Основні технології обробітку ґрунту. Дискування

Володимир Анатолійович Вольський, кандидат технічних наук, доктор філософії

Дудак С. М., ННЦ «ІМЕСГ»

Обробіток ґрунту – це трудомісткий і енергомісткий технологічний процесом і є найважливішою складовою в системі агротехнічних заходів у виробництві продукції рослинництва, яка забезпечує покращення всього комплексу умов розвитку рослин. На його виконання припадає близько 25% трудових та 30% енергетичних затрат від загальних затрат на вирощування і збирання сільськогосподарських культур. Тому вибір технології вирощування і комплексу ґрунтообробних знарядь має значний вплив на трудові та енергетичні затрати і взагалі на показники економічної ефективності виробництва сільськогосподарської продукції. Як правило, цей вибір залежить від ряду факторів, головними з яких є: ґрунтово-кліматична зона, наявність машинно-тракторного парку та фінансова спроможність господарств до закупівлі нової техніки,  вимоги агротехніки до якості обробітку, тип та фізико-механічні властивості ґрунту, характеристика поля (засміченість бур’янами, наявність на поверхні поля рослинних решток і добрив, ухил поверхні поля тощо).  Тому, вибір обов’язково має відбуватися з врахуванням цих факторів, і забезпечувати найбільш сприятливі умови для протікання біологічних та фізико-хімічних процесів у ґрунті.

Сучасний стан традиційної технології обробітку

За традиційною технологією вирощування сільськогосподарських культур, особливо значних витрат по­требує основний обробіток ґрунту лемішними плугами, на який витрачається досить багато часу, палива та праці. До того ж, для вчасного виконання весняних робіт за обробітком ґрунту господарству не­обхідно мати великий парк машин і знарядь. Проте, попри деякі недоліки традиційної технології, обробіток ґрунту плугом ще буде довго використовуватись як на українських, так і на землях зарубіжних країн. На сьогодні близько 10–15 млн. га. земель в Україні і 0,5 млрд. га в інших країнах обробляється за допомогою полицевих знарядь. Щодо України,  то можна сказати що це зумовлено в першу чергу фінансовою  неспроможністю більшості господарств до закупівлі нової більш сучасної і якісної сільськогосподарської техніки та гербіцидів. Проте потрібно зауважити, що причиною цього є також технологічна необхідність використання плужного обробітку ґрунту в деяких ґрунтово-кліматичних зонах країни, адже жоден із способів обробітку ґрунту  не може бути шаблонним на всій території  України.

Проте, основна тенденція розвитку іде до більш виваженого застосування традиційної технології обробітку ґрунту та пошуку  більш раціональних прийомів обробітку ґрунту, нових конструкційних рішень ґрунтообробної техніки, застосування комбінованих ґрунтообробних агрегатів, а також впровадження технологій з мінімізацією обробітку ґрунту, що не тільки заоща­джує ресурси, а й, що не меш важливо, значно збільшує мож­ливість виконати всі необхідні роботи вчасно з меншою кількістю техніки.

Суміщення операцій дає змогу економити енергію, час та працю при виконанні посівних робіт. Цьому сприяє цілий ряд таких позитивних чинників: зменшення затрат палива на одиницю площі (близько 30%), строків виконання робіт, збереження вологи в ґрунті, створення однорідного за щільністю посівного шару ґрунту. Проте, дане суміщення передбачає застосування більш складних і дорогих комбінованих машин та агрегатів. Тому в міру розвитку посівної техніки, створення відповідних технічних засобів все більше розповсюджуються технології, коли одночасно з проведенням сівби виконується низка інших технологічних операцій: обробіток ґрунту (культивація, фрезерування, прикочування), внесення добрив, гербіцидів, підсіви трав тощо. Ці операції можуть виконуватися різними способами. Доцільність застосування кожної з можливих технологій обумовлюється господарськими і зональними умовами виробництва.

No-till і Strip-till: переваги та недоліки

Сьогодні є досить поширеним застосування відносно нової  технології  мінімального обробітку ґрунту no–till,  яка поки що не набула великого поширення в Україні. Головна причина цього – це недостатня  дослідженість цієї технології, а тому не повна пристосованість її до конкретних ґрунтово-кліматичних умов України.

Проте, світова практика доводить, що дану технологію доцільно застосовувати, причому найкращі результати вона забезпечує в жарких та посушливих умовах. Наприклад, в таких країнах як США дана технологія використовується на 25,8 млн. га (близько 23% від площі ріллі), Бразилія – 23,6 млн. га (60%), Аргентина – 18,3 млн. га (60%), Канада – 12,5 млн. га.

Тому, в наш час, у зв’язку з високою вартістю пального, добрив і техніки,  до даної технології обробітку ґрунту відновився інтерес як науковців, так і безпосередніх виробників сільськогосподарської продукції. Але і ця технологія обробітку ґрунту має свої переваги і недоліки. До переваг можна віднести різке підвищення продуктивності праці, зменшення витрат коштів на придбання пального та техніки у порівнянні з традиційним обробітком ґрунту, своєчасне проведення посіву, мінімізація ерозійних процесів, накопичення в ґрунті органічних речовин і гумусу, зменшення ущільнення ґрунтів, збереження ґрунтової вологи від втрат на фізичне випаровування. Існує ще маса інших переваг проте вони є менш значущими.

