ДЕРЖАВНА АГРОЕКОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

на правах рукопису

КОРЖ ЗОЯ ВІТАЛІЇВНА

УДК 633.2/.3:581.55:631.445.12

ЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА ЗАСТОСУВАННЯ ФІТОЦЕНОЗІВ З БАГАТОРІЧНИХ ТРАВ’ЯНИСТИХ КУЛЬТУР НА ОСУШУВАНИХ ТОРФОВИЩАХ ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

Спеціальність: 03.00.16 – екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Житомир – 2001

Дисертацією є рукопис.

Дисертаційна робота виконана в Інституті землеробства Української академії аграрних наук

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор, Слюсар Іван Тимофійович, завідувач лабораторії землеробства на осушених землях Інституту землеробства УААН

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук Стрельченко Володимир Петрович, професор кафедри грунтознавства і землеробства ДААУ

кандидат сільськогосподарських наук Коломієць Лариса Петрівна, доцент кафедри агроекології Національного аграрного університету

Провідна установа : Інститут агроекології та біотехнології УААН, м. Київ

Захист дисертації відбудеться 20 червня 2001 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради К 14.083.01 при Державній агроекологічній академії України за адресою:

10008, м. Житомир, вул. Старий бульвар 7 , ДААУ.

З дисертацією можна ознайомитись в бібіліотеці ДААУ.

Автореферат розіслано 18 травня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради,

кандидат біологічних наук М. М. Побірський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Значним резервом збільшення виробництва сільськогосподарської продукції є підвищення ефективності використання осушуваних грунтів, у тому числі органогенних. Проте, потенційні можливості цих земель у більшості господарств використані ще не повністю, продуктивність їх продовжує залишатись низькою.

До того ж розроблені у попередні роки технології недостатньо враховують сучасні вимоги до використання органогенних грунтів. І в першу чергу це стосується екологічних, енергетичних та економічних питань вирощування на них сільськогосподарської продукції.

Актуальною залишається проблема збереження органічної речовини торфу і запобігання її інтенсивного розкладу у процесі сільськогосподарського виробництва.

Саме тому виникла необхідність системного підходу до вирішення цих питань і розробки нової більш раціональної і екологічно обгрунтованої технології використання осушуваних торфовищ, основна увага якої приділяється вирощуванню багаторічних злакових трав у сумішці з високопродуктивними малопоширеними культурами і науково обгрунтованому зменшенню доз мінерального удобрення на цих землях.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності до тематичного плану Інституту землеробства УААН на 1996 - 2000 роки: “Ресурсозберігаюче водокористування в АПК ”, № держреєстрації 0136018394.

Мета і задачі дослідження. Встановити основні параметри дії багаторічних травосумішок на екологічних стан торфовищ і удосконалити технологію одержання високої продуктивності агрофітоценозів з багаторічних культур у напрямку енергозбереження, мінімальної мінералізації органічної речовини, відтворення родючості грунту, поліпшення екологічної безпечності та підвищення якості продукції.

У відповідності з метою досліджень були поставлені і вирішені наступні задачі:

- з‘ясувати основні параметри впливу сумішок багаторічних культур на продуктивність кормових угідь, зменшення втрат поживних речовин торфовищ та поліпшення якості сільськогосподарської продукції;

- дати порівняльний аналіз багаторічних сумішок, їх врожайності, якості та впливу на динаміку поживних елементів у грунті;

- встановити доцільність використання малопоширених культур у сумішках з традиційними злаковими травами;

- виявити вплив антропогенних заходів на інтенсивність мікробіологічних процесів і швидкість мінералізації органічної речовини торфовищ.

Об’єкт дослідження – в польовому досліді вивчали закономірності формування врожайності багаторічних культур залежно від структури фітоценозу, грунтово – кліматичних умов та удобрення; процеси трансформації та динаміки основних біогенних елементів у грунті та з’ясування причинно – наслідкових зв’язків, дія яких впливає на екологічний стан навколишнього середовища,

Предмет дослідження – сумішки традиційних багаторічних злакових трав із малопоширеними культурами, дози мінеральних добрив та стан карбонатного торфовища залежно від досліджуваних факторів, показники екологічного стану торфових грунтів, енергетичної та економічної оцінки агротехнічних прийомів і технології підвищення продуктивності лучних агрофітоценозів.

Методи дослідження. Польовий і лабораторний для спостережень за розвитком культур і формуванням їх врожайності та визначення активності мікробіологічних процесів; електро - фотометричний з використанням комп’ютерного забезпечення для визначення вмісту основних поживних елементів у рослинній продукції; хімічний для з’ясування питання родючості грунту та кількості мінералізованої органічної речовини; математико - статистичний для оцінки достовірності отриманих результатів досліджень; розрахунково – порівняльний для встановлення економічної та енергетичної ефективності технології створення сіяних агрофітоценозів різного видового складу. Крім того в роботі використовували методи групування та графічний.

