در این مقاله به بررسی ماشین هایی خواهیم پرداخت که جهت فرآوری مواد زائد در کشاورزی بکار می روند. ماشین های زیادی وجود دارند که با کارکرد مناسب می توانند بازیابی و کاربرد مواد زائد را محقق سازند.

هدف اصلی از خرد کردن مواد، کاهش حجم و سهولت در بازیابی آنهاست. برای مثال برای خرد کردن چوب و تبدیل آنها به تکه های کوچک از دستگاه های ساده ای استفاده می شود که یا از محور تراکتور و یا موتور الکتریکی نیرو می گیرند. ماشین های بزرگتر تخصصی تر بوده و گرانتر خواهند بود. این نوع از خردکن ها محور متحرکۀ مستقلی داشته و معمولاً با نیرویی بیش از 200 کیلو وات کار می کنند.

مقالۀ حاضر در مورد خردکن های جدید 5000s-181024 Komptech می باشد که قابلیت خرد کردن مواد متنوعی را دارند. آزمون بر روی مواد مختلف و با سختی های متفاوت انجام گرفت.

همچنین ماشین های 5000s-181024 Komptech و Crambo 5000 نیز بطور همزمان مورد بررسی قرار گرفته و از لحاظ ظرفیت و کیفیت کاری مقایسه شدند.

مقدمه:

در این تحقیق ضایعات چوبی را خرد کرده و آزمایش انجام دادیم. زیرا بقایای گیاهی و ضایعات چوبی را به منظور تجزیۀ سریعتر خرد می کنند.

در سالهای اخیر فرآوری ضایعات در کشاورزی جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. ماشین های زیادی جهت خردکردن و بازیافت ضایعات کشاورزی ابداع شده اند. چوب ها و مواد فیبری که در کشاورزی بوجود می آیند، می توانند پس از خردشدن جهت تهیۀ کمپوست یا به عنوان مواد زائد(biowaste) طبیعی بکار روند. این چوب ها و فیبرهای ریز را می توان جهت سوزاندن و استفاده از انرژی حرارتی نیز بکار برد. سوخت در جایگاه ها و محفظه های خاصی که بتوان از انرژی آنها استفاده نمود، می تواند بازیافت آنها را مقدور سازد. بدین منظور بایستی سایز این قطعات چوبی و فیبری را کاهش داد که ماشین ها و ادوات خاصی برای این کار درست شده اند. بیومس های چوب و فیبری را می توان از منابع انرژی شمرد که از چمن زارها، چراگاه ها، خارها، باغ و پارکها، و هرس کردن تاکستانها و ... می توان بدست آورد.

شکی نیست که این منبع انرژی تجدیدپذیر، قابل دسترس و کم آلاینده تر است. بطوریکه از مدتها پیش تا به حال در ایالت Slovenia چوب و منابع فیبری یکی از منتابع مهم انرژی بوده است. با توجه به هشدارها و قوانین اتحادیۀ ارپا، بایستی سوخت هایی را بکار برد که دی اکسیدکربن کمتری تولید نموده و تجدیدپذیر باشند.

در واقع، تکنولوژی بکارگیری بیومس را می توان یکی از روش های سازگار با محیط زیست نامید. این نوع سوختها آلودگی کمتری نسبت به سوخت های فسیلی داشته و سریعتر تجدید می شوند.

مزایای بکارگیری بیومس های چوبی و فیبری را می توان به صورت زیر نامید:

برای دریافت ادامه مقاله ای میل بزنید....

استخراج روغن گیاهی و استفاده از آن به عنوان سوخت

 در موتورهای دیزل، روغن های گیاهی یکی از جانشین ها یا مکمل های جالب برای سوخت های فسیلی محسوب می شوند. آزمایشات در اکثر کشورها نشان داده اند که روغن های گیاهی را علی رغم محدودیت هایش، می توان با موفقیت در موتورهای دیزلی بکار برد.

روغن های گیاهی یا نباتی(VO) آمیزه ای از تری گلسیریدها هستند که در واقع استرهای گلیسیریدی اسیدهای چرب محسوب می شوند. مدت کوتاهی است که این مواد روغنی به عنوان سوخت موتورهای دیزلی بکار گرفته می شوند. اطلاعات و تجربیات در مورد کاربرد طولانی مدت روغن های گیاهی به عنوان سوخت محدودند. با این حال، مشکلاتی از قبیل گرفتگی نازل های انژکتور، چسبیدن رینگ های پیستون، و پلیمریزه شدن روغن در محفظه میل لنگ گزارش شده اند. مطالعات جهت رفع این مشکلات و بررسی سایر محدودیت ها در این زمینه ادامه دارند. بر اساس یافته های کوتاه مدت، نتایج زیر را می توان در کاربرد روغن های گیاهی به عنوان سوخت جایگزین نوشت:

1- کاربرد VO چه بطور خالص و چه بطور ترکیبی، در موتورهایی که محفظه پیش احتراق دارند، بهتر از موتورهای معمولی که در آنها تزریق مستقیم داریم، جواب می دهد.

2-  عمده ترین مشکل مصرف VO در موتورها ناشی از سوخت ناقص آن می باشد.

3- اگر شرایط سوخت مناسب بوده و تعویض روغن بطور مرتب انجام گیرد، روغن در محفظه میل لنگ تجمع نکرده(پلیمریزه نمی شود) و روانکاری در این قسمت با مشکلی مواجه نخواهد شد.

4- روغنهای گیاهی در شرایط دمایی متوسط کارایی مناسبی دارند. ولی در دمای نزدیک به انجماد سیستمی برای کاربرد بهتر آن ابداع نشده است. در این گونه موارد، با گرم کردن مجاری انتقال سوخت نیز نمی توان ویسکوزیته روغن را تا حد قابل قبول کاهش داد.

