ІНСТИТУТ ГРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ

ІМ. О.Н. СОКОЛОВСЬКОГО УААН

КРАВЕЦЬ ІРИНА СТАНІСЛАВІВНА

УДК 631.811.1: 631.411.2: 631.1

ЗМІНИ В АЗОТНОМУ ФОНДІ ТА БАЛАНС АЗОТУ ЧОРНОЗЕМУ ОПІДЗОЛЕНОГО ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ ЗА ТРИВАЛОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДОБРИВ У ПОЛЬОВІЙ СІВОЗМІНІ

06.01.04 – агрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків –2001

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Уманській державній аграрній академії

Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник:

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Господаренко Григорій Миколайович, Уманська державна аграрна

академія, проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Гончаренко Василь Юхимович, Інститут овочівництва і баштанництва

УААН, головний науковий співробітник лабораторії агрохімії

кандидат сільськогосподарських наук, доцент

Сирий Микола Михайлович, Харківський державний аграрний

університет ім. В.В. Докучаєва, доцент кафедри агрохімії

Провідна установа:

Інститут агроекології та біотехнології УААН,

відділ екотоксикології, м. Київ

Захист відбудеться 29.06.2001 р. о 14 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Інституті грунтознавства та

агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН за адресою: 61024, м. Харків –24,

вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту грунтознавства

та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН за адресою: м. Харків –24, вул.

Чайковського, 4.

Автореферат розісланий 28.05.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема азоту в землеробстві є однією з найважливіших у агрономічній науці, а забезпеченість ним рослин – одним із визначальних факторів у формуванні врожаїв. Значення азоту посилюється ще й тому, що потреба у живленні ним рослин на багато більша, ніж у інших елементах, а безповоротні втрати його мінеральних сполук з грунту через вимивання і біологічне відновлення бувають досить значними.

Для управління процесами живлення рослин, формування високих і якісних урожаїв культур і регулювання родючості грунту в умовах інтенсивного землеробства важливо всебічно вивчити направленість і ступінь змін під впливом тривалого сільськогосподарського використання. Тому питання про підвищення родючості грунту насамперед зв`язують із здатністю забезпечувати рослини азотом і воно є досить актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано згідно з тематичними планами Уманської державної аграрної академії на 1998–2000 рр. за темою “Розробка та обґрунтування системи удобрення в польовій сівозміні Правобережного Лісостепу України“ (№ ДР 0196U012626 та НТП “Родючість грунтів” – 03.04МВ/30-96), де автор брала безпосередню участь у проведенні досліджень, як аспірант.

Мета і задачі досліджень полягають у теоретичному і практичному обгрунтуванні шляхів оптимізації азотної складової родючості чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу України та азотного живлення рослин у польовій сівозміні.

Об'єкт досліджень – оптимізація азотної складової родючості чорнозему опідзоленого та азотне живлення рослин.

Предмет досліджень – азотний фонд чорнозему опідзоленого та баланс азоту в польовій сівозміні.

Методи досліджень. При виконанні роботи використовувалися польовий і лабораторний методи у поєднанні з спостереженнями за рослинами та кліматичними умовами. У тривалому стаціонарному досліді вивчали вплив різних доз і систем удобрення в польовій сівозміні на процеси формування азотного фонду грунту, врожайність та якість сільськогосподарської продукції. Лабораторні досліди використовувалися для уточнення параметрів азотного режиму грунту. Відібрані зразки грунту та рослин досліджували хімічними методами.

Для досягнення поставленої мети дослідження проводилися за такими напрямками:–

визначити вплив тривалого застосування добрив у польовій сівозміні на процеси формування і стан азотного фонду чорнозему опідзоленого та його азотний режим; –

вивчити зміни параметрів деяких показників азотного фонду грунту, які визначають принципові питання застосування азотних добрив і дозволяють виявити шляхи регулювання його азотного режиму;–

встановити причини та масштаби міграції рухомих сполук азоту по профілю грунту та підгрунтя під впливом тривалого застосування різних доз та систем удобрення;–

визначити вміст азоту в рослинах та винос його врожаями залежно від системи удобрення та доз добрив;–

провести спостереження за сезонними змінами вмісту мінерального азоту в грунті;–

вивчити взаємний вплив азоту та інших факторів росту і розвитку рослин на урожайність культур та якість продукції;–

розрахувати баланс азоту в грунті за тривалого застосування різних доз добрив та систем удобрення в польовій сівозміні зерно-бурякового типу;–

встановити оптимальний рівень насичення польової сівозміни азотними добривами залежно від системи удобрення;–

дати економічну оцінку тривалого застосування добрив у польовій сівозміні;–

розробити рекомендації виробництву для регулювання азотного режиму чорнозему опідзоленого.

