Nghiên cứu khoa học 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

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 là khâu công việc nặng nhọc, tốn nhiều năng lượng, chi phí lớn và bằng lao động thủ
công khó có thể đảm bảo các yêu cầu chất lượng. Việc sử dụng máy móc thiết bị cơ giới hóa khâu làm đất
có tác dụng làm thay đổi cơ lý tính của đất có lợi cho cây trồng, tăng tỷ lệ sống và tốc độ tăng trưởng của
rừng trồng (Đoàn Văn Thu, 1996). Đặc biệt đối với rừng trồng thâm canh các loài cây mọc nhanh (Bạch
đàn, Keo), áp dụng cơ giới trong khâu làm đất không những nâng cao năng suất, chất lượng rừng, mà còn
góp phần cải tạo và duy trì khả năng sản xuất bền vững đất lâm nghiệp.
Tuy nhiên, đối với vùng núi phía Bắc do địa hình chia cắt phân tán phức tạp, độ dốc cao, trắc diện mặt
đồi không bằng phẳng, tính chất đất đai không đồng nhất... việc cơ giới hoá trong canh tác lâm nghiệp gặp
rất nhiều khó khăn. Trong khi đó, thiết bị và kỹ thuật cơ giới trồng rừng được nghiên cứu áp dụng cho sản
xuất còn nhiều hạn chế, chất lượng làm đất còn thấp, chi phí năng lượng cao chưa đáp ứng được yêu cầu
của sản xuất. Những khó khăn và hạn chế này cũng là nguyên nhân cơ bản dẫn đến tỉ lệ cơ giới hoá sản
xuất lâm nghiệp nói chung và canh tác lâm nghiệp nói riêng ở vùng núi phía Bắc còn rất thấp.
Để nâng cao năng suất, chất lượng rừng trồng và góp phần duy trì khả năng sản xuất bền vững đất lâm
nghiệp, việc nghiên cứu cải tiến thiết bị và hoàn thiện công nghệ cơ giới làm đất trồng rừng ở vùng đồi thấp
miền Bắc Việt Nam là cần thiết
II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Tổng hợp phân tích đánh giá hệ thống thiết bị và kỹ thuật cơ giới trồng rừng đã được áp dụng làm cơ
sở xác định yêu cầu công nghệ phù hợp với điều kiện sản xuất.
- Khảo nghiệm xác định các thông số và chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá lựa chọn thiết bị và công nghệ.
Chương trình khảo nghiệm được thực hiện tại Trung tâm Khoa học Sản xuất Lâm nghiệp Đông Bắc Bộ,
Ngọc Thanh, Phúc Yên, Vĩnh Phúc; hiện trường thí nghiệm có điều kiện lập địa điển hình của đất trồng rừng
tại khu vực: Độ dốc đồi từ 5  8%, đất có độ ẩm: 17%, độ cứng của đất: 35kg/cm2, thực bì là cây bụi sim
mua, trảng cỏ và 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 bằng Khung răng rà rễ và thiết bị nhổ gốc cây liên hợp
với máy kéo Komatsu D65A.

Cày ngầm: Các phương án thí nghiệm đo được thay đổi theo thứ tự các yếu tố thực nghiệm sau:
+ Độ cày sâu hc = 0,35, 0,45, 0,55(m) và khoảng cách các rạch cày T(m).
+ Số thân cày trên dàn cày n = 1,2,3;
+ Loại mũi cày: Mũi cày cải tiến M1, M2, M3;
0

