Lektor: Inovativní rozvoj odbornosti v zemědělství a potravinářství Seminář Problematika a inovace konvenčního a minimalizačního zpracování půdy Prof. Ing. František Bauer, CSc. Termín 11.12 2013 v době od 8:30 do 15:30 hod. Místo konání: AGROMORAVIA, a.s., Anenská 1006, Moravská Nová Ves 691 55
Uplatnění různých způsobů zpracování půdy v zemědělské praxi. Prof. Ing. František Bauer,CSc. Mendelova univerzita v Brně Současná ekonomická situace v našem zemědělství nutí zemědělce hledat stále nové zdroje úspor a omezení na pěstování rostlin. Na těchto nákladech se významnou měrou podílí i energetické náročné způsoby zpracování půdy, a to zejména u půd se zhoršenou zpracovatelností. S omezením počtu pracovníků v zemědělství je kladen stále větší důraz na větší výkonnost strojů a spojování jednotlivých agrotechnických zásahů. Proto je v posledních letech v řadě zemědělských podniků nahrazováno konvenční zpracování půdy, založené na orbě a následné předseťové přípravě půdy, novými postupy se sníženou hloubkou a intenzitou zpracování půdy. Používání minimalizačních a bezorebných systémů umožňuje současný sortiment a technická úroveň strojů na zpracování půdy a setí, které jsou schopné kvalitně založit porosty zemědělských plodin na různých půdách. Technologie minimálního zpracování půdy jsou nejvíce rozšířeny v Severní Americe, kde drahá pracovní síla, silná konkurence na trhu a značné problémy s větrnou erozí přinutily americké farmáře ke zvýšení jejich produktivity a změně v systému zpracování půdy. Klasická podmítka a orba má na některých půdách stále svou nezastupitelnou úlohu a zejména při zapravení statkových hnojiv, posklizňových zbytků a vápenatých hmot ji lze jen obtížně nahradit. Obracení půdy má značný význam v boji proti plevelům, chorobám a škůdcům. Zpracování půdy ovlivňuje vodní, vzdušný a tepelný režim půdy, její biologickou aktivitu a v neposlední řadě i uvolňování živin a jejich využití rostlinami. Při intenzivním kypření půdy vytváříme aerobní poměry ve zpracované vrstvě půdy, dochází k větší mineralizaci živin, rozkladu humusu a vzniká výkonné půdní prostředí pro růst a vývoj rostlin. Proto je důležité, aby byl tento potenciál využit následně rostlinou a uvolněná energie byla transformována do biomasy a její část se pak vracela posklizňovými zbytky, kořeny a kořenovými exsudáty do půdy. Jestliže chceme dlouhodobě udržet vysokou půdní úrodnost při používání konvenčních technologií, musíme počítat s vyššími vstupy zejména organické hmoty, než u technologií s minimálním zpracování půdy. V podmínkách současné zemědělské praxe při stále rostoucím deficitu bilance organických látek v půdě, při absenci vápnění a nedostatečném hnojení N, P, K i M g tak dochází v intenzivně obdělávaných půdách k zabezpečení výživy rostlin na úkor rozkladu humusu, což se projevuje mimo jiné i zhoršením struktury půdy. Na rozdíl od konvenčního zpracování půdy s orbou, které se vyznačuje větší univerzálností a jistotou hospodaření na půdě na úkor vyšších vstupů energie a spotřeby lidské práce, je pěstování bez orby více závislé na řadě specifických podmínek a vyžaduje od zemědělce víc znalostí a praxe v hospodaření. Zejména ve výživě a v ochraně rostlin je úspěch bezorebných technologií podmíněn určením správné dávky a doby aplikace hnojiv a pesticidů, s využitím diagnostických metod na základě skutečného stavu půdy, porostu a vývoje povětrnosti. Při paušálním hnojení a ochraně rostlin jsou zpravidla dosahovány nižší výnosy než u orebných systémů nebo jsou peníze ušetřené za zpracování půdy následně použity na úhradu zvýšených nákladů na dusíkatá hnojiva a pesticidy. Základním předpokladem pro úspěch nekonvenčního zpracování půdy je správné zhodnocení podmínek stanoviště. Největší efekt za zavedení této technologie je dosahován v nižších nadmořských výškách s nižšími srážkami a vyššími teplotami vzduchu na nezaplevelených, úrodných a vápněných půdách s dobrou strukturou, s dobrým obsahem přístupných živin a humusu a vyváženým osevním postupem. Po víceletém hospodaření na půdě bez orby dochází ke zlepšení struktury půdy s větší stabilitou agregátů a vyšší odolností proti utužení.
