Система раціонального землекористування

2. Система раціонального землекористування

З усіх відомих способів економії енергоресурсів найбільший ефект дає перехід на нетрадиційні системи обробітку ґрунту, зокрема, безплужні ґрунтозахисні.

Системи раціонального землекористування охоплюють широкий спектр способів обробітку ґрунту, основним призначенням яких є збереження й перерозподіл рослинних залишків культури для скорочення процесів ерозії ґрунту.

У минулому 30% покриття поля рослинними залишками вважалося достатнім для забезпечення боротьби з ерозією, ця цифра була еталоном. Однак досвід і накопичені дані показали, що ефективна боротьба з ерозією залежить від конкретної ситуації і детально розробленого конкретним виробником плану заходів на місцях. Безплужний обробіток ґрунту — це єдина система, що зберігає, щонайменше, 30% рослинного покриття.

В таблиці 1 видно, що впровадження безплужного обробітку під деякі культури (цукрові буряки, озима пшениця після гороху і кукурудзи на силос) зменшує витрату палива у два рази. Це підтверджується результатами досліджень проф. Шикули М.К. В цілому за 1985 рік економія палива по Полтавській області дорівнювала 12950 т, а за період проведення полтавського експерименту — майже 92,2 тис.т.

Аналізуючи праці вчених-аграріїв із проблем обробітку ґрунту, перш за все можна зробити висновок про те, що сучасне землеробство функціонує при від’ємному балансі гумусу, основних поживних речовин. Такий процес матиме довготривалі наслідки.

Наприклад, для підвищення вмісту гумусу на 0,1% при проведенні всіх найпрогресивніших агротехнічних прийомів потрібно як мінімум 15…20 років. Як відомо, за останні 30 років вміст гумусу в ґрунтах знизився з 3,5 до 3,2%.

У багатьох країнах світу в останній час апробуються нові концепції розвитку систем землеробства.

Більше десяти років тривають дослідження елементів систем точного землеробства (СТЗ) у розвинутих країнах світу. В Україні роботи з СТЗ розпочалися з середини 90-х років. Концепція СТЗ припускає найбільш повний облік умов проведення технологічних операцій, у тому числі обробітку ґрунту.

Таблиця 1. Витрата палива при плужній і безплужній системах обробітку ґрунту, кг/га

Культура у сівозміні	При плужному обробітку	При безплужному обробітку	Зменшення витрати при безплужному обробітку
Зайнятий пар (зернова суміш)	19,0	12,4	6,6
Озима пшениця	21,5	18,5	3,0
Цукрові буряки	49,4	25,4	24,0
Горох	20,0	7,6	12,4
Озима пшениця	21,5	17,5	4,0
Кукурудза на зерно	25,3	21,0	4,3
Кукурудза на силос	27,3	20,9	6,4
Озима пшениця	27,0	14,8	12,2
Цукрові буряки	49,4	25,4	24,0
Ярий ячмінь	20,0	11,1	8,9
Середнє по сівозміні	28,0	17,5	10,5
Всього %	100	62	38

Відомо, що розвиток систем обробітку ґрунту визначається грунтово-кліматичними й соціально-економічними факторами. Актуальним залишається впровадження нових комплексів машин та технічних засобів. На основі аналізу й синтезу визначено місце обробітку ґрунту в загальній системі землеробства (рис. 1).

У країнах з розвинутим аграрним сектором впроваджуються нові механізовані технологічні процеси основного обробітку – ґрунтозахисні, мінімальні, диференційовані, альтернативні й інші. За даними ряду досліджень, проведеними провідними науковими установами України, ґрунтозахисна система землеробства в найбільшій мірі відповідає екологічній ситуації, що склалася.

Ґрунтозахисні технології спочатку застосовували для зниження вітрової й водної ерозії. У даний час вважається, що будь-яка сучасна технологія землеробства повинна бути ґрунтозахисною — забезпечувати ефективне використання землі, а також відновлення й підвищення її родючості.

Сучасні технологічні процеси обробітку ґрунту можуть змінюватись від полицевої оранки з наступним передпосівним обробітком (традиційний обробіток) до прямого посіву в необроблений ґрунт (нульовий обробіток). Технологічні процеси, які займають проміжне положення, зазвичай називають мінімальним обробітком.

Рис. 1. Місце, ієрархія та зв’язки механічного обробітку ґрунту в системі землеробства

Фактичні межі між зазначеними трьома видами обробітку розмиті й частково носять умовний характер.

