1.5.4. Екологізація землеробської техніки запорука підвищення продуктивності рільництва і охорони ґрунтів


Повернутися на початок книги
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 
30 31 32 33 34 35 

Загрузка...

Спеціально вивчаючи динаміку щільності будови ґрунту, В.В. Ме-дведев та ін. (2004) встановили, що, незважаючи на застосовувані спо-соби обробітку, протягом значної частини вегетаційного періоду щільність, навіть чорноземного ґрунту, нерідко виходить за межі оп-тимальних параметрів. Застосовувані Грунтообробні знаряддя не тіль-ки «не вміють» створювати потрібної щільності, але не здатні навіть і підтримати її в часі. Втім, останнього завдання в землеробстві ніколи й не ставили.

Вчені переконані, що безумовні успіхи землеробської механіки, не супроводжувалися б численними негативними наслідками для ґрунту (переущільнення, розпорошення, водна й вітрова ерозія і, взагалі, зни-ження стійкості як компонента навколишнього середовища), якби фі-зико-механічний напрям у ґрунтознавстві й землеробстві дістав пов-ноцінного розвитку.

Вітчизняні Грунтознавці відзначають тривожні тенденції, що з’явилися у конструкції і характеристиках нової техніки — тракторів, ґрунтообробних знарядь, машин для сівби й удобрення, комбайнів, за-собів для внесення пестицидів та інших автомобільно-транспортних засобів: повсюдна заміна гусеничних ходових систем на колісні; збі-льшення ширини захвату (з 4—6 до 18—24 м і більше) мапшнно-тракторних агрегатів: збільшення сили тяги на гаку, що виявилося най-більш простим способом агрегатування сільськогосподарських машин великої маси; збільшення швидкості руху з 4—5 до 9—15 км/год під час виконання технологічних операцій; зростання частки комбінова-них (переважно важких) Грунтообробних і посівних машин; поява но-вих технічних засобів, за допомогою яких можливі більш глибокі об-робітки (до 0,5—0,7 і навіть до 1,0 м), щілювання, кротування, плантажування, інтенсивне розпушування, вирівнювання поверхні, створення спеціального мікрорельєфу, перемішування й змішування окремих шарів ґрунту; домінування багатоопераційних технологій, у результаті чого, наприклад, під час вирощування цукрових буряків, кі-лькість операцій, не враховуючи збирально-транспортних, доведено до 20—25.

Відзначені тенденції декому (і дотепер) здаються цілком виправдани-ми й економічно обґрунтованими. Адже більшість перерахованих новацій були наслідком необхідності підвищити продуктивність праці в земле-робстві через відтік сільських трудівників у міста. Це спостерігалося про-тягом майже усього періоду соціалістичного господарювання. Оснащення сільськогосподарських   підприємств   технічними   засобами   дозволяло

впроваджувати нові («прогресивні», «індустріальні» й інші) технології, у стислий термін виконувати операції і, зрештою, забезпечувати більш-менш успішний розвиток аграрного сектору економіки.

Одночасно зростали маса МТА (з 1,5 до 3—5, а якщо врахувати масу нових комбайнів з повним бункером, і до 18—20 т) і потужність тракторів (з 75 до 150 і навіть 300 кінських сил). Вилучали з виробництва застарілі марки машин і агрегатів і поступово формувалася система машин. Селу стали постачати не розрізнені машини й знаряддя, а комплексні засоби механізації й автоматизації із поліпшеними техніко-економічними харак-теристиками, сучасним компонуванням і високими ергономічними показ-никами, що значно поліпшило умови праці механізаторів.

Звичайно, технічний прогрес в землеробстві величезний. На цьому досить сприятливому тлі результати досліджень, що свідчать про мо-жливе переущільнення, розпилення і деградацію ґрунтів внаслідок надмірно інтенсивного обробітку переважно важкою технікою, сприймалися байдуже або не сприймалися зовсім. Голос ґрунтознавців довгий час не був почутим. Хоча, заради об'єктивності, варто згадати, що ще Н.А. Качинський в 1924 році вказав на небезпечність безконт-рольного збільшення маси МТА. Більше того, є згадка про аналогічні застереження, висловлені німецькими дослідниками ще на стику 19 і 20 століть, тобто, більше 100 років тому (W.R.Gill el al., 1967).

Але поступово тривожні тенденції посилення негативного впливу на Грунт МТА і несприятливі зміни властивостей ґрунтів внаслідок цього все-таки стали помічати. Бурхливий потік публікацій на цю тему, блиску-чі публіцистичні твори, наприклад, 3. Фолкнера (1959) і багатьох інших робили свою справу. Поступово стали формуватися альтернативні погля-ди на обробіток і ґрунтообробні машини. Починаючи з 60-х років 20 сто-ліття, з'явилися перші праці про мінімальні, дещо пізніше — нульові тех-нології обробітку і відповідні технічні засоби. Приблизно в цей же час, після спалаху вітрової ерозії в Північному Казахстані в результаті масово-го розорювання цілинних земель, були розроблені ґрунтозахисні безполи-цеві технології обробітку ґрунту з набором нових технічних засобів для сівби і вирощування культур. Ці технології знайшли широке попшрення і не тільки у вітроерозійнонебезпечних регіонах.

Найзначнішою спробою ґрунтознавців обмежити негативний вплив на ґрунт мобільних сільськогосподарських засобів було введення ста-ндарту припустимого питомого тиску МТА на Грунт (Русанов В.Л. та ін., 1986). Стандарт досить жорстко обмежував тиск на ґрунт, особли-во у весняний період, під час передпосівних операцій і сівби, коли Грунт найбільш піддатливий до ущільнення, і воно може поширювати-ся глибше посівного шару, пригнічувати ріст коренів, знижувати до-ступність рослинам поживних речовин і води, викликаючи зменшення врожаю. Як було встановлено дослідженнями розробників стандарту, розущільнення ґрунтів в разі перевищення певних параметрів щільно-

сті відбувається досить повільно, висока щільність стабілізується на багато років. Дотримання положень стандарту вимагало значних зу-силь від конструкторів і агротехнологів. Зокрема, потрібно було різко обмежити застосування на полях у весняний період енергоємної колі-сної техніки (наприклад, таких тракторів як T-150K і навіть МТЗ-82) або зовсім відмовитися від неї у цей час. Без будь-якого перебільшен-ня, як зазначають В.В. Мелведєв, Т.М. Лактіонова (2008), цей стандарт був революційною розробкою, що вперше у світі істотно й рішуче сприяла охороні ґрунтів. Вона була позитивно сприйнята ґрунто-знавцями і навіть помічена за рубежем [F.CJ.Tijink el al., 2001; J. Hakansson, 2005].

Отже, цілком зрозуміло, що вплив ходових систем МТА й робочих органів ґрунтообробних машин на ґрунт варто обмежувати. Потрібно стримувати прагнення інженерів конструювати переважно потужні енергонасичені трактори, і створення агротехнологами багатоопера-ційних технологій, що характеризуються більшим числом проходів техніки по полях. Сучасні МТА й технології не повинні призводити до погіршення фундаментальних властивостей Грунтів, а саме: здатності протистояти навантаженню, структурної стійкості, здатності до відно-влювання характерних параметрів властивостей Грунту. Інакше Грунт незворотно деградує. Але й без обробітку також не можна. Адже ме-ханічний обробіток існує стільки, скільки існує землеробство. Впро-довж багатьох тисяч років його мета залишалася практично незмін-ною, але в останні кілька десятиліть способи й знаряддя обробітку значно інтенсифікувалися. Насамперед, інтенсифікація торкнулася ча-стоти й глибини механічного впливу па ґрунт.

У цих умовах агрономічні вимоги необхідно розглядати як деякий компроміс між необхідністю обробітку Грунту і необхідністю прове-дення його у певних рамках. Це стримувальний важіль щодо подаль-шого посилення інтенсифікації механічного обробітку Грунту. He мо-жна і надалі: нарощувати масу машин, обробляти ґрунт за неспри-ятливої його вологості, використовувати уніфікований набір машин і знарядь у принципово різних ґрунтово-кліматичних умовах. 3 іншого боку, не слід обробляти ґрунт там, де у цьому немає потреби. В Украї-ні, на відміну від країн з розвиненим землеробством, домінує дуже ін-тенсивний механічний обробіток, незважаючи на скромні енергетичні можливості сільського господарства. А між тим, у світі, навіть у краї-нах зі сприятливими економічними результатами, домінуючу роль по-сідають енерго- і ґрунтозбережувальні екологобезнечні технології. Україна, як держава з великими аграрними амбіціями, не повинна проходити повз ці тенденції.

Гармонізація взаємин між ґрунтом і технікою можлива, якщо маса машин буде не вище нормативного допустимого навантаження, розкли-нювальні зусилля робочого органу — не вище сили зчеплення структур-

ного агрегату агрономічно корисного розміру, а обробіток буде здійсню-ватися з урахуванням реологічного стану Грунту у цей час. Тоді, напевно, не виникне залишкової (незворотньої) деформації, розпилення або утво-рення брил. Але ще важливіше, щоб інженери-конструктори сільськогос-подарської техніки та її користувачі знали й враховували надзвичайно ве-лику розмаїтість ґрунтів як об'єкта механічного обробітку.

Конструювання й експлуатація ходових систем МТА і ґрунтообробної техніки повинні здійснюватися відповідно до Грунтово-кліматичних умов. Із властивостей ґрунтів, перш за все, потребують урахування грануломет-ричний і макроагрегатний склад, щільність будови, питомий опір і воло-гість в момент обробітку, тому що саме ці властивості визначають техно-логічні умови обробітку і якість останнього.

Параметри перелічених властивостей В.В. Медведєв, Т.М. Лактіо-нова (2008) поділили на 5 класів: 1 — сприятливі, 2 — середні, 3 — середньоважкі, 4 — важкі й 5 — дуже важкі умови обробітку ґрунту. Клас «сприятливі умови» розглядали як еталонний.

Під «умовами» вчені розуміють перш за все комплекс властивос-тей ґрунтів, що описують їх як об’єкт обробітку (фізико-механічні, технологічні і реологічні властивості, що обумовлюють параметри мі-цності, липкості та якість кришіння) і меншою мірою їх агрономічний та екологічний стан.

Науковці вивчили вплив деяких властивостей Грунту на формуван-ня технологічних умов на орних землях України, площу яких прийня-ли за 30 млн га (100 %) (табл. 21).

Серед гранулометричних фракцій, що важливі для оцінки ґрунто-во-технологічних умов, — фракція піску, яка впливає на абразивні властивості, фракція фізичної глини (<0,01 мм) і фракція мулу (<0,001 мм). Обидві останні фракції формують параметри фізичних і фізико-механічних властивостей ґрунтів.

Важкі і дуже важкі ґрунтово-технологічні умови охоплюють майже всі сухостепові регіони, приблизно 50 % площі орних земель. Особли-во складні умови тут формуються під час проведення основного обро-бітку, коли вологість Грунтів, як правило, нижче фізичної спілості, й високоякісно зорати вдається лише в окремі роки. У цьому регіоні ви-трати на механізовані польові роботи найбільші.

Щільність будови орних ґрунтів перед проведенням основного об-робітку на значних просторах Лісостепу й Північного Степу не пере-вищує 1,25 г/см3. Це дозволяє оцінювати ці ґрунти як сприятливі в технологічному розумінні. У межах цих територій, у зв'язку з ерозією (Вінницький «острів» темно- і ясно-сірих змитих Грунтів) або оглеєн-ням (Передкарпаття), щільність будови зростає, а ґрунтово-техно-логічні властивості відповідно погіршуються. У зоні Сухого Степу Грунтово-технологічні властивості ріллі також погіршуються у зв'язку із проявами осолонцювання.

