Землеробство - Гудзь В.П. - 4.7. Проблема ущільнення ґрунтів ходовими системами сільськогосподарських машин

З появою важких енергонасичених тракторів масою понад 4-8 т (МТЗ-82, Т-150, ХТЗ-120, ХТЗ-170), особливо в зрошуваних умовах, інтерес до змін властивостей ґрунтів зріс, оскільки такі трактори негативно впливали на ґрунт. Виявлено дві причини, які спричинюють негативний вплив техніки на властивості ґрунту і врожайність сільськогосподарських культур: це некотрольоване зростання маси машинно-тракторних агрегатів (МТА) і явна недосконалість організації ведення механізованих польових робіт. Крім того, при розробленні використовуваних нині у виробництві конструкцій МТА і технологій вирощування сільськогосподарських культур можливих негативних наслідків ущільнення ґрунту не брали до уваги.

Інтенсифікація сільськогосподарського виробництва призвела до підвищення кількості заходів, пов'язаних з роботою МТА на полі. Так, при вирощуванні зернових культур необхідно виконати близько 8-15 окремих заходів, а просапних - 20-25.

Виявилося, що практично всі типи сільськогосподарських тракторів ущільнюють ґрунт на значну глибину. Проходи коліс важких МТА по розпушеному і зволоженому ґрунту особливо несприятливі. Ущільненню сприяє буксування і вібрація рушіїв, високий тиск у шинах, вузькі відстані між опорами ходових систем (що, зокрема, істотно збільшує загальну площу ущільнення поля) та ін.

Несприятливі фактори ущільнення негативно впливають на водно-фізичні властивості ґрунту: зростає щільність і твердість (за різними даними - до глибини 30-120 см), знижується швидкість надходження в ґрунт атмосферної вологи, зменшується її доступність і різко погіршуються умови для розвитку кореневих систем рослин. Дослідженнями встановлено, що збільшення або зменшення об'ємної маси ґрунту від оптимальної на 0,1-0,3 г/см³ призводить до зниження врожаю на 20-40%.

Багаторазові циклічні переміщення МТА по полю призводять до того, що площа, яка покривається ходовими системами тракторів, перевищує площу поля. Так, без урахування збирально-транспортних робіт при вирощуванні озимої пшениці площа, яка покривається колесами і гусеницями тракторів на 1 га, досягає в середньому 2226 тис. м², при вирощуванні кукурудзи - 18-30, цукрових буряків - 30-32 тис.м².

Проте кількість проходів по одному й тому самому місцю поля неоднакова. При вирощуванні озимої пшениці понад 30% площі поля зазнає дворазової дії ходовими системами тракторів, 20 - шестиразової і 2% - восьмиразової. Не ущільнюється лише 10% площі поля. Поворотні смуги прикочуються колесами і гусеницями машин до 20 разів протягом року (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989).

Дія ходових систем тракторів на ґрунт залежить від типу рушія (гусеничний, колісний) і маси трактора. При роботі тракторів МТЗ-80, ДТ-75М, Т-70С ущільнювальна дія поширюється на глибину до 45 см, Т-150К і К-700 - на 50-70 см. Іноді ущільнення від дії ходових систем тракторів Т-150К і К-700 поширюється на глибину 1-1,2 м. При цьому істотно збільшується об'ємна маса орного і підорного шарів, досягаючи 1,35-1,45 г/см³, зменшується загальна пористість на 23-25%. У багатьох ґрунтово-кліматичних зонах щільність будови ґрунту не самовідновлюється і в наступні роки.

Ущільнення ґрунту пов'язане насамперед із зміною порового простору, причому цей процес починається з деформації крупних некапілярних пор. Найбільш цінними для фізичних властивостей ґрунту є пори розмірами 100-300 мк і більше, по яких транспортується і перерозподіляється велика кількість води, швидко і глибоко проникає в ґрунт повітря. Волога, що міститься в порах розміром менше 10 мк, малодоступна рослинам. Ущільнення ґрунтів призводить до зменшення пор розміром понад 10 мк. Так, при ущільненості ґрунту від 1,25 до 1,62 г/см³ загальна пористість зменшується від 52 до 39%. За об'ємної маси 1,32 г/см³ пори розміром понад 300 мк становлять 2-3% від об'єму ґрунту. При ущільненні до 1,50 г/см³ кількість пор понад 10 мк зменшується до 6%, але в 1,5 разу збільшується об'єм пор розміром менше 3 мк (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989). Це призводить до того, що при однаковій ваговій вологості внаслідок ущільнення ґрунту зменшується кількість доступної рослинам вологи і збільшується вміст недоступної води в мікропорах. Навіть після поливу запас доступної вологи в активному шарі ґрунту на ущільнених ділянках на 250-300 м³/га нижчий, ніж на неущільнених. Крім того, водопроникність ущільненого ходовими системами тракторів ґрунту зменшується в 2-4 рази і більше.

