Žemės dirbimo technologijos parinkimas priklauso nuo planuojamų auginti žemės ūkio augalų rūšies, priešsėlio, turimo žemės dirbimo mašinų parko, dirvožemio fizikinių-mechaninių savybių, meteorologinių sąlygų, daugiamečių tradicijų ir kitų veiksnių. Taikant įprastinį žemės dirbimą, didesnė tikimybė gauti didesnį augalų derlių, o taikant supaprastinto žemės dirbimo technologijas - mažesnes išlaidas, draugiškesnį poveikį dirvai ir aplinkai, geresnį energinį efektyvumą.

Žemės dirbimas yra viena iš energijai imliausių ir brangiausių technologinių operacijų bet kurioje žemės ūkio augalų auginimo technologijoje. Be jokios abejonės, kiekviena žemės dirbimo technologija turi savų privalumų ir trūkumų. Dėl mažo žemės dirbimo technologinių operacijų našumo ir didelės galios traktorių poreikio įprastinio žemės dirbimo, kai naudojamas gilusis arimas, išlaidos dažniausiai būna pačios didžiausios. Be to, įprastinio žemės dirbimo poveikis aplinkai, dirvai ir bioįvairovei paprastai taip pat būna neigiamas. Neracionalus žemės dirbimo mašinų arba jų darbo technologinių režimų parinkimas gali dar labiau padidinti neigiamą poveikį aplinkai. Tokiais atvejais dėl padidėjusių mašinų apkrovų gali būti į aplinką išmetama daugiau nuodingų deginių, o visa tai labai pažeidžia natūralią aplinkos ekosistemą.

Norint sumažinti išlaidas žemei dirbti ir labiau tausoti aplinką, taikomos supaprastinto žemės dirbimo arba tiesioginės sėjos technologijos. Supaprastinto žemės dirbimo pagrindiniai tikslai yra tausoti dirvožemį, saugoti jį nuo vėjo ir vandens erozijos, mažinti derlingojo dirvožemio sluoksnio bei trąšų ir kitų cheminių medžiagų išplovimą į vandens telkinius, didinti bioįvairovę, mažinti darbo laiko ir degalų sąnaudas, išauginamos žemės ūkio produkcijos savikainą ir t. t.

Kitas ne mažiau svarbus technologinis veiksnys yra tas, kad, mažinant žemės dirbimo intensyvumą, galima sumažinti žemės dirbimo technologinių operacijų skaičių, kartu ir važinėjimus po dirvą su žemės ūkio mašinomis. Taikant įprastinę žemės dirbimo technologiją, lauku važiuojama daug kartų, todėl suvažinėjama iki 80 proc. viso dirvos paviršiaus, o galulaukėse, kuriose apsisukama, viena vieta pravažiuojama po keletą kartų. Dėl šių priežasčių sutankėja gilesni dirvos sluoksniai, suprastėja vandens filtracija, sumažėja bioįvairovė.

Užsienio patirtis

Per pastarąjį dešimtmetį skirtingų šalių mokslininkai atliko nemažai įvairių žemės dirbimo technologijų su skirtingais augalais mokslinių tyrimų, kuriais tyrė žemės dirbimo technologijas agronominiais, dirvosauginiais, aplinkosauginiais ir ekonominiais aspektais. Daugelis mokslininkų teigia, kad, diegiant supaprastintas žemės dirbimo technologijas arba tiesioginę sėją, dirvos fizikinės-mechaninės savybės iš esmės per daug nekinta, o augalų derlius dažnai gaunamas labai panašus, kaip ir taikant įprastines technologijas. Tačiau skaičiuojant energinį technologijų balansą, supaprastintos technologijos gerokai dažniau būna pranašesnės, palyginti su įprastinėmis, tiek dyzelinių degalų ir darbo laiko taupymo aspektais, tiek ir tausojant aplinką bei mažinant į aplinką išmetamų šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį. Mažinant dyzelinių degalų sunaudojimą, mažinamos ir visos žemės ūkio augalų auginimo sąnaudos, puoselėjamas darnus žemės ūkio vystymasis. Tinkamai subalansuotas energijos sąnaudų intensyvumo valdymas yra vienas iš svarbiausių kiekvienos šalies uždavinių, nes energija yra svarbus bet kurios valstybės socialinio ir ekonominio vystymosi veiksnys, leidžiantis užtikrinti energetinį saugumą, ekonominį konkurencingumą ir aplinkosaugą.

