KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT BỊ VÀ HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CƠ GIỚI LÀM ĐẤT TRỒNG RỪNG CHO VÙNG ĐỒI THẤP MIỀN BẮC VIỆT NAM Đoàn Văn Thu Viện KH Lâm nghiệp Việt Nam I ĐẶT VẤN ĐỀ Làm đất trồng rừng khâu công việc nặng nhọc, tốn nhiều lượng, chi phí lớn lao động thủ công khó đảm bảo yêu cầu chất lượng Việc sử dụng máy móc thiết bị giới hóa khâu làm đất có tác dụng làm thay đổi lý tính đất có lợi cho trồng, tăng tỷ lệ sống tốc độ tăng trưởng rừng trồng (Đoàn Văn Thu, 1996) Đặc biệt rừng trồng thâm canh loài mọc nhanh (Bạch đàn, Keo), áp dụng giới khâu làm đất nâng cao suất, chất lượng rừng, mà góp phần cải tạo trì khả sản xuất bền vững đất lâm nghiệp Tuy nhiên, vùng núi phía Bắc địa hình chia cắt phân tán phức tạp, độ dốc cao, trắc diện mặt đồi không phẳng, tính chất đất đai không đồng việc giới hoá canh tác lâm nghiệp gặp nhiều khó khăn Trong đó, thiết bị kỹ thuật giới trồng rừng nghiên cứu áp dụng cho sản xuất nhiều hạn chế, chất lượng làm đất thấp, chi phí lượng cao chưa đáp ứng yêu cầu sản xuất Những khó khăn hạn chế nguyên nhân dẫn đến tỉ lệ giới hoá sản xuất lâm nghiệp nói chung canh tác lâm nghiệp nói riêng vùng núi phía Bắc thấp Để nâng cao suất, chất lượng rừng trồng góp phần trì khả sản xuất bền vững đất lâm nghiệp, việc nghiên cứu cải tiến thiết bị hoàn thiện công nghệ giới làm đất trồng rừng vùng đồi thấp miền Bắc Việt Nam cần thiết II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Tổng hợp phân tích đánh giá hệ thống thiết bị kỹ thuật giới trồng rừng áp dụng làm sở xác định yêu cầu công nghệ phù hợp với điều kiện sản xuất - Khảo nghiệm xác định thông số tiêu kỹ thuật để đánh giá lựa chọn thiết bị công nghệ Chương trình khảo nghiệm thực Trung tâm Khoa học Sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc Bộ, Ngọc Thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc; trường thí nghiệm có điều kiện lập địa điển hình đất trồng rừng khu vực: Độ dốc đồi từ  8%, đất có độ ẩm: 17%, độ cứng đất: 35kg/cm2, thực bì bụi sim mua, trảng cỏ gốc Bạch đàn sau khai thác có mật độ khoảng 700800gốc/ha Thiết bị xử lý thực bì: Khảo nghiệm xử lý thực bì Khung rà rễ thiết bị nhổ gốc liên hợp với máy kéo Komatsu D65A Cày ngầm: Các phương án thí nghiệm đo thay đổi theo thứ tự yếu tố thực nghiệm sau: + Độ cày sâu hc = 0,35, 0,45, 0,55(m) khoảng cách rạch cày T(m) + Số thân cày dàn cày n = 1,2,3; + Loại mũi cày: Mũi cày cải tiến M1, M2, M3; 0 Mũi cày nguyên có b=0,12m, =27 (M4) mũi mòn 1/3 chiều dài, b=0,12m, =30 (M5); + Vận tốc cày: cày với số truyền i = 1,2,3; Mỗi thí nghiệm ký hiệu theo thứ tự TN01, TN02 , kèm theo tham số thực nghiệm: kết cấu cày n, loại mũi cày độ cày sâu hc; số truyền i = 1,2,3 Thiết bị đo xử lý tín hiệu đo: Thiết lập hệ thống đo đa kênh kết nối máy tính phần mềm