Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН

Байдюк Максим Іванович

УДК 631.459:634.0.232

ОСОБЛИВОСТІ АКУМУЛЯТИВНОГО ҐРУНТОУТВОРЕННЯ ЗА НУЛЬОВОГО ОБРОБІТКУ ЧОРНОЗЕМІВ СТЕПУ ДОНБАСУ

06.01.03 – агрогрунтознавство і агрофізика

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому інституті агропромислового виробництва та Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” Української академії аграрних наук

Науковий керівник – | доктор сільськогосподарських наук, професор, член-коресподент УААН Булигін Сергій Юрійович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри охорони природних ресурсів

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, Міністерство аграрної політики України, проректор з навчальної роботи

доктор сільськогосподарських наук, професор, Чорний Сергій Григорович, Миколаївський державний аграрний університет, Міністерство аграрної політики України, завідувач кафедри ґрунтознавства та агрохімії

Провідна установа:

Український державний університет водного господарства та природокористування, Міністерство освіти і науки України, кафедра агрохімії, ґрунтознавства і землеробства, м. Рівне

Захист відбудеться “15” червня 2004 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” Української академії аграрних наук за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” Української академії аграрних наук за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий “15” травня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат сільськогосподарських наук Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Світовий досвід розвитку аграрних систем свідчить, що при вирішенні проблем підвищення їх екологічної сталості провідне місце належить ґрунтам, а саме підтриманню їх в оптимальному стані, ефективному використанню ресурсів та енергії. Однією з концептуальних основ екологічної сталості агроекосистем є теорія родючості й окультурювання ґрунтів (А.М. Грінченко, 1964; В.Д. Муха, 1979).

Культурний процес ґрунтоутворення в чорноземах передбачає як мінімум підтримання бездефіцитного гумусового балансу ґрунту, збереження найбільш наближених до оптимальних фізичних властивостей ґрунту, захист від водної та вітрової ерозії. В процесі природного (гумусо-акумулятивного) ґрунтоутворення чорноземи вже набули ці надзвичайно цінні для агрономії якості (В.А. Ковда, 1973; А.М. Грінченко, 1984; Д.Г. Тихоненко, 1993), тому основним завданням є їх збереження через наближення напрямку процесу культурного ґрунтоутворення до акумулятивного.

Для вирішення цього завдання розроблено різні заходи, важливу роль у яких грають ґрунтозахисні мінімальні технології обробітку ґрунту (В.П. Гордієнко, А.М. Малієнко, Н.Х. Грабак, 1998; А.М. Малієнко, 1999; С.М. Рижук, В.В. Медведєв, 2003; М.К. Шикула, Г.В. Назаренко, 1990).

На теперішній час однією з найбільш перспективних є нульова технологія обробітку, яка у світі завойовує все більш суттєві позиції. Майже повна відсутність системних наукових досліджень цієї технології в Україні (В.В.Медведєв, 1999) створює необхідність для поглибленого вивчення, комплексної перевірки її застосування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в межах НТП УААН “Родючість ґрунтів” 1996 – 2000 рр. за завданням 01.01 “Розробити технології захисту та раціонального використання еродованих та ерозійнонебезпечних ґрунтів” (№ ДР 0196U012534).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень – виявити особливості акумулятивного ґрунтотворення за різних технологій обробітку ґрунту й оцінити можливість і доцільність застосування нульового обробітку під час вирощування польових культур на чорноземі звичайному малогумусному легкоглинистому в умовах Донбасу.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

– установити особливості та напрям розвитку ґрунтотворного процесу за технологією нульового обробітку ґрунту;

– дослідити динаміку параметрів агрофізичних, агрохімічних та біологічних властивостей ґрунту, які обумовлюють родючість ґрунту на різних агрофонах;

– визначити фактори та чинники, які можуть обмежувати упровадження нульового обробітку на чорноземі звичайному;

– дати оцінку протидефляційної ефективності нульового обробітку;

– оцінити агроекономічну та енергетичну ефективність нульового обробітку.

Об'єкт дослідження: особливості ґрунтотворного процесу під впливом технологій нульового та традиційного обробітку чорнозему звичайного легкоглинистого.

Предмет дослідження: параметри агрофізичних, протидефляційних, агрохімічних, біологічних властивостей чорнозему звичайного малогумусного легкоглинистого, економічна та енергетична ефективність вирощування кукурудзи на зерно, озимої пшениці за різними технологіями обробітку.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети було використано широкий спектр теоретичних та експериментальних досліджень. Для узагальнення існуючої інформації проведено збір та аналіз літературних та фондових матеріалів. Експериментальні дослідження передбачали проведення польових дослідів за існуючими методиками. Відбір зразків і аналізи ґрунту проводилися за атестованими й тимчасово допущеними до використання методиками з наступною математичною обробкою даних із застосуванням методів параметричної та непараметричної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше в Україні досліджено особливості ґрунтотворного процесу за технологією нульового обробітку ґрунту та проведено комплексну оцінку цієї технології на чорноземі Степу Донбасу. Доведено, що нульовий обробіток сприяє розвитку акумулятивного процесу ґрунтоутворення. З’ясовано, що агрофізичні, агрохімічні та біологічні параметри ґрунту не стримують розвиток рослин й не зменшують врожайність польових культур. Показано кращу ефективність захисту від дефляції за технологією нульового обробітку порівняно з традиційним. Доведено економічну та енергетичну ефективність нульового обробітку.

