V současném zemědělství patří mezi nejvíce používané termíny i precizní zemědělství. V systému hnojení minerálními hnojivy je třeba tento termín chápat zejména jako aplikaci prostorově proměnlivé dávky hnojiva na jednotku plochy podle vhodně zvolených parametrů. Tímto ukazatelem může být obsah některých prvků v půdě, barva porostu, ale i například blízkost okraje pozemku či vodního zdroje. Celkově se za těmito systémy skrývá snaha o hospodárnější využívání minerálních hnojiv, snižování nákladů a v neposlední řadě i lepší ochrana životního prostředí.
Současný stav techniky
Je třeba si uvědomit, že různé druhy minerálních hnojiv mají i různé fyzikální vlastnosti. Ty pak zásadně určují podmínky aplikace a rovněž vhodnost použité technologie na konkrétní druh hnojiva. Minerální hnojiva jsou prášková, zrnitá nebo granulovaná (nejčastěji), velikost granulí se pohybuje mezi 2–4 mm. Objemová hmotnost dosahuje 800–1700 kg/m3. Důležitou vlastností hnojiv je hygroskopie, tj. schopnost pohlcovat vlhkost. Právě zvyšující se vlhkost má vliv na součinitel tření, přilnavost a rovněž způsobuje vytváření hrudek hnojiva. Všem praktikům je známa nepříznivá vlastnost minerálních hnojiv – korozivní účinky na kovové materiály, které způsobují poškození i zkázu částí rozmetadel.
Technika pro hnojení práškovými hnojivy
Zvláštní skupinu tvoří prášková hnojiva. Částice těchto hnojiv mají velmi malou hmotnost, proto je zde riziko odnosu částic větrem během aplikace i po ní. K odnosu částic postačuje i relativně nízká rychlost větru o velikosti jen několik m/s. Dříve nejběžnější technologie – aplikace hnojiva (nejčastěji mletý vápenec) přímo z cisterny na pozemek je postupně vytlačována a nahrazována aplikací rozmetadly s vyhrnovacím ústrojím. Toto řešení je z pohledu možného úletu částic hnojiva i z hlediska rovnoměrnosti aplikace nesrovnatelně výhodnější. Základem vyhrnovacího ústrojí je šnekovice, která je uložena ve výložníku. Šnekovice je dělená na dvě části – šnek je tvořen levým a pravým závitem, tak aby aplikace byla souměrná podle podélné osy stroje. Toto ústrojí je umístěno v aplikačním rámu a nachází se vždy co nejblíže k povrchu pozemku. Do prostoru mezi tento rám a povrch pozemku je umístěna pružná zástěna, která zabraňuje úletu prachových částic a hnojivo (mletý vápenec) zůstává pouze na pozemku. Tato rozmetadla se vyrábí jako návěsná, popřípadě jsou dodávána jako výměnná nástavba na stroje Terra-Gator, nebo se nástavba umístí na nákladní automobil. Pomocí těchto rozmetadel dosáhneme rovnoměrné aplikace hnojiva s tím, že pokud známe mapu pH pozemku lze využít variabilní aplikaci při vápnění. Tato rozmetadla se hodí spíše pro podniky služeb, popř. pro velké zemědělské podniky pro svou omezenou využitelnost (většinou pouze vápnění).
Odstředivá rozmetadla minerálních hnojiv
Drtivá většina hnojiv je vyráběna jako granulované látky. V oblasti aplikace granulovaných hnojiv je patrná nadvláda odstředivých rozmetadel s rozmetacími kotouči, a to převážně v dvoukotoučovém provedení. Platí, že více než 80 % všech hnojiv je aplikováno právě odstředivým mechanismem. Proč právě tento mechanismus zcela ovládl oblast hnojení minerálními hnojivy? Důvodů je hned několik. V první řadě je to velmi jednoduchá a spolehlivá konstrukce. Další výhodou je to, že neovlivňuje negativně tvar zásobníku. Tyto výhody jsou navíc doplněny vysokou přesností rozmetání. Ta se díky mnohaletému firemnímu a univerzitnímu výzkumu dostala na špičkové hodnoty. Oproti jiným mechanismům umožňuje i změnu pracovního záběru rozmetadla. Tato rozmetadla dosahují zcela běžně pracovních záběrů i přes 30 m a u hnojiv s velmi dobrou aplikovatelností i více než 42 m.
