Publikováno na stránkách www.vuzt.cz
vLIv oPAKovAxÝcrr zrrurNĚnrÍpŮny Josef Hůla
l)' 2)'
Milan Kroulík
pŘnrnzoŮ Po
pŮnĚ
NA srupnŇ
l)'2), 2 Pavel Kovaříček
,) Katedra zemědělslqlch strojů, Technickáfakulta, CZU v Praze 2)Vyzkumny ústavzemědělshétechnilql,v.v.i.' Praha
Úvoo
V současnosti využívané systémy hospodaření na půdě jsou spojeny s vedlejšíminegativnímivlivy na půdníprostředí,kterémohou poškozovatjak produkční,tak mimoprodukění funkce půd. Závažným, ýrazně negativním jevem je zhutňování půdy. Protože hlavní příěinou zhutňování půdy je vystavení půdy působenípojezdových ústrojí strojů,používámev této souvislosti termín ,,technogennízhutňování půdy..,na rozdíl od zhutnění,jehožpříčinoujsou pedogeneticképrocesy - napříkladucpávánípórů v půděvlivem migrace jemných minerálních částic (Lhotsky 2000). V českéterminologii bychom měli jevu od ,'utužovánípůdy..(cílený odlišovattermín,,zhutňovánípůdy..ve smyslu nežádoucího agrotechnický zásab válení). Hlavními příčinamitechnogenníhozhutňování půd je působenít|aků pojezdoých ústrojína půdu a smykové namáháni půdy, ke kterémudochá.r'ípři prokluzu kol' případně pásů mobilních energetických prostředků i samojízdných strojů. Ke zhutňování půdy přispívají i některépracovní operace. Například při orbě radličnýmpluhem, předevšímpři každoroční orbě do stejnéhloubky, se můŽepůsobenípluŽníchčepelípodíletna vytvořenítzv. podorničnípodlahy, zhutnělévrstvy pod dnem brázd. Zhutněnípůdy se nepříznivě projevuje na výnosu plodin, zv|ášťzávaŽnéjsou však důsledky ekologické. Snížená schopnost zhutnělé půdy přijímat vodu při intenzivních srážkáchvede ke zvýšenémupovrchovémuodtoku srážkovévody a ke sníŽenéakumulaci vody v půdě.Zhutnění,zvláštěna lehčíchpůdáchzvyšujeriziko poškozovánípůdvodní erczí. Dalším nepřízniým důsledkem zhutnění půd je nárůst energetické náročnosti jejich zpracování a zhoršení kvality zpracování, coŽ se nepříznivě projevuje při vzcbánení následnýchplodin. Procesy technogenního zhutňování půd byly v nedávné minulosti intenzívně studovány (Hákansson |992 a 20a5, Unger 1996).Yýznamná je skutečnost,Že urěitézatížení půdy můžemít odlišnou odezvu v půdě na jednom stanovištiv průběhuroku, což závisí předevšímna momen|álnívlhkosti půdya stupni nakypřenínebo utuženípůdy.Již v období |982_1990 byly hledány možnostiuplatněnísystémutrvalých nebo dočasnýchjízdnich stop, jedním zuvažovaných perspektivníchřešeníby| tm. agrotechnický most. Matthews (1982) předpokláda|,Že pÍi vyloučenívlivu pojezdovych ústrojína půduby poklesla potřeba energie na Zpracovánípůdy o 50 Yo, při kombinaci minimalizačníchtechnologií zpracování půdy a absence přejezdůpo půděby se mohla energetická nároěnost zpracovánípůdy snížitještě ýrazněji (na částechpozemků mimo vymezené jízdní stopy). V minulosti však nebylo dostupnévybavení,kteréby umožnilouskutečnitsystémtrvalých jízdníchstop - neexistovala spolehlivá a dostatečněpřesná navigace strojních souprav při pohybu po pozemcích. V současné době je považovánza perspektivnísystém,kteď vede k omezenízhutněnípůdy cestou důslednéhooddělení jizdních stop mechanizaěníchprostředkůod p|ochy, na kterou pojezdová ústrojínepůsobí(Lamour et Lotz 2007). Na rozdíl od minulosti jsou nyní k dispozici navigačnísystémy s přesností, která umoŽňuje řídit jízdy strojních souprav například pÍi navazovánípracovních záběrů strojůpři setí a dalšíchpracovních operacích. Dosahovaná přesnost GPS navigace už umožňujevyužitív systémechÍízenýchpřejezdůpo pozemcích'pro kterése používáoznačeniCTF - Control|edTraffic Farming.
