Báo cáo kết quả đề tài: Nghiên cứu lựa chọn thiết bị và hoàn thiện công nghệ sử dụng cơ giới hoá để phục vụ trồng rừng thâm canh trên một số vùng kinh tế lâm nghiệp trọng điểm

Đoàn Văn Thu

I/ Đặt vấn đề

Cơ giới hoá trồng rừng là việc sử dụng các thiết bị máy móc để thực hiện các công việc từ sản xuất cây giống tại vườn ươm, làm đất, trồng cây, chăm sóc và bảo vệ rừng. Trong các công việc đó, làm đất trồng, chăm sóc rừng là những công việc nặng nhọc, tốn nhiều lao động, chi phí lớn và bằng lao động thủ công khó đảm bảo các yêu cầu chất lượng. Trong thực tế, hệ thống thiết bị cơ giới phục vụ trồng, chăm sóc và bảo vệ rừng ở nước ta còn nhiều bất cập, các mẫu máy được đưa vào sử dụng hầu hết có nguồn gốc từ thiết bị sử dụng trong nông nghiệp nên hiệu quả thấp. Trong khi đó, các khâu sản xuất lâm nghiệp được thực hiện trong điều kiện địa hình chia cắt phân tán phức tạp, độ dốc cao, đất đai không đồng nhất, cây rừng có chu kỳ dài, yêu cầu kỹ thuật canh tác đối với mỗi loại cây và mục đích trồng là rất khác nhau… Do vậy, thiết bị cơ giới sử dụng trong sản xuất lâm nghiệp phải có tính năng kỹ thuật và chế độ sử dụng phù hợp mới có thể đạt hiệu quả cao.

Đề tài “Nghiên cứu lựa chọn thiết bị và hoàn thiện công nghệ sử dụng cơ giới hoá để phục vụ trồng rừng thâm canh trên một số vùng kinh tế lâm nghiệp trọng điểm” nhằm xác định được hệ thống thiết bị và chế độ sử dụng phù hợp, nâng cao hiệu quả làm việc, đáp ứng kịp thời yêu cầu của sản xuất.

II/ Nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1. Nội dung:

– Nghiên cứu các yếu tố về điều kiện tự nhiên, yêu cầu kỹ thuật khâu làm đất trồng và chăm sóc rừng thâm canh một số loài cây trồng rừng kinh tế chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ (3 vùng).

– Nghiên cứu đánh giá về hệ thống thiết bị và kỹ thuật cơ giới làm đất trồng, chăm sóc rừng ở các vùng trồng rừng tập trung (3 vùng).

– Tuyển chọn và thiết kế cải tiến thiết bị cơ giới làm đất trồng, chăm sóc rừng.

– Khảo nghiệm đánh giá thiết bị.

– Xây dựng mô hình thực nghiệm áp dụng cơ giới hoá các khâu làm đất trồng, chăm sóc rừng tại 3 vùng nghiên cứu.

– Xây dụng quy trình công nghệ cơ giới hoá làm đất trồng, chăm sóc rừng trồng thâm canh một số loài cây trồng rừng kinh tế chủ yếu cho 3 vùng nghiên cứu.

2.2. Phương pháp:

– Điều tra khảo sát thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên có ảnh hưởng đến công nghệ cơ giới hoá làm đất trồng và chăm sóc rừng; thu thập số liệu về đặc tính hệ thống thiết bị và kỹ thuật cơ giới làm đất trồng, chăm sóc rừng ở trong và ngoài nước: Chủng loại thiết bị, tính năng kỹ thuật, biện pháp kỹ thuật đã áp dụng.

– Tổng hợp phân tích đánh giá hệ thống thiết bị và kỹ thuật cơ giới trồng, chăm sóc rừng đã được áp dụng làm cơ sở thiết kế cải tiến thiết bị và xác định công nghệ.

– Sử dụng lý thuyết tính toán, thiết kế máy, ứng dụng các phần mềm thiết kế kỹ thuật như: 3D, AutoCad, Inventor, Matlap trên máy tính để tính toán thiết kế và giải các bài toán lý thuyết.

