Úvod / Informácie / Rastlinná výroba / Rastlinná výroba všeobecne

Trendy pri hnojení priemyselnými hnojivami

08-03-2018
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Hnojením sa rozumie doplňovanie živín do pôdy. Hnojením súčasne dochádza k zlepšeniu fyzikálnych, chemických aj biologických vlastností pôdy. Z technologického hľadiska je hnojenie charakterizované primerane rovnomerným rozdelením hnojív na povrchu poľa alebo trvalých trávnych porastov, prípadne ich zapracovanie do určitej hĺbky, čo záleží od vlastností hnojiva a postupu ďalšieho spracovania pôdy.

Priemyselne vyrábané hnojivá predstavujú cenný a vo viacerých prípadoch prevažujúci, ak nie jediný, zdroj živín dodávaný počas vegetácie k pestovaným plodinám. Peňažné prostriedky vynaložené na nákup priemyselných hnojív preto často predstavujú veľmi významnú položku v rozpočte pri pestovaní každej konkrétnej plodiny. Hnojivá a cielene riadená výživa rastlín patria aj v súčasnom období  k rozhodujúcim intenzifikačným faktorom v rastlinnej výrobe. Cieľom hnojenia a výživy rastlín je zabezpečiť dosahovanie dobrej úrody v danom roku, ale aj udržanie, resp. zvýšenie úrodnosti pôdy. Úrodná pôda je základným predpokladom pre udržanie stability úrod aj pri menej priaznivých poveternostných podmienkach, alebo aj pri krátkodobom nedostatočnom hnojení. Pre zabezpečenie vysokých úrod preto bude potrebné priemyselné hnojivá aj pri ich stúpajúcej cene naďalej používať. Z uvedeného dôvodu možno bude dobré vedieť, aké sú aktuálne trendy pri vývoji techniky využívanej pri aplikácii týchto drahých výrobných vstupov.

Z technologického hľadiska aplikovanie hnojív na pôdu alebo do pôdy môže prebiehať buď tzv. núteným rozhadzovaním, alebo gravitačným spôsobom. Pri nútenom spôsobe sa hnojivo rozptyľuje vplyvom udelenej mu kinetickej energie najmä využitím odstredivej sily (odstredivé rozhadzovače), alebo silným prúdom vzduchu (pneumatické rozhadzovače). Pri gravitačnom spôsobe hnojivo padá vplyvom gravitácie na zem, pričom pracovný záber stroja je menší alebo rovný konštrukčnej šírke aplikačného stroja. Rozhadzovače priemyselných hnojív pracujúce napr. na princípe vyhŕňania hnojiva (gravitačné rozhadzovače) nachádzajú najširšie uplatnenie v komunálnom sektore, prípadne pri pestovaní špeciálnych plodín a trvalých kultúr. S týmto princípom aplikácie sa však môžeme stretnúť aj pri riešení niektorých aplikátorov využívaných pri vápnení pôd.

Na aplikáciu hnojív je hlavne v posledných rokoch kladený veľký dôraz z dvoch základných dôvodov - ekonomických a ekologických. Dnes si už žiadny podnik nemôže dovoliť veľkorysé dávkovanie hnojív tzv. „uniformne“ na celej obhospodarovanej výmere, ale skôr sa pristupuje k ich presnej aplikácii podľa potreby rastlín. V praxi to znamená, že živiny sa dodávajú do pôdy podľa skutočnej potreby podľa plánov hnojenia a v niektorých prípadoch s využitím technológie precízneho poľnohospodárstva podľa aplikačných máp. Veľmi dôležité je tiež dodržiavanie pracovných záberov tak, aby nedochádzalo k zbytočnému prekrývaniu prejazdov, kedy vznikajú prehnojené miesta, ktoré sa neskôr prejavia tak vyšším poliehaním porastu na takomto mieste, ako aj zvýšenými nákladmi na hnojenie. Chyby pri aplikácii hnojív môžu súčasne viesť k výraznému poškodeniu životného prostredia. Už v predchádzajúcich rokoch preto bola uvedená do praxe Nitrátová smernica, v ktorej sú vymedzené tzv. zraniteľné oblasti s určitou reguláciou pri hnojení. Nevyhnutnou súčasťou rozhadzovačov priemyselných hnojív sa preto stávajú systémy pre tzv. hraničné hnojenie, ktoré zamedzujú distribúcii hnojív za hranice pozemku. V prípade rozhadzovania hnojív na veľmi úzkom poli možno u niektorých rozhadzovačov aktivovať hraničné hnojenie na obe strany.