Щодо недоліків потрібно зауважити, що на початковій стадії використання технології no-till урожайність знижується на 10-20%, через те, що при відсутності оранки збільшується кількість бур’янів та комаховидних шкідників, і тому необхідно удвічі більше вносити гербіцидів та пестицидів, а це в свою чергу приведе до збільшення кількості захворювань працівників, які працюють з ними, погіршення умов роботи дренажних систем на осушувальних землях, а також за тривалого агрохімічного навантаження на поверхневий шар ускладнюється підтримка оптимальних хіміко-механічних параметрів родючості ґрунту і якості продукції. Крім того, запровадження технології «нульового» обробітку ґрунту вимагає вищого рівня кваліфікації агрономічного і технічного персоналу.

Впровадження сучасних енерго- і ресурсозберігаючих технологій дає можливість  застосовувати стрічкову (strip-till) технологію обробітку ґрунту і вирощувати в такий спосіб сільськогосподарські культури, зокрема просапні. Вона поєднує переваги традиційного (оранки) і нульового (no-till) обробітків грунту, а тому приваблює сільськогосподарські підприємства, переважно великі (агрохолдинги). Останнім часом технологія strip-till впроваджується також у середніх за розміром агропідприємствах, які вирощують кукурудзу і соняшник.

За цієї технології ґрунт обробляється стрічками шириною близько 20-25 см та глибиною до 32 см з метою рихлення, створення насіннєвого ложа та умов для його швидкого прогрівання. Віддаль між серединами стрічок становить 70/75 см. Одночасно з обробітком грунту в стрічку можна вносити сухі або рідкі мінеральні добрива.

Основним недоліком технології strip-till є необхідність попереднього внесення гербіциду суцільної дії. Проте ці додаткові витрати коштів на боротьбу з бур’янами є незначними в загальних витратах на обробіток ґрунту.

Дискування: технологічні особливості

Проаналізувавши основні технології обробітку ґрунту, що застосовуються сьогодні, доцільно значну увагу приділити операціям, без яких неможливе виконання цього технологічного процесу. Найменш енергоємною технологічною операцією при обробітку ґрунту є його дискування боронами зі сферичними дисковими робочими органами. Розглянемо та проаналізуємо сучасний стан розвитку конструкційно-технологічних схем цих агрегатів, які виробляють за кордоном, зосередившись на особливостях їх роботи й можливості застосування для мінімізації обробітку ґрунту –замість глибокого відвального обробітку з урахуванням фізико-механічних властивостей ґрунтів.

В світі дискові борони виробляють понад 10 фірм-виробників (табл.), причому їх типорозмірний ряд сягає 10–15 моделей різної ширини захвату для енергозасобів різних тягових класів, не враховуючи різні конструкційні схеми.

Таблиця. Перелік основних виробників імпортної техніки, що виробляють дискові знаряддя

Виробник	Основні марки дискових знарядь
Unia	CUT XXL, CUT L / XL, ARES
Challenger	Sunflower 1435, Challenger 1234, Challenger 1700, Challenger 1800
John Deere	425, 670, 2700, 2720
KUHN	DISCOVER XM2 44, DISCOVER XM2 48TDH 8210-19, TDH 8210-22, TDH 8210-25, TDH 8210-28, TDH 8210-31, TDH 8210-34, TDH 8210-36Q, TDH 8210-38Q
Versatile	TD-700(F), C 500
GREGOIRE BESSON	Big Chief, DXRV II и DXRV HD, NORMANDIE PR, DISCOFLEX
HORSCH	Horsch Joker 4 / 6 RT
FRAMEST	FraDisc, ConDisc
Great Plains	Simba X-Press, СЕРИя 7000, Турбо-Макс 3000TM
Maschio Gaspardo	UFO, PRESTO
Quivogne	APFL-FF-H, APFL-FF-M, APAVR-FF, APVRS-FF Quivogne, Diskator 610 Quivogne, APAXR-MONO Quivogne
Great Plains	X-Press ,  X-Press VX

Розглянемо окремі найбільш характерні конструкційно-технологічні особливості дискових борін. Основними робочими органами цих агрегатів є сферичні диски із суцільним загостренням леза, а також вирізні моделі дисків. У разі роботи дискової борони в процесі контакту з ґрунтом орієнтовно на 1/3 кола лезо диска підрізає шар ґрунту від моноліту. Ґрунт деформується та перемішується в бік під кутом до напрямку переміщення дискової борони.

Спочатку розвитку конструкції цього знаряддя (за винятком дискових плугів) диски секціями (батареями) монтували по кілька штук (6–9 шт.) на одному валу. Секції приєднувалися до загальної рами, встановленої на визначений кут атаки дисків. Диски на одному валу встановлювали через відстань, що дорівнює довжині розпірних втулок, утворюючи окремі батареї.