0

Mũi cày nguyên bản có b=0,12m, =27 (M4) và mũi đã mòn 1/3 chiều dài, b=0,12m, =30 (M5);
+ Vận tốc cày: cày với các số truyền i = 1,2,3;
Mỗi thí nghiệm được ký hiệu theo thứ tự TN01, TN02..., kèm theo các tham số thực nghiệm: về kết cấu
cày n, loại mũi cày và độ cày sâu hc; số truyền i = 1,2,3.
Thiết bị đo và xử lý tín hiệu đo: Thiết lập hệ thống đo đa kênh kết nối máy tính và phần mềm Dasylab, sử
dụng các cảm biến (sensor) lắp đặt lên các chi tiết, bộ phận tương ứng để đo xác định các thông số kỹ thuật


của liên hợp máy (LHM) khảo nghiệm (Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 6/2009).
- Sử dụng các phần mền Dasylab, Excel để tính toán xử lý số liệu thực nghiệm và phân tích ảnh hưởng
của các thông số cấu trúc và sử dụng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của LHM.
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Yêu cầu cơ bản về kỹ thuật cơ giới làm đất trồng rừng
- Yêu cầu chất lượng làm đất: Các yêu cầu cơ bản về chất lượng khâu làm đất trồng rừng được đánh giá
qua các chỉ tiêu sau:
+ Tỷ lệ gốc cây, thực bì, cỏ dại được phát dọn, vùi lấp (độ sạch thực bì);
+ Độ sâu làm đất (độ cày sâu);
+ Độ tơi xốp của rạch cày (%).
Trong trồng rừng, làm đất phải được thực hiện xong trước khi trồng cây ít nhất từ 10 đến 15 ngày để đất
sau khi cày có thời gian phơi ải nhất định và đất ở rạch cày có độ ẩm cần thiết sau 1 đến 2 trận mưa. Tuy
nhiên cũng không nên làm đất quá 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 trên đất dốc:
+ Ít làm xáo trộn lớp đất mặt;
+ Giữ được tối đa lớp đất mùn và chất hữu cơ trên mặt đất;
+ Hạn chế rửa trôi, xói mòn đất...
Muốn đảm bảo các yêu cầu trên, việc cày theo đường đồng mức là một yêu cầu bắt buộc khi làm đất
trồng rừng bằng cơ giới trên đất dốc. Các rạch cày theo đường đồng mức có tác dụng ngăn cản dòng chảy
trên bề mặt đồi, tăng khả năng thấm và giữ nước của đất, hạn chế rửa trôi xói mòn.
3.2. Yêu cầu của thiết bị máy móc
Để nâng cao hiệu quả sử dụng, LHM được lựa chọn để làm đất trồng rừng cần thoả mãn các
yêu cầu sau:
- Độ ổn định tĩnh và động cao, đảm bảo LHM làm việc không bị nguy hiểm ở độ dốc khoảng 200;
- Tính chất động lực học cao, khả năng quá tải tốt, các chỉ tiêu làm việc của động cơ ít phụ thuộc vào độ
dốc;
- Tính chất kéo - bám tốt để thực hiện những khâu canh tác trên địa hình đồi núi;
- Cơ cấu phanh phải có độ tin cậy cao, đảm bảo phanh tốt các bánh xe (dải xích) và giữ LHM ở độ dốc
0

giới hạn 20 - 25 ;
- Tính động cơ cao, linh hoạt, bán kính quay vòng nhỏ, dễ thao tác vận hành;
- Máy kéo phải mang tính vạn năng, có thể thực hiện được nhiều khâu canh tác ở điều kiện đồi núi
(Phạm Quí Đôn, 1996).
Với máy cày:
- Có lực cản chuyển động nhỏ và đảm bảo được chất lượng làm đất theo yêu cầu kỹ thuật lâm sinh;
- Làm việc ổn định trong điều kiện không đồng nhất của địa hình, đất đai;
- Có kết cấu đơn giản, tháo lắp và sử dụng dễ dàng;
- Có thể chế tạo ở trong 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 những thông số kỹ thuật cơ bản như
sau:
- Độ cày sâu tối đa: 60cm;
- Dàn cày có tối đa 3 thân, bề rộng trụ cày = 8cm
- Mũi cày: 03 mẫu mũi cày có hình dạng, kích thước bề rộng làm việc b và góc nâng  như sau:
a) Mẫu số 1 (M1): Hình nêm, b = 0,12m,  = 230;
0

b) Mẫu số 2 (M2): Hình nêm có cánh, b = 0,23m,  = 23 ;
c) Mẫu số 3 (M3): Hình nêm có cánh, b =0,30m,  = 230.

