Zhutňovanie pôdy pri prejazdoch techniky
Poľnohospodárska technika predstavuje intenzifikačný faktor, ktorý sa rozhodujúcou mierou podieľa na rozvoji poľnohospodárskej výroby. Podobne, ako pri iných faktoroch, aj pri využívaní výkonnej poľnohospodárskej techniky sa prejavujú vedľajšie vplyvy, ktoré nepriaznivo pôsobia na pôdu. Ide predovšetkým o to, že mechanizované pracovné postupy v rastlinnej výrobe sú spojené s prejazdmi po pôde. V závislosti od pestovanej plodiny a hlavne zvolenej technológie možno v súčasnosti hovoriť o 7 až 15 (často však aj viac) prejazdoch v priebehu vegetačného obdobia, ktorými je pôda do rôznej miery zhutňovaná.
K procesu zhutňovania pôdy môže dochádzať v dvoch možných situáciách, a to pri pôsobení vysokého zaťaženia na pôdu mechanizačnými prostriedkami a taktiež vtedy, keď pôda nedokáže odolávať pôsobiacemu zaťaženiu, teda pôda je „slabá“ (napr. pri vysokej vlhkosti pôdy, alebo pri stave prílišnej nakyprenosti). Prejazdy techniky jednoznačne predstavujú hlavnú príčinu vzniku zhutnených vrstiev pôdy, pretože napr. hmotnosť traktorov narástla z pôvodných 3 ton v 40-tych rokoch 20. storočia až na približne 20 ton v súčasnosti. Používanie ťažkej poľnohospodárskej techniky preto spôsobuje zhutnenie podorničnej vrstvy pôdy až do hĺbky 0,6 m a viac. Druhou hlavnou príčinou je vznik zhutnenia pôdy v súvislosti s včasnosťou vykonávaných operácií (napr. jarná sejba je vykonávaná pri nedostatočne vysušenej pôde a pri nízko únosnom teréne pre prejazd mechanizačných prostriedkov).
Zhutnenie pôdy sa prejavuje deformáciou pôdnej štruktúry a znížením štruktúrnej stability agregátov. Postihuje všetky druhy pôd, avšak najnáchylnejšie na druhotné zhutnenie sú ťažšie a stredne zrnité (piesočnato hlinité a hlinité) pôdy. U ťažších pôd dochádza ku kombinácii primárneho (genetického) zhutnenia pôdy zapríčineného vlastnou hmotnosťou pôdnych vrstiev a sekundárneho zhutnenia, ktoré je spôsobené operáciami na pôde.
Zhutnenie pôdy je priamo ovplyvnené hmotnosťou strojovej techniky, veľkosťou a hustením pneumatík. Nižšie zaťaženie náprav spôsobuje zhutnenie sústredené bližšie k povrchu pôdy, pričom vysoké zaťaženie sa sústreďuje hlbšie a je náročné ho odstrániť. Rovnaké zaťaženie strojovej techniky a veľkosť pneumatiky spôsobuje pri vlhkých podmienkach zhutnenie sústredené v oveľa väčšej hĺbke v porovnaní so suchými podmienkami. Keďže hlboké zhutnenie presahuje rámec zvyčajnej hĺbky obrábania pôdy, tento druh zhutnenia bude pretrvávať na rozdiel od plytkého zhutnenia, ktoré sa môže odstrániť obrábaním pôdy.
Pojazdové ústrojenstvo a zhutnenie pôdy
Strojové súpravy pracujúce na pôde môžu vytvárať zhutnenie, nehľadiac na to, či majú kolesový alebo pásový podvozok. Otázkou však je, ktorá možnosť spôsobuje nižšiu úroveň zhutnenia pôdy. Vo všeobecnosti prevláda názor, že pásové podvozky zhutňujú pôdu menej, ako podvozky kolesové, v prácach niektorých autorov sa však objavuje aj názor, že radiálne pneumatiky budú spôsobovať v prípade správneho hustenia podobnú úroveň zhutnenia ako pásy. Vo všeobecnosti možno konštatovať, že potenciál pre vznik zhutnenia v orničnej vrstve pôdy určuje kontaktný tlak a celkové zaťaženie náprav podmieňuje vznik zhutnenia v podorničnej vrstve pôdy. Táto skutočnosť je dôležitá pri porovnaní pneumatík a pásov a ich vplyvu na hĺbku zhutnenia pôdy. Za hranicu kontaktných tlakov, ktoré v priemere pôdnych podmienok nezanechávajú trvalé zhutnenie, je možné považovať tlaky do 80-100 kPa.
