Інститут ґрунтознавства та агрохімії

ім. О.Н.Соколовського УААН

Кисіль Володимир Іванович

УДК :631.8:631.58/000.57: 001.891.3:573.6

Теоретичні основи і прикладні аспекти застосування добрив

у біологічному землеробстві

06.01.04 – агрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Харків -2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського, Українська академія аграрних наук (УААН).

Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук, професор, БУКА Анатолій Янович, головний науковий співробітник лабораторії органо-мінеральних добрив Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, КУЛЄШОВ Михайло Миколайович, завідувач кафедри агрохімії Харківського державного аграрного університету ім. В.В.Докучаєва;

доктор сільськогосподарських наук, професор ДЕГОДЮК Едуард Григорович, головний науковий співробітник відділу агрохімії та фізіології рослин Інституту землеробства УААН;

доктор сільськогосподарських наук, професор КАВЕЦЬКИЙ Володимир Миколайович, завідувач лабораторії екотоксикології Інституту агроекології та біотехнології УААН.

Провідна установа: Уманська державна аграрна академія, кафедра агрохімії та ґрунтознавства, Міністерство аграрної політики України, м. Умань.

Захист відбудеться 21.11.2001 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01. в Інституті ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, м. Харків, вул.. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського УААН за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського,4.

Автореферат розісланий 20.10.2001 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Погіршення в багатьох країнах світу, у тому числі і в Україні, екологічної ситуації, виникнення проблем з виробництвом безпечних для здоров'я людини продуктів харчування обумовлює необхідність змін у сучасній стратегії землеробства. Очевидно, що шлях подальшої всебічної хімізації сільського господарства повинен коригуватись та змінюватись. Назріла необхідність перегляду деяких традиційних підходів щодо застосування добрив, особливо до стратегії екологізаціі і біологізаціі землеробства. Перші кроки в цьому напрямку вже зроблені. В країнах Західної Європи та США випробовуються альтернативні системи землеробства, які не передбачають використання хімічних сполук взагалі. У східноєвропейських країнах і Росії вивчаються різні елементи “біологізації” землеробства. В Україні проводяться дослідження з вивчення ефективності біологічних засобів захисту рослин, біостимуляторів та біогербіцидів (Дегодюк та інш., 1992; Іващенко, Ковеня , 1996; Манівчук, 1996).

Однак, глибоких комплексних досліджень з агрохімічної оцінки “біологізації” землеробства ні за кордоном, а ні у нашій країні поки не проводилось. Теоретичні основи застосування органічних і мінеральних добрив у біологічному землеробстві не розроблені, їх роль як необхідного фактора у формуванні високоякісної рослинницької продукції за біологічної системи землеробства не визначена, шляхи використання не апробовані.

Не досліджені особливості мінерального живлення сільськогосподарських культур за біологічної системи землеробства та його вплив на агрохімічні показники ґрунтів. Теза щодо неприпустимості використання мінеральних добрив при веденні біологічного землеробства не підкріплена вірогідним експериментальним матеріалом.

У зв'язку з цим основною метою наших досліджень була розробка теоретичних і прикладних аспектів застосування добрив у біологічному землеробстві, що актуально не тільки в еколого- економічному відношенні, але і в протидегредаційному, оскільки біологічне землеробство здатне забезпечити одержання високих і кондиціних врожаїв сільськогосподарських культур, попередження деградаційних процесів у ґрунтах та підвищення їх родючості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження в дисертаційній роботі виконували протягом 1983-2000 рр. згідно з тематичними планами Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського і були складовою частиною НТП УААН “Продовольство-95” і “Фундаментальні дослідження” (№ держреєстрації 0196U012531), “Родючість ґрунтів” (№ держреєстрації 03.04. – МВ/30-96). Результати досліджень формувалися також при виконанні держбюджетної теми: 01.05./07972 “Провести на території республіки екологічну експертизу ґрунтів і рослин з метою виявлення районів, придатних для виробництва біологічно чистої продукції, визначити параметри ведення землеробства” на замовлення Державного комітету України по науці і технологіях та наукової політики.

Мета і задачі дослідження. Мета досліджень - обґрунтування концептуальних положень біологічного землеробства для умов України, розробка теоретичних основ комфортного живлення сільськогосподарських культур, способів еколого-безпечного використання традиційних і нетрадиційних видів органічних та мінеральних добрив у “біологізованих” сівозмінах, шляхів управління якістю продовольчої та фуражної сировини на чорноземах типових лівобережного Лісостепу.

Мету досліджень досягнуто шляхом вирішення таких задач:

·

· вивчення впливу високих концентрацій елементів живлення в стрічці локально внесених добрив на антиоксидантний статус сільськогосподарських культур;

· розробки заходів, які протидіють створенню в орному шарі гіпертрофовано високих концентрацій елементів живлення за локального внесення добрив;

· вивчення особливостей азотного, фосфорного і калійного режимів чорнозему типового при формуванні в орному шарі зон трофічного комфорту з мінеральних добрив, мікроелементів і вапна;

· виявлення закономірностей транслокації з ґрунту у сільськогосподарські культури макро- і мікроелементів при наявності в орному шарі зон трофічного комфорту;

· оцінки впливу різних способів використання добрив у традиційному, альтернативному і біологічному землеробстві на урожайність сільськогосподарських культур та якість рослинницької продукції;

· виявлення напрямку дрейфу основних грунтово-агрохімічних показників під впливом різних систем використання добрив у традиційному, альтернативному і біологічному землеробстві;

· оцінки енергетичної та економічної ефективності різних способів використання добрив у традиційному, альтернативному і біологічному землеробстві.