Технологічний процес механічного обробітку ґрунту, при якому видалена одна або декілька технологічних операцій у порівнянні з традиційною схемою, або декілька з них об’єднанні й проводяться за один прохід машинного агрегату, вважають мінімальним.

Технологічний процес проведення прямого посіву в оброблені стрічки, якщо площа останніх не перевищує 25% від загальної площі земельного виділу, відносять до нульового обробітку.

Під мінімальним та нульовим механічним обробітком розуміють такий, при якому забезпечується найменша механічна дія на ґрунт, створюються оптимальні умови для росту і розвитку рослин.

Застосування визначених технологічних процесів механічного обробітку ґрунту, а саме — традиційного, мінімального та нульового — не обмежується природно-кліматичними умовами, типом ґрунтоутворення або повнотою ресурсозабезпечення. Вони можуть бути застосовані будь-де, а проблема вибору вирішується як системна задача.

Розв’язання цієї проблеми є одним із кроків в алгоритмі обґрунтування раціональних комплексів машин для обробітку ґрунту.

На підставі проведеного аналізу досліджень технологічних процесів основного обробітку ґрунту пропонується диференціювати їх за повнотою обробітку земельного виділу та повнотою загортання рослинних решток (табл. 2).

Таблиця 2.

Класифікація технологічних процесів основного обробітку ґрунту

Назва технологічного процесу механічного обробітку ґрунту	Повнота обробітку земельного виділу, %	Повнота загортання рослинних решток, %
Традиційний обробіток ґрунту: – оранка загального призначення;	100	80...98
– ярусна оранка.	100	98...100
Мінімальний обробіток ґрунту:
– дискування;	100	50...75
– розпушення (плоскорізальний або чизельний обробіток).	100	25...50
Нульовий:
– устаткування для прямого висіву	до 25	10...25

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

переваги оранки	недоліки оранки
Інтенсивна аерація сприяє діяльності мікробів.	Високі затрати праці та енергії.
Не втрачаються найменші частинки ґрунту та поживні речовини.	При відповідних обставинах посилюється розклад гумусу.
Ефективна боротьба з бур’янами, особливо з кореневищними і коренепаростковими бур’янами.	Загортання органічних добрив на значну глибину.
Чисте й повне зароблення проміжних культур та пожнивних залишків.	Нанесення шкоди організмам, які живуть у ґрунті.
Створення широкої ризосфери.	Насіння бур’янів, які при кожній наступній оранці знову піднімаються на поверхню ґрунту і проростають.
Рівномірне збагачення ґрунту гумусом, кальцієм та поживними речовинами.	Небезпека запливання ґрунту, створювання плужних підошов та межі від орного шару до підорного.

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

переваги безплужного обробітку	недоліки безплужного обробітку
Висока ґрунтозахисна ефективність, протидія розпиленню й деформації ґрунтів машинами та знаряддями.	Підвищена потенційна засміченість верхнього 0…15 см шару ґрунту насінням бур’янів.
Сприятливі умови для рослин у коренемісткому шарі ґрунту, посилюється біологічна активність, покращується поживний режим.	Більша увага до підтримування оптимального рівня показників фізико-хімічного стану коренемісткого шару ґрунту.
Зменшення глибини промерзання, забезпечення ранньої стиглості.	Азотне голодування, необхідність додатково вносити азотні добрива.
Сприяє накопиченню ґрунтової вологи та зменшенню інтенсивності випаровування у вегетаційний період.	Вимагає суворої технологічної дисципліни та суворого дотримання агротехнічних строків.
Висока продуктивність машин сприяє зменшенню затрат робочого часу, ресурсу, енергоносіїв на одиницю продукції.	Вимагає комплектації відповідної системи машин і знарядь.

 

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

переваги нульового обробітку	недоліки нульового обробітку
Економія затрат на одиницю продукції.	Вимагає значних капіталовкладень.
Менша кількість одиниць техніки та механізаторів.	Вимагає високого технологічного рівня засобів механізації та кваліфікації обслуговуючого персоналу.
Висока ґрунтозахисна ефективність, протидія розпиленню й деформації ґрунтів машинними агрегатами та сільськогосподарськими знаряддями.	Потенційна загроза хімічного забруднення.
Сприяє накопиченню ґрунтової вологи та зменшенню інтенсивності випаровування у вегетаційний період.	Вимагає більш суворої технологічної дисципліни та більш суворого дотримання агротехнічних строків виконання механізованих робіт у порівнянні з іншими видами обробітку ґрунту.

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.