Konstgödselspridning i praktiken 2 Tester av centrifugalspridare i praktiken Robert Thorsén och Lars Neuman Maskinkonsulenter, Lantbruksenheten Länsstyrelsen Västra Götaland Tel. 31-6 5 Projektet finansieras av EUs miljöprogram Foto: Lars Neuman 1
Sammanfattning Systemet med körspår i växtodlingen är allmänt vedertaget. En annan utveckling är att gödseln skall spridas med högre precision för bättre utnyttjande och samtidigt mindre miljöpåverkan. Rådgivningens tveksamhet till centrifugalteknikens möjligheter att sprida konstgödsel med precision på 24 m arbetsbredd samt att klara miljökraven för kantspridning gav anledning till att testa tekniken i praktiken. Avsikten var inte att jämföra olika fabrikat, vilket skulle kräva mer ingående testning och större resurser. Det viktiga var att prova maskinerna i fält såsom maskinerna var levererade och med de inställningar som jordbrukarna använde sig av. Testerna visar att centrifugaltekniken har stora brister vad gäller spridningsjämnhet vid stora arbetsbredder. Variationskoefficienten var överlag alldeles för hög, d.v.s. spridningen var alldeles för ojämn. Spridningsjämnhet och spridningsbild skilde sig i praktiken kraftigt från tillverkarens spridningsdiagram. En bidragande orsak till ojämnheterna har varit att spridarna inte leveransjusterats på ett korrekt sätt. Det gäller framför allt spjällöppningarna. Bristerna i spridningen är omöjliga för lantbrukaren att konstatera och korrigera vid spridningstillfället. Någon praktisk testutrustning finns inte på marknaden. Kantspridningstekniken behöver också utvecklas, liksom hjälpmedel för lantbrukaren att kontrollera arbetsresultatet. I testerna med kantspridningsfunktionen visade det sig svårt att få en jämn anslutning till nästa drag. Kravet att inte sprida gödsel utanför fältkanten kunde dock uppfyllas. I intervjuer med lantbrukare i samband med testerna har det framkommit att det inte finns någon enhetlig praxis vad gäller tillslag av maskinen vid vändtegen. Konstaterad dubbelspridning visar detta. Konstgödselspridning utrustning och förutsättningar Bakgrund För att belasta miljön minimalt har växtodlings- och teknikrådgivningen under senare år varit starkt inriktad på begreppet precision i odlingsarbetet oavsett driftsform. Begreppet innefattar allt arbete från jordbearbetning till skörd. Arbetsprocesserna skall i slutändan anpassas efter skördekartering, N-sensorer, markkartering, årsmån samt grödslag. Bland de mest miljöbelastande verksamheterna förutom markpackning är besprutning och gödselspridning. Vilka krav man skall ställa på dessa senare arbeten besvaras med, att sprutan skall vara funktionstestad. Angående spridarna anges det bara att de skall ställas in enligt instruktionsbok och spridartabeller. Är denna injustering rätt förutsätter man att maskinen sprider jämnt. Några förutsättningar att själv kontrollera spridningsresultatet har jordbrukaren inte utan tillgång till särskild testutrustning. Jordbrukaren förutsätter att den maskin han köper är korrekt justerad när den levereras. Någon kontroll av detta gör han därför inte. Vi har genom åren testat ett mycket stort antal spridare under praktiska förhållanden. Att centrifugalspridaren skulle vara någon precisionsmaskin har vi hitintills aldrig kunnat konstatera. Förklaringen till dess stora utbredning är främst stor fältkapacitet och rationell hantering. 2
