Традиційний обробіток ґрунту:

– оранка загального призначення;

(плоскорізальний або чизельний обробіток).

– устаткування для прямого висіву

У більшості країн із розвинутим сільським господарством у даний час застосовують традиційну, мінімальну та нульову технології. Відповідно обраним технологічним процесам та наявним технічним засобам визначаються у системах та прийомах обробітку ґрунту (рис. 3.).

Аналіз способів обробітку ґрунту показав, що в найближчі 15…20 років головним залишиться механічний обробіток із використанням тракторної тяги. Зберігається тенденція до збільшення одиничної потужності тракторів і ширини захвату агрегатів, зв’язана із прагненням підвищити продуктивність праці, знизити затрати. Із переходом на нові форми ведення господарства (фермерські, орендні) великим попитом будуть користуватися трактори малої й середньої потужності.

Рис. 3. Структура та зв’язки систем, прийомів і технічних засобів для виконання обробітку ґрунту

Оранка, яка до недавнього часу була чи не єдиним прийомом основного обробітку ґрунту, завжди була основою основ у практиці землеробства. Аналіз наукових джерел показує, що застосування безполицевого обробітку на дерново-підзолистих супіщаних ґрунтах потребує більше уваги ніж, це вимагається за умов систематичної оранки.

В останні роки, коли намітилася тенденція до скорочення використання хімічних засобів боротьби зі шкідниками й бур’янами, відвально-лемішні плуги є незамінними знаряддями для безгербіцидної технології вирощування культур.

Беззмінний безполицевий обробіток ґрунту в сівозміні супроводжується підвищеною забур’яненістю посівів. Темпи появи сходів бур’янів на початку вегетації в два рази вищі при безполицевих розпушеннях, ніж при оранці.

Кращі результати механічної боротьби з бур’янами показали ярусні плуги для глибокого загортання пожнивних залишків і насінь бур’янів. Ярусна оранка дозволяє вирощувати врожаї на 6…8% вищі, ніж при оранці плугами загального призначення, та зменшити затрати при збиранні на 3…5%.

Для руйнування плужної підошви поєднують оранку з поглибленням ґрунту. З метою підвищення продуктивності й якості обробітку, зниження трудових і енергетичних витрат застосовують оборотні й поворотні (фронтальні) плуги, що забезпечують гладеньку оранку.

Проведені наукові дослідження звертають увагу на більші приведені затрати коштів при виконанні полицевого обробітку в порівнянні з безполицевим розпушенням та дискуванням.

Заміна оранки іншими, більш продуктивнішими прийомами, дає можливість на 20…40% скоротити строки проведення основного обробітку ґрунту.

Глибокий обробіток дерново-підзолистих ґрунтів до 40 см зумовлює посилення мікробіологічного навантаження на гумус, що знижує загальну гумусованість орного шару.

Полицевий обробіток посилює небезпеку ерозії ґрунту. Узагальнення позитивних і негативних наслідків при проведенні оранки подано в табл. 2.

Мінімальний обробіток — це комплекс ґрунтозахисних технологічних операцій, що забезпечує скорочення енергетичних, трудових і матеріальних затрат і зменшення негативного впливу проходів машин на родючість і агрофізичні властивості ґрунту.

Як приклад, можна навести розроблену Фолкнером Е.Х. (1943 р.) систему безплужного обробітку, за якою основними знаряддями були диски. Проте ця і деякі інші подібні їй системи виявились на той час нездатними для широкого впровадження, оскільки не існувало достатньо ефективних гербіцидів. Боротьбу з бур’янами проводили шляхом провокування сходів та знищення їх наступними поверхневими обробітками, що ускладнювало використання зазначеної системи.

У колишньому Радянському Союзі зональні системи ґрунтозахисного землеробства на основі безвідвального обробітку ґрунту розробляли і впроваджували Мальцев Т.С. та колектив науковців під керівництвом Бараєва О.І.. Наприкінці 80-х років була відпрацьована ґрунтозахисна контурно-меліоративна система землеробства. В її основу було покладено системний підхід до оптимального використання природних і хіміко-техногенних факторів.