Наукова новизна. Дістало подальший розвиток удосконалення функціональної організації агрофітоценозу на основі використання малопоширених культур у сумішці з злаковими травами:

- вперше запропоновано використання нетрадиційних багаторічних культур у сумісних посівах з традиційними злаковими травами з метою підвищення продуктивності кормових угідь, з’ясовано особливості росту та взаємозвязків між багаторічними та малопоширеними культурами (сильфії пронизанолистої, конюшини гібридної та щавлю гібридного) в агрофітоценозі, закономірності зміни родючості грунту, та зменшення втрат поживних речовин за межі кореневмісного шару у процесі мінералізації органічної речовини торфу;

- встановлена можливість зменшення рекомендованих доз фосфорних добрив і повної відмови від азотних за рахунок використання конюшини гібридної в агрофітоценозах без зменшення продуктивності кормових угідь при покращанні екологічного стану торфових земель;

- визначені закономірності мінералізації органічної речовини грунту залежно від вирощуваних культур та удобрення, встановлено основні напрямки проходження цих процесів та способи їх регулювання в умовах сільськогосподарського використання.

Практичне значення одержаних результатів. Сільськогосподарському виробництву рекомендовано використання екологічно стабілізуючих сумішок багаторічних культур та дози мінеральних добрив, які дозволяють отримувати 66 – 68 ц/га сухої речовини врожаю, збалансованого за показниками якості і оптимізувати антропогенне навантаження шляхом зменшення норм внесення фосфорних добрив і відмови від азотних.

Наукові розробки впроваджені на Панфільській дослідній станції Яготинського району Київської області на площі 16 га. Приріст врожаю абсолютно сухої маси склав 16% порівняно з технологією, яка використовувалась у господарстві, що дозволило отримати 185 грн. чистого прибутку з 1 га посіву.

Особистий внесок здобувача. Більша частина польових і лабораторних досліджень автором проведена особисто, опрацьовано наукові дані вітчизняної та світової літератури за темою дисертації, сформульовано висновки та пропозиції виробництву.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались і обговорювались на міжнародній конференції молодих вчених та спеціалістів “Вчимося господарювати” Інституту землеробства УААН м. Київ (1999 рік), на п’ятому міжнародному конгресі по біоконверсії органічних відходів та охороні навколишнього середовища м. Івано-Франківськ (1999 рік), на засіданнях лабораторії землеробства на осушених землях (1996 -1999 рр.) Інституту землеробства УААН.

Публікації. По матеріалам дисертації опубліковано 5 статей, 3 з яких у фахових наукових виданнях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 138 сторінках машинописного тексту, включає 27 таблиць, 5 ілюстрацій і 7 додатків. Складається із вступу, 5 розділів, висновків та рекомендацій виробництву. Список використаних джерел охоплює 171 найменувань, із них 55 іноземні.

ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Екологічне значення та високопродуктивне використання штучних трав’яних фітоценозів на осушуваних торфовищах (аналітичний огляд літератури)

В розділі наведено аналіз результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних вчених щодо використання осушуваних торфровищ. Показана особливість ведення землеробства на них, регулювання водно - повітряного режиму, екологічно-стабілізуюча роль багаторічних культур, а також можливості застосування окремих елементів біологізації землеробства на осушуваних органогенних грунтах.

Розділ 2. Місце, умови і методика проведення досліджень

Наукові дослідження проводились у 1996 - 1999 рр. на заплаві р. Супій Панфільської дослідної станції Інституту землеробства УААН, розташованій у зоні Лісостепу України (Яготинський район Київської області).

Погодні умови під час проведення досліджень характеризувалися слідуючими показниками: середньодобова температура повітря за 1996, 1997, 1998 роки була близькою до середньо-багаторічної - 6,70, а у 1999 р. на 20 перевищила норму. За кількістю опадів спостерігалися значні коливання, так у 1996, 1997 і 1998 роках опадів випало відповідно на 103,5; 280 і 124 мм більше за середньо-багаторічну кількість, а у теплому і посушливому 1999 р. на 62 мм менше норми.

На грунтах дослідної станції з 1948-1950 рр. діє осушувальна система з відкритою мережою каналів глибиною 1,5-1,7 м з віддаллю між ними 600 і 400 м, та використанням кротового дренажу, які забезпечують регулювання водного режиму грунту в необхідних для сільськогосподарських культур межах.

Дослід закладено в 1996 р. відповідно до схеми (табл.1) на двох варіантах удобрення - калійному і фосфорно - калійному, у 1997 і 1998 роках закладка досліду повторювалась, що дозволило порівнювати дані у часі. Повторність розміщення культур у досліді триразова. Розміщення варіантів у повтореннях систематичне. Посівна площа ділянки 43м2 , облікова 26 м2.

Орний шар грунту перед закладанням досліду мав такі властивості: глибина торфового шару 2,3 - 2,5 м, ступінь розкладу торфу 45 - 55%. Підстилаючою породою торфу є оглеєні алювіальні суглинки. За ботанічним складом торф осоково-гіпново-очеретяного походження. Повна вологоємність грунту 283%, шпаруватість 84%, зольність 40,9%, щільність 0,30 г/см3, валовий вміст (%) азоту - 1,8; фосфору - 0,4; калію - 0,17; кальцію – 13,0. Грунтовий розчин орного і підорного шарів має слаболужну реакцію ( рНсольове -7,6).

