MECCANICHE DI UN PROTOTIPO PER LO STRIP TILLAGE

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1 Università degli Studi di Perugia Facoltà di Agraria Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Produttività e sostenibilità ambientale in agricoltura XXIV ciclo PROVE AGRONOMICHE E PRESTAZIONI MECCANICHE DI UN PROTOTIPO PER LO STRIP TILLAGE Coordinatore Prof. Marcello Guiducci Prof. Pier Riccardo Porceddu Prof. Paolo Benincasa Dott. Agr. Mattia Trevini

2 SCOPI DELLE LAVORAZIONI Favorire lo sviluppo della coltura (semi, organi di propagazione e radici) Aumentare la permeabilità del terreno e interrompere la capillarità superficiale Controllare infestanti, parassiti o interrare fertilizzanti e residui Influenzare altre operazioni colturali

3 LAVORAZIONI CONVENZIONALI I processi di degrado più grave individuati nella tecnica di lavorazione convenzionale del terreno basata sull aratura : Erosione idrica o eolica e smottamenti in zone sensibili al fenomeno Perdita di biodiversità e di sostanza organica, emissione di CO 2 Compattamento e salinizzazione dei suoli agrari Contaminazione da xenobiotici dispersi nell ambiente Alti consumi energetici e costi maggiori (carburante, macchine, tempo) AGRICOLTURA CONSERVATIVA

4 LAVORAZIONI CONSERVATIVE Principi cardine: Ridurre la lavorazione (vari gradi) fino alla semina su terreno non lavorato (es: minimun tillage, ridge tillage, strip tillage, no tillage) Rotazioni, cover crops e copertura del terreno Migliore uso dei mezzi tecnici (controllo patogeni, utilizzo dell acqua e controllo infestanti) Meccanizzazione adeguata e agricoltura di precisione misura 214 azione M della PAC

5 STRIP TILLAGE LA TECNICA E una tecnica conservativa ibrida tra MT e NT sviluppata in USA in cui: L attenzione e rivolta alle file di semina per colture come mais, girasole, soia, cotone, orticole e altre.. Lavorazione (concimazione) e semina differite o contemporanee Vantaggi tipici delle lavorazioni conservative: Salvaguardia sostanza organica, acqua, sequestro CO 2 e biodiversità Riduzione input e costi (macchine, carburante, ore lavoro, mezzi tecnici) Punti critici: Problematiche generate dalla presenza di residui Adattamento dell agrotecnica (es: concimazione, semina, lotta infestanti) Necessarie macchine specifiche

6 ALCUNI ESEMPI APPLICATIVI Cover di medica Cover di triticale Cotone nella segale Strip su paglia

7 LE MACCHINE OPERATRICI Sono macchine sviluppate negli Stati Uniti, ibride tra una seminatrice e un coltivatore combinato (sia nel layout che nel tipo di lavoro): Per lo più ad organi passivi (ancore, dischi e rulli) Poche ad elementi azionati da pdp Molto versatili, in base all allestimento possono eseguire varie operazioni: Effettuare la sola lavorazione a strisce Lavorare e concimare Preparare la striscia, concimare e seminare In virtù di questa tipologia di allestimento richiedono mediamente: Potenza assorbita (15-35 kw/fila) Tempi/capacità di lavoro (anche oltre 1 ha/h/m)

8 SCHEMA DI LAVORO

9 ESEMPI DI OPERATRICI Le strip tiller statunitensi.. costano da circa 6 mila $ a oltre 50 mila $ ( ) da 2 a 24 file, portate, trainate o combinate e vari allestimenti di utensili Case produttrici USA: Yetter (Illinois), John Deere (Illinois), Hiniker (Minnesota), Orthman (Nebraska), ecc Case produttrici Europa: Kuhn (Francia), Vaderstad (Svezia), Ma-ag (Italia)

10 STRIP TILLAGE SU ALTRE COLTURE Claydon System (Suffolk, UK) aumento della resa del 20% rispetto al sistema convenzionale

