Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Príprava pôdy a pestovanie plodín

Technika a technológie cielenej aplikácie kvapalných organických hnojív

08-09-2021
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Aplikácia hnojovice, digestátu a fugátu, ako tekutých organických hnojív, na poľnohospodársku pôdu je stále diskutovanou otázkou najmä z hľadiska ekologických, ekonomických a energetických aspektov. Vývoj technologických postupov aplikácie kvapalných organických hnojív je preto stále veľmi aktuálnou problematikou.

Kvapalné organické hnojivá hrajú z hľadiska výživy rastlín a stabilizácie kolobehu organickej hmoty a živín v poľnohospodárskom systéme dôležitú úlohu. Ich význam z hľadiska poľnohospodárskej praxe narastá aj z dôvodu zmeny pohľadu na ich využitie, kedy sa začína hovoriť o cielenej práci so samotnou kvapalnou zložkou. Tá je v kontexte s prevažujúcimi suchými rokmi vnímaná ako prípadný zdroj vody pre vývoj rastlín, ale aj ako nosné médium primárne obsiahnutých, či cielene pridaných živín. Kvapalná fáza týchto hnojív predstavuje dôležité transportné médium pre v hnojivách obsiahnuté živiny do pôdneho prostredia a tým ich väčšie rozptýlenie v pôdnom profile, či cielenú tvorbu hnojivového depa.

V súvislosti s elimináciou ekologických rizík dochádza k modifikácii existujúcich aplikačných systémov a k vývoju nových. Primárne z ekologického hľadiska ide o znižovanie strát amoniaku do ovzdušia. Obmedzenie jeho strát vytekaním (volatizáciou) prináša z ekonomického hľadiska zvýšenie obsahu dusíka v pôde, a tým aj zvýšenie ekonomickej efektívnosti technologického postupu. Samotný spôsob aplikácie samozrejme nie je jediným z faktorov, ktorý straty amoniaku ovplyvňuje. Významnú úlohu tu hrajú pôdne podmienky, predovšetkým obsah vody v pôde, pôdny typ, stabilita pôdnych agregátov, utuženie pôdy, a pod. Zabudnúť nemožno ani na poveternostné podmienky pri aplikácii, svahovitosť pozemku a ďalšie. Ostatné prípadné negatívne vplyvy aplikácií (ekologické, energetické a ekonomické) tekutých hnojív na poľnohospodársku pôdu vyplývajúce zo spôsobov ich prevedenia sú však všeobecne vnímané menej negatívne. Už možno preto, že na rozdiel od amoniaku nevykazujú priamy toxický účinok na živé organizmy, vrátane človeka.

Technické a technologické systémy aplikácií tekutých hnojív sú však, podľa názoru viacerých autorov, spojené s nasledujúcimi rizikami:

  • zhutňovanie poľnohospodárskych pôd s následný negatívny vplyv na vodný, vzdušný a biologický režim pôdy a zvýšenie rizika vzniku eróznych procesov,
  • riziká straty nitrátov v dôsledku vyplavenia do spodných vrstiev orničného profilu a podzemných vôd,
  • zvyšovanie rizika zasolenia pôdy a akumulácia ťažšie odbúrateľnej organickej hmoty v orničnom profile,
  • vysoká energetická náročnosť vychádzajúca z potreby transportu a aplikácie veľkých objemov látok s malým obsahom sušiny a živín,
  • z hľadiska porovnania s konvenčnou automobilovou dopravou nemožno zabúdať ani na produkciu oxidu uhličitého a ďalších látok vznikajúcich pri prevádzke, najmä dieselových motorov, pri transporte a aplikácii hnojív,
  • vysoké obstarávacie náklady na nákup strojov pre aplikáciu tekutých maštaľných a organických hnojív do pôdy, najmä v súvislosti s produkciou bioplynu v podnikoch bez živočíšnej výroby,
  • možný negatívny vplyv na vývoj porastov poľných plodín, vrátane rizika kontaminácie škodlivými organizmami pre hospodárske zvieratá a človeka, 
  • nadmerná hmotnostnej záťaž komunikácií pri ich preprave a výrazné poškodenie pôdy pri transporte a plnení zásobníkov aplikátorov na okrajoch pozemkov,
  • obmedzenie termínov aplikácie a úzka štruktúra plodín na ornej pôde znižujú možnosti ich použitie v rámci pestovateľských systémov.