a) Mũi hình nêm

Hình 3. Mẫu mũi cày cải tiến

b) Mũi hình nêm có cánh

Hình 4. Cày ngầm cải tiến lắp sau máy kéo
Komatsu D65A


3.4. Kết quả khảo nghiệm và nhận xét
3.4.1 Xử lý thực bì: Kết quả đo và tính toán các chỉ tiêu về năng suất W (ha/h), chất lượng và chi phí
nhiên liệu giờ Gt (l/h) được ghi trong bảng 1.
Bảng 1. Số liệu tổng hợp kết quả khảo nghiệm xử lý thực bì bằng cơ giới

Số TT

Liên hợp máy khảo nghiệm

W
(ha/h)

Gt
(lít/h)

Độ sạch (%)
Thực bì

Gốc cây

1

Máy kéo Komatsu D65A với Khung
răng rà rễ

0,25

18,5

90,0

40,0

2

Máy kéo Komatsu D65A với thiết bị
nhổ gốc cây

0,35

17,0

-

90,0

3

Máy kéo Komatsu D65A với Khung
răng rà rễ và thiết bị nhổ gốc cây

0,27

18,2

95,0

97,0

Kết quả khảo nghiệm đã cho thấy, LHM Komatsu D65A với Khung răng rà rễ và thiết bị nhổ gốc cây có
chất lượng xử lý thực bì tốt nhất, năng suất LHM cao, chi phí nhiên liệu giảm hơn so với LHM chỉ sử dụng
khung răng rà rễ hoặc thiết bị nhổ gốc cây.
3.4.2 Cày ngầm
*/ Kết quả đo, tính toán giá trị trung bình của vận tốc cày V, chi phí nhiên liệu giờ Gt, các thành phần lực
cản cày theo phương chuyển động Pcx và phương thẳng đứng Pcz, hệ số lực cản riêng K0 tương ứng với độ
sâu cày hc ở một số phương án thí nghiệm được ghi trong bảng 2.

Bảng 2. Giá trị TB của V, Gt, Pcz, Pcx, K0, W ở các phương án thí nghiệm với 3 mức độ cày sâu

hc=0,35m, 0,45m và 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

1,7

16,5

6,7

31,6

93,70

TN08

n = 2, M2, i = 3

2,9

17,1

7,5

35,3

104,68

TN13

n = 1, M3, i = 3

3,4

15,7

3,17

24,5

102,93

TN12

n = 1, M3, i = 2

2,5

15,5

3,56

23,3

98,21

TN11

n = 1, M3, i = 1

1,8

15,1

3,3

21,5

90,63

TN01

n = 2, M4, i = 1

1,9

16,9

4,6

28,4

107,45


TN03

n = 2, M5, i = 3

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

1,7

16,3

4,6

28,1

99,26

TN13

n = 1, M3, i = 2

2,0

16,5

4,95

30,1

106,33

TN02

n = 2, M4, i = 2

2,6

16,5

8,9

48,5

119,76

TN02

n = 2, M5, i = 2

2,5

17,4

9,3

53,7

132,36

III. Với hc = 0,55m
TN23

n = 2, M1, i = 1

2,1

17,6

25,5

64,8

108,17

TN24

n = 2, M1, i = 2

2,2

17,5

24,8

63,0

115,59

TN09

n = 2, M2, i = 1

1,4

18,9

33,7

97,6

126,54

TN19

n = 2, M2, i = 2

2,2

19,3

43,7

112,0

147,33

TN14

n = 1, M3, i = 1

1,5

16,3

12,0

42,2

111,96

TN15

n = 1, M3, i = 2

1,9

16,5

14,0

45,3

120,99

TN16

n = 1, M3, i = 3

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

2,3

18,9

28,5

85,4

153,64

TN06

n = 2, M5, i = 3

2,6

18,5

30,5

82,6

150,32

Tập hợp các giá trị K0 tương ứng với V ở mỗi độ sâu cày hc=0,35m, 0,45m, 0,55m có thể được hồi qui
toán học theo các phương trình F1, F2 và F3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số lực cản riêng K0 với
vận tốc cày V ứng với 3 mức độ sâu cày khác nhau (hình 5).