11 STRIP TILLAGE IN ITALIA Alcuni test nei primi anni 90 (Peruzzi, Università di Pisa) Qualche agricoltore con inventiva ( Scarsa diffusione Prestazioni dell operatrice OBIETTIVI DELLA RICERCA Qualità del lavoro dell operatrice sul terreno Impatto agronomico a confronto con MT e NT Valutazione economica Supporto di tre aziende per la realizzazione delle prove in campo: Ma/Ag, Az Agricola Novella Sentieri, Pioneer Hi breed

12 LE PRESTAZIONI OPERATIVE

13 SCOPO DEL LAVORO Grazie all allestimento di un banco prova per l operatrice sono state rilevate le principali prestazioni operative: tempi, velocità e capacità di lavoro con rendimento del cantiere forza di trazione, potenza e slittamento consumi di carburante

14 MATERIALI & METODI

15 CARATTERISTICHE DEL CANTIERE Larghezza di lavoro mm, 4 file di lavoro Lunghezza, 4300 mm operatrice + seminatrice mm seminatrice (pneumatica a 4 file con assolcatore a disco) Il peso in ordine di marcia 3190 kg (operatrice, kg + seminatrice, 970 kg) Trattore JD 7530 con guida automatica

16 L UNITA LAVORANTE

17 CARATTERISTICHE DEL TERRENO Caratterizzazione analisi granulometrica con NIR (FOSS 5000) Umidità, densità apparente (metodo gravimet.) e resistenza alla penetrazione Valori terreno Scheletro Sostanza organica sabbia (0,05mm <Ø<) limo (0,05mm <Ø<) argilla (Ø<) Classificazione USDA CONDIZIONI PRIMA DEI TEST Umidità media strato 0-10 cm Umidità media strato cm Densità app. media strato 0-10 cm Densità app. media strato cm Resistenza media tra mm Valori Assente 2,7% 45,4% 38,8% 15,8% Terreno franco 11,6 % (1,02) 11,35% (1,52) 1,5 g cm -3 (0,20) 1,53 g cm -3 (0,26) 2,16 mpa (0,34)

18 RILIEVO DELLE PRESTAZIONI Tempi, capacità di lavoro e rendimento su distanza nota TE = (tmp*333,333*30)/la*bo TA = tv*(30/bo 1) Ct = Vt * Lt * 0,1 Ce = Ve * Le * 0,1 Co = Vo * Lo * 0,1 ηi = Co/Ct = rendimento di impiego (compreso tra 0,5 e 0,9) Potenza assorbita, slittamento e consumo di carburante: WU = F*v/3600 S = (Vev Vel)*1/Vev*100 Cho = 3600*(L/TO) Cha = Cho/TO

19 RISULTATI

20 TEMPI DI LAVORO E VELOCITA DI LAVORO Modalità TE [h ha -1 ] TA [h ha -1 ] TO [h ha -1 ] VE (km h -1 ) VO (km h -1 ) Modalità A 0,55 0,26 0,81 6,46 4,40 Es 0,005 0,03 0,03 0,05 0,16 Cv (%) 1,42 18,71 6,33 1,42 6,34 Modalità B 0,55 0,11 0,66 6,46 5,36 Es 0,01 0,003 0,014 0,12 0,11 Cv (%) 3,19 5,12 3,52 3,24 3,58 Modalità C 0,37 0,10 0,48 9,56 7,47 Es 0,01 0,02 0,02 0,17 0,31 Cv (%) 3,15 36,41 7,33 3,11 7,09

21 CAPACITA DI LAVORO E RENDIMENTO Modalità Ct [ha h -1 ] Ce [ha h -1 ] Co [ha h -1 ] Co per m [ha h -1 ] Modalità A 1,96 1,81 1,23 0,44 0,63 Es \ 0,01 0,04 \ 0,02 Cv (%) \ 1,42 6,33 \ 6,34 Modalità B 1,96 1,82 1,50 0,53 0,76 Es \ 0,03 0,03 \ 0,02 Cv (%) \ 3,23 3,58 \ 3,58 Modalità C 3,37 2,68 2,1 0,74 0,62 Es \ 0,04 0,08 \ 0,02 Cv (%) \ 3,10 7,09 \ 7,09 ηi = Co/Ct = rendimento di impiego ηi