V zemích EU jsou nejprodávanější rozmetadla nesená na tříbodovém závěsu traktoru. Toto řešení má mnohé výhody. Malé rozměry stroje, dotěžování zadní nápravy traktoru, absence další nápravy u soupravy. Nevýhodou je omezení z hlediska hmotnosti plného rozmetadla. Objem zásobníku nelze zvyšovat nad hranici únosnosti tříbodového závěsu traktoru a odlehčení přední nápravy.
Tuto nevýhodu lze odstranit použitím rozmetadel návěsných. Toto řešení je mezi našimi zemědělci známé již mnoho let a má z objektivních důvodů stále mnoho zastánců. Tato rozmetadla pojmou i více než 15 000 kg hnojiva, což zvyšuje jejich plošnou výkonnost oproti neseným. Nevýhodou je možnost vyššího zhutnění půdy a v neposlední řadě i pořizovací cena návěsného rozmetadla.
Zajímavou alternativou k návěsným rozmetadlům je agregace neseného rozmetadla s překládacími vozy o objemech až 9000 litrů (tuto možnost nabízí rozmetadla Bogballe v kombinaci s vozy Jumbo Perrein, dále např. firma Rauch se svým vozem TWS). Návěs je vybaven širokými nízkotlakými pneumatikami s velkým průměrem, které minimalizují tlak na půdu. Osa kol návěsu je přesunuta dozadu pro výhodné rozložení hmotnosti. V zadní části návěsu je tříbodový závěs i vývodový hřídel pro uchycení zcela standardního neseného rozmetadla. Hnojivo je kontinuálně doplňováno z návěsu do upnutého rozmetadla pomocí hydraulicky poháněného lopatkového dopravníku. Toto řešení má všechny výhody návěsného rozmetadla, ale umožňuje i použití rozmetadla zvlášť, například při regeneračním hnojení ve vlhkých podmínkách. Co však s překládacím vozem mimo čas hnojení? Naskýtá se možnost dalšího využití např. pro plnění secích strojů. Celkově je toto řešení zatím zemědělci nedoceněno a dá se očekávat jeho postupné rozšiřování.
Pneumatická rozmetadla
Poslední, do jisté míry unikátní, skupinou rozmetadel jsou rozmetadla pneumatická výložníková. Pro svou vyšší cenu, ale i vysokou plošnou výkonnost, jsou vhodná do velkých zemědělských podniků, popř. podniků služeb. Největší výhodou pneumatických rozmetadel je, že jejich výkonnost je nezávislá na kvalitativních parametrech hnojiva. Toto rozmetadlo je velmi vhodné i pro aplikaci při větrném počasí. Pneumatická rozmetadla se vyrábí nejčastěji v návěsném provedení, existují i nesené modely. Pracovní záběr se pohybuje zpravidla od 18 do 36 m. Aplikační rám bývá rozdělen na několik dílů. Každý díl má nezávislé nastavování a ovládání množství aplikovaného hnojiva. Každá část aplikačního rámu tím pádem musí mít vlastní dávkovač, který bývá ovládán rotačním hydromotorem se změnou otáček. Tato rozmetadla jsou z hlediska rovnoměrnosti rozmetání na špičkové úrovni.
Moderní systémy pro zlepšení přesnosti aplikace
Trvalým problémem hnojení je zajistit konstantní dávku po celé ploše. Mezi další problémy patří úlet hnojiva za hranici hnojeného pozemku a s tím související rizika pro životní prostředí. V průběhu let výrobci rozmetadel samozřejmě neustále zdokonalovaly své výrobky, tak že v dnešní době je požadavek na vysokou rovnoměrnost z technického pohledu splněn. V této části příspěvku budou popsány moderní systémy a technologie pro zajištění velmi vysoké přesnosti rozmetání a pro možnou variabilitu hnojení podle potřeby porostu či pozemku. Tyto systémy budou většinově popsány pro nejrozšířenější a nejběžnější odstředivý rozmetací mechanismus. Za inovace v oblasti hnojení minerálními hnojivy jsou pravidelně udělována významná ocenění na předních světových výstavách zemědělské techniky a firmy vyrábějící tento druh techniky do vývoje investují velké částky.
Variabilní aplikace hnojiv
Poměrně známým a rozšiřujícím se systémem je variabilní hnojení dusíkem. Nejdůležitější podmínkou úspěšné práce těchto systémů je získání informací o stavu porostu z hlediska živin (obsah dusíku). Pro získávání těchto informací v závislosti na lokálních podmínkách jsou v zemědělské praxi využívány senzory pracující na principu odrazu světla. Zjišťují spektrální odraz slunečního světla od porostu rostlin, který vypovídá o aktuálním obsahu (potřebě) dusíku.