Практичне значення одержаних результатів. Дано оцінку та наукове обґрунтування застосування нульового обробітку на чорноземах звичайних малогумусних легкоглинистих в аспекті збереження родючості й охорони ґрунтів. Результати досліджень використано для розробки рекомендацій щодо застосування нульового обробітку при вирощуванні озимої пшениці. Це знайшло відображення в збірнику “Українська академія аграрних наук: розробки – виробництву”, 1999 рік. За результатами виробничої перевірки на полях Донецького ІАПВ встановлено, що за технологією з нульовим обробітком урожай озимої пшениці був на 13% вищим, а собівартість 1 ц зерна озимої пшениці на 23% меншою, порівняно з традиційним обробітком.

Особистий внесок здобувача. Проведено польові досліди та спостереження, відібрано зразки ґрунту й частково проведено аналітичні роботи, проаналізовано наукову літературу в царині досліджень, узагальнено результати, здобуті під час досліджень, а також проведено їх аналіз та статистико-математичну обробку. Основні наукові положення, висновки та пропозиції виробництву сформульовано особисто дисертантом.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідалися, обговорювалися та публікувалися в матеріалах V з'їзду УТГА (Рівне, 1998); на наукових та науково-практичних конференціях (Харків, 1997, 1998 рр.; Херсон, 1999 р.; Івано-Франківськ, 1999 р.; Дніпропетровськ, 2000 р.; Одеса, 2000 р.), на VІ з'їзді УТГА (Умань, 2002).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 13 наукових праць, із них 8 статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, семи розділів, висновків, пропозицій виробництву, списку використаних джерел, що налічує 312 найменувань (у тому числі 147 робіт латиницею), додатків. Викладена на 226 сторінках комп’ютерного тексту, містить 145 сторінок власне тексту, 58 таблиць і 44 рисунки, а також додатки на шести сторінках, у яких 9 таблиць і 9 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасні уявлення про акумулятивне ґрунтоутворення та нульовий обробіток

Наводиться огляд літературних джерел, які характеризують дерновий (гумусо-акумулятивний) та культурний ґрунтотворні процеси на чорноземах.

Доводиться, що за традиційного обробітку ґрунтотворний процес змінюється в напрямку, несприятливому для збереження родючості чорноземів (порушуються процеси гумусотворення, погіршується агрофізичний стан ґрунту, виникає загроза дефляції). Обґрунтовується необхідність вивчення впливу нульового обробітку на акумулятивне ґрунтотворення.

Узагальнюються результати вивчення протидефляційних, агрофізичних, агрохімічних та біологічних властивостей ґрунту під час нульового обробітку, історія досліджень нульового обробітку ґрунту за кордоном і в Україні, економічний аналіз вирощування сільськогосподарських культур за цією технологією обробітку. На їх основі доводиться доцільність системного дослідження нульового обробітку в Україні, особливо на чорноземах Степової зони.

Об'єкти та методи досліджень

Дослідження проводилися в умовах стаціонарного польового досліду, закладеного на території дослідного господарства Донецького інституту агропромислового виробництва (Донецька область, Ясинуватський район). Повторність досліду в просторі була трикратна, у часі – чотирикратна. Розмір посівної ділянки складав 1,7 га, облікової – 100 м2. Дослід закладено восени 1996 року. Дослідження проводилися в польовій 9-пільній сівозміні, входження в сівозміну проводили чотирма полями. Крім того, окремими варіантами були, повторний посів кукурудзи на зерно (монокультура) з проективним покриттям, з 20% проективним покриттям поверхні ґрунту шаром мульчі; повторний посів кукурудзи зі штучно створеним 100% проективним покриттям поверхні ґрунту шаром мульчі із подрібнених стебел кукурудзи. Під кукурудзу вносили у період посіву на всіх варіантах N20P20, озиму пшеницю - N20P20 у період посіву та N30 у підживлення навесні.

Висівали - озима пшениця - Донецька 48, кукурудза - гібрид Дніпровський 310. Озиму пшеницю вивчали в ланці сівозміни – кукурудза МВС – озима пшениця, кукурудзу – у повторному посіві.

За традиційною технологією гербіциди застосовували на кукурудзі: Харнес - 2,5 л/га одразу після сівби, Діален або 2,4Д – 2 л/га у фазі кущіння; на озимій пшениці – Діален або 2,4Д – 2л/га в фазі кущіння. А під час вирощування кукурудзи за технологією нульового обробітку: Раундап – 2,5л/га перед сівбою, Харнес - 2,5 л/га зразу після сівби, Діален або 2,4Д – 2 л/га у фазі кущіння; на озимій пшениці - Діален або 2,4Д – 2л/га у фазі кущіння.

