„Inovativní
rozvoj odbornosti v zemědělství a potravinářství“
Seminář Problematika a inovace konvenčního a minimalizačního zpracování půdy Lektor: 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 Mg 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 CO2, 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 +840kg
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 Qe. na tlaku v hydraulickém válci pluhu.
26
24 Q = -0,0375p + 22,775 2 R = 0,6215
Spotřeba Q (l/ha)
22
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
Výkonnost We (ha/h)
2,4 W e = 0,0021p + 2,3249
2,2
R2 = 0,7192
2 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,
