Norint taikyti tausojamąsias tiesioginės sėjos, juostinio žemės dirbimo ir sėjos ar minimalaus žemės dirbimo technologijas, neužtenka vien plūgą pakeisti kitomis mašinomis. Visa ko pradžia – noras keisti tradicinę ūkininkavimo sampratą.

Pabaiga. Pradžia Nr. 9

Kartu reikia ir platesnio požiūrio į žemdirbystės technologijas, įvertinti dirvožemio charakteristikų, pasėlių priežiūros, augalų liekanų panaudojimo ir kitų aspektų pokyčius.

Neariminių žemės dirbimo technologijų pokyčius daug metų analizuoja ir vertina VDU Žemės ūkio akademijos (ŽŪA) Žemės ūkio inžinerijos ir saugos katedros (ŽŪISK) mokslininkai ir doktorantai.

Kodėl ariama giliai

Gilus arimas apibrėžiamas kaip žemės dirbimas didesniu nei 20 cm gyliu. Žemės dirbimas ariant plūgu, kaip pagrindinis žemės ūkio technologinis procesas, veikia fizines, chemines ir biologines dirvožemio savybes, todėl daro didelę įtaką žemės ūkio ekosistemai ir augalininkystės produktyvumui, nulemia derlių. Kai kuriose laukų vietose gilus arimas reikalingas tam, kad giliai įsišakniję augalai galėtų gauti papildomų maisto medžiagų, sukauptų podirvyje. Be to, ši technologinė operacija leidžia reguliuoti dirvožemio orą, vandenį ir šilumą, kurie labai svarbūs formuojant fizines, chemines ir biologines dirvožemio savybes.

Gilus arimas puikiai „sulaužo“ sutankėjusius dirvožemio sluoksnius, juos aeruoja, gali įterpti ir sumaišyti didelius augalų liekanų kiekius, naikina piktžoles ir kenkėjus. Tačiau taikant tradicines gilaus žemės dirbimo technologijas, susidedančias iš kelių technologinių operacijų, susiduriama su didelio intensyvumo mechaniniu poveikiu dirvožemiui. Nuo žemės dirbimo intensyvumo priklauso dirvožemio vandens kiekis, temperatūra, aeracija ir augalų liekanų susimaišymo laipsnis. Mažinant žemės dirbimo operacijų skaičių galima sumažinti gamybos sąnaudas.

Nepaisant naudos, tradicinis gilus žemės dirbimas turi rimtų trūkumų, susijusių su dirvožemio drėgmės praradimu, dirvožemio struktūros ardymu, dirvožemio organinės medžiagos mažėjimu ir palankesnių sąlygų dirvožemio erozijai sudarymu. Dirvožemio erozija yra visuotinė aplinkos problema, sukelianti dirvožemio degradaciją ir veikianti kelis milijardus hektarų visame pasaulyje.

Tausojamosios žemės dirbimo technologijos

Nors tradicinis gilus žemės dirbimas dominuoja pasaulyje ir Europoje, kiekvienais metais didėja neariminių technologijų taikymas ir neartų dirvų plotai. Bet kokia žemės dirbimo operacija gali būti vadinama tausojamąja, jei dirvos paviršiuje paliekama daugiau kaip 30 proc. augalų liekanų. Skirtingų šalių mokslininkai teigia, kad bearimis žemės dirbimas yra tausojamosios žemdirbystės pagrindas, kuris pasiteisina, jeigu dirvožemio derlingumą ir augalų augimo sąlygas gerinančios priemonės taikomos kompleksiškai ir sistemingai.

Tausojamosios technologijos, palyginti su tradiciniu žemės dirbimu, yra ekonomiškesnės, sumažina fizinį dirvožemio krūvį dėl mažesnio dirbimo intensyvumo ir gylio, išsaugo daugiau ražienų ir augalų liekanų dirvos paviršiuje. Jų taikymas naudingas ūkininkams, nes gali padėti sumažinti technologinių operacijų skaičių, sutaupyti dyzelinių degalų ir darbo laiko, o dėl mažesnio važinėjimo po lauką – mažiau sutankinti dirvožemį. Siekiant sumažinti gamybos sąnaudas ir augalininkystės poveikį aplinkai, didelė dalis tyrėjų siūlo taikyti tausojamąją žemdirbystę, kaip tvarią ir pelningą technologiją.

Tos pačios mašinos skirtingiems žemės dirbimo būdams?