Ett flertal av de nya spridarna har utrustats med lastceller och elektronisk kalibreringsutrustning. Med denna kan föraren ställa in och sedan kontrollera att den önskade givan per hektar har matats ut. Så långt är allt väl, men hur jämn eller ojämn spridningsbilden bakom maskinen är har han ingen aning om. En variationskoeficient på cirka % syns många gånger inte för ögat när man står på markplan. Inte ens liggsädesytor behöver bildas. Men en sak är säker och det är en stor misshushållning med resurserna med försämrad kvalitet och ökande torkningskostnader. Nedanstående bild visar sambandet mellan VK och skördeförlusten på grund av ojämn spridning. Diagrammet är hämtat från Växtpressen och bygger på undersökningar vid Forskningscenter Bygholm, Horsens, Danmark. Man kan t.ex. utläsa att en VK på % medför en skördeförlust på ca 3,5 %! Många faktorer kan bidra till en ojämn spridning, en del hör samman med gödselmedlets egenskaper och andra hör samman med maskinen och hur den körs. Egenskaper hos gödselmedlen, som påverkar spridningsresultatet, är främst: Tryckhållfastheten Kornstorleksfördelning och medeldiameter Mängden damm Produktens homogenitet Produktens flytegenskaper (påverkas av temperatur och fukt) I samband med testningen av spridarna görs även en kontroll av traktorns kraftuttagsvarvtal. I flertalet fall har PTO-markeringen (Power Take Off) och tappens varvtal inte stämt med 54 r/m. Detta har fram för allt gällt traktorer med mekaniska traktormetrar, men vi har även konstaterat fel på moderna traktorer med digital visning av kraftuttagsvarvtalet på displayen. Till exempel en John Deere angav 54 r/m på displayen när tappens varvtal var 5 r/m. Detta betyder enormt mycket för spridningsbilden bakom spridaren. Ju större arbetsbredd som används desto större spridningsfel. Erfarenheter från tidigare tester och från praktiken I gödslingsrekommendationer används måttet kg/ha. Detta mått är egentligen alldeles för grovt med tanke på att varje fält ofta har stora variationer och med tanke på att spridningen ofta blir ojämn. En ojämn spridning ger lägre avkastning och sämre utnyttjande av dyr växtnäring. Minimikrav på spridaren bör vara att den sprider avsedd giva och med små variationer i såväl sidled som längsled. Det beror både på spridarens konstruktion och på föraren om minimikraven kan uppfyllas. Vid maskinkonsulenternas testningar av konstgödselspridare har vi konstaterat stora brister i både teknik och inställning, främst då hos centrifugalspridare. Bristerna beror självklart 3
mycket på att lantbrukaren har små möjligheter att själv kontrollera resultatet av spridningen. Att fastställa rätt överlappning mellan dragen eller att avslöja ojämn spridning är omöjligt utan särskild testutrustning. Instruktionsboken ger förvisso viktig vägledning, men det borde finnas möjlighet att kalibrera konstgödselspridaren, precis som man kalibrerar sprutan. Vissa spridare har utrustning för mängdbestämning (kg/ha). Utrustning saknas för bestämning av spridningsjämnhet, som är praktisk att använda. En annan problemställning, som vi har konstaterat, är svårigheten för jordbrukaren att bedöma när han skall slå på spridaren vid vändtegen. Oftast slås maskinen på alltför tidigt, vilket ger onödig dubbelspridning. Vid ojämn spridning av höga gödselgivor riskerar man att få liggsäd på de ytor som får högst kvävegiva. Liggsäden ger bevis för att spridningsjämnheten är allt annat än tillfredsställande. Bilderna visar på hur svårt det kan vara med en bra överlappning, att sprida rätt längs fältkanten samt att ansluta vändtegsdrag och huvuddragen. Bilderna är tagna på Varaslätten i Västergötland i månadsskiftet juli-augusti 2. Orsakerna till liggsäden har inte utretts närmare. I något fall är det troligen också fråga om ojämn flytgödselspridning - dock med samma konsekvenser. Fotona har inget samband med testerna. 4