5- متیل و اتیل استر روغن های گیاهی می تواند هم در موتورهای تزریق مستقیم و هم در موتورهایی که محفظه پیش احتراق دارند، بخوبی کار کند ولی نقطه ابری شدن آنها 2- تا 4  درجه است که کارایی آنها را در شرایط دمایی مختلف محدودتر کرده است.

6- ارزش حرارتی روغن های گیاهی چه بصورت خالص و چه بصورت ترکیبی، به حد کافی نزدیک به ارزش حرارتی دیزل می باشد، از اینرو در شرایط 75-80% نیروی تراکتور، افت فاحشی در نیرو ایجاد نمی شود.

7- میکروامولسیون ها می توانند چگالی روغن ها را تا حد قابل قبولی نزدیک به دیزل کنند(mm²/s0/4-9/1). این امولسیون ها در شرایط دمایی مختلف پایداری بیشتری دارند ولی تولید آنها هزینه زیادی در بر دارد.

8- کاربرد روغن بزرک در آزمون های موتور باعث مشکلات عدیده ای شده است. از اینرو بکار گیری روغن بزرک در موتورهای دیزلی تقریباً منسوخ شده است.

9- تمام گونه های روغن سویا باید قبل از مصرف صمغ گیری شده و روغن های آفتاب گردان نیز باید موم زدایی شوند.

10- سوخت های ترکیبی یا هیبرید بهتر از روغن های خالص جواب داده اند.

11- همه روغن های گیاهی باید طوری تصفیه شوند که قابلیت عبور از فیلترهای 3میکرومتری را داشته باشند.

12- روغن های شوینده و روانساز یا CD، بهتر از نوع CC جواب خواهند داد زیرا محصولات حاصل از احتراق در آنها بیشتر معلق بوده و رسوب کمتری خواهیم داشت.

آزمون های طولانی مدت موتور(1000 ساعت یا بیشتر) در حال  بررسی اند.

جهت تطبیق بهتر موتور و سوخت ها، تحقیقات بر روی خواص فیزیکی وشیمیایی روغن های گیاهی ادامه دارد.

... برای دریافت ادامه مطلب میل بزنید... با تشکر

هنگامی که مساحت زمين تحت آيش تابستانه(بهاره) در آمريکا در طول سه دهه ی گذشته کاهش پيدا کرد، تناوب گندم-آيش زمستانه(پاييزه)، سيستم مسلط و عمده ی کاشت در مناطقی که بارندگی سالانه یکمتر از 350 ميليمتر  دارند، باقی ماند. در ايالت واشنگتن شرقی و مناطق شمال مرکزی ، آيش بهاره- گندم پاييزه ، سيستم مسلط و عمده ی کاشت بر تقريبا 2 ميليون هکتار می باشد. کشاورزان در گريت پلين شمالی به طور مشخص فـرسايش بادی را در زمين های آيش شده کاهش دادند با پذيرفـتن سيستم خاکورزی کمينه (MT) و تمرين سيستم های بدون خاکورزی و شواهد تازه ای کاهش مشابه را در فـرسايش بادی و تحمل در برابر گرد و غبار باد در پاسيفـيک نوثوست نشان می دهد.

مرکز اطلاعات خاکورزی حفـاظتی(CTIC) گزارش داد که کشاورزان در ايالات های گريت پلين غربی و پاسيفـيک روشهای MT و بدون خاکورزی را بر 34 درصد زمينهای زراعی بکار بردند. اگرچه در ايالت واشنگتن فـقط 26 درصد زمينهای زراعی در روش MT و بدون خاکورزی بودند. در واشنگتن شرقی- مرکزی که بارش سالانه معمولا بين 150 تا 300 ميلی متر است، حتی آيش MT کمياب است. برای مثال ، در حومه آدامز قلب منطقه گندم- آيش واشنگتن ، خاکورزی سنتی هنوز بر 88 درصد زمينهای زراعی بکار برده می شود.

بيشترين مطالعات اخير اقتصادی روشهای بدون خاکورزی و MT در سيستم گندم- آيش به منطقه ی گريت پلين آمريکا و پريريس کانادا مربوط می شود. بازنگری اين کار نشان داده است که سودبخشی مرتبط به اين سيستم های خاکورزی در مناطق نسبتا کم آب، با تغيير موقعيت تغيير کرده است، اگرچه ، کاهش خاکورزی عمدتا برگشتی خالص را افـزايش می دهد وقتی شدت کشت زراعتی هم افـزايش يابد. وقتی پيشنهاد اين سيستم ها برای خاک و هوا مفـيد تشخيص داده شدند، برخی پژوهشگران گزارش دادند که برای روش بدون خاکورزی هزينه توليد بالاتر است. اسميت و همکارانش گزارش دادند که حضور غير قابل کنترل علفـهای هرز در روش بدون خاکورزی در مناطق نسبتاکم آب می تواند به طور عمده هزينه ی علفـ کشی و توليد کل را با ببرد. اگرچه پژوهش های اخير کشاورزانی که روش بدون خاکورزی را در يک منطقه نسبتا کم آب واشنگنتن شرقی آزمايش کرده اند، آشکار می کند که هزينه ی توليد آنها برای کشت هايی که بذرپاشی آنها در بهار انجام می شود کمتر از روش CT بوده است. خاکورزی سنتی که در طول آيش به کار برده می شود شديد است و اغلب خاک را نسبت به فـرسايش آسيب پذير می کند.کمبود پس مانده های گياهی،کلوخه و زبر خاک بر سطح خاک می تواند يک تهديد فـرسايش بادی خطرناک را بوجود آورد و مطرح سازد. سيستم خاکورزی حفـاظتی در پاسيفـيک نوثوست عموما ابزار بدون برگردان را به کار گرفـت مانند تيغه پهن V شکل برای خاکورزی مقدماتی بهاره ، به همراه استفـاده از علفـ کشها بجای يک يا دو عمليات خاکورزی. اين کار مقادير بيشتری پس مانده های سطحی و زبری خاک را در طول آيش در مقايسه با روش CT حفـظ می کند. لی خبر داد که ذرات گرد وغبار معلق که 10 ميکرو متر (PM-10) و کوچکتر بودند در اسپوکان ايالت WA  به 31 تا 54 درصد کاهش خواهند يافـت، اگر خاکورزی حفـاظتی يا روش بدون خاکورزی جايگزين آيش بهاره سنتی شود.