Půdně- klimatické podmínky stanoviště a průběh povětrnosti daného ročníku mají významný vliv na ekonomiku pěstování zemědělských plodin. Nepříznivá ekonomická situace většiny našich zemědělců je hlavním důvodem hledání nových technologických postupů, které by umožnily v daných agroekologických podmínkách snížit náklady na jednotu produkce. Z celého souboru agrotechnických opatření při pěstování rostli je ekonomicky nejvíce náročné zpracování půdy, které představuje v závislosti na půdě a ročníku 35 50 % všech energetických nákladů. Rozvoj techniky v posledních letech a nová generace výkonných strojů na zpracování půdy umožnily širší uplatnění výsevů do nezpracované půdy nebo pouze povrchově zpracované půdy, přinášející značné úspory pohonných hmot (30 75 %) a zvýšení produktivity práce až o 40 %. Velkým přínosem je, že pří používání technologií bez orby můžeme významně zkrátit období mezi sklizní předplodiny a založením porostu následné plodiny, jak je tomu při zpracování půdy k ozimům. Kromě ekonomických a technických faktorů budou v příštích letech hrát stále větší úlohu při posuzování způsobů zpracování půdy ekologická hlediska. Velký důraz bude kladen na lepší hospodaření s vodou v obhospodařovaných půdách, a to jak z hlediska limitujícího faktoru vysokých výnosů zemědělských plodin, tak i z hlediska ochrany spodních i povrchových zdrojů pitné vody. Často diskutované globální oteplování se podle předpokladů projeví nejen mírným nárůstem teplot, ale v e větší míře se budou v zemědělství projevovat i delší a častější období sucha, přívalové srážky, výraznější výkyvy počasí apod. Stále větší pozornost ve světě je v posledních letech věnována emisím skleníkových plynů ze zemědělství. Půdoochranné bezorebné systémy zpracování půdy snižují emise oxidu uhličitého a většinou i oxidu dusného jak omezením emisí v důsledku nižší spotřeby pohonných hmot, tak i nižší oxidaci uhlíku a dusíku z půdní organické hmoty. K dalšímu snížení emisí může přispět podpovrchová aplikace hnojiv, což umožňuje např. systém PPF. Při správném zohlednění podmínek stanoviště a precisním hospodaření jsou minimalizační technologie a úpory pracovních sil, je jejich dalším přínosem větší ochrana půdy před vodní a větrnou erozí, lepší hospodaření s půdní vláhou, menší ztráty živin z půdy, lepší ochrana vodních zdrojů, nižší emise CO 2, lepší podmínky pro činnost půdního makroedafonu atd. Existují názory, že na radličném pluhu již není co zdokonalovat. V poslední době se objevily na trhu v České republice nové generace polonesených pluhů s účelně dobře vyřešeným hydraulickým posilovačem trakce. Systém Traction-Control není složitý, je perfektně integrovaný do závěsu pluhu a jednoduše ovladatelný. Většina návěsných pluhů prodaných v Čechách a na Slovensku, je jím vybavena. Potenciální zájemci o nové pluhy požadovali nezávislé otestování systému Traction-Control, prováděné v našich podmínkách. Ústav techniky a automobilové dopravy, Mendelovy univerzity v Brně provedl v měsíci září 2013 měření parametrů orební soupravy traktoru John Deere 8295 R s návěsným pluhem Pöttinger SERVO 6.5. Předmětem zkoušek bylo: Vážením zjistit rozložení hmotností hnacích kol traktoru s návěsným pluhem, při různém tlaku v hydraulickém válci na pluhu. Změření výkonnostních a energetických parametrů orební soupravy, při různých tlacích v hydraulickém válci pluhu. Provést analýzu naměřených a vypočtených hodnot. Traktor: John Deere 8295R, počet motohodin 2120, výkon motoru 190 kw, hydromechanická převodovka, přední pneumatiky Trelleborg 600/70 R 30 voda v pneumatikách- tlak 1,7 bar., zadní pneumatiky Trelleborg 650/85 R 38 tlak huštění 1,5 bar. Celková hmotnost
