Úvod / Informácie / Pôda

Utláčanie pôdy a riadený pohyb strojov po poli (CTF)

14-08-2017
prof. Ing. Vladimír Rataj, PhD.; Ing. Jana Galambošová, PhD. MPhil.; Ing. Miroslav Macák, PhD.; Ing. Marek Barát | vladimir.rataj@uniag.sk
Katedra strojov a výrobných biosystémov, Technická fakulta, Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Pôda je jedinečný a nenahraditeľný zdroj na výrobu potravín pre ľudstvo. Pôde sa z času na čas venuje zvýšená pozornosť. V roku 2015 to bol napríklad Medzinárodný rok pôdy. Je tu však otázka – stačí to?

Dôležitosť témy v súvislosti s poľnohospodárskou technikou potvrdzujú viaceré príspevky a prednášky, ktoré odzneli v uplynulých dňoch. Napríklad na konferencii „Precizní zemědělství 2017“, ktorú poriadalo Centrum precizního zemědělství pri ČZU v Prahe, na podujatí 4.SK Agrarforum Horsch, vo vedeckej rozprave na 50. Valnom zhromaždení Slovenskej akadémie pôdohospodárskych vied a naposledy na Seminári v rámci 6. ročníka Celoslovenských dní poľa v Dvoroch nad Žitavou.

Žijeme dobu, ktorá k poľnohospodárskej pôde nie je veľmi naklonená. Pôdny fond sa stráca pod betónom logistických centier, komunikácií, výrobných hál a pod. Je to daň rozvíjajúcej sa ekonomiky? Plochy, kde po mnohé desaťročia rástla pšenica alebo kukurica, sú pre poľnohospodársku výrobu nenávratne stratené. Nezachránia ju ani rekultivované zelené plochy okolo výrobných hál, alebo vysadené ovocné dreviny vo vnútri oplotených areálov. A k tomu, čo zostáva, sa správame často veľmi macošsky.

Žijeme dobu veľkovýrobných technológií, ktorá využíva veľké pracovné zábery strojov a potrebuje vyššie výkony motorov. To, ruka v ruke, prináša zvyšovanie hmotnosti, ktorú je potrebné po poliach presúvať. Moderné stoje sú vybavené špičkovou elektronikou, no za volantom sedí človek. Ten rozhoduje o jazde stroja!

Prejazdy strojov po poliach ovplyvňujú jednoznačne kvalitu pôdy, resp. jej fyzikálne vlastnosti. Ak utlačenie vzniká vplyvom pohybu strojov, nazýva sa tento efekt ako technogénny faktor. Utlačená pôda vykazuje vyšší odpor pri vnikaní náradia do pôdy, má vyššiu objemovú hmotnosť, vykazuje úbytok pórov v pôde, zhoršuje infiltráciu vody do pôdy, vytvára predpoklady pre vodnú a verenú eróziu, vplýva na nedobrú cirkuláciu živín v pôde, vytvára nepriaznivé prostredie pre koreňový systém a pôdny edafón a pod. V konečnom dôsledku zhoršuje rentabilitu výroby.

Obmedziť utláčanie pôdy možno technickým riešením, najčastejšie znížením merného tlaku strojov na pôdu. Tu sa využíva celý rad riešení od variabilného hustenia pneumatík, cez používanie špeciálnych nízkotlakových pneumatík a rozloženia hmotnosti na viac náprav, až po opätovný návrat pásových podvozkov.

Každé technické riešenie niečo stojí a hospodár sa v snahe udržať rentabilitu výroby uberá cestou znižovať, resp. nezvyšovať náklady. Nie že by ochrana vlastnej pôdy nebola hodná investície – veď napríklad odstraňovanie následkov zhutnenia hĺbkovým kyprením nie je lacná záležitosť! Existujú však aj možnosti ako zhutnenie pôdy vyvolané prejazdmi techniky obmedziť a redukovať.

Zamerajme sa na tú najlacnejšie riešiteľnú stránku a tou je organizácia práce a pohybu strojov po poli.

Výrazné utláčanie pôdy zaznamenávame na úvratiach parciel, osobitne na tej ich časti (hrane), ktorá slúži na otáčanie strojov. Zhutnenie pôdy je ovplyvňované predovšetkým rýchlosťou otáčania v kombinácii s vlhkosťou pôdy a voľbou spôsobu otáčania. Je dokázateľné, že malé spomalenie (napríklad súpravy so sejačkou so záberom 6 m) pri otáčaní na úvrati napr. z 7,2 km.h-1 na 5 km.h-1 znamená len 13 sekúnd navyše na jednu otáčku. Pri 20 ha parcele so šírkou strany na otáčanie 500 m to predstavuje cca 35 min. navyše.