– Khảo nghiệm thiết bị được tuyển chọn, thiết bị cải tiến để làm đất trồng, chăm sóc rừng theo phương pháp khảo nghiệm máy nông nghiệp, xác định các thông số và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Sử dụng kỹ thuật đo các đại lượng không điện bằng điện thông qua hệ thống đo đa kênh và phần mềm Dasylab để xác định các thông số kỹ thuật của LHM, phân tích đánh giá xây dựng các quan hệ thực nghiệm.

– Xây dựng mô hình thực nghiệm một số công thức kỹ thuật cơ giới làm đất trồng, chăm sóc rừng; đo đếm, tính toán xác định bổ sung các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật về thiết bị, yêu cầu kỹ thuật làm đất, chi phí đầu tư cho khâu làm đất…, đồng thời phân tích đánh giá kiểm chứng bổ sung hoàn thiện công nghệ.

– Sử dụng phương pháp qui hoạch thực nghiệm, thống kê toán học, phần mềm Excel để tính toán xử lý số liệu thực nghiệm.

III/ Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.1. Ảnh hưởng của điều kiện địa hình, đất đai đến khả năng cơ giới làm đất trồng, chăm sóc rừng

Kết quả khảo nghiệm, phân tích đánh giá chỉ tiêu làm việc của các LHM đã khẳng định: Đặc điểm địa hình, tính chất đất đai có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cơ giới hoá các khâu làm đất trồng và chăm sóc rừng. Các LHM làm việc chỉ có thể đạt hiệu quả cao trong điều kiện diện tích đất canh tác tập trung và địa hình có độ dốc dưới 15⁰. Độ dốc có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu làm việc của các LHM, khi làm việc trên địa hình có độ dốc trên 15⁰ năng suất các LHM canh tác giảm 40 – 50% so với địa hình bằng phẳng.

3.2. Kết quả lựa chọn công nghệ, thiết bị làm đất trồng và chăm sóc rừng

3.2.1. Đối với vùng núi phía Bắc:

Xử lý thực bì: Kết quả nghiên cứu khảo nghiệm, phân tích đánh giá qua các chỉ tiêu về chất lượng xử lý thực bì, năng suất, chi phí năng lượng và chi phí đầu tư cho một đơn vị diện tích thì LHM kéo xích công suất từ 150 – 200 mã lực với khung răng rà rễ và thiết bị nhổ gốc cây là thiết bị xử lý thực bì hợp lý và hiệu quả nhất, đáp ứng được các yêu cầu chung của LHM canh tác trong lâm nghiệp.

Cày đất: Sử dụng LHM kéo xích công suất 150 – 200 mã lực với cày ngầm cày theo đường đồng mức tạo ra các rạch đất tơi xốp cố độ sâu từ 50 – 60 cm để trồng rừng là công nghệ hợp lý và có hiệu quả nhất.

Chăm sóc rừng: Phát dọn thực bì, cỏ dại; sử dụng LHM cày không lật (mũi xới sâu) cày chăm sóc giữa các hàng cây làm tăng độ tơi xốp, khả năng thấm và giữ nước…

3.2.2 Đối với vùng Đông Nam Bộ:

Xử lý thực bì: Sử dụng LHM kéo xích công suất từ 150 – 200 mã lực với khung răng rà rễ và thiết bị nhổ gốc cây.

Cày đất: Sử dụng LHM kéo xích công suất 150 – 200 ml với cày ngầm để cày theo đường đồng mức. Vùng Đông Nam Bộ đất đai có thành phần cơ giới là cát pha hoặc thịt nhẹ, cần sử dụng mũi cày hình nêm có cánh rộng trên 30cm để tăng bề rộng phá vỡ đất. Trên địa hình bằng phẳng, sử dụng LHM kéo bánh hơi có công suất trên 50 mã lực (MTZ – 50, 80, John Deere…) với cày phá lâm (cày 3 chảo), cày vun luống để cày toàn diện hoặc theo băng.

Sử dụng máy khoan hố làm đất trồng rừng trên địa hình có độ dốc cao > 10⁰,hoặc rừng trồng có mật độ dưới 1100 cây/ha.

Chăm sóc rừng: Cày chăm sóc bằng LHM cày chảo 2 dãy lắp sau máy kéo bánh hơi có công suất 50 – 80 mã lực (MTZ – 50, 80, Johndeer, ford, Shibaura) là công nghệ, thiết bị hợp lý và có hiệu quả cao. Những nơi địa hình có độ dốc trên 8⁰ sử dụng thiết bị cày không lật để chăm sóc rừng.