Таблиця 2. Переваги й недоліки оранки

Українськими вченими внесено значний вклад у дослідження та впровадження ґрунтозахисних, безплужних систем обробітку ґрунту. Досягнення у розв’язку зазначеної проблеми пов’язані з іменами Нагорного М.Н., Тарарики О.Г., Мєдвєва В.В., Пабата І.А., Малієнка А.М., Дубровіна В.О., Гукова Я.С., Шевченка І.Л. та інших.

За даними служби прогнозів США до 2010 року мінімальний обробіток ґрунту в цій країні буде застосовуватись на 90% площі ріллі, у тому числі нульова на 50%.

Більшість прийомів мінімального та нульового обробітку підвищують стійкість ґрунту до ерозії. В останні роки це набуло дуже великого значення, тому що інтенсифікація сільськогосподарського виробництва, з одного боку, вимагає підвищення родючості ґрунту, а це неможливо без попередження або хоч би обмеження ерозії, а з іншого боку, посилює небезпеку ерозії ґрунту.

У ґрунтозахисних технологічних процесах головна увага приділяється зменшенню ущільнення ґрунту й підвищенню його інфільтраційних властивостей. При необхідності на поверхні можуть бути збережені післяжнивні залишки, що послабляє ерозію ґрунту, а в деяких випадках, коли традиційні способи обробітку не дозволяють створити оптимальних умов розвитку рослин, вони дають можливість підвищити урожай.

Технологічний процес „мульчування” при обробітку ґрунту — різновид мінімального. Передбачає використання пожнивних й інших рослинних залишків для нагромадження й збереження вологи в ній.

Досвід застосування показав, що мульчування сприяє зниженню випаровування вологи, а в періоди випадання інтенсивних дощів охороняє ґрунт від змиву й надлишкового зволоження. Послабляються коливання температури ґрунту, зменшується глибина промерзання взимку й оберігається від перегріву влітку. Підсилюється життєдіяльність ґрунтових мікроорганізмів і зв’язаних із нею позитивних біохімічних процесів у ґрунті, придушуються бур’яни. У результаті мульчування підвищується врожайність культур.

Усі без винятку дослідження вказують на значне скорочення затрат праці та енергетичних витрат на варіантах з безвідвальним обробітком ґрунту порівняно з щорічною оранкою.

До недоліків мінімального обробітку слід віднести відмічене в багатьох наукових дослідженнях сприяння підвищенню потенційної засміченості насінням бур’янів, посилення непередбачливості наслідків диференціації оброблювального шару за біогенністю, фітосанітарною здатністю та родючістю ґрунту в цілому.

При частих поверхневих і безполицевих обробітках, у випадку посіву зернових по зернових, рослини уражає коренева гнилизна.

Утруднена заробка на оптимальну глибину органічних добрив, що знижує їхню роль в окультуренні ґрунту й підвищенні врожайності, у випадку тривалого поверхневого обробітку через ущільнення підорних шарів знижується водо- й повітропроникність ґрунту.

Враховуючи зазначене, раціональним і ефективним є сполучення поверхневих безполицевих і дискових обробітків з оранкою й глибоким розпушуванням, використання чизельних плугів і культиваторів, плугів-розпушувачів, щілювачів тощо, а також звичайних плугів відповідної модифікації.

Довготривалі дослідження систем обробітку ґрунту в зоні Полісся, проведені Малієнком А.М., показали, що за умов переважно механічної боротьби з бур’янами економічно доцільна система з дискуванням в п’яти полях і оранкою в трьох полях.

Коломієць М.В. відмічає, що полице-безполицеві технології різноглибинного обробітку здатні не тільки стабілізувати землеробство, а й сприяти скороченню ресурсних затрат з виходом на екологічну збалансованість агроладшафтів.

Узагальнення позитивних і негативних наслідків при проведенні безплужного обробітку подано у табл. 3.

Таблиця 3. Переваги й недоліки безплужного обробітку

Нульова („хімічна”) технологія називається також безорною чи прямим посівом. Тут ґрунт залишається незайманим від жнив до посіву й від посіву до жнив.

