Укр
Техніка та обладнання
Обробіток ґрунту та збереження його родючості
07:12 • Сьогодні
100
За даними Глобального екологічного фонду 25 % усієї земної поверхні світу — це деградовані ґрунти. Щорічно планета втрачає 24 млрд т родючої землі, через що потерпають 3,2 млрд людей. Якщо цей тренд триватиме, то до 50 року 95 % земної поверхні будуть становити деградовані ґрунти.
Земля — була, є і буде головним засобом сільськогосподарського виробництва, родючість — її основна цінність, яку ми маємо зберегти для майбутніх поколінь. Українські ґрунти, їхнє здоров’я потребують комплексного підходу та уваги з боку держави, агровиробників і наукового співтовариства. За даними ФАО 20 % сільськогосподарських земель України зазнали суттєвої деградації, а решта перебувають під загрозою. За останні 130 років українські ґрунти вже втратили близько 30 % гумусу, а рівень розораності є одним із найвищих у світі — 53,9 % (Польща — 36,5 %, Німеччина — 34,1 %, США — 17,5 %, Китай — 12 %).
Деградація ґрунтів є одним із основних процесів, який загрожує харчуванню і визнана однією з найважливіших проблем на глобальному рівні для продовольчої безпеки та сталого розвитку в усьому світі.
Зниження родючості внаслідок постійних втрат гумусу вказує на неповне розуміння аграріями причин і природи руйнування цієї органічної речовини.
Нині науковцями визначено три основні чинники зниження родючості ґрунтів: біологічний, фізико-хімічний та механічний
Розпад гумусу біологічним шляхом — це природній процес, який забезпечує нормальне живлення рослин, і зупинити його принципово неможливо. Повернення органіки в ґрунт забезпечить баланс розпаду гумусу і його утворення. Для бездефіцитного балансу гумусу доцільно вносити 8–16 т/га органічних добрив або сидеральної маси залежно від ґрунтово-кліматичних умов.
Як і біологічний, фізико-хімічний процес руйнування гумусу зупинити неможливо, адже він відбувається під дією атмосферних опадів у поверхневому шарі ґрунту. Певною мірою запобігти цьому процесу можна, застосовуючи технології мінімального обробітку ґрунту, за яких на поверхні поля залишається мульча, що захищає ґрунт від прямої дії опадів. Також сприяє збереженню ґрунтів науково обґрунтоване систематичне унесення кальцієвмісних добрив.
Як бачимо, погіршення родючості ґрунтів є багатогранною проблемою, проте найбільш суб’єктивною причиною руйнування гумусу є техногенна діяльність людини.
Під синергетичним впливом біологічного, фізико-хімічного і, особливо механічного, факторів структура поверхневого шару ґрунту (8–10 см) з часом поступово погіршується. Пиловидні (знеструктуровані) його частинки після перших же опадів цементуються у макроагрегати високої щільності. Застосовуване на практиці за таких умов розпушення поверхневого шару ґрунту не вирішує проблеми, оскільки істотно зменшену внаслідок ущільнення шпаруватість ґрунту (менше 50 %) можна відновити лише за рахунок життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів. Але для цього потрібні відповідні умови і час. Саме незнання цього спонукає розробників сільськогосподарських машин і знарядь облаштовувати їх зайвими механізмами для розпушення ущільненого ґрунту по слідах рушіїв трактора. Позитивного результату при цьому немає, а є відповідне небажане ускладнення і здорожчання конструкцій машин/знарядь.
Невідповідна техніка, інтенсивний спосіб проведення агротехнічних заходів, значне розпилення і пересушування ґрунту, обробіток у надмірно вологих умовах і критичне ущільнення ґрунту неминуче призводять до перманентного руйнування структури орного шару та, як наслідок, деградації ґрунту.