Užsienio mokslininkai, atlikę eksperimentinius tyrimus, nustatė, kad žemei dirbti sunaudojamos degalų sąnaudos labai priklauso nuo žemės dirbimo mašinų konstrukcijos, darbinių dalių skaičiaus, atstumų tarp atskirų dalių, darbinio pločio, traktorių variklių galios, žemės ūkio mašinų masės ir kitų parametrų. Ne mažiau svarbūs parametrai yra ir žemės dirbimo gylis, dirvos kietumas, tankis ir drėgnumas. Įdirbant sausą (10,7 proc.), vidutinio drėgnumo (19,5 proc.) ir šlapią (31,5 proc.) dirvą, mažiausios degalų sąnaudos buvo vidutinio drėgnumo (19,55 proc.) dirvoje. Nepriklausomai nuo žemės dirbimo gylio bei dirvos drėgnumo, arimas plūgu buvo mažiausiai ekonomiškas, palyginti su supaprastintu žemės dirbimu, kai dirbama lėkštiniu padargu. Manoma, kad, visai atsisakius žemės dirbimo, galima sutaupyti iki 80 proc. išlaidų degalams ir iki 60 proc. darbo laiko, sugaištamo žemės ūkio mašinoms prižiūrėti ir remontuoti. Skirtingų šalių mokslininkų mokslinių tyrimų patirtis rodo, kad žemės dirbimo technologijų vertinimai labai priklauso nuo tose šalyse tuo metu esančių ekonominių ir meteorologinių sąlygų.

O kaip Lietuvoje?

Lietuva šia prasme taip pat nėra jokia išimtis, žemdirbiai ir mokslininkai tobulina žemės ūkio gamybos procesus, diegia įvairias supaprastinto žemės dirbimo technologijas. Šiuo metu jau nemažai šalies ūkininkų ima pamiršti plūgą, kaip pagrindinį žemės dirbimo padargą, nes jau dešimt ir daugiau metų bando ir taiko nearimines supaprastinto žemės dirbimo arba tiesioginės sėjos į nedirbtą dirvą technologijas. Kita didelė dalis ūkininkų visai neįsivaizduoja galimybės dirvą sėjai paruošti be pagrindinio žemės dirbimo - arimo. Ir kiekvienas turi savo nuomonę, kodėl būtent taip reikia įdirbti dirvą, kokie tokio dirbimo privalumai.

Lietuvoje nemažai tyrimų atlikta tiriant supaprastintas žemės dirbimo technologijas agronominiais, dirvosauginiais ar aplinkosauginiais aspektais, tačiau pasigendama tyrimų, įvertinančių įvairias technologijas energiniais ir ekonominiais aspektais. Žinant, kad ekonominės ir meteorologinės sąlygos labai panašios ir kaimyninėse šalyse, tokie tyrimai yra svarbūs visam Baltijos regionui.

Žemės dirbimas kukurūzams

Siekiant nustatyti kukurūzų auginimo technologijų energinį efektyvumą, keletą metų Aleksandro Stulginskio universitete buvo vykdomi skirtingų žemės dirbimo technologijų tyrimai. Tirtos penkios skirtingos kukurūzų auginimo technologijos, iš kurių 4-iose kaip pagrindinis rudeninis žemės dirbimas buvo taikomas supaprastintas žemės dirbimas ir vienoje - įprastinis žemės dirbimas: 1 - gilusis arimas (GA, kontrolinis); 2 - seklusis arimas (SA); 3 - gilusis purenimas (GP), 4 - seklusis purenimas (SP), 5 - tiesioginė sėja (TS). Kontrolinis žemės dirbimo variantas pasirinktas dėl to, kad būtų galima palyginti skirtingas kukurūzų auginimo technologijas energiniais, ekonominiais ir aplinkosauginiais aspektais.

Kukurūzų priešsėlis buvo žieminiai kviečiai. Taikant keturias technologijas, išskyrus tiesioginę sėją, nuėmus žieminius kviečius, ražienos buvo skutamos. Vėliau vykdytas skirtingas rudeninis žemės dirbimas, o pavasarį - priešsėjinis žemės dirbimas, tręšimas, sėja, purškimas, tręšimas ir derliaus nuėmimas. Tiesioginės sėjos technologijoje žemė niekaip nedirbta, tik tyrimų laukeliai iš rudens buvo nupurkšti plataus veikimo spektro herbicidu, o pavasarį patręšti ir užsėti tiesioginės sėjos sėjamąja. Sėjos norma tokia pati, kaip ir kitose technologijose. Kukurūzai pasėti gegužės pradžioje. Vėlesni pasėlių priežiūros darbai (tręšimas, purškimas) ir derliaus nuėmimas visose technologijose buvo atliekamas tuo pačiu metu ir vienodomis sąlygomis. Kukurūzus nuimant, nustatytas kukurūzų grūdų ir biomasės derlius.