Ущільненість ґрунту погіршує повітрообмін, поживний і температурний режими, знижує біологічну активність ґрунту. Інтенсивність виділення із ущільненого ґрунту СО₂ зменшується в 1,2-1,6 разу. Основною формою азоту в ущільненому ґрунті (до 95%) протягом вегетаційного періоду рослин є амонійний, що пов'язано з погіршенням повітряного режиму.

Температура ґрунту по сліду трактора відрізняється від температури ґрунту на цьому самому місці протягом доби. Ущільнений ґрунт у ранкові години має нижчу температуру, ніж неущільнений, вдень прогрівається сильніше, а увечері швидше охолоджується. Амплітуда коливань температури вища в ущільненому ґрунту, ніж у неущільненому.

Збільшення твердості ґрунту внаслідок ущільнення перешкоджає проходженню зародкового корінця і погіршує аерацію в період підвищення вологості, що знижує схожість насіння. Коріння на ущільнених ділянках деформоване і концентрується у прошарках зі зниженою щільністю ґрунту, внаслідок чого зменшується урожайність культур. В ущільнений ґрунт коріння рослин проникає слабко, до 80% його знаходиться в шарі 7-10 см.

Ущільнення ґрунту ходовими системами спричинює брилоутворення. На ущільнених ділянках суглинкових і глинистих ґрунтів під час оранки утворюються брили діаметром 60-70 см і масою 35-40 кг. Істотно погіршується кришіння при підготовці такого зораного ґрунту під посів культур. Якщо на неущільнених ділянках грудок розмірами понад 10 мм налічує 12-15%, то на ущільнених колесами трактора К-700 їх у верхньому шарі 38-45%.

Оранка і наступний механічний обробіток попередньо ущільненого ґрунту хоч і знижують його об'ємну масу до 0,9-1 г/см³, але супроводжуються утворенням брил. Одночасно з цим зростають затрати енергії на обробіток. Так, на слідах гусеничних тракторів опір оранці зростає на 16-25%, важких колісних тракторів і автомобілів - на 46-65, транспортних агрегатів - на 72-90%. Щоб одержати приблизно однакові показники кришіння ґрунту в колії, утвореній колесом Т-150К, і за її межами, необхідно докласти певних зусиль, щоб зруйнувати неоднаковість їхньої ущільненості, яка відрізняється в 10 разів. Внаслідок ущільнення ґрунту, як свідчать результати досліджень, знижується урожай кукурудзи на зерно і зелену масу до 30%, озимої пшениці - до 27, цукрових буряків - до 15, ячменю - до 24, картоплі - до 25% (А. С. Кушнарев, В. И. Кочев, 1989).

Негативний вплив ходових систем мобільних агрегатів на ґрунт можна зменшити впровадженням у практику комплексу організаційних заходів, що забезпечують їх рух за заздалегідь наміченими маршрутами. При цьому більшість технологічних операцій виконується при пересуванні тракторів по одних і тих самих коліях, - завчасно визначених і фіксованих на період вирощування сільськогосподарської культури маршрутах. Щоб зменшити площу ущільнення поля, слід, за можливістю, надавати перевагу тракторам великого тягового класу, завдяки чому при агрегатуванні із широкозахватними знаряддями набагато зменшується кількість проходів по полю. Так, при культивації ґрунту МТЗ-82 ущільнює 1650 м²/га, а Т-150К - удвічі менше. Такого самого результату можна добитися і при вживанні інших заходів. При цьому не слід допускати проходів енергонасичених тракторів по перезволоженому ґрунту.