У досліді застосовували рекомендовану для торфового грунту технологію вирощування сільськогосподарських культур. Режим використання багаторічних трав двоукісний.

Мінеральні добрива у досліді вносили відповідно до схеми: під смугові посіви багаторічних культур - Р30К90 і К90 у два строки – перший на початку вегетації, другий після першого укосу, під проміжні культури восени у дозі К60; під смугові посіви просапних культур у дозі Р30 К90 і К90 в два строки – перший при посіві, другий у фазу 9 – 12 листочків кукурудзи. Калійні добрива вносили в грунт у формі хлористого калію, фосфору – в формі суперфосфату, одноразово на початку досліджень вносили мідні добрива. Азотні добрива не вносили.

Таблиця 1. Схема польового досліду

Варіант | Культура, удобрення

К45+45 | Р15+15 К45+45

1 | Багаторічні злакові трави (контроль, без добрив)

2 | Багаторічні злакові трави

+ сильфія пронизанолиста

3 | Багаторічні злакові трави

+ конюшина гібридна

4 | Багаторічні злакові трави

+ щавель гібридний

5 | Багаторічні злакові трави

6 | Кукурудза

7 | Кукурудза + амарант

8 | Кукурудза + мальва однорічна

9 | Кукурудза + амарант

10 | Кукурудза + амарант

11 | Кукурудза + соняшник

12 | Кукурудза + соняшник

На початку серпня висівали таку пізньостиглу сумішку злаків: тимофіївка лучна (Phleum pratense) – 6 кг/га, костриця лучна (Festuca pratense)– 8 кг/га, стоколос безостий (Bromopsis inermis) – 10 кг/га схожого насіння. У смугових посівах багаторічних культур використовували сумішку багаторічних злакових трав з розрахунку 12 кг/га як фон, до якого підсівали сильфію пронизанолисту (Si1phium perfoliatum) - 14 кг/га, конюшину гібридну (Trifolium hibridum) - 8 кг/га, щавель гібридний (Rumex patientia х Rumex tianschaanicus) - 3 кг/га.

У смугових посівах однорічних просапних культур використовували кукурудзу -60 кг/га, соняшник 12 кг/га, амарант 0,9кг/га, які висівали весною після проміжних культур – редьки олійної 12 кг/га у варіантах 6 – 8 на зелений корм і у варіантах 9 – 10 на зелене добриво і сумішки озимого ріпака з озимим житом (8+100 кг/га) схожого насіння у варіантах 11 і 12 на зелений корм.

Спосіб посіву багаторічних малопоширених культур (СЗТ – 3,6) і однорічних просапних широкорядний з міжряддями 45 см. На всіх культурах застосовували до- і після посівне коткування .

У дисертаційній роботі в системі агроекологічного моніторингу розглядали 5 агроекосистем, яким відповідають варіанти 1 – 5 сумісних посівів злакових трав із малопоширеними культурами, а варіанти з однорічними культурами з 6 по 12 використовували для порівняння з багаторічними у розрахунках економічної і енергетичної ефективності, а також кількості шкідників і бур’янів.

Поживний режим вивчали у шарі грунту 0 – 30 см. Відбір зразків грунту під багаторічними травосумішками проводили в два строки на початку виходу в трубку злакових трав і після другого укосу. У грунтових зразках визначали вміст нітратного азоту, рухомих форм фосфору і калію; нітратний азот – колориметричним методом з дисульфофеноловою кислотою, фосфор і калій – за Мачигіним з послідуючим визначенням фосфору колориметрично, а калію на полуменевому фотометрі. Вологість грунту визначали термостатно-ваговим методом два рази за вегетацію у шарі грунту 0-30 см. Вміст основних поживних речовин у рослинах визначали на інфрачервоному аналізаторі NIRS – system 4580. Крім цього, проводили аналіз на вміст в рослинній продукції нітратів та важких металів.

Мікробіологічні дослідження проводили методом аплікації. Біологічну активність грунту визначали по розкладу целюлози у грунті, по інтенсивності накопичення у грунті амінокислот і білків, а також визначали сумарну протеазну активність грунту по профілю. Крім цього, методом адсорбції визначали інтенсивність виділення CO2 із грунту, дані якої дозволяли розраховувати кількість мінералізованої органічної речовини торфу. Математичну обробку даних проводили методом дисперсійного аналізу за Доспєховим.

Робота виконувалась за консультаційною допомогою канд. с.-г. наук Опанасенко О. Г.

Розділ 3. Результати досліджень

3.1. Водний режим торфовища

Спостереження за водним режимом торфовища виявили залежність вологості грунту від погодних умов і режиму роботи меліоративної системи. Так, у вологі 1996 - 1998 роки глибина залягання грунтових вод була найвищою і на початку вегетації становила 64-82 см від поверхні грунту і 68-73 см наприкінці вегетаційного періоду. У посушливий 1999 р. відповідно 65 і 112 см. У зв’язку з цим вологість грунту у 1997 р., особливо у серпні часто перевищувала верхню оптимальну межу 80-82% від ПВ, у травні вона коливалась у межах 75,9-81%. На початку виходу злакових трав в трубку у дещо посушливих умовах середини травня 1998 р. вологість грунту була у межах 57,3-61,2%, а у 1999 р. відповідно 72,6-80,3% від ПВ. Безумовно, що такі умови зволоження впливали на біологічні процеси у грунті та на продуктивність досліджуваних культур.

