Механічний обробіток ґрунту

1. Наукові основи обробітку ґрунту

Мета механічного обробітку ґрунту, Обробіток ґрунту є важ­ливою складовою агротехніки і спрямований на підвищення родю­чості ґрунту та забезпечення постійно зростаючих урожаїв сільсько­господарських культур високої якості з найменшими затратами ма­теріальних, енергетичних і трудових ресурсів. Нині на обробіток ґрунту витрачається майже 40 % енергетичних і 25 % трудових за­трат від загального обсягу польових робіт, запланованих на вироб­ництво рослинницької продукції. Ще більше зростатиме роль меха­нічного обробітку ґрунту у разі переходу сільськогосподарського ви­робництва на біологічне землеробство.

Механічний обробіток ґрунту — це дія на нього робочими органами знарядь і машин з метою створення оптимальних умов і забезпечення факторами життя для росту і розвитку сільськогоспо­дарських рослин та захисту ґрунту від ерозії. Внаслідок правильно­го механічного обробітку поліпшується фізичний стан ґрунту, ство­рюються кращі умови для біологічних і хімічних процесів у ґрунто­вому середовищі. В результаті такого обробітку підвищується ефек­тивність всіх інших агротехнічних заходів (системи удобрення, сіво­змін, захисту рослин від бур’янів, шкідників і хвороб та ін.) у най- раціональнішому відтворенні родючості ґрунту.

1. Історія розвитку і завдання обробітку ґрунту на сучасному етапі

Історія обробітку ґрунту сягає давніх часів, коли людина впер­ше за допомогою примітивного знаряддя навчилася вирощувати необхідні їй рослини. Це були прості ручні знаряддя з дерева, кіс­ток тварин чи гострого каменю, за допомогою яких ґрунт неглибоко розпушували і частково обертали, щоб загорнути насіння та зни­щити небажані рослини. Ці знаряддя були прообразом сучасних мотик

.З часом люди почали застосовувати більш-менш прямі палиці із сучком, на який натискували ногою для більш глибокого обробітку. Пізніше такі палиці навчилися загострювати знизу в одній площи­ні, внаслідок чого виникло нове знаряддя — прообраз дерев’яної лопати. Внаслідок обробітку таким знаряддям дещо збільшувалась глибина, ґрунт вже краще розпушувався і більше обертався. При цьому також краще знищувались бур’яни і загортались рослинні рештки та гній. Ручну мотику пізніше замінили ралом, робочим ор­ганом якого був прообраз сучасною лемеша. У рало запрягали тва­рин і обробляли ґрунт уже порівняно глибоко. Збільшення глибини обробітку часто призводило до утворення брил і грудок. Для їх по­дрібнення людина стала застосовувати волочіння по поверхні ґрун­ту різних знарядь, які у подальшому перетворилися на коток. По­ряд із виникненням котка для загортання насіння почали констру­ювати знаряддя типу борони, а пізніше і культиваторів для обробіт­ку парів і ґрунту перед сівбою.

Значна засміченість полів і наявність дернини змусили землероба удосконалювати рало, приробляючи до нього дошки різної кривизни, внаслідок чого з’явилося полицеве знаряддя, яке дістало назву сабан або дерев’яний плуг. Глибина обробітку ним була вже в межах 10 — 15 см. Дерев’яні плуги застосовуються ще й нині у деяких країнах Азії та Африки. З появою перших металевих плугів стало можливим обробля­ти ґрунт навіть до 30-сантиметрової глибини. Далі конструкторська думка була націлена на вдосконалення форми полиць. Натомість прямої з’явилася зігнута полиця, яка згодом набула популярності під назвою англійська. Пізніше було зроблено плуг з гвинтовою полицею, яка порівняно із зігнутою полицею краще обертала ґрунт при оранці задернілих земель. Ще наприкінці XVIII ст. північноамериканський президент Джеферсон спланував для поверхні плуга полицю гіпербо­лічного параболоїда, яку покладено в основу сучасної конструкції плу­гів для оранки на великих швидкостях.