Таблиця 21

РОЗПОДШ ОРНИХ ЗЕМЕЛЬ УКРАЇНИ ЗА ДЕЯКИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ ҐРУНТІВ (Медведсв В.В., Лшяіонова Т.М., 2008)

 

Класи

ґрунтово-

технологіч-

них умов        Гранулометрична фракція <0,001 мм         Рівноважна щільність будови          Питомий опір ґрунтів під час оранки

 

            Вміст мулу в орному шарі, %           Площа ґрунтів           Щільність будови у шарі 0—50 см, г/см3            Площа ґрунтів           Питомий опір,

кг/см2 Площа ґрунтів

 

           

            %         млнга 

            %         млнга 

            %         млнга

1          2          3          4          5          6          7          8          9          10

1          <10      9,4       2,82     <1,25   42,3     12,7     <0,45   5,4       1,63

2          10—20            20,0     6,01     1,26—1,35      29,9     8,98     0,46—0,50      5,8       1,74

3          20—30            19,6     5,89     1,36—1,45      13,4     4,03     0,51—0,55      18,0     5,41

4          30^0    34,8     10,44   1,46—1,55      7,1       2,13     0,56—0,60      40,4     12,12

5          >40      14,8     4,43     >1,55   7,2       2,17     >0,60   30,3     9,10

            відсутні дані   1,4       0,41                                                               

Продовження табл. 21

 

Класи

ґрунтово-

технологіч-

них умов        Сума макроагрегатів 0,25—10 мм  Брилистість

 

            Вміст макроагрегатів, %       Площа ґрунтів           Вміст брил розміром більше 10 MM, %      Площа ґрунтів

 

           

            %         млн га

            %         млн. га

1          11        12        13        14        15        16

1          >70,0   28,8     8,65     <10      5,9       1,76

2          70—60            42,1     12,64   11—30            71,7     21,50

3          60—50            17,8     5,30     31—50            10,9     3,29

4          50^0    0,5       0,15     51—70            1Д       0,32

5          <40      0,8       0,25     безструктурні Грунти           9,6       2,89

            безструктурні Грунти           9,3       2,78     немає даних   0,7       0,23

 

            відсутні дані   0,8       0,23                           

 

Специфічну найгіршу оцінку за щільністю будови отримали ґрунти Полісся, а також території з легким гранулометричним складом, що до певної міри суперечить сприятливій оцінці легких Грунтів за парамет-рами питомого опору під час обробітку й зчеплення, які є мінімальни-ми. Однак, через практично повну відсутність процесів агрегації, рів-новажна щільність у легких Грунтах максимальна, і також макси-мальна абразивна здатність. Неглибоке (нерідко в межах оброблюва-ного шару) залягання оглеєння або ілювіального горизонту також ускладнює проведення Грунтообробних операцій.

Але набагато важливіша інша обставина. Обробіток у Поліссі до-сить короткочасно впливає на властивості верхнього шару Грунту. Пе-ріод його релаксації після механічного розпушування дуже короткий, потенціал оптимізації фізичних властивостей мінімальний (знову ж таки внаслідок легкого гранулометричного складу, ненасиченості на кальцій і низької гумусованості). Тому ґрунти тут постійно переущі-льнені (рівноважна щільність у межах 1,50 г/см3 пригнічує ріст коре-невих систем більшості польових культур), а завдання механічного обробітку й технічних засобів зовсім інші порівняно з тими, що покла-дені на нього у лісостеповій і степовій зонах.

Основна закономірність зміни питомого опору Грунтів у географіч-ному просторі України полягає в поступовому підвищенні параметрів цього показника з північного заходу на південний схід (синхронно зростанню вмісту у складі ґрунтів фракції фізичної глини). Остання обставина є визначальною, хоча не можна абсолютизувати цю законо-мірність, знаючи, як інші чинники (оструктуреність, солонцюватість і зволоження) її коригують.

У межах зони Полісся (дерново-підзолистих Грунтів) питомий опір піщаних різновидів переважно становить 0,35—0,40, супіщаних — 0,40—0,45 і супіщано-суглинкових — 0,45—0,50 кг/см2. У лісостепо-вій і степовій зонах України величини питомого опору чорноземних Грунтів такі: легкосуглинкових різновидів — 0,50—0,55, середньосуг-линкових — 0,55—0,60, важкосуглинкових — 0,60—0,70, легкоглини-стих — 0,70—0,80 і середньо- і важкоглинистих — більше 0,80 кг/см2.

Відомо, що вміст у ґрунті агрономічно корисної фракції розміром 0,25—10 мм визначає якість кришіння його під час обробітку. Чорно-земи типові південної частини Лісостепу і чорноземі звичайні північ-ного Степу важкосуглинкового гранулометричного складу В.В. Мед-ведєв, Т.М. Лактіонова (2008) визнають найкращими і в агрономіч-ному, й у технологічному розумінні. У цих ґрунтах вміст фракції агре-гатів агрономічно корисного розміру після обробітку становить не ме-нше 70 %, що точно відповідає еталонному параметру і досягається обробітком пасивним робочим органом за вологості, близької або на-віть трохи нижчої за вологість фізичної спілості (тобто, за досить ши-рокого діапазону зволоження). У цих ґрунтах є навіть деякий резерв

для подальшого поліпшення структурного стану оброблюваного шару, якщо обробіток проводити тільки за вологості оптимального кришіння (за більш вузького діапазону зволоження), за підвищеної швидкості або за допомогою активного робочого органу. Всі ці заходи, згідно із висновками з досліджень П.У. Бахтіна (1969), здатні поліпшити кри-шіння Грунтів.

Водночас чорноземи типові, опідзолені й темно-сірі ґрунти легко-суглинкового гранулометричного складу в північній і північно-західній частинах Лісостепу (у перехідній до Полісся смузі) після об-робітку мають набагато гірші показники кришіння в агрономічному розумінні (40—50 %).

Якщо прийняти брилистість у 30 % за граничну величину, вище якої характеристики якості ріллі істотно погіршуються (внаслідок, на-самперед, посилення непродуктивного випаровування вологи), то ви-являється, що таких ґрунтів в Україні 12 %, або близько 3,5 млн га. Тут імовірність утворення брил під час обробітку досить висока. Це значить, що на ґрунтах, віднесених до третього класу ґрунтово-техно-логічних умов, одержати високу якість ріллі після звичайного плужно-го обробітку досить проблематично. У південному Сухому Степу слід побоюватися несприятливих наслідків від утворення брил більше, ніж від розпилення і вітрової ерозії. Вітрова ерозія тут — це епізодичне явище, відзначається не щороку й тільки на окремих, не захищених сніговим або рослинним покривом агрофонах, а утворення брил спо-стерігається щорічно, супроводжуючи не тільки глибокий, але й будь-який обробіток. Підвищена здатність солонцюватих аридних орних ґрунтів утворювати брили під час обробітку повинна бути врахована як у технологіях, так і в конструкції технічних засобів.

Восени зволоженість оброблюваного шару, порівняно з весняним періодом, помітно погіршується, від чого площа ріллі 3 можливим ви-сокоякісним глибоким основним обробітком, зменшується. Практич-но, це є реальним лише в західній провінції Лісостепу, усього на 14 % ріллі, на іншій частині орних земель України ґрунтово-технологічні умови для традиційної оранки незадовільні. Саме тому там, де її про-водять, так багато брил на полях. Для агрономів-практиків це добре відомо і майже кожний з них має свій власний досвід вирішення про-блеми можливого утворення брил. Як правило, оранка або перено-ситься на пізніший строк, або, якщо ж і виконується, то починається з лущення. Але, ймовірно, ліпше було б обмежуватися лише поверхне-вим обробітком, не піддаючи ґрунт додатковій деформації.

У дійсності ж в будь-якому ґрунті складним чином взаємодіють рі-зноманітні й по-різному спрямовані властивості, які в цілому форму-ють суперечливі й не завжди чіткі ґрунтово-технологічні умови. На-приклад, у легких Грунтах підвищена абразивна здатність поєднується зі здатністю цих ґрунтів легко піддаватися розпушуванню. У ґрунтах

важкого гранулометричного складу виражена реолопчна активність (зміни фізико-механічних властивостей зі зміною вологості) може ви-кликати значні відхилення у величинах характеристик міцності і пи-томого опору ґрунту за межами фізичної спілості. Саме тому тільки комплексна синтезована оцінка, що одночасно враховує кілька власти-востей Грунтів, може наблизити нас до реальної оцінки ґрунтово-технологічних умов.

Тому вченими складені зведені (синтезовані) карти ґрунтово-технологічних умов, а також карти, за допомогою яких можливо окре-слити регіони, де є небезпека переущільнення, підвищеної зношувано-сті знарядь та розпилення Грунтів.

Згідно зі зведеною картою ґрунтово-технологічннх умов із 30 млн га ріллі 8,5 % належать до сприятливого класу, 15,8 — середнього, 24,2 — середньоважкого, 18,2 — важкого, 22,6 — дуже важкого, а для

10,7

відсутні дані (рис. 6).

 

Рис 6. Зведена карта грунтово-технологічних умов на орних землях України (Медведєв В.В., Лактіонова Т.М., 2008)

Зведена карта відбиває ряд просторових закономірностей зміни ґрунтово-технологічних умов на орних землях України. Оптимальні умови для обробітку й одержання найкращої якості ріллі спостеріга-

ються на відносно невеликій (8,5 %, або 2,56 млн га) площі Централь-ного й Лівобережного Лісостепу, де домінують чорноземи типові й опідзолені легко- та середньосуглинкового складу, помірно гумусова-ні, з високим потенціалом і фактичним рівнем агрегації. Помірно ви-ражені показники міцності маси ґрунту (всі види опору — зсув, роз-клинювання, стиснення, роздавлювання тощо, а також зчіплення і тертя) (Медведев В.В., Лактіонова Т.Н., 2007), й досить тривалій пері-од з вологістю фізичної спілості дозволяють обробляти їх у період найкращого кришіння з мінімальними витратами енергії. Більше того, тут є всі можливості мінімізувати обробіток і навіть повністю відмо-витися від нього, тобто тим самим мінімізувати механічне наванта-ження на ґрунт і захистити його від фізичної деградації. У цьому ви-падку небезпека переущільнення, розпилення й утворення брил усувається. Крім того, тут практично відсутні чинники, що ускладню-ють обробіток (щебенюватість, солонцюватість і оглеєність). Інакше кажучи, на цій території відзначається гармонійне поєднання чинни-ків, що обумовлюють енергетичну (і, ймовірно, економічну) вигідність механічного обробітку з одночасними сприятливими екологічними й агрономічними наслідками (Медведєв В.В., 2007).

Однак, поряд з високою оцінкою цієї частини ріллі, доводиться констатувати, що в Україні цілком достатньо інших, менш цінних те-риторій. Навіть у Поліссі, де домінують ґрунти легкого гранулометри-чного складу, обробіток яких не створює жодних істотних труднощів, Грунтово-технологічні умови, проте, вченими оцінено як важкі й дуже важкі. Причина — у надзвичайно високій рівноважній щільності будо-ви, дуже низькому потенціалі й фактичному рівні агрегації, існуванні небезпеки розпилення і досить частій присутності в поверхневому ma-pi оглеєності.

Строкатими є Грунтово-технологічні умови в Степу, особливо на півдні і сході зони. У цілому можливості для ощадливого і якісного обробітку Грунтів у цій зоні є незрівнянно гіршими, ніж у Лісостепу.

Викладену інформацію про ґрунтово-технологічні умови на орних землях України доповнимо прогнозними даними вчених про небезпеку прояву переущільнення, розпилення ґрунтів і абразії (спрацювання) робочих органів ґрунтообробних знарядь.

Переущільнення орних ґрунтів — найнебезпечніше явище, є нас-лідком інтенсивного механічного обробітку і визнане у всіх країнах з розвинутою землеробською діяльністю. Тепер, у силу популярності цієї проблеми, процес переущільнення досить непогано вивчено, у то-му числі й в Україні. Серед Грунтових факторів, що обумовлюють пе-реущільнення, найактивніше впливають гранулометричний склад, a також параметри вологості й щільності будови, що складаються без-посередньо перед проведенням обробітку. Характеристики застосову-ваних ходових систем, склад МТА, що залежить від культури й техно-

логії її вирощування, дуже різноманітні і врахувати цю розмаїтість до-сить складно. Тому пропонований вченими прогноз і відповідну карту точніше назвати картою схильності ґрунтів до переущільнення. На думку В.В. Медведєва, Т.М. Лактіонової (2008), саме такий підхід до-зволить, уточнивши території з найбільш уразливими Грунтами, роз-робити відповідні профілактичні заходи й вимоги до технологій і тех-нічних засобів, що обмежують або усувають це небезпечне явище.