Dasylab, sử dụng cảm biến (sensor) lắp đặt lên chi tiết, phận tương ứng để đo xác định thông số kỹ thuật liên hợp máy (LHM) khảo nghiệm (Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 6/2009) - Sử dụng phần mền Dasylab, Excel để tính toán xử lý số liệu thực nghiệm phân tích ảnh hưởng thông số cấu trúc sử dụng đến tiêu kinh tế kỹ thuật LHM III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Yêu cầu kỹ thuật giới làm đất trồng rừng - Yêu cầu chất lượng làm đất: Các yêu cầu chất lượng khâu làm đất trồng rừng đánh giá qua tiêu sau: + Tỷ lệ gốc cây, thực bì, cỏ dại phát dọn, vùi lấp (độ thực bì); + Độ sâu làm đất (độ cày sâu); + Độ tơi xốp rạch cày (%) Trong trồng rừng, làm đất phải thực xong trước trồng từ 10 đến 15 ngày để đất sau cày có thời gian phơi ải định đất rạch cày có độ ẩm cần thiết sau đến trận mưa Tuy nhiên không nên làm đất sớm tránh để thực bì, cỏ dại phát triển trở lại sau thời gian dài (Lê Minh Cường, 2005) - Yêu cầu kỹ thuật canh tác đất dốc: + Ít làm xáo trộn lớp đất mặt; + Giữ tối đa lớp đất mùn chất hữu mặt đất; + Hạn chế rửa trôi, xói mòn đất Muốn đảm bảo yêu cầu trên, việc cày theo đường đồng mức yêu cầu bắt buộc làm đất trồng rừng giới đất dốc Các rạch cày theo đường đồng mức có tác dụng ngăn cản dòng chảy bề mặt đồi, tăng khả thấm giữ nước đất, hạn chế rửa trôi xói mòn 3.2 Yêu cầu thiết bị máy móc Để nâng cao hiệu sử dụng, LHM lựa chọn để làm đất trồng rừng cần thoả mãn yêu cầu sau: - Độ ổn định tĩnh động cao, đảm bảo LHM làm việc không bị nguy hiểm độ dốc khoảng 200; - Tính chất động lực học cao, khả tải tốt, tiêu làm việc động phụ thuộc vào độ dốc; - Tính chất kéo - bám tốt để thực khâu canh tác địa hình đồi núi; - Cơ cấu phanh phải có độ tin cậy cao, đảm bảo phanh tốt bánh xe (dải xích) giữ LHM độ dốc giới hạn 20 - 25 ; - Tính động cao, linh hoạt, bán kính quay vòng nhỏ, dễ thao tác vận hành; - Máy kéo phải mang tính vạn năng, thực nhiều khâu canh tác điều kiện đồi núi (Phạm Quí Đôn, 1996) Với máy cày: - Có lực cản chuyển động nhỏ đảm bảo chất lượng làm đất theo yêu cầu kỹ thuật lâm sinh; - Làm việc ổn định điều kiện không đồng địa hình, đất đai; - Có kết cấu đơn giản, tháo lắp sử dụng dễ dàng; - Có thể chế tạo nước với giá thành thấp (Đoàn Văn Thu, 1996) 3.3 Cày ngầm cải tiến 3.3.1 Các mẫu cày cải tiến: Mẫu cày ngầm cải tiến (hình 3) với thông số kỹ thuật sau: - Độ cày sâu tối đa: 60cm; - Dàn cày có tối đa thân, bề rộng trụ cày = 8cm - Mũi cày: 03 mẫu mũi cày có hình dạng, kích thước bề rộng làm việc b góc nâng  sau: a) Mẫu số (M1): Hình nêm, b = 0,12m,  = 230; b) Mẫu số (M2): Hình nêm có cánh, b = 0,23m,  = 23 ; c) Mẫu số (M3): Hình nêm có cánh, b =0,30m,  = 230 a) Mũi hình nêm Hình Mẫu mũi cày cải tiến b) Mũi hình nêm có cánh Hình Cày ngầm cải tiến lắp sau máy kéo Komatsu D65A 3.4 Kết khảo nghiệm