Tyto získané hodnoty se využijí pro plynulé nastavení ovládání rozmetadla. Nejznámějším a nejběžnějším řešením je N-senzor firmy Hydro. Určitou nevýhodou je závislost na denním světle. Není to však v žádném případě jediné řešení. Vedle využití spektrálního odrazu slunečního světla lze využít i laserové systémy (řešení firmy Fritzmeier), které stimulují chlorofyl v listech k fluorescenci a nezávisle na denním světle zjišťují obsah dusíku v rostlinách a současně plynule nastavují ovládaní rozmetadla. Celkově se dá říci, že variabilní hnojení dusíkem je velmi perspektivním a praktickým systémem.
Výše popsané systémy pro svou činnost nezbytně potřebují plynulou změnu nastavení rozmetadla. Tato změna zákonitě musí znamenat změnu množství rozmetaného hnojiva i plošné dávky. A jak se tento druh regulace u rozmetadel provádí v praxi? Řešením je použití různě konstruovaných váhových systémů, které dávkují hnojivo buď podle hmotnosti, nebo podle objemového průtoku. Tyto systémy, které jsou přímo integrovány do rozmetadel, jsou přímo dodávány výrobci. Přestože podstata jejich práce je stejná, rozlišují se podle počtu a umístění měřicích tenzometrů a stanovování výpadového množství hnojiva odpovídající požadavkům v daném místě na pozemku. Tento požadavek je získán z několika zdrojů podle druhu hnojení. U hnojení dusíkem jsou to většinou informace z N-senzoru. Pro ostatní prvky je nutné použití jiných informací – systém potřeby hnojení.
Předcházejícím úkolem pro zavedení tohoto systému je přesné zmapování hranic pozemku v digitální formě, odběr půdních vzorků z pozemku, jejich laboratorní vyhodnocení (tato etapa je časově nejnáročnější) a následný převod získaných výsledků do mapy zásobenosti půdy živinami. Z těchto dat se následně vytvoří mapa potřeby hnojení – aplikační mapa. Pro samotnou variabilní aplikaci musí být rozmetadlo vybaveno automatickým regulačním systémem. Práce takového rozmetadla je založena na řízení aplikované dávky pomocí aplikační mapy, která je obsažena v palubním počítači stroje. Nezbytná pro práci je i informace o přesné poloze stroje na poli vyhodnocované přijímačem signálu GPS. Takto vybavený stroj dokáže automaticky měnit dávku podle potřeby v konkrétním místě na konkrétním pozemku.
Omezení vlivu letových vlastností hnojiv na přesnost aplikace
Trvalým problémem odstředivého rozmetání hnojiv je vliv granulometrického složení hnojiva a s tím spojené změny letových vlastností. Největším problémem je vždy aplikace hnojiva s neznámým granulometrickým složením, hnojiva nekvalitního či hnojiva, které nasáklo velké množství vzdušné vlhkosti. Tehdy nemusí být dodrženy tabulkové hodnoty nastavení rozmetacího ústrojí.
V takovém případě lze přímo na pozemku zkontrolovat rovnoměrnost aplikace hnojiva pomocí jednoduchého mobilního zařízení. Naměřené hodnoty pak lze s pomocí programu v palubním počítači využít pro optimalizaci nastavení rozmetacího mechanismu. Tímto způsobem lze přesně aplikovat i hnojivo s proměnlivými vlastnostmi, protože kalibrace proběhne na základě získaných hodnot během krátké a rychlé zkoušky rozmetání přímo na pozemku. Samotné nastavení dávky hnojiva se děje změnou velikosti výpadového otvoru ze zásobníku. Velikost otvoru je řízena pomocí speciálních krokových motorů. Toto řešení samozřejmě platí pro odstředivá rozmetadla. Pro méně rozšířená pneumatická rozmetadla se hodí regulace pomocí změny otáček dávkovacího žlábkového válečku. Jeden váleček je určen pro jeden díl aplikačního rámu. Řízení otáček se děje pomocí regulace rotačního hydromotoru, který váleček pohání.