Тому процес збереження структури й відновлення родючості ґрунтів сільськогосподарського призначення потребує реалізації відповідних технологічно-організаційних заходів, спрямованих на розроблення технологічних прийомів і знарядь для обробітку ґрунту, спрямованих на розпушування поверхневого шару ґрунту із мінімальною площею контакту з повітряно-крапельним середовищем.
В умовах глобальної зміни клімату особливо актуальною є проблема збереження вологи в ґрунті. В процесі обробітку ґрунту необхідно створити умови, щоб волога від дощу вільно просочувалася в проміжки між ґрунтовими агрегатами, поповнюючи її запаси в ґрунті.
Підвищити накопичення вологи в ґрунті та зменшити її втрати можна завдяки управлінню фізичними властивостями ґрунту, які впливають на швидкість фільтрації води під час опадів. Для цього необхідно в процесі обробітку ґрунту створити таку структуру шару ґрунту, що обробляється, за якої буде забезпечено сприятливі умови фільтрації води в ґрунт. Відомо, що швидкість фільтрації води в ґрунт залежить від пористості ґрунту та стійкості його агрегатів до впливу енергії крапель дощу. На стійкість агрегатів ґрунту до ударів крапель дощу та утримання вологи в ґрунті значний вплив мають механічний склад ґрунту, кислотність та вміст гумусу. Чим більший відсоток гумусу в ґрунті, тим більше вологи зможе профільтруватись і довше утриматись у ґрунті.
Сьогодні основним джерелом поповнення ґрунту гумусом є пожнивні рештки, які, крім того, що під час опадів зменшують сили удару крапель дощу та пошкодження ґрунтових агрегатів, покращують проникнення води опадів у ґрунт і зменшують випаровування вологи з ґрунту. За використання рослинних решток потрібно забезпечити їхнє якісне подрібнення на довжину не більше 150 мм і рівномірне розподілення поверхнею поля. Подрібнена солома може зберігатися на поверхні поля протягом двох тижнів, захищаючи ґрунт від втрати вологи. Після цього необхідно внести азотні добрива з розрахунку 10–12 кг дієвої речовини на тонну соломи та обробити поле на глибину 8–12 см.
Велике значення в забезпеченні кореневої системи рослин вологою й елементами живлення має будова та внутрішня пористість кореневмісного шару ґрунту.
Кришення ґрунтів стало важливим параметром якості обробітку ґрунту. Розміри агрономічно корисних агрегатів, які утворюються в процесі взаємодії робочих органів ґрунтообробних знарядь із ґрунтом, залежать від його механічного складу, рівня зволоження та вмісту гумусу. Що посушливіші умови, то ґрунтові агрегати мають бути менших розмірів, а кришення має бути інтенсивнішим. Взаємодія робочих органів із ґрунтом у цих умовах не має спричинювати розпилення поверхневого шару ґрунту.
У посівному шарі ґрунту, або принаймні в тій його частині, що безпосередньо контактує з насінням, необхідно, за можливості, зосереджувати агрономічно корисні агрегати ґрунту, причому їхній розмір не має набагато перевищувати розмір насіння сільськогосподарської культури, що забезпечить швидке проростання й розвиток кореневої системи рослин. На практиці структурність ґрунту прийнято оцінювати відносною кількістю агрономічно цінних агрегатів, до яких належать грудочки ґрунту діаметром від 0,25 до 10,0 мм. Значення коефіцієнта структурності верхнього ґрунтового шару має бути не меншим за 0,67.
Робочий орган ґрунтообробного знаряддя, виконуючи основну роботу зі створення заданих параметрів структурного стану й щільності ґрунту, не має допускати його розпилення й переущільнення. У поверхневому шарі допускається наявність ґрунтових агрегатів більшого розміру, але кількість брил (більше 10 мм) після передпосівного обробітку має бути мінімальною й не перевищувати 5 %, оскільки перевищення зводить нанівець переваги структурованого посівного шару.