Systemet med körspår är praktiskt och allmänt vedertaget, men det ställer större krav på gödselspridaren Med 24 m mellan körspåren blir det svårt att ställa in spridaren för rätt överlappning så att gödseln fördelas jämnt. De två bilderna nedan är tagna på ett vetefält nära Falköping maj resp. juli. Ingen av bilderna på denna sida har samband med testerna. Färgskiftningar i grödan talar sitt tydliga språk. Följande bilder på höstvete är från Falköping och Askersund. 5
Bilderna (bilderna har inget samband med testerna) visar på ett annat problem med centrifugalspridarna. Det är svårigheten att ge full giva ut till fältkanten och att samtidigt eliminera gödselspridning utanför fältkanten. En lägre giva vid fältkanten betyder sänkt avkastning och samtidigt en svagare gröda, som inte kan konkurrera så lätt med ogräset. Syftet med testerna var att belysa spridningen i praktiken Det finns tyvärr ingen officiell provning av lantbruksmaskiner i Sverige sedan Statens Maskinprovningars testverksamhet har upphört. Vi har sedan många år testat konstgödselspridare under praktiska förhållanden ute hos lantbrukare och ofta noterat dåliga eller mycket dåliga spridningsbilder. Utvecklingen av centrifugalspridare har på senare år gått mot större spridningsbredder och utrustning för kantspridning för att klara växande miljökrav. Mot bakgrund av tidigare erfarenheter har två frågeställningar dykt upp: - hur väl klarar spridarna stora arbetsbredder, 24 m och mer? - utrustningen för kantspridning, hur fungerar den och ger den möjlighet till bra överlappning med nästa drag? Vi fann det därför intressant att testa detta under praktiska förhållanden. Syftet var absolut inte maskinprovning, inte att jämföra olika maskiner och olika fabrikat och modeller under likvärdiga och kontrollerade förhållanden och med nödvändiga upprepningar. Syftet var istället att få belyst hur spridningen fungerade i praktiken, så som maskinerna var levererade och så som lantbrukarna själva ställde in och körde dem. Den fråga, som är intressantast för lantbrukaren, är om växtnäringen hamnar på avsedd plats i praktisk spridning och att det stämmer med tillverkarnas produktblad och rekommendationer. Det är dessutom viktigt att skaffa kunskap om de faktorer som kan påverka spridningsresultatet. Undersökningen gör inte något anspråk på att vara vetenskaplig. 6
Så här gjorde vi testerna För att bedöma arbetsbredd och konstgödselns fördelning använde vi oss av Hydros testbackar. Varje back är,5 x,5 m och har ytan,25 m². Backarna ställdes upp i en enkelrad vinkelrätt mot körriktningen. Principen visas i följande figur. Den uppsamlade gödseln tömdes över i ett graderat mätrör. Vi kunde på detta sätt mäta gödselns fördelning samt hur olika vindriktningar påverkade spridningsbreddens utseende. Vindriktningen (ungefär) registrerades liksom vindhastigheten, mätt med en digital vindmätare (Silva). Fordonens hastighet avlästes på respektive fordons hastighetsmätare. Alla maskiner testades inte vid samma tillfälle och med samma förutsättningar. Plats fick nämligen väljas efter de gårdar där maskinerna fanns i drift och tid när de var tillgängliga. Därför fick vi acceptera att vindförhållandena växlade mellan testtillfällena. Tre spridare av två olika fabrikat testades. Registrering För varje körning avlästes mätrören och värdena registrerades i ett för ändamålet komponerat EXCEL-program. Där visas spridningsbilden för varje körning. Spridningsjämnheten anges med en variationskoefficient, förkortad VK. I dataprogrammet kan man välja en viss arbetsbredd för två överlappande drag och då beräknas den giva som blir summan av dragen samt VK. Resultat och diskussion Resultat av testerna med kommentarer återfinns i diagrammen på sidorna - 16. Spridningsjämnheten De testade maskinerna är rekommenderade att köras med en arbetsbredd på 24 m eller mer. I testerna har kastvidden oftast varit otillräcklig för att spridningsjämnheten vid överlappning mellan kördragen skall bli tillräckligt bra. Vid 24 m arbetsbredd har variationskoefficienten uppvisat alltför höga värden. Enligt nedanstående, generellt använda betygsskala, har jämnheten varierat från tillfredsställande till mycket dåligt. 7
