Efekty agrotechniczne, środowiskowe i ekonomiczne w stosowaniu uproszczeń w uprawie roli

13-09-2012

dr inż. Andrzej Biskupski

dr inż. Stanisław Włodek

dr inż. Tomasz R. Sekutowski

Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, Państwowy Instytut Badawczy w Puławach

Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu

Rozwojowi produkcji roślinnej w rolnictwie towarzyszy wzrost nakładów energetycznych.Obniżenie nakładów i podniesienie wydajności można uzyskać poprzez spłycenie uprawy, agregatownie narzędzi lub zrezygnowanie z uprawy płużnej na rzecz kultywatora do spulchniania warstwowego, glebogryzarki, brony wirnikowej lub też siewu bezpośredniego.

Przyjmuje się, że w strukturze nakładów energetycznych uprawa roli, a zwłaszcza orka pochłania od 20 do 40% całkowitych nakładów na produkcję roślinną oraz od 15 do 50% zużytego paliwa. Z badań przeprowadzonych w IUNG-PIB w Puławach wynika, że zużycie paliwa na wykonanie orki płytkiej jest o 43% niższe niż przy orce głębokiej. Każde pogłębianie uprawy o 1 cm powoduje dodatkowe zużycie paliwa w granicach od 0,48 do 0,55 dcm3/ha. Należy również zaznaczyć, że odmienne sposoby uprawy wymagają różnej ilości (od 5 do 15) przejazdów po polu narzędziami, maszynami, a także ciągnikami, które powodują ugniatanie powierzchni uprawianej nawet do 200%. Wszystkie te czynniki wpływają na konieczność poszukiwania oszczędności w uprawie roli, polegającej na zmniejszaniu głębokości orki lub całkowitej z niej rezygnacji.

Stosowanie uproszczeń uprawy roli, w tym uprawy powierzchniowej lub siewu bezpośredniego, powoduje, w porównaniu do uprawy tradycyjnej, wzrost wydajności pracy i zmniejszenie zużycia paliwa, co w końcowym efekcie wyraża się oszczędnościami energii w granicach 60-70%.

Rozróżnia się trzy główne metody uprawy gleby. Pierwsza z nich to metoda konwencjonalna (tradycyjna) z użyciem pługa, która jest jeszcze praktykowana w Europie Środkowej w około 85% (wykres 1). Druga to metoda uproszczona o ograniczonej liczbie zabiegów, wykonywana maszynami uprawowymi, zestawami uprawowymi i uprawowo-siewnymi. Jest ona praktykowana w około 15%. Trzecia metoda to tzw. uprawa zerowa, polegająca na przygotowaniu pola pod zasiew wyłącznie przez zastosowanie herbicydów na ściernisko i wykonanie siewu specjalnym siewnikiem tzw. siewu bezpośredniego. Uprawa ta jest jeszcze mało rozpowszechniona, obejmuje około 1% powierzchni gruntów ornych.

Wykres 1. Powierzchnia stosowanych upraw w Europie Środkowej (G. Viselga, J.R. Kamiński).

Wykres 2. Ekonomiczna i ekologiczna ocena różnych systemów uprawy roli (L. Zimny).

Tabela 1. Energochłonność różnych zabiegów uprawowych (Z. Gonet, T. Zaorski).

W tabeli 1 przedstawiono dane dotyczące energochłonności orek i zabiegów przygotowujących rolę do siewu według badań wykonanych w IUNG-PIB. Dane te, ze względu na małą liczbę pomiarów, nie pozwalają na znalezienie związku pomiędzy energochłonnością wymienionych zabiegów a składem mechanicznym gleby, jej wilgotnością, stanem agrotechnicznym pola itp. Mogą być one zatem traktowane jedynie jako orientacyjne i porównawcze.

Energochłonność procesów uprawy roli musi być zawsze rozpatrywana łącznie z efektami produkcyjnymi. Energooszczędna uprawa, która nie zabezpiecza wymagań rośliny uprawnej i doprowadza do spadku plonu, nie powinna być stosowana. Teoretycznie można się jednak zgodzić z obniżeniem plonu, jeżeli wielkość tej obniżki, wyrażona w jednostkach energetycznych, jest mniejsza od oszczędności energii uzyskanej na skutek uproszczenia uprawy.

Konwencjonalna (tradycyjna) metoda uprawy jest metodą uprawy gleby i siewu, której podstawowym narzędziem jest pług. Rolnicy wiedzą, że wymaga ona zaangażowania większej ilości energii, dłuższego czasu i wymaga większych nakładów niż obie pozostałe metody.