Кількість агрономічно корисних агрегатів, яку можливо отримати в посівному шарі ґрунту, залежить від величини фактичної агрегації орного шару. Зокрема, в Лісостепу для чорнозему типового середньо-суглинкового гранулометричного складу потрібно прагнути до того, щоб у цьому шарі було до 60 % агрегатів оптимального розміру від 10 до 0,25 мм, у ґрунті важко-суглинкового складу – до 70 %. У темно-каштановому важко-суглинковому ґрунті агрономічно корисних агрегатів реально може бути до 50 %, а їхній верхній граничний розмір бажано зменшити до 5 мм.
На накопичення вологи в дощові періоди й збереження та доступність її для рослин у періоди засухи суттєвий вплив має наявність шару високої щільності, що утворився внаслідок дії на ґрунт ходових систем технічних засобів. Одним із завдань обробітку ґрунту є створення умов для того, щоб волога без перешкод фільтрувалась у нижні шари й підтягувалась із нижніх до верхніх у періоди засухи. Для досягнення сприятливих умов накопичення та використання вологи необхідно провести рихлення на глибину, що на 2-3 см нижче ущільненого шару. Робочі органи знаряддя для глибокого обробітку мають забезпечити якісне розпушування ущільненого шару ґрунту. Слід мати на увазі, що на якість розпушування матимуть вплив вологість ґрунту, рівень забезпечення його гумусом, параметри робочих органів та відстань між ними.
Сприятливою умовою для досягнення заданих параметрів є стан фізичної стиглості ґрунту, коли сили зчеплення між агрегатами ґрунту мінімальні. В умовах зміни клімату, що супроводжується дефіцитом вологозабезпеченості, тривалість стану фізичної стиглості ґрунту суттєво скорочується. Це зумовлює необхідність виконання комплексу технологічних операцій із підготовки ґрунту та сівби сільськогосподарських культур у стислі строки, що вимагає використання новітніх багатоопераційних високопродуктивних машинно-тракторних агрегатів для обробітку ґрунту та сівби, укомплектованих на базі тракторів із великою потужністю двигуна.
Слід відмітити недоліки класичної технології обробітку ґрунту плугами, плоскорізами, лаповими культиваторами, що застосовуються в системах землеробства більшості вітчизняних сільськогосподарських підприємств. Це – утворення ущільненого прошарку та винос насіння бур’янів на поверхню з нижніх шарів ґрунту, насичених насінням бур’янів, розрив капілярів, по яких волога в період опадів має фільтруватися в нижні горизонти, а потім по капілярах підніматись у верхні шари, забезпечуючи живлення рослин, сприяючи їхньому росту та розвитку.
Ущільнений прошарок – «плужна підошва», що утворилася в ґрунті під дією робочих органів ґрунтообробних знарядь, так званого «горизонтального» обробітку, та ходових систем машинно-тракторних агрегатів, обмежує проникнення коріння рослин через утворені ущільнення. При цьому формується слаборозвинена коренева система рослин, унаслідок чого потенціал культури використовується неповною мірою й знижується її врожайність.За оцінкою науковців, недобір урожаю на полях із проявом плужної підошви може становити до 30–40 %. Переущільнений ґрунт різко знижує свою водопоглинальну властивість - засвоєння атмосферних опадів ґрунтом із проявом плужної підошви знижується у три-чотири рази. Порушення газообміну в ґрунті, де значно перевищені показники його щільності, зумовлює зниження інтенсивності виділення вуглекислоти (СО2) у 1,2‑1,8 рази, погіршуючи тим самим забезпеченість рослин «будівельним» матеріалом, яким є вуглець.
