Способи механізованого обробітку ґрунту

Завдання обробітку ґрунту

На сучасному етапі розвитку агротехніки ос­новними завданнями механічного обробітку ґрун­ту є:

• створення у ґрунті сприятливих водно-
повітряного та теплового режимів для відповід­
них культурних рослин;

• забезпечення та адаптація у часі й просторі
умов раціонального живлення вирощуваних
культурних рослин;

• боротьба з бур'янами, шкідниками та хворо­
бами культурних рослин;

• відповідне переміщення шарів ґрунту, орга­
нічних і мінеральних добрив та рослинних реш­
ток;

• попередження вітрової та водної ерозій на
посівних площах, забезпечення загальної та ло­
кальної екологічної безпеки агротехнічних при­
йомів.

Інтенсифікація аграрного виробництва перед­бачає вирішення завдань обробітку ґрунту комп­лексно, з урахуванням усіх вагомих чинників, для повного задоволення потреб вирощуваних сільськогосподарських культур.

Проте традиційні технології і засоби механі­зації обробітку ґрунту на початку 80-х років XX ст. перестали задовольняти зрослі потреби

виробництва рослинницької продукції. Щорічні обсяги енергоємної оранки становили 25...ЗО млн га. Вони недостатньою мірою враховували стан коре­не місткого шару ґрунту, потреби вирощуваних культур і ресурсозбереження в агротехнологічних системах. Це призводило до невиправданих по суті та зна­чних за кількістю втрат енергії та засобів.

Ураховуючи вагомий вплив (18...25 %) чинника обробітку грунту на вро­жайність сільськогосподарських культур, недостатню кількість ефективної вологи в ґрунті більше ніж на половині території, розвиток водної і вітрової ерозій на ЗО % посівних площ, в Україні створено сучасну систему ресурсозбе­рігаючих технологій обробітку ґрунту та відповідних машин.

У розвитку технологій і засобів механізації обробітку ґрунту в Україні слід зазначити головну тенденцію — перехід до диференційованого (залежно від багатьох чинників) механізованого обробітку ґрунту при застосуванні його в системі сівозміни. Одним із вагомих результатів реалізації цієї тенденції є заощадження ресурсів, зокрема енергії, праці, металу, хімічних засобів захис­ту та елементів живлення рослин, збереженим і відтворення ґрунту. Скороти­лася кількість операцій, підвищилися вимоги до якості, термінів проведення робіт і збереження родючості. Технології та техніка спрямовуються на ство­рення оптимальних умов для росту культурних рослин за якомога менших енерговитрат і екологічних наслідків. Нові технологічні комплекси ґрунтооб­робних машин адаптовані до вимог гнучкої диференційованої різноглибинної технології механізованого обробітку ґрунту. Важлива роль належить сучасній багатофункціональній високопродуктивній техніці, яка стає рентабельною при точному технологічному застосуванні, значному річному завантаженні й високій урожайності. Зрештою рівень ефективності ґрунтообробної техніки залежить від повноти використання погодних і ґрунтово-кліматичних умов, забезпечення добривами, якісним насінням, пестицидами та загального рів­ня культури землеробства.

1.2. Агротехнічні вимоги до обробітку ґрунту

Передумова диференціації технологічних процесів і засобів механізації об'єктивно існує через біологічні особливості вирощуваних культур та розмаї­тість умов виконання обробітку ґрунту. Формально умови поділяють на ґрун­тово-кліматичні, агротехнічні та технічні (рис. 1.1). Наближення до опти­мального для сільськогосподарських культур стану ґрунту, у межах концепції «точного землеробства», відбувається через досягнення найбільшої відповід­ності між технічними можливостями машинно-тракторних агрегатів і ґрунто­во-кліматичними умовами й агротехнічними вимогами до них. Тому форма­лізовані умови і вимоги до основного обробітку ґрунту є важливим підґрунтям сучасних ґрунтообробних машин.

Основою для оптимізації стану ґрунту є вимоги рослин до ґрунтового се­редовища, в якому проростає насіння, розвивається і формується коренева система. В узагальненому формалізованому вигляді ці вимоги подано в табл. 1.1. Створені моделі ґрунтових середовищ є першоосновою при виборі способів механізованого обробітку ґрунту і засобів для його здійснення, які дають змогу створити водно-повітряний режим, що відповідає умовам, ефек­тивно використати добрива й істотно підвищити врожайність культурних рослин.