39
McPhee et al. (1995) uvádějí,že aŽ 30 % qýkonu motorůtraktoruje absorbováno do půdy ve formě jejího zhutnění,což ýznamně navyšujepotřebu tahovésíly při zpracování půdy. oddělení jízdních stop od p|ochy bez jejich působenína půduby tedy bylo účinným prostředkem ke snížení energetickénáročnostizpracovánípůdy.Tullberg (2000) uvádí nárůst energetickénáročnostizpracovánípůdyo 25 až40 % v důsledkupředchozíchpřejezdů. Při uplatněnístrílýchkolejoých stop můžebýtýznamná úsporačasua materiáloých vstupůve ýši |0 až 20%. Stáléjízdní stopy mohou umoŽnit dřívějšívstup techniky na pozemky po deštích(Chamenet al. 2003).Lamers et a|. (l986), Gerik et al. (1987)Wesley et Smith (1991) uvádějír1ýhodusystémus trvalými neosévanýmijízdnimi stopami - pro pohyb strojůpo pozemcích vyhovuje pevná podložka,na kterése dociluje nižšívaliý odpor a je moŽnévyššizatiŽeni nežpři přejezdech kypřejšípůdy.Požadavkypro jízdni stopy jsou tedy odlišnéod požadavkůna ťyziká|nívlastnostipůdyv zóně pro pěstovanéplodiny. Kromě příznivéhovlivu soustředěnípřejezdů do trvalých stop na výnos plodin je spatřován přínos Ťízenýchpřejezdůi v oblasti vodníhorežimupůd.Li et a|. (2004) zjistili' že odtok vody z pozemků'kde byl uplatněn systémstálých kolejoých stop, byl o 36 %onižšíneŽ na pozemcích se standardnímipřejezdy. Dů|ežitáje orientace kolejových stop na svažidch pozemcích. Argumentem pro uplatnění systémus řízenými přejezdy po pozemcích (CTF) jsou i některénížeuvedenéýsledky výzkumu vlivu strojůna půdníprostředí. MATERIÁL A METODY S cílem vyhodnotit nárůst zhutnění půdy při opakovaných přejezdech ve stejné kolejové stopě byl na hlinité černozemi|užníza|oženmaloparcelkoý polní pokus. Pokusný pozemek byl na podzim zorán do hloubky 0,28 m, v době jarní předseťovépřípravy půdy se uskutečnilypřejezdy kolového traktoru ýkonové třídy 80-100 kW způsobem,,stopa vedle stopy.., byly vymezeny parcelky s tímto počtempřejezdů ve stejnéstopě: 0, '7, 2, 4 a 8 přejezdů. Pojezdová rychlost traktoru bez tahového zatíženíby|a 4,2km.h-'. Hmotnost traktoru: 5100kg, přední pneu: 14,9113-24(vnitřní tlak 140kPa)' zadní pneu: I8,4lI5-34 (vnitřnítlak 140 kPa). Pruměrnávlhkost ornice v doběpřejezdůby|a23,0 oÁhmotnostních. Při předseťovépřípravě půdy k cukrovéřepě byla změÍenaplocha kolejoých stop aby|a vyhodnocena intenzita zhutňování půdy traktorem CASE7130 (180kW)' kteý pracoval v soupravě s kombinátorem ostroj Saturn (pracovní zábět 6 m). Zadní náptava traktoru byla vybavena zdvojenými koly s pneumatikami20,8 P.42, na předníchkolech byly pneumatiky 16,9 R 30. Pro vyhodnocenízpůsobujízd traktorovésoupravy po pozemku byla vyuŽita družicová navigace (přijímačGPS GARMIN SRVY II.). Půda na pozemku byla na podzim předchozíhoroku zorána do hloubky 0,28 m. Průměrnávlhkost půdyv omici v době její předseťovépřípravy k cukrovéřepě byla I8,I yo hmotnostních(hlinitá hnědozem).Dále byl vyhodnocen vliv jízd po pozemku na půdu při předseťovépřípravě půdy kjarnímu ječmenupo orbě do hloubky 0'20 m _ hlinitá půda'průměmávlhkost I5,9 yo hmotnostních. Pro posouzenístupnězhutněnípůdyve stopě kol traktoru a mimo stopy kol byl použit penetrometr.Dále byly stanovenyýzlká|ní vlastnosti půdypo odběru vzorkůpůdy registrační do kalibrovaných fy zikáLníchválečků.