traktoru včetně řidiče a plné nádrže paliva 14 680 kg. Rozložení hmotnosti: zadní náprava 6 760 kg, přední náprava 7 920 kg. Pluh: Pöttinger SERVO 6.5, model S 6.50 N7 scharig/41w, typ 9851, rok výroby 2013. Hmotnost pluhu 3 855 kg. Jedná se o návěsný sedmiradličný otočný pluh s automatickým hydropneumatickým jištěním orebních těles. Závěs pluhu je na stojánku opatřen hydraulickým válcem, který umožňuje přenesení části hmotnosti pluhu při orbě, na podvozek traktoru. Měření se prováděla v zemědělském podniku Zemspol a.s. Sloup obec Vysočany okr. Blansko, lokalita Lipiny. Půda na které se provádělo měření byla hlinitá, jednalo se o orbu strniště, předplodina pšenice ozimá. Průměrné vlhkosti půdy hmotnostní - hloubka odběru 5 cm 18 %, 10 cm 17,9 %, 20 cm 17,2 %. Penetormetrem byly naměřeny průměrné hodnoty penetrometrického odporu v hloubce 10 cm 0,5 MPa, 20 cm 1,2 MPa a v hloubce 30 cm - 2,8 MPa. Na pozemku byl vybrán rovinatý terén, kde byly vytyčeny 80 m dlouhé měřící úseky. Při měření pracoval traktor s plnou dávkou paliva, režim hydromechanické převodovky udržoval motor v rozsahu otáček motoru 1600 až 1800 min -1. Všechna měření byla prováděna na polohovou regulaci tříbodového závěsu traktoru. Při zkouškách byla měřena síla v horním táhle tříbodového závěsu traktoru. Síla byla měřena tenzometrickým snímačem Hottinger U2B-100, viz obr. 2. Prokluz pravého a levého zadního kola byl měřen pomocí inkrementálních snímačů otáček kol. Okamžitá hodinová spotřeba paliva byla snímána ze sítě CAN Bus traktoru, naměřené hodnoty byly ověřeny v laboratořích Ústavu techniky a automobilové dopravy. Obr. 1 Hydraulický válec se vzdušníky a manometrem pro nastavení tlaku ve válci na závěsu pluhu. Vážením (viz obr. 5) bylo zjištěno, že při zvýšení tlaku ve válci z 0 na 150 barů, u pluhu v pracovní poloze pro orbu vlevo, dojde k dotížení zadní nápravy traktoru o 980 kg. Pokud jde o rozložení hmotnosti na jednotlivá kola, záhonové kolo traktoru bylo dotíženo o hodnotu 840 kg, zatímco brázdové kolo pouze o 140 kg. Přírůstek tíhy připadající na zadní kola traktoru je zřejmý z obr.5. Při jízdě traktoru v brázdě je hmotnost traktoru připadající na záhonové kolo vyšší než na kolo brázdové. Z vážením soupravy je zřejmé, že tlak
v hydraulickém válci na závěsu pluhu vyrovnává zatížení na brázdové a záhonové kolo. Uvedená skutečnost se pozitivně projevila v orbě. + 8,4 kn p = 150 bar + 1,4 kn Obr. 2 Dotížení zadních kol traktoru při tlaku 150 bar v hydraulickém válci závěsu pluhu Z obr. 3 a 4 můžeme vidět změnu prokluzu záhonového zadního kola a brázdového zadního kola traktoru v závislosti na změně tlaku v hydraulickém válci pluhu. Při plovoucí poloze rozváděče vnějšího okruhu hydrauliky je v hydraulickém válci prakticky nulový tlak. Hydraulický válec nepřenáší zatížení z pluhu na traktor. Z měřených hodnot je patrné, že došlo k rozdílným prokluzům zadních kol. U záhonového kola byl naměřen průměrný prokluz 21,8 % a brázdového kola 6,5 % viz obr.3. Při dalších zkouškách byl tlak ve válci postupně navyšován. Při zvýšení tlaku ve válci závěsu na 90 bar došlo k poklesu prokluzu záhonového kola na 17,9 % u brázdového kola byl průměrný prokluz 6 %. Další navýšení tlaku na hodnotu 110 bar se projevilo snížením prokluzu záhonového kola na hodnotu 5,3 % a brázdového kola na hodnotu 4,7 % viz obr. 4. Další navyšování tlaku ve válci nevedlo ke snížení prokluzu zadních kol. Uvedená skutečnost je logická, protože bylo zjištěno, že navýšení tlaku na 150 bar bylo maximálně dotíženo brázdové kolo o 140 kg, zatím co záhonové o 840 kg. Měřením bylo zjištěno, rozdílné zatížení záhonového a brázdového kola v důsledku změny tlaku v hydraulickém válci se projevilo v energetických a výkonnostních parametrech měřené orební soupravy. 0 bar 21,8 % 6,5 % Obr. 3 Rozdílný prokluz záhonového a brázdového kola. Rozváděč vnějšího okruhu hydrauliky v plovoucí poloze, tlak ve válci 0 bar.