Наукова новизна одержаних результатів:–

встановлено, що зменшення вмісту гумусу в чорноземі опідзоленому під час землекористування проходить за рахунок детриту, а вміст власне гумусових речовин і співвідношення С: N практично не змінюється;–

встановлено, що відносний розподіл азоту за фракціями його сполук не залежить від особливостей землекористування, різних доз та систем удобрення у польовій сівозміні;–

встановлено, що міграція нітратного азоту по профілю грунту і підгрунтя за тривалого середньорічного внесення N135 за органо-мінеральної системи удобрення проходить на глибину до 6 м, а за мінеральної – глибше 10 м;–

уточнено статті балансу азоту у польовій сівозміні і розраховано його інтенсивність та ємність за різних доз добрив та систем удобрення;–

обгрунтовано оптимальну насиченість азотом, яка забезпечує продуктивність польової сівозміни зерно-бурякового типу на рівні 60 ц/га зернових одиниць за органічної системи удобрення N91, органо-мінеральної – N103, мінеральної – N137 на 1 га сівозмінної площі.

Практичне значення одержаних результатів. На основі проведених досліджень розроблено рекомендації регулювання азотного режиму чорнозему опідзоленого; встановлено тенденції його змін, які мають бути покладені в основу розробки системи удобрення культур польової сівозміни.

Основні результати досліджень впроваджено в польових сівозмінах зерно-бурякового типу СТОВ “Дубова” Уманського району Черкаської області на площі 1137 га та АТ “Агрофірма “Ятрань” Голованівського району Кіровоградської області на площі 3557 га.

Особистий внесок здобувача полягає в участі у розробці програми наукових досліджень за темою дисертації, проведенні польових дослідів, відборі зразків грунту і рослин та їх аналізі, узагальненні та обробці отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень оприлюднені на наукових конференціях професорсько-викладацького складу і аспірантів Уманської державної аграрної академії (Умань, 1998–2000 рр.), на науковій конференції професорсько-викладацького складу та аспірантів Подільської державної аграрно-технічної академії (Кам'янець-Подільський, 2000), на науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання грунтових ресурсів” (Київ, 2000), на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми виробництва екологічно чистої сільськогосподарської продукції на межі 3-го тисячоліття” (Житомир, 2000).

Публікації: Основні положення дисертації опубліковані у 8 наукових працях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, огляду літератури, опису умов та методів досліджень, 5 розділів з описом і аналізом проведених досліджень, висновків, списку використаних джерел, додатків. Загальний обсяг – 174 сторінки, в тому числі 29 таблиць і 10 рисунків. У переліку літератури 256 найменувань, в тому числі 13 латиницею. Додатки подано на 3 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Трансформація азотного фонду грунтів при їх сільськогосподарському використанні. Проблема впливу різних доз і видів добрив на зміни в азотному фонді грунтів та продуктивність сільськогосподарських культур досить широко висвітлена в літературі. Встановлено, що напрямок трансформації азоту грунту та добрив, що пов'язаний з мікробіологічними процесами, та залежить від різних доз і систем удобрення. Характер динаміки вмісту мінеральних форм азоту обумовлюється біологічними особливостями культур, погодними умовами та рівнем удобрення. Виявлено оптимальні дози добрив під сільськогосподарські культури, які забезпечують стабільні і високі врожаї з оптимальною якістю. Але вивчення цих питань відносно чорнозему опідзоленого, який займає значну частину широкої різновидності грунтів, розповсюджених у Правобережному Лісостепу України, проводилися, як правило, в короткотермінових польових дослідах, що не дає можливості вивчити направленість та масштаби змін, які проходять у грунті під впливом тривалого застосування добрив.

Проведений огляд літератури свідчить, що лише за допомогою вивчення різносторонніх факторів впливу можна об'єктивно оцінювати процеси, які проходять у грунті, та встановити їх значення у трансформації і доступності азотних сполук, залежність цих змін від доз та видів добрив, їх поєднання та розміщення в сівозміні. Лише глибоке, різностороннє вивчення цього питання дає можливість створити раціональну та екологічно-виправдану концепцію удобрення польових культур.

Умови і методика проведення досліджень. Дослідження із вивчення змін в азотному фонді та балансу азоту чорнозему опідзоленого за тривалого застосування різних доз добрив і систем удобрення проведено протягом 1998–2000 рр. на дослідному полі Уманської ДАА, що розташоване в Маньківському природно-сільськогосподарському районі Середньо-Дніпровсько-Бузького округу Лісостепової Правобережної провінції України, у стаціонарному досліді кафедри агрохімії і грунтознавства, закладеному в 1964 р. професором І.М. Карасюком.

Грунт дослідного поля – чорнозем опідзолений звичайний важкосуглинковий на лесі. На період закладання досліду шар грунту 0–20 см характеризувався такими показниками: вміст гумусу (за методом Тюрина)– 3,31%; рН сольової суспензії – 6,2; гідролітична кислотність – 2,5 смоль/кг; насиченість грунту основами – 28,8 смоль/кг; легкогідролізованого азоту (за методом Тюрина – Кононової) – 48 мг/кг; рухомих фосфатів (за методом Труога) – 150 мг/кг; обмінного калію (за методом Бровкіної) – 90 мг/кг.

Кліматичні умови характеризуються помірною континентальністю і за основними елементами погоди відповідають підзоні нестійкого зволоження. За даними Уманської метеостанції середньобагаторічна кількість опадів складає 633,0 мм, середньодобова температура повітря – 7,4 0С, відносна вологість повітря – 76%.