هر دو منطقه ی اسپوکان و تری سيتيز اوربان در مواجهه با استانداردهای دولتی کيفـيت هوا برای PM-10 در چندين مورد رد شدند. يکی از اين موارد، در طول يک توفـان غبار (شن) بزرگ در 25 سپتامبر 1999 بود، وقتی که PM-10 به 405 ميکرو گرم رسيد که تقريبا سه برابر استاندار مجاز ملی 150 می باشد. در آن روز، در تصادفـ چند اتومبيل در نزديک پندلتون هفـت سرنشين کشته و22 نفـر مجروح شدند. بله ، تخلفـ از فـرمان استاندارد های دولتی کيفـيت هوا، که نمايندگان کيفـيت هوا طرحها را گسترش می دهند تا اين مشکل را حل کنند.

چرا بيشتر کشاورزان گندم- آيش در پاسيفـيک نوثوست درون مرزی خاکورزی حفـاظتی را کار نمی برند؟ برخی کشاورزان ميزان دانه آب ناکافـی برای استقرار موقعيت گندم پاييزه ، مشکلات در کنترل دم روباهی کلاهی (bromus tecnicum ) و ديگر علفـهای هرز ، به علاوه ی شيارباز کن دانه به علت پس مانده بيش از حد را دليل اين موضوع می آورند.

همچنين مواردی درباره ی خطر سرمايه گذاری در ابزار های خاکورزی حفـاظتی نمايان و آشکار می شود تا برای برخی کشاورزان واشنگتن شرقی زمينه ی بی ميلی شود وآنها سيستم های آيش خاکورزی حفـاظتی را قبول نکنند اين مقاله عملکرد محصول دانه ای و سودبخشی روش خاکورزی کمينه (حداقل خاکورزی:MT ) و روش خاکورزی کمينه ی تاخيری (حداقل خاکورزی تاخيری :DMT) را در مقايسه با خاکورزی سنتی (CT) گزارش می دهد( برای کشت گندم آيش در واشنگتن شرقی نسبتا کم آب).

وسايل و روشهای آزمايش

آزمايش سيستم خاکورزی تناوب گندم- آيش از آگوست 1993 تا جولای 1999 در ايستگاه پژوهشی آيشی دانشگاه ايالت واشنگتن در ليند واشنگتن انجام شد. اگرچه اولين عمليات آيش در سال 1993 رخ داد ، اما پژوهش به مانند يک تحقيق 5 ساله توليد گندم انجام شد که از 1995 تا 1999 طول کشيد(جدول 1) خاک لومی سيلتی شانو بيشتر از 2 متر عمق با شيب کمتر از 2 درصد داشت. اين طرح آزمايشی يک بلوک کامل تصادفـی از سه سيستم خاکورزی بود که چهار دفـعه تکرار شد. قطعات مستقل 46×18 متر بودند ، که اجازه می داد تا تجهيزات کشاورزی در حد و اندازه ی صنعتی و تجاری استفـاده شود . بخشهای نزديک به هم وهم جوار زمين استفـاده شدند برای اينکه بتوانيم داده ها را از هر  دو بخش محصول و آيش پژوهش در هر سال جمع آوری کنيم .سه سيستم مديريتی خاکورزی عبارت بودند از:

ا- خاکورزی سنتی (CT ) :تکرار و زمان بندی استاندار عمليات خاکورزی و استفـاده از ابزار های معمول مورد استفـاده کشاورزان

2-  خاکورزی حفـاظتی (MT): تکرار و زمان بندی استاندارد عمليات خاکورزی ، علفـ کش ها به جای خاکورزی جايگزين شدند و يک خيش V شکل ، بدون آنکه خاک را برگرداند با چنگک غلتان همراهش برای خاکورزی مقدماتی بهاره استفـاده شد.

3- خاکورزی خفـاظتی تاخيری (DMT): شبيه به روش MT ، بجز خاکورزی مقدماتی بهاره با خيش V شکل که دست کم تا اواسط ماه مه به تاخير انداخته شد. سيستم DMT شامل تحقيق شده است تا تاثيرش بر نگه داری رطوبت خاک ،  کنترل فـرسايش بادی و به علاوه ، امکان پذير و عملی بودن اقتصادی آن ، آزمايش و بررسی شود.يک فـهرست کامل عمليات و زمان بندی کشت برای هر سيستم خاکورزی در سراسر پژوهش در جدول 1 ديده می شود. توصيفـ جزئی خاکورزی و ديگر عمليات کاشت برای همه سيستم های خاکورزی در شيلينگر(2001) گزارش شده اند.