Súčasný stav techniky pre aplikáciu tuhých minerálnych hnojív je daný predovšetkým prevažujúcim nasadením dvojkotúčových odstredivých rozhadzovačov, ktoré postupným vývojom dosiahli veľmi vysokú úroveň kvality práce, ktorej základnou charakteristikou je veľmi vyrovnaná priečna homogénna aplikácia a vysoká výkonnosť.

Aktuálne vývojové trendy

Vývoj techniky a technológie hnojenia priemyselne vyrábanými hnojivami sa vyznačuje stále sa zvyšujúcou účinnosťou a presnosťou aplikácie hnojív, ktorých cena každoročne stúpa. S rastúcimi nákladmi na hnojivo, rovnako ako aj zvyšujúcimi sa požiadavkami na dodržiavanie predpisov na ochranu životného prostredia a hlavne ochranu vôd, sa presné dávkovanie a distribúcia hnojív stávajú čoraz dôležitejšie. Bez elektronických riadiacich zariadení, podporovaných inteligentným softvérom, by zvyšujúce sa nároky na zabezpečenie kvality a presnosť aplikácie nemohli byť splnené.

Stav súčasnej techniky pre hnojenie tuhými priemyselnými hnojivami je možné jednoducho charakterizovať ako jednoznačnú „nadvládu“ strojov vybavených dvojkotúčovým odstredivým mechanizmom. Tento mechanizmus sa vďaka intenzívnemu firemnému aj univerzitnému výskumu dostal na veľmi vysokú technickú úroveň. Stroje od vedúcich výrobcov dovoľujú aplikáciu takmer všetkých druhov hnojív s veľmi vysokou presnosťou do pracovnej šírky záberu približne 24 m a pri hnojivách s veľmi dobrou aplikovateľnosťou sú dosahované zábery presahujúce 36 m (podľa údajov niektorých výrobcov môžu pracovné zábery atakovať až hranicu 50 metrov). Podstatnou charakteristikou týchto strojov je možnosť plynulého nastavovania pracovného záberu, automatické dávkovanie hnojiva, napríklad on-line kalibrácia pomocou integrovaného vážiaceho mostíka, rovnako ako elektronicky riadené zariadenia pre tzv. hraničnú aplikáciu. Ďalším charakteristickým znakom moderných rozhadzovačov tuhých priemyselných hnojív je ich vysoká výkonnosť a zlepšený komfort obsluhy, kedy dvojkotúčové rozhadzovacie systémy umožňujú plošne diferencované hnojenie variabilnou dávkou hnojiva bez potreby meniť ručne nastavenie, či priamo vymieňať rozhadzovacie kotúče, alebo ich lopatky. Stroje vybavené GPS navigáciou umožňujú automatické navádzanie do pracovného záberu tak, že eliminujú prehnojovanie na hraniciach pozemkov, ako aj nadmerné prekrývanie záberov susedných jázd. Za účelom dosiahnutia požadovanej presnosti pri aplikácii priemyselných hnojív sa využívajú rozhadzovače vybavené vážiacim systémom, kde je do nosného rámu neseného rozhadzovača integrovaný vážiaci systém, ktorý sleduje hmotnosť hnojiva v násypke. Samozrejmosťou sú ďalej rôzne doplnky v podobe krycích plachiet, nadstavieb pre zväčšenie objemu násypky , alebo také „maličkosti“, ako osvetlenie prípadne výstražné tabule. Za inovácie v tejto oblasti sú pravidelne udeľované ocenenia na renomovaných výstavách poľnohospodárskej techniky.