Рис. 1.1. Структурна схема умов виконання обробітку ґрунту

Таблиця 1.1. Основні вимоги сільськогосподарських культур до ґрунтового середовища

Певних кондицій ґрунтового середовища досягають за допомогою одного або кількох проходжень ґрунтообробних машин. Залежно від типів робочих органів агротехнічні вимоги до машин і знарядь для обробітку ґрунту подано в табл. 1.2.

Таблиця 1.2. Агротехнічні вимоги до основних типів ґрунтообробних машин

Чим ближче можливості машин до вимог вирощуваних культурних рос­лин, тим вищі адаптивність засобів і ефективність їх роботи. Як правило, на­ближення до вимог (див. табл. 1.1) здійснюється послідовним застосуванням кількох груп ґрунтообробних машин для основного, передпосівного та міжря­дного обробітку грунту.

Способи механізованого обробітку ґрунту

Існує безліч способів механізованого обробітку ґрунту, серед яких можна виокремити кілька типових. Основною технологічною ознакою розподілу є співвідношення в них процесів обертання та розпушення скиби грунту під час її обробітку. Найпоширеніші в Україні способи обробітку ґрунту наведено на рис. 1.2.

Оранку, або полицевий спосіб обробітку ґрунту (рис. 1.2, а), здійснюють плугами. Він полягає у підрізанні оброблюваної скиби, її підніманні з розпу­шенням й обертанням на 130... 180 % та укладанні на дно попередньо відкри­тої борозни. Цей спосіб характеризується майже повним очищенням поверхні поля від пожнивних решток (на 95... 100 %), загортанням у ґрунт органічних, малорухомих мінеральних добрив, придушенням бур'янів, значним зменшен­ням щільності орного шару та збільшенням його порозності. Недоліками оранці-

оранки є зниження ерозійної стійкос­ті поверхні поля (на схилах по фону оранки може втрачатися 7,8.. .63,5 т/га ґрунту), утворен­ня ущільненої «підошви», висо­ка питома енергоємність, значні втрати продуктивної вологи в теплий період року. Плужна «підошва» виникає внаслідок дії на ґрунт вертикальної складо­вої сили на лезі лемеша. Тов­щина залишкової деформації ґрунту від дії лемеша залежно від умов роботи становить 5... 15 см. Особливості техноло­гічних процесів роботи плугів різних типів наведено нижче.

Рис. 1.2. Схеми поперечних профілів обробленого ґрунту при: а — оранці; б — суцільному розпушенні; в — смужному розпушенні; г — комбінованому розпушенні; д — дискуванні

Чизельний спосіб обробітку ґрунту (рис. 1.2, б - г) викону­ють культиваторами, розпушу­вачами чи комбінованими ма­шинами. Цей спосіб полягає у підрізанні, розпушенні оброб­люваної скиби без обертання та її укладанні в свою закриту бо­розну (його подано у трьох ос­новних варіантах виконання). У загальних рисах він відрізняєть­ся збереженням на поверхні по­ля значної кількості (60...80 %) рослинних решток, збережен­ням до 20 % вологи в ґрунті та зменшеною на 25...45 % енерго­ємністю процесу роботи. Залеж­но від робочих органів він, зок­рема, забезпечує повне або не­повне підрізання бур'янів. При повному підрізанні бур'янів чи­зельний спосіб називають плос­корізним. Суцільне глибоке

розпушення ґрунту без обертання скиби (рис. 1.2, б) плоскорізами-глибоко­розпушувачами (ПГ-3-5, ОПТ-3-5, ГУН-4 та ін.) дає змогу послабити ерозійні процеси, зменшити втрати ґрунту на схилах до 3...24 т/га. Проте суцільне розпушення ґрунту без обертання скиби не усуває ущільненої «підошви» від дії лемешів, характеризується високою енергоємністю процесу чизелювання та недостатньою якістю розпушення (менше ніж 70 %) скиби ґрунту.

