Precyzyjna aplikacja nawozów organicznych o konsystencji stałej
Type
Project
Date Issued
2021
Author
Discipline
mechanical engineering
Abstract (PL)
Celem projektu jest opracowanie rozwiązania pozwalającego na zastosowanie metody optycznej do określania zawartości makroskładników w nawozach organicznych o konsystencji stałej bezpośrednio podczas ich aplikacji na polu za pomocą rozrzutnika obornika. Umożliwi to zmianę podejścia do nawożenia organicznego nawozami stałymi, w którym obecnie określa się dawki nawozowe w tonach nawozu na ha, zamiast operowania kilogramami czystego składnika (N, P, K) na ha. Wynika to z faktu, że właściciele gospodarstw na ogół nie decydują się na przeprowadzenie badań zasobności obornika ze względu na wysokie koszty takich analiz (obecnie 187,48 zł za próbkę) oraz długi czas oczekiwania na wyniki.
Uzyskiwane w czasie rzeczywistym dane o zasobności nawozu pozwolą na zmianę koncepcji sterowania dawkowaniem stałych nawozów organicznych na precyzyjne utrzymanie zakładanych dawek nawozowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku nawożenia azotowego i konieczności nie przekraczania maksymalnych dawek azotu wynikających z dyrektywy azotanowej (91/676/EWG).
Jednocześnie wyposażenie rozrzutnika obornika w układ pomiarowy pozwalający na określenie zasobności nawozu w makroelementy umożliwi w dalszej kolejności wdrożenie technologii aplikacji zmiennej dawki nawozowej (VRT) podczas nawożenia organicznego. Będzie to kolejny krok w rozwoju tzw. rolnictwa precyzyjnego, którego rozwiązania są coraz częściej wdrażane w polskich gospodarstwach.
W pierwszym etapie dobrane zostały elementy układu pomiarowego oraz określony został sposób i miejsce montażu sond optycznych, gwarantujące pozyskanie widm spektralnych reprezentatywnych dla całego przekroju skrzyni ładunkowej. Pozyskane zostały próby nawozów o dużej zmienności zawartości makroelementów, przeprowadzona akwizycja widm i analizy laboratoryjne, których wyniki posłużą do budowy modeli kalibracyjnych. Prace w tym etapie dotyczyć więc będą podstawowych komponentów technologii oraz ich weryfikacji w warunkach laboratoryjnych.
W drugim etapie układ pomiarowy zostanie zainstalowany na rozrzutniku obornika wypożyczonym od przedsiębiorstwa zainteresowanego wdrożeniem systemu. Powstałe stanowisko pomiarowe posłuży do przeprowadzenia badań pracy układu w symulowanych warunkach zbliżonych do rzeczywistych, tj. podczas stacjonarnego rozładunku rozrzutnika z jednoczesną rejestracją wyników predykcji oraz poborem próbek w celu walidacji modeli kalibracyjnych.
Uzyskiwane w czasie rzeczywistym dane o zasobności nawozu pozwolą na zmianę koncepcji sterowania dawkowaniem stałych nawozów organicznych na precyzyjne utrzymanie zakładanych dawek nawozowych. Jest to szczególnie istotne w przypadku nawożenia azotowego i konieczności nie przekraczania maksymalnych dawek azotu wynikających z dyrektywy azotanowej (91/676/EWG).
Jednocześnie wyposażenie rozrzutnika obornika w układ pomiarowy pozwalający na określenie zasobności nawozu w makroelementy umożliwi w dalszej kolejności wdrożenie technologii aplikacji zmiennej dawki nawozowej (VRT) podczas nawożenia organicznego. Będzie to kolejny krok w rozwoju tzw. rolnictwa precyzyjnego, którego rozwiązania są coraz częściej wdrażane w polskich gospodarstwach.