Дослід розгорнутий одночасно на 10 полях із сівозміною зерно-бурякового типу (конюшина, озима пшениця, цукрові буряки, кукурудза на зерно, горох, озима пшениця, викосуміш, озима пшениця, цукрові буряки, ярий ячмінь з підсівом конюшини). У досліді вивчався вплив 3-х рівнів удобрення за мінеральної, органічної та органо-мінеральної систем удобрення (табл. 1).

Дози добрив за мінеральної системи складали N45Р45К45, N90Р90К90, N135Р135К135 на 1 га сівозмінної площі, за органічної – 9,0, 13,5 і 18,0 т/га гною, за органо-мінеральної системи удобрення дози гною складають 4,5, 9,0 і 13,5 т/га, а загальна кількість внесення основних елементів живлення скорегована з мінеральною системою удобрення додатковим їх внесенням з мінеральними добривами. Для виявлення змін, що відбувалися у грунті, використовували метод “аналогів” – переліг з часу закладання стаціонарного досліду та беззмінні чорний пар і посіви кукурудзи.

Загальна площа ділянки – 170 м2, облікова –100 м2, повторення досліду 3- разове. Для удобрення культур у досліді використовували: напівперепрілий підстилковий солом'яний гній ВРХ, аміачну селітру, суперфосфат гранульований, калійну сіль змішану, які вносили під основний обробіток грунту з осені. З третьої ротації сівозміни підживлення озимої пшениці азотними добривами проводиться навесні.

Таблиця 1 – Схема тривалого (1965–2000 рр.) досліду з вивчення впливу різних доз і систем удобрення на продуктивність сівозміни і родючість грунту

Варіант досліду Насиченість добривами на 1 га сівозмінної площі

Гній, т Мінеральні добрива

N Р2О5 К2О

Без добрив – – – –

1NРК – 45 45 45

2NРК – 90 (135) 90 (135) 90 (135)

3NРК – 135 135 135

2Гн 9,0 – – –

3Гн 13,5 – – –

4Гн 18,0 (13,5) – – –

1Гн + NРК 4,5 23 34 18

2Гн + NРК 9,0 (6,8) 45 (101) 68 (118) 36 (95)

3Гн + NРК 13,5 68 101 54

Примітка. У дужках – у I і II-й ротаціях сівозміни.

Для вивчення змін у азотному фонді зразки грунту відбиралися пошарово через кожні 20 см до глибини 160 см. З метою встановлення процесів міграції нітратного азоту по профілю грунту і підгрунтя зразки відбирали спеціально виготовленим буром на глибину 10 м з проміжком у 20 см. Для вивчення динаміки вмісту рухомих форм азоту в грунті під культурами ланки сівозміни конюшина – озима пшениця – цукрові буряки у три строки – на період відновлення весняної вегетації, сівби (для цукрових буряків), у середині вегетації та на період збирання урожаю на глибину до 1 м через кожні 20 см.

У відібраних, згідно програми досліджень, зразках грунту визначали: вміст гумусу (за методом Тюрина в модифікації Сімакова); вміст детриту (за методом Шпрингера); виділення вуглекислого газу (за методом Карпачевського); інтенсивність розкладання целюлози (за методом Мішустіна); нітрифікаційну здатність (за методами Кравкова та Ваксмана); сумарну біологічну активність (за методом середньозважених величин Ацці); вміст валового азоту (за методом Кьєльдаля); фракційний склад азоту (за методом Шконде – Корольової); нітратний азот – іонометричним методом; обмінний амоній – фотоколориметруванням з реактивом Неслера.

У рослинних зразках визначали: вміст загального азоту – після мокрого озолення сірчаною кислотою та пероксидом водню з подальшим фотоколориметруванням з реактивом Неслера; вміст білка в зерні озимої пшениці розрахований за кількістю білкового азоту (коефіцієнт перерахунку 5,7), який визначали за методом Барнштейна; вміст клейковини в зерні озимої пшениці – відмиванням тіста водою; показники технологічних якостей коренеплодів цукрових буряків розраховували, використовуючи дані, отримані за допомогою напівавтоматичної лінії “Венема” у філіалі Інституту цукрових буряків УААН. Сумарну продуктивність сівозміни за урожайністю основної продукції культур розраховували за методом відносних величин Ацці, де за 100% приймали найбільший показник урожайності за кожною культурою сівозміни.

Баланс азоту в грунті розраховували на основі власних даних та інших учених, користуючись відповідними рекомендаціями (Методические указания по изучению баланса ..., УНИИЗ, 1974).

Економічну ефективність застосування добрив розраховували згідно з технологічними картами.

Одержані результати досліджень обробляли методами математичної статистики (Мойсейченко, Єщенко, 1994).

Вміст гумусу в грунті та його якісний склад. Вміст азоту у грунті повністю визначається процесами гумусотворення та біологічною активністю. Як показали наші дослідження, вміст гумусу у грунті залежав від особливостей його сільськогосподарського використання та шару грунту ( рис. 1).