Obr. 1: Utlačená pôda na úvrati po rýchlom otáčaní súpravy

Obr. 1: Utlačená pôda na úvrati po rýchlom otáčaní súpravy
foto autor

Úvrate sú často devastované aj utláčaním z dôvodu vyprázdňovania, resp. plnenia, opráv, prestávok a pod. – teda vplyvom pracovných činností, ktoré súvisia s hlavnou činnosťou na poli.

Nežiaduce utlačenie pôdy vzniká často pri „nutnosti“ vykonať práce v agrotechnickom termíne, no v čase keď je pôda vlhká a menej únosná. Starí otcovia hovorili, „... ak chceš ísť robiť do mokrej pôdy, radšej si ľahni a spi. Urobíš menej škody“. Následky na poraste a na pôdnej štruktúre si každý dokáže predstaviť.

Obr. 2: Stopy techniky po hnojení

Obr. 2: Stopy techniky po hnojení
foto autor

Okrem týchto extrémnych situácií tu však zostáva bežný, nutný pohyb strojov po poli. Aj ten sa skladá z pracovných jázd a otáčok. V prípade vedenia strojov podľa viditeľnej predchádzajúcej jazdy, alebo podľa čiary mechanického značkovača – teda pri člnkovom spôsobe pohybu, je potrebné využívať slučkové otáčanie. Veľkosť slučky je daná šírkou pracovného náradia. V súčasnej dobe, keď je množstvo strojov vybavených navigačnými zariadeniami, je vhodné využívať striedavé jazdy (ob jednu, alebo viac jázd). Pri dobrom nastavení navigácie sa súprava dokáže presne zaradiť na potrebný záber aj pri striedavých jazdách. Odstráni sa tým zložité manévrovanie a hrnutie pôdy pri plnom vytočení predných kolies a vyššej rýchlosti. Takéto otáčanie je vhodné osobitne pri strojoch s väčším pracovným záberom.

Významnejším sa však ukazuje „bežné“ vedenie strojov po poli. V snahe dokonale vyrovnať povrch poľa, prevláda klasický názor že je potrebné viesť stroje pod určitým uhlom na predchádzajúce jazdy. Ako dokazujú mnohé skúsenosti, toto pravidlo sa pri štandardných prácach na príprave pôdy stáva menej významným, osobitne so strojmi s pracovným záberom nad 6 m. Vedenie stroja po rôznym uhlom však nesie so sebou významné negatívne dôsledky z titulu utláčania pôdy. Zo štúdií, ktoré boli riešené vo svete a mapujú pohyb strojov po poli v jednom pestovateľskom roku vyplýva, že nie je zvláštnosťou nájsť 8 a viac pracovných operácií s rôznym smerom jazdy. Napríklad pri pestovaní obilnín – hnojenie, spracovanie pôdy a likvidácia burín, predsejbová príprava, sejba, chemická ochrana, hnojenie, zber, lisovanie slamy, odvoz slamy, podmietka to môže byť 10 operácií, kedy napr. ochrana a hnojenie býva vo viacnásobnom opakovaní. Ak sa využíva technológia so založenými koľajovými riadkami, potom sejba, hnojenie a ochrana využívajú jednu stopu. Operácie spojené so spracovaním pôdy sú ale vedené pod rôznymi uhlami. Spôsob jazdy je často závislý na úvahe obsluhy stroja.

Ako príklad možno uviesť výsledky pozorovaní, ktoré sa robili na Technickej fakulta, SPU v Nitre. Pri pestovaní pšenice boli vykonané 4 pracovné operácie spracovania pôdy, ktorých smer bol vedený v uhloch 15°, 25°, 35°a 40°na smer budúcej sejby. Rozborom plochy po stopách pneumatík možno konštatovať, že 39 % plochy bolo bez prejazdu, 39 % plochy bolo prejdenej 1x, 19 % plochy bolo prejdenej 2x a 3 % plochy bolo prejdených 3 násobne.