Таблиця 2. Вміст основних біогенних елементів у грунтових водах під багаторічними культурами першого року користування в залежності від удобрення (1997 - 1999 рр.), мг/л

Удобрення | NO3- | Р2О5 | К2О

1997 р. | 1998 р. | 1999 р. | 1997 р. | 1998 р. | 1999 р. | 1997 р. | 1998 р. | 1999 р.

Без добрив | 6,0 | 5,5 | 4,3 | 0,2 | сліди | сліди | 3,7 | 3,0 | 2,7

К45+45 | 7,3 | 6,7 | 5,8 | 0,3 | сліди | сліди | 4,6 | 4,2 | 3,0

Р15+15К45+45 | 7,5 | 7,0 | 6,2 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 4,8 | 4,0 | 2,9

Спостереження за вимиванням поживних речовин у грунтові води (табл. 2) показали, що кількість нітратів за досліджуваний період не перевищувала 7,5 мг на 1 л води при нормі до 45 мг/л, вимивання рухомого калію відмічено дещо більше під варіантами, на яких вносили калійні добрива (цей показник не перевищував 5 мг/л) порівняно з контролем. Результати аналізів визначення рухомого фосфору показали, що вміст цього елементу у грунтових водах не перевищував 0,8 мг/л на варіантах з застосуванням фосфорних добрив і 0,3 мг/л на варіантах без внесення удобрення.

Найвищі показники вмісту основних біогенних елементів у грунтових водах були відмічені у вологому 1997 р., коли кількість опадів за вегетаційний період перевищила середньо-багаторічні на 280 мм, такі умови сприяли більш інтенсивній фільтрації мінеральних компонентів по горизонту. У 1998 р. і особливо у посушливому 1999 р. кількість поживних речовин у грунтових водах зменшувалась.

Чіткої залежності вологості грунту від виду вирощуваних культур і тривалості використання багаторічних сумішок не спостерігали. Це можна пояснити тим, що діюча меліоративна система забезпечувала регулювання водного режиму грунту у необхідних для сільськогосподарських культур межах. Тому структура посівів, хоча вони і мають різні показники сумарного водоспоживання, та внесення мінерального удобрення істотно не впливали на запаси продуктивної вологи в орному шарі грунту.

3.2. Поживний режим органогенного грунту

Характерною ознакою функціонування агрофітоценозу є неповний цикл перетворення енергії. Саме тому для високопродуктивного його використання необхідне додаткове внесення мінерального удобрення, яке компенсує вилучення з урожаєм певної кількості поживних речовин грунту.

Азотний режим Протягом досліджуваного періоду проводили спостереження за вмістом нітратного азоту у 0-30 см шарі торфового грунту в залежності від вирощуваних сумішок і доз мінеральних добрив. Відповідно до схеми азотні добрива не застосовували, а для створення оптимального поживного режиму грунту використовували азот органічної речовини торфу, а також введення до складу фітоценозу бобової культури конюшини гібридної.

Вміст нітратного азоту в грунті змінювався в залежності від часу користування багаторічних культур і з травня по вересень. Так, було відмічено збільшення кількості нітратного азоту з весни до осені майже по всіх варіантах багаторічних культур першого, другого і третього року користування. Найвищі показники вмісту цього елементу (22,7 – 32,7 мг) були відмічені у варіантах сумісних посівів багаторічних трав з конюшиною гібридною у перший рік користування на фосфорно – калійному фоні добрив і найнижчі (17,4 –18,8 мг на 100 г сухого грунту) під багаторічними злаковими травами на контролі. На другий рік користування у варіантах з конюшиною залишались високі показники вмісту нітратного азоту (22,4 – 32,1 мг), дещо нижча кількість була на варіантах сумісного посіву з сильфією пронизанолистою (до 25,5 мг), тоді як на контролі до 20,8 мг на 100 г сухого грунту.

На третій рік користування вміст нітратного азоту у варіанті з конюшиною знижувався до 20,4 - 25,8 мг на 100 г сухого грунту. У цей рік відмічено і значне зрідження посівів конюшини гібридної. Високі показники вмісту рухомого азоту у цьому варіанті пояснюється фіксацією атмосферного азоту бульбочковими бактеріями на корінні конюшини.

Майже у два рази вищі показники вмісту нітратного азоту відмітили на посівах кукурудзи (варіант 6) на калійному фоні (55,9 – 58,2 мг на 100 г грунту), що свідчить про інтенсивніші процеси мінералізації торфу під однорічними просапними культурами на відміну від багаторічних.

Порівнюючи вміст рухомих форм азоту по роках можна відмітити зниження вмісту нітратів на 2 – 14 мг на 100 г сухого грунту під багаторічними культурами третього року користування у порівнянні з однорічними і підвищений їх вміст у варіантах з конюшиною гібридною протягом досліджуваного періоду. Для фосфору і калію значних коливань не відмічено.