تحليل اقتصادی

روشهای استاندارد بودجه بندی فـعاليت ها (سرمايه گذاری ها) به کار گرفـته شدند تا متوسط هزينه های ثابت و متغير توليدات را برای هر سيستم خاکورزی تخمين بزنند. هزينه های ثابت شامل استهلاک ، بهره، مالياتها، مسکن(تهيه جا) و بيمه بر دستگاهها و يک هزينه ی سرجمع کشت هستند. هزينه های زمين براساس قانون محلی دوسوم مستاجر و يک سوم موجر از محصول سهم می برند می باشد که با بازده سالانه سالانه تغيير می کند. هزينه های متغير شامل بذر ، کود ، علفـ کش ، بيمه آتش سوزی و تگرگ ، سوخت ، تعميرات و نيروی کار می باشد. هزينه های توليد برای هر سيستم خاکورزی براساس ترتيب حقيقی عمليات که در آزمايش انجام شده است می باشد( جدول 1) اما دستگاههای مخصوص مقياس کشت در منطقه را مورد فـرض قرار داديم. خيش V شکل تيغه پهن تنها ابزار اضافـی ای بود که برای تغيير از سيستم CT  به MT  يا DMT مورد نياز بود. ميزان کود ، علفـ کش و بذر آن مقاديری هستند که در آزمايش ليند استفـاده شدند(جدول 1). ميزان محصولات دانه ای ، ميانگين سالهای 1995 تا 1999 هستند که از اين آزمايش بدست آمده اند (جدول 2) . همه ی مقدار های هزينه و سود برای هر هکتار تناوبی جمع آوری شدند. برای مثال ، هزينه ها و سود های آيش گندم پاييزه- آيش بهاره برای نيم هکتار گندم پاييزه و نيم هکتار آيش محاسبه شدند. اين گونه محاسبه به درستی ميانگين بازده هر هکتار در هر سال را برای يک کشاورز که نصفـ زمين را در آيش و نصفـ ديگر را در کشت گندم پاييزه قرار داده است، توصيفـ می کند. برای تحليل گران اقتصادی ، فـرض می شود کشاورزان در اين منطقه از هزينه ی دوباره ی کاشت محصول گندم پاييزه شان برای گندم بهاره در يک سال از پنج سال کشت خسارت خواهند ديد که اين به علت جوانه نزدن گندم پاييزه به اندازه کافـی يا مرگ زمستانه می باشد. اين مورد در آزمايش ليند برای همه ی سيستم های خاکورزی به علت آب ناکافـی ناحيه کشت برای کشت گندم پاييزه در سپتامبر 1994 رخ داد.

قيمت گندمی که استفـاده شده ، تنی 02/144 دلار برای گندم سفـيد و نرم و تنی 3/187 دلار برای گندم بهاره سخت و قرمز ، معيار منطقه ای است برای تعيين قيمت فـروش و بازاريابی سالانه محصولات بدست آمده در منطقه پژوهش. يک تحليل حساسيت شامل نشان دادن تاثيرات محدوده ی مرزی توليدات و قيمت گندم می شود ، در ضمن شامل می شود قيمت های کمتر از تنی 110 دلار که در سالهای 1998و 1999 ديده شده است. برگشتی خالص بازار نسبت به هزينه توليد تعريفـ می شود.پرداختهای دولتی مربوط به کسری در آمد ( پرداخت های متحول کننده ، کامل کننده و قرضی) که در سال 1998 مهم و قابل توجه بودند در نظر گرفـته نشدند.افـزودن پرداختهای دولتی به تحقيق بر رتبه بندی سيستم های خاکورزی تاثيری نخواهد داشت چنانچه پرداختهای متحول کننده وکامل کننده ی تفـکيک شده در سيستم های خاکورزی تغيير نکند( يعنی بايد پرداختها برای همه خاکورزی ها مساوی باشد). هرچند ، صرفـ نظر از انتخاب خاکورزی ، اين پرداختها بر رای درباره ی پويايی اقتصادی تاثير خواهند گذاشت.

نتايج وبحث. محصولات ، پس مانده و ذخيره ی آب

محصول دانه ای گندم پاييزه از سال 1995 تا 1999 محدود بين 79/1 تا 20/5 تن در هکتار بود. اختلافـ آماری قابل توجهی در محصول دانه ای ميان سيستم های خاکورزی در هر سال يا در ميانگين 5 سال وجود ندارد(جدول 2) . در صورتی که آمار قابل توجهی نيست اما در هر سال محصول MT متجاوز يا مساوی محصول CT است. پس مانده های بجا مانده بر سطح خاک در پايان دوره ی آيش mo-13 به طور ميانگين برابر 770 ، 1390 و 1440 کيلو گرم بر هکتار برای CT ، MT و DMT می باشد. براساس برنامه ی کشاورزی دولتی در مورد حداقل مقدار پس مانده ی سطحی مورد نياز برای خاکهايی با فـرسايش زياد (390 کيلو گرم بر هکتار ) ، استفـاده از روش CT در

يک سال اين قانون را نقض کرد و مقدار پس مانده کمتر از 390 کيلو گرم بر هکتار شد. در ديگر سالها هم اين موضوع فـقط به صورت حدی رعايت شد. با در نظر گرفـتن اينکه در همه ی سالها در سيستم های MT و DMT مقدار پس مانده بيش از اندازه وجود داشت. در مجموع ، هر دو پارامتر حجم کلوخ و سطح ناهموار با مقايسهMT وDMT با  CTبررسی شد. به طور ميانگين در همه ی چرخه های آيش ، حجم آب خاک در عمق 0 تا 15 سانتی (منطقه ی حضور بذر) همچنين در تمام برش عمودی 180 سانتی خاک بوسيله سيستم های خاکورزی تحت تاثير قرار نگرفـت. بنابراين CT سود زراعی بيشتری از MT ،  DMT در اين آزمايش نداشت ، اما روش CT زيانهای کاملا مشخصی برای محيط دارد.