3.2.3. Đối với vùng Tây Nguyên:

Công nghệ và thiết bị làm đất trồng và chăm sóc rừng vùng Tây Nguyên tương tự như vùng Đông Nam Bộ.

3.3. Thiết bị thiết kế cải tiến

Kết quả nghiên cứu đã thiết kế cải tiến và chế tạo được các thiết bị phục vụ làm đất trồng và chăm sóc rừng sau:

3.3.1. Cày ngầm cải tiến

Mẫu cày ngầm cải tiến (hình 1) với những thông số kỹ thuật cơ bản sau:

– Dàn cày có 3 thân, có thể điều chỉnh được số thân và khoảng cách rạch cày (T = 1 – 3m), bề rộng trụ cày = 8cm; Độ cày sâu (h_c) tối đa: 60cm;

– Mũi cày: 03 mẫu mũi cày có hình dạng, kích thước bề rộng làm việc b và góc nâng a như sau:

a) Mẫu số 1 (M1): Hình nêm, b = 0,12m, a = 23⁰;

b) Mẫu số 2 (M2): Hình nêm có cánh, b = 0,23m, a = 23⁰;

c) Mẫu số 3 (M3): Hình nêm có cánh, b =0,30m, a = 23⁰.

Kết quả khảo nghiệm cho thấy, lực cản cày ngầm trên đất lâm nghiệp có giá trị lớn và biến thiên trong khoảng rộng, hệ số lực cản riêng K₀ của đất trồng rừng tại khu vực phía Bắc có giá trị từ 84,7 đến 153,6kN/m². Độ cày sâu, vận tốc cày và kết cấu bộ phận làm việc của cày ngầm có ảnh hưởng lớn đến lực cản cày; hệ số lực cản riêng K₀ của các mẫu mũi cày mới cải tiến nhỏ hơn so với mũi cày nguyên bản đã mòn 1/3 chiều dài từ 15 đến 20%.

Các mẫu mũi cày hình nêm có cánh (M2, M3) có chất lượng làm đất cao: Bề rộng phá vỡ đất ở rạch cày với mẫu M2 và M3 tăng gấp 2 đến 2,5 lần so với mũi cày nguyên bản; tăng độ tơi xốp ở tầng dưới rạch cày và ít làm xáo trộn lớp đất mặt, hạn chế được rửa trôi xói mòn. Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật trồng rừng: Mật độ trồng, độ cày sâu để lựa chọn số thân của dàn cày và loại mũi cày cho phù hợp và đạt năng suất, chất lượng cao nhất.

– Công thức kỹ thuật cày: T = 2m, h_c = 0,45 – 0,55m, sử dụng dàn cày 2 thân và mẫu mũi cày M2 là phù hợp, chất lượng làm đất tốt.

– Công thức kỹ thuật cày: T = 3m, h_c = 0,45 – 0,55m, sử dụng dàn cày 1 thân với mẫu mũi cày M3 có năng suất và chất lượng làm đất cao nhất;

– Công thức kỹ thuật cày: T = 1m, h_c = 0,45 – 0,55m, sử dụng cày 3 thân và mẫu mũi cày M1, công thức này có năng suất thấp, chi phí cao chỉ nên áp dụng cho mục đích canh tác nông lâm kết hợp.

3.3.2. Máy cày không lật chăm sóc rừng

Cày không lật chăm sóc rừng được thiết kế chế tạo với các thông số kỹ thuật như sau:

– Dàn cày gồm 7 thân, có thể điều chỉnh thay đổi số thân, vị trí, loại mũi và độ cày sâu tuỳ theo điều kiện và yêu cầu kỹ thuật chăm sóc; liên hợp với máy kéo qua cơ cấu treo 3 điểm; bề rộng làm việc: B = 2,2m; độ sâu tối đa: h_c.max = 0,4m; Trọng lượng cày: G_c = 342 kg;

– Dàn cày liên hợp với máy kéo công suất từ 50 – 80 mã lực, năng suất đạt từ 0,18 – 0,26 ha/giờ.