Вихідні положення, віднайдені у численних експериментах, є такими: небезпека переущільнення практично не загрожує ґрунтам легкого грану-лометричного складу, з високими параметрами вихідної щільності й зни-женою вологістю. Навпаки, високою схильністю характеризуються гли-нисті Грунти, з низькою рівноважною щільністю і вологістю, що дорівнює або вище вологості фізичної спілості. Але запропонована науковцями ди-ференціація Грунтово-технологічних особливостей між класами (табл. 22) певною мірою умовна. Умовна тому, що, коли ґрунт, навіть легкого гра-нулометричного складу, зазнає надмірного тиску (наприклад, навесні, ко-ли ущільнення спричинюється передпосівним обробітком, сівбою і вне-сенням добрив однією комбінованою машиною з питомим тиском вище 1,0 кгс/см2), то він також здатний до переущільнення. Аналогічним є вплив весняного обробітку на ґрунт важкого гранулометричного складу, що може переущільнити його майже незворотно, принаймні, на декілька років (Медведєв В.В., 2007).

Таблиця 22

ВИХІДНА ІНФОРМАЦІЯ ДЛЯ ПОБУДОВИ СИНТЕЗОВАНОЇ КАРТИ ПРОГНОЗУ ПЕРЕУЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ (Медведев В. В., Лаістіонова Т. М., 2008)

 

Класи ґрунтово-технологічних умов небезпеки переущільнення ґрунтів під час обробітку              Враховані фактори

 

            Коди класів    гранулометричний склад     вологість ґрунту під час весняно-го і осіннього обробітків, у частках від фі-зичної стиглості        рівноважна

щільність бу-

дови ґрунту в

оброблюва-

ному шарі,

г/см3

Відсутня         1          Піщані,    глинисто-піщані і супіщані          <0,7     >1,55

Слабка            2          Легкосуглинкові        0,7—0,8          1,46—1,55

Помірна          3          Середньосуглинкові 0,8—0,9          1,36—1,45

Висока            4          Важкосуглинкові       0,9—1,0          1,26—1,35

Надто висока 5          Глинисті        >1,0     <1,25

Зі збільшенням у складі орного шару дрібнодисперсних компонен-тів, підвищенням вологості в момент обробітку й зниженням рівнова-жної щільності будови схильність Грунтів до переущільнення посилю-ється. Слід наголосити ще раз: мова йде про схильність, але аж ніяк не про фактичне переущільнення, тому що останнє може трапитися на будь-якому ґрунті, якщо не буде дотримано багато інших умов. На-приклад, якщо передпосівний обробіток буде виконуватися важкими тракторами і за підвищеної вологості, тому представлену вченими кар-ту варто сприймати як попередження, як рекомендацію особливо ува-жного планування технологій і складання МТА в уразливих регіонах. I така обережність не завадить майже на 22 млн га ріллі. Із 30 млн га орних земель під час обробітку небезпека переущільнення відсутня на 2,9 % площі ріллі, слабка — на 12,2, помірна — 9,3, висока — 57,3, надто висока — 15,5, відсутні дані для 2,7 % ріллі (Медведєв В.В., Ла-ктіоноваТ.М., 2008).

Для побудови синтезованої карти небезпеки розпилення ріллі під час обробітку вчені використовували дані вмісту пилу за результатами структурного й гранулометричного аналізів, а також дані вологості Грунту під час обробітку й відомості про наявність солонцюватості Грунтів, яка є активним дезінтегратором у Грунті, тобто, фактором, що підсилює небезпеку розпилення Грунту під час обробітку (табл. 23).

Таблиця 23

ВИХІДНА ШФОРМАЦЮ ДЛЯ ПОБУДОВИ СИНТЕЗОВАНОЇ КАРТИ НЕБЕЗПЕКИ РОЗПИЛЕННЯ ҐРУНТУ ШД ЧАС ОБРОБІТКУ

 

                        Враховані фактори

Класи ґрунтово-

технологічних

умов небезпеки

розпилення ґрунту

під час обробітку       Коди класів                                      

Відсутня         1          <5        <5        >1,0     Без ознак

Слабка            2          5—15  6—10  1,0—0,9          Слабкий ступінь

Помірна          3          15—25            11—15            0,9—0,8          Середній ступінь

Висока            4          25—35            16—20            0,8—0,7          Сильний ступінь

Надто висока 5          >35      >20      <0,7     Сильний ступінь

Найбільш висока небезпека розпилення Грунтів під час обробіт-ку присутня в усіх слабооструктурених Грунтах, тобто ґрунтах, зба-гачених гранулометричними фракціями крупного пилу, які важко залучаються в мікро- і макроагрегати, у ґрунтах з недостатнім вміс-том органічних речовин, у Грунтах з явними ознаками солонцюва-тості, а також у ґрунтах, обробіток яких виконують за недостатньо-го зволоження. Зауважимо, що всі ґрунти з переліченими ознаками зазнають інтенсивного механічного обробітку і в разі його подаль-шої інтенсифікації небезпека розпилення може зрости. Площі з ви-сокою і дуже високою небезпекою розпилення грунту досить значні — понад 10 млн га.

Таблиця 24

ВИХІДНА ІНФОРМАЦІЯ ДЛЯ ПОБУДОВИ СИНТЕЗОВАНОЇ КАРТИ СПРАЦЮВАННЯ (АБРАЗІЇ) РОБОЧИХ ОРГАНІВ ҐРУНТООБРОБНИХ МАШИН

 

                                   Враховані фактори   

Класи ґрунтово-      

                                                          

технолопчних

умов, що визна-

чають ступінь                                                                      

абразії робочих органів ґрунто-                                                                

 

обробних ма-                                                          

шин               

                                              

           

           

                                              

Відсутня         1          <5        <0,45   >1,0     без ознак        Без ознак

                                                                      

Слабка            2          5—15  0,46—0,50      1,0—0,9          щебенюваті    ступінь

Помірна          3          15—25            0,51—0,55      0,9—0,8          те саме           Середній ступінь

                                                                      

Висока            4          25—35            0,56—0,60      0,8—0,7          те саме           ступінь

Надто висока 5          >35      >0,60   <0,7     те саме           Те саме

Під час взаємодії робочого органу ґрунтообробної машини із ґру-нтом неминуче виникає абразія, у результаті якої поступово зношу-ються знаряддя, а в ґрунті накопичуються часточки металу. Основ-ною причиною абразії є наявні в ґрунті піщані й крупнопилуваті елементи. Вони практично не залучаються в мікро- і макроагрегати,

мають високу твердість (тому що переважно представлені кварцем), шорсткувату поверхню і підвищену абразивну здатність. Вміст у ґрунті гранулометричної фракції >0,25 мм вказує на його потенційну абразивну здатність. У реальних умовах цей процес може бути поси-лений за наявності в орному шарі щебеню і гравію, і послаблений за обробітку Грунту у стані фізичної спілості. В останньому випадку волога виступає як змащення, що зменшує зношування. Під час по-будови синтезованої карти В.В. Медведєв, Т.М. Лактіонова (2008) спробували врахувати згадані фактори і, крім того, ще й питомий опір (інтегральний показник, що оцінює енергетичні параметри вза-ємодії робочого органу із ґрунтом), а також такий важливий чинник як солонцюватість (табл. 24).

Найменше виражений процес абразії в Лісостепу, де сприятливо поєднуються мінімальний вміст неагрегованих піщаних часток, помір-ні величини питомого опору ґрунтів і, як правило, близька до фізичної спілості, вологість Грунту під час обробітку. Таких територій в Україні майже 30 %, або близько 10 млн га.

Але й у цій зоні, особливо на її периферії (у крайніх східній і захі-дній частинах), є чимало земель, де абразивність зростає головним чи-ном через підвищення питомого опору ґрунту. Максимально виражена абразія в Поліссі, а також у зоні Південного Сухого Степу, хоча стро-катість оцінок і в цих зонах досить висока.

Використовуючи інформацію про гранулометричний склад, рів-новажну щільність будови і вміст у ґрунті агрономічно корисних агрегатів, науковці оцінили придатність Грунтів до проведення мі-німального й нульового обробітку (табл. 25). Було обрано простий принцип: чим кращі агрофізичні параметри Грунту, тим більше мо-жливостей для мінімізації його обробітку. Вчені стверджують, що найкращі ґрунти з оптимальними параметрами структурного стану й щільністю будови зосереджені в Лісостепу. Це переважно чорно-земи типові середньосуглинкового гранулометричного складу. По-тенційні умови для формування сприятливих режимів тут, безсум-нівно, кращі. За сприятливих умов зволоження й виконання інших елементів високої культури землеробства високі й сталі врожаї найбільш імовірні на цій території.

3 погіршенням ключових параметрів будови ґрунту потенційні умови для скорочення обробітку теж погіршуються, а на площі 6,4 млн га ріллі (21,3 % орних земель), за підрахунками вчених, мінімізація практично неможлива. 3 30 млн га орних земель нульовий обробіток можливий на 5,49 млн га (18,3 % ріллі), мінімальний — 13,01 млн га (43,4 %), звичайна зональна технологія з максимальним насиченням елементами мінімізації — 4,22 млн га (14,1 %) і звичайна зональна технологія з елементами мінімізації — 0,38 млн га (1,3 %).

Таблиця 25

ВИХІДНА ІНФОРМАЦІЯ ДЛЯ ПОБУДОВИ СИНТЕЗОВАНОЇ КАРТИ ҐРУНТОВО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ УМОВ для МІНІМАЛЬНОГО I НУЛЬОВОГО ОБРОБІТКУ ҐРУНТУ (Медведев В.В., Лактіонова Т.М., 2008)

 

                        Враховані фактори

Класи ґрунтово-

технологічних умов,

що визначають мож-

ливий ступінь мінімі-

зації обробітку           Коди класів    грануломеіричний склад                

Нульовий обробіток 1          Легкосуглинкові,

середньосуглин-

кові     >70      <1,25

Мінімальний   обро-біток    2          Легкосуглинкові,

середньосуглин-

кові     70—60            1,26—1,35

Звичайна    зональна технологія з макси-мальним     насичен-ням елементами мі-німізації  3            Легкосуглинкові,

середньосуглин-

кові     60—50            1,36—1,45

Звичайна    зональна технологія з елеме-нтами мінімізації         4          Супіщані,  важко-суглинкові           50—40        1,46—1,55

Звичайна    зональна технологія     5          Піщані, глинисто-піщані глинисті   <40      >1,55

Підсумовуючи результати багаторічних досліджень, науковці зро-били наступні висновки:

—        Грунтово-технологічні умови на орних землях України досить різноманітні, переважають площі із кращими — першим і другим — класами, однак і площ із гіршими Грунтово-технологічними умовами (4 і 5-й класи) також досить багато;

—        за реологічними характеристиками (пластичністю, залипанням у вологому і брилістю в сухому стані) ґрунти Полісся можна, імовірно, назвати зовсім пасивними, тому що перехід з текучого у твердий стан

здійснюється досить швидко й у дуже вузьких межах пластичності, майже не проявляється липкість, низька деформація (через високу ви-хідну рівноважну щільність будови). Ці ґрунти, через поверхневе огле-єння, в разі швидкого наростання температур навесні схильні утворю-вати кірку. Підвищена кількість атмосферних опадів, наявність знижень у рельєфі і часте неглибоке залягання ущільнених ілювіаль-них шарів спричиняють поверхневе оглеєння, що також не сприяє які-сному обробітку. Тому, незважаючи на низькі величини питомого опору, вважати властивості Грунтів Полісся сприятливими для обробі-тку не можна;

—        властивості Грунтів Лісостепу в цілому більш сприятливі в тех-нологічному розумінні. Незважаючи на відчутний негативний вплив показників міцності їх маси і реологічних характеристик, оптималь-ність структурного складу й гармонійність порогового простору пом'якшують негативні ґрунтово-технологічні умови. Поліпшенню останніх також сприяє досить тривалий період, перебування ґрунту в стані фізичної спілості. Це основна умова енергетично вигідного, еко-логічно безпечного й агрономічно ефективного механічного обробітку, що у Лісостепу, за деякими винятками, проявляється найпомітніше;

—        Грунти Степу — найбільш важкі в розглянутому аспекті. Голо-вна причина — підвищені параметри міцності їх маси, що ускладню-ється посушливими умовами під час проведення обробітку й деякими особливостями оброблюваного шару (насамперед, осолонцюванням).