За ущільнення ґрунту спостерігається порушення росту кореневої системи рослин. Науковці довели обернену залежність ваги кореневої системи від щільності ґрунту. Так, за об’ємної маси на рівні 1,5 г/см3 до 80 % коренів розміщується у ґрунтовому шарі 5–10 см, а решта формується глибше 10–20 см. Особливо чутливі до наявності в ґрунті плужної підошви культури зі стрижневою кореневою системою (соняшник, буряки цукрові, ріпак, соя). Переущільнення ґрунту в орному шарі зумовлює мичкуватість кореневої системи, що спричинює погіршений перебіг фізіологічних процесів росту та розвитку культур. Рослини стають дуже чутливими до метеорологічних умов — тимчасового прояву посухи чи перезволоження. Нестабільність водного режиму, відповідно, погіршує засвоєння елементів живлення культурами.
Тому головним завданням сучасного аграрного виробництва є розроблення та впровадження машинних технологій нового покоління, які дозволять запобігти подальшій деградації ґрунтів, відновити біологічну та екологічну рівновагу в природі, забезпечать зменшення витрат усіх видів ресурсів на виробництво одиниці продукції, підвищення її якості та безпеки.
Результатом пошуку альтернативних способів обробітку ґрунту стала технологія вертикального обробітку ґрунту (Verti-till), запропонована як закордонними компаніями так і вітчизняними. Щоправда тут слід виокремити два напрями агрегатів для вертикального обробітку ґрунт, а саме: машини із підпружиненими робочими органами, наприклад, SALFORD RST, які мають ефект відбійного молотка і забезпечують якісне подрібнення рослинних решток та кришіння ґрунту, та агрегати із звичною для нас конструкцією у вигляді дискової борони, але із мінімальним кутом атаки «рівних» дисків. Досить поширеними є машини TRUE-TANDEM від Case IH, Excelerator від KUHN, хоча останніми роками і вітчизняні виробники освоїти виробництва цих машини. Активно пропагує цю технологію ТОВ «Краснянське СП “Агромаш”», «Аверс Агро» та інші.
Технологія дає змогу уникнути недоліків класичних підходів до обробітку ґрунту й спрямована на енергоефективне розпушення ґрунту без утворення ущільнених зон, створює умови для раціонального використання вологи та рослинних решток, забезпечує екологізацію та підвищення ефективності виробництва продукції рослинництва. Для її реалізації зарубіжними і вітчизняними машинобудівниками запропоновано відповідні технічні засоби.
Ці машини відрізняються тим, що робочі органи (хвилясті диски) зблоковані у підресорені батареї з механізмом регулювання кута атаки в межах 0-25º і глибини обробітку ґрунту до 16 см. Кути атаки регулюються повертанням секцій дискових робочих органів, а не окремих батарей, що скорочує час на регулювальні роботи.
Крім цього, хвилясті диски мають невелику ввігнутість, що розширює сферу застосування знарядь. Вони можуть використовуватися як для чистого вертикального обробітку, коли диски встановлені під нульовим кутом атаки, так і для комбінації вертикального обробітку з підрізанням смуг ґрунту і перемішуванням з рослинними рештками (мульчуванням), коли кут атаки дисків більше нуля. Мульчувальний ефект підсилюють ротаційні борони і котки, що встановлюються на цих знаряддях за батареями хвилястих дисків.
Характерною особливістю технології вертикального обробітку є мінімізація горизонтального та вертикального переміщень шарів ґрунту, мінімізація виносу на поверхня насіння та коріння рослин бур’янів, збереження капілярів у ґрунті для транспортування вологи. Дуже важливо, що на обробленій таким способом площі у верхньому шарі залишаються рівномірно розподілені пожнивні рештки.
Для забезпечення сталого агровиробництва в умовах зміни клімату та запобігання деградації ґрунтів науковцями Інституту механіки та автоматики агропромислового виробництва НААН у співпраці з машинобудівними підприємствами розроблено вітчизняний комплекс енергоефективних засобів механізації для виконання всіх операцій технології вертикального обробітку ґрунту, який включає 8 найменувань і 30 марок знарядь та варіантів агрегатів.