Konwencjonalna metoda z użyciem pługa cieszy się wciąż dużą popularnością wśród rolników, ponieważ mają oni pewność uzyskania oczekiwanego plonu, zaorania wszelkich resztek pożniwnych, zapewnienia bezawaryjnej pracy maszyn uprawowych i siewnych, zaorania chwastów i osypanego ziarna zbóż, długotrwałego działania spulchniającego i usunięcia głębokich kolein. Zalety tej uprawy powodują wprowadzanie nowych rozwiązań przez producentów maszyn rolniczych, mimo wysokich kosztów innowacji.

W metodach konwencjonalnych szczególne znaczenie ma przygotowanie gleby do siewu. Na glebach piaszczystych najekonomiczniejszym rozwiązaniem są narzędzia agregowane, pozwalające uzyskać w jednym przejeździe żądaną jakość uprawy. Wystarczają do tego zestawy kultywatorów i bron. Często urządzenia te można połączyć z pługiem. Użycie narzędzi napędzanych z WOM ciągnika, przeznaczonych do uprawy gleby po orce, może być opłacalne na cięższych glebach. Nadają się do tego zwłaszcza brony wirnikowe, ponieważ oprócz dobrego efektu wytwarzania struktury gruzełkowej zapewniają one również właściwe wyrównanie pola. Brony wirnikowe stosuje się najczęściej w zestawach uprawowych z siewnikiem pneumatycznym.

Tabela 2. Zalety i wady orki (L. Zimny, 2002).

Uproszczona metoda uprawy gleby zajmuje pozycję pośrednią, jeśli chodzi o intensywność, między konwencjonalną metodą realizowaną przy użyciu pługa i siewem bezpośrednim. Wskutek tego resztki pożniwne pozostają na powierzchni gleby lub w jej pobliżu, dzięki czemu gleba chroniona jest przed erozją. Głównym urządzeniem do uprawy gleby tą metodą jest kultywator o sztywnych łapach.

Celem uprawy uproszczonej jest między innymi pozostawienie po zbiorach resztek pożniwnych na powierzchni i w warstwie powierzchniowej gleby, co zwiększa przyswajalność składników pokarmowych i produktywność gleby oraz ogranicza koszty produkcji. Uprawa uproszczona pozwala rolnikom przygotować do siewu pola pozbawione chwastów o wiele mniejszym nakładem finansowym niż w uprawie tradycyjnej (mniejsze zużycie energii oraz skrócenie czasu pracy na wykonanie uprawy roli). Uprawa uproszczona pomaga zwiększyć produktywność gleby (uzyskanie większych plonów). Stosowanie tej uprawy przez dłuższy okres czasu pomaga poprawić strukturę gleby, zwiększa jej pojemność wodną, ułatwia rozwój korzeni. Podnosi to produktywność gleby i czyni ją łatwiejszą w uprawie. Uprawa uproszczona powoduje wzrost zawartości węgla organicznego w glebie. Substancja organiczna odgrywa ważną rolę w budowie gleby uprawnej, zwiększa zdolności zatrzymywania wody i składników pokarmowych. Pozostawione na powierzchni gleby resztki pożniwne zwiększają zawartość substancji organicznej, zmniejszają siłę uderzenia kropel deszczu o powierzchnię gleby, co wpływa na zmniejszenie erozji wodnej. Spowalniają odpływ wody i ograniczają spływ powierzchniowy gleby, a także zacieniają powierzchnię gleby, przez co zmniejszają się straty wody w wyniku parowania.

Uprawa zerowa (bezuprawowa, siew w glebę nieuprawioną) uważana jest przez niektórych naukowców za jedną z alternatyw uproszczenia technologii uprawy roli i wykonania siewu bezpośredniego.

Do zalet tej technologii zaliczyć należy:

• zapobieganie erozji wodnej i wietrznej gleby,

• ograniczenie strat wody w glebie,

• umożliwienie szybkiego i terminowego siewu,

• małe zapotrzebowanie na energię i robociznę,

• większa zawartość humusów,

• poprawę struktury i życia biologicznego gleby.

Ograniczeniami uprawy zerowej są:

• groźby nasilenia chorób, szkodników i zachwaszczenia plantacji,

• zwiększone zawartości substancji organicznej w górnych warstwach profilu glebowego,

• konieczność stosowania większych dawek azotu (ok. 25%),

• powolniejsze ogrzewanie się gleby wiosną,

• niezbyt korzystne oddziaływanie słomy i resztek pożniwnych na kiełkowanie i wzrost roślin następczych.