110 bar 5,3 % 4,7 % Obr. 4 Vyrovnání prokluzu brázdového a záhonového kola. Talk ve válci 110 bar. +140 kg +800 +840 kg kg Obr. 5 Vážení orební soupravy. Tlak ve válci pluhu 150 bar. Rozdílné rozložení zatížení zadních kol traktoru ovlivňovalo prokluz záhonového a brázdového kola traktoru při orbě. Při všech zkouškách byla současně měřena i síla v horním táhle tříbodového závěsu pluhu. S rostoucím tlakem roste síla v horním táhle a tím také zatížení zadní nápravy traktoru. Dotížení zadní nápravy je rozdílné, což je možné dokumentovat kvazistatickým vážením zatížení na záhonové a brázdové zadní kolo na rovné betonové ploše viz obr. 5. Měřením prokluzů zadních kol traktoru při orbě byl zjištěn prokazatelný rozdíl prokluzů mezi záhonovým a brázdovým kolem. Proto je reálné vyslovit myšlenku, že tlak v hydraulickém válci na pluhu při orbě dotěžuje více kolo pohybující se po záhoně než kolo v brázdě. Uvedené zjištění je pozitivní, poněvadž oproti návěsným pluhům, které nejsou vybaveny hydraulickým válcem, je kolo orajícího traktoru pohybující se v brázdě výrazně více zatíženo, než kolo pohybující se po záhoně (zpráva Ostroj Opava). Výrazný rozdíl v zatížení zadních kol, způsobuje nežádoucí zhutňování podorničí a výkon motoru je nerovnoměrně přenášen zadní transmisí. Na obr. 6 můžeme vidět závislost hektarové spotřeby paliva Q e. na tlaku v hydraulickém válci pluhu.
Výkonnost We (ha/h) Spotřeba Q (l/ha) 26 24 22 Q = -0,0375p + 22,775 R 2 = 0,6215 20 18 16 14 12 10 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tlak p (bar) Obr. 6 Závislost hektarové spotřeby paliva na tlaku v hydraulickém válci pluhu. Série tří měření, kdy byl hydraulický válec napojen na vnější okruh hydrauliky, a rozváděč byl nastaven na plovoucí polohu, což znamená, že není v průběhu orby přenášeno dodatečné zatížení z pluhu na traktor. Z toho vyplývá, že průměrná úspora pro uvedené tlaky činí 17 % paliva oproti průměrné spotřebě, kdy není zadní náprava traktoru dotěžována. 2,8 2,6 2,4 2,2 2 We = 0,0021p + 2,3249 R 2 = 0,7192 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Tlak (bar) Obr. 7 Závislost efektivní výkonnosti na tlaku v hydraulickém válci pluhu. Dalším hodnoceným parametrem orební soupravy byla efektivní výkonnost, což je výkonnost dosahovaná v čase práce bez uvažování časů ztrátových. V grafu na obr.7 je znázorněna
závislost efektivní měrné objemové a plošné výkonnosti na tlaku v hydraulickém válci pluhu. Dotížení zadní nápravy vede ke snížení prokluzu, tím se snižuje ztráta rychlosti orební soupravy a logicky roste výkonnost. Vezmeme-li za základ výkonnost při tlaku ve válci rovnající se nule, potom můžeme konstatovat, že pro tlaky 90 až 150 bar dojde k navýšení výkonnosti o 12,5 %.. Literatura: Bauer, F.,Sedlák P.,Čupera,J.: Vyhodnocení testování návěsného pluhu PÖTTINGER SERVO 6.50. MU BRNO, 2O13. Růžek,P.: Uplatnění různých způsobů zpracování půdy v zemědělské praxi. Sborník přednášek z odborného semináře VÚRV Praha Ruzyně,