Об'єктом дослідження є традиційні та нетрадиційні види органічних і мінеральних добрив у системі біологічного землеробства.

Предметом досліджень є процеси транслокації макро- і мікроелементів з ґрунту у сільськогосподарські культури, трансформація елементів родючості чорнозему типового, хімічний склад та показники якості рослинницької продукції за різних систем землеробства.

Методи дослідження. Розробка проблеми поєднувала теоретичні та експериментальні дослідження на основі системного підходу. Дослідження проводили в умовах лабораторних, вегетаційних, мікропольових, тимчасових польових дослідів та у тривалому комплексному стаціонарному досліді. Польові, лабораторні та вегетаційні досліди проводили згідно з існуючими методиками, хімічні аналізи ґрунтів і рослин та визначення показників якості рослинницької продукції – за атестованими та тимчасово допущеними методиками.

Наукова новизна одержаних результатів. На підставі результатів досліджень сформульовані основні принципи створення комфортних умов живлення сільськогосподарських культур, які забезпечують у біологічному землеробстві одержання високоякісної рослинницької продукції, досліджено вплив біологічної системи землеробства на агрохімічні показники чорнозему типового, відпрацьовано заходи з попередження забруднення продовольчої і фуражної сировини важкими металами при вирощуванні екологічно чистої продукції.

Найбільш суттєві результати досліджень, що містять наукову новизну, полягають в наступному:

1. Доведено, що мотивація відмови від застосування у технологіях вирощування сільськогосподарських культур мінеральних добрив (що є ідейною основою альтернативного землеробства) з метою одержання продукції високої якості теоретично безпідставна. 2.Встановлено, що найвищих показників якості рослинницької продукції у біологічному землеробстві можна досягти лише при створенні для сільськогосподарських культур комфортних умов живлення, тобто таких умов, за яких забезпечується: відсутність стресів у рослин від нестачі або передозування поживних речовин; позиційна доступність елементів живлення добрив кореневій системі рослин; пролонгованість дії добрив; наявність в “меню” добрив макро- і мікроелементів; блокада важких металів, які містяться у мінеральних добривах у виді домішок, кальцієвмісними речовинами на межі ґрунт-коренева система. 3. Виявлено різну спрямованість дрейфу основних грунтово-агрохімічних показників під впливом використання добрив у традиційному, альтернативному і біологічному землеробстві. 4.Встановлено, що найбільш сприятливі умови для накопичення гумусу, мікробіологічної діяльності, підвищення вмісту в орному шарі чорнозему типового рухомих форм фосфору і калію складаються у біологічному землеробстві. 5. Обґрунтовано, що найкращих енергетичних та економічних показників у чорноземах типових Лівобережного Лісостепу можна досягти при біологічному землеробстві за рахунок органо-мінеральної системи застосування у сівозмінах добрив, формування в орному шарі зон трофічного комфорту, використання поряд із гноєм побічної сільськогосподарської продукції.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі результатів проведених досліджень розроблено основні принципи використання у біологічному землеробстві традиційних та нетрадиційних видів органічних і мінеральних добрив. Дано оцінку перспективам використання у технологіях вирощування екологічно чистої рослинницької продукції органо-мінеральних добрив з регламентованим вмістом поживних речовин. Обґрунтовані пропозиції з найбільш ефективного використання в “біологізованих” сівозмінах побічної рослинницької продукції. Оцінено в умовах Лівобережного Лісостепу України вплив різних систем землеробства на вміст у чорноземі типовому поживних речовин, гумусу, мікробіологічні показники. Розраховано економічну та енергетичну ефективність різних систем землеробства, яка дозволяє вибирати найбільш раціональні способи застосування добрив для одержання високих і біологічно повноцінних врожаїв сільськогосподарських культур. Розроблено новий вид еколого-безпечних оклюдованих повільнорозчинних азотних добрив (патент України № 23099 А).

Результати досліджень перевірялись у виробничих умовах, вони увійшли у “Методичні рекомендації по веденню біологічного землеробства” (1991 р.), методичні рекомендації “Оцінка придатності сільськогосподарських земель України для створення екологічно чистих сировинних зон і господарств по виробництву продуктів дитячого та дієтичного харчування” (1998 р.), інформаційний бюлетень “Аграрна наука – виробництву” (2000 р.), вони використовувалися у роботі Комісії з питань аграрної політики при Президентові України, Міністерства аграрної політики України, Головного управління сільського господарства і продовольства Харківської облдержадміністрації, Харківського обласного державного проектно-технологічного центру охорони родючості ґрунтів і якості продукції “Облдержродючість” та учбовому процесі Ужгородського державного університету, що підтверджується відповідними довідками.

Основні результати досліджень впроваджені в господарствах різних форм власності в Харківській області на площі близько 1 млн. га.