Ця технологія є різновидом мінімальної, тому що обробляється тільки 30…25 % від усієї площі, що засівається. Один прохід комплексу (культиватор-сівалка) заміняє 5…6 проходів при традиційній технології, що зменшує ерозію, зберігає вологу в ґрунті, скорочує строки, витрати ресурсів.

Боротьба з бур’янами забезпечується тільки хімічним шляхом. Однак застосування великих доз гербіцидів приводить часто до негативних результатів через підвищення стійкості до них бур’янів, а впровадження сильнодіючих препаратів — до забруднення ґрунту й водоймищ.

Хімічний захист ще є досить затратним, так це складає 25…60 американських доларів на гектарі [66].

Разом із тим нульовий обробіток ґрунту є перспективний, тому що затрати праці скорочуються в 2,5…3 рази, витрата палива — у 5…6 разів.

Українські науковці вважають, що впровадження нульового обробітку в Україні сьогодні в стані безполицевого зразка 1980 року.

У нашій країні ця система обробітку майже не вивчена, якщо все підрахувати, то такий обробіток ґрунту може бути не дешевшим, ніж мінімальний. Узагальнення позитивних і негативних наслідків при проведенні нульового обробітку подано в табл. 4.

Таблиця 4. Переваги й недоліки нульового обробітку

Альтернативне (органічне, біологічне, екологічне) землеробство ставить за мету одержання екологічно чистих продуктів рослинництва. Воно передбачає не просто виключення легкорозчинних добрив і пестицидів, а ще й створення умов, що роблять їхнє застосування необов’язковим.

Одна з цих переваг — істотне зниження затрат на добриво і хімічні засоби захисту рослин. Однак при альтернативному землеробстві врожайність сільськогосподарських культур на 9…36 % менше, а затрати праці на 25…35 % більше.

Для підтримки врожайності на необхідному рівні потрібно, крім використання органічних добрив, розширювати площі під бобові культури до 30…40 % ріллі. Проте подібна зміна структури посівних площ не у всіх випадках економічно прийнятна.

Відмова від застосування гербіцидів і отрутохімікатів повинна компенсуватися використанням ефективних і раціональних типів машин для обробітку ґрунту й догляду за посівами, а також механічних способів боротьби з бур’янами.

Отже, сучасний пересічний товаровиробник має можливість широкого вибору технологічних процесів обробітку ґрунту. Набір технологій або системи технологій спричинює появу системи машин. У процесі систематизації наукових даних щодо агротехнологічної оцінки ефективності технологічних процесів обробітку ґрунту, узагальнено диференційну систему технічних засобів основного обробітку ґрунту в залежності від глибини обробітку, прийомів, типу знарядь, тягового класу енергетичних засобів (табл. 5).

Для прикладу, наведені орієнтовні марки сільськогосподарських машин для обробітку ґрунту на типових технологічних операціях. У залежності від конкретних характеристик земельного виділу, які оцінюються довжиною гону, крутістю схилу, кількістю і характером перешкод (яри, опори ліній електропередачі, лісосмуги, валуни, кущі тощо), що визначає складність конфігурації ділянки поля, а також за фізико-механічними властивостями ґрунту (питомим опором) обґрунтовують склад і розраховують режими роботи машинного агрегату.

3. Комплектування МТП та машинних агрегатів і оптимізація режимів їх роботи

Склад МТП господарства істотно впливає на витрати палива при одному і тому ж переліку робіт. Одне з найважливіших завдань спеціалістів агропромислового комплексу полягає у оптимізації комплексів машин і структури технічного парку, яка забезпечить найефективніше його використання.

В процесі оптимізації складу машинно-тракторного парку в першу чергу ставлять за мету забезпечення всіх робіт при мінімальних коштах або при меншій кількості робітників. Оскільки однакові роботи можуть виконуватись різними по класу тракторами, то варіантів структури парку може бути дуже багато.