Samotné rozhadzovanie ústrojenstvo je tvorené dvojicou rotujúcich kotúčov doplnených lopatkami, ktoré zabezpečujú rovnomerný rozptyl hnojiva. Dôležitým rozlišovacím znakom je spôsob pohonu týchto kotúčov. Ten môže byť elektrický u malých a špeciálnych rozhadzovačov a mechanický od vývodového hriadeľa traktora s použitím prevodov. Ďalšou možnosťou pohonu, využívaného pri rozhadzovačoch určených na presné poľnohospodárstvo je hydraulický pohon. Je napájaný buď priamo z hydraulického okruhu traktora, alebo kombinovaným systémom, kde od vývodového hriadeľa je poháňané mechanické hydraulické čerpadlo, ktoré následne zabezpečuje hydraulický pohon rozhadzovacích kotúčov.

Správne nastavenie rozhadzovačov

Veľmi dôležitou súčasťou práce s rozhadzovačom priemyselných hnojív je jeho správne nastavenie. Správne nastavenie dávky a pracovného záberu vyžaduje dômyselnú konštrukciu dávkovacieho a rozhadzovacieho ústrojenstva. Hodnota dávky sa najčastejšie nastavuje prostredníctvom posúvačov na dne násypky zo zadnej strany. Posúvač slúži na nastavenie prierezu otvoru, cez ktoré hnojivo vypadáva zo zásobníka na rozhadzovací kotúč. Môžu byť ovládané mechanicky, čo sa využíva hlavne u jednoduchých rozhadzovačov a niektorých modelov do sadov a viníc. Častejšie sa však stretávame s hydraulickým ovládaním a v poslednom čase sa stále viac presadzuje elektronické ovládanie. Samozrejmosťou sú rôzne prvky výbavy pre skúšku dávky, ktoré sú naviac aj vybavené systémom pre korekciu dávky, pričom tieto riešenia závisia od technickej vyspelosti daného modelu rozhadzovača. Nastavenie pracovného záberu dosahujeme hlavne voľbou vhodných kotúčov, ktoré sa rozlišujú pre určitý pracovný záber a tiež pre rozličné druhy hnojív. Samotné kotúče sú osadené rozhadzovacími lopatkami, ktoré sú konštrukčne riešené ako nastaviteľné a umožňujú dosahovať rôzne rozsahy pracovného záberu s danou sadou kotúčov. Ďalšou možnosťou zmeny pracovného záberu, ktorú výrobcovia ponúkajú, je zmena miesta dopadu hnojiva na rozhadzovacie kotúče. Tieto kotúče sú osadené na mechanizme, ktorý zabezpečuje zmenu polohy ich osy a tým aj zmenu bodu dopadu hnojiva na povrch kotúča. Nastavenie dávkovacích ústrojenstiev, polohy kotúčov a voľbu vhodného typu lopatiek zabezpečujú rozhadzovacie tabuľky, ktoré sú spracované pre skoro každé hnojivo, ktoré je na trhu dostupné. Základnými kritériami sú druh hnojiva a jeho konzistencia, lebo vďaka fyzikálnym vlastnostiam sa inak správa napríklad práškové a inak granulované hnojivo. Nastavovacie tabuľky sú samozrejme pravidelne aktualizované.

Okrajové a hraničné hnojenie

Určitým problémom hnojenia tuhými priemyselnými hnojivami je možnosť úletu hnojiva za hranicu hnojeného pozemku. Tento problém je potrebné rozdeliť na dve časti. Jednou z možností je, že na susednom pozemku sa nachádza iná hospodársky využívaná plodina, kedy je možné zanedbať úlet malého množstva hnojiva na tento pozemok. Tento prípad sa označuje ako okrajové rozhadzovanie. Druhým prípadom je susedstvo obhospodarovaného pozemku napr. s cestou, vodnou plochou, a pod. V tomto prípade je neprípustné, aby častice hnojiva dopadli na susednú plochu v akomkoľvek množstve. Tento prípad nazývame hraničným hnojením. Problematika hraničného hnojenia teda nesúvisí ani tak s ekonomickými škodami súvisiacimi s úletom hnojiva, ale skôr s problematikou ochrany životného prostredia.