Рис.1. Вплив тривалого (1965-1998 рр.) землекористування і застосування добрив у польовій сівозміні на вміст і склад гумусу в шарі грунту 0-20 см та збагаченість його азотом

У шарі грунту 0–20 см його вміст, залежно від варіанту досліду, був у межах 2,35–4,32%. Найвищим він був у грунті перелогу, а землекористування сприяло зменшенню його вмісту. У грунті беззмінного чорного пару, порівняно з перелогом, вміст гумусу зменшився на 45%, а у варіанті без добрив – на 34%. Систематичне застосування добрив у сівозміні сприяє збереженню вмісту гумусу на більш високому рівні. За мінеральної системи удобрення його вміст, залежно від дози добрив, був у межах 3,03–3,21%, за органічної – 3,24–3,57%. Лише сумісне застосування органічних і мінеральних добрив дозволяє зберегти вміст гумусу на більш високому рівні –3,45–3,68% залежно від доз добрив.

Зменшення вмісту гумусу йде за рахунок його лабільної частини – детриту. Найвищий вміст детриту у грунті перелогу – 2,31%, а найнижчий у грунті беззмінного чорного пару – 0,57 та беззмінних посівів кукурудзи – 0,75%. Чергування культур у сівозміні сприяє кращому збереженню вмісту детриту в грунті – на рівні 1,20% на ділянках без добрив, за мінеральної системи удобрення – в межах 1,25–1,45%, за органічної – 1,47–1,76, а за органо-мінеральної – 1,71–2,03% залежно від дози добрив.

Вміст власне гумусових речовин, як більш стабільної частини гумусу, під впливом землекористування змінювався мало і був у межах 1,65–2,01%.

Співвідношення С:N у грунті, як показник якості гумусу, у чорноземі опідзоленому знаходиться у вузьких межах 9,4–12,1. Найвужче воно було при внесенні лише мінеральних добрив і звужувалося із збільшенням їх дози від 10,4 у варіанті 1NРК до 9,4 у варіанті 3NРК. При заміні мінеральних добрив органічними це співвідношення знаходилося в межах 11,5–11,9. За органо-мінеральної системи удобрення співвідношення С:N дещо вужче – 11,8–10,7 і має таку ж тенденцію до змін, як і за мінеральної системи удобрення. Найширше воно у грунті контрольного варіанту – 12,1, що пояснюється низьким вмістом азоту.

Характеристика процесів, що впливають на трансформацію азотного фонду грунту. Дослідженнями встановлено, що застосування добрив посилює та прискорює проходження мікробіологічних процесів у грунті. Виділення вуглекислого газу зростає у 1,5–2,1 рази в порівнянні до контролю – 0,17 мг/дм2 за год. Застосування органо-мінеральної системи удобрення (варіант 3Гн + NРК) забезпечує виділеного С–СО2 майже на рівні перелогу.

Целюлозолітична здатність грунту зростала за мінеральної (варіанти 1NРК та 3 NРК) та органо-мінеральної (варіанти 1Гн + NРК та 3Гн + NРК) систем удобрення відповідно до 71–75 та 72–73%, у порівнянні до контролю – 67%. За органічної системи удобрення (варіант 4Гн) вона була на рівні перелогу – 68%.

Тривале застосування добрив у польовій сівозміні сприяло підтриманню нітрифікаційної здатності грунту на високому рівні. За період компостування у грунті варіантів 3NРК та 4Гн утворилося 44 і 48 мг/кг N–NО3, тоді як у тривало неудобреному – лише 28 мг/кг. Застосування органо-мінеральної системи удобрення сприяло нагромадженню 64 мг/кг N–NО3, що майже на рівні перелогу. При цьому енергія нітрифікації найбільша у грунті перелогу і варіанту 3Гн + NРК – відповідно 9 і 8 днів, у грунті інших варіантів з удобренням – 11–14, у варіанті без добрив – 19 днів. При проведенні компостування грунту з додаванням (NН4)2SО4 + СаСО3 кількість утвореного нітратного азоту збільшувалася у 4,8 –9,2 рази залежно від системи та рівня удобрення. При компостуванні грунту з додаванням (NН4)2SО4 збільшення відбулося у 2,9–4,8 рази, а при компостуванні з додаванням горохового борошна – лише в 1,4–2,4 рази.

Валовий вміст азоту в грунті та його розподіл по профілю залежить від особливостей його сільськогосподарського використання (табл. 2). Внесення добрив сприяло збереженню вмісту валового азоту в шарі грунту 0–20 см на вищому, в порівнянні до контролю, на 19–46% рівні залежно від дози та системи удобрення.