vÝsr,Bnry A DISKUSE
Výsledky polního pokusu, v jehož rámci byl hodnocen vliv opakovaných přejezdů kolového traktoru ve stejných stopách na půdníprostředí powrdily, že při opakovaných přejezdech se ýrazně sniŽuje nárůst zhutnění půdy (graf na obrázku 1). Při přejezdech traktoru v obdobíjarního předsetbvéhozpracovánípůdy zvýšilo 8 přejezdůve stejnéstopě odpor půdy vuči pruniku kužele penetrometru3'3 krát, přičemžprvní přejezd představoval
40
50 % celkovéhonárůstuodporu,druhý přejezd 24,2yo, dalšídva přejezdy L3,3yo a další4 přejezdy pouze |2,5 oÁcelkovéhonárůstuodporu. 1,0 r É-]
3o,al 8.o.ol E o
,E o,+l E P o,zl o
L
0,0 l 0
78
Početpřejezdů obrázek l: Přírustek penetračníhoodporu v ornici (hloubka do 0,28 m) po opakovaných přípravypůdy přejezdech ve stejnéstopě v dobějamí předseťové V tabulce 1 jsou uvedeny změny zák|adníchs'zikálních vlastností půdy v ornici v důsledku opakovaných přejezdů ve stejných stopách za 2 měsíce po přejezdech půdy. Ztabu|ky je patrný přírůstekobjemovéhmotnosti ornice resp. sníženíjejí pórovitosti v důsledkupřejezdůtraktoru po kypré a vlhké půděv jamím období. Pro posouzení zmén v půděje důleŽitéporovnání s kritickými hodnotami zhutněnípro určiý druh půdy (hlinitá (2000). Pórovitost ornice poklesla pod kritickou hranici půda),kteréstanovil Lhotský a osminásobnémpřejezdu' po jednom a dvou přejezdech však 45 %oobjemupo čtyřnásobném byly hodnoty celkovépórovitosti na hranici škodlivostizhutnění.Důleži|ýmukazatelemjsou hodnoty minimální vzdušnékapacity. Ve stopách kol traktoru došlo ve všech případech ke kapacityv ornici pod kritickou hodnotu10 % objemu,cožukazuje minimálnívzdušné snížení na závaŽnésníženípodílu nekapilárních půdníchpóru nezbytných pro výměnu půdníhoa vzduchu. atmosferického Tabulka 1: Vliv opakovaných přejezdůna ýzlká1ní vlastnosti půdy v omici za 2 mésícepo přejezdech(hloubka35-280mm)
Početpřejezdů
objemová hmotnost (po) g.cm-3
0 1 2 4 8 Ukazatelškodlivostizhutnění [hotský 2000)
1,12 1,41 1,42 r,44 1,51 nad I,43
"
Pórovitost (P) "/" obj.
100,0 125,9
56,6 45,3
126,8
45,0
128,6
44,2 41,5 pod
135,0
-
41
Minimální vzdušná kapacita (0urx) % obj.