Aby rozhadzovače spĺňali všetky požiadavky, čo sa týka agrotechnických zásahov a ochrany životného prostredia, ponúkajú výrobcovia možnosť vybaviť tieto stroje podľa požiadaviek zákazníka. Pre aplikáciu na okrajoch pozemkov sa využívajú systémy tzv. hraničného rozhadzovania, ktoré môžu byť riešené buď ako mechanické alebo hydraulické. Mechanické systémy využívajú zmenu nastavenia lopatiek toho kotúča, ktorý je bližšie k okraju pozemku. Hydraulické zariadenia sú naopak tvorené hydraulickou sklopnou clonou s usmerňovacími plechmi, ktoré sú hydraulicky sklopiteľné do pracovného priestoru daného kotúča a usmerňujú tak dráhu letu aplikovaného hnojiva. Systémov umožňujúcich hraničné hnojenie je na trhu s rozhadzovačmi tuhých priemyselných hnojív niekoľko a každý predajca techniky jeho funkciu rád predstaví.

Výbava rozhadzovačov pre variabilné hnojenie

Na reguláciu množstva hnojiva u dvojkotúčových odstredivých rozhadzovačov sa používajú rôzne systémy, ktoré dávkujú hnojivo buď podľa hmotnosti, alebo podľa objemového prietoku. Integrované váhové systémy sú ponúkané už priamo jednotlivými výrobcami. Rozlišujú sa podľa počtu a umiestnenia tenzometrov a spôsobu stanovenia vypadaného množstva hnojiva, ktoré bude zodpovedať požiadavkám v danom mieste. Ďalšie systémy sú nezávislé od hmotnosti a dokážu regulovať dávku podľa napr. krútiaceho momentu pohonu rozhadzovacieho kotúča, alebo podľa hladiny tlaku v hydraulickom pohone rozhadzovacieho mechanizmu. Prvotným predpokladom pre zavedenie systému je presné zmapovanie hraníc pozemku v digitálnej forme, odber pôdnych vzoriek z pozemku, ich laboratórne vyhodnotenie (táto etapa je časovo najnáročnejšia) s prevodom výsledkov do mapy zásobenosti pôdy živinami. Na to následne nadväzuje vytvorenie mapy potreby hnojenia - aplikačnej mapy. Pre variabilnú aplikáciu musí byť rozhadzovač vybavený automatickým regulačným systémom.

Limitujúcim faktorom vysokej presnosti aplikácie sú fyzikálne vlastnosti hnojiva, ktoré vo veľkej miere ovplyvňujú kvalitu rozhadzovania práve u dvojkotúčových odstredivých rozhadzovačov. Ku kontrole priečneho rozdelenia hnojiva priamo na poli môže farmár využiť na trhu ponúkané jednoduché mobilné zariadenie. Zistené hodnoty potom uloží napr. do palubného počítača a špeciálny program vykoná optimálne nastavenie stroja. V tomto prípade možno presne rozhadzovať aj hnojivo s neznámymi a premenlivými fyzikálnymi vlastnosťami, pretože kalibráciu vykoná prístroj na základe hodnôt získaných krátkou skúškou rozhadzovania priamo na poli.

Veľmi obsiahlou kapitolou je aj vlastné ovládanie rozhadzovačov tuhých priemyselných hnojív, kde ich výrobcovia spolupracujú s výrobcami palubných počítačov, prípadne ucelených systémov pre  presné poľnohospodárstvo, alebo sa na výrobe takýchto systémov aj sami podieľajú. Tieto systémy umožňujú nielen presné nastavenie rozhadzovača, ale aj sledovanie jeho práce počas jazdy, ďalej prispôsobovanie dávky aktuálnemu stavu porastu v súvislosti s využívaním techniky monitorovania jeho stavu, alebo podľa pojazdovej rýchlosti traktora. Ucelené systémy dokážu vďaka vyspelému hardwéru a softwéru aplikovať živiny na základe údajov z úrodových máp. Stále častejšie sa pri práci súprav na hnojenie tuhými priemyselnými hnojivami stretávame s vybavením traktorov navigačným systémom, ktorý eliminuje straty spojené s nadmerným prekrývaním pracovných záberov rozhadzovačov. Takéto údaje získané v priebehu aplikácie sa v súčasnosti dajú dokonca aj ďalej spracovávať a archivovať.