Усереднені характеристики фізичних і фізико-механічних власти-востей орного шару найбільш розповсюджених чорноземних Грунтів середньо- і важкосуглинкового гранулометричного складу за стану зволоження, який приблизно відповідає вологості оптимального кри-шіння, наступні: діапазон вологості фізичної спілості — 17—22 % від маси абсолютно сухого ґрунту; вміст агрономічно цінних агрегатів (10—0,25 мм) — 65—75 %; вміст брил (>10 мм) — 10—20 %; уміст пилу (< 0,25 мм) — < 15 %; рівноважна щільність будови — 1,1—1,3 г/см3; твердість (за плоского наконечника) — 5—15 кгс/см2; опір зсуву за рів-новажного ущільнення і навантаження 0,5 кг/см2 становить < 1,0 кг/см2, 1,0 — 1,0—3,0 і 2,0 кг/см2 — > 3,0 кг/см2; коефіцієнт внутрішнього те-ртя — 0,2—0,5; коефіцієнт тертя «ґрунт — метал» за питомого наван-таження 0,5 кг/см2 — <0,5(1,0); зчеплення — < 1,0 кг/см2; прилипання — 0,5—4,0 г/см2.

У будь-яких ґрунтово-кліматичних умовах під час вирощування кожної сільськогосподарської культури не повинна бути перевищеною межа допустимого ущільнення ґрунту. У зоні Полісся цей показник становить 1,71, у Лісостепу — 1,25, у Степу — 1,42 г/см3. Маючи пев-ний практичний досвід спостереження за його динамікою у виробни-чих умовах, В.В. Медведєв, Т.М. Лактіонова (2008) констатують, що для умов Полісся — це досить м'який критерій, дотримання якого не є

надто складним завданням. Щільність будови, вища за 1,7 г/см3, зу-стрічається в цій зоні лише в піщаних або сильно оглеєних ґрунтах, які в ріллі, як правило, не використовуються. У Степу й особливо в Лісо-степу — ситуація дещо інша, тому що в складі ріллі є багато ґрунтів, рівноважна щільність яких перевищує зазначені межі. Тому саме тут найчастіше перед землеробом постає завдання — забезпечити рівень ущільнення, що відповідає вимогам сільськогосподарських культур. В.В. Медведєв та iн. (2004) узагальнили матеріали досліджень про оп-тимальну щільність будови ґрунтів для більшості польових культур (крім садових і овочевих) і зробили висновки, які можна використати для обґрунтування агровимог до Грунтообробних машин стосовно щільності будови:

—        оскільки різниця у величині оптимальних параметрів щільності будови ґрунту для різних сільськогосподарських культур становить 0,10—0,25 г/см3, Грунтообробні робочі органи й технологія вирощу-вання польових культур повинні відповідати виконанню цих агрови-мог, дозволяючи оперативно контролювати цей параметр і, в разі по-треби, впливати на нього протягом вегетації;

—        щільність будови Грунту найсильніше впливає у перші дні після сівби на проростання насіння і формування коренів 1-го і 2-го поряд-ків. У міру розвитку коріння вплив щільності слабшає, залишаючись, втім, достовірним аж до збирання врожаю культур. Регулювання щільності ґрунту є доцільним у період передпосівного обробітку й у період формування рівноважної щільності, особливо, якщо цей період короткий, а сама рівноважна щільність перевищує оптимальні для ро-слин величини;

—        польові культури по-різному реагують на диференціацію коре-невмісного шару за щільністю по вертикалі (зернові — позитивно, просапні — негативно). Просапні культури до того ж висувають під-вищені вимоги до щільності ґрунту в рядку й дуже низькі вимоги до аналогічного показника в міжряддях. Це означає, що грунтообробні робочі органи повинні мати можливість диференціювати щільність будови в межах кореневмісного шару як по вертикалі, так і по горизо-нталі. I це ж, одночасно, означає, що існує можливість повної відмови від міжрядних розпушувань під час вегетації просапних культур, зви-чайно, з оглядом на агрофізичні і фітосанітарні умови;

—        розподіл параметрів щільності будови по вертикалі орного шару перед сівбою ярих культур вказує на наявність двох піків — безпосе-редньо в піднасіннєвому шарі й у плужній підошві. Якщо гранично допустимі параметри перевищено, це впливає на властивості ґрунтів і врожайність та вимагає оптимізації за допомогою відповідних ґрунто-обробних робочих органів. Певної географічної приуроченості відзна-чених піків значень щільності в кореневмісному шарі встановити не вдалося. їхнє виникнення, найімовірніше, залежить від погодних умов,

способу попереднього обробітку (в піднасіннєвому шарі — найчастіше за постійного поверхневого обробітку) і застосування важких МТА. На жаль, сучасні технології вирощування польових культур фактично не передбачають проведення розпушування піднасіннєвого шару після сівби культури (за винятком двофазного обробітку, що рекомендує A.M. Малієнко (1997) на дерново-підзолистих Грунтах), а відносно усунення плужної підошви чинні технології обмежуються лише про-філактикою;

— ущільнений піднасіннєвий прошарок, за умови якщо він не пе-реущільнений, не заважає росту коріння і не тільки не впливає негати-вно на надходження вологи, але й істотно обмежує її непродуктивне випаровування. Більше того, у модельних польових дослідах на чорно-земах, де цей прошарок формували спеціально, виявлено його позити-вну роль. Було зроблено висновок про корисність формування такої будови кореневмісного шару. Варто підкреслити, що нові дані про оп-тимальні параметри щільності піднасіннєвого шару Грунту та їхній вплив на властивості, режими Грунтів і врожай культур дозволяють іс-тотно переглянути колишні уявлення про щільність ґрунту, що укла-даються в традиційний постулат агровимог до неї: «Насіння варто по-класти на щільне ложе й прикрити пухким шаром вологого ґрунту», що існував з незапам'ятних часів і по суті зберігся дотепер.

Таким чином, деякі нові дані про вплив щільності будови й диферен-ціації її параметрів в орному й кореневмісному шарах на ріст і розвиток польових культур дозволяють порушити питання про корисність засто-сування принципово нових конструкцій ґрунтообробних робочих орга-нів і створення нових агротехнологій. В Україні це може бути актуаль-ним для ґрунтів з досить високою гумусованістю, агрономічно корис-ною структурою й середнім чи важким гранулометричним складом.

У процесі основного, передпосівного й міжрядного обробітків Грунт зазнає кришіння, якість якого змінюється в широких межах. Той самий ґрунт, залежно від конструктивних особливостей робочих орга-нів, вологості під час обробітку й багатьох інших причин, кришиться по-різному. Оброблений шар ґрунту набуває різної будови — від бри-листої, зовсім неприйнятної в агрономічному розумінні, до оптималь-ної, коли він складається зі структурних грудочок агрономічно корис-ного розміру. Серед причин різного кришіння головною є широке варіювання в орних ґрунтах України факторів агрегації — вмісту тон-кодисперсних органічної і мінеральної частин, а також полівалентних катіонів, які обумовлюють різні характеристики структурного складу ріллі. Отже, будова різних ґрунтів після оранки, культивації й борону-вання має бути різною. Водночас агровимоги до цих видів обробітку не диференційовано залежно від регіональних особливостей. Зовсім безпідставно передбачається, що незалежно від ґрунтово-кліматичних умов кришіння повинно бути якісним.

У чинних агровимогах якість кришіння визначається, на жаль, ли-ше за кількістю брил розміром більше 4—6 см. Наприклад, оранка за-слуговує найвищої оцінки, коли брилами зайнято не більше 10 % по-верхні ґрунту. Для культивації критерії дещо ускладнюються, однак присутність брил допускається, хоча й обмежується 5 штуками на 1 м2. I лише після боронування брили такого розміру не допускаються (Ме-тодика...,1968; Саакян Д.Г., 1973; Заїка П.М., 2001). Вказані модулі відповідають найвищій оцінці. За більш поблажливого ставлення до якості польових робіт брилистість вважається цілком нормальним нас-лідком обробітку.

У фізиці ґрунтів, де за агрономічно корисний прийнято зовсім ін-ший розмір структурних окремостей — від 10 до 0,25 мм, такі спро-щені оцінки неприйнятні, особливо під час оцінювання якості перед-посівного обробітку. Після численних досліджень і здобутих доказів вирішального впливу структурного складу на всі режими Грунтів, ріст коріння, ефективність добрив, урожай і взагалі рівень родючості ґрун-ту, прийшов час висунути дещо інші агровимоги до кришіння Грунту. В основу варто покласти висновки досліджень класиків агроґрунто-знавства (В.Р. Вільямса, П.А. Костичева, К.К. Гедройца, Н.А. Качин-ського, О.Н. Соколовського та інших) про агрономічно цінну структу-ру. Найважливішою агровимогою до передпосівного обробітку слід вважати, щоб насіння, яке проростатиме, найбільшою мірою «відчуло» переваги структурного ґрунту.

Зважаючи на літературні й власні дані, В.В. Медведєв, Т.М. Лакті-онова (2008) сформулювали агровимоги до кришіння Грунтів у підго-товці насіннєвого шару:

—        зусилля, з яким робочий орган ґрунтообробної машини впливає на ґрунт, має вимірюватися і не повинно перевищувати сумарний опо-рір зрушенню, внутрішньому тертю і зчепленню агрегату агрономічно корисного розміру. Орієнтовні параметри вказаних показників потре-бують уточнення стосовно до основних Грунтів країни. 3 дотриманням цієї вимоги ґрунт не буде надмірно подрібнюватися, структурний аг-регат агрономічно корисного розміру збереже свою будову й внутрі-шню пористість, що має велике значення для забезпечення кореневої системи рослин вологою й елементами живлення;

—        зусилля, з яким робочий орган впливає на ґрунт, повинно дифе-ренціюватися залежно від вологості Грунту під час обробітку, a об'єктивніше, від величини опору кришіння, що виникає за такого зволоження. Більше того, кришіння ґрунтів повинно стати важливим регіональним параметром, тому що розмір агрономічно корисного аг-регату, як це добре відомо ще з праць К.К. Гедройца (1926), Н.А. Ка-чинського (1956), П.В. Вершиніна (1959), залежить від рівня зволо-ження. Чим посушливіші кліматичні умови, тим меншим повинен бути розмір агрегатів і відповідно більш інтенсивним кришіння. Але, зви-

чайно, збільшення зусиль на подолання сумарних сил опору Грунтових агрегатів в аридних умовах не повинно спричинювати розпилення по-верхневого шару ґрунту;

—        у посівному шарі або, принаймні, у тій його частині, що безпо-середньо прилягає до насіння, необхідно по можливості зосереджувати агрономічно корисні агрегати, причому їхній розмір не повинен пере-вищувати розміри насіння більше, ніж у 3 рази. У такому разі буде до-сягнуто щільний контакт насіння з ґрунтом, а, отже, швидке пророс-тання і розвиток кореневої системи. Вимоги до параметрів кришіння поверхневого шару менш жорсткі — допускають наявність агрегатів більшого розміру, але кількість брил все ж повинна бути мінімальною;

—        кількість агрономічно корисних агрегатів, яку можливо й бажа-но нагромадити в наднасіннєвому шарі Грунту, установлюється, вихо-дячи з регіональної величини фактичної агрегації орного ґрунту. Так, у Лісостепу для чорнозему типового середньосуглинкового і важкосуг-линкового цей показник повинен становити відповідно 60 і 70 %; для темно-каштанового важкосуглинкового ґрунту — до 50 %, а їхній вер-хній граничний розмір бажано зменшити до 7(5) мм.