Obr. 3: Schéma pohybu strojov na hodnotenie úrovne utlačenia (SPU Nitra)

Obr. 3: Schéma pohybu strojov na hodnotenie úrovne utlačenia (SPU Nitra)
foto autor

Odstrániť tento nežiaduci stav môže len rozumne organizovaný pohyb strojov po poli.  Jedným z riešení je riadený pohyb strojov po poli (Controlled Traffic Farming). Základným predpokladom je trvalo oddeliť plochu bez prejazdov techniky a plochu potrebnú na prejazdy. Cieľom je teda koncentrovať zhutnenie pôdy na najmenšiu možnú plochu. Metóda CTF je vo svete využívaná na veľkých výmerách predovšetkým v Austrálii (viac než 1 mil. ha), v USA, v Anglicku, Dánsku a Poľsku. Aj v ČR sa metóda CTF uplatňuje napr. na farme AgroVation (viac než 3 000 ha). Šírenie myšlienok a skúseností s CTF podporuje združenie CTF Europe (http://ctfeurope.com/), ale aj konferencie a workshopy organizované za účasti zahraničných odborníkov a praktikov na Slovenskej poľnohospodárskej univerzite v Nitre a na Českej zemědělskej univerzite v Prahe. Princíp CTF pozostáva z organizovania prejazdu strojov stále po rovnakých (permanentných) stopách. Tieto stopy sa však obrábajú, teda nie sú to tradičné, pri sejbe založené, koľajové riadky. Pôda bez prejazdu techniky má lepšiu štruktúru, pórovitosť, fyzikálne vlastnosti, infiltráciu (vsakovanie) vody a pod. Z dostupných výsledkov možno uviesť, že systém CTF prináša priemerné zvýšenie úrody o 10 % a zníženie spotreby paliva až o 25 %.

Zavedenie CTF do praxe je predovšetkým riadiaca a organizačná úloha, ktorá vyžaduje odvahu skúsiť nový, iný než doterajší spôsob práce a vlastné presvedčenie, že tento spôsob má zmysel. Každá zmena prináša očakávania, no aj neistoty. Preto treba o zmysluplnosti presvedčiť aj ľudí, ktorí budú pracovné operácie vykonávať. Zo skúseností možno potvrdiť, že pozitívny efekt sa dostaví. Nebude to však okamžite. Pozitívny efekt sa dostaví až po čase (často po niekoľkých rokoch), no jeho dopad bude trvalý – až do opätovných neriadených prejazdov.

Zavedenie CTF do praxe po technickej stránke vyžaduje:

  • zabezpečiť pohyb strojov po stálych „permanentných“ koľajach (stroje musia byť vybavené vhodnou navigáciou),
  • zladiť rozchody kolies používaných strojov,
  • zosúladiť pracovné zábery strojov (na rovnakú šírku, alebo na jej násobok – napr. 6 m 12 m, 24 m a pod.).

Zabezpečenie jazdy strojov stále po tých istých stopách dokáže dnes už každý navigačný systém, ktorý sa v poľnohospodárskych strojoch používa. Čím vyššia presnosť – tým lepšie. V praktických podmienkach je potrebné navigovať stroje na spracovanie pôdy, zásobné hnojenie, preemergentnú ochranu, sejbu a zber. Pohyb strojov na prihnojovanie a ochranu počas vegetácie sa predpokladá po koľajových (nezasiatych) riadkoch vytvorených počas sejby. Rovnako treba navigovať stroje na zber plodiny. Pre praktické používanie je vhodné uložiť „jazdy“ do pamäte navigácie a tak zabezpečiť istotu s návratom na potrebnú stopu.

Z uvedených úvah je zrejmé, že čím viac sa zväčšuje pracovný záber strojov, tým vzniká pri jazde väčší podiel nepojazdenej plochy. Aby boli stopy po prejazdoch pneumatík (permanentné koľaje) čo najužšie, je potrebné zladiť šírku rozchodu kolies a šírky pneumatík. Traktory, ktoré robia základné spracovanie pôdy so širokozáberovými strojmi, používajú v súčasnosti pneumatiky, resp. pásy so šírkou stopy cca 0,6 – 0,8 m. Väčší problém ale robí rozchod kolies – osová vzdialenosť kolies na jednej náprave. V tomto ohľade je potrebné brať do úvahy povolenú prepravnú šírku strojov po verejných komunikáciách.