Hình 5. Đồ thị quan hệ giữa K0 - V ứng với hc = 0,35m, 0,45m, 0,55m
Đồ thị của các hàm số F1, F2 và F3 biểu diễn mối quan hệ giữa K0 với V ứng với mỗi 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 các giá trị
lực cản đo được là khá lớn, đây là sự ảnh hưởng của tính chất không đồng nhất của địa hình, đất đai trong
lâm nghiệp.
Kết quả các phương án thí nghiệm trên bảng 2 và đồ thị cho thấy:
- Khi tăng độ sâu cày, hệ số lực cản riêng của cày tăng đáng kể, giá trị K0 trên các đường đồ thị F1, F2 và
F3 ở vận tốc cày V=2,0km/h tăng từ 99kN/m2 lên 117kN/m2 và 134kN/m2, tương ứng 118% và 135%. Điều
đó chứng tỏ lớp đất ở tầng dưới có thành phần cơ giới và độ chặt cao hơn nhiều so với lớp đất trên mặt;
- Khi cày ở mỗi độ sâu nhất định, tăng vận tốc LHM thì hệ số lực cản riêng K0 cũng tăng nhưng với mức
độ ít hơn. Trên đường đồ thị F3, khi V tăng từ 1,5km/h lên 2,5km/h (= 66%) thì K0 tăng từ 112kN/m2 lên
140kN/m2 (= 25%), như vậy với cày ngầm ảnh hưởng của vận tốc đến lực cản là không lớn, đây là điểm
khác nhau cơ bản giữa cày ngầm và cày lật. Nhưng khi tăng vận tốc cày thì năng suất LHM cũng tăng và sẽ
giảm được chi phí năng lượng trên một đơn vị diện tích cày.
- Hệ số lực cản riêng K0 trung bình của các mẫu mũi cày cải tiến nhỏ hơn so với mũi cày nguyên bản M4,
M5 (mũi đã mòn 1/3 chiều dài) từ 15% đến 20% tùy thuộc vào điều kiện mỗi phương án thí nghiệm cụ thể.
Như vậy, để giảm lực cản cày, không nên sử dụng mũi cày đã mài mòn quá 1/3 chiều dài và có góc nâng 
lớn trên 300.
*/ Kết quả khảo nghiệm về năng suất, chất lượng và chi phí nhiên liệu cày ngầm của các công thức kỹ
thuật cày: Cự ly giữa các rạch cày T (m), độ cày sâu hc (m) được ghi trong bảng 3.

Bảng 3. Kết quả khảo nghiệm về năng suất, chất lượng và 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

1

M1

0,12

3

41,2

0,40

42

2

M2

0,23

2

27,1

0,69

45

3

M3

0,30

1

30,7

0,61

45

2

M5

0,12

2

27,1

0,69

42

1

M1

0,12

2

64,4

0,25

42

1

M1

0,12

3

51,5

0,34

45

2

M2

0,23

2

39,8

0,43

46

3

M3

0,30

1

45,2

0,36

47

2

M5

0,12

2

41,4

0,43

44

1

M1

0,12

2

70,4

0,25

42

2

M2

0,23

2

52,5

0,36

47

3

M3

0,30

1

48,5

0,34

48

2

M5

0,12

2

50,4

0,36

42

0,45

0,55

Số liệu kết quả khảo nghiệm cho thấy:

- Khi tăng độ sâu cày năng suất LHM giảm, chi phí nhiên liệu trên một 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 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.
- Mũi cày nguyên bản đã mòn 1/3 chiều dài (M5) có năng suất thấp và chi phí nhiên liệu cao hơn so với
mẫu M1 có cùng 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 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, hc=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, hc=0,45–0,55m, sử dụng dàn cày 1 thân và mẫu mũi cày M3 đạt chất
lượng làm đất cao nhất, năng suất LHM cũng đảm bảo;
+ Với cự ly rạch cày yêu cầu là 1m, 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 có mật độ cây trồng cao.