Реалізація запропонованих вимог до кришіння дозволить значно поліпшити структурний склад насіннєвого шару й тим самим поліп-шити умови розвитку рослин у найбільш важливий період. Суть вимог полягає в тому, щоб позбутися великих фракцій структурних окремос-тей, тобто підсилити інтенсивність кришіння, і в той же час не допус-тити розпилення Грунту. Імовірно, виконання цієї вимоги стане мож-ливим після того, як в землеробській механіці процедура вимірювання й регулювання інтенсивності кришіння стане звичайною рутинною практикою. Цілком імовірно, що стануть в нагоді нові підходи до кришіння; не виключається, що виявиться перспективним поєднання знарядь активного й пасивного типу, пошук технічних засобів для по-силення інтенсивності кришіння в існуючих знаряддях (за рахунок до-давання нових різальних площин), розробка знарядь зі змінним кутом атаки робочих органів та інші нововведення.

Теоретично добре відомо, що глибина обробітку ґрунту залежить від вимог культури, попередника, кліматичних умов, рельєфу і засміченості поля, а також властивостей Грунту. У реальних виробничих умовах тех-нологія й глибина обробітку, як правило, звичайно визначаються особ-ливостями вирощуваної культури й є майже однаковими на всіх ґрун-тах, за винятком територій з особливо несприятливими властивостями (наприклад, для схилів, або за близького залягання ілювіального гори-зонту, коли глибина обробітку зменшується). Зважаючи на об'єктивні властивості Грунтів, можна зменшити глибину основного обробітку. В.В. Медведєв, Т.М. Лактіонова (2008) вбачають цілком актуальним і обґрунтованим зменшення глибини основного обробітку на всіх ґрун-тах, де Грунтово-технологічні умови сприятливі.  Звичайно, це твер-

дження може суперечити регіональним рекомендаціям, що базуються на результатах досліджень ефективності різної глибини обробітку під сіль-ськогосподарські культури, які проводилися обласними дослідними станціями. Хоча вчені не ставлять під сумнів результати цих дослідів, проте звертають увагу на те, що прирости врожаю від поглиблення ора-нки в більшості випадків невеликі, часто нестабільні в часі, дуже зале-жать від якості дотримання інших елементів технології і, головне, дуже рідко враховують екологічну ефективність, яка з поглибленням і підви-щенням інтенсивності обробітку аж ніяк не зростає.

Тому великий загал вчених переконані, що домінуюча в Україні тенденція проведення основного глибокого обробітку не менше ніж під половину культур 10-пільної сівозміни навіть на найкращих ґрун-тах — чорноземах типових — не обґрунтована ні економічно, ні, тим більше, екологічно. Виробничники часто посилаються на брак фінан-сових ресурсів для впровадження повноцінних мінімальних техноло-гій, однак, не довго розмірковуючи, йдуть на значні витрати, яких ви-магає проведення глибокого обробітку. Імовірно, тут проявляється не тільки невміння зробити точні економічні розрахунки, але й недалеко-глядність, наслідком якої буде розвиток деградації ґрунтів і недоодер-жання продукції в майбутньому.

У процесі обробітку ґрунт потерпає від деформацій, в першу чергу, стиснення й зрушення. На ґрунт діють як ходові системи, так і робочі органи машин. Безпосередньо під колесом має місце деформація пер-пендикулярно поверхні ґрунту («нормальна»), на периферії колеса — під кутом (тангенціальна). Робочі органи, що подібні клину, залежно від його геометричної форми, спочатку розрізають ґрунт, а потім під-німають його на робочу грань (на цьому етапі відбуваються деформа-ції згинання й скручування) і, нарешті, цей процес завершується дефо-рмацією кришіння. Від величини кутів атаки й кількості робочих поверхонь клина залежить інтенсивність деформації ґрунту. Чим бі-льший кут атаки й більше робочих поверхонь, тим інтенсвніше кри-шиться Грунт. Звичайно, результати такої взаємодії визначаються вла-стивостями Грунту, його вологістю і великою кількістю інших факторів, які потрібно враховувати для того, щоб обробітком був створеним шар ґрунту оптимальної щільності й структурного складу без зайвих (руйнівних) деформацій. Складність полягає не тільки у ве-ликій кількості задіяних у цьому процесі факторів і об'єктивних труд-нощів досягнення із цієї причини оптимального результату, але й у ча-совій мінливості параметрів самого ґрунту і його просторовій строкатості. Це якоюсь мірою пояснює, чому і дотепер вимоги до сіль-ськогосподарської ґрунтообробної техніки Грунтознавці й землероби сформулювали лише в узагальненому вигляді (фактично такий напрям досліджень поки ще не розвинено), а сама техніка недостатньо врахо-вує розмаїтість ґрунтово-кліматичних умов.

В.В. Медведєв (2007) вважає, що агровимоги до техніки мають ба-зуватися на результатах глибокого дослідження явищ деформації і внутрішньоґрунтового зчеплення. Робочий орган ґрунтообробної ма-машини, виконуючи основне завдання зі створення оптимальних для рослин параметрів структурного стану і щільності будови ґрунту, по-винен перебороти сили зчеплення, не допускаючи розпилення й пере-ущільнення ґрунту. Якщо обробіток буде проводитися в період, коли ґрунт знаходиться в стані фізичної спілості, тобто тоді, коли сили зче-плення мінімальні, а небезпека переущільнення велика, то вплив робо-чих органів на ґрунт повинен бути дуже помірним. У цьому є суть об-ґрунтування нових мінімалізованих технологій i технічних засобів, які завойовують усе більше прихильників у світі й до яких варто прислу-хатися і в Україні. Звичайно, при цьому виникає багато питань, зокре-ма, знищення бур’янів і внесення добрив, відповідальність за які також покладається на ґрунтообробні технічні засоби. У світі активно шука-ють (і вже знайдено) нові підходи до вирішення цих питань, не пов’язані із застосуванням інтенсивних заходів обробітку. Рослинні рештки і нетоварну продукцію рослинництва після збирання урожаю подрібнюють і залишають в полі, що усуває необхідність застосування гною, мінеральні добрива вносять одночасно із сівбою, а бур’яни кон-тролюють фітоценотичними, біологічними, хімічними заходами.

Отже, головний зміст принципово нових агровимог полягає у ви-значенні сил зчеплення (з урахуванням їхньої реальної динаміки зале-жно від ґрунтово-кліматичних і агротехнічних умов) і межі допустимої деформації ґрунту.

Сили зчеплення під час обробітку визначаються сумою опору, не-обхідного для зрушення (розрізування ґрунту), подолання внутрішньо-го тертя й внутрішньоґрунтового зчеплення грудок (властиво етапу кришіння). Для подолання опору суми сил зчеплення достатньо лише клина й однієї його робочої поверхні, однак конструктори, на погляд В.В. Медведєва, Т.М. Лактіонової (2008), використовують великий кут атаки й декілька робочих поверхонь у клина, маючи на меті цим самим благі цілі — підсилити кришіння й одержати сприятливий структур-ний склад після проходу знаряддя. Звичайно, це виправдано на ґрун-тах, що характеризуються значними силами зчеплення, але є зовсім зайвим для Грунтів, де такі сили невеликі. Оскільки факторів, що ви-значають конкретний параметр сили зчеплення незліченна кількість, a діапазон відповідного показника широкий (від нуля в піщаних ґрунтах до 100 кг/см2 і вище в солонцюватому глинистому ґрунті за низької вологості), то виникає завдання налагодження систематичних вимірю-вань сили зчеплення у географічному плані. На жаль, ґрунтознавці це завдання дотепер не вирішили й, вочевидь, не зможуть вирішити най-ближчим часом. Причини звичайні — відсутність приладів для масо-вих вимірювань і брак фінансування для організації експедиційних ро-

біт. Тому залишається сподіватись лише на наявні обмежені дані й розрахунок, ґрунтуючись на деяких інших більш доступних даних, ча-стково наведених вище.

Відомо, що залежність фізико-механічних властивостей міцності маси Грунту від вологості має вигляд гіперболи, а від вмісту в ґрунті дрібнодисперсних часток — майже лінійний характер (Бахтін П.У., 1969). Максимальні значення опору зрушенню — до 8—9 кг/см2 — виявляються за низької вологості (за якої ґрунт взагалі не обробля-ють), зі збільшенням вологості вони швидко знижуються, досягаючи значень менше 1 кг/см2 за вологості, близької до фізичної спілості, і далі зі збільшенням вологості не змінюються. Якщо обробіток більшо-сті орних ґрунтів України буде проводитися за вологості фізичної спі-лості, інтенсивний вплив на них з метою поліпшення кришіння не по-трібен. Сумарні сили опору цілком можна перебороти за допомогою помірно активних робочих органів. До того ж, важливо зауважити, що сили зчеплення, обумовлені зв'язками, які з'єднують елементарні ґрунтові частки в мікроагрегати, переборювати не потрібно. Інакше кажучи, загальне навантаження на ґрунт у процесі кришіння може бу-ти ще меншим. Гіперболічний зв'язок між опором зрушенню й вологі-стю Грунтів означає, що навіть найменше відхилення від цього стану у бік висушення призводить до багаторазового збільшення опору зру-шенню. Отже, дотримання основного агротехнічного правила — обро-бляти ґрунт тільки в стані фізичної спілості — є не тільки енерго- і ґрунтозбережувальним заходом у технології, але й принципово важли-вим положенням у конструюванні ґрунтообробної техніки.

Ще більш складна ситуація з конструюванням техніки, що не утво-рює пластичної деформації. Ґрунтовий покрив України, в складі якого понад 60 % чорноземів, має високу схильність орних земель до ущіль-нення під дією навіть невеликого навантаження через порівняно низь-ку початкову щільність верхнього гумусованого шару навесні. До того ж, у цей час і вологість ґрунтів близька до фізичної спілості, тому зем-леробській галузі потрібні легкі мобільні агрегати, здатні виконувати роботу, порівнянну з можливостями важких енергонасичених засобів. Інакше кажучи, конструктори повинні домогтися багаторазового збі-льшення потужності (сили тяги на гаку) на одиницю маси агрегату.

На необхідність кардинального й швидкого вирішення питання зменшення питомого тиску на ґрунт, і запобігання тим самим незворо-тній деформації руйнівного типу, спрямований і стандарт допустимого тиску, нещодавно прийнятий в Україні (Євтенко В.Г. та ін., 2007). Під час обґрунтування стандарту одним з вихідних положень було те, що вплив на ґрунт не повинен порушувати його природної здатності від-новлювати характерні (модальні) параметри, властиві даному ґрунту протягом короткого періоду (принаймні, після кількох циклів об'ємних змін або в результаті проникнення кореневих систем рос-

лин). Інакше кажучи, помірне ущільнення ґрунту є цілком допусти-мим, але тільки до того моменту, поки воно не обмежує надходження в ущільнений шар вологи і повітря та ріст і біологічну діяльність ко-реневої системи. Встановлені відповідні параметри для основних ґру-нтів. Найбільш відповідальний період, коли ґрунт вимагає дотримання допустимих параметрів тиску — весна, час передпосівного обробітку й сівби. Якщо цього не зробити, неминучими є обмеження для росту й розвитку рослин протягом усього вегетаційного періоду, зниження врожаю і реальна небезпека акумулювання деформації в часі.