Na zavedenie systému CTF sa vo svete používajú stroje s upraveným rozchodom kolies, ale možno využívať aj stroje s rozchodom kolies daným výrobcom. Podľa šírky pracovného záberu, zvyčajne strojov na spracovanie pôdy a sejbu, sa vžilo označenie modul. Teda modul 12 m, 9 m, 6 m a pod. Rozhadzovače hnojív, postrekovače a zberové stroje (kombajny) musia mať pracovný záber v násobku zvoleného modulu.

Na základe poznatkov, ktoré vychádzajú z praktického používania CTF vo svete, možno predstaviť nasledovné systémy:

  • modul 12 m – stroje so záberom 12 m a upraveným rozchodom kolies na 3 m. Svetlá šírka medzi kolesami je podľa použitých pneumatík cca 2,2 m pre všetky stroje,
  • modul 9 m – stroje so záberom 9 m a upraveným rozchodom kolies na 2,65 m. Svetlá šírka medzi kolesami je podľa použitých pneumatík cca 2 m pre všetky stroje,
  • modul 6 m – stroje so záberom 6 m. Rozchod kolies traktorov je bez úpravy. Svetlá šírka medzi kolesami je daná použitým typom traktora a použitými pneumatikami cca 1,2 m,
  • kombinovaný modul – stroje majú záber od 4 do 9 m. Rozchod kolies traktorov je bez úpravy. Svetlá šírka medzi kolesami je daná použitým typom traktora a použitými pneumatikami.

Obr. 4: Úprava rozchodu kolies traktora pre systém CTF

Obr. 4: Úprava rozchodu kolies traktora pre systém CTF
foto autor

Zber obilnín rieši obilný kombajn so šírkou žacieho stola, ktorá je násobkom zvoleného modulu. Napríklad 1 x 12 = 12 m, 1 x 9 = 9 m, 1,5 x 6 = 9 m. V prípadoch bez úpravy rozchodu kolies obilného kombajna je jeho stopa vždy širšia než stopy použitých traktorov. Ak sa nerieši vyprázdňovanie zásobníka mimo parcely, potom je treba upraviť aj dĺžku vyprázdňovacej závitovky tak, aby dopravný prostriedok mohol ísť po paralelnej permanentnej koľaji. Slama je drvená a rozhodená po poli, resp. lis a nakladací voz musia byť navigované na permanentnú koľaj.

Jedna z rozhodujúcich otázok, ktoré sa objavia pri návrhu nových postupov sú náklady na ich zavedenie. Pracovníci Technickej fakulty Slovenskej poľnohospodárskej univerzity v Nitre založili v roku 2009 dlhoročný experiment určený na sledovanie efektu CTF, ktorý je postavený na komerčne využívanej technike, bez dodatočných úprav. Cieľom je zistiť efekty CTF bez prvotných vkladov do úpravy techniky. Na parcele Vysokoškolského poľnohospodárskeho podniku (ploche 18 ha) sa využíva systém CTF postavený na module 6 m. Striedanie plodín ide podľa plánu podniku – pestované sú pšenica ozimná, jačmeň jarný aj ozimný, kukurica a repka olejná. Využívajú sa bezorbové postupy so založením a využitím koľajových riadkov na prihnojovanie a chemickú ochranu. Slama je pri zbere drvená a zapravená do pôdy. Schéma riadeného pohybu je uvedená na obrázku. Z organizácie práce je zrejmé, že najzaťaženejšie sú permanentné koľaje po prejazde traktorov zásobnom hnojení a jeho zapravení do pôdy, základnom spracovaní pôd, pri predsejbovej príprave pôdy a pri sejbe. Ide o cca 5-6 prejazdov. Následne sú vykonávané prejazdy pri prihnojovaní a pri chemickej ochrane. Ide o cca 3 – 5 prejazdov. Keďže využívame aplikačné stroje so záberom 24 m, ide o prejazdy v každej štvrtej permanentnej koľaji. Koľaje po prejazde traktorov sú široké podľa použitých pneumatík max. 2 x 0,65 m. Práce po prejazdoch traktorov predstavujú 21,6 % utlačenej plochy.