Визначено параметри багатьох властивостей ґрунту за різними технологіями вирощування сільськогосподарських культур: загального гумусу за Тюріним (ДСТУ 26213-91); гранулометричний склад за методикою Н.А.Качинського; щільність будови за Н.А.Качинським, найменшу вологоємність методом, описаним О.Ф. Вадюніною, максимальну гігроскопічність за А.В. Ніколаєвим; вологість розриву капілярів розраховували за формулою, запропонованою І.Б. Ревутом; структуру ґрунту визначалася методом сухого просіювання на колонці сит за методом Савинова та мокрого просіювання на приладі Бакшеєва; режим вологості вивчали до глибини 1,5 м суцільною колонкою через кожні 10 см, користуючись методикою, викладеною у роботі А.А. Роде; температура 0 – 20 см шару через 5 см - термометрами Саввинова, твердість – твердоміром Ревякіна. Видування мілкозему визначалося “Полевым эрозиомером ДПОС”, пастками – банками, які закопувались таким чином, щоб верхній зріз був на рівні поверхні ґрунту, а також розрахунковим методом з використанням формули Є.І. Шиятого за величиною грудкуватості 0 –5 см шару й наявності стерні на поверхні ґрунту, нітратний азот за Грандваль-Ляжем; рухомі форми фосфору та обмінного калію за ДСТУ 4115-02; біологічна активність визначалася за розкладом льняної тканини, інтенсивністю виділення СО2, за Іванниковою, а також за концентрацією СО2 у ґрунтовому повітрі. Розподіл кореневої системи в ґрунті залежно від технології вирощування сільськогосподарських культур визначали за Станковим (1957). Приблизну площу покриття з рослинних решток розраховували за методом ліній, що перетинаються. Стерню рахували на 1 м2 у триразовій повторності. Мікробіологічні аналізи проводилися шляхом висіву ґрунтової суспензії відповідного розведення на тверді поживні середовища. Актиноміцети обліковувались на крохмально–аміачному агарі, кількість міксоміцетів на живильному середовищі Ріхтера. ОВП визначали потенціометрично. Економічну ефективність визначали за В.П. Мартьяновим (1996), енергетичну ефективність – за методикою Всесоюзного інституту механізації (1989).

На просапних культурах ґрунтові зразки відбиралися: навесні до обробітку, перед сівбою, під час сходів, цвітіння, збирання врожаю. На озимій пшениці: перед сівбою, весняний початок вегетації, цвітіння, збирання врожаю. Вміст нітратного азоту, рухомі форми фосфору та обмінного калію в ґрунті вивчали у 3 строки: сівба, цвітіння та збирання сільськогосподарських культур.

Спостереження за ростом та розвитком культур виконувалося за Б.А. Доспєховим (1985), облік урожаю озимої пшениці у фазі повної стиглості проводився прямим комбайнуванням, кукурудзи - у фазу стиглості вручну.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Динаміка параметрів агрофізичних властивостей ґрунту за різними технологіями

Нашими дослідженнями виявлено, що при застосуванні нульового обробітку збільшується щільність будови чорнозему звичайного малогумусного легкоглинистого і, перш за все, в шарі ґрунту 0 – 10 см, аналогічні результати отримані закордонними вченими (Zachmann J.E. D.R. Linden and C.E. Clapp, 1987; Radcliffe D. E., E.W. Tollner, W.L. Hargrove, R.L. Clark and M.H. Golabi, 1988; Davis G.W., 1992; Ball B.C., R.W. Lang, E.A.G. Roberson, M.F. Franklin, 1994; Mwendra E.J. J. Feyer, 1994). Глибше 10 см щільність будови інколи не тільки не збільшується, а в окремих випадках, щільність ґрунту навіть зменшується порівняно з традиційними способами обробітку (табл. 1, 2).

Роботи багатьох дослідників (Медведєв В.В., Назарова Д.І., 1979; Тарасенко Б.И., Заколодяжная Г.В., Добродомов Н.В.,1983; Бегей С.В., Стельмашук В.Г 1986) показали, що під кожну культуру, на кожному окремому типі ґрунту, існують конкретні межі щільності будови ґрунту, за яких рослина почуває себе найбільш комфортно. Разом з цим установлено, що існує так звана “рівноважна щільність ґрунту” (Ревут І.Б., 1972) - стан, у який повертається ґрунт після відносно довгої відсутності механічного обробітку.

За допомогою формули, запропонованої Долговим та модифікованої Кузнєцовою, нами визначено нижню та верхню межі оптимальної щільності, які забезпечують сприятливі умови для росту й розвитку кукурудзи як дуже чутливої до ущільнення ґрунту культури.

dг = (100-А)?dтф / (100+W)Чdтф (1)

де dг – щільність будови ґрунту г/см3;

dтф – щільність твердої фази ґрунту, г/см3;

W – вологість у % від маси;

А – вміст повітря, %.

Розмах параметрів оптимальної щільності знаходиться в межах 1,13-1,31 г/см3. На підставі результатів квантильного аналізу виявлено, що щільність будови за нульовою технологією відповідає нормативу оптимальних параметрів.

Твердість за нульовою технологією вирощування кукурудзи в усі строки відбору на всіх глибинах була вищою, ніж за традиційною, але нижча за критичну межу (2,5 –3 МПа). На ділянках з озимою пшеницею підвищена твердість ґрунту спостерігалася за нульовою технологією тільки під час сівби, і теж була нижча за критичну. У подальшому, протягом вегетації озимої пшениці, різниця за твердістю ґрунту між обома варіантами нівелюється. Отже, твердість чорнозему звичайного Донбасу не лімітує використання нульових технологій вирощування культур.