Смужне розпушення ґрунту (власне, чизелювання), що є чергуванням роз­пушених та нерозпушених смуг (рис. 1.2, в), дає змогу руйнувати ущільнену «підошву», сприяє проникненню вологи та коріння рослин у нижні шари ґрунту

ту. Цей спосіб обробітку виконують знаряддями чизельного типу (ПЧ-2,5, ЩРП-3-70, КШП-5,6 та ін.) на глибину до 40 см. При цьому шар ґрунту до 20 см розпушують суцільно. Недоліком способу є неповне підрізання бур'янів через брак перекриття по ширині захвату чизельних лап. Розпушення верх­нього шару ґрунту має значну нерівномірність, що ускладнює створення пе­редбачених агротехнікою умов для вирощуваних культур.

Комбіноване чизелювання полягає у суцільному розпушенні верхнього (12...22 см) та періодичному нижнього (на 5... 15 см глибше за ущільнену «пі­дошву») шарів ґрунту (рис. 1.2, г). Збільшення площі поверхні дна борозни сприяє кращому проникненню вологи в нижні горизонти. Запаси вологи по­рівняно із оранкою збільшуються на 18...20 %. При цьому втрати гумусу, азо­ту, фосфору і калію знижуються в 5 - 10 разів.

Наведені вище варіанти чизелювання широко застосовуються на чистих від рослинних решток агрофонах, схилових землях, у місцевостях, що зазна­ють вітрової та водної ерозій.

Дисковий спосіб обробітку ґрунту, або дискування (рис. 1.2, д), — суцільне розпушення дисковими робочими органами на глибину до 25 см, що здійсню­ється дисковими знаряддями. Він характеризується підрізанням, розпушен­ням з частковим обертанням та укладанням у борозну обробленої скиби зі зміщенням її у поперечному і поздовжньому напрямках порівняно з вихідним положенням. Цей спосіб є проміжним між полицевим та чизельним. Він знач­но поширений в Україні завдяки високій продуктивності агрегатів та. техно­логічній надійності роботи на перезволожених та пересушених ґрунтах з ве­ликою кількістю (до 120 ц/га) рослинних решток. Водночас у разі застосуван­ня цього способу зберігається ущільнена «підошва», розпилюється структура верхнього шару ґрунту на пересушених ґрунтах, створюється значна кількість ерозійно небезпечних частинок ґрунту в його верхньому шарі (особливо при кількох проходженнях агрегату).

В Україні застосовують також інші способи обробітку ґрунту (фрезами з го­ризонтальною та вертикальною осями обертання, глибоке ярусне розпушен­ня, плантажну оранку тощо), які великого поширення не набули, проте доціль­ні в певних специфічних умовах.

Основні способи обробітку ґрунту передбачають виконання таких елемен­тарних процесів:

• обертання ґрунту — взаємне переміщення верхнього та нижнього шарів
скиби ґрунту у вертикальній площині;

• розпушення ґрунту — руйнування зв'язків (зменшення розмірів грудочок) та збільшення відстаней між елементами ґрунтового середовища;

• ущільнення ґрунту — зменшення відстаней між елементами ґрунтового
середовища та підвищення щільності обробленого шару;

• вирівнювання поверхні поля — зменшення нерівностей переміщенням
виступних грудочок у западини та борозенки;

• перемішування ґрунту — зміна взаємного розміщення агрегатів ґрунто­
вого середовища в об'ємі оброблюваного шару;

• підрізання бур'янів — розрізання розміщених в оброблюваному шарі
ґрунту коренів та кореневищ бур'янів на кілька частин, що сприяє їх зни­
щенню або пригніченню.

Ці процеси реалізуються комплексно в різних комбінаціях.

1.4. Класифікація машин для обробітку ґрунту

Для того щоб визначити місце машин для обробітку ґрунту в загальній системі технологічних засобів, основні технологічні операції з вирощування сільськогосподарських культур умовно поділяють на дві групи, які:

• сприяють підвищенню біологічного врожаю;

• впливають на рівень втрат урожаю.
До першої групи належать такі операції:

• обробіток ґрунту — вагомість впливу на врожай становить 25 %;

• внесення добрив — 50 %;

• сівба — 25 %.
Друга група охоплює:

• захист рослин —- втрати становлять до 40 % урожаю;

• збирання врожаю — до ЗО %;

• первинну переробку та зберігання продукції — до ЗО %.

За якістю виконання агротехнічних прийомів механізовані технології кла­сифікують за трьома рівнями: .