Для вирішення цієї задачі в Національному аграрному університеті України розроблений та впроваджений у виробництво та навчальний процес пакет прикладних програмних засобів „Комплексне машиновикористання”, що передбачає системне вирішення задачі обґрунтування складу комплексів машин і структури машинно-тракторного парку: технологія — машинні агрегати — комплекси машин — машинно-тракторний парк — машинно-технологічні станції.

Таблиця 5.

Узагальнення технічних засобів для обробітку ґрунту

Тут критеріями оптимізації можуть бути приведені затрати, затрати робочого часу, матеріаломісткість, капітальні вкладення, а також коефіцієнт використання парку машин.

Оптимізація комплексів машин дає змогу підвищити продуктивність праці щонайменше на 20%, зменшити витрати палива на 7…10%.

Оскільки найбільш енергомісткою роботою є оранка, в багатьох випадках необхідну кількість потужних тракторів визначають, виходячи з обсягів цієї роботи. Нормативні показники для різних агрегатів, наведені в таблиці 6.

Таблиця 6. Нормативна потреба тракторів на 1000 га ріллі та багаторічних насаджень для рослинництва по зонах України, шт.

Є багато досліджень, які свідчать, що енергонасичені трактори мають більші витрати палива. Так потужні трактори Т-150К та К-701 в порівнянні з трактором Т-74 витрачають більше палива на оранці на 6…10 і 20…30%; на культивації на 10…15%; боронуванні на 50%; на сівбі на 15…20%. При існуючій структурі польових робіт енергетичні можливості потужних тракторів використовуються всього на 65%.

Важливим напрямом зменшення витрат енергії при вирощуванні сільськогосподарських культур є оптимальне співвідношення в структурі парку машин гусеничних і колісних тракторів, адже у перших питомі витрати палива на 8…15% нижчі.

Як видно з наведених даних таблиці 7, найбільш економічними за витратою палива є гусеничні трактори. Чим більша потужність наведених в таблиці гусеничних тракторів, тим вони економніші по паливу на оранці. Це пояснюється тим, що гусеничні трактори порівняно з колісними мають більш високий тяговий коефіцієнт корисної дії, меншу колію, краще агрегатування з плугами і останні мають менший тяговий опір.

Таблиця 7. Норми виробітку і витрати палива на оранці ґрунтів 4 класу (k₀ = 45…53 Кн/м²) на полях II групи при глибині оранки 25…27 см

За даними досліджень середнє експлуатаційне завантаження енергонасичених тракторів, як правило, не перевищує 50%, а найбільша частина енерговитрат припадає на транспортні та інші маломісткі роботи.

Трактори і самохідні машини 30…60% часу працюють при експлуатаційному навантаженні двигуна відповідно 60 і 70%. Важкі роботи універсально-просапних тракторів складають 10…45%, а загального призначення — до 45% річного наробітку.

Аналізом роботи МТП встановлено, що за рахунок збільшення тракторів К-700, К-700А, К-701, Т-150К і МТЗ-80 і недостатнього їх використання з 1981 по 1988 р.р. приріст валової продукції становив близько 30%, а витрати палива і мастильних матеріалів збільшилися в 2,2 і 1,5 рази. Це свідчить про те, що тенденції нарощування потужностей тракторів вступають в протиріччя з розвитком нових умов, форм і організації праці в сільському господарстві.

В колишньому СРСР машин потужністю більш 110,4 кВт в 1990 році було понад 30%; у Великобританії 2…4%; в США і Канаді — біля 7…8%. Доля малогабаритних тракторів в зарубіжних державах 10…30%, в Союзі менше 1%. За даними досліджень Великобританії, оптимальна площа для використання МТП — в межах 100…400 га. При площі 100…200 га використовують 3…4 трактори потужністю від 11…15 кВт до 59…74 кВт. На фермах розміром 300…400 га — 6…7 тракторів з одиничною потужністю до 110,4 кВт.

У цих господарствах рівний питомий вихід продукції досягається при більш низькій (1,3…1,6 разів) загальній потужності тракторів.

У Німеччині біля 60% ферм площею 10…50 га. Ці ферми мають 1…2 трактори потужністю 22…44 кВт і один малогабаритний — до 11…15 кВт.