Pomerne známym a rozširujúcim sa systémom je variabilné hnojenie dusíkom. Najdôležitejšou podmienkou úspešnej práce týchto systémov je získanie informácií o stave porastu z hľadiska živín (obsah dusíka). Pre získavanie týchto informácií v závislosti na lokálnych podmienkach sú v poľnohospodárskej praxi využívané senzory pracujúce na princípe odrazu svetla. Zisťujú spektrálny odraz slnečného svetla od porastu rastlín, ktorý vypovedá o aktuálnom obsahu (potrebe) dusíka. Takto získané hodnoty sa využijú pre plynulé nastavenie ovládania rozhadzovača. Najznámejším a asi aj najbežnejším riešením je N-senzor firmy Hydro. Určitou nevýhodou je závislosť na dennom svetle. Nie je to však v žiadnom prípade jediné riešenie. Popri využití spektrálneho odrazu slnečného svetla možno využiť aj laserové systémy (riešenie firmy Fritzmeier), ktoré stimulujú chlorofyl v listoch k fluorescenciu a nezávisle na dennom svetle zisťujú obsah dusíka v rastlinách a súčasne plynulo nastavujú ovládanie rozhadzovača. Celkovo sa dá povedať, že variabilné hnojenie dusíkom je veľmi perspektívnym a praktickým systémom.

Záver

Úlohou rozhadzovačov tuhých priemyselne vyrábaných hnojív je rovnomerné rozdelenie hnojiva na povrch poľa pri plošnej aplikácii, alebo k rastlinám pri prihnojovaní. Vlastnosti hnojív do značnej miery ovplyvňujú používané pracovné technologické postupy, ako aj typy mechanizmov využívaných pre ich aplikáciu. Medzi tieto vlastnosti patrí veľkosť granúl hnojiva, ktorá sa pohybuje od 2 do 5 mm, objemová hmotnosť 800 až 1700 kg.m-3 a sypný uhol 30° až 50°. Je treba si pripomenúť, že väčšina hnojív sa vyznačuje tým, že sú schopné prijímať aj vzdušnú vlhkosť (hygroskopickosť). Potom ich aktuálna vlhkosť ovplyvňuje sypkosť, mernú hmotnosť, súčiniteľ trenia i priľnavosť. Veľmi nepriaznivou vlastnosťou hnojív sú ich korozívne účinky. Túto nepriaznivú vlastnosť sa snažia výrobcovia strojov obchádzať používaním plastov a nerezových materiálov v konštrukcii rozhadzovačov.

V súčasnosti je stále dôležitejšia ochrana zdrojov a životného prostredia ako takého, súčasne je však potrebné zvyšovať úrody a rentabilitu hospodárenia tak, aby sme dosiahli konkurencieschopnosť na otvorenom európskom trhu. Aktuálne trendy v konštrukcii aplikačnej techniky ukazujú cestu, ako dosiahnuť spomínanú rentabilitu na strane jednej a eliminovať negatívne dopady na životné prostredie vyplývajúce z používania priemyselne vyrábaných hnojív na strane druhej. U aktuálne vyrábanej techniky ​​je zreteľné rozširovanie inteligentných technológií, ktoré ponúkajú nové možnosti, ako šetriť náklady, ako zvýšiť efektivitu práce a ako čo najmenej zaťažiť životné prostredie. Tak, ako už dlhšie hovorí o 4. priemyselnej revolúcii (INDUSTRY 4.0), preberajú túto rétoriku aj niektorí výrobcovia techniky pre oblasť poľnohospodárstva a začínajú hovoriť o AGRICULTURE 4.0 - teda o zapojení jednotlivých strojov a techniky do inteligentnej, prepojenej dátovej siete. Problém s týmto spojený je však spracovanie dát - sme schopní získať veľké množstvo dát, ale z nich len obmedzené množstvo podstatných informácií. Vzhľadom k veľkému objemu dát vzniká aj problém s ich spracovaním. Fenomén BIG DATA tak postupne prenikol aj do oblasti poľnohospodárstva.

Jednotiacim prvkom ďalšieho vývoja poľnohospodárskych strojov, vrátane techniky pre aplikáciu hnojív, sú a budú jednoznačne informačné technológie a elektronické riadiace systémy. Či už ide o ISOBUS, ktorý sa postupne stáva naozaj štandardom presne tak, ako bol pôvodne vytvorený cez telemetrické systémy s možnosťou sledovania (a neskôr možno aj ovládania) strojov v reálnom čase pomocou vzdialeného prístupu.