• низьким (екстенсивним);

• середнім (інтенсивним);

• високим («точним землеробством»).

Кожен із цих рівнів технологій передбачає відповідні комплекси техніки та різну ефективність їх використання. Надалі йтиметься переважно про ви­сокий рівень техніки й технологій. їх формування починається з урахування в технічних вирішеннях умов роботи та потреб рослин, що вирощуються.

Залежно від агротехнічних функцій та термінів виконання обробіток ґрун­ту поділяють на такі види:

• основний;

• передпосівний;

• міжрядний.

Класифікація видів обробітку ґрунту за глибиною:

• нульовий (без обробітку);

• поверхневий (на глибину 0...8 см);

• мілкий (на 8... 16 см);

• середній (на 16...24 см);

• глибокий (на 24...35 см);

• меліоративний — на глибину понад 35 см.

Основним вважають найглибший за всю ротацію культури обробіток ґрун­ту. Це найбільш енергоємкий (10...ЗО % пального) елемент технологій виро­щування польових культур. Проте за певних умов від такого обробітку можна відмовитися. Нині в Україні це допускається на площах, що не перевищують 10 % орних земель. Меліоративний обробіток здійснюється одноразово або пе­ріодично, тому до основного не належить.

Умови виконання обробітку ґрунту дуже різноманітні, проте їх можна структурувати (див. рис. 1.1).

ґрунтово-кліматичні умови України характерні тим, що майже половина орних земель розміщена в посушливій, а 20 % — у перезволоженій зонах. У Степу (5,4 млн га) переважають чорноземні та каштанові ґрунти з вмістом гумусу 1,5...6,0 % та потужністю родючого шару 30...110 см. У Лісостепу (11,6 млн га) більше ніж половина ґрунтів — чорноземи типові, а 40 % — чор­ноземи підзолисті та сірі лісові з вмістом гумусу 2,0...5,5 % та глибиною ро-

дючого шару ЗО... 150 см. У Поліссі (5,2 млн га) 70 % ґрунтів дерново-підзолисті, є також сірі лісові з вмістом гумусу 0,8-..2,5 % при глибині родю­чого шару 15...50 см.

Формалізовані характеристики вирощуваних культурних рослин та їхніх вимог до основного обробітку ґрунту становлять агротехнічну базу технологій «точного землеробства». Глибина основного обробітку ґрунту певним чином відповідає характеру розміщення основної маси коренів у оброблюваному шарі ґрунту. За глибиною залягання коренів десять найпоширеніших в Україні видів культурних рослин поділяють на дві групи:

1) з кореневими системами, розміщеними в шарі 0...22 см (озимі та ярі зер­
нові колосові, зернобобові, круп'яні культури та льон);

2) з кореневими системами, розміщеними в шарі 0... 35 см (кукурудза, цук­
ровий буряк, соняшник, картопля та овочі).

Під вирощувану культуру у сівозміні ґрунт обробляють по агрофону куль­тури-попередника, який істотно впливає на технологічний вибір та режими роботи. Особливого врахування потребують характер розміщення та кількість рослинних решток, залишених на поверхні поля на час основного обробітку ґрунту. Поверхневі рослинні рештки за своєю масою іноді в 4 - 5 разів пере­вищують кореневі. Тому на технологічні результати роботи ґрунтообробних машин (забої, повноту загортання тощо) впливають переважно поверхневі рештки. Проблеми із забоями робочих органів виникають за наявності куп соломи, незібраних та полеглих рослин, великої кількості рослинної маси. При цьому можливості різних машин істотно відрізняються, навіть у межах одного типу робочих органів.

Рослинні рештки, органічні та мінеральні добрива, що вносяться в ґрунт, мають розміщуватися в ньому певним чином. Насичення ґрунту органічними речовинами, його мульчування, приорювання сидеральних культур, подріб­неної соломи, стебел, гички — це важливі ґрунтозахисні елементи систем «точ­ного землеробства», які слід виконувати на належному технологічному рівні. Перед основним обробітком ґрунту на поверхні поля може бути до 12 т сухої органічної речовини на гектар. Зауважимо, що загортання в ґрунт на глиби­ну понад 15 см кореневищ та насіння бур'янів сприяє зменшенню засміченос­ті посівів.