Особистий внесок здобувача складається з визначення мети та задач досліджень, методології їх проведення, розробки теорії комфортного живлення рослин, всіх схем дослідів від модельних до стаціонарного, безпосередньої участі в експериментальних роботах, аналізу, математичної обробки та узагальнення отриманих даних, формулювання новизни і наукових висновків роботи. В дисертаційній роботі автором використані із спільних наукових праць особисті ідеї і розробки.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на з'їздах Всесоюзного товариства ґрунтознавців (Ташкент, 1985; Новосибірськ, 1989); з'їздах ґрунтознавців та агрохіміків України (Харків, 1986; Львів, 1990; Херсон, 1994, Рівне 1998); республіканській науково-технічній конференції “Агроекологічний стан сільськогосподарських угідь Української РСР” (Черкаси, 1989); Українській науково-виробничій нараді (Одеса, 1992); Міжнародній науковій конференції “Навколишнє середовище і здоров'я” (Чернівці, 1993); науковій конференції, присвяченій сторіччю Одеської ДСГДС (1996); міжнародній науково-практичній конференції “Раціональне природокористування: системний аналіз в екології” (Севастополь, 1996); міжнародному регіональному семінарі “Охорона довкілля: сучасні дослідження в екології і мікробіології” (Ужгород, 1997); міжнародній науково-практичній конференції “Нетрадиційне рослинництво, екологія і здоров'я” (Алушта, 1997), конференціях ІФОАМ з органічного сільського господарства (Копенгаген, 1996, Базель, 2000); міжнародній нараді “Родючість ґрунтів та проблеми калію в с.-г. виробництві”, Одеса, 2000 р.; науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання ґрунтових ресурсів” (Київ, 2000).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у монографії “Биологическое земледелие в Украине: проблемы и перспективы” та 30 наукових працях, з них 20 – у фахових виданнях ВАК України.

Структура та обсяг роботи. .Дисертація складається із вступу, дев'яти розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаної літератури та додатків. Робота викладена на 309 сторінках і включає 85 таблиць й 35 рисунків.

Основний зміст роботи

Сучасні екологічні і енергетичні проблеми в агросфері як детермінант біологізації землеробства

Наведено огляд літературних джерел з питань екологізації та біологізації землеробства. Висвітлені недоліки так званого альтернативного землеробства, яке поширене в країнах Західної Європи та США. Показано, що основним питанням при виробництві екологічно чистої продукції, є питання еколого-безпечного застосування мінеральних добрив. Принципи використання мінеральних добрив, яких дотримуються у альтернативному землеробстві і які повинні забезпечити оптимальне живлення рослин, нормальне їх функціонування на всіх етапах онтогенезу, формування високоякісних врожаїв, недосконалі. Уявлення щодо переваг живлення рослин за умов використання лише органічних добрив, теоретично безпідставні. Відмова від використання промислових мінеральних добрив науково не мотивована.

У той же час, категоричність, з якою прихильники альтернативного землеробства виступають проти мінеральних добрив, вимагає критично переосмислити деякі постулати в їх використанні, уточнити окремі аспекти в теорії мінерального живлення рослин, поглибити уявлення про складний механізм взаємодії, транслокації і трансформації макро- и мікроелементів в системі добрива – ґрунт - рослина. Без сумніву, що всі ці питання для біологічного землеробства є найактуальнішими.

Об'єкти, умови та методики досліджень

Дослідження проводили на основних підтипах чорноземів України – чорноземах типових і чорноземах опідзолених. На чорноземі типовому важкосуглинковому проведено стаціонарний дослід, на чорноземі опідзоленому – мікропольові досліди. Дослідження проводили в дослідному господарстві ІГА УААН “Комунар”, дослідному господарстві Інституту овочівництва та баштанництва УААН “Мерефа” Харківського району та КСП “Колос” Шевченківського району Харківській області. В лабораторних і вегетаційних дослідах використовували чорнозем типовий.

Чорнозем типовий характеризується такими показниками: гумус - 4,1 %, рНKCl – 6,0, Nвал. – 0,38 %, Рвал. – 0,16 %, Квал. – 2,53 %, Р2О5 і К2О за Чиріковим – 13,1 та 9,0 мг/100 г ґрунту.

Чорнозем опідзолений має таку характеристику: гумус – 2,6 %, рНKCl – 5,2, Nвал. – 0,19 %, Рвал. – 0,12 %, Квал. – 2,59 %, Р2О5 і К2О за Чиріковим – 5,1 та 9,1 мг/100 г ґрунту.

В лабораторних дослідах проведено дослідження, метою яких був пошук засобів, які б запобігали створенню гіпертрофовано високих концентрацій елементів живлення в контактному зі стрічкою локально внесених добрив прошарку ґрунту. Для цього моделювали умови, які складаються у орному шарі за локального внесення мінеральних добрив. Імітацію локального внесення добрив здійснювали таким чином. На дно металевої конструкції розміром l=20 см, h=2 см і c=2 см насипали ґрунт висотою 1 см. Поверх цього шару ґрунту наносили стрічку добрив, яку також перекривали шаром ґрунту висотою 1 см. Грунт дещо ущільнювали, а потім зволожували до величини НВ. Таким чином, стрічка добрив розміщувалась у двох сантиметровому шарі ґрунту. Саме з таким об'ємом контактують добрива, які вносять локально спеціальними знаряддями в умовах виробництва. В змодельованому дво сантиметровому шарі ґрунту протягом двох тижнів вивчали динаміку вмісту елементів живлення, pH і гідролітичної кислотності.

