Preciznost hnojení

Intenzivně obhospodařované pozemky vykazují stanovištní nesourodost zapříčiněnou jednak geneticky, jednak způsobem obhospodařování a slučováním honů. Ve vývoji porostů je potom patrná heterogenita. Také výskyt chorob a míra zaplevelení jsou v rámci honu heterogenním jevem. Většina agrotechnických opatření se doposud provádí uniformně pro celý hon. To má při aplikaci agrochemikálií za následek zhoršení jejich ekonomické efektivnosti, často i kvalitativní nevyrovnanost produktu a zbytečné lokální zatěžování životního prostředí.

Východisko nabízí lokálně diferencovaná agrotechnika vztažená ke stanovišti pozemku. Problémem je však stanovení míry nesourodosti sledovaného výnosotvorného faktoru a jeho polohového vyznačení. Nejpřesnější podklady lze získat systematickým pozemním šetřením. Je to postup časově náročný a nákladný. V současné době jsou vyvinuty technologické postupy, při kterých se pomocí bezkontaktních čidel a přijímače družicového určování polohy GPS (Global Positioning System) pořídí digitální a v prostoru orientovaný popis sledovaného výnosotvorného faktoru stanoviště. Zachycený popis faktoru je automaticky předzpracován do GIS (Geografický informační systém). Z těchto informací se zpracují aplikační mapy. Ty jsou spolu s aktuální informací o poloze aplikačního stroje na pozemku od přijímače GPS řídicím prvkem pro nastavení dávky hnojiva, výsevku apod. Tato zařízení jsou na trhu, jsou již cenově dostupná pro podmínky velkovýroby rostlinných produktů, zemědělec do nich prakticky nemůže zasahovat. Může však ovlivnit, aby vybraná technologie výroby odpovídala výrobním podmínkám, stroj dosahoval požadovanou kvalitu práce a obsluha měla odpovídající kvalifikaci. Precizní hospodaření je průřezový technologický systém rostlinné výroby. Při samotném hnojení s užitím prvků precizního hospodaření, ale bez návaznosti na ostatní činnosti v rostlinné výrobě, se nemusí dosáhnout výhod systému včetně ekonomické rentability. Počátkem „precizace hnojení“ pro každého zemědělce je kvalitní hnojení s technickým vybavením, které výkonnostně a technickými vlastnostmi odpovídá výrobním podmínkám zemědělského podniku.
Kvalita hnojení
Posuzujeme-li celkovou kvalitu provedení operace, musíme hodnotit vliv zásahu na půdu a plodinu (včetně včasnosti provedení zásahu), ale i dopad na životní prostředí. V tomto širším pojetí kvalitu ovlivňuje mnoho faktorů – počínaje počasím, systémem hnojení, odborností obsluhy, technologickou kázní. Úroveň technického řešení a vlastnosti rozmetadla v tomto pojetí kvality nemají prioritní roli.
Nebezpečí zhutnění půdy
V jarním období je velice aktuální poškozování půdní úrodnosti zhutňováním půdy. V současné době převažují v zemědělských podnicích nesená rozmetadla. Při současných nízkých hektarových dávkách hnojiva vyhovují kapacitou zásobníku i na velkých pozemcích, jsou dobře seřiditelná a investičně nenáročná. Traktor pro agregaci se však musí volit většinou větší (z důvodu nosnosti a řiditelnosti), než je z energetického hlediska potřeba. S plným rozmetadlem se hmotnost na jednu zadní pneumatiku traktoru pohybuje v rozmezí 1800 až 2200 kg, proto často není možné použít úzké kultivační pneumatiky. Přihnojování se za této situace často musí oddalovat a čekat na zlepšení únosnosti půdy. Pokud se operace provádí i při zhoršených podmínkách, vytvářejí se koleje s negativními dopady: zhutnění v ornici i podorničí, větší poškozování rostlin při přihnojování, u cukrovky zhoršení podmínek při sklizni a nezanedbatelné je zvýšené nebezpečí vodní eroze ve stopě po spádnici i na malých svazích.
Při předosevním hnojení se používají návěsná traktorová rozmetadla. Pokud jimi podnik není vybaven, nechává si operaci provést službou. Zde jsou ještě často vidět dosluhující automobilová rozmetadla D 035, u kterých je měrný tlak na půdu větší než 300 kPa. Vytvářejí se hluboké koleje, které jsou vizuálně odstraněny při předseťové přípravě půdy (tuto operaci často ztěžují a prodražují), jejich vliv (u cukrovky apod.) je však zřetelný až do dalšího hlubokého zpracování půdy po sklizni.