Plačiau taikant tausojamąsias bearimes žemės dirbimo technologijas, susiduriama su dilema, ar skirtingo intensyvumo technologijoms būtina turėti atskirus žemės ūkio mašinų komplektus. Ar su tomis pačiomis mašinomis galima sėti ir į suartą dirvą, ir į ražienas. ŽŪISK doktorantė Lina Saldukaitė (dabar dr. Lina Saldukaitė-Sribikė) 2018 m. pradėjo nagrinėti juostinio žemės dirbimo ir tiesioginės sėjos mašinų darbo aspektus skirtingai įdirbtose dirvose. Eksperimentiniai lauko tyrimai vyko 2018–2022 m. ŽŪA Bandymų stotyje.

Atliekant eksperimentinius tyrimus, taikytos trys žemės dirbimo technologijos ir naudotos dvi sėjos mašinos, taip pat vykdytas kompleksinis žemės dirbimo ir sėjos lauko eksperimentas. Buvo taikytas tradicinis žemės dirbimas giliai ariant (TD), minimalus žemės dirbimas sekliai kultivuojant ražienas (MD) ir nedirbtos dirvos technologija (ND). Kiekvienam žemės dirbimo variantui buvo skirta po 0,32 ha, kuriame naudotos dvi skirtingos sėjos mašinos, t. y. tiesioginės sėjos Väderstad Rapid 300 C (TS) ir juostinio žemės dirbimo ir sėjos Mzuri Pro-till 4T (JŽDS).

Tyrimai vykdyti auginant žieminius kviečius ir žieminius rapsus, pagal auginimo metus skyrėsi tik priešsėlis: 2019 m. prieš rapsų auginimą nuimti žieminiai kviečiai, 2020 m. – žieminiai rapsai, o 2021 m. – žieminiai kviečiai. Visos pasėlių priežiūros ir derliaus nuėmimo mechanizuotos technologinės operacijos atliekant eksperimentą buvo identiškos visuose variantuose, tačiau skyrėsi pagal sėjos metus ir augalų rūšį.

Apibendrinus L. Saldukaitės-Sribikės eksperimentinių tyrimų rezultatus, nustatyta, kad trejus metus taikius juostinio žemės dirbimo ir sėjos bei tiesioginės sėjos technologijas pasikeitė dirvožemio savybės. Didžiausias vidutinis dirvožemio tankis 0–10 cm gylyje buvo nustatytas taikant ND-TS, mažiausias – MDJŽDS. Palyginti su tradiciniu žemės dirbimu, kuriame didžiausias dirvožemio tankis buvo 1,49 g/cm³, gilesniame dirvožemio sluoksnyje vidutinis tankis buvo panašus. Vidutinis aeracinis dirvožemio poringumas ND technologijose siekė nuo 20,5 iki 22,8 proc., MD – nuo 22,4 iki 25,7 proc., TD technologijose – nuo 21,9 iki 22,8 proc. Visais atvejais taikant JŽDS technologiją aeracinis dirvožemio poringumas buvo didesnis.

Dirvožemio temperatūra priklausė nuo aplinkos temperatūros, taikytos žemės dirbimo ir sėjos technologijos. Didžiausia vidutinė dirvožemio temperatūra po sėjos buvo taikant TD-TS technologiją ir, palyginti su neįdirbtos dirvos technologija, buvo apie 8 proc. didesnė. Dirvožemio drėgmės kitimui įtakos turėjo klimato sąlygos ir žemės dirbimo technologija. Didžiausia vidutinė dirvožemio drėgmė po žemės dirbimo arba nedirbimo buvo ND-TS technologijoje, atsinaujinus vegetacijai – TD-TS technologijoje. Po sėjos ND-TS technologijoje vidutinė drėgmė buvo iki 42,8 proc. didesnė nei taikant tradicinę technologiją.

Buvo atliktas skirtingų žemės dirbimo ir sėjos technologinių procesų poveikio CO₂ dujų koncentracijai dirvožemyje ir CO₂ emisijoms iš dirvožemio į aplinką vertinimas. Nustatyta, kad žemės dirbimo ir sėjos technologiniai procesai daro tam esminę įtaką. TS technologijoje CO₂ koncentracija dirvožemyje buvo didesnė, palyginti su JŽDS, nes sėjant tiesiogiai skirtingu intensyvumu įdirbtose dirvose per sėją dirva buvo mažai judinama.