Spôsoby aplikácie kvapalných organických hnojív

Aplikácia tekutých hnojív na povrch pôdy rozstrekom je v súčasnosti považovaná za takmer neprijateľnú, aj keď sa zmenili systémy tvorby rozstrekového kužeľa a následného dopadu hnojiva na pôdu, vrátane aplikácie pomocou väčšieho počtu rozstrekovacích koncoviek umiestnených na ráme za cisternou. Tieto úpravy mali za cieľ zvýšiť rovnomernosť aplikácie hnojív, k zníženiu strát dusíka však nedošlo.
Čoraz viac využívané hadicové aplikátory s jednoduchým uložením hnojiva na povrch pôdy počas vegetácie narážajú pri vyšších obsahoch sušiny (predovšetkým u hnojovice) na problém rýchleho odparenia vody pri suchom počasí a suchej pôde, čím vzniká na povrchu pôdy krusta tvorená rastlinným materiálom, ktorého degradácia je veľmi pomalá. K obdobným problémom môže dochádzať aj pri aplikácii hustejších hnojív pomocou hadicových systémov s aplikačnou pätkou a pri systémoch s tvorbou plytkej aplikačnej ryhy a následnou aplikáciou pomocou aplikačných pätiek do ryhy. Využitie aplikačných pätiek zvyšuje riziko upchávania aplikačných koncoviek a hadíc.
Diskutovanou je stále otázka vplyvu stavu pôdy a jeho modifikácie pri aplikácii ohľadom následných strát živín. Podobne ako pri každom spracovaní pôdy dochádza aj pri aplikovaní tekutých hnojív na ovplyvneniu priestorového usporiadania pôdnej hmoty. Tým sa menia fyzikálne, chemické a biologické vlastnosti pôdy. Pri zapravení tekutých hnojív vstupuje do procesu ďalší faktor, a to je pridanie vody. Významným faktorom z hľadiska kvality práce je samotná vlhkosť pôdy vo vzťahu k retenčnej schopnosti. Od tohto stavu sa odvíja dávka aplikovaného tekutého hnojiva tak, aby nedošlo k prekročeniu zádržnej schopnosti pôdy. V rámci aplikácií sa tiež príliš nepočíta s vplyvom pevnej frakcie pri upchávaní infiltračných ciest v pôde.
Pri nedostatočnej infiltračnej a retenčnej schopnosti pôdy pre tekuté hnojivá, alebo nedostatočnom prekyprení pôdy, dochádza k vytekaniu hnojiva na povrch pôdy, či k jeho podpovrchovému odtoku v rámci pozemku. Tým dochádza k zvyšovaniu rizika strát amoniaku.
Spôsob aplikácie hnojív vo vzťahu k spôsobu zapravenia je považovaný za jeden z hlavných faktorov ovplyvňujúcich straty amoniaku. U plošných aplikácií sa uvádzajú straty amoniaku až do výšky 80 % vneseného dusíka pri teplotách vzduchu 25 °C. S poklesom teploty vzduchu (pod 15 °C) a s nižšou rýchlosťou vetra pod 1 m.s-1 klesajú straty približne na hodnotu 55 – 75 %. Vyššie teploty vzduchu a vietor všeobecne zvyšujú straty amoniaku u všetkých aplikácií. Nižšie straty v porovnaní s povrchovou aplikáciou sú u hadicových aplikátorov a následne u hadicových aplikátorov vytvárajúcich plytkú aplikačnú ryhu s následným transportom hadicou s aplikačnou pätkou do pôdy. U povrchových či plytkých vtláčacích aplikácií je rozdiel aj z hľadiska strát dusitanového dusíka. Pri povrchovej aplikácii s následným zapracovaním má na straty vplyv ako hĺbka a kvalita zapravenia, tak aj vodný režim pôdy vo vzťahu k zrážkam a samozrejme vývoj porastov.
Všeobecne nižšie straty amoniaku sú uvádzané pri zapracovaní hnojív do pôdy priamo pri aplikácii, alebo pri vstrekovaní. Aj tu však môže dochádzať k situáciám, že systémy môžu vykazovať opačné vplyvy na obmedzenie strát dusíka do ovzdušia či do spodných vrstiev, ako sú všeobecne uvádzané informácie. Zásadný vplyv na straty amoniaku má samozrejme kvalitatívne zloženie, u hnojovice napr. pôvod (kal ošípaných, hovädzieho dobytka, hydiny a pod.). Niektorí autori uvádzajú, že pri injektážnom spôsobe aplikácie hnojovice pomocou strip-till bolo v hornej vrstve ornice (0-0,3 m) stanovené väčšie množstvo dusitanového a amoniakálneho dusíka v porovnaní s povrchovou aplikáciou s následným zapracovaním do pôdy. Otázky strát dusitanového dusíka vo vzťahu k systému aplikácie tekutých hnojív sú skôr diskutabilné, pretože prevažujú práce hodnotiace vplyv dávky, či rozdielnych hnojív, pri jednom spôsobe aplikácie.