Zníženie kontaktného tlaku spôsobuje nižšie zhutnenie v ornici. Na základe výsledkov prác viacerých autorov je možné dosiahnuť zníženie zhutnenia orničného profilu pôdy viacerými spôsobmi, napr. znížením hustenia pneumatiky na minimálnu možnú úroveň, použitím flotačných pneumatík, dvojmontáží alebo pásov, uprednostnením pneumatík s radiálnym plášťom pred diagonálnym, použitím pneumatík s väčším priemerom (väčšia dĺžka stopy), správnym priradením mechanizačného prostriedku ku každej poľnej operácii, použitím traktorov so 4-kolesovým pohonom, pohonom predných kolies, resp. pásových traktorov, čím sa zaťaženie rozloží na väčšiu plochu stopy.
Napr. traktory so zaťažením náprav menej ako 10 ton zvyčajne spôsobujú zhutnenie pôdy lokalizované v hĺbke 0,12-0,20 m. Takéto plytké zhutnenie je možné odstrániť bežným spôsobom obrábania pôdy. Zaťaženie náprav pod 10 ton môžu v súčasnosti mať dokonca aj veľké traktory, problémy však spôsobujú kombajny, rozhadzovače maštaľného hnoja a dopravné prostriedky, ktoré môžu spôsobovať zhutnenie až do hĺbky 0,90 m, nehľadiac na to, či sú kolesové alebo pásové.
Výhodou pásov je väčšia plocha stopy a nižší kontaktný tlak. Stopa je rozložená v pozdĺžnom smere a nie v bočnom smere (ako v prípade dvojmontáže pneumatík), čím vzniká menšia plocha zhutnenej pôdy na poli. Nevýhodou je, že hmotnosť traktora spočíva na danom objeme pôdy dlhší čas a spolu s vibráciou pásov zvyšuje náchylnosť na zhutnenie pôdy. Pásy môžu mať na prvý pohľad nižšie zaťaženie náprav, ale nápravy sú sústredené bližšie k sebe a preto pôsobia na pôdu ako jeden celok.
Veľkosť zhutnej plochy
Podľa niektorých autorov celková plocha stôp kolies traktorov, pracovných strojov a dopravných prostriedkov predstavuje 120 až 450 % celkovej plochy podľa počtu operácií za rok. V niektorých štúdiách sa uvádza, že napr. pri pestovaní obilnín až 90 % celkového povrchu pôdy je vystavené stláčaniu traktorovými kolesami počas prípravy pôdy, 25 % plochy počas žatvy a 60 % plochy počas zberu a lisovania slamy. Úvrate na koncových stranách pozemkov sú poznamenané mnohokrát až dvadsiatimi prejazdmi technických prostriedkov. Odhaduje sa, že pri používaní tzv. konvenčných technológií len 10 - 15 % plochy poľa nie je ovplyvnené prejazdmi techniky.
Prejazdy po pôde sa stali bežnou súčasťou hospodárenia na pôde. Môžeme ich preto považovať do určitej miery za prirodzený faktor, a to nie len v zápornom, ale niekedy aj v kladnom zmysle. Vplyv prejazdov po pôde je preto treba sledovať nielen z hľadiska tlaku, ale tiež z hľadiska frekvencie prejazdov, horizontálneho rozloženia, rýchlosti prejazdov a preklzu kolies.
Viacerí autori, ktorí sa venovali problematike vplyvu techniky na pôdu vo svojich prácach uvádzajú, že počas prvého prejazdu po poli dochádza približne k 75% nárastu objemovej hmotnosti pôdy a 90% zaboreniu kolies mechanizačných prostriedkov. Zhutnenie pôdy, ktoré je spôsobené následnými prejazdmi však tiež môže spôsobiť rovnaké poškodenie rastlín ako prvý prejazd (čím dlhšie pôsobí zaťaženie na pôdu, tým väčší je nárast objemovej hmotnosti pôdy). Z toho dôvodu je nutné limitovať podiel plochy pozemku s prejazdom strojovej techniky, koncentrovať prejazd do permanentných koľajových riadkov a skrátiť dobu pôsobenia zaťaženia.
V tomto smere je významným opatrením lokalizovanie zhutnenia pôdy do permanentných koľajových riadkov redukovaním oblastí s prejazdom. Ide o systém, pre ktorý sa v zahraničí zaužívalo označenie Controlled Traffic Farming (CTF). Uvedený systém pestovania plodín vytvára jednotnú dráhu pohybu ťažkých strojov po pozemku, čím obmedzuje účinok kolies strojov a tým aj zhutnenie pôdy iba na stále koľajové riadky.