Внесення фосфорних і калійних добрив сприяло збільшенню на 2-10 мг на 100 г сухого грунту кількості рухомого азоту , що пов’язано з активацією грунтових процесів.

Відмова від азотних добрив, згідно наших досліджень, не спричиняла дефіциту цього елементу у грунті в умовах досліду завдяки використанню рослинами природних запасів азоту з органічної маси торфу.

Фосфорний режим Спостереження за вмістом рухомого фосфору в орному шарі грунту під багаторічними сумішками показали підвищену і високу ступінь забезпеченості цим елементом 5,8 - 14,7 мг на 100 г сухого грунту внаслідок наявності майже суцільного прошарку вівіаніту у досліджуваних торфовищах і додатковому внесенні мінеральних добрив.

Зменшення кількості рухомого фосфору спостерігали з весни до осені майже по всіх варіантах у вологі 1997 і 1998 роки, а збільшення вмісту цього елементу у варіанті суцільного посіву багаторічних злакових трав у перший і другий роки використання.

Внесення фосфорних добрив сприяло підвищенню на 0,1 – 2 мг вмісту рухомого фосфору в орному шарі у порівнянні з варіантами, де вносили лише калійні добрива.

Найбільший вміст рухомого фосфору спостерігали під сумісними посівами багаторічних злакових трав з конюшиною гібридною другого року користування на фоні фосфорно – калійних добрив (13,6 – 14,6 мг на 100 г сухого грунту), що на 1 – 2,7 мг більше ніж при внесенні калію. Також спостерігали збільшення вмісту рухомого фосфору при внесенні калійних добрив на 2 – 6 мг на 100 г сухого грунту у порівнянні з контролем, що засвідчує необхідність застосування калійних добрив.

В цілому дослідження показали, що доза внесення фосфорних добрив по 45 кг діючої речовини під кожен укіс є екологічно – обгрунтованою, не спричиняла забрудненню грунтових вод цим елементом і забезпечувала поживний режим грунту у межах необхідних для росту і розвитку сільськогосподарських культур.

Калійний режим Проведені нами дослідження по вивченню динаміки рухомого калію у торфовищі показали, що вміст цього елементу у шарі грунту 0 – 30 см майже повністю залежав від внесених мінеральних добрив і коливався по варіантах від 10 до 21 мг на 100 г сухого грунту, тоді як на контролі на 2 – 13 мг менше. В цілому за вегетаційний період вміст рухомого калію відповідав середній забезпеченості грунту цим елементом. Підвищений вміст калію (більше 15 мг) переважно спостерігали лише у перший рік використання травостою. Чіткої залежності вмісту рухомого калію від вирощуваних культур не спостерігали.

Крім того, при внесенні калійних добрив відмітили стійку тенденцію до зниження вмісту нітратів у грунті на другий і особливо на третій рік досліджень порівняно з контролем, на якому добрива не вносили.

Отже, запаси поживних речовин грунту в умовах досліду забезпечували оптимальні умови для росту і розвитку сільськогосподарських культур протягом вегетаційного періоду. Внесення калійних і фосфорних добрив підвищувало їх вміст у грунті і сприяло покращанню забезпеченості ними рослин.

Таким чином, застосовані нами норми мінеральних добрив не спричиняли забруднення грунтових вод і виявились цілком безпечними на торфовищі. Введення малопоширених культур у смугові посіви злакових трав дозволило ефективніше використовувати природні і штучні компоненти агроекосистеми.

3.3. Мікробіологічні процеси у торфовищі та мінералізація органічної речовини

Проведені нами дослідження по вивченню біологічної активності торфового грунту показали, що в середньому за три роки найвищі показники активності розкладу клітковини (68%) були отримані у варіантах сумісного посіву багаторічних злакових трав з конюшиною гібридною на фосфорно-калійному фоні, з сильфією пронизанолистою - 48% і щавлем гібридним - 32% на цьому ж фоні, на контролі цей показник становив лише 8%. Це пояснюється тим, що грунтова мікрофлора в першу чергу реагувала на наявність нітратів, а під посівами з конюшиною гібридною умови для мікробіологічних процесів завдяки наявності бульбочкових бактерій були найбільш сприятливі. Крім того, різновидовий склад посівів сприяв ефективнішому використанню поживних речовин грунту і, відповідно, підвищенню активності мікробіологічних процесів.

Було відмічено також збільшення на 7 – 16% мікробіологічної активності грунту у варіантах, на яких вносили фосфорно – калійні добрива в порівнянні з калійними. Це можна пояснити підвищеною чутливістю мікроорганізмів на наявність фосфору у грунті. Аналогічні дані отримані при визначені вмісту мікробного білка і амінокислот у грунті. Найвищі показники сумарної протеазної активності (52%) виявлені під багаторічними культурами першого року користування з конюшиною гібридною на калійному фоні добрив, а під багаторічними травами на цьому ж фоні вони складали 42%. Найнижчими вони були у сумісних посівах з щавлем гібридним (26%) та під багаторічними травами суцільного посіву 34% на фосфорно – калійному удобренні.