Агрегатний стан орного шару ґрунту оцінювався за шкалою Долгова–Бахтіна і коефіцієнтом структурності за Ревутом. За традиційної технології вирощування кукурудзи він був стабільно кращим, але оптимального рівня не досягав. За класифікацією С.І. Долгова, ґрунт на всіх варіантах досліду діагностується як дрібногрудкуватий. Цікаво, що величина середньозваженого діаметру агрегатів мала тенденцію до збільшення на варіанті з нульовою технологією. До того ж, грудкуватість на початок квітня за нульовою технологією була завжди істотно вищою порівняно з традиційною. Саме грудкуватість є показником дефляційної стійкості ґрунту, а кінець зими - початок весни в Донбасі – це час небезпеки прояву вітрової ерозії. Пояснюється цей феномен наявністю більш стабільного снігового

Таблиця 1

Динаміка щільності будови ґрунту за різними варіантами вирощування кукурудзи на зерно, середнє за 4 роки

Варіанти | Шари ґрунту, см | Об'ємна маса г/см3

Перед сівбою | Сівба | Сходи | Цвітіння | Збирання врожаю | Середня

Традиційний обробіток – контроль | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 0,99

1,09

1,14

1,18 | 0,94

1,07

1,08

1,17 | 1,04

1,19

1,30

1,34 | 1,02

1,22

1,17

1,17 | 1,01

1,21

1,17

1,16 | 1,00

1,16

1,17

1,20

Нульовий обробіток | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 1,12

1,10

1,14

1,15 | 1,10

1,09

1,12

1,17 | 1,17

1,15

1,16

1,18 | 1,28

1,22

1,21

1,19 | 1,25

1,23

1,13

1,18 | 1,18

1,16

1,15

1,17

НІР0,05 | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 0,08

0,06

0,07

0,06 | 0,10

0,08

0,10

0,07 | 0,07

0,09

0,08

0,10 | 0,10

0,07

0,05

0,04 | 0,08

0,07

0,05

0,05

Sx% | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 1,88

1,43

1,60

1,32 | 2,51

1,88

2,35

1,48 | 1,56

2,07

1,83

2,09 | 2,41

1,55

1,16

1,03 | 1.88

1,59

1,24

1,12

Таблиця 2

Динаміка щільності будови ґрунту за різними варіантами вирощування озимої пшениці, середнє за 4 роки.

Варіанти | Глибина | Рівень квантилей

Сівба | Сходи | Збирання врожаю

0,25 | 0,5 | 0,75 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 0,25 | 0,5 | 0,75

Традиційний обробіток | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 1,02

1,12

1,15

1,16 | 1,06

1,20

1,19

1,23 | 1,12

1,30

1,24

1,27 | 0,91

1,06

1,06

1,12 | 0,95

1,09

1,09

1,14 | 1,02

1,10

1,20

1,22 | 1,00

1,07

1,08

1,10 | 1,11

1,14

1,19

1,14 | 1,15

1,23

1,29

1,28

Нульовий обробіток | 0 – 10

10 – 20

20 – 30

30 – 40 | 1,14

1,15

1,15

1,10 | 1,20

1,24

1,22

1,24 | 1,28

1,34

1,31

1,26 | 1,01

1,15

1,21

1,17 | 1,13

1,18

1,25

1,21 | 1,17

1,34

1,26

1,27 | 0,99

1,04

1,07

1,09 | 1,07

1,15

1,11

1,14 | 1,20

1,20

1,21

1,23

покриву взимку, який пом’якшував вплив екстремальних умов (у нашому випадку – замерзання – відтаювання та намочування – висихання ґрунту).

Стійкість поверхні ґрунту до дефляції залежить також від рівня зволоження поверхні. За результатами квантильного аналізу встановлено, що лише 15% об’єму шару ґрунту 0 – 3 см (квантиль = 0,85) за традиційним обробітком перевищував 14 %-ий поріг вологості, тобто мав вологість більшу за критичну. Технологія ж з нульовим обробітком з невеликою кількістю рослинних решток (до 30%) мала близько 50% верхнього шару ґрунту, захищеного від дефляції вологістю; при 100% проективному покритті – 100%.

Для кількісної оцінки дефляційної стійкості ґрунту використовували рівняння Є.І. Шиятого. Потенційні втрати ґрунту від дефляції наведені в таблиці 3.

Нульова технологія забезпечує суттєве підвищення стійкості ґрунту до дефляції – у 9,4 рази в полі озимої пшениці. Кількість рослинних решток кукурудзи з 20% мульчі не дозволяє надійно захистити ґрунт від дефляції. При 100 % покритті поверхні ґрунту рослинними рештками забезпечується абсолютний (100 %) захист ґрунту. За таких умов (100 % покриття) проявлення вітрової ерозії неможливе навіть теоретично.

Таблиця 3

Показники дефляційної стійкості та потенційні втрати ґрунту від дефляції залежно від технології обробітку та сільськогосподарських культур, середнє за 3 роки

Культура | Варіант | Вологість, % | Грудкуватість, % | Кількість стерні в перерахунку на довжину 20 см, шт. | Потенційні втрати ґрунту

г/м2

Кукурудза – повторний посів | Традиційний

обробіток | 10,2 | 52,7 | 0,0 | 35,2

Нульовий обробіток з 20% мульчі | 16,0 | 56,3 | 10 | 10,2

Стерня (після озимої пшениці) | Традиційний обробіток | 14,3 | 52,6 | 0,0 | 35,5

Нульовий обробіток | 17,6 | 54,0 | 223 | 3,7

Особливості ґрунтових режимів чорнозему звичайного малогумусного легкоглинистого за різними технологіями обробітку

Під культурами де проективне покриття поверхні ґрунту рослинними рештками не перевищувало 20 % не створювались умови для суттєвого збільшення вологи в ґрунті, і тому передбачуваними виявились отримані результати – під час нульового обробітку запаси вологи були незначно більшими порівняно з традиційним обробітком (табл. 4).