22 FORZA, POTENZA E SLITTAMENTO Modalità Forza [Kg] Potenza [KW] Potenza specifica [kw m -1 ] [Kw/fila] Slittamento [%] Modalità A 2059,79 36,27* 12,91* 9,07* 4,14 Es 50,47 1,172 \ \ 0,78 Cv (%) 4,24 5,596 \ \ 32,84 Modalità B 2276,46 40,23 14,31 10,05 3,82 Es 31,86 1,251 \ \ 1,79 Cv (%) 2,424 5,385 \ \ 81,31 Modalità C 2354,76 61,34 21,82 15,33 19,01 Es 116,62 3,46 \ \ 1,45 Cv (%) 8,57 9,77 \ \ 13,22

23 Modalità CONSUMI DI CARBURANTE Cho [kg h -1 ] Cha [kg ha -1 ] Cho/m [kg ha -1 ] Modalità A 13,70* 9,47* 9,47 Es 0,458 0,239 \ Cv (%) 5,789 4,367 \ Modalità B 14,60 9,66 9,66 Es 0,925 0,409 \ Cv (%) 10,968 7,327 \ Modalità C 18,08 8,66 8,66 Es 0,545 0,63 \ Cv (%) 5,22 12,595 \

24 QUALITA DI LAVORO ED EFFETTI SULLA PRODUZIONE DI MAIS

25 SCOPO DEL LAVORO Valutare lo strip tillage, per confronto con minimun tillage e no tillage, in merito a.. Qualità della lavorazione delle macchine che dipende dall allestimento delle operatrici attraverso rilievi sul terreno Parametri agronomici relativi all impatto che le tre lavorazioni possono dare sulla produzione, sviluppo della coltura e sulle infestanti

26 MATERIALI & METODI

27 LE OPERATRICI IMPIEGATE Oltre all impiego della strip tiller descritta precedentemente sono state impiegate anche le seguenti operatrici Ma/Ag Cdc 32/ Ma/Ag I 40/12 32 Dischi misti da 660 mm Ø 7 ancore intermedie (25 cm) Kit sminuzzatore a dischi ondulati 12 ancore Mitchel da 35 cm tre rulli a disco su parallelogrammi rullo a gabbia finale

28 LE OPERATRICI IMPIEGATE Seminatrice da sodo Kinze file a 0,71 cm (5,6 m) Predisposizione con GPS Distribuzione del seme meccanico Dischi pulitori+disco di microlavorazione assolcatore a V

29 L AREA DI PROVA Parcelle da 16,6 m X 80 m (1328 m 2 ) - Totale 1,2 ha Determinazione granulometrica con NIR Terreno a tessitura franco-sabbiosa, ricco di P e K

30 ITINERARIO TECNICO Lavorazione e semina: 2 giugno aprile 2011 Mais Pr38f58 a 9,3 semi/m2 Controllo infestanti: 2010: Trinciatura + glifosate prima della semina (maggio) 2 interventi postemergenza (2-3 e 7-8 foglie) 2011: Solo glifosate a marzo suddivisione in due subparcelle A: diserbo pre + post emergenza B: solo post emergenza Irrigazione: a pieno soddisfacimento Concimazione minerale: secondo fabbisogni Difesa antiparassitaria: concia + trattamenti secondo necessità Raccolta: 6 ottobre 2010 e 17 agosto 2011

31 I RILIEVI SUL TERRENO % di copertura da residui e infestanti: telaietto a maglie umidità e densità apparente: metodo gravimetrico indice di penetrazione: penetrografo Eijkelkamp manuale Zollosità e Ia: setacci e bilancia + tabella valutazione Ia = 6 i=1 Mi Iai Mt Diametro zolle Ø 200 mm 100 mm Ø < 200 mm 50 mm Ø < 100 mm 25 mm Ø < 50 mm 10 mm Ø < 25 mm Ø 10 mm Ia 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 I rilievi sono stati eseguiti seguendo il protocollo del Cra-ing Per le operazioni di laboratorio l attività è stata supportata da Pioneer