У вегетаційному досліді моделювали умови, за яких система антиоксидантного захисту сільськогосподарських рослин за локального внесення підвищених доз мінеральних добрив залишається стійкою. Як індикатор нормального протікання фізіолого-біохімічних процесів у рослинах розглядали вміст у тканинах рослин малонового діальдигида (МДА) – кінцевого продукту перекисного окислення ненасичених жирних кислот - ліпідів. Дослідження проводили у вегетаційних посудинах, де імітували локальний і у розкид способи внесення мінеральних добрив. Випробували три дози добрив: N30P30K30, N60P60K60, N120P120K120. Для попередження виникнення надвисоких концентрацій елементів живлення у стрічці локально внесених добрив використовували вапно з розрахунку 0,19 кг CaCO3 на 1 кг д.р. NPK. Визначення вмісту МДА проводили у рослинах гороху і ячменю протягом трьох тижнів після появи всходів. Вміст МДА визначали за показниками оптичної щільності розчину та даними розрахунків його концентрації по молярній екстінції.

В мікропольових дослідах відпрацьовували заходи, які забезпечують комфортні умови живлення сільськогосподарських культур, а відтак і одержання біологічно повноцінної рослинницькій продукції. Головним в цих дослідженнях була конкретизація робочої гіпотези щодо відповідності гетерогенного за вмістом поживних речовин орного шару комфортним умовам живлення рослин. Дослідження проводили на чорноземі опідзоленому у 1984-1989 рр. у короткій сівозміні: горох - озима пшениця - цукровий буряк - ячмінь. Дослід мав два блоки: у одному з них під всі культури імітували відвальну оранку, у другому – безвідвальний обробіток. Схема досліду включала варіанти з локальним і врозкид внесенням мінеральних добрив з доповненням їх мікроелементами(Mo, Mn, Zn, B) і вапном. Дослід закладали у попередньо підготовлених котлованах розміром 1м x 1м x 0,3м. Гній розміщували у ґрунті рівномірно (у шарі 0-27см) і екраном на глибині 25-27 см. Мінеральні добрива, мікроелементи і вапно при внесенні їх врозкид рівномірно розподіляли у шарі 0-20 см, за локального – вносили стрічками на глибину 12-14 см. Дози мінеральних добрив складали N30P30K30 і N120P120K120, гній вносили з розрахунку 30 т/га, мікроелементи – 2 кг/га, вапно – 0,19 кг на 1 кг д.в. NPK.

Крім того, в мікропольових, дрібноділянкових та короткотривалих польових дослідах проведено дослідження з визначення придатності для біологічного землеробства таких нових видів добрив як органо- мінеральні, повільно розчинні азотні та сульфат-нітрат амонію, який одержують за електронно-променевою технологією

Науковий експеримент в тривалому досліді проводили за нетрадиційною для агрохімічних досліджень схемою, де варіанти представлено не в класичному їх розумінні, а у вигляді моделей систем землеробства. Зрозуміло, що поняття “система землеробства” використовується нами до певної міри умовно, тому що навіть у стаціонарному досліді реалізувати всі її складові проблематично.

Дослідження проводили на таких варіантах досліду – моделях систем землеробства:

1) Традиційній, що розглядалася нами як контроль, заснованій на органо-мінеральній системі удобрення сільськогосподарських культур у сівозміні та хімічних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива застосовували звичайним способом врозкид у дозах, розрахованих на інтенсивні технології (варіант 1).

2) Альтернативній, заснованій на органічній системі удобрення і безгербіцидних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива (Р10) застосовували тільки при сівбі (варіант 2).

3) Біологічній, заснованій на органо-мінеральній системі удобрення і безгербіцидних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива вносили локально у дозах, зменшених в порівнянні з варіантом 1 на 30-50 % в залежності від біологічних особливостей сільськогосподарських культур.

Біологічна система землеробства мала дві модифікації: одна передбачала щорічне локальне внесення мінеральних добрив (варіант 3); друга – створення у орному шарі зон трофічного комфорту шляхом локального внесення мінеральних добрив, мікроелементів і вапна (варіант 4). Для збереження зон трофічного комфорту у часі передбачалось після їх формування застосування тільки безполицевого обробітку ґрунту.

Мінеральні добрива при внесенні їх врозкид закладали у ґрунт плугом, за локального внесення – культиватором - рослинопідживлювачем КРН-5,6 на глибину 12-14 см. На цій же глибині створювали зони трофічного комфорту.

Дослідження проводили впродовж 1990-1997 рр. в шестипільних сівозмінах № 1, № 2 і № 3, з набором культур з різними вимогами до умов мінерального живлення. З багаторічних трав використовували люцерну. При альтернативній і біологічній системах землеробства, крім гною, як органічні добрива використовували ще і побічну продукцію – солому ярих і озимих культур та гичку цукрових буряків. Крім того, в сівозміні № 1 на варіантах з альтернативним і біологічним землеробством вирощували сидеральну культуру – редьку олійну. Особливістю використання в біологічному землеробстві побічної продукції було те, що при її закладанні у ґрунт вносили додаткову кількість азотних добрив (із розрахунку 10 кг азоту на 1 т гички і 12 кг азоту на 1 т соломи), а при альтернативному землеробстві – азотні добрива не використовували. Детальну схему застосування добрив у сівозмінах наведено у таблиці 1.