Таблиця 4

Динаміка запасів вологи ґрунту за різних варіантів вирощування кукурудзи на зерно, середнє за 4 роки

Варіанти | Шари ґрунту, см | Запаси вологи, мм.

Вихід з зими | Сівба | Сходи | Цвітіння | Збирання врожаю

Традиційний обробіток – контроль | 0 – 20

0 – 50

0 – 100

0 – 150 | 35

91

168

233 | 33

80

143

207 | 33

71

140

198 | 15

36

76

127 | 16

39

75

118

Нульовий

обробіток з 20% мульчі | 0 – 20

0 – 50

0 – 100

0 – 150 | 41

98

176

244 | 37

84

150

212 | 29

73

131

185 | 17

39

80

129 | 18

42

77

119

Перед сівбою запаси вологи за технологією нульового обробітку вирощування кукурудзи повторного посіву на зерно були суттєво вищими, ніж за традиційною технологією, особливо в шарі ґрунту 0-50 см. Під час сходів запаси вологи в шарі ґрунту 0 – 20 см за нульовим обробітком були дещо меншими, ніж за традиційним. Узагалі, період сівба – сходи виявився найбільш критичним для нульового обробітку з малою кількістю рослинних решток на поверхні ґрунту, що підтверджується даними інших дослідників (М.К. Шикула, Г.В. Назаренко, 1990).

Під культурами де проективне покриття поверхні ґрунту рослинними рештками становило 100% створювались умови для накопичення запасів вологи у ґрунті (табл. 5).

Таблиця 5

Динаміка запасів вологи за різних варіантів вирощування кукурудзи на зерно, 1999 р.

Варіанти | Шари ґрунту,

см | Запаси вологи, мм

До сівби | Сівба | Цвітіння | Збирання врожаю

Традиційна технологія - контроль | 0 – 20

0 – 50

0 – 100

0 – 150 | 34

92

174

222 | 38

93

170

229 | 7

29

69

118 | 1

7

14

36

Нульовий обробіток,

при 100% покритті | 0 – 20

0 – 50

0 – 100

0 – 150 | 42

109

193

259 | 44

108

186

238 | 23

66

132

174 | 5

15

31

62

Найбільшу різницю між варіантами відмічено в посушливих погодних умовах 1999 року. В кожному шарі ґрунту в усі терміни відбору зразків запаси вологи під мульчею були суттєво вищими порівняно з традиційним обробітком. Отримані результати погоджуються з літературними даними (Dick W.A., Edwards W.M., Stehouwer R.C. and Eckert D.J., 1992; P.W. Unger, 1984). Слід зазначити, що запаси вологи під час нульового обробітку з проективним покривом мульчею < 30% на час виходу з зими були несуттєво меншими порівняно з проективним покриттям мульчею 100%, однак у наступні строки відбору запаси вологи за технологією нульового обробітку з невеликою кількістю мульчі були значно меншими. А під час цвітіння (у критичний період для кукурудзи) запаси вологи в ґрунті під час нульового обробітку з мульчею перевищували запаси за іншими технологіями в шарі ґрунту 0-20 см в 3,2 рази, у шарі ґрунту 0-50 см у 2,3 рази, в шарі 0-100 см в 1,9 рази, а в шарі 0-150 см в 1,5 рази. Режим вологи за нульового обробітку з мульчею наближається до водного режиму цілинних аналогів (М.К. Шикула, 1990).

Застосування нульового обробітку під озиму пшеницю порівняно з традиційним сприяло в середньому за 4 роки збільшенню вмісту вологи у шарі 0-20 см в 1,6 рази (з 12 до 19 мм), що дозволило в посушливі 1998 і 1999 роки отримати сходи восени (на контролі вони з’явилися лише навесні).

Вологозабезпеченість перш за все визначається особливостями температурного режиму. Було визначено, що на варіанті з нульовим обробітком з проективним покриттям мульчею до 30% температура шару ґрунту 0-20 см майже не відрізнялася від контролю, що повністю підтверджується подальшими дослідженнями питомої теплоємності, тепло- і температуропровідності. Суттєво змінюється температурний режим у бік зниження температур при 100% покритті поверхні ґрунту рослинними рештками (подібно до цілинних чорноземів). На підставі дослідження теплофізичних властивостей визначено, що за таких умов (нульова технологія при 100% вкритті поверхні ґрунту мульчею) у Степу можна висівати кукурудзу в третій декаді травня, без ризику втратити вологу з ґрунту (4 червня спекотного 1999 року волога шару ґрунту 0-10 см дорівнювала НВ-31,9%), одночасно вирішується проблема боротьби з бур’янами. На ранніх строках сівби ще далеко не всі бур’яни з’явилися, а весняні приморозки зводять ефективність суцільних гербіцидів нанівець. До того ж, висіваючи пізні строки сівби кукурудзи, гарантовано усувають весняні приморозки, які майже кожного року пошкоджують сходи кукурудзи. Фізична сутність цього феномену полягає в істотному зменшенні надходження в ґрунт теплового потоку за нульовою технологією (більше 19%), що визначається, по-перше, більш високим альбедо (0,18 для решток при 0,08 для ґрунту) і, по-друге, різким зменшенням теплопровідності мульчі (20% від теплопровідності ґрунту).