Darbo laikas

Kukurūzų auginimo technologijų vertinimo rodikliai apskaičiuoti vadovaujantis Lietuvos agrarinės ekonomikos instituto parengtomis rekomendacijomis žemės ūkio bendrovėms, ūkininkams, įmonėms ir kitoms paslaugas žemdirbiams teikiančioms organizacijoms, vykdančioms mechanizuotus žemės ūkio paskirties darbus. Darbo laikas, atliekant bet kurią mechanizuotą žemės ūkio technologinę operaciją, labiausiai priklauso nuo mašinos konstrukcinių ir technologinių parametrų. Didinant mašinos darbinį plotį arba darbinį greitį, didėja mašinos našumas ir trumpėja darbo laikas, reikalingas technologinei operacijai atlikti. Analitiniais tyrimais nustatyta, kad įprastinėje gilaus arimo kukurūzų auginimo technologijoje darbo laiko sąnaudos vienam hektarui įdirbti, pasėti, prižiūrėti ir derliui nuimti yra apie 4,9 valandos. Didžiausią dalį viso GA technologijai sunaudojamo darbo laiko tenka žemės dirbimui ir sėjai (apie 80 proc.).

Taikant supaprastinto žemės dirbimo ir sėjos technologijas SA, GP ir SP, darbo laiko sąnaudos, palyginti su įprastiniu žemės dirbimu, yra nuo 12 iki 32 proc. mažesnės. Taikant tiesioginės sėjos technologiją, žemė nėra dirbama, dėl to gaunamos pačios mažiausios darbo laiko sąnaudos žemės dirbimui ir sėjai, kartu ir visai kukurūzų auginimo technologijai (apie 1,65 val./ha).

Gauti tyrimų rezultatai yra labai panašūs į kitų užsienio tyrėjų atliktus darbo laiko sąnaudų vertinimus. Kitų šalių mokslininkai teigia, kad, taikant supaprastintas žemės dirbimo ir sėjos technologijas, darbo laiko sąnaudas, palyginti su įprastine žemės dirbimo ir sėjos technologija, galima sumažinti iki 50 proc., o diegiant tiesioginės sėjos technologiją - net iki 4-5 kartų. Galimybė sumažinti darbo laiko sąnaudas žemei rudenį dirbti yra labai teigiamas dalykas, nes tuo metu darbuotojai, turėję dirbti su žemės dirbimo technika, gali atlikti kitus labai svarbius žemės ūkio darbus, kitų augalų derliaus nuėmimą, tręšimą, purškimą ir pan.

Degalų sąnaudos

Dyzelinių degalų sunaudojimas yra vienas svarbiausių rodiklių, darančių didelę įtaką tiek atskirų technologinių operacijų, tiek ir visos kukurūzų auginimo technologijos energinėms ir ekonominėms sąnaudoms. Dyzelinių degalų sąnaudos apskaičiuotos remiantis specialiai Lietuvos ūkininkams skirta degalų kaina. Vertinant supaprastinto žemės dirbimo technologijas, nustatyta, kad visos technologijos, palyginti su įprastine GA technologija, mažina dyzelinių degalų sąnaudas. Taikant supaprastintas SA, GP ir SP technologijas, degalų sąnaudos yra panašios (apie 53- 59 l/ha), tačiau, palyginti su kontroline, degalų sunaudojama nuo 12,9 iki 20,5 proc. mažiau. Mažiausiai degalų sunaudojama taikant tiesioginę sėją

Rudeniniame žemės dirbime daugiausia dyzelinių degalų (apie 24,5 l/ha) sunaudojama dirvą giliai ariant. Įprastinėje GA technologijoje visoms žemės dirbimo technologinėms operacijoms atlikti ir sėjai sunaudojami dyzeliniai degalai sudaro apie 62 proc. (apie 42 l/ha) visų šiai technologijai tenkančių degalų sąnaudų. Analogiškus skaičiavimus atliko ir kiti tyrėjai. Gyseno universitete Vokietijoje atlikti ilgalaikiai tyrimai parodė, kad vienai įprastinio žemės dirbimo technologinei operacijai su plūgu sunaudojama apie 35 l/ha, o įvairiems supaprastintiems žemės dirbimo būdams nuo 20 iki 70 proc. mažiau dyzelinių degalų.