Відомий німецький дослідник фізико-механічних властивостей Грунтів R. Horn (2000) встановив, що чорноземні грунти середнього й важкосуглинкового складу (гумусовані й оструктурені) належать до грунтів з дуже низьким, низьким і середнім передкомпресійним тис-ком (означає внутрішньоґрунтові структурні зв'язки), тобто до грунтів, процес ущільнення в яких навіть під дією тиску в 30—90 кРа може змінитися консолідацією (деформацією), вихід з якої утруднено.

Оскільки найбільш негативні наслідки дії на ґрунт проявляються від підвищеної маси МТА, потрібно, насамперед, увести обмеження на питомий тиск ходових систем. Цей аспект взаємодії МТА із Грунтом уже давно одержав широку популярність: ще у 80-х роках минулого століття вперше розпочато роботи в цьому напрямку. У результаті бу-ло обґрунтовано вимоги до питомого тиску МТА, які в узагальненому вигляді можна сформулювати так:

—        під час проведення основного обробітку ґрунту, збирання вро-жаю й інших польових робіт (транспортних, з внесення добрив або за-собів захисту рослин), коли використовуються машини з найбільшою масою, переущільнення не повинне проникати глибше орного шару, де процеси розущільнення уповільнені, або й не відбуваються зовсім і тим самим створюються умови для акумуляції переущільнення в акти-вній частині кореневмісного шару. Недотримання цієї агровимоги мо-же призвести до зменшення потужності кореневмісного шару, погір-шення водного режиму рослин, особливо в умовах посухи, і зростання ризику зниження врожаю;

—        під час проведення будь-яких польових робіт ущільнення орно-го або посівного шарів має бути таким, щоб до початку сівби культури щільність ґрунту була у межах допустимої для цієї культури. Це зна-чить, що помірне переущільнення ґрунту допустиме, але воно не по-винне порушувати (перевищувати) здатність Грунту до саморозущіль-нення. Наприклад, добре відомо, що чорнозем середнього грануломет-ричного складу, ущільнений до 1,30—1,35 г/см3, здатний розущільни-тися до рівноважної щільності, що становить приблизно 1,15 г/см3, до-сить швидко, усього після декількох циклів зволоження й висушуван-ня. Але той самий чорнозем, ущільнений до 1,40—1,45 г/см , не розущільнюється протягом декількох років. I зрозуміло чому. Адже в

переущільнених ґрунтах важко пересувається волога, погано розвива-ється коренева система, уповільнені біологічні процеси, тобто пригніче-ними є всі ті агенти, які сприяють об'ємним змінам і розущільненню;

—        під час проведення будь-яких польових робіт не повинно відбу-ватися інтенсивного руйнування (розтирання, розпорошення, розпи-лення) структурних агрегатів, після чого їхнє відновлення утруднене й навіть якщо й відбувається, то супроводжується зниженням внутріш-ньоагрегатної пористості. У результаті різко погіршується агрономічна якість ґрунту як середовища для рослин, тому що саме в цих порах за-звичай здійснюється живлення рослин водою і мінеральними речови-нами. Згубне руйнування структури відбувається за обробітку пере-зволоженого ґрунту, в процесі буксування ходових систем і навіть в разі обробітку недостатньо зволоженого ґрунту за використання особ-ливо важких МТА або шин з ґрунтозачепами, у місцях контакту яких із ґрунтом виникають помітні деформації;

—        обробіток переущільненого ґрунту, як правило, супроводжуєть-ся підвищеним виходом агрономічно шкідливих брил і додатковими енергетичними витратами.

Усі перераховані агровимоги можна виконати за питомого тиску на ґрунт МТА не вище певної допустимої величини, за якої у ґрунті після проведення заходу механічного обробітку буде зберігатися достатня кількість повітря, не буде порушуватися здатність ґрунту до кришіння, вбирання вологи атмосферних опадів (без утворення стоку й ерозії), і до саморозущільнення, не будуть, нарешті, істотно підвищуватися ви-трати на наступний обробіток. Звичайно, величина допустимого тиску залежить, насамперед, від властивостей самого ґрунту, його гумусова-ності, гранулометричного складу, якості дрібнодисперсної частини. Після проведення серії модельних досліджень і узагальнення літерату-рних даних В.В. Медведєв та ін. (2004) одержали шукані величини до-пустимого ущільнення.

Виявилося, що у важко- і середньосуглинкових ґрунтах із вмістом гу-мусу 4,5—5,5 % допустимим є ущільнення 1,15—1,25 г/см3. Такі параме-три характерні для типових, звичайних і опідзолених чорноземів, а також лучно-чорноземних Грунтів. Ці ґрунти особливо чутливі до переущіль-нення і тому використовувати МТА на них слід особливо обережно.

За вмісту гумусу 3,5—4,5 % (темно сірі, сірі, темно-каштанові й каштанові ґрунти), параметри допустимої щільності перебувають у межах 1,29—1,42 г/см3.

У світло-сірих і дерново-підзолистих Грунтах легкосуглинкового гранулометричного складу із вмістом гумусу в оброблюваному шарі 2,5—3,5 % величина припустимого ущільнення підвищується до 1, 47—1,52 г/см3.

Нарешті, у супіщаному й глинисто-піщаному дерново-підзолистому ґрунті шуканий параметр щільності найбільш високий — 1, 58—1,71 г/см3.

Відповідно до названих параметрів допустимого ущільнення було знайдено (використовуючи залежності між питомим тиском МТА й ущільненням ґрунту) величини допустимого питомого тиску — від найбільш до найменш жорстких, які й склали основу відповідного ста-ндарту (табл. 26).

Таблиця 26

МАКСИМАЛЬНИЙ ДОПУСТИМИЙ тиск ходових СИСТЕМ МТА НА ҐРУНТИ СЕРЕДНЬОГО I ВАЖКОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧНОГО СКЛАДУ ЗАЛЕЖНО ВІД ЩІЛЬНОСТІI ВОЛОГОСТІ ҐРУНТУ, КПА (Євтенко В.Г. та ін., 2007)

 

Вологість ґрунту в шарі

0—30 см, частки від

найменшої вологоємнос-

ті (НВ) Максимально допустимий тиск за щільності будови ґрунтів (г/см3) у шарі 0—10 см

 

            весною           влітку і восени

 

            <0,9     0,9—1,0          1,1—1,2          1,2—1,3 (рівноважна)

>0,9     40        50        60        80

0,9—0,7          50        60        80        100

0,7—0,6          60        100      120      140

0,6—0,5          80        120      140      180

0,5—0,4          120      160      180      210

Аналізуючи представлені норми, варто звернути увагу на неприпу-стимість використання ходових систем з питомим тиском, що переви-щує зазначені в таблиці величини, особливо навесні, за пухкої і помір-но щільної будови оброблюваною шару, а також у всіх випадках з вологістю ґрунту, що дорівнює або вища за фізичну спілість. У деяких випадках тиск на ґрунт повинен бути ще нижчим. Так, на необробле-них ґрунтах із травостоєм і вологістю більш ніж 0,9 НВ тиск ходових систем на Грунт повинен бути у весняний період від 20 до 40 кПа, у лі-тньо-осінній період — від 40 до 60 кПа. Під час міжрядного обробітку посівів просапних культур, наприклад, цукрових буряків, тиск не по-винен перевищувати 60 кПа в одному міжрядді. У цих випадках до-тримуватися норм складніше технологічно, оскільки більшість наяв-них вітчизняних мобільних засобів мають більш високий питомий тиск. У західних країнах (Канада, північні штати США, країни північ-ної і центральної Європи) звичайно вдаються до здвоювання й навіть до зтроювання коліс або до використання пневматичних широких шин низького тиску. У такому разі виконується навіть найбільш жорстка вимога стандарту (до речі, у Швеції, Німеччині й деяких інших країнах існують або обговорюються аналогічні параметри допустимого пито-

мого тиску; Hakansson I., 2005; Tijink et al. F.G.J., 2001). Між іншим, в Україні є досвід використання тракторів із широкою ходовою части-ною, а пневматичні шини виробляють і навіть експортують.

Слід зазначити, що наведені в таблиці 22 норми відповідають суг-линковим і глинистим Грунтам переважно Степу й Лісостепу України. Для супіщаних і піщаних Грунтів Полісся й аналогічних за грануломе-тричним складом ґрунтів інших природних зон України норми збіль-шуються на 20 %.

Для сільськогосподарської мобільної техніки, що використовується на Грунтах з вологістю менше 0,4 НВ, норми допустимого питомого тиску збільшують на 25 і 15 % за умов навантаження на одиничний колісний рушій не більше відповідно 8 і 16 кН і на 10 % за умови на-вантаження на одиничний гусеничний рушій менше ніж 16 кН.

Для техніки із тяговими ходовими системами норми припустимого питомого тиску збільшують на 10 %, і, навпаки, за умови буксування рушіїв (у коліс не більше 10—12 %, у гусениць із гумовим протекто-ром — не більше 4—6 %) норми зменшують на 10 %.

Для одиничної сільськогосподарської мобільної техніки (трактор, комбайн, самохідне шасі, автомобілі), а також для МТА, технологічна частина яких має власні рушії, норми допустимого тиску для всіх тех-нологічних проходів (N) змінюються залежно від того, скільки рушіїв проходить по тому самому сліду — (Nk), а також від того, яка загальна довжина їхнього контакту із ґрунтом — (Ігі). Якщо N — 2, норму зме-ншують на 5 %, N — 3 зменшують на 10 %, N — 4 — на 15 %, N — 5 — на 20 % і т.д. Якщо N — 1, навпаки, збільшують на 10 %.

Кількість технологічних проходів сільськогосподарської техніки розраховують за формулою:

N = Nk + Y/ri,

де N — кількість технологічних проходів сільськогосподарської мобі-льної техніки; Nk — кількість одиничних колісних рушіїв у складі аг-регату, що пересувається по одному й тому ж сліду, шт.; Ігі — приве-дена довжина опорної поверхні гусениці, колеса г-го (конкретного) рушія, м; YJri — величина, що дорівнює сумі приведених довжин — Ігі опорних поверхонь всіх одиничних гусеничних рушіїв, або одинич-них коліс, які пересуваються в складі агрегату по тому самому сліду.

Визначаючи N, не враховують рушії, навантаження яких становить менше 20 % від максимального навантаження на будь-який одиничний рушій агрегату.

Для колісних рушіїв, які мають шини з малюнком протектора з ви-ступами не більше 25 мм, норми збільшують на 15 %.

Варто зауважити, що стандарт регламентує дію на Грунт будь-якої техніки, наприклад, вантажних автомобілів, які іноді супроводжують виконання деяких польових робіт (внесення добрив, сівба, збирання

врожаю). їхній питомий тиск на ґрунт в 2—3 рази перевищує аналогі-чні параметри МТА. Це означає, що така техніка взагалі не повинна з'являтися на полях, і під час виконання технологічних операцій на це слід зважувати, і всі допоміжні операції здійснювати на краях полів.

Практична значущість стандарту полягає в тому, що він гарантує захист орних ґрунтів, запобігає їхній фізичній деградації в процесі ін-тенсивного використання. Найбільш жорсткі вимоги випали на най-цінніші в агрономічному розумінні ґрунти — чорноземи типові. Важ-ливо підкреслити, що ці ґрунти характеризуються найбільшим потенціалом і фактичним рівнем агрегації, тут немає необхідності в ін-тенсивному розпушуванні і перспективними є мінімальні й нульові технології обробітку. I все це тому, що це найкращі в Україні ґрунти. Науковці закликають інженерів-механіків й агрономів з розумінням сприйняти нові агровимоги, їх цілком обґрунтований жорсткий рівень і прикласти максимум зусиль до напрацювання відповідних конструк-торських і технологічних рішень, що реально усувають небезпеку пе-реущільнення цих найцінніших Грунтів.

Разом з тим, дотримання стандарту допустимого питомого тиску рівною мірою важливе й для ґрунтів з погіршеними ґрунтово-технологічними умовами, інакше такі орні землі можуть погіршитися ще більше. Деякі відхилення від стандарту, як показано вище, допус-тимі лише на ґрунтах легкого гранулометричного складу й практично на всіх орних землях за вологості під час обробітку нижче фізичної спілості. За цього випадку можливі всі види польових робіт, крім гли-бокої оранки і використання широкозахватних машин, поєднаних з енергоємними тракторами.