Велика роль в удосконаленні роботи плуга належить Р. Саксу. У 1863 р. він сконструював плуг з передплужником, за допомогою якого краще загортались у ґрунт рослинні рештки, органічні і міне­ральні добрива. Переваги оранки таким плугом порівняно з оран­кою плугами без передплужників були незаперечними. І все ж таки система обробітку ґрунту до кінця XIX ст. розвивалась суто емпірич­ним шляхом. Лише у 1880 р. німецький вчений Е. Вольні, якого вважають засновником агрофізики, розробив теоретичні основи об­робітку ґрунту, що далі розвивали вчені П. Костичев, О. Дояренко, І. Ревут та інші. Так, П. Костичев, вивчаючи шляхи поліпшення фі­зичних властивостей ґрунту за допомогою обробітку у посушливих районах Степу, спочатку висловлював думку про перевагу мілкого обробітку, а пізніше змінив свої погляди і говорив уже про користь глибокої оранки.

Наприкінці XIX — на початку XX ст. поряд із плужним обробіт­ком ґрунту набувають поширення й інші. Велика заслуга в цьому нашого співвітчизника І. Овсінського, який радив полицевий плуг замінити знаряддям, яке б не обертало ґрунт, а лише неглибоко (на 5 — 6 см) його розпушувало. Про переваги такого способу обробітку свідчать позитивні результати його впровадження в умовах Полтав­ської губернії та Бессарабії, де працював цей вчений. Крім того, І. Овсінський заперечував використання глибокої оранки, оскільки при цьому найбагатший шар ґрунту втрачає деякі позитивні влас­тивості, зокрема здатність накопичувати вологу.

Приблизно в той самий період французький фермер Жан в своє­му землеволодінні також відмовився від глибокого обробітку ґрунту плугом і впродовж кількох років з успіхом обробляв ґрунт лише культиватором.

Про перевагу такого мілкого обробітку ґрунту перед глибоким у Німеччині повідомляли Ф. Ахенбах (1921) і Ф.Глянц (1922), хоч дещо пізніше М. Краузе (1931) зазначив, що ще не настав час зовсім відмо­витися від плуга. І хоч намагання замінити плуг з полицями іншими знаряддями залишилися лише спробами, в практиці з’явились нові знаряддя у вигляді фрез, які добре кришили і перемішували ґрунт. У той час вчені багатьох країн світу працювали над удосконаленням роботи корпусів полицевого плуга, а Е. Фолькнер (1939), узагальню­ючи досліди з обробітку ґрунту в США, назвав плужну оранку, яка є основною причиною поширення ерозії ґрунту, «безумством орача». Почесний академік і великий практик-землероб Т.Мальцев радив у районах поширення вітрової ерозії зовсім відмовитися від полицевої оранки, замінивши її глибоким розпушуванням плугами без полиць через кожні 5 років, а в проміжні роки ґрунт обробляти лише диско­вими лущильниками на 10 — 12 см.

Аналізуючи протилежні позиції різних вчених, академік

А. Іоффе зазначав, що наука про обробіток ґрунту перебуває ще на початковій стадії, процеси розпушування і обертання мало вивчені, теоретичні здобутки в цьому напрямі непереконливі, а основні за­кономірності не встановлені. Розвиваючи ці узагальнення, академік М. Качинський зазначав, що хоч вчення про обробіток ґрунту має глибокі витоки, проте й тепер погляди на нього часто мають досить суперечливий характер.

Виходячи з цього за останні десятиріччя з’явилось багато нового у подальшому розвитку наукових основ обробітку ґрунту: досить добре вивчено реакцію культур на обробіток окремих ґрунтових різновидів, доведено перевагу різноглибинного обробітку в сівозміні над обробіт­ком ґрунту на однакову глибину під всі культури, розроблено наукові основи окультурення і поглиблення орного шару різних ґрунтів і на­самперед дерново-підзолистих та солонцюватих. Значним досягнен­ням у розробці наукових основ обробітку ґрунту у світовій і вітчизня­ній науці слід вважати удосконалення системи обробітку з метою за­хисту ґрунтів від вітрової та водної ерозій на основі нового підходу, в основу якого покладено обробіток ґрунту плоскорізними знаряддями, які розпушують ґрунт і зберігають стерню на його поверхні.

Для правильного вирішення питання про глибину та інтенсив­ність розпушування в разі механічного обробітку запропоновано новий підхід з урахуванням таких показників, як оптимальна і рів­новажна щільність. Науковцями України останніми роками вдоско­налено системи зяблевого обробітку під ярі культури наступного року. При цьому залежно від попередника, засміченості і ґрунтово- кліматичних умов рекомендується здійснювати окремі заходи обро­бітку в такій послідовності, що дають змогу ефективніше вести боро­тьбу з вегетуючими бур’янами і очищати ґрунт від їх насіння та ор­ганів вегетативного розмноження.