Přísné požadavky na měrné tlaky (max. 150 kPa) splňují samojízdná a návěsná rozmetadla dodávaná ve dvou kategoriích. Pro přihnojování s užitečnou hmotností 2 až 2,5 t a vybavená úzkými kultivačními pneumatikami, pro předosevní hnojení se zásobníkem 4 až 6 t a širokými nízkotlakými (flotačními) pneumatikami. Jak samojízdná, tak i traktorová návěsná rozmetadla, vhodná pro předosevní hnojení, většinou umožňují i výměnu flotačních pneumatik za kultivační. Tím se zvyšuje jejich akceschopnost a roční využití.
Ke snížení škod způsobených stopami rozmetadel je vhodné využívat dalších dvou opatření. Prvním je mísení hnojiv. Tím lze aplikovat všechny složky v jedné operaci, sníží se celkově uježděná plocha na pozemku. Druhým, které sleduje stejný cíl, je dosáhnout co největšího pracovního záběru. Správně seřízeným univerzálním odstředivým rozmetacím ústrojím lze bez problémů rozmetat granulovaná hnojiva s pracovním záběrem 18 až 24 m (se speciálními rozmetacími kotouči až 36 m) a síran amonný (prakticky jediné negranulované hnojivo u nás) s pracovním záběrem 12 m.
Důležitá je včasnost zásahu
Agrotechnické lhůty na přihnojování i předosevní hnojení jsou v jarním období krátké. Proto jsou vysoké požadavky na výkonnost rozmetadel. Včasnost zásahu je v této době aktuální, hlavně když na hnojení navazují předosevní příprava půdy a setí. Nejefektivnějšími parametry pro zvýšení výkonnosti jsou pracovní záběr, pracovní rychlost a organizace práce.
V systémech s omezeným zpracováním půdy a zvláště při setí do nezpracované půdy nabývá na významu současné zapravování minerálních hnojiv do půdy. Tím, že se zpracování půdy minimalizuje, jsou omezené možnosti zapravení hnojiva při předseťové přípravě, případně tato možnost zcela odpadá. Výrobci secích strojů určených pro setí po zjednodušeném zpracování půdy bez orby nebo pro přímé setí do nezpracované půdy dodávají i vybavení pro podpovrchovou aplikaci minerálních hnojiv při setí.
Zařízení zajišťuje aplikaci kapalných nebo tuhých minerálních hnojiv do půdy mezi řádky s osivem v nastavitelné vzdálenosti od těchto řádků. Při vhodném nastavení nepřichází hnojivo v půdě do styku s osivem, ale je rostlinám k dispozici od raných vývojových fází porostu. Snaha o zlepšení podmínek při ukládání hnojiva do půdy při setí vedla výrobce secích strojů ke konstrukci radličkových botek s ostrým úhlem vnikání do půdy nebo dlátových botek, které ukládají hnojivo pod lůžko osiva. Mezi hnojivem a osivem v půdě je několikacentimetrová vrstva zeminy, která chrání rostliny v době klíčení před poškozením.
Možnost změny pracovního záběru
Pracovní záběr u pneumatických rozmetadel je dán konstrukcí rámu s rozmetacími hubicemi. Je důležité, aby pro přihnojování pracovní záběr odpovídal používané rozteči kolejových meziřádků. Při předosevním hnojení je vhodné označovat ošetřený záběr pomocí pěnového zařízení podobně jako u postřikovačů. U odstředivých rozmetadel je situace složitější. Šířka rozmetání je několikanásobně větší než vhodný pracovní záběr pro rozmetadlo. Příčný profil rozmetání (graf 1a) se ke svým okrajům snižuje. Aby se dosáhla dostatečná rovnoměrnost rozmetání, musí se rozmetací obrazce překrývat. Pro každé konstrukční provedení rozmetacích kotoučů, naklopení jejich osy, nastavení rozmetacích lopatek, pro každé hnojivo s rozdílnou zrnitostí nebo měrnou hmotností může být jiný rozmetací obrazec a odlišná optima pracovního záběru pro dosažení minimální nerovnoměrnosti rozmetání (graf 1b).