Період проведення досліджень, обробки, аналізу і узагальнення матеріалу охоплював 18 років - з 1983 по 2000 рік. Роки проведення польових досліджень (1983-1997 рр.) характеризувалися нерівномірним розподілом опадів у весняні і літні місяці, помітними перепадами температур повітря, що багато в чому визначало рівень врожаїв вирощуваних сільськогосподарських культур.

Для проведення агрохімічних досліджень відбирали ґрунтові зразки з глибини 0-20см до закладання досліду (після розбивки дослідної ділянки на варіанти) і після закінчення ротації в кожній з трьох сівозмін. Зразки відбирали влітку (в серпні) на варіантах 1, 2, 3, і 4 в п'яти точках ділянки по її діагоналі на кожному з трьох повторень в клинах А, Б і В. Індивідуальні зразки об'єднували і готували змішаний зразок для кожного з трьох повторень досліду. Після висушування зразків до повітряно-сухого стану їх подрібнювали до 1 мм в діаметрі і зберігали до проведення аналізів. Аналізи проводили в змішаному зразку. Дані клинів А, Б, і В усереднювали. За такою ж схемою проводили відбір зразків для проведення мікробіологічних досліджень, за винятком того, що зразки відбирали тільки після закінчення ротації сівозмін і аналіз проводили в “свіжих” зразках.

Оцінку впливу різних способів використання добрив за традиційної, альтернативної і біологічної систем землеробства на ґрунтово – агрохімічні показники проводили за методами, що наведені в “Агрохімічних методах дослідження ґрунтів”( 1975).

Таблиця 1

Система застосування добрив у сівозмінах

Сільськогоподар- ські культури Варіанти досліду

1 2 3 4

Сівозміна № 1

1.Ячмінь с підсівом багаторічних трав N50Р40К40 - N30Р30К30 локально N90Р130К130, мікроелементи + CaCO3** локально в запас на 4 року

2.Багаторічні трави 1 року користування N45Р45К45 - N30Р30К30 -

3.Багаторічні трави 2 року користування Р45К45 - Р30К30 -

4.Озима пшениця +редька олійна (поукісно) N40Р60К60 не вирощували - - N30Р30К30 локально N30 - N30

5.Цукрові буряки Гній 40т/га+ N120Р100К120 Гній 60т/га + сидеральна маса 15т/га Гній 40т/га+ сидеральна маса 15т/га + N60Р50К60 Гній 40т/га+ сидеральна маса 15т/га + N80Р90К100, мікроелементи + CaCO3** локально в запас на 2 року

6.Горох N40Р80К80 Гичка цукрового буряка 3т/га Гичка цукрового буряка 3т/га*** + N20Р40К40 локально Гичка цукрового буряка 3т/га***

Сівозміна № 2

1.Цукрові буряки Гній 40т/га+ N120P100K120 Гній 60т/га Гній 40т/га+ + N60P60K60 локально Гній 40т/га+ N130P120K130, мікроелементи * + CaCO3** локально в запас на 3 роки

2.Просо N60P40K60 Гичка цукрового буряка 3т/га Гичка цукрового буряка 3т/га*** + N40P30K40 локально Гичка цукрового буряка 3т/га***

3.Овес N40P40K40 - N30P30K30 локально -

4.Кукурудза на зерно Гній 40т/га+ N100P80К80 Гній 50т/га + солома вівса 2т/га Гній 40т/га + солома вівса 2т/га*** + N50P40K40 локально Гній 40т/га + солома вівса 2т/га*** N150P140K120, мікроелементи * + CaCO3** локально в запас на 3 роки

5.Гречка N60P80K40 - N40P60K40 локально -

6.Озиме жито N80P90K90 - N60P40K40 локально -

Сівозміна № 3

1. Кукурудза МВС Гній 40т/га+ N120P80К80 Гній 60т/га Гній 40т/га + N60P40K40 локально Гній 40т/га + N120P80К80, мікроелементи* + CaCO3** локально в запас на 2 роки

2. Озима пшениця N90P90K90 - N60P40K40 локально -

3. Соняшник Гній 30т/га+ N60P60K60 Гній 60т/га + солома озимої пшениці 2т/га Гній 30т/га + солома озимої пшениці 2т/га*** + N30P30K30 локально Гній 30т/га + солома озимої пшениці 2т/га*** N160P130K120, мікроелементи* + CaCO3** локально в запас на 3 роки

4. Вівсяно-горохова суміш N60P60K60 - N30P30K30 локально -

5. Озиме жито N90P60K60 - N40P30K30 локально -

6. Гречка N40P60K40 солома озимого жита 2т/га солома озимого жита 2т/га*** N30P40K30 + локально солома озимого жита 2т/га***

* Mo + Mn + Zn + B із розрахунку 2 кг/га кожного елементу

** вапно із розрахунку 0,19 кг CaCO3 на 1 кг д.р. NРК

*** з внесенням 10 кг N на 1 т гички

**** з внесенням 12 кг N на 1 т соломи

Загальний вміст гумусу визначали за методом Тюріна, груповий склад – за Кононовою-Бельчиковою. Вилучення препаратів гумусових кислот проводили за методикою, яку розроблено Орловим та інш. (1981), інфрачервоні спектри гумінових і фульвокислот зняті на спектрофотометрі ”Spekol-75JR”.