У теорії обробітку досить актуальним залишається питання про диференціацію орного шару, з яким пов’язується обґрунтування за­стосування певних технологічних операцій, глибини та інтенсивно­сті обробітку ґрунту. Уже тепер з урахуванням біологічних особли­востей окремих культур і ґрунтово-кліматичних умов водночас ви­користовують полицевий і безполицевий, роторний і комбінований способи обробітку ґрунту. Широко практикують також поєднання основного глибокого з поверхневим і мілким обробітком. Обґрунто­вано необхідність застосування фрези під час освоєння низових торф’яників, перелогових земель, докорінного поліпшення лук і па­совищ, напівгребеневого способу вирощування картоплі та ін.

Широкого застосування плоскорізний обробіток набув у районах вітрової ерозії та на схилах, де виявляється дія водної ерозії. Водно­час питання про доцільність щорічної оранки для поліпшення струк­турного стану ґрунту і ліквідації диференціації за родючістю окре­мих частин орного шару залишається відкритим.

Істотною проблемою, яка потребує негайного вирішення на сучас­ному етапі розвитку землеробства, є мінімалізація обробітку ґрунту.

Останніми роками в світовій сільськогосподарській літературі все частіше зазначається негативна дія на ґрунт багаторазового ру­ху полем тракторів і сільськогосподарських машин. Ось чому поряд з розробкою нових технологій вирощування культур потрібно розро­бити заходи щодо розущільнення ґрунту — його орного і підорного шарів. Ґрунтозахисний напрям механічного обробітку повинен ста­ти основою раціонального регулювання біологічних, агрофізичних і агрохімічних показників родючості ґрунту, виходячи з конкретних умов і завдань.

Завдання механічного обробітку на сучасному етапі розвитку землеробства залежно від різновидів ґрунту, рельєфу місцевості, клімату, особливостей вирощування культур та вимог до будови ґрунту, системи удобрення, характеру засміченості полів, наявності шкідників і хвороб, полягає у:

1. зміні будови і структурного стану обробленого шару ґрун­ту з метою створення сприятливого для рослин водного, повітряного і поживного режимів (наприклад, якщо ґрунт переущільнений, то че­рез зменшення його водопроникності погіршуються умови для нако­пичення води за рахунок опадів, знижується забезпеченість коріння рослин киснем, затухає діяльність ґрунтових мікроорганізмів, а звід­си і погіршуються умови для накопичення рухомих форм поживних речовин); уникнути таких негативних явищ можна шляхом оптимі- зації фізичного стану ґрунту під час його розпушування; вважають, що чим бідніший ґрунт на гумус і важчий за гранулометричним складом, тим інтенсивніше слід його обробляти з метою підтримання сприятливого фізичного стану ґрунтового середовища для культур­них рослин і навпаки; серед різних сільськогосподарських культур більш розпушеного ґрунту потребують просапні, а серед них ті, що утворюють продуктивні органи (корене- і бульбоплоди) в ґрунті;

2. поліпшенні поживного режиму за рахунок інтенсифікації життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів (так, за рахунок створен­ня сприятливої будови орного шару під час обробітку ґрунту поліп­шуються умови життєдіяльності мікроорганізмів, які беруть участь у розкладанні органічної речовини, збагачуючи цим самим ґрунт на доступні для рослин елементи живлення); за допомогою обробітку можна встановити оптимальне співвідношення між процесами міне­ралізації і гуміфікації; для інтенсифікації першого з них ґрунт потрі­бно розпушувати, а для прискорення другого — ущільнювати;

3. забезпеченні рівномірності орного шару ґрунту за ро­дючістю (наприклад, якщо ґрунт тривалий час не обробляти зо­всім або обробляти без обертання орного шару, то з часом нижній шар збіднюватиметься на елементи живлення, оскільки при цьому всі добрива і рослинні рештки постійно накопичуватимуться у верх­ньому шарі; крім того, в нижніх шарах через нестачу свіжої органіч­ної речовини затухатимуть мікробіологічні процеси, що також нега­тивно позначиться на поповненні цього шару ґрунту мінеральними сполуками); щоб запобігти процесу диференціації орного шару ґрун­ту за родючістю, потрібно використовувати полицевий обробіток ґрунту на необхідну глибину;