سود بخشی و تحليل حساسيت

متغير بودن برگشتی خالص بازار ، هزينه محصولات مختلفـ و هزينه توليد را در طول آزمايش 5 ساله بازتاب می کند. همچنان که در بالا گفـته شد ، در طول زمان و در ميان سيستم های خاکورزی بهای گندم برای آزمايش 5 ساله ثابت نگه داشته شد و برگشتی خالص بازار نسبت به هزينه های کل برای سه سيستم خاکورزی به طور آماری به ميزان قابل توجهی (5 درصد) متفـاوت نبود(جدول 3). با اندازه گيری برگشتی خالص نسبت به هزينه های متغير ، DMA از ديگر سيستم های خاکورزی در مقدار قابل توجه 05/0 سود آوری کمتری داشت. براساس ميانگين قيمت ها و محصولات ، برگشتی بازار هر سه سيستم خاکورزی کمتر از آن است که هزينه های کل را پوشش دهد و مقدار 27 تا 40 دلار را نمی تواند پاسخگو باشد. هزينه های کل شامل :1- دستمزد برای کارگر -2- هزينه زمين -3- استهلاک دستگاهها -4- هزينه ی بهره - 5- هزينه ی متغير های از دست رفـته می شوند. منفـی بودن برگشتی خالص بازار نسبت به هزينه های کل به طور روشن و واضح در توليد دانه ای عادی هستند ، وقتی پرداختهای دولتی شامل کار نشده باشد( پرداختهای دولتی شامل پژوهش نشده اما هزينه زمين به صورتی است که انگار پرداخت ها حساب شده است). اين دليل اهميت پرداختهای دولتی است که تبديل به سرمايه شده و ارزش زمين را بالا می برد ، متناسبا هزينه ها هم افـزايش می يابد. در نبود پرداختهای دولتی ، هزينه های زمين برای مالک کاهش خواهش يافـت و برگشتی بازار شايد با دقت بيشتری هزينه ها را پوشش دهد.

نتايج در جدول 3 براساس ميانگين قيمت ها و محصولات می باشد، هر چند قيمت های بازار و ميزان محصولات کشاورزی به طور گسترده نسبت به زمان متغيرند. برای مثال ، ميانگين قيمت 5 ساله در اين تحليل 02/144 دلار به ازای هر تن گندم سفـيد نرم ، استفـاده شد. اما قيمت گندم در منطقه تا تنی 18/88 و 22/110 در سالهای 1998 و 1999 به شدت سقوط کرد. به طور مشابه محصول گندم ديم در اين منطقه اساسا از سالی به سال ديگر متغير است ، به طوری که در جدول 2 نشان داده شده است. برای توضيح دادن تاثير اختلافـ قيمت و محصول دانه ای مختلفـ بر برگشتی خالص بازار ، جدول 4 ميزان حساسيت برگشتی خالص را برای ترکيب های قيمت و محصول دانه ای مختلفـ در روشهای CT ، MT و DMT نشان می دهد. نتايج ميزان حساسيت برای MT رقابتی سيستم خاکورزی ، برای توضيح دادن تاثيرات تغيير پذيری قيمت و محصول اينجا مطرح می شود. اگر ميانگين گندم MT ، 03/4 تن در هکتار باشد و قيمت 96/146 دلار برای هر تن دريافـت می شود ، برگشتی بازار نسبت به هزينه های کل مساوی 83/9 دلار می شود. قيمت های 59/128 دلار پايين تر به ازای هر تن ، برای همه ی محصولات 37/4 تن بر هکتار و کمتر. وجود ضرر و زيان را قبل از پرداخت دولتی نشان می دهد(جدول 4) . مقدار ميانگين محصولات دانه ای سالهای 1996 تا 1999 آزمايش ، برای سيستم MT که 89/3 تن بر هکتار است ر به گونه ای می توان محاسبه کرد که يک قيمت 19/147 دلار برای هر تن داشته باشيم تا هزينه کل 29/286 دلاری در هر هکتار تناوبی را پوشش دهد. جدول 4 نشان می دهد که اگر محصول دانه ای برای MT تا زير 03/3 تن در هکتار سقوط کند ، چنانچه در سال 1999 رخ داده (جدول 2) کشاورز برای پرداخت هزينه های کل از محل فـروش بازار درمانده خواهد شد ، حتی اگر قيمت گندم در بالاترين ميزان خود يعنی 70/183 دلار برای هر تن باشد.

نتيجه گيری

نتيجه گيری از اين پژوهش 5 ساله اختلافـ آماری در مقدار محصول سيستم های آيش CT ، MT و DMT را نشان نمی دهد.سه سيستم خاکورزی از نظر اقتصادی معادل هستند که براساس برگشتی بازار نسبت به هزينه ی توليد می باشد. سيستم کاهش خاکورزی بوسيله ی کنترل فـرسايش باد، توليدات بيشتر در آينده را وعده می دهد. از اين گذشته سيستم های کاهش خاکورزی خطر تکذيب پرداختهای دولتی را کاهش می دهد ، بخاطر اينکه حتی بيشتر از آنچه دولت خواسته پس مانده ی سطحی باقی می گذارد. تحليل گران اقتصادی نشان می دهند که هيچ کمک مالی يا حتی کمترين کمک مالی مورد نياز نمی باشد تا توليد کننده ها را برای تغيير از شيوه ی سنتی به شيوه ی آيش با شخم کمتر ترغيب بکند، چرا که اين سيستمها در مجموع سود آور هستند. اين موضوع به ويژه برای سيستم MT صادق است که سودبخشی آن به طور آماری برای هر دو برگشتی بازار نسبت به هزينه های متغير وکل با CT برابر است. چون يک طعمه و دليل «اقتصادی» کوتاه مدت يا بلند مدت قابل توجه برای تبديل به سيستم آيشMT که محافـظ خاک است ، وجود ندارد ،

Yousef Abbaspour-Gilandeh1*, Ahmad Khalilian2, Reza Alimardani1, Alireza keyhani1, and Seyed Hossein Sadati3

Agricultural Machinery Department, Biosystem Engineering College, University of Tehran, Karaj, Iran. Agriculture & Biological Engineering Department, Clemson University, Edisto Research &Education Center, Blackville, SC 29817. Department of Mechanical Engineering, K.N.T. University of Technology, Tehran, Iran.