Із застосуванням маршрутизації руху МТА зменшується площа ущільнення поля при вирощуванні головних сільськогосподарських культур (озимої пшениці, цукрових буряків, кукурудзи) в 1,7-2,7 разу. Завдяки маршрутизації руху тракторів зменшується кількість проходів по полю, поліпшується організація ведення польових робіт, знижуються витрати палива і підвищується продуктивність сільськогосподарських культур.

Назважаючи на те, що маршрутизація - простий і ефективний спосіб зниження негативного впливу МТА на ґрунт, її впровадження пов'язане з рядом труднощів, які пояснюються різною шириною захвату знарядь для передпосівного обробітку і сівби культур. Так, паровий культиватор КПС-4 має ширину захвату 4 м, зернова сівалка СЗ 3,6-3,6 м. При здійсненні маршрутизації цей культиватор не буде використовуватися на ширину захвату, рівну 0,4 м. Тому для широкого впровадження маршрутизації необхідно передбачати такий комплекс машин, який мав би однакову ширину захвату, або зробити захват деяких знарядь (борін, котків та ін.) кратним ширині захвату базових машин (наприклад, сівалок). Те й інше не потребує значних затрат, оскільки конструкції машин при цьому не змінюються, а змінюється тільки ширина їх захвату. При виконанні цих умов маршрутизація МТА здійснюватиметься при вирощуванні будь-якої культури автоматично, тобто МТА будуть рухатися тільки постійними коліями. Тоді площа ущільнення поля зменшиться, локалізується в об'ємі поля в постійних коліях і простіше усунеться при періодичному їхньому глибокому розпушуванні.

Маршрутизацію руху МТА доцільно впроваджувати насамперед при проведенні весняно-літніх робіт, оскільки на цей період припадає 70% проходів тракторів по полю. Крім того, у весняний період вологість ґрунту, як правило, вища, відповідно збільшується і його ущільнення. При виконанні різних робіт агрегати рухаються вздовж, упоперек і по діагоналі поля. Питома маса таких рухів відповідно становить 68, 24 і 18%. Інститут цукрових буряків УААН для поліпшення вирівняності поверхні поля рекомендує всі наступні заходи після оранки проводити під кутом 20-25° до напрямку попереднього обробітку. Проте така рекомендація виключає можливість застосування маршрутизації руху агрегатів по одних і тих самих коліях. Тому при впровадженні маршрутизації у виробництво всі роботи необхідно виконувати в одному напрямку, а для поліпшення вирівняності поля повздовжні й поперечні проходи проводити під кутом 65-70° один до одного.

Рух тракторів по одних і тих самих слідах можна здійснити тільки у випадку рівності або кратності робочої ширини захвату агрегатів. При вирощуванні цукрових буряків найбільше (36%) застосовують агрегати з робочою шириною захвату 5,4 м. Її можна прийняти як базову. Боронувальні агрегати у складі тракторів Т-150 і Т-70С із зчіпками СГ-21 і СП-11 необхідно укомплектувати додатковими ланками борін і тоді робоча ширина захвату становитиме 21,6 і 10,8 м. Робочу ширину захвату агрегату для вирівнювання ґрунту можна зменшити, збільшивши перекриття при суміжних проходах до 10,8. Суцільне обприскування здійснюється трактором МТЗ-80 з машиною ПОУ, робочу ширину захвату якої зменшують до 10,8 м відключенням крайніх розпилювачів штанги. Після такого коригування робочої ширини агрегатів усі проходи тракторів у весняно-літній період при вирощуванні цукрових буряків можна проводити по одних і тих самих коліях.

Першим заходом по підготовці ґрунту до сівби у весняний період є боронування, яке проводять у поперечному напрямку. При підготовці агрегату до роботи його обладнують маркерами і слідопокажчиками: вони забезпечать рух наступного шлейфу-вального агрегату із шириною захвату 10,8 м по тих самих слідах. За величину вильоту маркера боронувального агрегату приймають відстань від правого рушія трактора до диска маркера. Останнє пов'язане з тим, що водити трактор по сліду маркера найзручніше правим рушієм. Тоді правий і лівий вильоти маркера (відповідно М_р і М_лід) визначають за такими формулами:

де В_р - робоча ширина захвату агрегату, м;

В_т - відстань між серединами передніх коліс, м.