Створені технічні засоби забезпечують високу якісь виконання технологічних операцій та енергоефективність обробітку ґрунту й внесення мінеральних добрив
Ефективну реалізацію сучасних систем обробітку ґрунту забезпечують багатофункціональні комбіновані машини, які виконують операції обробітку ґрунту з одночасним внесенням необхідної кількості елементів живлення на задану глибину та висівом насіння сільськогосподарських культур.
Техніко-експлуатаційні параметри створених на основі наукоємних технологій новітніх технічних засобів узгоджуються з обсягами робіт і раціональними агротехнічними термінами їх виконання. Задані норми внесення добрив і висіву насіння в таких засобах підтримуються в автоматичному режимі з урахуванням швидкості руху машинно-тракторного агрегата.
Високий коефіцієнт зайнятості універсальних багатоопераційних автоматизованих машино-тракторних агрегатів, оснащених засобами контролю та управління технологічними процесами у виробничому циклі, забезпечує оптимізацію експлуатаційних витрат на виробництво продукції.
Сьогодні науково-технічний прогрес в агропромисловому виробництві характеризується змінами в самій природі технологічних способів виробництва. Виробничі процеси в рослинництві набувають наукового характеру, а їх реалізація потребує нового технічного та організаційного забезпечення. Перехід до високих роботизованих інформаційних технологій можна називати другою «зеленою революцією», адже вони змінюють усталену парадигму агровиробництва й виводять її на якісно новий рівень.
Біологізація землеробства, оздоровлення й підвищення родючості ґрунтів забезпечать науково обґрунтовані сівозміни, ефективні біотехнології, перехід на технології точного (розумного) землеробства та збалансоване використання агрохімікатів у вирощуванні сільськогосподарських культур , що є завданнями Европейського зеленого курсу в аграрному виробництві. Для реалізації визначеного комплексу заходів необхідно модернізувати техніко-технологічну базу АПВ України, впроваджувати новітні зразки роботизованої та автоматизованої техніки, які забезпечать гармонізацію взаємодії робочих органів ґрунтообробних машин із ґрунтом, точність і своєчасність технологічних операцій, зменшення витрат енергії на виробництво продукції рослинництва.
За нинішньої організації виробництва в сільському господарстві врожай на 80 % залежить від природних умов. Проте, за систем точного землеробства вплив погоди і клімату на ефективність рослинництва зведена до 20 %, а решта, 80 %, припадає на технології та управління у сільському господарстві.
Концентруючи у своєму розвитку досягнення науково-технічного прогресу, техніка та технології стали найважливішими чинниками ефективності сільськогосподарського виробництва. Вони визначають рівень продуктивності земель, ефективність і комфортність праці, вартість та якість продукції, формують соціальні та економічні фактори розвитку аграрного сектору економіки України.
Глобальні кліматичні зміни, що зумовлюють дефіцит вологи, необхідність удосконалення сівозмін та зменшення витрат ресурсів — усе це спонукає аграріїв приділяти більше уваги системам обробітку ґрунту, які відіграють важливу роль в ефективності всього виробничого циклу та є ключовим елементом ґрунтозахисних технологій в умовах зміни клімату.
Грицишин М. І., заст. дир. з наук. роботи – учений-секретар ІМА АПВ НААН, канд. техн. наук, ст. наук. співробітник, заслужений працівник сільського господарства України.
Перепелиця Н. М., зав. відділу науково-методичної роботи та підготовки наукових кадрів, канд. економічних наук, ст. наук. співробітник
А. Сухина, a.sukhina@univest-media.com
Читайте також
Інтерв'ю
В Україні за останні півтора десятки років чимало господарств пробувало впроваджувати нульовий або мінімальний обробіток грунту. І більшість, зіштовхнувшись із проблемою зниження врожайності, поверталися до традиційної технології.... Подробнее
Інститут зрошуваного землеробства НААН України посів 1-е місце серед експортерів наукоємної продукції та отримав Міжнародний сертифікат «Експортер року». Його керівника - доктора сільськогосподарських
Статті
1
0