CTF a zhutnenie pôdy
Systém CTF je založený na využívaní permanentnej (stálej) dráhy pohybu kolies strojov. Jeho prvoradá výhoda spočíva v znížení zhutnenia pôdy v koreňovej zóne rastlín. Pôda sa pri použití systému CTF v podstate rozdelí na dve rozdielne oblasti, na koľajové riadky a riadky plodín. Koľajové riadky musia byť jasne identifikované, čím sa vymedzia pásma, ktoré nebudú obrábané ani vysievané. Systém CTF je vhodný pre minimalizovanie zhutnenia a degradácie štruktúry pôdy v koreňovej zóne rastlín.
Keďže pri konvenčných systémoch pestovania poľných plodín sa mechanizačné prostriedky pohybujú najmenej na 85 % ploche pozemku, minimálne 85 % koreňovej zóny bude charakterizovaných aspoň čiastočným zhutnením pôdy. Pri použití systému CTF je možné podiel oblastí bez škodlivého zhutnenia pôdy zvýšiť. Pre dosiahnutie tohto cieľa je potrebné, aby sa všetky traktory, postrekovače, či kombajny pohybovali po rovnakých permanentných dráhach. Rozchody kolies pracovných strojov teda musia byť rovnaké. Výsledky doterajších výskumov v tejto oblasti potvrdili, že už prvotná implementácia uvedeného systému do praxe, ktorá spočiatku predstavovala iba spojenie koľajových riadkov pre sejbu, hnojenie a ochranu priniesla očakávaný efekt. Pri zbere plodín, vykonávanom pri vhodnej vlhkosti pôdy je jej poškodenie malé, k značnému poškodeniu dôjde iba v prípade vlhkých podmienok pri zbere.
Trendy v konštrukcii pojazdových ústrojenstiev
Pojazdové ústrojenstvá poľnohospodárskej techniky musia vyhovovať tak jazde v poľnohospodárskom teréne obvykle s mäkkým povrchom, ako aj jazde na spevnenom povrchu verejných komunikácií. Pritom požiadavky sú protichodné. Zatiaľ čo jazde po mäkkom povrchu vyhovujú nízkotlaké, široké pneumatiky s malým merným tlakom na podložku, pre jazdu po spevnených komunikáciách sú výhodnejšie užšie pneumatiky s vyšším tlakom hustenia.
Požiadavky na vyššie užitočné hmotnosti napr. traktorových návesov znamenajú prechod od jednonápravových k viacnápravovým podvozkom a požiadavky na vyššiu prepravnú rýchlosť zasa znamenajú prechod od podvozkov neodpružených k podvozkom s odpruženými nápravami. Ťahový odpor, opotrebenie pneumatík pri jazde v zákrutách a poškodenie porastu znižujú riaditeľné nápravy. Zatiaľ čo u dvojnápravových podvozkov je zadná riaditeľná náprava výhodou, u troj- a viacnápravových podvozkov sú už riaditeľné nápravy nutnosťou. Riaditeľné nápravy môžu byť konštruované ako vlečné s fixáciou pri cúvaní, alebo nápravy s núteným natáčaním kolies. Natáčanie kolies je odvodené od zmeny polohy pozdĺžnej osi traktora a návesu pri zatáčaní. Zmeny sa prenášajú najčastejšie hydraulicky.
Ku zníženiu nepriaznivého pôsobenia dopravnej techniky na poľnohospodársku pôdu okrem riaditeľných náprav prispievajú aj zariadenia umožňujúce zmenu tlaku v pneumatikách vozidla počas jazdy. Rieši sa tým dilema medzi potrebou vyššieho tlaku v pneumatikách za jazdy po pevnom povrchu pre zníženie odporu valenia a potrebou minimalizovať kontaktný tlak na poľnohospodársku pôdu nízkym tlakom v pneumatikách. Zariadenie umožňujúce zmenu tlaku v pneumatikách vozidla počas jazdy sa skladá z niekoľkých hydraulicky poháňaných kompresorov umiestnených na traktore, alebo prípojnom vozidle, regulátora tlaku, ovládacích prvkov a z prevodníka stlačeného vzduchu na otáčajúce sa pneumatiky.
Záver
Zníženie zhutnenia pôdy pri práci strojov na pozemku je možné dosiahnuť viacerými technickými riešeniami, alebo organizačnými opatreniami. Z technických riešení je to najmä možnosť zníženia tlaku hustenia pneumatík na minimálnu možnú úroveň, použitie nizkotlakových (flotačných) pneumatík, dvojmontáže kolies alebo použitie pásov, uprednostnenie pneumatík s radiálnym plášťom pred diagonálnym, použitie pneumatík s väčším priemerom (väčšia dĺžka stopy), a pod. Z organizačných opatrení je to potom najmä správne priradenie mechanizačného prostriedku ku konkrétnej poľnej operácii a voľba vhodného spôsobu pohybu súpravy pri jej vykonávaní. Záleží len od prevádzkovateľa techniky pre ktorú z ponúkaných technických, alebo organizačných alternatív sa rozhodne.