nhận xét 3.4.1 Xử lý thực bì: Kết đo tính toán tiêu suất W (ha/h), chất lượng chi phí nhiên liệu Gt (l/h) ghi bảng Bảng Số liệu tổng hợp kết khảo nghiệm xử lý thực bì giới Số TT Liên hợp máy khảo nghiệm W (ha/h) Gt (lít/h) Độ (%) Thực bì Gốc Máy kéo Komatsu D65A với Khung rà rễ 0,25 18,5 90,0 40,0 Máy kéo Komatsu D65A với thiết bị nhổ gốc 0,35 17,0 - 90,0 Máy kéo Komatsu D65A với Khung rà rễ thiết bị nhổ gốc 0,27 18,2 95,0 97,0 Kết khảo nghiệm cho thấy, LHM Komatsu D65A với Khung rà rễ thiết bị nhổ gốc có chất lượng xử lý thực bì tốt nhất, suất LHM cao, chi phí nhiên liệu giảm so với LHM sử dụng khung rà rễ thiết bị nhổ gốc 3.4.2 Cày ngầm */ Kết đo, tính toán giá trị trung bình vận tốc cày V, chi phí nhiên liệu Gt, thành phần lực cản cày theo phương chuyển động Pcx phương thẳng đứng Pcz, hệ số lực cản riêng K0 tương ứng với độ sâu cày hc số phương án thí nghiệm ghi bảng Bảng Giá trị TB V, Gt, Pcz, Pcx, K0, W phương án thí nghiệm với mức độ cày sâu hc=0,35m, 0,45m 0,55m Số TN Phương án thí nghiệm V (km/h) Gt (lít/h) Pcz (kN) Pcx (kN) K0 (kN/m2) I Với hc = 0,35m TN07 n = 2, M2, i = 1,7 16,5 6,7 31,6 93,70 TN08 n = 2, M2, i = 2,9 17,1 7,5 35,3 104,68 TN13 n = 1, M3, i = 3,4 15,7 3,17 24,5 102,93 TN12 n = 1, M3, i = 2,5 15,5 3,56 23,3 98,21 TN11 n = 1, M3, i = 1,8 15,1 3,3 21,5 90,63 TN01 n = 2, M4, i = 1,9 16,9 4,6 28,4 107,45 TN03 n = 2, M5, i = 2,9 17,1 4,1 32,1 120,86 II Với hc = 0,45m TN21 n = 2, M2, i = 1,2 1,8 17,1 9,0 56,6 112,21 TN13 n = 1, M3, i = 1,7 16,3 4,6 28,1 99,26 TN13 n = 1, M3, i = 2,0 16,5 4,95 30,1 106,33 TN02 n = 2, M4, i = 2,6 16,5 8,9 48,5 119,76 TN02 n = 2, M5, i = 2,5 17,4 9,3 53,7 132,36 III Với hc = 0,55m TN23 n = 2, M1, i = 2,1 17,6 25,5 64,8 108,17 TN24 n = 2, M1, i = 2,2 17,5 24,8 63,0 115,59 TN09 n = 2, M2, i = 1,4 18,9 33,7 97,6 126,54 TN19 n = 2, M2, i = 2,2 19,3 43,7 112,0 147,33 TN14 n = 1, M3, i = 1,5 16,3 12,0 42,2 111,96 TN15 n = 1, M3, i = 1,9 16,5 14,0 45,3 120,99 TN16 n = 1, M3, i = 2,1 17,0 18,5 49,9 135,81 TN04 n = 2, M5, i =1 1,4 18,2 26,9 74,2 134,74 TN05 n = 2, M5, i = 2,3 18,9 28,5 85,4 153,64 TN06 n = 2, M5, i = 2,6 18,5 30,5 82,6 150,32 Tập hợp giá trị K0 tương ứng với V độ sâu cày hc=0,35m, 0,45m, 0,55m hồi qui toán học theo phương trình F1, F2 F3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ hệ số lực cản riêng K0 với vận tốc cày V ứng với mức độ sâu cày khác (hình 5) Hình Đồ thị quan hệ K0 - V ứng với hc = 0,35m, 0,45m, 0,55m Đồ thị hàm số F1, F2 F3 biểu diễn mối quan hệ K0 với V ứng với độ sâu cày hc=0,35m, 0,45m, 0,55m có hệ số tương quan R2 = 0,63, 0,77, 0,71 chứng tỏ mức độ phân tán giá trị lực cản đo lớn, ảnh hưởng tính chất không đồng địa hình, đất đai lâm nghiệp Kết phương án thí nghiệm bảng đồ thị cho thấy: - Khi tăng độ sâu cày, hệ số lực cản riêng cày tăng đáng kể, giá trị