Dlatego oczekuje się tylko pewnego wzrostu powierzchni uprawianych metodą siewu bezpośredniego z okolo 1% do maksymalnie 5% w roku 2015.

Ocena ekonomiczna stosowania siewu bezpośredniego

Każda nowa technologia uprawy roślin budzi wątpliwości dotyczące między innymi opłacalności jej stosowania. Wyniki ekonomiczne stosowania siewu bezpośredniego w stosunku do uprawy tradycyjnej są podobnie rozbieżne, jak wyniki w plonowaniu roślin, gdyż są one uzależnione od wysokości plonów. Przy siewie bezpośrednim należy się liczyć z większymi nakładami na herbicydy, nawozy oraz nasiona, natomiast przy uprawie tradycyjnej na robociznę, energię i maszyny. Notowano zarówno dodatni efekt ekonomiczny stosowania siewu bez uprawy roli, jak i ujemny.

Pełnego obrazu stosowania ograniczeń w uprawie roli nie można uzyskać szybko, lecz po wielu latach prowadzenia doświadczeń w różnych warunkach glebowo-klimatycznych i ekonomicznych oraz z uwzględnieniem trudno wymiernych korzyści ekologicznych.

Kiedy stosować uproszczenia w uprawie roli?

Upraszczanie uprawy roli jest możliwe dla większości roślin polowych. Głównie dotyczy to jednak zbóż, które najlepiej znoszą wszelkie uproszczenia i można je stosować przez kilka lat. Już w latach 70. ubiegłego wieku ustalono, że po mechanicznym zbiorze ziemniaków stan gleby jest podobny jak po orce. Można więc ograniczyć przedsiewną uprawę roli pod zboża ozime do płytkiego spulchnienia i wyrównania powierzchni pola. Spełniamy w ten sposób warunek terminowego siewu w prawidłowo przygotowaną glebę.

Zbiór zbóż kombajnem stworzył problem, którego rozwiązanie często sprowadza się do uproszczenia uprawy. Pozostająca na polu wysoka ścierń, dochodząca nierzadko do wysokości 30 cm, uniemożliwia prawidłowe wykonanie uprawy pożniwnej pługiem podorywkowym. Okazuje się, że w takim przypadku można zrezygnować z podorywki, zastępując ją kultywatorowaniem albo talerzowaniem. Innym rozwiązaniem stosowanym przez niektórych rolników jest odwrócenie kolejności zabiegów. Wtedy po żniwach wykonuje się orkę średnią na głębokość 15 cm, a przed siewem płytko spulchnia glebę na głębokość 8 cm, np. za pomocą brony talerzowej.

Rozwinięciem tego sposobu uproszczenia uprawy roli jest zastąpienie pługa w uprawie pożniwnej, przedsiewnej i przedzimowej kultywatorem o sztywnych łapach. Narzędzia te działają na podobną głębokość jak pługi, jednak nie odwracają warstwy gleby, lecz ją podcinają i kruszą. Dzięki temu stawiają mniejszy opór niż pługi, są bardziej wydajne, a ich użycie wymaga mniejszych nakładów energii.

Kolejnym przykładem możliwości zastosowania uproszczeń w uprawie zbóż, zwłaszcza w gospodarstwach dysponujących ciągnikiem o mocy od 80 do 100 kW, jest ograniczenie uprawy przedsiewnej do jednego przejazdu roboczego. Można w tym przypadku wykorzystać bierny agregat uprawowy złożony z kultywatora, wału strunowego, siewnika i brony zgrzebło lub agregat oparty na narzędziach aktywnych: glebogryzarce, względnie bronie wirnikowej i siewniku.

W miarę upraszczania uprawy roli obserwuje się też wzrost zachwaszczenia. Jest on najbardziej widoczny przy systematycznym, wieloletnim wykonywaniu siewu bezpośredniego. Należy się wtedy liczyć z koniecznością zwiększenia nakładów na walkę z chwastami oraz nawożenia. Może bowiem dojść do sytuacji, w której obniżki plonu spowodowane zastosowaniem uproszczeń zrównają się lub przewyższą wartością zaoszczędzone paliwo i robociznę. Ponadto należy pamiętać, że ich stosowanie jest najbardziej efektywne na glebach w dobrej kulturze i o uregulowanym pH. Wymagana jest też wysoka zasobność gleby w składniki pokarmowe i znikome zachwaszczenie – zwłaszcza uciążliwymi chwastami.