Створення більш сприятливих гідротермічних умов для Степу за нульовою технологією з мульчею (зниження температури ґрунту, збільшення продуктивної вологи) позитивно відбивається на мікробіологічній активності ґрунту. Посилюється інтенсивність “дихання” ґрунту, що діагностується за CO2; підвищується целюлозолітична активність. Чисельність грибів у шарі 0–40 см за технології нульового обробітку при вирощуванні озимої пшениці була на 34% більшою, ніж за технології традиційного обробітку, а на кукурудзі чисельність грибів виявилася на 26% більше на варіанті з нульовим обробітком без мульчі та на 34% більше на варіанті з нульовим обробітком з мульчею порівняно з традиційним. Чисельність актиноміцетів у шарі ґрунту 0-40 см збільшувалася за нульовим обробітком на озимій пшениці на 6% порівняно з контролем, на кукурудзі за нульовим обробітком без мульчі на 39%, з мульчею на 58% порівняно з традиційною технологією вирощування кукурудзи. За технології нульового обробітку стан ґрунту є більш сприятливим для мікробіологічної активності, до того ж мульча є додатковим джерелом поживних речовин для мікробів.

Установлено, що за нульовою технологією значення окисно-відновного потенціалу (ОВП) має стійкий тренд зниження. При цьому змінюються не тільки абсолютні значення ОВП за окремими шарами ґрунту, але й сам характер його розподілу у ґрунтовому профілі.

Використання квантильного аналізу дозволило визначити рівень імовірності забезпечення поживними речовинами (NPK) рослин за шарами ґрунту. Так, у шарі 10-20 см близько 75% об’єму ґрунту за нульовою технологією мало середній і вище середнього рівень забезпеченості фосфором, а за традиційною – лише 50%. У цілому за технології нульового обробітку вміст рухомого фосфору і калію в ґрунті був набагато більшим, ніж за технології традиційного обробітку. Вміст нітратного азоту за варіантами дослідження суттєво не різнився. Підвищений вміст доступних P2O5 і К2О є об’єктивною основою збільшення внесення азоту для досягнення оптимального співвідношення між основними елементами живлення. Застосування нульового та традиційного обробітку за час наших дослідів виявило деяку тенденцію до збільшення гумусу за технологією нульового обробітку.

Вплив технології вирощування на забур'яненість та біометричні показники сільськогосподарських культур

На просапних культурах зі зміною технології обробітку від полицевої до нульової збільшується чисельність бур'янів. На варіанті з нульовою технологією обробітку починається інтенсивна зміна видів бур'янів з однорічних на багаторічні, а також збільшується видова різноманітність дикої флори. Акумуляція у верхньому шарі ґрунту основної маси насіння бур'янів створює умови для інтенсивного проростання й сильної забур'яненості за нульовою технологією (рис.1).

Рис. 1. Розподіл насіння бур'янів за ґрунтовим профілем залежно від технології обробітку ґрунту (середнє за 3 роки) під кукурудзою

Як свідчать результати досліджень біометричних показників, після 4 років застосування нульової технології обробітку характер розташування кореневої системи кукурудзи в ґрунті порівняно з традиційною технологією не змінився. Розвиток надземної частини кукурудзи був кращим за традиційною технологією, а озимої пшениці - за нульовою технологією. Відповідно й урожайність кукурудзи за нульовою технологією була нижчою за контроль (20,8 ц/га за нульовою, 25,3 ц/га за традиційною), а озимої пшениці вищою за нульовою технологією (27,4 ц/га), на контролі – 26,0 ц/га.

Енергетична та економічна оцінка різних технологій обробітку

Урожайність пшениці у середньому за 3 роки була більшою за нульовим обробітком. Забур'яненість і недостатність вологи в період сівба – сходи були причиною зниження врожайності кукурудзи за технології нульового обробітку. Витрати пального за технології нульового обробітку порівняно з традиційним виявилися на 45% меншими на озимій пшениці та на 47% меншими на кукурудзі. Відповідно коефіцієнт енергетичної ефективності прямих енерговитрат за нульовою технологією обробітку в 1,9 і в 1,7 разів вище порівняно з традиційною технологією (табл. 6). За рахунок меншої врожайності на варіанті вирощування кукурудзи з невеликою кількістю мульчі, енерговміст основної продукції та, як результат, коефіцієнт енергетичної ефективності технології виявилися меншими, ніж на контролі. Енергетична ефективність вирощування озимої пшениці за усіма показникам виявилася кращою за нульовим обробітком ( табл. 6.).

Таблиця 6

Техніко – енергетична ефективність технологічних варіантів вирощування сільськогосподарських культур

Показники | Кукурудза | Озима пшениця

Традиційний обробіток | Нульовий обробіток | Традиційний обробіток | Нульовий обробіток

Енерговміст основної продукції, МДж/га | 38127,5 | 31332,5 | 50008 | 49843,5

Енерговитрати на одиницю продукції, МДж/ц | 578,9 | 603,3 | 411,3 | 339,0

Трудовитрати, люд.год/га | 14,9 | 9,5 | 4,85 | 3,12

Витрати палива, л/га | 101 | 46,9 | 95,3 | 51,7

Коефіцієнт енергетичної ефективності за прямими енерговитратами | 7,3 | 12,6 | 11,7 | 21,9

Коефіцієнт енергетичної ефективності (загальний) | 2,6 | 2,5 | 4,1 | 4,9

Коефіцієнт енергетичної ефективності нульового обробітку вирощування озимої пшениці був на 21% вище, ніж за традиційним. Економічна ефективність вирощування кукурудзи за нульовим обробітком в наших дослідженнях виявилась у 2,4 рази нижчою порівняно з традиційною технологією (табл. 7).