Tokio pačio pobūdžio tyrimai buvo atlikti ir Kroatijoje, kur buvo tirtos trys skirtingos žemės dirbimo ir sėjos technologijos: įprastinė, supaprastinta ir tiesioginė sėja. Nustatyta, kad įprastinio žemės dirbimo operacijoms atlikti ir sėjai sunaudojama nuo 48 iki 61 l/ ha degalų. Dirvos neariant, bet įdirbant supaprastintu būdu, degalų sąnaudos sumažėja nuo 1,5 iki 2,0 kartų, palyginti su įprastine technologija. O sėjant tiesiai į neįdirbtą dirvą, degalų sąnaudos yra nuo 4 iki 7 kartų mažesnės negu įprastinėje technologijoje.

Išlaidos technologinėms operacijoms

Vis brangstantys degalai sudaro gana didelę dalį visų technologijai tenkančių išlaidų. Todėl taikant supaprastintas žemės dirbimo technologijas, atsiranda galimybė sumažinti žemės ūkio produktų gamybos savikainą ir kartu galutinės produkcijos kainą. Kadangi žemės ūkio produkcija plačiai naudojama tiek maisto ir pašarų, tiek ir bioenergijos gamybos sektoriuose, tai mažesnė kaina garantuoja geresnį konkurencingumą. O tai dabartiniu laikotarpiu ypač svarbu visoms Europos šalims.

Kukurūzų auginimo mechanizuotas technologines operacijas vertinant ekonominiu aspektu, kaip ir buvo galima tikėtis, nustatyta, kad didžiausios išlaidos tenka derliaus nuėmimui ir žemės dirbimui. Įprastinėje GA technologijoje apie 53 proc. visų išlaidų sudaro išlaidos, tenkančios mechanizuotoms žemės dirbimo ir sėjos technologinėms operacijoms atlikti. Pati brangiausia technologinė žemės dirbimo operacija yra gilus arimas plūgu.

Vertinant visų technologijų išlaidas, supaprastinto žemės dirbimo technologijos (SA, GP ir SA) leidžia sutaupyti nuo 11 iki 30 proc. Palyginti su visomis kitomis technologijomis, daug mažesnės išlaidos yra taikant TS technologiją. Netgi jeigu įvertintume tai, kad rudenį vietoj žemės dirbimo TS technologijoje purškiama plataus veikimo spektro herbicidu, išlaidos vis tiek gaunamos nuo 2,5 iki 3,4 kartų mažesnės, palyginti su kitomis žemės dirbimo technologijomis.

Supaprastintose žemės dirbimo technologijose išlaidas mažina tai, kad žemės dirbimo mašinos ne taip intensyviai purena dirvą, dirba mažesniu gyliu, naudoja didesnio darbinio pločio, o kartu ir didesnio našumo padargus, palyginti su plūgu. Supaprastintoms žemės dirbimo technologijoms dažnai reikia mažiau mechanizuotų technologinių operacijų, dėl to nebūtina įsigyti kelių skirtingų brangiai kainuojančių žemės dirbimo mašinų, pakanka mažesnės galios traktorių, naudojančių mažiau degalų. Mažesnis darbo valandų skaičius taip pat duoda teigiamą ekonominį efektą. Kiti mokslininkai, tyrę žemės ūkio mašinų ekonomiškumą supaprastinto žemės dirbimo sąlygomis, teigia, kad, ruošiant dirvą sėjai be plūgo, galima išlaidas sumažinti nuo 25 iki 41 proc., o TS atveju iki 4 kartų, palyginti su įprasto žemės dirbimo technologija.

Kitas labai svarbus momentas vertinant žemės dirbimo technologinių operacijų išlaidas yra ūkio dirbamo lauko dydis, forma, taisyklingumas ir pan. Kuo laukas didesnis, lygesnis, taisyklingesnių kontūrų, mažiau kliūčių ir akmenų, tuo darbo našumas didesnis ir išlaidos žemei dirbti mažesnės.

Kukurūzų derlius ir energijos kiekis

Vertinant žemės ūkio technologijas energiniu aspektu, labai svarbu žinoti ne tik visos technologijos patiriamas energines sąnaudas, tačiau ir iš užaugintos produkcijos gaunamą energijos kiekį. Tik taip galima nustatyti technologijų energinį efektyvumą. Todėl augalų derlius yra bene svarbiausias rodiklis, nuo kurio priklauso tiriamų technologijų pasirinkimo tikslingumas.