На транспортних роботах питомі витрати палива також залежать від класу трактора. Це видно із таблиці 8.

Таблиця 8. Показники роботи транспортних тракторних агрегатів

При виконанні транспортних робіт трактором К-701 на 1 т/км витрачається 0,284 кг палива, а трактором Т-25А лише 0,153 кг.

Ефективним джерелом економії палива є більш повне використання потужності трактора, а також раціональна експлуатація машинно-тракторних агрегатів.

Машинні агрегати слід комплектувати таким чином, щоб потужність трактора використовувалась на 85…95%, а швидкісний режим знаходився в діапазоні максимальних значень коефіцієнта корисної дії (0,8 — для гусеничних і 0,75 — для колісних тракторів).

За даними багатьох досліджень, завантаження тракторних двигунів в господарствах на більшості робіт складає 50…60%, що знижує паливну економічність на 20…30%. Частіше всього неповне використання потужності має місце із-за нераціонального комплектування машинних агрегатів. Мають місце випадки, коли з цієї причини трактори завантажені всього на 35…50%.

Оптимальну ширину агрегату розраховують, виходячи із зусилля на гаку трактора та питомого опору робочих машин (кН/м). Розрахункову ширину захвату агрегату узгоджують з кратністю конструктивної ширини захвату однотипних машин. Проте, ширина захвату машин в агрегаті може змінюватись ступінчасто. А тому не завжди вдається раціонально завантажити трактор.

Це можна, певною мірою, компенсувати за рахунок вибору раціонального швидкісного режиму роботи агрегату. При недовантаженні двигуна можливо включити підвищену передачу трактора і зменшити частоту обертання колінчастого вала. Економія палива за рахунок цього може становити 15…20%.

Для вибору агрегатів розроблені рекомендації, які забезпечують найбільшу економію палива в умовах України. Наведені склади агрегатів, норми виробітку, витрати палива кг/га, ефективність в % виробітку та по витратах палива. По окремих операціях різниця по витратах палива різними агрегатами сягає 77%.

За результатами експериментальних досліджень встановлено, що двосівалковий агрегат з трактором МТЗ-80 та спеціальною зчіпкою зменшує витрати палива на 31…37% в порівнянні з односівалковим.

Складні агрегати по заводських інструкціях або по розрахунках, виходячи з максимальної потужності на гаку, не завжди найбільш економічні по витраті палива. Цей факт пояснюється тим, що реальні умови роботи можуть істотно відрізнятись від розрахункових. Тому велике значення має вибір оптимального режиму. При заданих ширині захвату та глибині обробітку основним режимним параметром є робоча швидкість. Особливе значення набуває вибір раціональних режимів роботи при недовантаженні двигуна.

Дослідження, що проведено в ННЦ “ІМЕСГ” по вивченню впливу часткових швидкісних режимів двигуна трактора Т-70С в агрегаті з культиватором УСМК-5,4 на витрату палива, дозволили встановити, що робота двигуна трактора Т-70С на часткових швидкісних режимах дозволяє істотно зменшувати витрату палива. Так, перехід на одну передачу вище з одночасним зменшенням швидкісного режиму двигуна (до рівня 80…83% номінального швидкісного режиму) зменшує витрату палива на 1,38 кг/год, а перехід на дві передачі вище (із зменшенням швидкісного режиму двигуна до 68% номінального) зменшує її на 2,76 кг/год.

Перевагою широкозахватних агрегатів, що рухаються по полю з меншою швидкістю, являється більш низький питомий опір машин. Встановлено, що при збільшенні їх швидкості з 5 до 10 км/год тяговий опір збільшується на 4,5…7%, а витрата палива в розрахунку на гектар підвищується на 2,5…5%. При невисокій швидкості руху агрегату і низькому навантаженні двигуна можна включити підвищену передачу та зменшити частоту обертання колінчастого валу двигуна, що дозволяє зекономити паливо.

Значна витрата палива відбувається при роботі з несправними або не правильно відрегульованими сільськогосподарськими машинами.