Таблиця 2 – Вплив тривалого (1965–2000 рр.) землекористування і застосування добрив у польовій сівозміні на вміст загального азоту в грунті, мг/ кг

Варіант досліду Шар грунту, см

0–20 20–40 40–60 60–80 80–100 100–120 120–140 140–160

Переліг 2040 1990 1840 1780 1680 1470 1390 1210

Беззмінний чорний пар 1200 1050 930 900 780 630 600 600

Беззмінні посіви кукурудзи 1080 960 770 – – – – –

Сівозміна:

Без добрив 1180 1110 1070 1010 950 870 790 700

1NРК 1460 1260 1180 1140 1110 900 850 640

2NРК 1570 1360 1260 1170 1160 1160 1090 1000

3NРК 1700 1400 1280 1200 1190 1170 1150 1230

2Гн 1410 1300 1230 1230 1160 910 800 790

3Гн 1490 1390 1310 1210 1150 1000 950 840

4Гн 1500 1400 1330 1250 1180 1000 960 830

1Гн + NРК 1460 1370 1300 1210 1110 860 790 630

2Гн + NРК 1660 1400 1350 1310 1250 1250 1160 1150

3Гн + NРК 1720 1460 1340 1380 1300 1300 1190 1200

НІР05 98 74 54 46 42 37 30 27

Найкраще цьому сприяло застосування високих доз добрив за органо-мінеральної системи удобрення з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі N90–135Р90–135К90–135. Вниз по профілю грунту вміст валового азоту зменшується у всіх варіантах досліду. Менш різкі зміни відмічаються у варіантах із високим його вмістом у верхніх шарах грунту.

Форми азоту в грунті. Вміст азоту мінеральної фракції був у межах 1–2% у грунті всіх варіантів досліду, за виключенням беззмінного чорного пару, де він становив – 4%. Вміст азоту фракції, що легкогідролізує, був у межах 7–9%, що важкогідролізує, – 11–18% від загального його вмісту у грунті. Найбільша частина від валового азоту припадає на фракцію, що негідролізує, – 71–78%. В цілому розподіл азоту за фракціями його сполук у чорноземі опідзоленому не залежав від особливостей землекористування і удобрення. Відмічено, порівняно з перелогом, лише деяке збільшення азоту фракції, що не гідролізується (рис. 2). Рис. 2. Вплив тривалого (1965–2000 рр.) землекористування і застосування добрив у польовій сівозміні на розподіл азоту за фракціями в шарі ґрунту 0–20 см,%

Забезпеченість рослин азотом на чорноземі опідзоленому. При визначенні забезпеченості рослин азотом на чорноземі опідзоленому за методами Корнфілда та Тюрина – Кононової виявилося, що вона знаходиться в межах від дуже низької до середньої. За тривалого застосування добрив у варіантах 3NРК, 4Гн та 1Гн + NРК низький ступінь забезпеченості рослин азотом. Лише за сумісного внесення високих доз органічних і мінеральних добрив ( варіант 3Гн + NРК) він знаходиться на середньому рівні. Дані, отримані за цими методами, тісно корелюють між собою (R2 = 0,93). При визначенні ступеня забезпеченості рослин азотом на чорноземі опідзоленому за нітрифікаційною здатністю отримано завищені результати (рис. 3).

Динаміка вмісту мінерального азоту в грунті. Вміст мінерального азоту в грунті є досить динамічною величиною. Запаси нітратного азоту в шарі грунту 0–100 см весною змінювалися в широких межах – від 6 до 158 кг/га, амонійного – від 100 до 195 кг/га. Ці зміни проходять під впливом погодних умов, біологічних особливостей культур, доз та систем удобрення. На середину вегетації вміст нітратного азоту в грунті значно зменшувався, а на період збирання урожаю його або зовсім не залишалося, або дуже незначна кількість. Вміст амонійного азоту у грунті в період вегетації культур також зменшувався, але ці зміни були не такі значні.

Рис. 3. Вплив тривалого (1965–2000 рр.) землекористування і застосування добрив у польовій сівозміні на зміну ступеня забезпеченості рослин азотом

Міграція нітратного азоту по профілю грунту і підгрунтя. Найбільший рух нітратного азоту відмічався при застосуванні високих доз добрив (N135Р135К135) за мінеральної системи удобрення. У верхньому шарі (0–1 м) їх кількість незначна, завдяки використанню рослинами. Основна частина нітратного азоту акумулювалася на глибині від 1 до 4 м, із зростанням у шарі 2–3 м. Вниз по профілю грунту і підгрунтя його вміст зменшувався, але не зникав навіть на 10-метровій глибині. При цьому запаси нітратного азоту у 10-метровій товщі грунту і підгрунтя становили 1269 кг/га. Певна кількість нітратного азоту мігрувала за органо-мінеральної системи удобрення (варіант 3Гн + NРК). Заміна частини мінерального азоту азотом гною значно зменшує його міграцію, сліди його відмічалися лише до глибини 6 м, із найбільшою кількістю у шарі 2–4 м, а запаси завдяки цьому зменшилися до 246 кг/га.

Урожайність культур та продуктивність сівозміни. Урожайність культур сівозміни зростала пропорційно до збільшення дози добрив (табл. 3). Найнижчою вона була на ділянках, де тривалий час добрива не вносили – продуктивність сівозміни за роки досліджень становила 42,6 ц/га з.од., тоді як на удобрених ділянках вона була в межах 50,6–63,5 ц/га з. од. При одинарних дозах добрив за різних систем удобрення продуктивність була в межах 50,6–52,5 ц/га з.од., застосування потрійних доз добрив підвищувало рівень продуктивності культур до 59,5–63,5 ц/га з.од., при чому найвищий її показник відмічався за органо-мінеральної системи удобрення.