Eksperimentiniais tyrimais nustatyta, kad kukurūzų suminis grūdų ir biomasės sausosios masės derlius skirtingais metais buvo labai nevienodas. Pirmais metais geriausias kukurūzų derlius buvo gautas taikant tiesioginę sėją, antraisiais metais - giliai purenant, trečiaisiais - pagal įprastinio žemės dirbimo technologiją.

Vertinant trejų metų derliaus rezultatus, nustatyta, kad didžiausias kukurūzų sausosios masės derlius buvo įprastinėje gilaus arimo ir tiesioginės sėjos, truputį mažesnis - seklaus arimo ir seklaus purenimo technologijose. Mažiausias kukurūzų derlius gautas gilaus purenimo technologijoje. Priklausomai nuo kukurūzų derliaus, atitinkamai buvo apskaičiuota ir gaunama energija iš kiekvienos technologijos. Vertinant kukurūzų sausosios masės derliaus duomenis, didžiausias energijos kiekis taip pat atitinkamai gautas įprastinio žemės dirbimo ir tiesioginės sėjos technologijose.

Apskaičiavus atskirai kiekvienai tirtai kukurūzų auginimo technologijai tenkančias energijos sąnaudas (įskaitant trąšas, sėklas, pesticidus ir pan.), nustatyta, kad skirtingų technologijų energijos sąnaudos svyravo nuo 16,1 iki 18,1 GJ/ ha. Visose kukurūzų auginimo technologijose didžiausią visų energijos sąnaudų dalį sudarė trąšos ir dyzeliniai degalai. Įprastinėje GA technologijoje trąšos sudarė apie 70 proc., degalai - apie 15 proc., o TS technologijoje atitinkamai 78 ir 7 procentus.

Šie skaičiavimai siejasi su kitų šalių mokslininkų atliktais panašaus pobūdžio energinio vertinimo tyrimais. Vokietijos ir Italijos mokslininkai skelbia, kad trąšų energijos sąnaudos, auginant kukurūzus ir cukrinius runkelius skirtinguose regionuose pagal skirtingas technologijas, sudaro nuo 53 iki 72 proc., dyzeliniai degalai nuo 14 iki 29 proc. visų technologijoms tenkančių energijos sąnaudų.

Energijos efektyvumo koeficientas

Energijos efektyvumo koeficientas rodo santykį tarp gaunamo energijos kiekio ir sunaudojamų energijos sąnaudų žemės ūkio produkcijai išauginti. Atlikus skirtingų kukurūzų auginimo technologijų energijos efektyvumo koeficiento skaičiavimus, nustatyta, kad geriausias energinis balansas, nepriklausomai nuo žemės dirbimo būdo, visose tirtose technologijose buvo gautas antraisiais tyrimų metais. Tai lėmė geros meteorologinės sąlygos ir gana geras tų metų kukurūzų grūdų ir biomasės derlius.

Vertinant visų trejų metų vidurkį, nustatyta, kad didžiausias energijos efektyvumo koeficientas buvo kukurūzus auginant pagal tiesioginės sėjos (koeficientas 14,0) ir seklaus arimo (13,4) technologijas. Mažiausias energijos efektyvumo koeficientas buvo gautas žemę įdirbant gilaus purenimo padargu, vadinamuoju „čyzeliu" (11,3), arba sekliai purenant lėkštiniu padargu (12,0). Palyginti su kitomis technologijomis, įprastinio žemės dirbimo technologijoje energijos efektyvumo koeficientas buvo per patį vidurį ir siekė 12,4. Tai rodo, kad geriausiai paruošta dirva ir didžiausias derlius ne visada duoda ir geriausią efektyvumą.

Poveikis aplinkai

Dyzelinių degalų sunaudojimo žemės ūkyje mažinimas yra labai teigiamas veiksnys ir aplinkosauginiu aspektu, nes mažinama aplinkos tarša, į aplinką išmetant mažiau šiltnamio efektą sukeliančių CO₂ dujų.

Įprastinėje kukurūzų auginimo technologijoje, atliekant mechanizuotas žemės ūkio technologines operacijas, deginant degalus, į aplinką išmetama apie 253 kg/ha CO₂ dujų. Taikant supaprastinto žemės dirbimo SA, GP ir SP technologijas, CO₂ dujų išmetama nuo 12 iki 22 proc. mažiau. Mažiausiai aplinką teršia TS technologija, kurioje CO₂ dujų emisija į aplinką yra apie 107 kg/ha.