Tiesiogiai sėjant į neįdirbtą ražieną, CO₂ koncentracija buvo didesnė 42,1 proc., negu taikant juostinio žemės dirbimo ir sėjos technologiją. Tačiau vertinant emisijas iš dirvožemio rezultatai buvo priešingi. Taikant JŽDS technologiją, kai dirvožemio sluoksnis, į kurį įterpiamos sėklos, buvo įdirbamas, CO₂ emisijos į aplinką iš dirvožemio buvo vidutiniškai 10–16 proc. didesnės negu dirbant su TS sėjamąja. Palyginti su tradiciniu gilaus arimo dirbimu, CO₂ emisijos iš dirvožemio buvo iki 16 proc. mažesnės MD ir ND technologijose.

Kiekvienos technologijos taikymo efektyvumą atspindi derlius. Šie tyrimai parodė, kad TS ir JŽDS sėjamųjų taikymas skirtingai įdirbtose dirvose darė įtaką žieminių kviečių ir žieminių rapsų derlingumui. Didžiausias žieminių rapsų derlingumas (3,9 t/ha) gautas taikant JŽDS technologiją minimaliai įdirbtoje dirvoje – jis buvo apie 21 proc. didesnis negu TD-TS technologijoje. Didžiausias vidutinis žieminių kviečių derlingumas gautas taikant tiesioginę sėją neįdirbtoje dirvoje ir siekė 6,8 t/ha arba 5 proc. daugiau, negu TD-JŽDS technologijoje. Palyginti su tradicine technologija artoje dirvoje, tausojamosios technologijos davė nuo 5 iki 27 proc. didesnį derlių.

Kitas veiksnys, apibūdinantis technologijų naudingumą, yra ekonominis efektyvumas. Atlikus ekonominių sąnaudų, reikalingų žieminiams rapsams ir žieminiams kviečiams užauginti pagal skirtingas technologijas (degalai, sėklos, trąšos, pesticidai ir t. t.), vertinimą, nustatyta, kad auginant žieminius rapsus ir naudojant nuosavas mašinas sąlyginis pelnas (nes nevertintas darbo užmokestis ir kitos išlaidos) taikant JŽDS technologiją minimaliai įdirbtoje dirvoje buvo 39,2 proc. didesnis negu taikant tradicines žemės dirbimo ir sėjos technologijas.

Auginant žieminius kviečius ir taikant tiesioginę sėją minimaliai įdirbtoje dirvoje, sąlyginis pelnas, palyginti su tradicinėmis žemės dirbimo technologijomis, buvo 9,8 proc., o taikant JŽDS minimaliai įdirbtoje dirvoje – 9 proc. didesnis.

Eksperimentiniais tyrimais įrodyta, kad žemdirbiams nebūtina turėti skirtingų žemės dirbimo ir sėjos mašinų komplektų tradicinėms ir tausojamosioms technologijoms, kad taikant mišrius technologinius procesus taip pat galima pasiekti labai gerų dirvosaugos, energinių, aplinkosauginių ir ekonominių rezultatų. Įdiegus juostinio žemės dirbimo ir sėjos bei tiesioginės sėjos technologinius procesus galima optimizuoti darbo laiko, dyzelinių degalų ir energijos sąnaudas. Mokslinių tyrimų rezultatai rodo, kad juostinio žemės dirbimo ir tiesioginės sėjos technologinių procesų taikymas gali padėti siekti žaliojo kurso tikslų, nemažinant žieminių kviečių ir rapsų produktyvumo.

Mašinų poveikis dirvos sutankinimui

Intensyvus žemės dirbimas ir daugkartinis važinėjimas po dirvą didina dirvožemio tankį. Dirvos paviršiaus ir gilesnių jos sluoksnių sutankinimas labai priklauso nuo žemės ūkio mašinos perduodamos masės ir ratų su dirva kontaktinio ploto. Kuo didesnis plotas, tuo mažesnė mašinos masės įtaka dirvos sutankinimui. Todėl pastaruoju metu vis daugiau naudojamos platesnių padangų, sudvejintų ratų ir vikšrinės (guminių vikšrų) važiuoklės, kurių kontaktinis plotas su dirva yra kelis kartus didesnis negu įprastinių ratinių važiuoklių.

Negalima pamiršti ir to, kad žemės ūkio mašinos (traktoriai, kombainai ir kitos savaeigės mašinos) su vidaus degimo varikliais yra vibruojantys mechanizmai. Todėl, esant mažam atraminiam plotui į dirvą, vibracijos įtaka pasidaro dar didesnė ir gali sutankinti kur kas gilesnius dirvos sluoksnius.