K0 đường đồ thị F1, F2 F3 vận tốc cày V=2,0km/h tăng từ 99kN/m2 lên 117kN/m2 134kN/m2, tương ứng 118% 135% Điều chứng tỏ lớp đất tầng có thành phần giới độ chặt cao nhiều so với lớp đất mặt; - Khi cày độ sâu định, tăng vận tốc LHM hệ số lực cản riêng K0 tăng với mức độ Trên đường đồ thị F3, V tăng từ 1,5km/h lên 2,5km/h (= 66%) K0 tăng từ 112kN/m2 lên 140kN/m2 (= 25%), với cày ngầm ảnh hưởng vận tốc đến lực cản không lớn, điểm khác cày ngầm cày lật Nhưng tăng vận tốc cày suất LHM tăng giảm chi phí lượng đơn vị diện tích cày - Hệ số lực cản riêng K0 trung bình mẫu mũi cày cải tiến nhỏ so với mũi cày nguyên M4, M5 (mũi mòn 1/3 chiều dài) từ 15% đến 20% tùy thuộc vào điều kiện phương án thí nghiệm cụ thể Như vậy, để giảm lực cản cày, không nên sử dụng mũi cày mài mòn 1/3 chiều dài có góc nâng  lớn 300 */ Kết khảo nghiệm suất, chất lượng chi phí nhiên liệu cày ngầm công thức kỹ thuật cày: Cự ly rạch cày T (m), độ cày sâu hc (m) ghi bảng Bảng Kết khảo nghiệm suất, chất lượng chi phí nhiên liệu cày ngầm Công thức KT cày hc (m) T (m) Mẫu mũi cày b (m) Số thân cày n Gha (lít/ha) W (ha/h) Độ tơi xốp (%) 0.35 M1 0,12 41,2 0,40 42 M2 0,23 27,1 0,69 45 M3 0,30 30,7 0,61 45 M5 0,12 27,1 0,69 42 M1 0,12 64,4 0,25 42 M1 0,12 51,5 0,34 45 M2 0,23 39,8 0,43 46 M3 0,30 45,2 0,36 47 M5 0,12 41,4 0,43 44 M1 0,12 70,4 0,25 42 M2 0,23 52,5 0,36 47 M3 0,30 48,5 0,34 48 M5 0,12 50,4 0,36 42 0,45 0,55 Số liệu kết khảo nghiệm cho thấy: - Khi tăng độ sâu cày suất LHM giảm, chi phí nhiên liệu đơn vị diện tích tăng - Các mẫu mũi cày hình nêm có cánh (M2, M3) có chất lượng làm đất cao nhất: Bề rộng phá vỡ đất rạch cày với mẫu M2 M3 tăng gấp đến 2,5 lần so với mũi cày nguyên bản; tăng độ tơi xốp tầng rạch cày làm xáo trộn lớp đất mặt, hạn chế rửa trôi xói mòn - Mũi cày nguyên mòn 1/3 chiều dài (M5) có suất thấp chi phí nhiên liệu cao so với mẫu M1 có bề rộng làm việc b=0,12m - Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật trồng rừng: Mật độ trồng, độ cày sâu để lựa chọn số thân dàn cày loại mũi cày cho phù hợp đạt suất, chất lượng cao + Công thức kỹ thuật cày: T=2m, hc=0,45–0,55m, sử dụng dàn cày thân mẫu mũi cày M2 phù hợp, chất lượng làm đất tốt + Công thức kỹ thuật cày: T=3m, hc=0,45–0,55m, sử dụng dàn cày thân mẫu mũi cày M3 đạt chất lượng làm đất cao nhất, suất LHM đảm bảo; + Với cự ly rạch cày yêu cầu 1m, sử dụng cày thân mẫu mũi cày M1, công thức có suất thấp, chi phí cao nên áp dụng cho mục đích canh tác nông lâm kết hợp có mật độ trồng cao IV KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết nghiên cứu cải tiến thiết bị, khảo nghiệm, phân tích đánh giá hoạt động LHM qua tiêu suất, chất lượng làm đất, chi phí lượng chi phí nhiên liệu cho đơn vị diện tích xác định được: LHM kéo xích công suất từ 150-200 mã lực với khung rà rễ thiết bị nhổ gốc