Cielená aplikácia pomocou hadicového aplikátora
Systémy hadicových aplikátorov výrazne nahradili v predchádzajúcom období dlhodobo využívané systémy plošného rozstreku, ktoré sú však na trhu stále dostupné. Zásadnou výhodou nových systémov, voči pôvodnému plošnému rozstreku, bola vyššia rovnomernosť aplikácie a cielená aplikácia do medziriadkov plodiny. Jednoznačnou výhodou tohto technického riešenia je možnosť dosiahnutia vysokého pracovného záberu. Z hľadiska iba povrchovej aplikácie a možnosti využitia pripojených nosných konštrukcií hadicových systémov možno dosiahnuť pracovný záber až na hranici 34 m. Limitujúcim faktorom pre uplatnenie rámov s veľkým pracovným záberom je však veľkosť a tvar pozemkov a potreba vysokej kapacity zásobníkov, a tým aj nárastu hmotnosti súprav. S poklesom rozstupov hadicových aplikátorov klesá množstvo aplikovanej suspenzie, čím sa znižuje riziko rozplavenia povrchu pôdy a nie je preťažovaný infiltračný potenciál pôdy. Z hľadiska novo vznikajúcej legislatívy však tieto systémy narážajú na obmedzenia z hľadiska strát amoniaku volatilizáciou. Ďalším faktorom je zvýšené riziko zmytia pri väčších zrážkach v porovnaní s technológiami zapravenia hnojív do pôdy. Súčasné hadicové aplikátory vykazujú dobou priechodnosť aj pre hnojivá s vyšším obsahom sušiny.

Cielená aplikácia s využívaním ryhovačov
Vyššie uvedené riziká povrchovej aplikácie hadicovými aplikátormi (emisie, ohrozenia vodných zdrojov a straty amoniaku do ovzdušia, lepšie využitie hnojív rastlinami a pod.) viedli k technologickým zmenám. Ich cieľom bolo podporiť čiastočné zapravenie, či podporenie infiltrácie, organických a maštaľných tekutých hnojív do pôdy. Ďalším dôvodom bol vývoj technológií, ktoré umožnia efektívnu aplikáciu tekutých hnojív do trávnych porastov, teda tam, kde je potrebné minimalizovať kontakt rastlín s hnojivom a zabezpečiť jeho rýchlejšie vsiaknutie do pôdy. Z tohto dôvodu boli konce hadicových aplikátorov osadené ryhovačmi vytvárajúcimi primárny vstup hnojív, alebo aspoň kvapalnej zložky suspenzie do pôdy. Ryhovače však nemusia vytvárať dostatočný priestor pre zadržanie a následnú infiltráciu hnojivá. Ryhovače umiestnené priamo na aplikačných pätkách sa vyznačujú menším prítlakom a tým aj tvorbou plytšej ryhy. Systém ryhovačov možno využiť i pre aplikáciu do strniska po zbere obilnín, čo prispieva k lepšiemu umiestneniu organických kvapalných hnojív pod rozdrvenú slamu ponechanú na strnisku.

Cielená aplikácia s využívaním rezných kotúčov
Pre zaistenie tvorby hlbšej infiltračnej ryhy sú dnes využívané tzv. tuhé konštrukcie, ktoré využívajú väčšinou rezné kotúče pre prerezanie pôdy a vytvorenie aplikačnej ryhy. Väčšinou sa z hľadiska konštrukcie objavujú rezné kotúče vytvárajúce ryhu s prierezom v tvare "V". Na rezné kotúče nadväzuje aplikačná pätka usmerňujúca tok hnojiva do ryhy. Priestor pre aplikáciu hnojiva tu vytvárajú šikmo umiestnené taniere, ktoré bočne nadvihujú pôdu a ukladajú do nej hnojivo. Využiteľné sú pre aplikácie po zbere plodiny na strnisku, prípadne do spracovanej pôdy, využívajú sa však aj pri hnojení trávnych porastov. V takom prípade bývajú za aplikačnú pätku umiestňované ešte prítlačné valčeky, ktoré pritláčajú nadvihnutú mačinu.