Гідролітичну кислотність визначали за Каппеном; обмінний кальцій – трилонометричним методом – витісненням оцтовокислим амонієм; суму поглинених основ - за Каппеном-Гільковицем; азот валовий – за К'єльдалем;азот, що легко гідролізується, – за Тюріним і Кононовою; амонійний і нітратний азот – методом дистиляції; фосфор валовий – за Гінзбург; органічні фосфати – за Кривоносовою (1972); рухомі фосфати і калій – за Чиріковим; груповий склад мінеральних фосфатів - за Чангом-Джексоном у модифікації Аскіназі, Гінзбург, Лебедєвої; калій валовий – за Смітом; азот, фосфор і калій у рослинних зразках – за Гінзбург, Щегловою, Вульфіус; збагачення 15N - на мас-спектрометрі МІ – 1201Е, інтенсивність радіоактивного випромінювання фосфору – на приладі РСП-02-8Т; мікробіологі дослідження – за Звягінцевим, рухомі форми важких металів –в 1н. HCI, легкорозчинні – в ацетатно-амонійному буферному розчині з рН 4,8; визначення важких металів проводили на атомно-абсорбційному спектрофотометрі С-115М; показники якості продукції визначали за існуючими або тимчасово діючими ДЕСТами, а також за методами, узагальненими Жемелою (1977); вміст в рослинницькій продукції вітамінів визначали за методами, викладеними Плешковим (1968); аналіз амінокислотного складу білків рослин виконано на амінокислотному аналізаторі “Хромаспек”; статистична обробка результатів досліджень та комп'ютерна графіка виконана на комп'ютері РС Intel-586 MMX-200.

Теоретичні уявлення щодо формування умов трофічного комфорту для сільськогосподарських культур

Агрохімічною наукою відпрацьовано широке коло питань, пов'язаних з забезпеченням сприятливих умов живлення рослин. За різними аспектами цієї проблеми накопичено багатий експериментальний матеріал. Однак, механізм, який забезпечує оптимальне протікання біохімічних та фізіологічних процесів в рослинах, з'ясований ще не до кінця. І це не дивно, оскільки ґрунт і рослина є складними високоорганізованими системами, а наші спроби з'ясувати механізми взаємодії між ними здебільшого є інструментально недосконалими. Тому, наші уявлення про шляхи створення оптимальних умов мінерального живлення рослин бувають або спрощеними, або неповними і, навіть, помилковими.

Стосовно біологічного землеробства питання про створення оптимальних умов живлення рослин стає першочерговим, оскільки тільки за таких умов можливе одержання продукції високої якості. За нашими уявленнями, в основу оптимізації живлення сільськогосподарських культур з метою одержання високоякісної продукції слід покласти принцип комфортності живлення, тобто таких умов, за яких забезпечується: відсутність стресів у рослин від нестачі або надлишків у ґрунті поживних речовин; позиційна доступність елементів живлення добрив кореневій системі, пролонгованість дії добрив; наявність в “меню” добрив не тільки макро-, але і мікроелементів; блокада важких металів, які містяться в мінеральних добривах у вигляді домішок, кальцієвмісними речовинами на межі ґрунт - коренева система.

Основним при формуванні комфортних умов живлення рослин, на наш погляд, є положення про те, що реакція рослин на органічні і мінеральні добрива багато в чому визначається просторовим їх розміщенням у орному шарі, що в свою чергу залежить від способу обробітку ґрунту. Нами запропоновано розглядати спосіб обробітку ґрунту не тільки як засіб механічного впливу на ґрунт, але і як своєрідний “інструмент”, який дозволяє створювати ті чи інші “конструкції” орного шару [Кисель, 1989]. Інакше кажучи, за допомогою різних способів обробітку ґрунту і технологій внесення добрив можливо сконструювати такий орний шар, який буде характеризуватися найбільш сприятливими умовами для росту та розвитку рослин.

Такі умови, за нашими уявленнями, буде забезпечувати орний шар, “конструкція” якого включає три компоненти:

1) верхній 0 - 10 см прошарок, куди вносять рядкове добриво і закладають рослинні рештки;

2) зону трофічного комфорту, сформовану з внесених локально мінеральних добрив, мікроелементів і кальцієвмісних сполук, яка знаходиться на глибині 12 - 14 см;

3) прошарок гною, який знаходиться нижче зони трофічного комфорту на глибині 25 - 27 см.

Для збереження зон трофічного комфорту у часі необхідно після їх створення застосовувати лише безполицевий обробіток ґрунту.

Особливої уваги ми приділяли обґрунтуванню складу зони трофічного комфорту, оскільки вона являє собою стрічку локально внесених компонентів. Відомо, що азот і калій менше підлягають необмінному поглинанню ґрунтом, а фосфор, внесений локально, – більш повільно переходить у важкодоступні для рослин форми, ніж при розкидному внесенні туків (Вільдфлуш, 1996; Фатєєв, 1996). Проте, в аспекті фізіологічної комфортності живлення рослин, локальний спосіб внесення добрив не бездоганний. Однією з основних причин, яка обмежує рівень позитивної дії локального способу внесення добрив, особливо при внесенні їх у підвищених дозах, є наявність гіпертрофовано високих концентрацій елементів живлення, і різке падіння рН у стрічці добрив [Захарченко, 1951; Тюлин та інш., 1955; Булаев, Булаева, 1977]. Відомо, що у кислому середовищі різко погіршуються умови кальцієвого живлення рослин; а вміст амонійного азоту в стрічці локально внесених добрив може сягати 35-40 мг/100 г ґрунту. За таких умов рослини не спроможні сформувати біологічно повноцінний урожай. Саме тому, для створення комфортних умов живлення рослин нами обґрунтовується необхідність сумісного внесення мінеральних добрив та кальцієвмісних речовин для попередження різкого падіння рН і надвисокої концентрації елементів живлення в стрічці локально внесених добрив.