thiết bị xử lý thực bì có tính kỹ thuật phù hợp hiệu nhất, đáp ứng yêu cầu chung LHM canh tác lâm nghiệp Cày ngầm thiết bị làm đất trồng rừng phù hợp có nhiều ưu điểm: Độ cày sâu lớn, chi phí lượng giảm, tăng khả thấm giữ nước, làm xáo trộn lớp đất mặt, hạn chế rửa trôi, xói mòn đất - Lực cản cày ngầm phụ thuộc lớn vào độ cày sâu, vận tốc hình dạng cấu trúc phận làm việc cày Khi tăng độ sâu cày từ 0,35m lên 0,45m 0,55m hệ số lực cản riêng K0 tăng lên 118% 135% Các mẫu mũi cày cải tiến có hệ số lực cản riêng nhỏ 15 – 20% so với mũi cày nguyên bản, mẫu cày M2 M3 có chất lượng làm đất cao nhiều cày nguyên - Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật trồng rừng độ sâu làm đất, mật độ, cự ly hàng mà thành lập liên hợp cày có số thân loại mũi cày cho phù hợp để đạt suất, chất lượng cao Khuyến nghị - Với điều kiện địa hình, đất đai phức tạp, manh mún, qui mô sản xuất nhỏ vùng núi phía Bắc nên nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý thực bì, cày ngầm lắp theo máy kéo xích có công suất từ 150– 200ml sử dụng phổ biến giao thông, xây dựng Komatsu, Caterpilar… để làm đất trồng rừng - Cần nghiên cứu hoàn thiện thiết bị nhổ gốc lắp theo máy kéo xích có công suất 150 – 200 mã lực để đảm bảo tiêu chuẩn công nghệ, nâng cao hiệu sử dụng - Cần tiếp tục theo dõi chất lượng rừng trồng công thức kỹ thuật cày để đánh giá đầy đủ hiệu áp dụng tiến kỹ thuật giới làm đất trồng rừng TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Minh Cường, 2005, Nghiên cứu xây dựng mô hình trồng rừng thâm canh số dòng bạch đàn tuyển chọn, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Phạm Quí Đôn ,1996 Nghiên cứu khả sử dụng số thiết bị thông dụng Việt Nam để làm đất trồng rừng sườn dốc đồi trọc miền Bắc Việt Nam Luận án TS Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Ngô Diên Tập, 2001 Đo lường điều khiển máy tính, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Đoàn Văn Thu, 1996 Nghiên cứu số tính chất sử dụng liên hợp máy cày làm đất trồng rừng tỉnh Vĩnh Phú, Luận văn thạc sỹ, Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 2009 Nghiên cứu xác định lực cản cày ngầm canh tác đất lâm nghiệp, Tạp chí Nông nghiệp PTNT  ... tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Phạm Quí Đôn ,1996 Nghiên cứu khả sử dụng số thiết bị thông dụng Việt Nam để làm đất trồng rừng sườn dốc đồi trọc miền Bắc Việt Nam. .. tiêu kinh tế kỹ thuật LHM III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Yêu cầu kỹ thuật giới làm đất trồng rừng - Yêu cầu chất lượng làm đất: Các yêu cầu chất lượng khâu làm đất trồng rừng đánh giá qua tiêu sau:... Komatsu, Caterpilar… để làm đất trồng rừng - Cần nghiên cứu hoàn thiện thiết bị nhổ gốc lắp theo máy kéo xích có công suất 150 – 200 mã lực để đảm bảo tiêu chuẩn công nghệ, nâng cao hiệu sử dụng