Якість сільськогосподарської продукції. Поряд з урожайністю культур важливе значення має якість одержаної продукції ( див. табл. 3). У роки проведення досліджень вміст білка в зерні озимої пшениці був 12,3–14,4%, клейковини – 24,2–28,2%. При вирощуванні озимої пшениці на тривало неудобрених ділянках ці показники були найнижчими. Найвищий вміст білка і клейковини спостерігався за органо-мінеральної системи удобрення з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі N90Р90К90 , що відповідно на 17 і 15% більше контролю.

Цукристість, як основний показник якості коренеплодів цукрових буряків, у середньому за 3 роки досліджень була в межах 14,5–15,6%. Застосування високих доз азотних добрив знижувало цукристість на 2–4 абс.%, тоді як за органічної системи удобрення (варіанти 2Гн і 3Гн) збільшувало її на 8% порівняно з контролем. Застосування добрив призводило до збільшення вмісту в коренеплодах “шкідливого” азоту. При його вмісті 2,86 смоль/кг цукру на ділянках без добрив, застосування органо-мінеральної та мінеральної системи удобрення (з середньорічним внесенням N135Р135К135) збільшувало вміст “шкідливого” азоту на 38–55%, а за органічної (18 т гною на 1га сівозмінної площі) – на 23%.

Внесення високих доз добрив також негативно впливало і на інші технологічні показники якості коренеплодів цукрових буряків. Проте за рахунок підвищення урожайності коренеплодів заводський вихід цукру з 1 га був найвищим саме у цих варіантах досліду.

Вміст азоту в рослинах і винос його врожаями. Вміст азоту в рослинах зростав залежно від рівня удобрення, але обмежувався біологічними і сортовими особливостями культури. При насиченні сівозміни високими дозами азотних добрив (N135 на 1 га сівозмінної площі) вміст азоту збільшувався, в порівнянні з контролем без добрив: в зерні гороху – на 17%, озимої пшениці – на 14, кукурудзи – на 21, ярого ячменю – на 24, у коренеплодах цукрових буряків – на 68%. У сіні конюшини та викосуміші – відповідно на 45 і 32%. Вміст азоту в нетоварній частині урожаю також залежав від рівня застосування добрив у сівозміні.

Господарський винос азоту залежить від його вмісту в рослинах, рівня врожайності та його структури. З неудобрюваного грунту винос азоту врожаями був найнижчий і в середньому за 3 роки складав: конюшиною – 43,7 кг/га, озимою пшеницею – 58,4–73,0, цукровими буряками – 65,4–68,4, кукурудзою – 78,4, горохом – 64,5, викосумішшю – 34,3, ярим ячменем – 34,9 кг/га. Внесення добрив сприяє суттєвому збільшенню виносу азоту врожаями. При застосуванні потрійних доз добрив за органо-мінеральної системи удобрення господарський винос азоту збільшився – в 1,9 рази конюшиною, 1,7–1,9 – озимою пшеницею, 1,9 – горохом, 2,1 рази – ярим ячменем. Найбільше реагують на високі дози добрив Таблиця 3 – Урожайність культур, якість продукції та продуктивність сівозміни після тривалого застосування добрив, 1998–2000 рр.

Варіант досліду Урожай- ність сіна конюши-ни, ц/га Зерно озимої пшениці Коренеплоди цукрових буряків Продуктивність сівозміни, ц/га з. од.

Урожай-ність, ц/га Вміст Урожай-ність, ц/га Вміст Заводсь-кий вихід цукру, ц/га

білка, % клейко-вини, % цукру, % “шкідливо-го” азоту, смоль/кг цукру

Без добрив 34,2 30,6 12,3 24,2 334 15,1 2,86 39,8 42,6

1NРК 38,5 35,2 13,2 26,5 395 15,2 3,05 46,3 50,6

2NРК 42,1 38,3 13,9 28,1 435 15,1 4,11 50,7 55,9

3NРК 41,0 40,4 13,9 26,7 445 14,5 4,44 49,8 59,5

2Гн 40,0 34,1 13,2 26,5 395 15,6 3,07 50,0 50,7

3Гн 42,2 36,4 13,2 26,2 431 15,2 3,46 49,6 55,4

4Гн 42,5 38,4 13,4 26,1 455 15,1 3,50 52,4 59,7

1Гн + NРК 39,7 35,4 13,2 26,9 411 15,4 3,10 50,1 52,5

2Гн + NРК 43,5 40,5 14,1 28,4 466 15,1 3,37 54,0 59,1

3Гн + NРК 44,7 41,8 13,8 27,4 503 14,8 3,94 59,3 63,5

НІР05 1998 р. 4,0 2,0 0,7 1,8 25 0,8 0,17

1999 р. 2,6 2,2 0,6 2,0 17 0,6 0,24

2000 р. 4,5 1,6 0,6 1,6 37 0,5 0,20

Таблиця 4 – Баланс азоту в грунті при різних системах та рівнях удобрення в сівозміні ( за 1965–2000 рр.), кг/га