Останніми десятиліттями, завдяки вітчизняним виробникам і вихо-ду на ринок України закордонних компаній, асортимент МТА для об-робітку Грунтів значно розширився. I все ж таки, як наголошують вче-ні, Грунтово-технологічні умови на орних землях України настільки строкаті, що використовуваний набір машин і, особливо, їхні функцій-ні можливості недостатні. Це призводить, зокрема, до того, що обробі-ток ґрунтів проводять, як правило, без урахування їхніх фізико-механічних і реологічних показників. 3 огляду на це, вчені-ґрунто-знавці висувають перед сільськогосподарським машинобудуванням ряд завдань, вирішення яких є запорукою усунення деградації орних земель: виробництво потужного трактора з допустимим питомим тис-ком на ґрунт, за допомогою якого можна було б виконувати роботи в будь-яких ґрунтово-технологічних умовах, у тому числі й на найкра-щих чорноземних ґрунтах, які дуже схильні до переущільнення. Саме в цьому напрямі повинні зосередити зусилля інженери-конструктори, саме цей напрям агрономи і науковці визнають пріоритетним. За до-помогою такого трактора можна було б виконувати весь цикл весня-них передпосівних операцій і сівбу без переущільнення піднасіннєвого

 й більш глибоких шарів на найцінніших ґрунтах країни. Це надзви-чайно важливо, адже потенційна небезпека переущільнення орних Грунтів України є об'єктивно прогнозованою на площі більше ніж 20 млн га;

—        не менш важливим є інше завдання — забезпечити технікою впровадження нульової технології обробітку, доцільність якого теоре-тично й практично доведено. Нульову технологію на сьогодні у світі розглядають як дієву альтернативу класичній системі полицевого об-робітку, яка призвела до широкого поширення фізичної деградації. Стрімке поширення нульової технології на американському, азіатсь-кому й інших континентах пояснюється її безсумнівними економічни-ми й набагато більшими екологічними перевагами й вимагає уваги до неї в Україні агротехнологів та інженерів-механіків. Як показує ґрун-тово-технологічне районування, перспективи нульової технології в Україні очевидні, її впровадження за належного технічного забезпе-чення може бути ефективним на мільйонах гектарів. Однак, незважа-ючи на це, практичне просування її в нашій країні є дуже скромним. Така ситуація, на думку вчених-ґрунтознавців, є наслідком пасивності українських підприємств сільськогосподарського машинобудування. Наприклад, експериментальні сівалки для прямої сівби були створені в Кіровограді більше 20 років тому, але у виробництві їх і дотепер немає;

—        збільшити і розширити парк комплексу знарядь для мініма-льного обробітку ґрунту, особливо механізмів, що необхідні для поєднання операцій з передпосівної підготовки ґрунту, сівби й вне-сення добрив;

—        Грунтово-технологічні умови на орних землях України такі, що вимагають акцентувати увагу не тільки на проблемі мінімізації впливу техніки на ґрунти або його коригування відповідно до міцностних па-раметрів ґрунту, але й вимагають інтенсифікації впливу. Насамперед, це стосується південного Сухого Степу, де багато видів механічних операцій і, особливо, основний обробіток, проводяться за вологості нижче фізичної спілості, тобто за високої міцності Грунтів, що супро-воджується додатковими витратами й неякісним розпушуванням. По-дібна ситуація виникає на ґрунтах поверхнево оглеєних, щебенюватих, а також в разі плантажної оранки або глибокого меліоративного роз-пушування, де потрібна потужна техніка, що характеризується слаб-ким зношуванням. Звичайно, інтенсифікація обробітку в цих випадках не повинна супроводжуватися підвищенням питомого тиску (і маси МТА) на ґрунт і його розпиленням;

—        комплекс МТА має бути поповнений принципово новою Грун-тообробною технікою, здатною працювати «на замовлення», тобто ви-конувати директиву, задану їй користувачем, наприклад, відносно не-обхідної   щільності   будови   ґрунту   у   піднасіннєвому   шарі   (це   є

найважливішим параметром для успішного старту культури), структу-рного складу й навіть співвідношення окремих фракцій структурних агрегатів у насіннєвому шарі (табл. 27). Ґрунтообробні машини пови-нні мати технічні можливості для змінення технології обробітку зале-жно від умов, що складаються, насамперед, від вологості й щільності будови. Звичайно, це будуть машини нового покоління, машини, які отримали назву «розумних» (intelligence machines) і набули широкого поширення, наприклад, у точному землеробстві, за своє «вміння» змі-нювати норму внесення добрива залежно від строкатості вмісту еле-ментів живлення в ґрунті, або дозу гербіциду залежно від стану посі-вів. Очевидно, тільки після впровадження таких машин стане реаль-ним забезпечення оптимізації умов для рослин з одночасним збере-женням Грунту від деградації;

— повсякденна практика обробітку ґрунтів вимагає оперативно-го контролювання строкатості Грунтово-технологічних умов на ріл-лі. Безумовно, це питання є дуже актуальним саме для поліпшення архаїчної практики обробітку ґрунту. По суті, агроном нині, як і ба-гато століть назад, позбавлений можливості (а вірніше, не має при-ладів) точно встановити навіть стан фізичної спілості, не кажучи вже про вологість, щільність будови або структурний стан ґрунту перед початком обробітку. Як правило, вибір глибини, способу, за-ходу й знаряддя обробітку агроном здійснює, виходячи із загальних регіональних рекомендацій і, головним чином, із власного досвіду. Звичайно, звідси виникає багато проблем з якістю обробленого ша-ру ґрунту, що позбавляє задоволення вимоги рослини до земних факторів життя у кореневмісному шарі.

Викладені вище пропозиції, що стосуються розширення парку комплексу МТА, мають на меті не тільки поліпшити взаємини ґрунто-обробних машин із ґрунтом, зменшити ймовірність негативних наслід-ків непомірного впливу МТА на ґрунт, але й, певною мірою, оптимізу-вати умови життя рослин в оброблюваному шарі. Звичайно, перераховані питання не вичерпують проблеми, але, здається, визна-чають шляхи подальшого напряму в удосконалюванні ґрунтообробної техніки.

Численні екологічні негаразди, пов’язані із забрудненням Грунтів, атмосферного повітря, поверхневих і підґрунтових вод, сільськогоспо-дарської продукції, які вже давно перебувають у центрі уваги агросфе-ри, не повинні затьмарювати інші, не менш важливі екологічні про-блеми, пов'язані з нераціональним застосуванням технічних засобів і технологій обробітку. В останніх законодавчих актах (земельному ко-дексі, законі про охорону ґрунтів та інших) ці проблеми навіть не зга-дуються, за винятком переущільнення ґрунтів.

Таблиця 27

ВИМОГИ ОСНОВНИХ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ, КУЛЬТУР

ДО ПАРАМЕТРІВ КОРЕНЕВМІСНОГО ШАРУ ҐРУНТІВ (Медведев В.В. та ін., 2006)

 

Критерії, їх параметри, одиниці виміру     Озима пшениця        Озиме

ЖИІО Овес   Ячмінь ярий  Куку-

рудза на

зерно  Цукро-

вийбу-

ряк      Соняш-ник    Картопля       Льон

Ґрунтові критерії

Глибина  кореневмісного  (гумусовано-го) шару, см       65        60        65        70        65        55        40

Рівновагова щільність складення Грун-ту, (г/см ) в шарі 0—50 см         1,10— 1,35     1,10—1,45      1,05— 1,35            1,05— 1,30     1,00— 1,30     1,10— 1,35     1,10— 1,45     1,20— 1,40

У тому числі в наднасіннєвому шарі          He вище 1,20 — для дрібнонасінних культур і не вище 1,30 — для круп-нонасінних культур

У піднасіннєвому шарі         He вище 1,30 — для суглинкових і не вище 1,40—1,45 — для супіщаних

Грунтів

Вміст   агрономічно   цінних   агрегатів (10—0,25 мм) в насіннєвому шарі, % 60—70            60—80            70—80        60—80            50—60            40—60

Вміст агрегатів 5—20 мм в наднасіннє-вому шарі, %      60—80 — за сприятливого зволоження, не більше 40 — за недостатнього

зволоження

Вміст фізичної глини (<0,01 мм) в орному шарі, %          30—45            45—60            30^5    45—60            30            20

рН орного шару         6,8       6,4       6,0       6,7       6,8       6,7       5,8       5,8

Питомий опір Грунтів за оранки, кгс/см    He вище 0,50

Твердість орного шару, кгс/см         He вище 20 — для зернових культур, не вище 10 — для коренеплодів, не вище 5 — для бульбоплодів

 

Закінчення табл. 27

 

Критерії, їх параметри, одиниці виміру     Озима пшениця        Озиме

ЖИІО Овес   Ячмінь ярий  Куку-

рудза на

зерно  Цукровий буряк        Соняш-ник    Кар-топля      Льон

Вміст мінерального азоту перед сівбою культури в орному шарі, кг/га  He менше 50 в орному шарі

Те ж фосфору, мг/100 г Грунту        17,5     20        17,5

Те ж калію, мг/100 г Грунту 15        18        15

Ґрунтово-кліматичні критерії

Запаси продуктивної вологи в шарі 0— 20 см перед сівбою ранніх ярих культур, мм            He менше 30  He мен-ше40       He мен-шеЗО He менше 40

Запаси продуктивної вологи в шарі 0— 100 см під час цвітіння і формування генеративних органів культур            He менше 120            160      He менше 120            140      120      60        120

Сума активних вище 10 °С температур, для культур з коротким вегетаційним періодом, °С            1200—2000            800— 1600     2200— 3200   2000— 2800   2000— 2700   1200—2000

Те ж для культур з тривалим вегетацій-ним періодом    1600—2000    1200— 1600   2600— 3200   2480— 2800            2300— 2700   1600—2000

Температура   повітря   під   час   сходів ранніх ярих культур, °С          9,0       16,5     16,0     10,5     17,5     10,0

Те ж під час формування генеративних органів   18,0     22,0     21,5     24,0     18,0     16,0

Гідротермічний коефіцієнт за період з температурою повітря вище 10 °С       1,05     1,25     0,95     1,10     1,35            0,90     1,30     1,65

 

Дослідники вже давно звернули увагу на те, що зміни морфологіч-ної будови профілю ґрунтів (щільність, структура, пористість тощо), водного, поживного, повітряного і теплового режимів, що склалися під дією систематичної оранки настільки істотні, що надають право роз-глядати ґрунти, перетворені в результаті обробітку як самостійні утво-рення, що є результатом новітнього етапу їх антропогенної еволюції (Медведєв В.В. та ін., 2004). Причому цей етап еволюції характеризу-ється загостренням екологічної ситуації і потребує її коригування.

Екологізація технічної політики в землеробстві означає пошук шляхів гармонізації взаємин між сільськогосподарською ґрунтооброб-ною технікою і ґрунтом, кардинальну зміну колишньої концепції конструювання МТА, що сприяла фізичній деградації орних ґрунтів. Інженери-механіки визнають, що традиційні методи створення й екс-плуатації МТА себе вичерпали і економічно, й екологічно (Булгаков В.М. та ін., 2007). Саме вони сприяли тому, що використовувані в земле-робстві технічні засоби і технології перевищили деякий енергетичний поріг, після чого в орних ґрунтах відбулися незворотні зміни, і вони втратили свою здатність підтримувати властиві їм природні модальні параметри. Це результат непомірного збільшення питомого тиску МТА й практично нічим не обмеженої кількості їхніх проходів по по-лях. За цих умов вплив МТА виявився вищим від здатності ґрунтів протистояти навантаженню і порушенню їхньої структурної зв’яз-ності, тому сутність нової екологічної політики в землеробстві пови-нна означати приведення впливу МТА на ґрунт у відповідність зі здат-ністю самого ґрунту витримувати навантаження без незворотних змін.

