodzącymi do 24 m. Maszyny budowane są jako
zawieszane, przyczepiane, samojezdne i samochodowe. Z uwagi na krótki
okres agrotechniczny nawożenia mineralnego powinny one być racjonalnie
wykorzystane. Tylko maszyny przyczepiane i samochodowe mogą być wykorzystane, po odpowiedniej adaptacji, do innych zabiegów technologicznych,
takich jak: transport materiałów sypkich, posypywanie piaskiem dróg itp. Dlatego
więc bardzo ważna jest prawidłowa organizacja nawożenia umożliwiająca optymalne wykorzystanie rozsiewaczy. Przeprowadzone badania i analiza wpływu
ładowności rozsiewaczy nawozowych na podstawowe wskaźniki eksploatacyjno-ekonomiczne i ugniatanie gleby pozwoliły sformułować zalecenia eksploatacyjne. Ładowność rozsiewacza nawozowego powinna zapewniać minimum
dwa przejazdy agregatu po polu. Należy przy tym uwzględnić: szerokość ro-
boczą maszyny, dawkę nawozu na hektar i długość pola. Celem ograniczenia
ugniatania gleby załadunek nawozu do rozsiewacza powinien odbywać się na
skraju pola. Z uwagi na duże szerokości robocze maszyn konieczne jest stosowanie ścieżek przejazdowych lub nawigacji satelitarnej. Szczególna uwaga
powinna być zwrócona na stabilność i sterowność ciągników współpracujących
z rozsiewaczami zawieszanymi dużych ładowności. Rozsiewacze przyczepiane
dużej ładowności wykorzystywane do nawożenia i wapnowania gleb wapnem
nawozowym powinny posiadać możliwość załadunku tylko masy nawozu dopuszczalnej konstrukcyjnie. Ciężar objętościowy nawozów mineralnych i wapna
−3
rolniczego mieści się w dużym zakresie od 0,6 do 3,0 t∙m . Łatwo więc jest
przeciążyć konstrukcję nośną maszyny i doprowadzić do awarii. Przy nawożeniu
pogłównym szczególnie, gdy stosowane są małe dawki nawozu na hektar,
zalecane jest stosowanie lekkich ciągników i rozsiewaczy zawieszanych małych
ładowności.
Sposobów ograniczenia ugniatania gleby kołami ciągników i maszyn rolniczych
jest wiele. Do podstawowych należą obniżenie ciśnienia w ogumieniu i ograniczenie nacisków osiowych. Ograniczenie ciśnienia prowadzi do szybszego
zużycia się opon, na skutek przeginania osnowy opony, szczególnie podczas
jazdy po wyboistych drogach polnych. Ograniczenie nacisków osiowych jest
możliwe poprzez ograniczenie ładowności, szczególnie jest zalecane w warunkach wysokiej wilgotności gleby i maszyn pracujących na zboczach. Duży
wpływ na stopień ugniecenia gleby i opór przetaczania ciągników i maszyn ma
rozmiar ogumienia. Zalecane więc jest ogumienie dużej średnicy oraz układ kół
w systemie tandem. Ograniczenie stopnia ugniatania gleby można również
osiągnąć poprzez zwiększenie szerokości roboczej, na przykład kosztem
zmniejszenia prędkości jazdy, przy zachowaniu podobnej wydajności. Cel ten
można również osiągnąć poprzez zastosowanie zestawów narzędzi i maszyn
jednoczynnościowych oraz łączenie zabiegów prostych w zabiegi wieloczynnościowe.
Na warunki uprawy polowej roślin duży wpływ mają: wilgotność gleby, struktura
podłoża, udział składników organicznych. Szczegółowo omówiono strukturę
gleby, podano ilościową zawartość poszczególnych faz stałej, ciekłej i gazowej
oraz ich wpływ na żyzność gleby. Orientacyjny skład gleby to: 45 % części
mineralne, 25% woda, 25 % powietrze, 5 % substancje organiczne, w tym 90 %
humusu czyli próchnicy gruntowej. Szczególne znaczenie dla żyzności gleby ma
próchnica wytwarzana z części materii organicznej. Próchnica sprzyja tworzeniu
się struktury gruzełkowatej gleby, tworzeniu korzystnych stosunków wodnych i
powietrznych w warstwie uprawnej gleby. Związki próchniczne mogą zmagazynować kilkakrotnie więcej składników pokarmowych niż część mineralna
gleby, mogą zatrzymać kilkakrotnie więcej wody, w formie dostępnej dla roślin,
niż same ważą. Próchnica poprawia zdolności buforowe gleb, stabilizując ich
odczyn. Ważnym elementem jest zasobność gleby w składniki odżywcze, która
oceniana jest zawartością przyswajalnych form azotu, fosforu, potasu i magnezu
z uwzględnieniem odczynu gleby. Poza wymienionymi makroelementami, dla
żyzności gleby ważne są siarka i węgiel oraz mikroelementy: bor, miedź,
mangan, molibden, i inne. Przeważająca część polskich gleb zaliczana jest do
gleb lekkich, mało żyznych, wymagających intensywnego nawożenia organicznego i mineralnego. Wskazane jest również stosowanie innych metod
użyźniających, takich jak: chemicznej, biologicznej i fizycznej, prowadzących do
poprawy żyzności gleby.
Uprawa gleby i nawożenie mineralne w technologii polowej produkcji roślinnej
nadal są zabiegami energochłonnymi, pracochłonnymi, kosztownymi, wpływającymi na środowisko naturalne. Szczególnej ochronie powinna podlegać gleba,
wody powierzchniowe i gruntowe oraz powietrze atmosferyczne. Dlatego badania w tym zakresie są pożyteczne a opracowane zalecenia mają dużą wartość
praktyczną.