Стаття балансу Варіант досліду

Без добрив 1NРК 2NРК 3NРК 2Гн 3Гн 4Гн 1Гн + NРК 2Гн + NРК 3Гн + NРК

1. Статті надходження: 999 2875 5335 6549 2903 3853 4188 2919 5960 6595

з добривами – 1575 3675 4725 1575 2363 2625 1575 4200 4725

з опадами 420 420 420 420 420 420 420 420 420 420

з насінним матеріалом 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130

з біологічним азотом: 449 750 1110 1274 778 940 1013 794 1210 1320

а) симбіотичний 449 514 559 565 542 586 619 556 585 611

б) несимбіотичний – 236 551 709 236 354 394 236 630 709

2. Статті відчуження: 2701 3664 4548 5181 3616 4407 4846 3958 5007 5508

з урожаєм 2421 3148 3717 4192 3100 3773 4072 3442 4097 4520

внаслідок ерозії 280 280 280 280 280 280 280 280 280 280

через газоподібні втрати – 236 551 709 280 354 394 236 630 709

3. Баланс –1702 –789 787 1368 –713 –554 –658 –1039 953 1087

4. Інтенсивність балансу, % 37 78 117 132 80 87 86 74 119 120

5. Ємність балансу 3700 6539 9883 11730 6519 8260 9034 6877 10967 12103

цукрові буряки, кукурудза і викосуміш, при цьому винос ними азоту зростав у 2,4–2,5; 2,3 і 2,5 рази відповідно.

Якщо господарський винос азоту культурами при внесенні добрив зростає в основному за рахунок врожайності, то відносний винос азоту в більшій мірі залежить від біологічних особливостей культури і в меншій – від рівня удобрення, погодних умов та попередника.

Баланс азоту в грунті в значній мірі залежить від статей його надходження, основною з них є мінеральні та органічні добрива (табл. 4). Залежно від варіанту досліду в грунт за 35 років надійшло від 999 до 6595 кг/га азоту.

Винос азоту врожаями культур залежав від їх удобрення. Це основна стаття відчуження азоту з грунту. Найменший винос азоту на тривало неудобрених ділянках – 69,2 кг/га за рік, внесення добрив збільшує його винос врожаями на 28–87% залежно від рівня та системи удобрення в сівозміні.

Баланс азоту був від'ємним у варіантах без добрив, 1NРК, 2Гн, 3Гн, 4Гн та 1Гн + NРК. Додатній баланс азоту забезпечувався лише його внесення у дозі 90–135 кг/га сівозмінної площі. При цьому ємність балансу азоту складала 9883–12103 кг/га, що у 2,7–3,3 рази вище порівняно з ділянками без добрив.

Економічна ефективність застосування добрив у польовій сівозміні. Аналіз економічної ефективності проводили, використовуючи ціни на добрива, паливно-мастильні матеріали, сільськогосподарську продукцію, що склалися на кінець жовтня 2000 року. Розрахунки показали, що за показниками умовного прибутку застосування мінеральної системи удобрення, особливо з високими дозами добрив, з економічної точки зору є найменш виправданим: рівень рентабельності знижується з 65,5 до 8,8% із збільшенням дози добрив з N45Р45К45 до N135Р135К135. Заміна частини поживних речовин мінеральних добрив гноєм за органо-мінеральної системи удобрення сприяло підвищенню рівня рентабельності до 66,0–88,0% залежно від доз добрив. Найвищий рівень рентабельності (174,5–179,0%) при застосуванні органічної системи удобрення.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення питання оптимізації азотної складової родючості чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу України польовій сівозміні, які заключаються в наступному:

1. У процесі тривалого сільськогосподарського використання грунту вміст гумусу в шарі 0–20 см знизився на 15–46%, при його вмісті під перелогом – 4,32%. Зменшення пройшло і в нижчому шарі грунту 20–60 см. Ці зміни відбувалися за рахунок детриту, тоді як вміст власне гумусових речовин змінився мало і був у межах 1,65–2,01% залежно від варіанту досліду. Внесення на 1 га сівозмінної площі 9 т гною і N45Р68К36 дозволяє зберегти вміст гумусу в шарі 0–20 см на рівні 3,60%, що становить 83% від перелогу.

2. Тривале застосування добрив змінює умови проходження мікробіологічних процесів у грунті, що впливають на трансформацію азотного фонду грунту. Насиченість 1 га сівозмінної площі органічними і мінеральними добривами з розрахунку 13,5 т/га гною + N68Р101К54 забезпечує мікробіологічну активність грунту на рівні перелогу. Кількість утвореного нітратного азоту за 32 дні компостування у грунті цього варіанту перевищувала його вміст у тривало неудобреному грунті у 2,3 рази, а показник енергії нітрифікації скорочувався на 11 днів.

3. Вирощування сільськогосподарських культур, навіть при правильному їх чергуванні у польовій сівозміні, призводить до зменшення вмісту валового азоту по всьому профілю грунту до глибини 160 см, а в шарі 0–20 см його вміст зменшився на 42%, при показнику на перелозі 2042 мг/кг грунту. Застосування добрив у сівозміні підтримує вміст валового азоту на рівні 69–84% від перелогу.

4. Чорнозем опідзолений перелогу має такий розподіл азоту за фракціями: мінеральної – 2%, що легкогідролізує – 9, що важкогідролізує – 18, що негідролізує – 71%. Землекористування практично не змінює цього співвідношення, за виключенням деякого збільшення фракції, що негідролізується, у всіх варіантах, крім варіанту з високими дозами внесення гною – 18 т/га сівозмінної площі.