45,O
"
100,0 80,0 79,5 78,r aa
I )r)
_
1
22,0 8,3 9,8 9,2 6,7 pod 10'0
přípravěpůdyk jarním Měření rozsahu a intenzity zhutňovánípůdypři předseťové plodinám ukázalo na závaŽnostzhutněnípůdyv ko|ejoqých stopách traktorů,kterépřejíždějí jaru. Dále by| zaznamenánve|ký plošnýrozsahzhutněnípůdy. po půděv časném V tabu|ce2 jsou uvedeny fyziká|nívlastnostipůdyve stopěkol traktorua mimo stopy kol. Při porovnání s ukazateli škodlivosti zhutnění půdy pro hlinitou půdu je zÍejmé překročenímezních hodnot pórovitosti ve stopě kol traktoru CASE7130. Dá|e doš|oke snížení minimá|nívzdušnékapacityve stopěkol traktoruCASE 7 |30 tak, žeby|a překročena hraniceškod|ivostizhutněnírovněžv obou s|edovanýchhloubkách. přípravě Tabulka 2: Vliv přejezdůpo pozemku na fyzikální vlastnostipůdypři předseťové půdyk cukrovéřepě
Varianta
Mimo stopukol Ve stopěCASE 7130
objemováhmotnost Pórovitost H|oubka (P) Go) mm
g.cm-3
5 0- 1 0 0 200 -250 s0- 100 200 -250
r,32 r,43 l,53 1,48
"/" obj. 49,9
Minimální vzdušná kapacita (0uvx) "/" obj. 15,6
45,7
1r,2
41,9 43,8 pod
6,9 9,5 pod
nad Ukazateleškodlivostizhutnění (Lhotský 2000) 1,45 45,0 10,0 objemováhmotnostzeminy po vysušenído konstantníhmotnosti(g.cm-') Pa - pórovitostcelková (% obj.) P 0navr - minimálnívzdušnákapacita(% obj.) Při vyhodnoceni záznamu o jízdách soupravy CASE 7130 s kombinátorem ostroj Saturn (pracovnízábér6 m) s vyuŽitímsystémudruŽicovénavigace GPS byly zjištěnytyto ukazate|e při dvojnásobnémpředseťovémZpracovánípůdy kombinátorem na pozemku o výměře11 ha: celková plocha kolejovychstop zdvojenýchpneumatiktraktoruCASE 7130:10,l9ha; přípravěpůdy koeficient vyjadřujícípodíl kolejových stop vytvořených při předseťové k cukrovéřepě (vzhledemk ce|kovévýměře pozemku)0,93. přípravě Tabulka 3: V|iv přejezdůpo pozemku na ťyzikálnív|astnostipůdypři předseťové jarnímu ječmenu půdyk
Varianta
Hloubka objemováhmotnost (mm) (po)
mm Mimo stopukol l00 - 150 V e s t o p ěC A S E 7 | 3 0 1 0 0- l 5 0 Ukazatel škodlivostizhutnění (Lhotský2000)
Pórovitost (P)
g.cm-3
"/" obj.
1,02 1,56
62,2 42,2 pod 45,0
nad 1,45
Minimá|ní vzdušná kapacita (0rvrvx) "Á obj. 38,7 9,0 pod 10,0
Ztabu|ky 3 je patrný výrazný rozdi| hodnot zák|adníchfuziká|níchv|astnostíornice ve přípravěpůdy k jarnímu stopě kol traktoru CASE 7|30 a mimo stopy kol při předseťové
42
ječmenu na hlinité půdě. Hodnoty objemovéhmotnosti' celkové pórovitosti i minimální vzdušnékapacity ve stopě ko| traktorupřekročilyhranici škodlivostizhutnění. Uvedenépříklady výsledkůjsou jedním z argumentůpro soustřeďování nezbýných přejezdůpo pozemcíchdo vymezenýchstop. Princip dočasnýchjízdníchstop se v současnosti uplatňujepři využíváníkolejových meziřádkůu obilnin, řepky i dalšíchplodin. Yyuživání ko|ejov'ýchmeziřádkůje v praxi motivováno zejménazvýšenímkvality ap|ikace minerálních hnojiv a pesticidů, sníženímpoškozováníporostu a výhodami pro obsluhu strojů při ošetřováníporostův době vegetace.SystémCTF všakpřinášíkvalitativně vyššíúroveňřešení problémůnežádoucíhozhutňovánípůdy.