Економічна ефективність вирощування озимої пшениці за нульовою технологією обробітку в 1,3 рази вища порівняно з контролем (табл. 7). Урожайність озимої пшениці за нульовим обробітком порівняно з традиційним обробітком була на 5% вищою, собівартість вирощування - відповідно на 12% нижчою.

Таблиця 7

Економічна ефективність вирощування сільськогосподарських культур

Показники | Одиниця виміру | Озима пшениця (середнє за 3 роки) | Кукурудза (середнє за 4 роки)

Традиційний обробіток | Нульовий обробіток | Традиційний обробіток | Нульовий обробіток

Урожай зерна | ц/га | 26,0 | 27,4 | 25,3 | 20,9

Вартість одержаної продукції | грн/га | 1433,4 | 1510,6 | 1318,1 | 1091,0

Виробничі витрати | грн/га | 484,7 | 425,2 | 465,4 | 620,3

Прибуток | грн/га | 948,6 | 1085,4 | 852,6 | 470,7

Коефіцієнт економіч. ефективності | 2,0 | 2,6 | 1,8 | 0,8

Таким чином, за отриманими результатами вирощування кукурудзи на зерно за нульовим обробітком в наших умовах економічно недоцільно. Вирощування за нульовим обробітком озимої пшениці є енергетично та економічно виправданим

Сутність ґрунтоутворення в агроекосистемах

У процесі природного ґрунтоутворення чорноземи отримали такі агрономічно цінні якості, як відносно високий вміст гумусу; нейтральну реакцію ґрунтового розчину; у цілому задовільні агрофізичні та біологічні якості, які сприяють розвитку сільськогосподарських рослин; високий вміст валових запасів поживних речовин тощо; ці ґрунти не мають якостей украй негативних в агрономічному відношенні. Але за традиційною технологією під впливом оранки та розпушення ґрунту при догляді за просапними відбувається посилена мінералізація та втрати гумусу. До того ж традиційна система механічного обробітку характеризується численними проходами в полі машинно-тракторних агрегатів, що сприяє виникненню та розвитку деградаційних явищ у ґрунті. За відсутності мульчі з поверхні орних чорноземів вологи випаровується набагато інтенсивніше, ніж з поверхні цілинних їх аналогів (непродуктивні витрати вологи), а також збільшується загроза втрат ґрунту від ерозії та дефляції.

Головними ланками, які обумовлюють цілеспрямовану зміну ґрунтотворного процесу в цілому, створення умов для зростання родючості чорнозему й підвищення його продуктивності є гумусонакопичення (як мінімум гумусовідновлення), збереження запасів вологи, покращання поживного режиму, захист від ерозії та дефляції на тлі оптимального агрофізичного стану ґрунту.

Ефективним інструментом створення умов для зростання родючості чорнозему є нульовий обробіток. Для оцінки його впливу на ґрунт порівняно з традиційним обробітком ми вибрали узагальнюючий показник фізичних властивостей ґрунтів індекс фізичного стану ґрунтів, а також коефіцієнт гуміфікації та рівняння втрат від вітрової ерозії Шиятого.

Індекс фізичного стану ґрунту запропонували використовувати В.В. Медведєв і Т.М. Лактіонова, (1988). Він розраховується за формулою

ИНфс=n a*b*c*…*n (2)

де a,b,c…n, - параметри окремих водно-фізичних та фізичних властивостей ґрунту. Максимально цей індекс дорівнює 1 або 100 балам, це оптимум і чим ближче фактичний індекс до оптимуму, тим менше фізичні та водно-фізичні властивості обмежують урожай сільськогосподарських культур. Вихідні еталонні (В.В. Медведєв, 2002) та фактичні (отримані нами) дані з агрофізики під кукурудзою наведено в табл. 9.

Таблиця 9

Оптимальні* та фактичні параметри ґрунту для кукурудзи

№

п/п |

Показники | Параметри

Фактичні

Оптимльні |

За традиційного обробітку |

За нульового обробітку з мульчею | За нульового обробітку

1 | Щільність, г/см3 на час сходів (шар 0-20 см) | 1,24 | 1,12 | 1,16 | 1,16

2 | Твердість, МПа на час сходів (шар 0-20 см) | 1,15 | 1,03 | 0,75 | 1,50

3 | Структурно-агрегатний склад (10 мм-0,25 мм), % (шар 0-20 см) | 85 | 65 | 64 | 64

4 | Водотривкі агрегати % (>0,25 мм) (шар 0-20 см) | 75 | 32 | 50 | 50

5 | Загальна пористість (шар 0-20 см) | 60 | 58 | 57 | 56

6 | Запаси вологи, мм у шарі 0-20 см | 40 | 33 | 44 | 29

7 | Запаси вологи, мм у шарі 0-100 см | 120 | 76 | 134 | 80

8 | Вміст рухомого фосфору, мг/100 г (шар 0-20 см) | 20 | 10,4 | 11,3 | 10,9

9 | Вміст обмінного калію, мг/100 г (шар 0-20 см) | 18 | 16,8 | 17 | 15,3

10 | Втрати від вітрової ерозії, за рік т/га за рік | 3,0 | 29,6 | 0,0 | 8,6

11 | Вміст водонасичених пор, % у шарі 0 – 20 см | 60 | 28 | 47 | 21

*Оптимальні параметри ґрунту за В.В. Медведєвим, 2002 р.