5. Забезпеченість рослин азотом на чорноземі опідзоленому, при визначенні за методами Корнфілда та Тюрина – Кононової, знаходилася в межах від дуже низької (варіант без внесення добрив) до середньої (варіант з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі 13,5 т гною + N68Р101К54). Визначення цього показника за нітрифікаційною здатністю грунту дає на порядок завищені результати.

6. Запаси мінерального азоту в грунті на початку вегетації залежать від доз добрив і системи удобрення культури сівозміни, погодних умов, глибини відбору зразків. Особливо в значних межах змінюються запаси нітратного азоту – від 6 до 156 кг/га, у меншій мірі амонійного – від 100 до 195 кг/га у шарі грунту 0–100 см. Визначення їх в конкретних умовах агрокультури дозволить оптимізувати азотне живлення рослин за рахунок корегування доз азотних добрив.

7. Значна міграція нітратів по профілю грунту і підгрунтя спостерігалася при середньорічному внесенні на 1 га сівозмінної площі 135 кг азоту за мінеральної системи удобрення. Заміна частини мінерального азоту азотом гною суттєво знижує цей процес. Для зменшення втрат нітратного азоту насамперед необхідно перейти на весняні строки внесення азотних добрив.

8. Тривале застосування добрив у польовій сівозміні за різних рівнів та систем удобрення підвищувало урожайність всіх культур сівозміни, в середньому за 3 роки досліджень: сіна конюшини – на 4,3–10,5 ц/га, зерна озимої пшениці – на 4,6–11,2, коренеплодів цукрових буряків – на 61–169 ц/га порівняно з урожайністю на неудобрених ділянках. Найвищу віддачу за рахунок добрив одержано за органо-мінеральної системи ( гній 13,5 т + N68Р101К54 на 1 га сівозмінної площі). При цьому продуктивність сівозміни була 63,5 ц/га з. од., що на 20,9 ц/га з. од. більше, ніж у варіанті без добрив.

9. Тривале застосування органо-мінеральної системи удобрення (варіант 2Гн + NРК) з внесенням під озиму пшеницю N45Р45К45 забезпечувало вміст білка в зерні 14,1%, клейковини – 28,4%, при вмісті у контрольному варіанті 12,3 і 24,2% відповідно. Надмірне азотне живлення (варіант N135Р135К135 ) веде до погіршення технологічних якостей коренеплодів цукрових буряків – зменшення їх цукристості – на 8%, збільшення вмісту “шкідливого” азоту – на 55% від мінімального показника у досліді. Проте за рахунок підвищення урожайності коренеплодів заводський збір цукру підвищувався до 59,3 ц/га.

10. Вміст азоту в основній і нетоварній продукції на високих фонах удобрення підвищувався. Особливо сильне збільшення відбувалося у варіанті 3Гн + NРК (гній 13,5 т + N68Р101К54 на 1 га сівозмінної площі) – на 14–70% та 53–69% відповідно в порівнянні з контрольним варіантом.

11. Господарський винос азоту врожаями у варіанті 3Гн + NРК зростав у 1,7–2,5 рази залежно від культури сівозміни, порівняно з ділянками, де добрива не використовувалися. Винос азоту на 1 т основної і відповідну кількість нетоварної продукції є більш стабільним показником. Найбільше його зростання відмічається при внесенні потрійних доз добрив за органо-мінеральної системи удобрення – на 26–65%.

12. У польовій сівозміні зерно-бурякового типу за органо-мінеральної системі удобрення з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі 9 т гною і N45Р68К36 забезпечувався додатній баланс азоту з інтенсивністю 119%. У варіантах з меншими дозами добрив баланс азоту від'ємний, при інтенсивності 37–87%.

13. З економічної точки зору найбільш економічно вигідним є застосування у польовій сівозміні органо-мінеральної системи удобрення (9 т гною + N45Р68К36 на 1 га сівозмінної площі). Умовний прибуток за рахунок добрив при цьому становить 378 грн./га, рівень рентабельності – 87%, окупність 1 кг NРК – 6,9 кг продукції в перерахунку на зернові одиниці.

14. Для впровадження у виробничих умовах, з метою забезпечення продуктивності польової сівозміни зерно-бурякового типу 60–65 ц/га зернових одиниць і вище та забезпечення урівноваженого балансу азоту у чорноземі опідзоленому Правобережного Лісостепу пропонується:

а) щорічно вносити на 1 га сівозмінної площі 90–135 кг азоту залежно від виносу його врожаями;

б) з метою збереження вмісту органічної речовини та підтримання оптимальних біологічних властивостей грунту частина її повинна повертатися з 9–13,5 т гною на 1 га сівозмінної площі;

в) з метою підвищення ефективності азотних добрив та зменшення забруднення навколишнього природного середовища сполуками азоту перейти на весняні строки внесення азотних добрив, коригуючи їх дози із врахуванням запасів мінерального азоту по профілю грунту на початку вегетації.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Кравець І.С. Фракційний склад азотного фонду чорнозему