W pierwszym etapie dobrane zostały elementy układu pomiarowego oraz określony został sposób i miejsce montażu sond optycznych, gwarantujące pozyskanie widm spektralnych reprezentatywnych dla całego przekroju skrzyni ładunkowej. Pozyskane zostały próby nawozów o dużej zmienności zawartości makroelementów, przeprowadzona akwizycja widm i analizy laboratoryjne, których wyniki posłużą do budowy modeli kalibracyjnych. Prace w tym etapie dotyczyć więc będą podstawowych komponentów technologii oraz ich weryfikacji w warunkach laboratoryjnych.
W drugim etapie układ pomiarowy zostanie zainstalowany na rozrzutniku obornika wypożyczonym od przedsiębiorstwa zainteresowanego wdrożeniem systemu. Powstałe stanowisko pomiarowe posłuży do przeprowadzenia badań pracy układu w symulowanych warunkach zbliżonych do rzeczywistych, tj. podczas stacjonarnego rozładunku rozrzutnika z jednoczesną rejestracją wyników predykcji oraz poborem próbek w celu walidacji modeli kalibracyjnych.
Abstract (EN)
The aim of the project is to develop a solution for using an optical method to determine the macronutrient content of solid organic fertilisers directly during their application in the field using a manure spreader. This will make it possible to change the approach to organic solid fertilisation, which currently determines fertiliser application rates in tonnes of fertiliser per hectare, rather than operating on kilograms of pure nutrients (N, P, K) per hectare. This is due to the fact that farm owners generally decide not to carry out manure abundance tests due to the high cost of such analyses (currently 187.48 PLN per sample) and the long time needed to wait for the results.
Real-time data on the abundance of fertiliser will allow the concept of controlling the application of solid organic fertilisers to be changed to precisely maintaining the planned fertiliser doses. This is particularly important in the case of nitrogen fertilisation and the need not to exceed the maximum nitrogen doses resulting from the Nitrates Directive (91/676/EEC).
At the same time, equipping the manure spreader with a measuring system to determine the abundance of macro-elements in the fertiliser will make it possible to implement the Variable Rate Technology (VRT) during organic fertilisation. This will be the next step in the development of the so-called precision farming, the solutions of which are increasingly being implemented on Polish farms.
In the first stage of the project, elements of the measuring system were selected and the method and place of mounting optical probes was determined, which would guarantee acquisition of spectral spectra representative for the entire cross-section of the cargo box. Fertilizer samples with high variability of macroelement content were obtained, spectra acquisition and laboratory analyses were carried out, the results of which will be used to build calibration models. The works in this stage will therefore concern basic components of the technology and their verification in laboratory conditions.
In the second stage, the measuring system will be installed on a manure spreader borrowed from a company interested in implementing the system. The created measuring station will be used to test the system in simulated conditions close to the real one, i.e. during stationary unloading of the spreader with simultaneous recording of prediction results and sampling for validation of calibration models.
Real-time data on the abundance of fertiliser will allow the concept of controlling the application of solid organic fertilisers to be changed to precisely maintaining the planned fertiliser doses. This is particularly important in the case of nitrogen fertilisation and the need not to exceed the maximum nitrogen doses resulting from the Nitrates Directive (91/676/EEC).
At the same time, equipping the manure spreader with a measuring system to determine the abundance of macro-elements in the fertiliser will make it possible to implement the Variable Rate Technology (VRT) during organic fertilisation. This will be the next step in the development of the so-called precision farming, the solutions of which are increasingly being implemented on Polish farms.
In the first stage of the project, elements of the measuring system were selected and the method and place of mounting optical probes was determined, which would guarantee acquisition of spectral spectra representative for the entire cross-section of the cargo box. Fertilizer samples with high variability of macroelement content were obtained, spectra acquisition and laboratory analyses were carried out, the results of which will be used to build calibration models. The works in this stage will therefore concern basic components of the technology and their verification in laboratory conditions.
In the second stage, the measuring system will be installed on a manure spreader borrowed from a company interested in implementing the system. The created measuring station will be used to test the system in simulated conditions close to the real one, i.e. during stationary unloading of the spreader with simultaneous recording of prediction results and sampling for validation of calibration models.