Наприклад, при оранці неправильно з’єднаний з трактором плуг, із затупленими лемешами спричинює перевитрату палива до 20…30%.

Із збільшенням ріжучої кромки лемеша до 4 мм витрата палива на 1га може збільшитись на 2,5…2,8 кг, а при затупленні лап культиватора — на 0,4…0,5 кг.

Витрата палива в значній мірі залежить від стану робочої поверхні робочих органів плуга. Наприклад, коефіцієнт тертя ржавої лемішної сталі, та в нормальному робочому стані відповідно становить 0,63 та 0,42, що викликає зниження продуктивності та підвищення витрати палива на 5…20%.

Поява несправності тракторів веде до перевитрати нафтопродуктів. Вплив несправності тракторів на збільшення витрати палива приведено в таблиці 9.

Таблиця 9. Залежність витрати палива від несправності окремих систем трактора

Значна перевитрата палива спостерігається там, де відсутні системи підігрівання двигунів у зимовий період, не проводиться сезонне технічне обслуговування, заміна літніх сортів палива і масел на зимові, відсутнє утеплення двигунів. При цьому в 1,5…2,0 рази збільшується період розігрівання двигуна перед пуском і в 3…4 рази збільшується час розігрівання двигуна до нормального теплового режиму. А це, в свою чергу, досить суттєво впливає на витрату палива при проведенні даної операції.

Велике значення на витрату палива має тепловий режим двигуна. Підвищена температура впливає на окислення палива, при якому утворюється смолисті з’єднання, які, в свою чергу, інтенсифікують утворення нагару у камері згорання двигуна, що знов-таки більше сприяє підвищенню температурного режиму двигуна і, відповідно, зниженню його економічності. Все це сприяє зменшенню міжремонтного строку двигуна на 20…30% і збільшення витрати палива на 6…8%.

Угорські фахівці відзначають, що найбільш сприятлива вологість ґрунту складає 13…15%. Оптимальна швидкість руху при цьому складає (при виконанні ґрунтообробних операцій) 7…8 км/год, при сівбі зернових — 10…11 км/год. Вибір оптимальної швидкості руху і ширини захвату агрегату дозволяє зменшити витрату палива при оранці на 10%, культивації — на 30%.

В останні роки рядом зарубіжних фірм організовано виробництво ВВП, які діють не тільки з традиційними частотами обертання 540 і 1000 хв^-1, а і з частотою обертання 750 хв^-1.

Фірма „Штайер” випускає тракторний ВВП, який працює з частотами обертання 540, 750, 1000 і 1320 хв^-1. В австралійському університеті землеробства встановлено, що застосування частоти обертання ВВП 750 хв^-1, економічно доцільно тільки в тих випадках, коли сільськогосподарська машина завантажує двигун трактора не більше, ніж на 70%. При експлуатації тракторів в господарствах з перевагою кормових угідь використання ВВП, який працює із швидкістю обертання 750 хв^–1, дозволяє зменшити витрату палива на 0,25…0,5 л/год.

Норвезька фірма „Квернеланд” застосувала пристрій для автоматичного регулювання ширини захвату плуга під час руху агрегату. Відповідне зменшення або збільшення ширини захвату плуга дозволяє оптимально завантажити трактор та зменшити витрату палива.

Використана література

1.       В.В. Гришко, В.І. Перебийніс та В.М. Рабштина /Енергозбереження в сільському господарстві (економіка, організація, управління). – Полтава: «Полтава», 1996. – 280 с.

2.       В.В. Гришко / Проблеми управління ресурсовикористанням у галузях агропромислового комплексу /енергетичні аспекти/. – К. Інститут економіки Міністерства економіки України, 1997. – 188 с.

3.       Медведовський О.К., Іваненко П.І. Енергетичний аналіз інтенсивних технологій в сільськогосподарському виробництві.- К.: Урожай, 1988.— 208 с.

4.       Бабій В.П. Оптимізація структури комплексів машин для рослинництва. Науковий вісник НАУ-К.:,2003.- с.32-35.