4. поглибленні орного шару — деякі ґрунти (солонці, підзолис­ті та опідзолені) мають неглибокий гумусовий горизонт і характери­зуються несприятливим для рослин підорним шаром; коренева сис­тема рослин у такому підорному шарі розвивається слабо; поліпши­ти його властивості можна за рахунок більш глибокого обробітку ґрунту, в результаті якого орний шар поглиблюватиметься;

5. очищенні ґрунтового середовища від вегетуючих бур’янів, їх насіння і органів вегетативного розмноження, від збудників хвороб і шкідників — в умовах біологічного земле­робства обробіток ґрунту є чи не єдиним засобом оздоровлення ґрун­тового середовища, оскільки жодними іншими засобами вегетуючих бур’янів на посівах знищити практично не можливо; за допомогою обробітку ґрунту можна створити оптимальні умови для проростан­ня насіння з верхнього шару у період, вільний від культурної рос­линності; очистити орний шар ґрунту від вегетативних органів бур’янів (вичісування кореневищ і глибоке заорювання їх пророст­ків у вигляді шилець тощо); глибокий полицевий обробіток є ради­кальним заходом боротьби з шкідниками і збудниками хвороб;

6. загортанні у ґрунт рослинної маси, добрив, а за потре­би і пестицидів — сидерати, рослинні рештки та гній найкраще загортаються в ґрунт під час полицевої оранки, тоді як для загор­тання мінеральних добрив і ґрунтових пестицидів можна викорис­тати різні знаряддя для поверхневого і мілкого обробітку (борони, культиватори, дискові лущильники тощо);

7. підвищенні протиерозійної здатності ґрунту — викорис­тання більшості сільськогосподарських знарядь для інтенсивного об­робітку є причиною поширення вітрової і водної ерозії; тому у вироб­ництві широкого впровадження повинен набути альтернативний вид обробітку — ґрунтозахисний; у районах поширення вітрової ерозії для цього рекомендуються знаряддя, які обробляють ґрунт із залишенням на його поверхні рослинних решток, а на землях з водною ерозією — знаряддя для створення такого мікрорельєфу і поверхні поля, які б водночас забезпечували добру водопроникність ґрунту і до мінімуму зводили стікання талої чи дощової води по поверхні схилу;

8. знищенні багаторічної рослинності під час освоєння ці­линних і перелогових земель та поліпшенні луків і пасовищ; за до­помогою різних знарядь обробітку механічно знищується дернина і створюються сприятливі умови для розпаду її органічної маси;

9. забезпеченні сприятливих умов для якісного проведення сівби, догляду за рослинами, збирання врожаю та інших ро­біт — наприклад, щоб забезпечити рівномірний розподіл поливної води потрібно добре вирівняти поверхню поля за допомогою плану­вальників та інших знарядь; щоб на однакову і водночас незначну глибину висіяти насіння, добре розпушений ґрунт попередньо ущіль­нюють; на перезволожених ґрунтах перед сівбою нарізають гребені для гребеневої сівби чи садіння; якість збирання врожаю також буде вищою, якщо ґрунт перед сівбою буде добре вирівняно.

Отже, обробітком можна розпушити або ущільнити верхній шар ґрунту, позбутися від бур’янів, загорнути у ґрунт пестициди, добри­ва чи рослинні рештки, надати поверхні певної форми для боротьби з ерозією ґрунту, знищити у ґрунті збудників хвороб і шкідники, по­глибити орний шар за рахунок підорного, підвищити протиерозійну здатність ґрунту, підготувати верхній шар до сівби чи садіння та ін. Ось чому обробіток ґрунту справедливо вважають фундаментом зем­леробства.

Механічний обробіток ґрунту вирішує багато важливих завдань, з яких те або інше виступає на перший план залежно від конкрет­них умов. Так, за умов надмірного зволоження основне завдання обробітку ґрунту зводиться до поліпшення повітряного, теплового і поживного режимів, тоді як у степовій зоні потрібно насамперед дбати про те, щоб обробітком сприяти накопиченню і збереженню вологи в ґрунті. На забур’янених полях основним завданням обробі­тку ґрунту є знищення бур’янів, а на задернілих — знищення бага­торічної рослинності.

Разом з цим тільки належне забезпечення (в кількісному і якіс­ному виразі) сучасною сільськогосподарською технікою дає змогу на цьому етапі своєчасно і високоякісно проводити обробіток ґрунту і цим самим створювати найкращі умови для задоволення потреб ви­рощуваних культур і сприяти стабільному підвищенню їх врожай­ності та збереженню екологічної рівноваги.