(Pokračování na str. 11)
(Pokračování ze str. 10)
Při celkové šířce rozmetání 46 m má uvedený příklad dvě minima příčné nerovnoměrnosti rozmetání při pracovním záběru, a to mezi 12 a 15 m nebo 22 a 27 m. Změna pracovního záběru je u odstředivých rozmetadel většinou spojena s výměnou rozmetacích kotoučů, s výměnou nebo přestavěním rozmetacích lopatek, u neseného rozmetadla i naklápěním celého stroje. Protože dráha hnojiva z rozmetacího ústrojí na místo dopadu je dlouhá, je kvalita rozmetání ovlivňována větrem i relativním prouděním vzduchu způsobeným pohybem rozmetadla (max. rychlost 18 km/h se rovná větru 5 m/s). Musíme počítat s tím, že nerovnoměrnost rozmetání bude v provozu i v ideálních podmínkách ve srovnání s laboratorně zjištěnými údaji výrobců asi o 50 % vyšší.
Zvolená pracovní rychlost jak u pneumatického, tak u odstředivého rozmetadla (rychlostní stupeň a otáčky motoru) se musí udržovat konstantní na celém pozemku. Každá změna způsobí odchylku od zvolené dávky. Výjimkou jsou stroje vybavené synchronizací dávkování (řízení dávky v závislosti na rychlosti). Jde většinou o rozmetadla s dávkovacím dopravníkem, jehož pohon je odvozen od pojezdového kola, nebo dávkovacím zařízením s řídicím počítačem.
Přesnost navazování pracovního záběru
Dodržení předepsané vzdálenosti mezi navazujícími pracovními jízdami má u rozmetadel významný vliv na rovnoměrnost plošné dávky. Zvětšení pracovního záběru znamená snížení dávky v pruzích mezi záběry. Opak, zmenšení pracovního záběru, způsobuje místní předávkování, zvětšení nákladů a zbytečné zatížení životního prostředí nebo i pěstovaných produktů nežádoucími látkami.
U rozmetadel s odstředivým rozmetacím ústrojím při záběrech nad 12 m jsou podmínky pro odhad vzdálenosti obsluhou ztížené, zde dochází nejčastěji k hrubým nedostatkům, průměrná chyba činí 15 % předepsané rozteče. Kvalita hnojení je v tomto případě závislá na využití vhodné pomůcky, která řidiči usnadní pracovní záběr dodržet.
(Pokračování na str. 12)
(Pokračování ze str. 11)
V současné době se v zemědělském provozu v oboru ochrany rostlin a hnojení pro přesnější navazování pracovních jízd uplatňují:
– Systém kolejových meziřádků vytvářených při setí plodiny. Jejich zavedením se při práci v obilninách sníží variabilita pracovního záběru při práci postřikovačů a rozmetadel na 1,5 %.
– Pěnové značkovací zařízení u strojů s aplikačním rámem. Za bezvětří zařízení obsluze umožňuje pracovat s průměrnou chybou od předepsaného pracovního záběru menší než ±0,3 až 0,5 m. Na velkých pozemcích s viditelnými přímými řádky plodiny se zařízení často využívá jen při otáčení na souvratích, mezi otáčkami je obsluha vedena řádky. Takové zjednodušení spoří pěnotvorný roztok.
– Zařízení pro navazování paralelních pracovních jízd s využitím družicové navigace GPS. Jde o funkci navigace. Podle použitého typu korekčního signálu dosahují submetrové nebo subcentimetrové přesnosti. Obě verze lze použít jak pro manuální navádění stroje obsluhou, tak i pro automatické řízení stroje (kromě pohybu při otáčení na souvratích).
Princip činnost zařízení pro paralelní jízdy začíná digitálním záznamem první jízdy stroje po pozemku (schéma). V dalším kroku počítač od této linie na mapě vytyčí požadované linie dalších jízd s roztečí shodnou s pracovním záběrem. Při práci potom srovnává okamžitou pozici stroje danou zeměpisnými souřadnicemi s požadovanou linií na mapě, odchylku od ní signalizuje obsluze nebo ovladači automatického řízení.