32 RILIEVI SULLA COLTURA Attraverso conteggi diretti e osservazioni in campo sono stati rilevati i seguenti paramenti: profondità di semina emergenza coltura e investimento finale produzione di biomassa produzione di granella

33 RISULTATI

34 RESISTENZA ALLA PENETRAZIONE

35 ZOLLOSITA E INDICE DI AFFINAMENTO Tesi [%] [%] Ø [%] Ø [%] Ø [%] Ø [%] Ø Ø> cm 10-5 cm 5-2,5 2,5-1 cm < 1 cm I.A. RILIEVI 2010 ST 0 0 2,47 5,5 11,72 80,28 0,94 MT 0 0 1,55 8,58 14,03 75,82 0,93 Prob F - - 0,699 0,345 0,230 0,256 0,580 MDS 0, NS NS NS NS NS 0,05 RILIEVI 2011 ST 0 0 2,03 2,76 16,12 79,07 0,93 MT 0 0 1,14 6,19 17,68 74,97 0,93 Prob F - - 0,422 0,247 0,357 0,307 0,904 MDS 0, NS NS NS NS NS

36 UMIDITÀ E DENSITA DEL TERRENO Tesi Um. % Um. % [t m -3 ] [t m -3 ] 0-10 cm cm 0-10 cm cm RILIEVI 2010 ST 9,63 14,40 1,10 1,37 MT 12,19 16,15 1,18 1,43 NT 15,16 15,17 1,25 1,45 Prob F 0,027 0,481 0,085 0,472 MDS 0,05 3,41 NS NS NS RILIEVI 2011 ST 12,56 13,90 1,06 1,29 MT 13,80 16,69 1,11 1,19 NT 15,29 17,82 1,20 1,43 Prob F 0,751 0,019 0,210 0,117 MDS 0,05 NS 2,24 NS NS

37 INDICE DI COPERTURA DA RESIDUI TESI 2010 [%] 2011 [%] ST 70,61 77,16 MT 37,11 23,66 NT 95,83 98,22 Prob F 0,002 0,000 MDS 0,05 16,56 18,03 NT ST MT NT

38 INFESTANTI 2010 TESI Cirsium spp [N m -2 ] Copertura % 78 DAS ST 0,84 45,33 MT 0,22 35,44 NT 0,64 86,11 Prob F 0,254 0,042 MDS 0,05 NS 37,76

39 INFESTANTI 2011 TESI Fila [N m -2 ] Interfila [N m -2 ] Totale [N m -2 ] ST /no pre 280,33 47,00 327,33 ST +pre 0,66 0,66 1,33 MT /no pre 307,00 193,33 500,33 MT +pre 0,33 0,33 0,66 NT /no pre 950,66 829, ,33 NT +pre 0,66 2,00 2,66 Prob F Lavorazione 3*10-2 3*10-4 4*10-3 MDS 0,05 247,07 80,42 298,13 Prob F diserbo 2*10-4 4*10-6 4*10-5 MDS 0,05 161,09 55,79 200,06 Prob F Lavor x diserbo 0,009 2*10-5 7*10-4 MDS 0,05 279,01 96,64 346,52

40 INFESTANTI 2011 Analisi statistica sub parcelle senza pre emergenza Classi: Differenze non significative su monocotiledoni totali (f/int.f) Dicotiledoni: MT e ST simili, differenza significativa con NT (f/int.f) Analisi statistica sub parcelle senza pre emergenza Specie: Portulaca: MT (133 f/81 int.f) e ST (69 f/8 int.f) simili, differenza significativa con NT (800/900 piante - f/int.f) Chenopodio e Borsa del Pastore: nessuna differenza significativa tra le tesi sia sulla fila che nell interfila

41 PROFONDITA DI SEMINA DEL MAIS TESI Prof di semina 2010 [cm] Prof di semina 2011 [cm] ST 5,96 4,80 MT 3,18 6,51 NT 2,44 4,03 Prob F 2*10-4 0,059 MDS 0,05 0,68 NS In NT.. semina superficiale problemi di emergenza