ABSTRACT

Soil compaction management in the southeastern Coastal Plain soils relies heavily on the use of costly annual deep tillage operations. Variable-depth or site-specific tillage which modifies the physical properties of soil only where the tillage is needed for crop growth, has potential to reduce costs, labor, fuel, and energy requirements. Although technology for site-specific tillage is available, there is very limited information on the fuel and energy requirements of site-specific tillage in southeastern coastal plain soils. Tests were carried out on three different coastal plain soils to compare energy requirement of site-specific tillage with uniform-depth tillage operations. Also, the effects of tractor speed, soil texture, moisture contents, and electrical conductivity on energy requirement and fuel consumption were determined. The energy saving of 50% and fuel saving of 30% were achieved by site-specific tillage as compared to uniform-depth tillage in a loamy sand soil type. Although draft force increased with an increase in travel speed in all soil types, the tillage depth had more effect on the draft and drawbar power than the tractor speed. The effect of soil moisture content on draft force and fuel consumption was not significant in loamy sand and sandy loam soil types. Soil EC was highly correlated to soil texture (R2=0.916) and draft force across the field.

INTRODUCTION

Soil Compaction is an important problem in the Coastal Plain region. It restricts the root growth into deeper soil layers that are rich in terms of soil moisture and nutrients. Most soils of the southeastern Coastal Plain have a compacted zone or hardpan about 6 to 14 in deep and 2 to 6 in thick. Farmers in this region rely heavily on the use of annual uniform-depth deep tillage to manage soil compaction which improves yields (Garner et al., 1989; Khalilian et al., 2004). However, farmers usually do not know if annual subsoiling is required, where it is required in a field, nor the required depth of subsoiling. In addition, there is a great amount of variability in depth and thickness of hardpan layers from field to field and also within the field (Raper et al., 2000a & 2000b; Clark, 1999; and Gorucu et al. 2001). There is very little to gain from tilling deeper than the compacted layer and in some cases it may be detrimental to till into the deep clay layer (Garner et al., 1989). Applying uniform-depth tillage over the entire field may be either too shallow or too deep and can be costly.

A high-energy input is required to disrupt hardpan layer to promote improved root development and increased drought tolerance. Significant savings in tillage energy could be

2-

3-

1-

achieved by site-specific management of soil compaction. Site-specific variable-depth tillage system can be defined as any tillage system which modifies the physical properties of soil only where the tillage is needed for crop growth objectives. Raper (1999) estimated that the energy cost of subsoiling can be decreased by as much as 34% with site-specific tillage as compared to the uniform-depth tillage technique currently employed by farmers. Also, Fulton et al. (1996) reported a 50% reduction in fuel consumption by site-specific or precision deep tillage.

Tillage implement energy is directly related to working depth, tool geometry, travel speed, width of the implement, and soil properties (Gill and Vanden Berg, 1968; Palmer and Kruger, 1982).Soil properties that contribute to tillage energy are moisture content, bulk density, cone index, and soil texture (Upadhyaya et al., 1984). It has been reported that draft on tillage tools increases significantly with speed and the relationship varies from linear to quadratic. Similarly, effect of depth on draft, also varies linearly (Al- Janobi and Al-Suhaibani, 1998).

The technology for site-specific tillage (variable depth tillage) is available (Khalilian et al., 2002) and the concept of site-specific tillage has been studied by some researchers (Raper, 1999 and Gorucu et al., 2001). However, this is an emerging technology and therefore minimal information is available on draft and energy requirements of variable-depth tillage, an important consideration in selecting tillage systems. Furthermore, there is a need to determine the effects of tractor speed and soil parameters such as texture, moisture, and electrical conductivity on energy requirements of site-specific and conventional uniform-depth tillage operations in coastal plain soils. The development of this information is the prime concern for an economical management of soil compaction and adoption of this technology by southeastern farmers.

The objectives of this study were:

1- To compare the energy requirement and fuel consumption between site-specific tillage and uniform-depth tillage on three different coastal plain soils.

2- To determine the effects of tractor speed and soil parameters such as texture, moisture, and electrical conductivity on tillage energy requirements and tractor fuel consumption.

MATERIALS AND METHODS

Equipment

A commercially available soil electrical conductivity meter, Veris Technologies 3100, was used to map the electrical conductivity (EC) of the test field (Lund et al., 1999). The system is equipped with six coulter-electrodes. One pair of electrodes applies a current into the soil, while others measure the voltage drop between the coulters. The system can measure the EC in either the top 12 or 36 in of soil.

A DGPS-based penetrometer system mounted on a John Deere Gator was used to quantify geo-referenced soil resistance to penetration (Khalilian et al., 2002). The driver of the Gator could operate the penetrometer (Figure 1). Soil cone index values were calculated from the measured force required pushing a 0.2-in.2 base area, 30-degree cone into the soil (ASAE Standards, 2004).

A front-wheel-assist, 105 HP instrumented tractor (John Deere 4050) was used to collect the energy consumption data during the tillage operations. The instrumentation system consisted of a three-point-hitch dynamometer, a fuel flow meter, engine speed (RPM) sensor, several ground speed sensors (fifth wheel, radar, and ultrasonic), Differential Geographical Positioning

System (DGPS) unit, a data logger, and an optical sensor determining the start and end of each plot (Gorucu et al., 2001).

Figure 1. Hydraulically operated penetrometer system with DGPS unit.

DGPS-based equipment for controlling the tillage depth to match soil physical parameters was used in this experiment (Figure 2). This equipment can control the tillage depth "on-the go" using either a soil compaction map, inputs from an instrumented shank, or entering the tillage depth data manually in the computer (Khalilian et al., 2002). The two out-side shanks of a 4-row subsoiler were removed for the tillage energy requirement study.

Figure 2. The control system for variable-depth tillage operations.

Field test

Field experiments were carried out, on coastal plain soils, in the fall of 2004 at the Edisto Research and Education Center of Clemson University near Blackville, South Carolina (Latitude

33. 21.N, Longitude 81. 18.W). The 6-acre test field had three different soil types: Faceville loamy sand, Fuquay sandy loam, and Lakeland sand.