Маркери будуть виступати за межі агрегата приблизно на 11 м, що утруднює використання загальноприйнятої їх конструкції. Щоб позбавитися цього недоліку, в боронувальному агрегаті застосовують пінні маркери. Конструкція слідопокажчиків повинна забезпечувати утворення в ґрунті глибокої борозенки, яка після проведення поздовжнього боронування залишалася б орієнтиром для механізатора при наступному агротехнічному заході, який виконують у поперечному напрямку. При повторному боронуванні поля в поздовжньому напрямку бічні слідопокажчики з агрегату знімають. На агрегатах із шириною захвату 10,8 м установлюють три слідопокажчики на відстані 5,4 м обладнують одним слідопокажчиком, який установлюють за правим рушієм трактора.

Рух тракторів по одних і тих самих коліях можливий тільки за умови суворого дотримання основної вимоги - всі проходи агрегату по одному й тому ж сліду необхідно виконувати в одному напрямку. Останнє при незбіганні ширини захвату різних агрегатів утруднює організацію робіт. У такому випадку застосовують спеціальний спосіб руху агрегату.

Ефективність інтенсивної технології вирощування зернових культур істотно підвищується при зниженні ущільнювальної дії ходових систем мобільних агрегатів на ґрунт шляхом поширення маршрутизації руху їх на всі заходи обробітку ґрунту у весняно-літній період. Для цього ширину захвату всіх агрегатів узгоджують із шириною захвату посівного агрегату, яка становить 10,8 м. Боронувальний агрегат можна комплектувати на базі трактора Т-150, із зчіпкою СГ-21 і робочою шириною захвату 21,6 м. Агрегат для культивації складається із трактора Т-150, зчіпки СП-16 та трьох культиваторів КПС-4. Збільшуючи перекриття при суміжних проходах культиватор-ного агрегату, робоча ширина його захвату має бути 10,8 м.

Аналогічним способом підбирають агрегати при використанні інших тракторів, а також для вирощування інших сільськогосподарських культур.

Досвід показав, що впровадження маршрутизації полегшується, якщо спочатку складають спеціальні маршрутні карти руху МТА для кожного поля. У подальшому в міру освоєння механізаторами технології маршрутизації потреба в них відпадає.

Локалізація ущільнення за рахунок маршрутизації руху сільськогосподарських машин - ефективний спосіб зниження негативної дії їхніх ходових систем на ґрунт.

Технологію вирощування сільськогосподарської культури необхідно складати з урахуванням наявних у господарстві тракторів і можливостей використання їх під час проведення певних заходів, а також кількості проходів агрегатів по полю, особливо по розпушеному і вологому ґрунту. Технологічні карти повинні передбачати міні-малізацію руху по полях навантажених самохідних шасі, автомобілів, питомий тиск яких на ґрунт перевищує відповідні показники навіть у енергонасичених тракторів.

Для боротьби з ущільненням ґрунту рекомендується здвоювати або уширювати колеса тракторів; зменшувати тиск у їхніх шинах, використовувати машини зі зниженою масою; зменшувати кількість проходів тракторів та інших агрегатів по полю за рахунок поєднання операцій і використання широкозахватних і комбінованих агрегатів; вилучати з роботи колісні трактори, особливо на фізично неспілих ґрунтах.

За цих умов зростає роль комбінованих агрегатів, які забезпечують значне зменшення переущільнення ґрунтів і зниження витрат пального. При вирощуванні просапних культур (цукрових буряків, соняшнику, кукурудзи) особливого значення набуває суміщення декількох операцій для вирівнювання і розпушування ґрунту, внесення гербіцидів, сівби і прикочування в одному агрегаті на базі використання інтегральних тракторів ХТЗ-120, ХТЗ-121. Таким чином, зменшується кількість проходів агрегатів по полю, менше ущільнюється і деформується ґрунт, досягається оптимальне завантаження тракторів, збільшується їх продуктивність, зменшуються витрати пального і коштів.

При вирощуванні озимої пшениці по інтенсивній технології сівбу проводять з формуванням технологічної або маркерної колії, для чого в середньої сівалки трисі-валкового агрегату перекривають у першому випадку 6-й, 7-й і 18-й, 19-й, а в другому один (18-й) сошники. При цьому всі операції по проведенню підживлень, обробіток ретардантами і пестицидами проводять агрегатами по технологічних коліях.

Заслуговує на увагу застосування на певних площах сівалок прямої сівби, завдяки чому істотно зменшується навантаження на ґрунт.