Betyg Variationskoefficient, VK Mycket bra 5 Bra 5 Tillfredsställande 15 Dåligt 15 Mycket dåligt > VK var lägre än 15 i ungefär ¼ av ett 15-tal tester. Inget test kom under, d.v.s. bra fördelning. Denna testmetod är inte perfekt men tillräckligt bra för att ge en uppfattning om kvaliteten i spridningen. Symmetri i spridningsbilden Man kan förvänta sig en bättre spridningsbild på de nykonstruerade spridarna, främst på grund av dubbla spridarskivor och förändrad nersläppsgeometri. Emellertid uppvisade de testade maskinerna spridningsbilder, som lämnade mycket i övrigt att önska. Många spridningsbilder var både ojämna och asymmetriska, särskilt i jämförelse med produktbladens uppgifter. Det kan finnas flera förklaringar. En kan vara att maskinen inte var rätt grundinställd vid leverans, t.ex. vad gäller spjällöppningarna. Dessa måste självfallet vara lika för att spridningsbilden skall kunna bli symmetrisk. Dessutom har andra faktorer betydelse, såsom anpassning till traktorn och sidlutningen. Spridartallrikarnas inställningshöjd samt maskinens lutning i sidoch längsled har en avgörande betydelse för spridningsresultatet, speciellt vid större arbetsbredder. Spridartallrikarnas varvtal är väsentligt för centifugalspridningsprincipen för att avsedd kastlängd skall uppnås. Därför är det av största betydelse att man kan lita på att tractometerns/displayens värde på PTO är korrekt. Erfarenheten från ett stort antal tester, som vi utfört genom åren, visar att detta bör kontrolleras. Moderna spridare är ofta försedda med doseringsutrustning och lastceller för kontroll av givan i kg/ha på hela fältet. Däremot får man ingen upplysning om hur gödselgivan är fördelad över arbetsbredden, en information som skulle vara av mycket stort värde för lantbrukaren. Den ojämna fördelningen kan medföra inte bara skördeförluster utan även ojämnheter i kvalitet och vattenhalt. Dessutom, vid liggsäd, försvåras och fördyras tröskningen, ofta med risk för högre vattenhalt, jordkontaminering och svampangrepp. Kantspridning Nyare spridare har oftast någon typ av fältkantsbegränsning. Kravet på den är hög giva till fältkanten, ingen gödsel utanför fältkanten och bra överlappning av nästa drag. Samtidigt skall det passa med körspåren. Tester och erfarenheter visar att denna utrustning skall användas med stor försiktighet. Det är nödvändigt att kolla så att inget sprids på och utanför åkerrenen. Anordningen för att begränsa spridning mot fältkanten förändrar spridningsbilden även på motsatta sidan. Därför påverkas överlappningen mot nästa drag, så att det lätt blir ojämn spridning. Slutsatser De modernaste centrifugalspridarna har utrustning för att styra givan under körning. Den förutsätter då en jämn spridning över avsedd arbetsbredd, som ofta är 24 m. Undersökningen visar att spridningen inte är tillräckligt jämn. En slutsats är att det är svårt att få jämn spridning på 24 m. Den stora kastvidden och solfjäderformade spridningen gör det också svårt att få bra anslutning till vändtegar, kanter och skyddszoner. Kantspridning kanske fungerar såtill- 8