Дискові борони з батарейним розміщенням дисків дозволяють установлювати й регулювати тільки величину атаки розташування дисків до напрямку руху агрегату, чого не завжди достатньо для якісної роботи техніки й зменшення сили опору ґрунту залежно від їх фізико-механічних властивостей. Подальший розвиток конструкції знарядь привів до створення моделей дискових робочих органів із віссю обертання, нахиленою під кутом до горизонту. Диски на таких дискових боронах установлюють на окремих стояках і осях для кожного з них, за рахунок чого з’явилася змога встановлювати диск під кутом атаки в горизонтальній площині та кутом відхилення від вертикалі. Модернізація конструкцій привела до застосування стійки, яка кріпиться до рами не жорстко, а з допомогою підпружиненої підвіски і дозволяє робочим органам працювати в режимі всього спектру коливань, які отримують робочі органи в результаті обробітку ґрунту з різними неоднорідностями. При цьому коливання, як правило, здійснюється в широкому діапазоні по ходу роботи агрегату (повздовжні) і частково — по ширині захвату (поперечні).

На прикладах конкретних сучасних конструкціях дискових борін проаналізуємо особливості їх застосування в ґрунтообробітку. Найпопулярнішими в розглянутих конструкціях дискових знарядь є робочі органи з параметрами

Розглянемо особливості конструкційного виконання окремих моделей зарубіжних дискових борін, що досліджувалися нами. Зарубіжні виробники на ринку України пропонують великий вибір дискових знарядь. Зокрема, один з основних виробників імпортої техніки компанія Horsch для інтенсивної поверхневої обробки ґрунту пропонує дискову борону Joker CT, яка оптимально підходить стимуляції проростання падалиці, переривання капілярності, змішування пожнивних залишків і поверхневої підготовки посівного горизонту.

Основними перевагами Joker RT є висока продуктивність завдяки високій робочій швидкості, інтенсивне перемішування ґрунту, оптимальна підготовка горизонту посіву, зубчасті диски для агресивної роботи, мінімальна чутливість до великої кількості пожнивних залишків, невисока потреба в тяговому зусиллі. Головною особливістю дискових борін Joker RT є широке кріплення дисків для надійного утримання їх в робочому положенні та поєднання двох дисків на одній стійці.

Серед широкої гамми дискових борін компанії Quivоgne  можна відзначити компактні дискові борони серії  Diskator S, М та L, що безсумнівно відповідають тенденціям сучасної ґрунтообробної техніки Компанія Quivogne позиціонує свої  дискові борони як неперевершені по своїй міцності, якості та економічності, що допоможе Вам підвищити рентабельність і продуктивність.

З основних переваг можна відмітити відмінний ефект змішування, а також підтримання вологості ґрунту в його верхніх шарах, що є основною передумовою швидкого гниття рослинних залишків та забезпечення оптимального життєвого простору ґрунтових мікроорганізмів, висока продуктивність в одиницях площі за рахунок робочої швидкості від 12 до 20 км/год, низька витрата палива та висока стійкість дискових робочих органів до зношення.

Компанія Great Plains пропонує універсальну компактну дискову борону X-Press із прикочуючим котком, яка забезпечує  поєднання високошвидкісної неглибокої культивації з ефективним ущільненням. Випускаються в навісному та в причіпному виконанні, можна використовувати в системах мінімальної ґрунтообробки, при обробленні стерні або після оранки при більш традиційних системах обробітку.

Борона дозволяє при додаванні попереду навісного X-Press стійнок конструкції ST перетворити її на однопрохідний культиватор. Це дозволяє розрихлювати ґрунт на глибину до 25 см, знімаючи надмірне ущільненя після збирання врожаю. Універсальності додає можливість використання машини окремо або із іншим агрегатом при мінімальній технології обробки або оранці. Також з особливостей цієї дискової борони можна відзначити кріплення дискових робочих органів на підпружинених стійках.

З аналізу вище сказаного, можна зробити висновки:

• традиційні технології обробітку ґрунту під сівбу зернових культур і кукурудзи є занадто енергомісткими, з великими витратами праці, та багаторазовими проходами ґрунтообробних агрегатів по полю, що супроводжується посиленим ущільненням ґрунту і негативно впливає на його агротехнічні та екологічні властивості, та умови росту і  розвитку рослин, що в підсумку веде до зменшення урожайності вирощуваної культури;
• заміна інтенсивного обробітку ґрунту з глибокою оранкою і перевертанням скиби на мілкий з глибиною 8-16 см за допомогою знарядь з сферично-дисковими робочими органами, забезпечує виконання вимог агротехніки до якості обробітку ґрунту з меншими витратами енергії і праці та негативним впливом на ґрунт;
• застосування дискових борін зі сферично-дисковими робочими органами із віссю обертання нахиленою під кутом до горизонту дозволяє якісно виконувати технологічний процес розпушення ґрунту зменшуючи при цьому питомі витрати енергії на 12-17 % в порівнянні із симетричними та асиметричними дисковими боронами з батарейного типу.