На практиці це повинно підкріплюватися нормативами. Однак, крім стандарту допустимого питомого тиску, інших обмежувальних документів подібного рівня немає. Та й стандарт наразі ще не є повно-цінним керівним документом, тому що він реально може впливати лише на ту техніку, яка розробляється, або буде розроблятися, тим ча-сом як на полях на сьогодні працює (і, мабуть, буде працювати ще ба-гато років) величезна кількість механізмів, питомий тиск яких на ґрунт перевищує стандарт.

Крім того, згаданий стандарт регулює лише величину вертикально прикладеного навантаження (середнього навантаження), а інші види деформації, що виникають у ґрунті під час проходження МТА, не тільки не регулюються, але навіть не вимірюються. Зокрема, в разі бу-ксування, під впливом ґрунтозачепів шин комбайнів, за роботи у воло-гих умовах виникають деформації, після яких ґрунт тривалий час не може відновитися. Адже максимальний тиск, що розвивається коліс-ною технікою внаслідок його нерівномірного розподілу по опорних поверхнях, досягає 500 і вище кРа. Ще вище — до 800—1000 кРа — контактні тиски, що створюються на лемеші плуга й інших робочих органів, які працюють за принципом плоского клина (Кушнарьов А.С.,

1987). Саме внаслідок таких тисків йде формування плужної підошви й дуже щільних грудок ґрунту. Одночасно, як зазначають В.В. Медве-дєв, Т.М. Лактіонова (2008), порушується структурна зв'язність і сут-тєво зменшується внутрішньоагрегатна пористість. Надалі, після ви-сушування, грубо зім'ятий ґрунт розтріскується на окремі дуже щільні грудки, відновлення яких у повноцінні агрегати, через відсутність вну-трішньоагрегатної пористості, уповільнюється, або не відбувається зо-всім. Адже, як добре відомо, процес утворення агрономічно корисних макроагрегатів може відбуватися за активної участі вологи, мікроор-ганізмів, кореневих систем і об'ємних змін ґрунту в процесі зволожен-ня — висушування. Якщо ж у щільні грудки не надійде волога, то й процес їхньої трансформації в агрономічно корисні агрегати стане не-можливим.

Отже, на думку вчених, потрібні додаткові й дуже жорсткі обмеження, що виключають грубі деформації й обробіток перезволоженого ґрунту

Потрібно обов'язково виключити обробіток, особливо глибокий осінній, надто сухого ґрунту, оскільки для того, щоб винесені на пове-рхню брили протягом зимового періоду розпалися, потрібно не менше 5—6 циклів замерзання — розмерзання, що відбувається далеко не скрізь (Медведєв В.В., 2007). Вкрай несприятливим є глибокий обро-біток (культивація або оранка) навесні за посушливої погоди. Брили, що утворюються при цьому, внаслідок швидкого наростання темпера-тур, можуть протягом буквально 1—2 днів настільки зцементуватися, що подрібнити їх буде неможливо, і це завадить якості сівби й розвит-ку рослин протягом всієї вегетації.

У реальну практику вивчення Грунтів повинні ввійти такі показники, як опір зрушенню, коефіцієнт тертя й структурна зв'язність. Зональне но-рмування параметрів цих показників буде сприяти екологізації землероб-ської галузі. Кожний інженер-механік і агротехнолог повинен знати, що перевищувати їх не можна ні за яких обставин. Ймовірність порушень є найбільшою під час обробітку Грунту за межами діапазону фізичної спі-лості. Це означає, що вказаний діапазон вологості також повинен увійти в перелік обов'язкових контрольованих величин, дотримання яких повинне стати об'єктом агрономічного і екологічного контролю.

3 огляду на зростаючу самостійність землекористувача й у недале-кому майбутньому повноцінну приватну власність на землю, екологічні вимоги повинні підкріплюватися простими економічними критеріями. Наприклад, якщо землекористувач навесні під час передпосівного обро-бітку чорнозему типового важкосуглинкового під посів цукрових буря-ків допустив переущільнення піднасіннєвого шару з 1,15 до 1,30 г/см3, він повинен знати, що тим самим він погіршив стартові умови розвитку кореневої системи і може втратити не менше 10—15 % урожаю.

Державній службі контролю стану ґрунтів також слід мати чіткі критерії і механізми компенсації втрат або заохочення власних вкла-

день землекористувача в підтримку або підвищення родючості ґрунтів. Наприклад, якщо в результаті п'яти років господарювання землекори-стувач допустив погіршення якості ґрунтів, він повинен бути за це по-караним, якщо ж його Грунти покращилися, значить він вносив добри-ва й здійснював інші заходи охорони родючості, і тому його витрати за цей строк частково треба йому повернути. Іншу частину витрат він зможе повернути собі сам за рахунок реалізації додаткової продукції. Такі або подібні заходи вже давно обговорюються. Вони прості й зро-зумілі, а їхню важливість важко переоцінити тому, що саме вони бу-дуть сприяти реальній екологізації землекористування. Цілком зрозу-міло, що для екологізації землекористування, крім критеріїв і нормативів, потрібні ще й засоби контролю.

Оптимізація взаємодій у системі «ґрунт-ґрунтообробна техніка» у перспективі може бути досягнута, на думку ґрунтознавців-агрофізиків, завдяки більш досконалим способам діагностики стану орного шару, застосуванню принципово нових технічних засобів, здатних виконува-ти операції будь-якої складності без негативних наслідків для оброб-люваного шару, а також здатних диференціювати технологію обробіт-ку, насамперед, відповідно до ґрунтово-технологічних умов і, перш за все, — фізико-механічних характеристик міцності орних ґрунтів. Роз-глянемо ці напрями докладніше.

Перспективні способи фізико-механічної діагностики орного іиару. Об'єктивна складність полягає в тому, що потрібно вимірювати мало популярні й недостатньо досліджені фізико-механічні й технологічні властивості, причому здійснювати це необхідно в масовому порядку й безпосередньо перед обробітком або одночасно з ним. Вирішення цих завдань, на думку В.В. Медведєва, Т.М. Лактіонової (2008), може бути знайдене в активізації науково-дослідних і виробничих робіт у таких напрямах:

—        пошук інтегрального індикатора міцності маси оброблюваного шару. За індикатор варто брати твердість. В.В.Медведєв (2007) доста-тньо повно обґрунтував використання профільних 1-D (одновимір-них), 2-D (двовимірних) і 3-D (тривимірних) твердограмм для характе-ристики просторових особливостей міцності Грунту і вибору відповідних способу і глибини обробітку всього або тільки частини поля. Прототипом створеного твердоміра, що працює в режимі on-line, може слугуватити комбінація з різних твердомірів, що випускаються в Голландії і США, а також розроблюваних у Словаччині, Швеції й Україні;

—        пошук вимірювальних засобів для визначення сумарних внут-рішньоґрунтових сил опору деформуючому зусиллю робочого органу ґрунтообробної машини. Поєднане і експресне вимірювання сил, що виникають і взаємодіють у процесі обробітку, дозволить створити но-рмативну  базу  й  використовувати  її  в  автоматизованих  системах

управління, що виключають у ґрунтах можливість пластичних дефор-мацій незворотного типу;

—        формалізація зв'язків між сумарними силами внутрішньоґрун-тового опору й твердістю Грунтів з одночасним урахуванням вологості Грунтів у момент обробітку;

—        пошук адекватних педотрансферних моделей зв'язку між харак-теристикою міцності ґрунту (твердістю) і найпоширенішою її масовою характеристикою — щільністю будови. Надійна модель відкриє мож-ливість використання дистанційного (радіолокаційного або електрома-гнітного) контролю характеристик міцності за допомогою визначення щільності будови. Перспективи використання цих дистанційних засо-бів для вимірювання щільності ґрунтів уже досить добре демонстро-вані (Гічка М.М., 2005; RJ. Godwin et al., 2002; D.J. Reinert et al., 2006).

B остаточному підсумку, залежно від параметрів твердості в обро-блюваному шарі у вертикальному й горизонтальному напрямках, що складаються безпосередньо перед проведенням обробітку, повинні ви-биратися знаряддя, кількість їхніх проходів, глибина й інші технологі-чні особливості механічного обробітку.

Застосування принципово нових технічних засобів. У перспективі реальне застосування машин і робочих органів, здатних змінювати ін-тенсивність обробітку Грунту залежно від ґрунтово-технологічних умов. Найімовірніше, це будуть комбіновані машини нового поколін-ня, оснащені сенсорними приладами, зі змінними, за потреби в процесі обробітку, робочими органами, або органами, здатними якісно криши-ти Грунт без утворення брил і пилу, не створюючи підвищеного пито-мого тиску. Наприклад, це можуть бути робочі органи зі змінними ку-том атаки ріжучої поверхні, або швидкістю обертання роторного робочого органу, або з досить складною поверхнею, що збільшує кри-шіння Грунту, або машини, що поєднують активні й пасивні робочі ор-гани, чи містять нові конструктивні елементи для сепарації структур-них грудочок. Нові комбіновані машини, за необхідності, повинні мати широку ходову систему, що забезпечує понижений питомий тиск, або бути виготовленими з легких і міцних матеріалів.

Нарешті, цілком реальним є створення комбінованих машин, що поєднують діагностику стану оброблюваного шару ґрунту з технологі-єю обробітку, яка вибирається відповідно до результатів діагностики. Перші такі машини вже створені деякими фірмами в рамках точного землеробства і успішно пройшли випробування [A.M. Mouazen et al., 2006; J.Havrankova et al., 2006]. Вони обладнані відповідною діагнос-тичною апаратурою (наприклад, твердоміром, або спектрофотомет-ром, які навішують на чизель або плуг), бортовим комп'ютером, що акумулює та обробляє інформацію й видає її у вигляді карти поля з даними просторової строкатості основних параметрів родючості ґрун-ту. Такі машини обладнані робочими органами, здатними диференці-

ювати агротехнологію, у тому числі обробіток. Це і є «розумні» маши-ни (intelligence machines), що вже приходять на поля країн з розвине-ним аграрним сектором економіки і рано чи пізно прийдуть на зміну застарілим машинам і технологіям в Україні (Медведєв В.В., 2007).

Автоматизований агроменеджмент технологій обробітку ґрун-тів. Постановка завдання, пов'язаного з науково обґрунтованим вирі-шенням питань раціонального вибору технологій обробітку ґрунтів в автоматизованому режимі не здається передчасною. Справді, для того, щоб формалізувати завдання й приступити до його виконання, при-наймні, у дослідному варіанті, вчені мають майже всю необхідну вихі-дну інформацію:

—        ґрунтово-технологічну оцінку природно-сільськогосподарського району, що характеризує ґрунт як об'єкт обробітку і дозволяє уникну-ти можливих ризиків від неадекватних його способів і технологій;

—        результати стаціонарних дослідів з вивчення ефективності спо-собів, глибини, заходів і знарядь, що дозволяють установити найбільш ефективні регіональні елементи й поєднання комбінованої технології обробітку;

—        вимірювальну апаратуру для діагностики стану оброблюваного шару. Ще років десять тому вирішення цього питання здавалося над-звичайно важким, однак на сьогодні є широкий вибір технічних і про-грамних засобів, ціни на які поступово знижуються й стають доступ-ними для рентабельного підприємства й у будь-якому разі не повинні бути причиною невідворотних перепон для організації наукових ви-пробувань у базових господарствах;

—        нормативну базу й педотрансферні моделі — це база даних і на-бір можливих експертних рішень з урахуванням еколого-економічних наслідків, що допомагає землекористувачеві орієнтуватися в складній і часом суперечливій інформації про еколого-економічну ефективність різних способів і знарядь обробітку ґрунту.

Вирішивпш перераховані завдання, агроном, поза всякими сумні-вами, перетвориться на сучасного менеджера, здатного вирішувати за-вдання будь-якої складності й завжди знаходити оптимальні екологіч-но обґрунтовані й економічно вигідні рішення. У цій якісно новій інформаційній системі знайдуть своє місце й інженери-конструктори.