vida att inget sprids utanför fältkanten, men spridningen inåt fältet kan påverkas så att en bra överlappning av nästa drag inte är möjlig. Den viktigaste slutsatsen av undersökningen är att med nuvarande typer av centrifugalspridare har lantbrukaren inga praktiska möjligheter att kontrollera arbetsresultatet och att kalibrera och justera sin spridare efter olika förhållanden. Tester med provbackar är alltför tidsödande. Det är därför en utmaning för tillverkare och forskare att ta fram en utrustning, som i varje ögonblick visar fördelningen av gödsel i sidled. Här är några viktiga saker att se upp med Enskiviga spridare har ofta spridningen förskjuten åt ena sidan, tyvärr även om man ställt sidoinställningsspaken enligt instruktionsboken. Tvåskiviga spridare borde ha en perfekt symmetrisk spridningsbild, men bara om de båda utloppsöppningarna har samma grundinställning. Kontrollera detta och andra grundinställningar, även på helt nya spridare. Utgå aldrig från att någon maskin är grundinställd på fabriken! Kastlängd och arbetsbredd är inte samma sak. Dragen måste ha en viss överlappning för jämn gödsling. Skivor och vingar skall vara rengjorda och kontrollerade. Hur långt maskinen kastar gödselkornen beror på skivornas höjd över marken, skivornas vinkel till markplanet, kornens utgångshastighet samt kornens storlek, form och hållfasthet. Det har blivit vanligt med snurror som sprider på upp till 24 m bredd och med betydligt större kastlängd. Vid dessa stora bredder och flacka kastbanor är det så mycket viktigare - att det inte blåser för mycket. - att ha gödsel av bra kvalitet och en viss storleksfördelning. - att gödseln tål den höga accelerationen. Det gör den t.ex. inte om den tagit upp fukt. - att ha rätt varvtal på kraftuttaget. Tester har ofta visat på dålig överensstämmelse mellan verkligt varvtal och varvtalsmätaren på förarplats. - att ha spridaren monterad vågrätt på traktorn, såväl i längsled som i sidled. Instruktionsboken anger ifall spridaren skall tiltas framåt/bakåt. - att ha spridaren på rätt höjd över marken enligt instruktionsboken. På burna spridare kan man sätta en kättingstump, som når marken vid rätt höjd. Stora burna spridare ändrar både höjd och lutning i takt med mängden i tratten, vilket tyvärr är svårt att kompensera för. Ur miljö- och precisionssynpunkt är det bättre att köra på 12 än 24 m arbetsbredd. Maskinkonsulenterna har utrustning för att testa spridare. 9
EXEMPEL PÅ SPRIDNINGSBILDER MED KOMMENTARER I de följande diagrammen visas spridningsbilder med exempel från testerna med normalspridning och kantspridning. X-axeln utgör en avståndsskala och där mitten på spridaren eller kördraget har markerats vid m-strecket. För varje m har uppsamlad mängd i två testbackar med måtten 5 cm x 5 cm slagits ihop och tömts i mätrör. Den mängd som avlästs i de graderade mätrören har avsatts på Y-axeln som relativ mängd. Mängden har inte omräknats till gödselgiva i kg/ha. Det är spridningsbildernas utseende i stort som skall bedömas och jämföras och inte mindre ojämnheter i spridningskurvorna. De mindre ojämnheterna kan uppträda slumpmässigt och kan bero på att en och annan testback inte står helt plant eller att spridarvingarna ger en viss pulsering i flödet. En spridningsbild som inte är symmetrisk vid normalspridning kan betyda att de båda spjällöppningarna är olika eller att spridaren inte är rätt monterad på traktorn. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 1 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 36 kg/ha. Markeringen vid m-strecket visar spridarens eller kördragets mitt Kastvidden visade sig vara begränsad på grund av för lågt varvtal på PTO, 5 rpm. Därför skulle bästa överlappningen bli vid 19 m. Maskinen gav mera på vänster sida, dock inte så mycket att jordbrukaren uppmärksammat detta genom färgskiftningar i grödan eller liggsädesbildning. Det visade sig att maskinen inte var grundjusterad vid leverans, d.v.s. att de båda spjällinställningarna var olika. Den vänstra öppningen var större än den högra.