Таким чином, проведені дослідження свідчать про неоднакову активність мікробіологічних процесів (розклад клітковини, накопичення мікробного білка, сумарної протеазної активності) у торфовому грунті залежно від удобрення, складу травосумішок і строку їх користування.

Найвищі показники активності цих процесів за роки досліджень були відмічені у варіантах з використанням конюшини гібридної і сильфії пронизанолистої, а найнижчі на контролі.

Аналізуючи вплив компонентів фітоценозу на процеси мінералізації органічної речовини торфу можна виділити таку послідовність зростання інтенсивності мінералізації органічної речовини в умовах досліду: багаторічні трави сумісно з щавлем гібридним (4,9 – 5,2 т/га), багаторічні трави з сильфією пронизанолистою (5,3 – 5,4 т/га), багаторічні трави (5,1 – 5,5 т/га), багаторічні трави з конюшиною гібридною (5,4 – 5,5 т/га) порівняно з контролем (5,6 т/га органічної речовини за вегетаційний період), причому інтенсивніше процеси мінералізації відбувались під культурами першого року користування.

Таким чином, завдяки біологічним особливостям різних видів малопоширених багаторічних культур ми отримуємо можливість регулювання процесами мінералізації органічної речовини торфу шляхом включення певних видів культур до складу фітоценозу. Так, введення щавлю гібридного, конюшини гібридної, сильфії пронизанолистої дозволяють зменшувати швидкість розкладу органічної речовини від 0,2 до 0,7 т/га за вегетаційний період порівняно з контролем.

3.4. Ріст і розвиток культур

Показники приросту зеленої маси часто використовуються для визначення загального їх стану. Рослини завжди чітко реагують навіть на найменші коливання факторів навколишнього середовища. Спостереження за ростом і розвитком багаторічних культур показали, що максимальні показники приросту надземної маси отримали на фоні фосфорно – калійних добрив, особливо у сильфії пронизанолистої на третій рік користування 32 – 36 см, щавлю гібридного 26 – 40 см і конюшини гібридної 20 – 30 см на другий рік користування. Швидкість приросту наземної маси цих культур навесні знижувалась у такій послідовності: щавель гібридний > конюшина гібридна > сильфія пронизанолиста.

В середньому за три роки частка конюшини гібридної в травостої була найвищою 22 – 25% за вегетацію, відповідно щавлю гібридного 12 – 14% і сильфії пронизанолистої 5 - 6%.

Аналізуючи проходження фенологічних фаз розвитку і росту малопоширених культур можна відмітити, що сильфія пронизанолиста досягала свого повного розвитку на 2 рік життя, щавель гібридний залишався і на 2 рік у фазі розетки по причині пізнього посіву. Було відмічено зрідження посівів щавлю гібридного у цей рік, і майже не відмічено у сильфії пронизанолистої. Посіви конюшини гібридної практично не зріджувались. На третій рік досліджень спостерігали за сильфією пронизанолистою, вегетація якої активно продовжувалась. Конюшина гібридна і щавель гібридний не витримували конкуренції з багаторічними травами і бур’янами і майже повністю випадали з посівів.

3.5. Продуктивність штучних фітоценозів та якість урожаю багаторічних культур

Проведені нами дослідження показали, що на формування врожаю сільськогосподарських культур істотно впливали кліматичні умови, удобрення та структура фітоценозу.

Найвищий врожай абсолютно сухої маси багаторічних культур було отримано у помірно вологому 1998 р. (50,6 – 83,4 ц/га) і найнижчий (34,4 – 59,9 ц/га) у дещо посушливому 1999 р. (табл. 3).

Таким чином незначне перезволоження 1998 р. мало виключно позитивний вплив на збільшення продуктивності фітоценозу.

Максимальна врожайність 1 укосу в середньому за 3 роки була отримана у варіанті багаторічних злакових трав з конюшиною гібридною на фоні фосфорно - калійних добрив (37,9 —

Таблиця 3. Урожайність багаторічних культур в залежності від травосумішок і удобрення

(1997 –1999 рр.), ц/га, абсолютно сухої речовини

Варіант досліду | 1997 р. | 1998 р. | 1999 р. | Середнє

Сумішка |

Удобрення | За два укоси | Приріст до

контролю, % | За два укоси | Приріст до

контролю, % | За два укоси | Приріст до

контролю, % | За два укоси | Приріст до

контролю, %

1. Багаторічні злакові трави (контроль)– | 44,4– | 50,6– | 34,4– | 43,1–

2. Те ж + сильфія пронизанолиста | К45+45 | 60,2 | 35 | 83,4 | 65 | 55,7 | 62 | 66,4 | 54

Р15+15 К45+45 | 60,4 | 36 | 83,1 | 64 | 55,9 | 63 | 66,3 | 54

3. Те ж + коню-шина гібридна | К45+45 | 60,4 | 36 | 82,3 | 63 | 58,1 | 69 | 66,9 | 55