Prior to initiation of tests, EC measurements were obtained with the Veris unit to determine variations in soil texture and soil physical properties across the field. A geo-referenced EC map was developed using SSToolbox GIS software. The results showed a great amount of variability in soil EC and the field was found to be an ideal site for variable-depth tillage study. The test field was then divided into 12.5 ft × 50 ft rectangular plots and soil samples were collected from each plot and analyzed for soil texture. Figure 3 shows soil electrical conductivity map, soil types, and plot arrangements over the entire field. Faceville FuquayFuquayLakelandLakeland

Figure3. Aerial photograph and soil electrical conductivity map of the experimental field.

A complete set of cone penetrometer measurements were obtained with the DGPS-based penetrometer system across the entire field. Nine geo-referenced penetrometer measurements, 5 ft apart, were taken from each plot. The depth and thickness of the hardpan were determined from the collected data using the criteria defined by Taylor and Gardener (1963). Within each plot, it was decided to set the tillage depth that would rupture compacted layers of the soil with cone index values above 300 psi.

Tillage experiments consisted of twelve treatments arranged in randomized complete blocks with three replications in each soil type. The treatments included two tillage systems (site-specific and uniform-depth), three levels of tractor speed (4, 5, and 6 mile/h), and two levels of soil moisture contents.

RESULTS AND DISCUSSION

The penetrometer data in each location was analyzed using an algorithm written in QBASIC program (Gorucu et al., 2001) for determining the tillage depth. A single depth-value was assigned to each plot by averaging the nine predicted-tillage-depth values within that particular plot. Using these data three tillage zones were identified in each soil type. In each zone, the two tillage treatments (uniform-depth and site-specific) were replicated 3 times.

The uniform-depth tillage was performed 18 in deep to completely disrupt the root-impeding layer. The site-specific tillage was applied according to the application maps generated from soil compaction data. The predicted tillage depth in Faceville soil type ranged from 8 to 14 in. In both Fuquay and Lakeland soil types, the tillage depth varied from 11 in to 18 in

Statistical analysis of energy requirement by using Proc ANOVA in SAS software (SAS Institute, 1999) clearly showed significant difference between tillage treatments in every soil

types (P<0.01). Also fuel consumption was significantly different in Faceville soil (P<0.01) and also in the other two soil types (P<0.05) between site-specific and uniform-depth tillage.

Comparison of tillage energy and fuel consumption for both tillage systems in Faceville soil type showed that energy saving of 50% and fuel saving of 30% could be achieved by using site-specific tillage system. Also energy and fuel savings were 21% and 8% for Fuquay and 26.1% and 8.5% for Lakeland soil types, respectively. Figure 4 shows the energy requirements and fuel consumption for both tillage systems in each soil type.

Figure 4. Energy requirements and fuel consumption for site-specific and uniform-depth tillage.

Although not statistically different, the draft force increased with an increase in tractor speed in all soil types. Also the results showed a strong correlation between the tractor speed and fuel consumption (gal/acre) in each soil types. This is due to increase in draft force and consequently increase in drawbar power. However, the tillage depth had more effect on the draft and drawbar power than the tractor speed.

The effect of moisture content on draft force and fuel consumption was not significant at loamy sand (Faceville) and sandy loam (Fuquay) soil types. However, an increase in soil moisture content resulted in a decrease in draft forces and fuel consumptions. In sandy soil type (Lakeland), draft forces and fuel consumptions decreased significantly when soil moisture content increased. This could be due to significant changes in cone index values, since only in this soil type cone index values were significantly affected by soil moisture contents compared to other soil types.

Results showed that use of soil electrical conductivity (soil EC) to predict soil texture and tillage draft requirement was very successful. There was strong linear correlation between soil EC and both soil texture, and tillage draft requirement at a given depth and speed. This indicates that draft requirement strongly vary with soil texture and depends on clay and sand contents of soil. Also for practical applications, EC data can be used to predict areas of the field with high or low tillage draft requirements. The Veris system provided reading from 0.1 to 7.0 mS/m, predicting percentage of clay across the field with a linear correlation coefficient of 0.912 and percentage of sand with a correlation coefficient of 0.916. Figure 5 shows the effects of soil texture (%clay) on soil electrical conductivity. A portion of the draft-requirement data with the same tillage depth (18 in) was selected to investigate the correlation between draft and soil EC.

There was a very strong correlation between EC data and tillage draft force at a given speed. Figure 6 shows the effects of EC data on draft force at three different speeds that have been obtained within three different soil types. 5 10 15 20 25 0 2

CONCLUSIONS

1. The site-specific tillage resulted in a considerable energy saving of 50% and fuel saving of 30% in loamy sand soil type compared to conventional uniform-depth tillage. Also, energy and fuel savings were 21% and 8% for sandy loam and 26.1% and 8.5% for sandy soil type respectively.

2. The draft force increased as the travel speed increased in all soil types. However, the tillage depth had more effect on the draft and drawbar power than the tractor speed.

3. The effect of soil moisture content on draft force and fuel consumption was not significant in loamy sand and sandy loam soil types. However, draft force and fuel consumption had a negative correlation with the soil moisture contents.

4. Soil EC data were highly correlated to soil texture (%clay content) with a correlation coefficient of 0.916.

5. There was a strong linear correlation between soil electrical conductivity and draft force across the field.

افـزايش  قيمت  ماشين آلات  کشاورزی  زماني  در تعادل  اقتصادي  كشاورزان  اختلال ايجاد نمي كند كه  متناسب  با افـزايش  قيمت  محصولات  انها باشد.