Загальний рівень сільськогосподарського машинобудування також є од­ним із важливих елементів, що характеризують технічні умови виконання основного обробітку ґрунту. Огляд структурних складових, які впливають на ці умови, засвідчує потребу диференціації та класифікації ґрунтообробних машин. Отже, машини, що застосовуються для основного обробітку ґрунту, за типом робочих органів поділяють на:

• полицеві;

• дискові;

• чизельні.

Кожен із цих типів відповідно розподіляється залежно від глибини обробіт­ку ґрунту (рис. 1.3). Потребує деякого уточнення класифікація сучасних ґрун­тообробних машин.

Основний обробіток ґрунту виконують, як правило, такими ґрунтообробни­ми машинами: лемішно-полицевими плугами (привласнимо їм умовно код 01), дисковими (02) і чизельними (03) знаряддями. Кожний із цих типів ма­шин диференціюється залежно від глибини обробітку. Привласнимо видам обробітку ґрунту за глибиною такі порядкові номери: 1 — поверхневому на

0...8 cm, 2 — мілкому на 8...16 cm, 3 — середньому на 16...24 см, 4 — глибоко­му на 24...35 см. Тоді ґрунтообробні знаряддя можна кодифікувати так: 2.01— плуги-лущильники, 3.01 — плуги загального призначення, 4.01 — ярусні плуги; 1.02 — дискові лущильники, 2.02 — дискові борони, 3.02 — важкі дискові борони; 4.02 — дискові плуги; 1.03 — легкі культиватори, 2.03 — важ­кі культиватори, 3.03 — чизель-культиватори і плоскорізи, 4.03 — чизельні плуги і плоскорізи-глибокорозпушувачі. Запропоноване кодування відповідає типовій належності та функціональному призначенню окремих ґрунтооброб­них машин.

Рис. 1.3. Диференціація ґрунтообробних машин за глибиною обробітку ґрунту

На мозаїчному фоні ґрунтово-кліматичних умов України існують межі за­стосування тих чи інших ґрунтообробних знарядь (рис. 1.4). У Поліссі певні групи знарядь (4.01, 4.03, а іноді 3.01, 3.02, 3.03) мають обмеження у викорис­танні через малопотужний родючий шар ґрунту.

Рис. 1.4. Межі раціонального застосування машин для основного обробітку залежно від потужності родючого шару ґрунту

Диференціація ґрунтообробних машин, зумовлена біологічними особливос­тями вирощуваних рослин, передбачає обмеження у використанні техніки для поверхневого (0...8 см) та мілкого (8... 16 см) обробітку ґрунту як основно­го (рис. 1.5). Невідповідне застосування знарядь призводить до значних втрат (до 15 %) урожаю.

Рис. 1.5. Зони застосування машин для основного обробітку ґрунту залежно від глибини залягання коренів сільськогосподарських культур:

1-ша група: 1 — льон; 2 — ярі зернові; 3 — багаторічні трави; 4 — озимі зернові; 5 — зернобо­бові; 6 — круп'яні; 2-га група: 7 — картопля; 8 — кукурудза; 9 — соняшник; 10 — цукровий буряк

Диференціація машин залежно від агрофону (рис. 1.6) засвідчує, що плу­ги-лущильники (2.01) та плуги загального призначення (3.01) задовільно пригортають рослинні рештки (95...98 %) при їхній кількості до ЗО ц/га. Якщо маса рослинних решток зростає вдвічі-втричі, то застосовують ярусні плуги (4.01).

Рис. 1.6. Раціональні межі застосування машин для основного обробітку ґрунту залежно від агрофону культури-попередника:

1 — цукровий буряк; 2 — картопля; 3 — озимі зернові; 4 — кукурудза; 5 — озимі (солому зали­шено); 6 — люпин на сидерати; 7 — багаторічні трави; 8 — кукурудза (масу залишено)

Ґрунтообробні машини розрізняють також за їхніми можливостями загор­тати рослинні рештки та добрива у певний шар ґрунту (рис. 1.7). Знищувати бур'яни механічним способом при основному обробітку ґрунту найефективні­ше ярусними плугами (4.01).

Рис. 1.7. Диференціація ґрунтообробних машин залежно від зон загортання рослинних решток та добрив:

1 — дискова борона; 2 — плуг-лущильник; 3 — важка дискова борона; 4 — плуг загального призначення; 5 —ярусний плуг