Р15+15 К45+45 | 61,9 | 39 | 83,3 | 65 | 57,9 | 68 | 67,7 | 57

4. Те ж + щавель гібридний | К45+45 | 59,7 | 34 | 81,9 | 62 | 59,9 | 74 | 67,2 | 56

Р15+15 К45+45 | 60,1 | 35 | 79,6 | 57 | 59,9 | 74 | 66,5 | 54

5. Багаторічні злакові трави | К45+45 | 55,0 | 24 | 71,4 | 41 | 55,7 | 62 | 60,7 | 41

Р15+15 К45+45 | 57,0 | 28 | 71,9 | 42 | 45,0 | 31 | 61,3 | 42

НІР05 | 4,3 | 3,3 | 2,7 | 3,4

38,0 ц/га), мінімальна у багаторічних трав на калійному (33,2 ц/га) при врожаї на контролі (багаторічні трави без добрив) 23,3 ц/га.

Урожайність 2 укосу у порівнянні з першим була дещо нижча по більшості варіантів. У другому укосі в середньому за три роки максимальна врожайність одержана у сумісних посівах з сильфією пронизанолистою на фосфорно – калійному фоні добрив (31,3 ц/га), а найменша у багаторічних злакових трав на калійному (27,3 ц/га) при урожайності на контролі (19,8 ц/га сухої речовини).

В цілому за досліджуваний період внесення калійного добрива і введення у посіви конюшини гібридної давало прибавку до урожаю на 55%, сильфії пронизанолистої 54% і щавлю гібридного 56%. Внесення фосфорно – калійного удобрення порівняно з калійним давало приріст на 1 – 2%.

Зниження урожайності різних травосумішок спостерігалось у такій послідовності: багаторічні злакові трави + конюшина гібридна (66,9 – 67,7) > багаторічні трави + щавель гібридний (66,5 – 67,2) > багаторічні трави + сильфія пронизанолиста (66,3 – 66,4) > багаторічні трави (60,7 – 61,3) > багаторічні злакові трави без добрив (43,1 ц/га сухої речовини).

Біохімічний аналіз культур першого року користування показав високий вміст протеїну у сухій речовині малопоширених багаторічних культурах: сильфії пронизанолистої 22 – 25%, конюшини гібридної 22 - 24%, щавлю гібридного 21 – 24% у порівнянні з багаторічними злаковими травами 15 – 24% і багаторічними злаковими травами на контролі 16 – 22%. Причому протягом вегетації відбувалось зменшення вмісту протеїну у багаторічних трав і щавлю гібридного і збільшення у сильфії пронизанолистої та конюшини гібридної. Відмітили також зменшення від весни до осені вмісту зольних компонентів і збільшення кількості клітковини у більшості рослин.

Хімічний аналіз сумішок багаторічних культур показав підвищення вмісту калію і фосфору в рослинній продукції при використанні мінеральних добрив, а також підвищення вмісту сирого протеїну за рахунок малопоширених культур. Введення сильфії пронизанолистої збільшувало вміст цього показника на 1,7 – 2,7%, конюшини гібридної 3,4 – 4,2 %, щавлю гібридного 1,9 – 2,9%.

Аналіз вмісту нітратів у рослинній продукції також є важливим показником її екологічної безпечності. Результати аналізу (табл. 4) показали, що найвищий вміст нітратів був у злакових трав у перший рік користування на фосфорно – калійному удобренні 316 мг/кг (при ГДК до 300 мг/кг сухої речовини рослин), і зменшення їх до 251 мг на третій рік, що підтверджує загальну закономірність зменшення вмісту нітратів із збільшенням віку рослин.

Таблиця 4. Вміст нітратів та важких металів у сухій речовині багаторічних культур в залежності від строку їх використання і удобрення (1997 - 1999 рр.), мг/кг

Культура, рік використання | Удобрення | NO3- | Zn | Cu | Ni | Pb | Cd

Багаторічні зла-кові трави, 1-й | К45+45 Р15+15 К45+45 | 224 316 | - - | -

- | -

- | - - | - -

те ж, 3 - й | К45+45 | 178 | 173 | 4,4 | 1,0 | 1,2 | 0,3

Р15+15 К45+45 | 251 | 16,2 | 3,5 | 1,2 | 1,0 | 0,3

Сильфія про-низанолиста, 3-й | Р15+15 К45+45 | 251 | 25,9 | 7,3 | 2,5 | 3,3 | 0,6

Конюшина гібридна, 2-й | Р15+15 К45+45 | 178 | 31,1 | 5,9 | 1,7 | 2,6 | 0,4

Щавель гібридний, 2-й | Р15+15 К45+45 | 100 | 24,7 | 4,9 | 1,6 | 1,7 | 0,4

ГДК | 300 | 50 | 30 | 3 | 5 | 0,5

Внесення фосфорних добрив сприяло підвищенню на 46 – 55 мг вмісту нітратів у злакових трав в порівняні з використанням калійного удобрення. Крім цього, внесення калійного удобрення

сприяло зниженню вмісту нітратів порівняно з контролем у перший рік користування рослин. У пропонованих малопоширених культур ці показники були у межах норми, і особливо низький вміст (100 мг) було відмічено у щавлю гібридного, що дозволяє рекомендувати цю культуру до складу сумішок з метою зменшення кількості нітратів у рослинній продукції.