Cielená aplikácia s využívaním tanierových kypričov
Cieľom týchto systémov je celoplošné zapravenie tekutých hnojív do pôdy na základe ich okamžitého zapravenia pomocou tanierových kypričov. Systém obmedzuje emisie amoniaku a zvyšuje efektivitu využitia živín. Princípom plytšieho zapravenia hnojiva do pôdy je spracovanie pôdy pomocou tanierov, za ktoré je aplikované kvapalné hnojivo či digestát. Taniere kypria pôdu a prúd zeminy pridvihnutý tanierom prispieva k  zapraveniu hnojiva. Rozloženie hnojiva v pôdnom profile a infiltrácia tekutej zložky do pôdy sú ovplyvnené parametrami ryhy vytvorenej tanierom. Intenzita zapravenia hnojovice či digestátu je výrazne ovplyvnená pôdnymi vlastnosťami (vlhkosť pôdy, utuženie, výška strniska pod.). Retenčný priestor pre kvapalnú zložku sa vytvára najmä v spracovanej vrstve pôdy.

Cielená aplikácia s využívaním dlátových kypričov
Obmedzená hĺbka kyprenia pôdy, a tým aj hĺbka uloženia hnojovice či digestátu, znižuje možnosť ich uloženia do spodných vrstiev. Avšak, práve takýto spôsob uloženia prispieva k poklesu strát amoniaku vyparovaním do ovzdušia a zároveň k využitiu vnesených živín v neskoršej dobe vývoja porastov. Aplikácia hnojív za dláta vykazuje menšiu rovnomernosť rozloženia v pôde, lebo sú hnojivá ukladané do rýh vytvorených dlátom. S hĺbkou kyprenia narastá samozrejme ťahový odpor stroja a narastajú požiadavky na ťahovú silu, táto skutočnosť vyvoláva aj zníženie pracovného záberu aplikátorov. Znižovanie pracovného záberu aplikátorov je spojené so zvýšeným rizikom utuženia pôdy a nárastom počtu prejazdov. O infiltračných podmienkach a retenčnej schopnosti pôdy zadržať tekutý podiel hnojív rozhoduje miera utuženia dna a stien trajektórie ryhy po kypriacom nástroji. S hĺbkou kyprenia sa tiež zvyšuje rozstup medzi pracovnými nástrojmi. Pri utuženej pôde pri priechode pracovného nástroja vytvára retenčný priestor nakyprená časť spracovanej pôdy v kyprenej ryhe. Tvar a geometria pracovných nástrojov a stĺpic môže byť veľmi variabilná. Dominantné zastúpenie na strojoch tejto konštrukcie majú jednoduché dláta umiestnené na odpružených stĺpikoch.

Cielená aplikácia s využívaním pôdnych injektorov
Jednou z technologických možností je vykonávanie hlbšieho zapravenia hnoja a digestátu do plytko či hlbšie spracovanej pôdy. Injektážna aplikácia sa všeobecne vyznačuje zvýšením potreby ťahovej sily a nižšími zábery injektážnych aplikátorov. S poklesom pracovného záberu však značne narastá počet prejazdov po pozemku a tým aj zhutnenie pôdy. Na obmedzenie začína injektážna aplikácie narážať pri použití na stredne ťažkých až ťažkých pôdach, kde dochádza k utužovaniu pôdy pod injektážnou radlicou, ktoré znižuje možnosť infiltrácie kvapalnej zložky do pôdy a v mieste aplikácie potom nastáva výrazné rozplavenie pôdy. S rozvojom pásového obrábania pôdy (strip-till) začína byť injektážna aplikácia využívaná predovšetkým v týchto systémoch.

Technológie injektáže do pôdy pri pásovom obrábaní pôdy sú v súčasnej dobe považované za jedny z najperspektívnejších, preto je im venovaná najväčšia pozornosť.

Aplikácia kvapalných hnojív v technológiách strip-till

Technológie pásového obrábania pôdy sú vhodné pre injektážnu aplikáciu hnojovice alebo digestátu do pôdy, predovšetkým pri pestovaní kukurice. Podpovrchová aplikácia hnojovice a digestátu prispieva najmä k eliminácii uvoľňovania emisií amoniaku do atmosféry a zároveň obmedzuje aj pachové znečistenia. Doterajšie výsledky pokusov vykonávaných hlavne v Nemecku potvrdzujú pozitívny vplyv použitia stabilizátorov dusíka u organických hnojív, ktoré spomaľujú mikrobiologickú premenu amónneho dusíka na dusík nitračný. Amónna forma dusíka sa tiež pozitívne prejavuje na vývoji koreňového systému v hĺbke aplikácie hnojovice.