Крім того, кальцієвмісні сполуки необхідні і для нейтралізації кислотності фізіологічно кислих форм азотних добрив. За даними різних авторів, на кожний кілограм азотних добрив необхідно вносити від 1 до 3,5 кг вапна [Панников, Минеев, 1987; Минеев, Дебрецени, Мазур, 1993 та інш.] Проте, наявні дані мають відношення лише до розкидного способу внесення добрив. Питання щодо сумісного локального внесення мінеральних добрив та кальцієвмісних речовин практично не вивчено. Тому нами проведено спеціальні дослідження, метою яких було визначення оптимальних доз вапна за сумісного локального внесення цього меліоранта і мінеральних добрив. Дослідженнями, які проведені в 1983-1985 рр. в мікропольових дослідах на чорноземі опідзоленому, встановлено, що на 1 кг діючої речовини добрив за локального їх внесення необхідно вносити 0,19 кг вапна. Звуження цього співвідношення, тобто збільшення доз вапна, призводить до зниження ефективності мінеральних добрив, що пояснюється зростанням об'єму зв'язування фосфору добрив у важкодоступні для рослин форми та порушенням кальцієвого живлення рослин.

Відомо, що серед умов, які забезпечують оптимальне функціонування організму рослин, є наявність в ґрунтовому розчині мікроелементів [Анспок, 1978; Городній, 1990]. Тому поняття “зона трофічного комфорту” має на увазі наявність не тільки макро-, але і мікроелементів. В своїх дослідженнях щодо групи найбільш значимих у агрономічному аспекті мікроелементів ми вивчали Mo, Mn, Zn i B.

Доповнення стрічки локально внесених мінеральних добрив мікроелементами обґрунтовується нами потребою рослин в збалансованому живленні. Відомо, що живлення рослин являє собою синхронний процес поглинання необхідних йому поживних речовин. Наявність в ґрунті стрічки локально внесених мінеральних добрив може призвести до асинхронного живлення рослин макро- і мікроелементами, оскільки у такому випадку макроелементи поглинаються у основному з осередку добрив, а мікроелементи – з ґрунту. В результаті, незважаючи на достатню забезпеченість чорноземних ґрунтів Zn, Mn, Mo, B, Co, Cu, локальне внесення добрив може погіршувати умови живлення рослин мікроелементами. Проведені нами в 1983-1985 рр. дослідження з вивчення ефективності локалізації добрив при внесенні їх окремо і сумісно з мікроелементами показали доцільність доповнення стрічки добрив мікроелементами. Встановлено, що чим ширше був спектр використаних нами мікроелементів, тим вищим був їх позитивний вплив на урожай сільськогосподарських культур. Найбільший ефект забезпечувало сумісне локальне внесення мінеральних добрив і тетраідної композиції мікроелементів: Mn, Mo, Zn і B.

Певне значення в теоретичних уявленнях про шляхи формування комфортних умов живлення рослин ми надавали аспекту, який пов'язаний з використанням гною. Працями [Сдобникова, 1988; Тарарико, 1989; Чуян, 1990 та інш.] показано, що з метою збільшення терміну післядії гною, більш економного використання поживних речовин, підсилення меліоративного ефекту, доцільно заробляти гній в нижню частину орного шару. Результати наших досліджень, що проведені в 1983-1986 рр. в мікропольових дослідах на чорноземі опідзоленому, повністю узгоджуються з даними цих авторів. Випробування різних глибин закладки гною у короткій сівозміні: цукрові буряки – ячмінь - кукурудза на зерно показало, що при закладці органічних добрив під цукрові буряки на глибину 25-27 см ефективність його прямої дії і післядії на інших культурах була більш високою, ніж при закладанні гною рівномірно у шарі 0-27 см, або на глибини 12-14 і 18-20 см. Передумовою високої ефективності післядії гною при закладці його під цукровий буряк на глибину 25-27 см є обов'язкове застосування на інших культурах безполицевого обробітку ґрунту, оскільки при застосуванні оранки прошарок гною, який був локалізований у нижній частині орного шару, деформується, а ефективність його післядії різко знижується.

Моделювання комфортних умов живлення рослин шляхом активного експерименту

Проведені дослідження в лабораторних, вегетаційних та мікропольових дослідах показали, що реалізувати природний потенціал сільськогосподарські рослини можуть лише за сприятливих умов свого росту та розвитку і, в першу чергу, за комфортних умов живлення. Запорукою одержання високих та кондиційних врожаїв сільськогосподарських культур є відсутність стресів в організмі рослин впродовж вегетаційного періоду. Між тим, спроби регулювання умов живлення рослин шляхом застосування різних доз і способів внесення мінеральних добрив можуть давати не тільки позитивні результати, але і призводити до порушення нормального ходу фізіолого-біохімічних процесів в організмі рослин, особливо в початкові фази вегетації. Збій у фізіолого-біохімічних процесах зрозуміло віддзеркалюється як на врожаї, так і на його якості, а це обумовлює більш суворі вимоги до використання добрив у біологічному землеробстві і, в першу чергу, до локального способу їх внесення.