IV. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu cải tiến thiết bị, khảo nghiệm, phân tích đánh giá hoạt động của các LHM qua các chỉ
tiêu về năng suất, chất lượng làm đất, chi phí năng lượng và chi phí nhiên liệu cho một đơn vị diện tích đã
xác định được:


1. 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 có tính năng kỹ thuật phù hợp và hiệu quả nhất, đáp ứng được các yêu cầu chung của LHM canh
tác trong lâm nghiệp.
2. Cày ngầm là thiết bị làm đất trồng rừng phù hợp và có nhiều ưu điểm: Độ cày sâu lớn, chi phí năng
lượng giảm, tăng khả năng thấm và giữ nước, ít làm xáo trộn lớp đất mặt, hạn chế rửa trôi, xói mòn đất.
- Lực cản cày ngầm phụ thuộc rất lớn vào độ cày sâu, vận tốc và hình dạng cấu trúc bộ phận làm việc
của cày. Khi tăng độ sâu cày từ 0,35m lên 0,45m và 0,55m hệ số lực cản riêng K0 tăng lên 118% và 135%.
Các mẫu mũi cày cải tiến đều có hệ số lực cản riêng nhỏ hơn 15 – 20% so với mũi cày nguyên bản, các
mẫu cày M2 và M3 có chất lượng làm đất cao hơn nhiều cày nguyên bản.

- Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật trồng rừng về độ sâu làm đất, mật độ, cự ly hàng cây mà thành lập liên
hợp cày có số thân và loại mũi cày cho phù hợp để đạt năng suất, chất lượng cao nhất.
Khuyến nghị
- Với điều kiện địa hình, đất đai phức tạp, manh mún, qui mô sản xuất nhỏ như vùng núi phía Bắc nên
nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị xử lý thực bì, cày ngầm lắp theo các máy kéo xích có công suất từ 150–
200ml được sử dụng phổ biến trong giao thông, xây dựng như Komatsu, Caterpilar… để làm đất trồng rừng.
- Cần nghiên cứu hoàn thiện thiết bị nhổ gốc cây lắp theo máy kéo xích có công suất 150 – 200 mã lực
để đảm bảo các tiêu chuẩn công nghệ, nâng cao hiệu quả sử dụng.
- Cần tiếp tục theo dõi chất lượng rừng trồng ở các công thức kỹ thuật cày để đánh giá đầy đủ hơn về
hiệu quả áp dụng tiến bộ kỹ thuật cơ giới làm đất trồng rừng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Lê Minh Cường, 2005, Nghiên cứu xây dựng mô hình trồng rừng thâm canh một số dòng bạch đàn

tuyển chọn, Báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Bộ, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam.
2.

Phạm Quí Đôn ,1996. Nghiên cứu khả năng sử dụng của một số thiết bị thông dụng ở Việt Nam để

làm đất trồng rừng trên sườn dốc đồi trọc miền Bắc Việt Nam. Luận án TS. Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt
Nam.
3. Ngô Diên Tập, 2001. Đo lường và điều khiển bằng máy tính, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
4. 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 văn thạc sỹ, Đại học Nông nghiệp I, Hà Nội.
5. Bùi Hải Triều, Đoàn Văn Thu, 2009. Nghiên cứu xác định lực cản cày ngầm khi canh tác trên đất lâm
nghiệp, Tạp chí Nông nghiệp và PTNT.