9 8 7 6 5 4 - Diagram 2 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 36 kg/ha. Spjällöppningarna justerades till lika värden. PTO-varvtalet ökades till 54 rpm och jämfört med föregående körning lyftes spridaren, spridarskivornas höjd över marken ökades från 77 till 88 cm. Kastvidden ökades något därmed, men jämnaste fördelning nåddes inte vid 24 m utan vid 21 m. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 3 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 36 kg/ha För att öka kastvidden ytterligare, ökades inställningen på spridarskivorna till motsvarande en arbetsbredd på 27 m. 11
9 8 7 6 5 4 - Diagram 4 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 36 kg/ha, överlappning med två spridningsbilder från diagram 3. arbetsbredd 24 m medeltal, relativ mängd 35,1 variationskoefficient, VK 11,7 VK är: tillfredsställande Vid överlappning med motgående drag på 24 m avstånd blev variationskoefficienten 11,7. Detta är i och för sig ett godtagbart värde, men bilden visar att den inställda arbetsbredden kunde ha minskats något. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 5 Exempel på normalspridning, PK 13-13 med inställning 15 kg/ha. Överlappning med två spridningsbilder på 24 m avstånd mellan dragen. arbetsbredd 24 m medeltal, relativ mängd 35,5 variationskoefficient, VK 35,3 VK är: mycket dålig 12
PTO-varvtalet kontrollerades, det höll 54 rpm. Spridningsbilden antyder att maskinen inte är rätt grundjusterad. Det är lite större mängd på vänster sida. Kastvidden är begränsad och VK vid 24 m arbetsbredd blev inte bättre än 35,3 Med samma inställningar som ovan nåddes bästa spridningsjämnhet vid 16 m med VK =11,3. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 6 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 15 kg/ha. Överlappning med två spridningsbilder på 24 m avstånd mellan dragen. arbetsbredd 24 m medeltal, relativ mängd 38, variationskoefficient, VK 13,6 VK är: tillfredsställande Spridningsbilderna är inte symmetriska. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 7 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 25 kg/ha. Överlappning med två spridningsbilder på 24 m avstånd mellan dragen. arbetsbredd 24 m medeltal, relativ mängd 45,6 variationskoefficient, VK 28,3 VK är: mycket dålig 13
Denna spridningsbild är också asymmetrisk men med övervikt på högra sidan. Vid 24 m arbetsbredd blev VK = 28,3. Arbetsbredden minskas till m eller lägre för att VK skall bli lägre än. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 8 Exempel på normalspridning, PK 13-13 med inställning 15 kg/ha. Överlappning med två spridningsbilder på 24 m avstånd mellan dragen. Denna spridare hade fått skador på vingarna, vilket ger kraftig påverkan på spridningsbilden. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 9 Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 15 kg/ha. Överlappning med två spridningsbilder på 24 m avstånd mellan dragen. arbetsbredd 24 m medeltal, relativ mängd 32,2 variationskoefficient, VK 35,8 VK är: mycket dålig 14
Spridarskivornas vingar var skadade, vilket ger kraftig påverkan på spridningsbilden. 9 8 7 6 5 4 - Diagram Exempel på normalspridning, kalksalpeter med inställning 36 kg/ha Markeringen vid 8 m-strecket visar fältkanten och markeringen vid m-strecket visar spridarens eller kördragets mitt. I detta exempel hamnar 3 % av den utspridda mängden utanför fältkanten. Det visar på behovet av att begränsa kastlängden mot fältkanten. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 11 Exempel på kantspridning (vänstra kurvan), kombinerad med normalspridning. Kalksalpeter med inställning 36 kg/ha. I detta exempel med utrustning för kantspridning har mängden utanför fältkant begränsats till,3 % av den mängd som spreds i draget. Kantdraget överlappas av ett normalt drag (samma som i diagram ) på 24 m avstånd. Variationskoefficienten är 17, vilket graderas som dåligt. 15
9 8 7 6 5 4 - Diagram 12 Ytterligare exempel på kantspridning med en annan maskin, kombinerad med normalspridning. PK 13-13 med inställning 15 kg/ha. Överlappningen mot nästa drag är mycket dålig med en variationskoefficient på 29. 9 8 7 6 5 4 - Diagram 13 Ytterligare exempel på kantspridning med samma maskin som i diagram 12 och kombinerad med normalspridning. Kalksalpeter med inställning 15 kg/ha. Inget hamnar utanför fältkanten. Variationskoefficienten vid överlappning är 11,9 - tillfredsställande. 16
17
Lantbruksenheten 2 18