Kitas svarbus technologinis aspektas yra tai, kad, atsižvelgus į žemės dirbimo technologijas, skirtingai sutankinami įvairūs dirvos sluoksniai. Taikant įprastą žemės dirbimą plūgu, labai dažnai (priklauso nuo plūgo korpusų skaičiaus) du traktoriaus ratai rieda jau išarta vaga. Vagos dugnas jau ir taip truputį sutankintas, nes ariant beveik visas plūgo svoris persiduoda dirvai per plūgo apačioje esančias pavažas. Todėl išarta vaga riedantys traktoriaus ratai dar papildomai sutankina gilesnius dirvos sluoksnius. Dėl to suartose dirvose vis dažniau 25– 45 cm gylyje, o kartais ir giliau, yra stipriai sutankėjęs dirvos sluoksnis, vadinamasis armens padas. Taikant nearimines žemės dirbimo technologijas, gilių poarmeninių dirvos sluoksnių sutankinimo galima išvengti.

Daugybė mokslininkų įvairiose šalyse ieško sprendimų, kaip išvengti dirvožemio sutankinimo, nagrinėja technologinius, dirvosauginius, inžinerinius, agronominius, biologinius ir kt. aspektus. ŽŪISK mokslininkai taip pat neliko nuošalyje, jie skyrė dėmesį šiai tematikai ir atliko teorinius bei eksperimentinius tyrimus. Doktorantas iš Ukrainos Andrii’us Zabrodskyi's (dabar mokslų daktaras) tyrė žemės ūkio padangų eksploatacinių parametrų įtaką dirvožemio sutankinimui. Buvo išsikelta daug svarbių uždavinių: išanalizuoti mobilių žemės ūkio mašinų padangų ir jų parametrų poveikį dirvožemio sutankinimui; teoriniais skaičiavimais, taikant grafinius ir analitinius metodus, pagrįsti tinkamiausius pneumatinių padangų konstrukcinius ir eksploatacinius parametrus; eksperimentiniais tyrimais įvertinti teoriniais skaičiavimais pagrįstus žemės ūkio padangų skirtingus eksploatacinius parametrus; ištirti skirtingų žemės dirbimo ir sėjos technologijų poveikį dirvožemio kietumui; atlikti žemės ūkio padangų konstrukcinių ir eksploatacinių parametrų modeliavimą, leidžiantį įvertinti sutankinimo poveikį giluminiams dirvožemio sluoksniams; ištirti ir įvertinti traktoriaus variklio vibracijos įtaką dirvožemio sutankinimui; nustatyti poveikį aplinkai dėl sutankintų dirvožemio sluoksnių supurenimo; įvertinti galimą dirvožemio sutankinimo poveikį ekonominiams nuostoliams.

Eksperimentiniai tyrimai atlikti naudojant traktorių Claas Xerion 5000 su Trelelborg IF 900/60 R42 padangomis kasmet giliai ariamoje dirvoje. Bendra traktoriaus masė su puse užpildyto degalų bako ir balanso kompensavimo apkrovomis buvo 23 900 kg. Gamyklinis balansas buvo toks, kad priekinė ašis – 55, galinė ašis – 45 proc. visos masės, po kompensacijos apkrovomis pasiskirstymas buvo 50 ir 50 proc. Slėgis padangose buvo keičiamas nuo 0,8 iki 2,4 bar su 0,4 bar žingsniu, atliekant kelis pakartojimus.

Mašinos padangų apkrovos poveikiui į dirvožemį matuoti buvo naudojami trys Laumas CBX 30000 modelio jutikliai, kurių nominali apkrova siekė iki 30 000 kg, jautrumas 2 mV/V – 0,1 proc., paklaida ≤ 0,035 proc. Jutikliai buvo sumontuoti specialioje konstrukcijoje su tvirtinimo lizdais. CBX serijos jutikliams geriausiai tiko V15000 montavimo korpusas, kiekvienas jų svėrė 9 kilogramus. Visi trys montavimo korpusai su jutikliais buvo sumontuoti į vieną eksperimentinę plokštumą. CBX 30000 modelio masė buvo 2,2 kilogramo.