گذشته از عوامل  زيربنايي  نظير تجهيز، نوسازي  و يكپارچه سازي  اراضي ، توسعه شبكه هاي  آبياري  و زهكشي  كه  اهميت  ويژه اي  در توسعه  مكانيزاسيون  كشاورزي دارند، ساختار تشكيلاتي  مناسب  نيز مي تواند براي  بهبود وضعيت  مكانيزاسيون نقش  مؤثري  ايفـا كند.ضايعات  و تلفـات  وارده  از كافـي  و به  موقع  نبودن  عمليات  كشاورزي  و پيامد-هاي  ناشي  از آن از مشكلات  ديگري  است  كه  به  دليل  كمبود ماشين هاي  كشاورزي به  ويژه  منابع  مولد نيرو در مراحل  توليد محصولات ، گريبانگير بخش  كشاورزي شده  است .

به گفـته  رئيس  مركز توسعه  مكانيزاسيون  وزارت  جهادكشاورزي ، بخش  كشاورزي سالانه  در مجموع  به  ۲۸ هزار دستگاه  تراكتور ( شامل  توليدي  و وارداتي  )نيازدارد.

در حالي  كه  در سال  زراعي  گذشته  فـقط ۱۶ هزار دستگاه ، تامين  و دراختيار كشاورزان  قرار گرفـت .

مصطفـي  تركان  صباغ  از توزيع  ۱۹ هزار دستگاه  تراكتور در بين  كشاورزان در سال  زراعي  جاري  خبر داد و گفـت : اين  تعداد با ميزان  مورد نياز اين  بخش فـاصله  زيادي  دارد.گفـته  مي شود شركت  تراكتورسازي  ايران  امسال  ۱۵ هزار دستگاه  تراكتور توليدو در اختيار بخش  كشاورزي  خواهد گذاشت ، اما بايد پذيرفـت  كه  انحصاري  بودن كارخانه هاي  تراكتورسازي  و كمباين سازي  و در نتيجه  فـقدان  يك  رقابت  مبتني بر قوانين  عرضه  و تقاضا در زمينه  ساخت ، توليد، بهبود كيفـيت  وتعديل  قيمت هاخود مانعي  بزرگ  بر راه  توسعه  مكانيزاسيون  كشاورزي  است .

آمارهاي  ارايه  شده  ازسوي  مركز توسعه  مكانيزاسيون  كشاورزي  نشان  مي دهد كه در سه  سال  نخست  برنامه  سوم  توسعه  كشور، از ۹ هزار و ۶۷۱ دستگاه  دروگر، ۴۳هزار و ۲۲۱ دستگاه  تيلر، هفـت  هزار و ۶۴۴ دستگاه  كمباين  و ۸۶ هزار و ۱۶۰دستگاه  تراكتور مورد نياز بخش  كشاورزي  فـقط ۸۳۲ دستگاه  دروگر ( ۵۱/۸ درصدبرنامه )، چهار هزار و ۲۵۳ دستگاه  تيلر ( ۸۴/۹ درصد)، هزار و ۱۸۳ دستگاه كمباين  ( ۴۷/۱۵ درصد) و ۳۴ هزار و ۱۹۸ دستگاه  تراكتور ( ۶۹/۳۹ درصد) تامين و در اختيار كشاورزان  قرار گرفـته  است .

در حالي  كه  در سه  سال  نخست  برنامه  سوم ، توليد تراكتور در مقايسه  بابرنامه  دوم  توسعه  كشور از رشد مطلوبي  برخوردار بوده  كه  شايد يكي  از دلايل آن ، شكل گيري  كارخانه هاي  تراكتورسازي  توسط بخش  خصوصي  است .

غلامرضا صحراييان  قائم  مقام  وزارت  جهاد کشاورزی  با تأكيد بر نقش  مؤثربخش  خصوصي  در افـزايش  توليد ماشين آلات  كشاورزي ، مي گويد: با افـزايش  حضور اين بخش ، توليد ماشين آلات  با كيفـيت  مناسب  روز به  روز توسعه  پيدا مي كند.
وي  با اشاره  به  توليد ۹۰ درصد ادوات  كشاورزي  توسط بخش  خصوصي ، مي افـزايد:جهت گيري  دولت  بر اين  است  كه  توليد تراكتور در كشور به  بخش  خصوصي  واگذارشود.

به گفـته  وي ، در اين  زمينه  با همكاري  وزارتخانه هاي  جهادكشاورزي  و صنايع و معادن  چند واحد تراكتورسازي  جديد در كشور در حال  شكل گيري  است .

تصديگري  دولت  در امر تامين ، توليد و توزيع  ماشين ها و ادوات  كشاورزي  وتغيير آن به  ايفـاي  نقش  هدايتي  و نظارتي ، يكي  از چالش هاي  جدي  توسعه  صنعتي شدن  كشاورزي  در برنامه  چهارم  توسعه  است .اصلاح  ساختار، كاهش  تصديگري ، تغيير نقش  و فـعاليت  دولت  در امر تامين ، توليد و توزيع  ماشين هاي  كشاورزي  به  ايفـاي  نقش  هدايتي  و نظارتي  از مواردي است  كه  مي تواند براي  رفـع  بخشي  از مشكلات  توسعه  مكانيزاسيون  مورد توجه  قرارگيرد.

هدفـمند كردن  يارانه ها در بخش  صنعتي  شدن  كشاورزي  و سوق  دادن  سمت  و سوي آن  به  توليد محصولات  كشاورزي ، توجه به  افـزايش  كيفـي  و كمي  و توليد اقتصادي محصولات  كشاورزي  براي  امكان  حضور در عرصه  رقابت  جهاني  از طريق  توسعه  اين بخش  و نگرش  جامع  و فـرابخشي  به  توسعه  صنعتي  شدن  کشاورزی  در كشور نيز ازراهكارهايي  است  كه  در سرعت  بخشيدن  به  بهبود و توسعه  اين  امردربخش  کشاورزی مؤثر خواهد