Одержані нами дані свідчать про те, що за локального внесення навіть екологічно безпечної дози мінеральних добрив, якою вважається N60Р60К60, у перші 2-3 тижні вміст аміачного азоту, рухомих форм фосфору і калію в стрічці добрив може досягати значень, які істотно перебільшують рівень фізіологічного оптимуму для сільськогосподарських рослин для цих поживних речовин. Наприклад, вміст аміачного азоту в стрічці локально внесених добрив складав 43,8 мг/100 г ґрунту, вміст рухомих форм фосфору – 57,5, калію – 52,3 мг/100 г ґрунту. Показник рН в стрічці локально внесених добрив знижувався у порівнянні із контролем (варіант без добрив) з 6,8 до 5,5, а гідролітична кислотність зростала від 3,8 до 5,9 мг/екв/100 г ґрунту. На варіанті з локальним внесенням більш високої дози – N120 Р120 К 120 – згадані вище показники були ще більш виразними: вміст NН4+ складав 68,0; Р2О5 - 104,3; К2О – 72,8 мг/100 г ґрунту; рН- 5,4, Нг – 7,0 мг/екв/100 г ґрунту.

Наслідком негативної дії високих концентрацій елементів живлення та кислого середовища в стрічці локально внесених добрив на рослини стало порушення їх антиоксидантного статусу, а саме, інтенсифікування процесу створення в рослинах перекисних сполук -малонового діальдегіду (МДА). Так, вміст МДА в 7-денних рослинах гороху на варіанті з локальним внесенням N120Р120К120 зростав у порівнянні з контролем на 1,46 мк моль/г, а у 14-денних на 0,80 мк моль/г. Збільшення вмісту в рослинах гороху МДА гальмувало їх ріст і розвиток, внаслідок чого маса рослин на варіанті з локальним внесенням N120Р120К120 була на 1,8 г/посудину меншою, ніж на варіанті з локальним внесенням N30Р30К30. У той же час доповнення мінеральних добрив вапном у співвідношенні СаСО3 : NРК= 0,19 істотно знижувало вміст МДА в рослинах гороху і тим самим попереджало процес деформації антиоксидантної системи захисту рослин.

Внаслідок цього маса рослин гороху на варіанті з сумісним внесенням N120Р120К120 і СаСО3 складала 38,7 г/посудину, у той час як на варіанті, де вносили лише N120Р120К120 – 31,8 г/посудину. Одержані дані дають нам підставу стверджувати, що сумісне локальне внесення мінеральних добрив і вапна дозволяє зрушити поріг, за яким локалізація добрив стає неефективною і розширити можливості зі створення сприятливих для рослин умов живлення за допомогою мінеральних добрив.

Результати досліджень в мікропольових дослідах (1987-1990 рр.) підтвердили правомірність робочої гіпотези щодо адекватності гетерогенного за вмістом поживних речовин орного шару комфортним умовам живлення рослин. Встановлено, що створення в орному шарі зон трофічного комфорту із мінеральних добрив, мікроелементів та кальцієвмісних сполук і проведення у подальшому тільки безполицевого обробітку ґрунту сприяє більшому накопиченню макро- і мікроелементів рослинами ніж розкидне або локальне внесення лише мінеральних добрив. Диференційоване розміщення у орному шарі добрив забезпечує більш сприятливі умови живлення рослин ніж рівномірне. В цьому випадку сільськогосподарські культури краще забезпечуються азотом, фосфором і калієм і, в кінцевому рахунку, формують більш високий урожай. Стабільність зон трофічного комфорту у часі забезпечує систематичне застосування безполицевого обробітку ґрунту; під впливом щорічної відвальної оранки зони трофічного комфорту порушуються, а позитивний ефект їх дії обмежується двома роками.

В мікропольових дослідах відпрацьовувались також шляхи ефективного застосування у біологічному землеробстві побічної рослинницької продукції і сидератів.

Встановлено, що використання побічної рослинницької продукції і сидератів відкриває можливості для регулювання умов живлення сільськогосподарських культур, підвищення рівня їх врожаїв, покращення якості продукції. Ефективність впливу побічної продукції на величину та якість врожаїв визначається видом біоорганічних добрив, які використовуються, глибиною їх заробки у ґрунт, біологічними особливостями вирощуваних культур. В принциповому плані заборони на використання у біологічному землеробстві будь-якого виду біоорганічних добрив не існує, але використовувати побічну продукцію за умов її повторного посіву, а також солому зернових колосових культур під ті самі зернові колосові культури не слід. Найбільш доцільною схемою використання у біологічному землеробстві біоорганічних добрив є така, за якою солома ярих і озимих культур застосовується під просапні або круп'яні культури, гичка цукрових буряків – під ярі, сидеральна маса – під цукрові буряки.

Вплив різних систем використання добрив в традиційному, альтернативному і біологічному землеробстві