Plokštuma su visais jutikliais buvo dedama į iš anksto paruoštą ertmę viršutiniame dirvožemio sluoksnyje (~ 30 cm). Po pagrindine 90 x 30 x 5,5 cm plokštuma sumontuotos visos 3 jutiklių tvirtinimo konstrukcijos. Plokštuma pagaminta iš vientisos 5,5 cm storio medienos plokštės. Nerūdijančio plieno V15000 montavimo korpusai, kurie prie plokštės buvo pritvirtinti užapvalintos galvutės varžtais, maksimaliai prigludo prie plokštės paviršiaus. Kiekvienam apkrovos jutikliui buvo sukurtas elektroninis blokas dėžutėje ant nedidelės laminuotos plokštumos su fotorezistine danga, kurioje buvo naudojami Arduino nano ir analoginis skaitmeninis keitiklis (ADS1232). Apkrovos jutikliai USB laidu prijungti prie nešiojamojo kompiuterio. Eksperimentinė įranga su jutikliais buvo įleista į dirvožemį.

Atlikus mokslinę analizę, teorinius ir eksperimentinius tyrimus, taip pat gautų duomenų vertinimą, nustatyta, kad dirvožemio sutankinimas (DS) yra viena pagrindinių šiuolaikinio žemės ūkio problemų, atsiradusi dėl nuolat sunkėjančios žemės ūkio technikos ir netinkamos ūkininkavimo praktikos. Mokslinė analizė parodė, kad DS mažina dirvožemio ir augalų produktyvumą, keičia savybes, sukelia dirvožemio degradaciją, neigiamai veikia aplinką per padidėjusias ŠESD emisijas dėl papildomai sunaudojamų degalų, trąšų ir pesticidų, didina ekonomines žemės ūkio produkcijos gamybos sąnaudas.

Vadovaujantis geometrine padangos deformacijos analize, buvo sudarytas žemės ūkio mašinų padangų, sąveikaujančių su dirvožemiu, deformacijos simuliacijos modelis ir pagrįstas tinkamiausias kampas α ≈ 48°, kuris apibūdina lanko ilgį, susidarantį tarp padangos ir standaus plokščio paviršiaus sąlyčio kraštinių taškų. Šis kampas, kaip universalus parametras, turi įtakos padangos sąlyčio su dirvožemiu kontaktiniam plotui, pagal jį galima parinkti optimalų padangos slėgį. Be to, jis leidžia užtikrinti pastovų padangos sąlytį su dirvožemiu ir tenkinti elastingo padangos apvalkalo nesilankstymo sąlygą, atliekant įvairius žemės ūkio darbus.

Atlikus skaitmeninį modeliavimo eksperimentą, kuriuo buvo siekiama nustatyti optimalius traktoriaus padangų parametrus, įdirbant jaurinius smėlingo priemolio dirvožemius, gauta, kad racionaliausi nustatymai yra 0,16 MPa padangų slėgis ir 0,55 m minimalus kontakto plotis. Tyrimų rezultatai parodė, kad didesnės padangų slėgio vertės didino ratų apkrovas ir DS. Atsižvelgiant į dirvožemio tipą ir drėgmės lygį, padangos slėgis 0,16 MPa arba mažesnis leidžia sumažinti DS ir pailginti žemės ūkio technikos padangų eksploatavimo laiką.

Aplinkosauginio ir ekonominio vertinimo rezultatai parodė, kad dirvožemio sutankinimas tiesiogiai ir netiesiogiai daro didelį neigiamą poveikį aplinkai, o kartu ir ekonominiams rodikliams. Nustatyta, kad dėl DS tiesioginiai ekonominiai nuostoliai Lietuvoje gali siekti apie 13,8 mln. Eur, o Ukrainoje – apie 121,1 mln. Eur per metus, iš kurių didžiausią dalį sudaro derliaus nuostoliai, papildomos išlaidos degalams ir azoto trąšų nuostoliai.

Netiesioginius nuostolius gana sunku įvertinti, tačiau pasinaudojant įvairių šalių praktika, nustatyta, kad šie nuostoliai Lietuvoje galėtų būti ne mažesni kaip 29,6 mln. Eur, o Ukrainoje – 1 615,9 mln. Eur per metus, iš kurių didžiausią dalį sudaro ŠESD emisijų į aplinką išlaidos dėl padidėjusių degalų ir trąšų sąnaudų. Apibendrinti metiniai DS poveikio aplinkai ir ekonomikai nuostoliai Lietuvoje ir Ukrainoje galėtų būti atitinkamai 12,71 ir 49,13 Eur/ha, kai vertinami visi ariamos žemės plotai.