42 DENSITA DEFINITIVA DEL MAIS TESI Investimento 2010 [N m -2 ] Investimento 2011 [N m -2 ] ST 8,59 7,51 MT 7,37 8,17 NT 6,79 5,66 Prob F 0,004 0,009 MDS 0,05 0,65 1,19 0,05 Durante il monitoraggio dell accrescimento della biomassa: L andamento in ST e MT era simile Lo sviluppo in NT è sempre stato penalizzato

43 TESI PRODUZIONE DI BIOMASSA Peso secco ad ettaro [t ha -1 ] /11 ST 17,77 20,74 19,26 MT 15,37 20,58 17,98 NT 13,80 15,96 14,89 Prob F Tesi 0,073 0,004 0,000 MDS 0,05 NS 2,04 1,64 Prob F Anno 0,000 MDS 0,05 1,34 Prob F Tesi x anno 0,148 NS MDS 0,05 Durante l accrescimento di biomassa verde del mais. In ST e MT la biomassa raccolta era simile In NT l accrescimento è stato penalizzato

44 TESI PRODUZIONE DI GRANELLA Mais (14 % um) [t ha -1 ] Peso ettolitrico [kg hl -1 ] Umidità [%] / ST 8,79 13,29 11,04 75,10 73,33 22,70 27,42 MT 8,65 15,03 11,84 73,87 73,81 26,02 24,97 NT 6,83 11,56 9,19 73,20 72,42 28,48 28,28 Prob F Tesi 0,16 0,500 0,160 0,21 0,035 0,104 0,011 MDS 0,05 NS NS NS NS 0,94 NS 1,63 Prob F Anno 0,002 MDS 0,05 2,84 Prob F TxA 0,822 MDS 0,05 NS

45 ANALISI ECONOMICA NELLA PRODUZIONE DI MAIS

46 SCOPO DEL LAVORO Calcolare i costi di esercizio delle operatrici mediante stima di costi fondamentali annui costi di funzionamento orario Fare sintesi dei costi di coltivazione considerando costi di esercizio delle macchine per lavorazione e semina costi di altri intervanti meccanici costi dei prodotti usati Determinare PLV e ricavo al netto dei costi

47 MATERIALI & METODI

48 SINTESI SCHEDA DI COLTIVAZIONE Operazione Prove 2010 Prove 2011 Controllo infestanti Insetticida Gliphosate Trinciatura post emergenza x 2 Gliphosate pre-emergenza + post emergenza Geodisinfestante Intervento in post-emergenza (piralide e diabrotica) 600 kg/ha concime organo minerale 21 % N 700 kg/ha concime organo minerale 21 % N Concimazione 700 kg/ha kg/ha di nitrato ammonico Semina Ibrido FAO 200, PR39F58 conciato con fludioxonil e metalaxil Irrigazione 4 interventi irrigui 7 interventi irrigui

49 CANTIERI E COSTI DI ESERCIZIO - 1 strip tillage (ST) minimun tillage 2010 (MT): ma/ag CDC minimun tillage 2011 (MT): ma/ag Combilam I 40/12 no tillage (NT): seminatrice da sodo Kinze 3100 COSTI FONDAMENTALI ANNUI 1) Quota di deperimento Qd = 1/N * (A a) a = A * (1 r) n r=15 % 2) Quota interessi Qi = r * (A + a)/2 r=2% Dati CRPA: Trattore kw, utilizzo 700 h/anno, vita utile di 12 anni Trattore kw,utilizzo 900 h/anno, vita utile di 9 anni Trattore kw, utilizzo 1000 h/anno, vita utile di 8 anni CDC e la strip tiller 84,5 h/anno, 12,5 anni di impiego Combilam 100 h/anno, vita utile di 15 anni seminatrici di precisione 80 h/anno, durata di 12 anni 3) Quota spese varie (Sv) 1% attrezzi e 2% trattori

50 CANTIERI E COSTI DI ESERCIZIO - 2 COSTI DI FUNZIONAMENTO ORARIO 1) Quota carburanti e quota lubrificanti: Qc = (0,22 X + 0,096 ) Ppto X= 90% 0,65 al litro per il 2010 e di 0,79 al litro per il 2011 olio lubrificante 15% del costo totale del gasolio 2) Q man - Quota manodopera tariffe contoterzi Apima di Cremona ( 15,6 h -1 3) Qr - Quota riparazioni Qr = (Cr * A)/(N * H) 4) Qm - Quota manutenzione Qm = β x Pm Dati CRPA Trattore da 84,5 kw: Cr 40%, β 0,10; Trattore da 136 kw: Cr 30%, β 0,10; Trattore da 180 kw: Cr 30%, β 0,10; Operatrice CDC e strip tiller: Cr 70%, β 0,10; Operatrice Combilam Cr 70%, β 0,02; Seminatrice da sodo: Cr 60%, β 0,20.