Obr. 5: Sejba kukurice v systéme CTF

Obr. 5: Sejba kukurice v systéme CTF
foto autor

Obr. 6: Základné rozmery stôp pneumatík použitých strojov v systéme CTF (SPU Nitra)

Obr. 6: Základné rozmery stôp pneumatík použitých strojov v systéme CTF (SPU Nitra)
foto autor

Zber sa vykonáva obilným kombajnom so záberom žacej lišty 9 m, resp. s 8 riadkovým adaptérom na zber kukurice. Rozchod predných kolies kombajna je 3,1 m a šírka pneumatík je 0,8 m. Svetlá šírka medzi prednými kolesami je 2,3 m. Keďže je pracovný záber žacieho stola 9 m, tak sa kombajn pohybuje striedavo – raz obidvomi kolesami v stopách permanentných koľají a dva krát, v stope permanentnej koľaje, vždy len jedným kolesom. Spôsob jazdy vysvetľuje schéma. Plocha utlačená prejazdom kolies strojov je 36,1 %. Treba však poznamenať, že stopy traktorov a kombajnu sa prekrývajú (cca 40%), teda zvyšná plocha prejdená kombajnom je utlačená len 1 raz v roku a to ešte v čase zberu (zvyčajne za veľkého sucha). Pri zbere kukurice bol použitý adaptér s pracovnou šírkou 6 m, teda všetky jazdy kombajnu boli v smere permanentnej koľaje.

Slama je drvená a rozhodená po poli, vyprázdňovanie zásobníkov je riešené na jednej úvrati. Žiadna ďalšia technika sa v priebehu rokov po parcele nepohybovala.

Obr. 7: Schéma pohybu strojov v systéme CTF v module 6m (SPU Nitra)

Obr. 7: Schéma pohybu strojov v systéme CTF v module 6m (SPU Nitra)
foto autor

Ako bolo už naznačené, riadený pohyb strojov prináša efekty, ktoré sa začínajú prejavovať po určitom čase. Výrazne sa mení štruktúra pôdy. Na ploche bez prejazdov strojov (63,9 %) sa vyskytuje drobnohrudkovitá štruktúra s výrazne nižším penetrometrickým odporom. Potvrdzujú sa výsledky, ktoré publikujú napríklad pracovníci TF ČZU v Prahe, že infiltrácia vody je na takýchto plochách výrazne priaznivejšia oproti pôde utlačenej. Stav pôdy potvrdzuje aj vývoj porastov. Veľmi citlivý na utlačenie pôdy je jačmeň. Už v štvrtom roku experimentu bol zreteľný rozdiel vo vývoji porastu jačmeňa na neutlačenej pôde a porastu, ktorý bol pestovaný na obrobenej permanentnej koľaji (so všetkými dôsledkami – oneskorené dozretie, vyššia vlhkosť a pod.).

Obr. 8: Rozdiel stavu porastu jarného jačmeňa v permanentnej koľaji v 4-tom roku aplikácie CTF

Obr. 8: Rozdiel stavu porastu jarného jačmeňa v permanentnej koľaji v 4-tom roku aplikácie CTF
foto autor

Podobný efekt je možné sledovať aj z rozboru vlhkosti zrna v čase zberu. Na utlačených plochách je vlhkosť vyššia, čím sa oneskoruje možnosť vstupu do porastu. Z výsledkov získaných pri pestovaní pšenice ozimnej v roku 2016 plynie, že vlhkosť zrna na neutlačenej ploche v čase zberu dosahovala 13,7%. Na ploche permanentných koľají bola vlhkosť zrna 19,1 %. Efekt CTF (uvádzaný aj z iných zdrojov) potvrdzuje rozdielnu výšku úrody. Na neutlačenej ploche bola v roku 2016 priemerná úroda pšenice ozimnej 10,95 t/ha. V miestach permanentných koľají bola úroda o 2,7 % nižšia. Rovnaký efekt sa prejavil aj na sekundárnom produkte - výška porastu (úroda slamy) bola v priestore permanentných koľají nižšia o 2,2 %.

Na miestach trvalých (ale obrábaných) koľají sa začínajú objavovať nové spoločenstvá burín. Keďže ide o identifikované miesta, možno v takomto prípade uvažovať so selektívnou ochranou.

Problematika ochrany pôdy je široká a zdanlivo neohraničená. Základným poslaním každého dobrého hospodára, ktorý pracuje na pôde, musí byť starostlivosť o jej ochranu. Z uvedených poznatkov je zrejmé, že ochranu pôdy pred jej zbytočnou devastáciou prejazdmi techniky možno dosiahnuť aj citlivým organizovaním práce.

Príspevok vznikol s podporou projektu ITEPAg “Aplikácia informačných technológií na zvýšenie environmentálnej a ekonomickej udržateľnosti produkčného agrosystému”. ITMS 26220220014