zÁvĚn
Příčinouzhutňovánípůdje více nepříznivychvlivů na půdníprostředí.K účinnému omezení nežádoucíhozhutňování půdy je proto nutné kombinovat metody preventivního charakterua v případěpotřeby volit i nápravná opatření,zpravid|ahlubšíkypření při vhodné vlhkosti půdy, uskutečněnéna zák|adě diagnózy zhutnění a stanovení potřeby zásahu. V oblasti prevence zhutněníje zvlášť aktuální omezit nepÍíznivývliv přejezdů na půdu v obdobíchs vyššípůdnívlhkostí,cožje zpravidlanajaře. Soudobé technické prostředky mohou účinněpřispět k omezení technogenního zhutřtovánípůd.Perspektivníje systémCTF (Controlled Traffic Farming),jehož potenciál je nejen v oddělení plochy jízdních stop od produkčníp|ochy pozemků a s tím spojené minimalizaci neŽádoucíhozhutňovánípůdyv zóně pěstováníplodin, ale i ve snížení valivého jízdních odporu v stopách, což může přispět k úspoře pohonných hmot u mobi|ních energetických prostředků a samojízdných strojů. Uplatnění systému CTF může být významnýmpředě|emv hospodařenína půdě,nejenna úsekuochranypůdníhoprostředípřed nepřízniými ved|ejšímiúčinkysoudobýchtechnologií. Poděkování: V příspěvku jsou uvedeny výs|edky ziskanépři řešeníprojektu MZe ČR č. QH92 105 a výzkumnéhozáměru \ÁZE0002703l 02. Použitá literatura: Gerik, T.J., Morrison Jr., J.8., Chichester, F.W. (1987):Effects of controlledtraffic on soil physicalpropertiesand crop rooting.Agron.J.79,p.434438. Hákansson 1. (1992):Axle load limits - an essentialsoil conservationissue.In: Proceedings AgEng 92 Conference,paperNo. 9201-03,Uppsala,p. 14-16. Hákansson I. (l995): Compactionof arablesoils.SLU, No. l09, l53 p. Chamen T., Alakukku L., Pires S., Sommer C., Spoor G., Tijink F., Weisskopf P. (2003): Prevention strategiesfor field traffic-induced subsoil compaction:a review Part2. Equipment and field practices.Soil & Tillage Research73,p.16I-174. Lamers, J.G., Perdock, U.D., Lumkes, L.M., Klouster, J.J. (1986):Controlledtraffic farming systemsin the Netherlands.Soil Tillage Res. 8, 65-:76. Lamour A., Lotz L.A.P. (2007): The importanceof tillage depth in relation to seedling emergencein staleseedbeds.Ecological modelling201,p.536-546. I.,hotskýJ. (2000):Zhutňovánípůda opatřeníproti němu. Studijníinformace Úzpl. Praha, UZPI,7, ól s. Li Y.X., Tullberg J.N., Freebairn D.M., Ciesiolka C.A. (2004):Effect of controlledtraffic and conservationtillage on runoff and crop yield. Papernumber04107L,2004ASAE Annual Meeting. Matthews,J. (1982):The mechanicalfarm of 2030.Agric. Engin.,(1),p.30-32.
43
McPhee J.E., Braunack M. V., Garside A. L., Reid D. J. Hilton D. J. (1995):Controlled traff,rcfor irrigated double cropping in a semi-arid tropical environment:part l, machinery requiremements and modifications.J. Agric. Engng Res. 60, p. 175- 182.(1) McPhee J.E., Braunack M. V., Garside A. L., Reid D. J. Hilton D. J. (1995):Controlled traffic for irrigated double cropping in a semi-arid tropical environment: part 2, Tillage operationsand energyuse.J. Agric. Engng Res. 60, p. 183- 189.(2) Tullberg J. N. (200l): Controlled traÍfic for sustainablecropping. Proceedings of the lOth Australian Agronomy Conference,p. 217124. Unger P. W. (1996): Soil bulk density, penetrationresistance,and hydraulic conductivity under controlled traffic conditions. Soil & Tillage Research 37, p. 67-75. Wesley RA., Smith L.A. (1991): Responseof soybeanto deep tillage with controlled traffic on clay soil. Trans.ASAE 34 (l), p. I l3-119. Kontaktní adresa: Prof.Ing. Josef Hůla,CSc. tel. 224 383 123,233 022 263
[email protected]; i
[email protected] Katedra zemědělských strojů Technická faku|ta.ČZU v Praze Kamýcká 129 165 2l Praha 6 - Suchdol Výzkumný ústavzemědělskétechniky'v.v.i. Drnovská 507, |6| 0l Prahaó_Ruzyně
44