Problematika hraničního hnojení
Velkým problémem hnojení minerálními hnojivy je možnost úletu hnojiva za hranici hnojeného pozemku. Tento problém je třeba rozdělit na dvě části. Jednou možností je, že na sousední ploše se nachází jiná zemědělsky využívaná plocha, kdy lze zanedbat úlet malého množství hnojiva na tento pozemek. Tento případ se označuje jako okrajové rozmetání. Druhým případem je sousedství pozemku např. se silnicí, vodní plochou apod. U tohoto případu je nepřípustné, aby částice hnojiva dopadly na sousední plochu v jakémkoliv množství. Tento případ nazýváme hraničním hnojením. Tato problematika nesouvisí ani tak s ekonomickými škodami spojenými s úletem hnojiva, ale spíše s problematikou ochrany životního prostředí.
Systémů umožňujících hraniční hnojení je na trhu rozmetadel hned několik. První možností je vybavení rozmetacích kotoučů odstředivého rozmetadla dvěma druhy rozmetacích lopatek. Jeden druh lopatek je delší a hodí se pro normální hnojení v standardní šířce pracovního záběru a druhý druh lopatek je kratší a určený právě pro hraniční hnojení. Krátké lopatky zkracují díky nižší obvodové rychlosti dráhu letu částic hnojiva, avšak bez změny proudu hnojiva a samozřejmě bez změny směru odhozu. Rozmetadlo musí být vybaveno systémem, který umožní dopadnout hnojivu na krátkou lopatku. Dochází k posunutí výpadového otvoru ze zásobníku. Po této změně dojde k posuvu podávacího bodu hnojiva na rozmetacím kotouči. Ovládání posuvu je zajištěno pomocí krokového elektromotoru. Elektromotor je řízen z kabiny traktoru, takže na hranicích pozemku nemusí řidič opouštět kabinu traktoru a vše zajistí pouhým zmáčknutím příslušného spínače na ovládacím panelu.
Druhým systémem pro hraniční hnojení je využití obou směrů rotace rozmetacích kotoučů, tedy ke středu a od středu. Při plošném rozmetání se rozmetací kotouče otáčejí lopatkami proti sobě (do středu). Vytvoří tak rozmetací obrazec, který rozhodí hnojivo na dvojnásobný záběr, než je skutečný. Díky polovičnímu překryvu sousedních jízd se pak výsledná dávka hnojiva skládá ve skutečnosti ze čtyř menších dávek. Naproti tomu při hraničním rozmetání se rozmetací kotouče otáčejí směrem od sebe. Tvarování lopatek umožňuje se změnou směru otáčení zásadně změnit i jejich rozmetací vlastnosti. Vlivem rozdílné tvarové konstrukce levých a pravých lopatek se potřebným způsobem změní i rozmetací obrazec každého z kotoučů zvlášť.
Třetím systémem je použití systému posunutí prvního kolejového řádku (Limiter od firmy Amazone). Tento systém lze uplatnit pouze za předpokladu, že první kolejový řádek se vytvoří na polovičním pracovním záběru rozmetadla. Systém lze využít jak pro hraniční, tak i pro okrajové rozmetání. Tento systém technicky spočívá ve vložení lamelového bloku do rozmetacího vějíře, a tím dojde ke změně směru letu části hnojiva. Nespornou výhodou tohoto systému je to, že je plně ovládán z kabiny řidiče a obsluha nemusí ani na chvilku přerušit práci.
Poslední možností řešení této problematiky je využití pohonu rotačními hydromotory pro každý rozmetací kotouč, díky kterému lze komfortně vyřešit problém hraničního a okrajového hnojení i hnojení na nepravidelných pozemcích. Principem je snižování otáček hydromotoru (a tím i kotouče), čímž dochází ke snižování šířky rozhozu za současného snižování přiváděného množství hnojiva (částečné uzavření výpadového otvoru) tak, aby dávka na skutečně pohnojenou plochu zůstala zachována. Toto řešení je poměrně jednoduché a konstrukčně levné. Z funkčního hlediska se též hodí i pro dohnojování klínů apod., jak již bylo uvedeno výše. Celkově je tento systém velmi perspektivní.
Klíčové informace
– V oblasti techniky pro aplikaci minerálních hnojiv nelze očekávat zásadní změnu funkčních principů, k zlepšování podmínek aplikace bude docházet díky dalšímu zavádění novinek ze sféry automatizace a řízení rozmetacího procesu.
– Díky těmto systémům vzroste využitelnost hnojiv a sníží se rizika ohrožení životního prostředí aplikací minerálních hnojiv.
– Při každé činnosti musíme mít stále na paměti nenahraditelnost životního prostředí, trvale udržitelný rozvoj a odkaz budoucím generacím.
Ing. Petr Novák
Ing. Jiří Mašek, Ph.D.Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická fakulta
Katedra zemědělských strojů