Отримані результати свідчать, що найкращий індекс фізичного стану чорнозему звичайного для кукурудзи виявився на варіанті нульового обробітку з мульчею – 0,75. Індекс фізичного стану чорнозему за нульовим обробітком без мульчі 0,70, а найгірший індекс фізичного стану чорнозему був на варіанті з традиційним обробітком – 0,62.

На основі наших розрахунків виявлено, що традиційний обробіток сприяє втратам гумусу з ґрунту, а за нульовим обробітком проявляється тенденція його накопичення.

За нашими підрахунками річні втрати від вітрової ерозії за технологією нульового обробітку були в 1,7 рази менше, порівняно з традиційним обробітком на ділянках під кукурудзою а за нульовим обробітком з мульчею їх взагалі не було (див. табл. 9). На ділянках після озимої пшениці, річні втрати ґрунту від вітрової ерозії становлять 29,7 т/га за традиційним обробітком і 3,1 т/га за нульовим обробітком.

Запаси вологи за технологією нульового обробітку з мульчею в шарі 0 – 100 см у критичний період розвитку кукурудзи (цвітіння), виявились оптимальними (див. табл. 9), запаси вологи за нульовим обробітком без мульчі були на 40 мм, а за традиційним обробітком на 44 мм менше за оптимальні.

Порівнюючи оптимальні ґрунтові параметри (В.В. Медведєв, 2002) та фактичні показники ґрунту для кукурудзи, очевидно, що фактичні ґрунтові параметри за нульовим обробітком ближче до еталонних параметрів, ніж за традиційним обробітком.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення особливостей розвитку ґрунтотворного процесу за різними технологіями обробітку і обґрунтовано застосування нульового обробітку. Результати дослідження мають значення для використання нульового обробітку при вирощуванні польових культур.

1. Встановлено, що за нульовим обробітком створюються умови, необхідні для розвитку акумулятивного ґрунтотворного процесу.

2. Щільність будови чорнозему звичайного малогумусного легкоглинистого, дещо збільшується за нульовою технологією обробітку порівняно з традиційною технологією. Рівноважна щільність орного шару ґрунту за нульовим обробітком при вирощуванні кукурудзи складала 1,11 г/см3, тоді як за технологією традиційного обробітку - 1,04 г/см3, під озимою пшеницею відповідно 1,15 г/см3 та 1,05 г/см3, Тобто вона знаходиться в межах оптимальних параметрів і не погіршує умов розвитку рослин.

3. Критичної твердості (2,5 МПа) орний шар ґрунту за нульовим обробітком в наших дослідах не мав (твердість ґрунту під кукурудзою - 1,7 МПа, ґрунт під озимою пшеницею 1,2 МПа). Це свідчить про придатність чорнозему звичайного для нульового обробітку за цим показником.

4. Технологія нульового обробітку не створює умов для погіршення структурно-агрегатного складу ґрунту, порівняно з контролем, й істотно не впливає на вміст агрономічно цінної фракції та водостійких агрегатів ґрунту.

5. Проведені дослідження показали, що нульова технологія обробітку з великою кількістю мульчі здатна підтримувати високу протидефляційну стійкість ґрунту і зберігає високий вміст вологи у верхньому шарі ґрунту, тим самим створює надійний захист його від дефляції. При невеликій кількості рослинних решток виникає ризик прояву вітрової ерозії. За традиційною технологією цей ризик максимальний.

6. В умовах Донбасу, коли волога є одним з головних факторів, що обмежує врожай, режим вологи ґрунту за нульовим обробітком складається більш сприятливо порівняно з традиційним. Особливо важливим є присутність рослинних решток на поверхні ґрунту за нульовим обробітком. За нульовою технологією обробітку з 100 відсотковим проективним покриттям рослинними рештками, запаси вологи навіть на час цвітіння кукурудзи (критичний період розвитку культури) були в шарі 0-20 в 3,3, а в 1,5 метровій товщі в 1,5 рази більшими, ніж за традиційною технологією обробітку.

7. Заміна традиційної технології обробітку нульовою призводить до зниження температури орного шару ґрунту в теплий період, що визначається перед усім умовами акумуляції та переносу тепла в ґрунті. Відсоток рослинних решток на поверхні чорнозему звичайного малогумусного легкоглинистого має більший вплив на температуру ґрунту та на тепловий потік в ґрунті, ніж його теплофізичні властивості. Температурний режим ґрунту за нульовою технологією обробітку за своїм характером наближається до температурного режиму цілинних аналогів.

8. За нульовим обробітком біогенність шару 0-40 см зростає, створюються кращі умови для розвитку мікроорганізмів, що підтверджується більшою чисельністю грибів та актиноміцетів, тобто родючість ґрунту підвищується.

9. Накопичення поживних речовин у верхньому 0-10 см шарі ґрунту за нульовою технологією обробітку характерне для акумулятивного грунтотворення. Навесні, перед початком польових робіт, у середньому за 3 роки, вміст рухомого фосфору в шарі 0 -10 см був 12,1 мг/100 г за нульовою технологією проти 9,6 мг/100 г за традиційною технологією, вміст обмінного калію за нульовою 16,8 мг/100 г, а