51 RISULTATI

52 COSTI DI ESERCIZIO Cantiere 2010 Trattore [ h -1 ] Operatrice [ h -1 ] Totale [ h -1 ] C.O [ h -1 ] Costo cantiere [ ha -1 ] Trattore + Strip * 41,28 51,95 93,27 1,2 77,69 Trattore + Strip ** 41,28 31,97 73,25 2,1 34,88 Trattore + Combid. 56,98 68,45 125,44 2,7 46,45 Trattore + Semin. 41,28 101,37 142,65 2,2 63,68 Cantiere 2011 Trattore Operatrice Totale C.O [ h -1 ] [ h -1 ] [ h -1 ] [ h -1 ] Costo cantiere [ ha -1 ] Trattore + Strip * 43,81 51,95 95,75 1,2 79,79 Trattore + Strip ** 43,81 31,97 75,77 2,1 36,08 Trattore + Combil. 73,68 40,11 113,79 2,8 40,63 Trattore + Semin. 43,81 101,37 145,17 2,2 64,80 (Strip*) strip tillage a cantiere unito (Strip**) cantiere senza seminatrice

53 COSTI DI ESERCIZIO DEI CANTIERI Tesi Prove 2010 [ ha -1 ] Prove 2011 [ ha -1 ] ST * 77,69 79,79 ST** 98,56 100,89 MT 110,14 105,44 NT 63,68 64,80 Strip* - strip tillage a cantiere unito Strip** - cantiere senza seminatrice In ST** e MT il costo comprende sia il cantiere per la lavorazione che quello per la semina

54 SPESE, RICAVO E GUADAGNO Spese [ ha -1 ] TESI ST 1553, ,68 MT 1585, ,33 NT 1539, ,69 Per ST si fa riferimento solo al cantiere riunito Ricavo [ ha TESI -1 ] Guadagno [ ha -1 ] / /11 ST 1958, , ,90 405,67 260,35 333,01 MT 1926, , ,30 340,50 568,24 454,37 NT 1305, , ,66-234,92-55,52-144,72 Prezzi medi Ismea: 222,67 nel 2010 e di 191,62 nel 2011

55 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE - 1 LA MACCHINA L operatrice è semplice e versatile Risente della progettazione da cui deriva (inconvenienti vari) Richiede bassa potenza e ha alta capacità lavorativa Operatrice *Potenza [kw] *CO [ha h -1 ] *Consumi [kg ha -1 ] Aratro versoio ,27-0,38 31,2-68,4 Vangatrice ,16-0, Coltivatore ,58-0,76 6,5-15,3 Semin. da sodo ,34-0,5 4-11,6 Le prestazioni sono riferite per corpo lavorante negli aratri e a metro di larghezza di lavoro per le altre operatrici nelle seguenti condizioni di lavoro su terreno di medio impasto: Aratro a versoio: a cm di profondità tra 5 e 7 km/h di velocità Vangatrice:a 25 cm di profondità tra 2 e 2,5 km/h di velocità Coltivatore: a 30 cm di profondità tra 6 e 8 km/h di velocità Semin. da sodo di precisione: tra 5 e 7 km/h di velocità

56 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE - 2 RISULTATI AGROQUALITATIVI ST è più conservativo di MT e dà risultati non diversi da MT sia per gli effetti sul terreno che per la performances del mais ANALISI ECONOMICA Il cantiere ST (cantieri riuniti) ha un costo intermedio tra MT e NT Differenze nei ricavi

57 GRAZIE DELL ATTENZIONE!!!