Dávka hnojovice či digestátu by pri aplikácii do nespracovanej pôdy nemala viesť k rozplaveniu pôdy v okolí depa a tým k poškodeniu pôdnej štruktúry. Niektoré výsledky uvádzajú, že pri strip-till technológii by dávka digestátu nemala prekročiť 40 m3.ha-1, v praxi však často ide o hodnoty nižšie. Odporúčané sú dávky v rozmedzí 10-30 m3.ha-1. S vyššou jednorázovou dávkou hnojiva, nad 30 m3.ha-1, takisto narastá riziko možného negatívneho ovplyvnenia klíčivosti semien a vzchádzavosti rastlín v dôsledku vzlínania hnojiva do blízkeho okolia osiva, a to najmä v prípadoch, kedy vzdialenosť medzi uloženým osivom a vrchom depa s hnojivom je menšia ako 70 mm.

Vzdialenosť 70-80 mm medzi uloženým osivom a vrchnou časťou depa je považovaná za optimálnu aj z hľadiska vývoja rastlín, pretože túto vzdialenosť prekonávajú korene v čase, keď sú už schopné využiť živiny z hnoja alebo digestátu. Autori poukazujú na skutočnosť, že pri aplikácii organických hnojív injektážou nesmie dochádzať k tvorbe tunela s utuženými stenami v mieste ukladania hnojiva pri priechode kypriacej radlice s aplikátorom pôdou. Vznik týchto „drénov“ môže viesť k podpovrchovému odtoku hnojovice či digestátu a k následnému vyplneniu tohto priestoru vzduchom. Po aplikácii hnojiva je preto potrebné zabezpečiť jeho infiltráciu do okolitej pôdy a neobmedziť jej následné zľahnutie. Utužené steny okolo depa vytvoria pevnú klenbu, tá môže obmedzovať dokonalé zľahnutie pôdy a rozvoj koreňov do spodných vrstiev pôdy. Prítomnosť vzduchu v priestore depa s pevnými stenami obmedzuje vzlínanie vody v profile kypreného pásu. Dôsledkom je opäť nižšia klíčivosť semien a vzchádzavosť rastlín.

Pre injektážnu aplikáciu hnojovice či digestátu v systémoch pásového obrábania sú využívané bežné kypriče pre vykonanie strip-till osadené aplikátormi hnojiva. Využívané sú aj systémy s dvojitou hĺbkou ukladania tekutých hnojív. Odlišný spôsob uloženia hnojovice či digestátu ponúkajú kypriče s bočne zahnutou doskovou stĺpicou zakončenou dlátom. Týmto spôsobom je zabezpečené rovnomernejšie rozmiestnenie hnojiva v pôde a zvyšuje sa aj plocha pre čerpanie živín koreňmi. Systém eliminuje vznik kanálikov, zlepšuje podmienky pre vsiaknutie hnojiva a zamedzuje vytekaniu hnojiva k povrchu pôdy.

Záver

Za kvapalné organické hojivá možno považovať tie, v ktorých hlavnú zložku tvoria organické látky rastlinného alebo živočíšneho pôvodu, ktoré nemožno v súvislosti so zvyšovaním pôdnej úrodnosti nijako nahradiť. Okrem týchto látok hnojivá obsahujú aj živiny. Ich hlavný význam spočíva teda v tom, že z nich v pôde vzniká humus a pôdna zásoba živín. Vo väčšine prípadov ide o hnojivá objemové. Majú nízku koncentráciu živín a používajú sa vo veľkých množstvách na jednotku plochy (v tonách až desiatkach ton na hektár). Ďalším ich všeobecným znakom je, že nimi vraciame do pôdy značnú časť živín odobratých z pôdy pestovaním a zberom poľnohospodárskych plodín.

Vo viacerých podnikoch sa už presvedčili, že hnojovica, prípadne digestát, sú plnohodnotnými organickými hnojivami, ktoré pri správnom postupe uskladnenia, spracovania a aplikácie môžu vo významnej miere nahrádzať v rastlinnej výrobe tak veľmi chýbajúce priemyselné hnojivá. Ich cielenému využívaniu je preto treba venovať stálu pozornosť.