K signalizaci při manuálním navádění se používá přijímač DGPS s anténou a mikropočítačem, který ovládá světelnou lištu s textovým displejem (obr. 2). Odchylku jízdy od požadované linie signalizují světelné barevné diody, od středu lišty v pořadí zelené, žlutá a následují červené. Jedna pozice znamená odchylku od 0,1 do 0,9 m (citlivost je nastavitelná). Řidič opravuje směr jízd tak, aby svítila střední zelená dioda. Na textovém displeji jsou doplňující údaje – pořadí jízdy, okamžitá rychlost nebo i varování o vjezdu na již zpracovanou plochu. Některá zařízení mají kromě antény DGPS všechny části integrovány do jednoho celku. Mohou být doplněna i monitorem, který zobrazuje mapu pozemku, plánované osy jízd, pozici stroje i ošetřenou plochu.
Zařízení pro automatické navádění se skládá ze shodných prvků, jsou navíc doplněna snímači polohy řízení (kol i volantu) a servopohonem řízení. Přijímač DGPS dodává přesnou polohu, počítač ji porovná s plánovanou na digitální mapě. Je-li odchylka, vydá příkaz servořízení. Tento cyklus se opakuje 5 až 20krát za sekundu. Proces automatického navádění zahajuje obsluha spínačem, ukončí opět spínačem nebo pootočením volantu. Pro ovládání řízení se využívá elektrohydraulických ovladačů nebo elektropohonu krokovým motorem pro přímé otáčení volantem.
Při práci po vrstevnici na svahu se anténa DGPS umístěná na střeše kabiny stroje vychyluje. Při výšce h = 4 m nad rovinou terénu tato odchylka dosahuje 0,34 m již na svahu 5°. Navigátory se subcentrimetrovou přesností určení polohy musí být vybaveny zařízením pro kompenzaci svahu TCM (Terezin Compensation Module). Elektronická „vodováha“ umístěná kolmo na směr jízdy stroje nebo gyroskop jsou schopny o náklonu stroje dávat digitální zprávu počítači. Ten opraví okamžitou polohu stroje na hodnotu, jaká by byla při výšce antény DGPS rovné nule, tzn. na povrchu pole.
(Pokračování na str. 13)
(Pokračování ze str. 12)
Při hnojení se na kvalitě práce podílí přesnost navázání pracovních jízd (vynechání nebo dvojí aplikace). Náhrada odhadu obsluhy nebo pěnového znamenáku systémy s využitím DGPS prokázala zvýšení kvality práce strojů (tab. 2). Odchylka u pracovních záběrů asi 20 m se při použití „světelné lišty“ snižuje na třetinu, u automatického řízení strojní soupravy na desetinu ve srovnání s odchylkou dosahovanou zkušenou obsluhou při odhadu vzdálenosti nebo při práci s pěnovým značkovacím zařízením.
Proměnlivost pracovní rychlosti při hnojení
Zvýšení pracovní rychlosti má na výkonnost shodný vliv jako pracovní záběr. Při dvojnásobné pracovní rychlosti se výkonnost ve směnovém čase zvýší o 20 až 30 %. Proměnlivost pracovní rychlosti u odstředivého rozmetání je důvodem proměnlivosti průtoku hnojiva, při kterém se nemění poloha vstupu hnojiva na kotouče. Rozmetací obrazec (graf 1a) se změní. U konstrukcí s hydraulickým pohonem rozmetacích kotoučů může zvýšený průtok hmoty snížit i jejich otáčky. Při tom se však také snižuje šířka rozmetání. Ale pracovní záběr musí být jednotný pro celý pozemek. U odstředivých rozmetadel se synchronizací dávkování proto mohou větší změny pracovní rychlosti způsobovat zhoršení příčné nerovnoměrnosti rozmetání. Podobně i změna dávky při variabilním dávkování podle aplikační mapy může kvalitu rozmetání zhoršovat.
Výše uvedené omezení pracovní rychlosti neplatí u pneumatického rozmetání. Rozmetané částice z hubic na rozmetacím rámu mají kratší letovou dráhu i větrem a rychlostí jízdy jsou méně ovlivňovány. U těchto strojů je pracovní rychlost limitována vlastnostmi podvozku a nerovnostmi povrchu jízdní dráhy. Samojízdná rozmetadla na flotačních pneumatikách mohou i ve směru hrubé brázdy pracovat při rychlosti vyšší než 30 km/h.
Vliv velikosti zásobníku na výkonnost rozmetadla
Užitečná hmotnost má prioritní vliv jako exploatační parametr u návěsného traktorového rozmetadla, které se plní hnojivem ve skladu a slouží i pro dopravu hnojiva na pole (graf 2).