Аналіз вмісту важких металів (табл. 4) показав, що вміст цих елементів у більшості рослин не перевищував гранично допустимих концентрацій (ГДК), і незначне перевищення на 0,1 мг/кг вмісту кадмію лише у сильфії пронизанолистої на фосфорно – калійному фоні добрив у третій рік використання, а враховуючи її використання у складі сумішки (її частка складає 5 – 6%), можна сумішку вважати екологічно безпечною.

Порівняно з контролем внесення мінерального удобрення сприяло зменшенню кількості цинку (майже у два рази) у сухій речовині злакових трав на третій рік користування.

Таким чином застосування мінеральних добрив було досить ефективним щодо підвищення врожайності багаторічних культур та покращання якості продукції.

Розділ 4. Економічна і енергетична оцінка заходів біологізації землеробства

Енергетична ефективність застосування багаторічних травосумішок визначена з розподілом основних витрат на три роки користування у порівнянні з однорічними просапними культурами.

Проведення аналізу по енерговитратам показало, що основною причиною збільшення витрат енергії є внесення добрив. Оскільки торфовища багаті на азот і недостатньо забезпечені калієм, економічно доцільно вносити в цих умовах, у першу чергу, калійні добрива. У дослідах ми відмовились від внесення азотних добрив як високо енергозатратних, а застосовували лише калійні, фосфорні і одноразово на початку досліду мідні. При внесенні калійних добрив (90 кг) енерговитрати в середньому зростали на 7 – 25 МДж на 1 ц основної продукції, а при внесенні додатково з калійними і фосфорних енерговитрати збільшувались в середньому на 24 – 35 МДж на 1 ц продукції. Враховуючи незначні прирости врожаю багаторічних культур від внесення фосфорних добрив ми отримали вищий коефіцієнт енергетичної ефективності на варіантах де вносили лише калійні добрива.

Найвищі показники коефіцієнта енергетичної ефективності отримали у контрольному варіанті при суцільних посівах багаторічних злакових трав без добрив – 4,20, а також у варіантах сумісних посівів з щавлем гібридним – 3,82, з конюшиною гібридною – 3,81 і сильфією пронизанолистою – 3,72 на калійному фоні. Найнижчі у варіанті з сильфією пронизанолистою на фосфорно – калійному фоні добрив – 3,28.

Одночасно в умовах досліду порівнювали енергоємність посівів багаторічних культур з однорічними. Результати аналізу показали вищі на 0,1 – 0,2 показники енергетичної ефективності у варіантах з однорічними культурами на відміну від багаторічних.

Аналіз економічної оцінки ефективності запроваджених елементів біологізації землеробства показав, що найвищі показники рентабельності отримані на контролі у багаторічних злакових трав без добрив – 392% і сумісних посівах з конюшиною гібридною 136%, щавлем гібридним 126% та сильфією пронизанолистою 121% на калійному фоні добрив. Собівартість відповідно складала 3,74 – 7,81 – 8,13 - 8,32 грн за 1 ц отриманої продукції.

Загальні витрати на 1 га при збільшенні доз мінеральних добрив зростали, тому відповідно

зростала вартість вирощеної продукції. Таким чином екологічно доцільніші варіанти з багаторічними культурами у порівнянні з однорічними виявились найбільш ефективними, так як при невисокому навантаженні на 1 га посіву отримували більші прибутки з рентабельністю до 392%. У порівнянні з однорічними культурами багаторічні мали істотні переваги (на 10 – 40%).

Аналіз використання сумісних посівів показав, що найбільший прибуток (362 грн/га) з рівнем рентабельності 136% і енергетичною ефективністю 3,81 отримано при внесенні калійних добрив на посівах з конюшиною гібридною. Дещо нижчий прибуток (352 грн/га) з рівнем рентабельності 126% отримано на калійному фоні добрив у варіанті з щавлем гібридним, і відповідно 341 грн/га або 121% з сильфією пронизанолистою. Високий показник рентабельності (392%) був під суцільними посівами багаторічних трав без добрив.

Отже виходячи з проведених досліджень можна зробити висновок, що на осушуваних карбонатних грунтах Лісостепу України найбільш екологічно безпечним та економічно вигідним є використання сумішок злакових трав з підсівом до них пропонованих малопоширених багаторічних культур.

ВИСНОВКИ

У роботі наведені теоретичні узагальнення і нове рішення наукової задачі, що виявляється у з’ясуванні закономірностей формування високопродуктивних агрофітоценозів, яка вирішена шляхом добору сумішок багаторічних злакових трав із малопоширеними багаторічними культурами до складу агрофітоценозу та встановлення екологічно безпечних доз мінеральних добрив з метою збільшення виробництва високоякісних кормів та покращання показників екологічного стану осушуваних торфових грунтів.

1. На осушуваних карбонатних органогенних грунтах Лісостепу України для отримання екологічно безпечної збалансованої по якості сільськогосподарської продукції і зниження енерговитрат, а також поліпшення екологічної