Kết cấu của cày không lật chăm sóc rừng được mô tả trên hình 2

3.3.3. Máy cày chảo 2 dãy chăm sóc rừng

Cày chảo 2 dãy được thiết kế chế tạo với các thông số kỹ thuật như sau:

– Dàn cày gồm: 02 dãy chảo và 01 trụ cày diệp kép liên hợp với máy kéo qua cơ cấu treo 3 điểm; mỗi dãy lắp 4 chảo có đường kính: D = 0,56m; bề rộng làm việc của cày: B = 2,2m, độ sâu tối đa h_c.max= 0,23m, có thể điều chỉnh được độ cày sâu và bề rộng theo yêu cầu kỹ thuật chăm sóc; Trọng lượng cày: G_c = 250 kg.

– Dàn cày liên hợp với máy kéo công suất từ 50 – 80 mã lực, năng suất đạt từ 0,30 – 0,45 ha/giờ.

Kết cấu máy cày chảo 2 dãy được mô tả trên hình 4.

3.4. Ảnh hưởng của cơ giới làm đất trồng, chăm sóc đến sinh trưởng của rừng

Mô hình rừng thực nghiệm áp dụng công nghệ làm đất trồng, chăm sóc rừng bằng cơ giới được xây dựng tại 3 vùng nghiên cứu với tổng diện tích 06ha. Kết quả sinh trưởng rừng sau 3 năm trồng cho thấy, ở các công thức kỹ thuật làm đất bằng cơ giới năng suất rừng tăng từ 20 – 35% (ở mô hình trồng Keo), 30 – 50% (ở mô hình trồng Bạch đàn) so với làm đất thủ công.

VI/ Kết luận và đề nghị

Kết luận:

1. Đặc điểm địa hình, tính chất đất đai có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cơ giới hoá làm đất trồng và chăm sóc rừng.

2. Đã xác định được hệ thống thiết bị và công nghệ làm đất, chăm sóc rừng trồng thâm canh cho vùng núi phía Bắc, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ.

3. Các mẫu mũi cày ngầm, cày không lật, cày chảo 2 dãy được thiết kế chế tạo đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, các chỉ tiêu năng suất, chất lượng làm đất đạt yêu cầu đặt ra.

4. Cơ giới làm đất có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của rừng trồng, kết quả từ các mô hình thực nghiệm cho thấy, khi làm đất bằng cơ giới năng suất rừng tăng từ 20 – 35% (ở mô hình trồng Keo), 30 – 50% (ở mô hình trồng Bạch đàn) so với làm đất thủ công.

Đề nghị:

Tiếp tục khảo nghiệm cày ngầm và cày chăm sóc trên các điều kiện lập địa khác nhau, xác định bổ sung các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, đồng thời theo dõi kết quả sinh trưởng của rừng đến khi khai thác để có đủ cơ sở đánh giá hiệu quả kinh tế và hoàn thiện qui trình công nghệ.
Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện mẫu cày không lật và cày chảo 2 dãy chăm sóc rừng, thiết bị nhổ gốc cây để chế tạo và đưa vào phục vụ sản xuất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Thanh Quế và các cộng tác viên (1990), Nghiên cứu xây dựng và áp dụng các biện pháp kỹ thuật công cụ cơ giới trong lâm nghiệp trên một số vùng đất trống đồi núi trọc chủ yếu. Viện Lâm nghiệp – Bộ Lâm nghiệp – Hà Nội 1990
Lê Tấn Quỳnh (2006), Nghiên cứu lựa chọn công nghệ và hệ thống thiết bị cơ giới hóa các khâu làm đất, trồng, chăm sóc rừng trồng và khai thác gỗ, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước, KC-07-26, Trường Đại học Lâm nghiệp.
Đoàn Văn Thu (1996), Nghiên cứu một số tính chất sử dụng của liên hợp máy cày làm đất trồng rừng ở tỉnh Vĩnh Phú, Luận án thạc sỹ khoa học kỹ thuật, Trường đại học Nông nghiệp I, Hà Nội.
Đoàn Văn Thu (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến các chỉ tiêu làm việc của LHM cày ngầm trong lâm nghiệp, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Viện Khoa học Lâm nghiệp VN.

5. Philip Smethurst (2004), New Technologies for Managing temperate Eucalypt and Pine plantations, The Australian Forest Growers, University of Ballarat, Victoria, Australia.