Jako względnie bezpieczne na wszystkich typach gleb można polecać przemienne stosowanie w zmianowaniu uproszczeń i pełnej uprawy. Wtedy bowiem ryzyko obniżek plonów jest najmniejsze.

W tabelach poniżej przedstawiono wyniki badań IUNG-PIB dotyczących stosowania różnych upraw i ich efektów.

Tabela 3. Wskaźniki eksploatacyjne uprawy roli (średnie z dwóch serii), (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Wyniki pomiarów czasochłonności i zużycia paliwa porównywanych sposobów uprawy roli przedstawia tabela 3.

We wszystkich latach, w obu seriach czasochłonność pracy stosowanych technologii uprawy roli kształtowała się podobnie. Najniższa była przy kultywatorowaniu na głębokość 15 cm (0,8 i 0,7 h/ha), najwyższa natomiast przy orce na 25 cm (1,4 i 1,1 h/ha). Zużycie paliwa malejące wraz ze spłycaniem głębokości uprawy było także najwyższe w przypadku orki, znacznie niższe przy kultywatorowaniu. Zapotrzebowanie paliwa na wykonanie orki wynosiło od 22 do 24 ,1 l/ha. Przy kultywatorowaniu, w zależności od głębokości pracy narzędzi i rodzaju uprawy, od 9,6 l/ha (uprawa przedsiewna na głębokość 15 cm) do 19,4 l/ha (uprawa przedzimowa na głębokość 25 cm).

W kolejnym doświadczeniu porównywano cztery systemy uprawy roli (tab. 4). Pierwszą rośliną w zmianowaniu była kukurydza, następnie pszenica ozima, rzepak jary i pszenica ozima. Kukurydza była siana w roślinę osłonową, którą była gorczyca biała uprawiana jako poplon. W wariancie z uprawą zerową obornik zastąpiono równoważną dawką nawozów mineralnych.

Tabela 4. Schemat doświadczenia, (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Tabela 5. Plonowanie roślin w różnych systemach uprawy roli i siewu, (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Porównywane sposoby uprawy roli i siewu spowodowały istotne zróżnicowanie plonów roślin (tab. 5). Siew bezpośredni przyczynił się do zmniejszenia plonowania badanych roślin. Obniżki były wyraźne i wahały się w granicach 30-60%. Uprawa zerowa spowodowała największą obniżkę plonów. Obniżenie plonów na obiektach z siewem bezpośrednim mogło być spowodowane gorszą gospodarką wodną gleby nieuprawianej.

Tabela 6. Zużycie paliwa przy różnych systemach uprawy roli i siewu (dm³/ha), (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Tabela 7. Pracochłonność różnych systemów uprawy roli i siewu (rbh/ha), (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Zróżnicowanie uprawy roli wpłynęło wyraźnie na zużycie paliwa i pracochłonność w zmianowaniu (tabele 6 i 7). Największym zapotrzebowaniem na paliwo charakteryzowała się uprawa typowa (101,5 dcm³/ha). Nieco mniejszym uprawa pogłębiona, gdzie zamiast orki użyto kultywatorów o sztywnych łapach. Jedynie w pierwszym roku na uprawę pogłębioną zużyto więcej paliwa niż na typową, ponieważ oprócz głęboszowania wykonano orkę przykrywającą obornik. Na uprawę przemienną i zerową zużyto niemal trzykrotnie mniej paliwa w porównaniu do uprawy typowej.

Podobnie kształtowała się pracochłonność. Nakłady pracy liczone w roboczogodzinach na hektar były największe po zastosowaniu tradycyjnej uprawy płużnej i wynosiły 7,02 rbh/ha w całej rotacji. Nieco mniejszych nakładów pracy wymagała uprawa pogłębiona. Najmniejszą pracochłonnością (2,99 rbh/ha) charakteryzował się siew bezpośredni.

Tabela 8. Obniżka zużycia paliwa, pracochłonności i plonowania roślin (%) w stosunku do uprawy typowej, (IUNG-PIB Jelcz-Laskowice).

Porównując z systemem tradycyjnym, pozostałe warianty uprawy na glebach lekkich pod kątem ekonomicznym, należy stwierdzić, że wartość oszczędności w tych uprawach była kilka do kilkunastokrotnie niższa od strat poniesionych w plonach (tab. 8).