(Pokračování na str. 14)
(Dokončení ze str. 13)
Pokud se rozmetadlo zásobuje speciálním přepravníkem a plní na poli, platí požadavek, aby minimální zásoba hnojiva v rozmetadle byla pro aplikaci při jízdě tam a zpět přes celý pozemek. Při neslnění této podmínky se prudce zvyšuje podíl neproduktivních přejezdů k plnění a neúnosně klesá směnová výkonnost stroje. Ve sloupcovém grafu (graf 3) je uvedena produktivní výkonnost W04 linky se 7, 4 a 2tunovým samojízdným rozmetadlem zásobovaným jedním nákladním automobilem o nosnosti 8 t. Vidíme, že na výkonnost nemá podstatný vliv velikost zásobníku rozmetadla. Při dávce 100 kg/ha a 7t zásobníku rozmetadla nemá na výkonnost vliv ani přepravní vzdálenost. Zásobující automobil se stačí vrátit dřív, než se rozmetadlo vyprázdní, i ze vzdálenosti 21 km (u 4t zásobníku rozmetadla jen do vzdálenosti 14 km). Největší podíl na snižování výkonnosti mají prostoje rozmetadla, pokud zásobování rozmetadla není dostatečně dimenzováno. Při zásobovací vzdálenosti do 15 km a při současně používaných hektarových dávkách minerálních hnojiv do 300 kg/ha může mít používání rozmetadla s větším zásobníkem zbytečné negativní dopady – vyšší jednotkovou spotřebu nafty a větší riziko zhutňování půdy.
Podklady pro výše uvedené výkonnosti strojních linek jsme ve VÚZT získali při dlouhodobém provozním monitorování strojů pomocí GPS. Z tohoto systému sledování máme objektivní podklady pro hodnocení struktury směnového času rozmetadel TMH. V grafu 4 je porovnání, jaký vliv má užitečná hmotnost zásobníku na jednotlivé složky času ve směně. Doba rozmetání v čase hlavním T1 u většího rozmetadla roste na úkor doby plnění a prostojů. Větší rozmetadlo má však vyšší výkonnost, má častější přejezdy, a proto i mírné navýšení podílu času na přejezdy.
Závěry
Zvětšení pracovního záběru rozmetadla na dvojnásobek z 18 na 36 m zvýší výkonnost linky na hnojení o 20 až 30 %. Bez problémů je lze využívat při přihnojování nízkými dávkami granulovaných hnojiv. Při zvětšeném pracovním záběru mohou nastat potíže s kvalitou rozmetání zejména při rychlosti větru nad 5 m/s. Vítr ve směru pracovní jízdy oboustranně zužuje pracovní záběr, silný boční proměnlivý vítr způsobí nerovnoměrné překrývání rozmetacích obrazců navazujících jízd a nepřípustnou plošnou nerovnoměrnost rozmetání.
Proměnlivost pracovní rychlosti u rozmetadel s odstředivým rozmetacím ústrojím a se synchronizací dávkování s pracovní rychlostí je vhodná jen ve zúženém rozpětí ±30 %. Větší změny mohou vyvolat zhoršení kvality rozmetání. U rozmetadel s odstředivým rozmetacím ústrojím bez synchronizace dávkování se musí na celém pozemku dodržovat konstantní pracovní rychlost.
U rozmetadel s pneumatickým principem rozmetání mají změny pracovní rychlosti i změny dávky na kvalitu rozmetání minimální vliv. Potrubní doprava hnojiva napříč pracovním záběrem k rozmetací hubici zkracuje dráhu letu částic hnojiva vzduchem, vítr i rychlost jízdy ovlivňují kvalitu rozmetání minimálně.
Velikost zásobníku je pro směnovou výkonnost významným parametrem při použití rozmetadla v přímém pracovním postupu, ve kterém plní i funkci dopravního prostředku hnojiva ze skladu na pole. Pokud zásobujeme a plníme rozmetadlo na poli s dostatečnou výkonností silničními přepravníky, vliv velikosti zásobníku na výkonnost klesá. Prodloužením doby vlastního rozmetání v děleném pracovním postupu však můžeme podstatně zvýšit výkonnost linky a v sezónních pracovních špičkách splnit požadavky na hnojení v agrotechnické lhůtě.
Výsledky uvedené v příspěvku byly získány při řešení výzkumného záměru MZE 0002703101 Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a techniky a aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky.