НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПІКОВСЬКА ОЛЕНА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 631.445.4:631.45:631.5[477.6]

Зміни родючості чорнозему звичайного при застосуванні грунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур в умовах Північного Степу України

06.01.03 - агрогрунтознавство і агрофізика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник – доктор сільськогосподарських наук,

Шикула Микола Кіндратович,

Національний аграрний університет,

професор кафедри грунтознавства

і охорони грунтів

Офіційні опоненти : доктор сільськогосподарських наук, професор,

Полупан Микола Іванович,

Інститут грунтознавства і агрохімії

ім. О.Н.Соколовського, головний науковий

співробітник лабораторії грунтового покриву

та картографії грунтів

кандидат сільськогосподарських наук

Ткаченко Микола Адамович,

Інститут землеробства УААН,

старший науковий співробітник

лабораторії агрогрунтознавства

Провідна установа – Дніпропетровський державний аграрний університет

Міністерства аграрної політики України,

м. Дніпропетровськ

кафедра грунтознавства та екології

Захист відбудеться “27-” травня 2004 р. о 1230 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .004.04 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус № 4, к. 41.

Автореферат розісланий “-” квітня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Чорноземи звичайні займають 23,4% сільськогосподарських угідь України (Б.С. Носко та ін., 1994). У зв’язку з деградацією ґрунтів у результаті розорювання і з метою ресурсозбереження в останній час поширення набула мінімалізація обробітку ґрунту. Встановлено, що від способів обробітку грунту залежать фізичні властивості, водний та поживний режими ґрунту, вміст і запаси гумусу. Проте єдиної думки щодо впливу мінімалізації обробітку на ґрунт і врожайність культур досі немає. В Україні обмежена кількість досліджень із наукового обґрунтування нульового обробітку. Дослідниками вивчались способи обробітку ґрунту, а не технології вирощування культур. Тому вивчення впливу різних технологій вирощування культур на показники родючості ґрунту є актуальним для вирішення проблеми раціонального використання чорноземів звичайних, одержання високих урожаїв сільськогосподарських культур.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводили згідно з тематичним планом кафедри грунтознавства і охорони грунтів Національного аграрного університету. Наукова робота була частиною теми: “Розробка зональних моделей охорони і раціонального використання земель в сільськогосподарських ландшафтах в процесі та по наслідкам проведення земельної реформи” (№ держреєстрації 0101U008006).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи було встановити вплив елементів технологій вирощування сільськогосподарських культур, що включають полицеву оранку на 23-25 см, мінімальний обробіток на 4-5 см і нульовий обробіток ґрунту на окремі показники родючості чорнозему звичайного та врожайність культур ланки сівозміни ячмінь ярий - кукурудза на силос - пшениця озима в умовах Північного Степу України. Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні завдання:

–

–

–

–

–

–

Об’єкт дослідження. Окремі показники родючості чорнозему звичайного середньогумусного середньоглибокого важкосуглинкового (їх зміни при застосуванні різних технологій вирощування культур), продуктивність ячменю ярого, кукурудзи на силос і пшениці озимої.

Предмет дослідження. Агрофізичні властивості (структурно-агрегатний склад, щільність ґрунту, пористість), запаси продуктивної вологи, вміст і динаміка гумусу та рухомих форм макроелементів чорнозему звичайного, кількість пожнивних решток ячменю ярого та вміст у них і в основній продукції елементів живлення, врожайність ячменю ярого, кукурудзи на силос, пшениці озимої, якість урожаю, економічна та енергетична ефективність технологій вирощування культур.

Методи дослідження – польовий дослід, лабораторні методи за загальноприйнятими методиками, статистичні методи.

Наукова новизна одержаних результатів. В умовах Північного Степу України досліджено вплив елементів технологій вирощування сільськогосподарських культур на окремі показники родючості чорнозему звичайного та врожайність культур ланки сівозміни ячмінь ярий – кукурудза на силос – пшениця озима.

Доведено, що при застосуванні мінімального і нульового обробітку щільність чорнозему звичайного знаходилась у межах оптимальних значень, показники структурно-агрегатного складу поліпшуються шляхом збільшення вмісту агрономічно цінних агрегатів та підвищення їх водотривкості. Виявлено збільшення запасів продуктивної вологи, вмісту рухомих форм фосфору та калію за ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур.

Встановлено особливості кругообігу макроелементів у посівах ячменю ярого за традиційної, ґрунтозахисної технології і за технології прямого висіву й показано, що за ґрунтозахисної технології до кругообігу залучається на 42 кг/га більше поживних речовин відносно традиційної технології.

Доведено економічну та енергетичну ефективність ґрунтозахисних технологій вирощування зернових культур.

Практичне значення одержаних результатів полягає у підвищенні родючості чорноземів звичайних, зниженні собівартості продукції рослинництва при використанні ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур, що базуються на мінімальному обробітку ґрунту на 4-5 см. Рекомендовані ґрунтозахисні технології, впроваджені в АТЗТ “Агро-Союз” Синельниківського району Дніпропетровської області на площі 280 га, забезпечили збільшення чистого прибутку на 245 грн./га при вирощуванні ячменю ярого і на 155 грн./га – по пшениці озимій, а також в ТОВ “Альфо-Агро” Петриківського району Дніпропетровської області на площі 600 га (пшениця озима), де чистий прибуток був більшим на 315 грн./га порівняно з традиційною технологією.

Особистий внесок здобувача. Автор брала безпосередню участь у плануванні і розробці програми досліджень, аналізі літературних джерел за темою, проведенні експериментальної частини досліджень, узагальненні одержаних результатів, написанні дисертаційної роботи. Внесок здобувача становить понад 90%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи апробовані на конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (м. Київ, 2001, 2002, 2003 рр.), на Першій Всеукраїнській конференції молодих вчених-аграріїв “Роль молодих вчених-аграріїв у реформуванні аграрного сектору економіки України” в Національному аграрному університеті (м. Київ, 15-16 березня 2001р.); на VI з’їзді Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків “Ґрунтознавство та агрохімія на шляху до сталого розвитку України” (1-5 липня 2002р., м. Умань); на III міжвузівській науково-практичній конференції аспірантів “Сучасна аграрна наука: напрями досліджень, стан і перспективи” (17-19 березня 2003р., м. Вінниця); на Українській науковій конференції “Шляхи підвищення використання на удобрення побічної продукції рослинництва” в Інституті землеробства УААН (10-12 червня 2003 р., с.м.т. Чабани); на міжнародній конференції “Біологічні науки й проблеми рослинництва” (23-26 червня 2003 р., м. Умань);

Публікації. Основні результати досліджень опубліковані в 7 наукових працях, в тому числі 6 – у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота викладена на 155 сторінках машинописного тексту, містить 36 таблиць, 14 рисунків. Вона включає вступ, шість розділів, висновки, рекомендації виробництву, додаток. Список використаних джерел налічує 263 найменування, з них 38 – іноземною мовою.

ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури

Нині в сільському господарстві відбувається перехід від технологій вирощування культур з інтенсивним обробітком ґрунту до ґрунтозахисних ресурсозберігаючих, які характеризуються відмовою від полицевої оранки та включають мульчування ґрунту (А.Д. Балаєв, 1997; О.Г. Тараріко, 1998; В.В. Медведєв, Т.Є. Линдіна, 2001). Дослідниками встановлено позитивний вплив безвідвальних способів обробітку на стан гумусу і структурний склад ґрунту. Водночас, наводяться суперечливі дані щодо щільності та поживного режиму ґрунтів при мінімалізації обробітку ґрунту. Обмежені дослідження з вивчення ефективності нульового обробітку в Північному Степу України. Виходячи з аналітичного огляду, обґрунтовано напрями досліджень.

Об’єкт, методика та умови проведення досліджень

Польові дослідження проводились у тривалому досліді, закладеному в 1999 р. в акціонерному товаристві закритого типу (АТЗТ) “Агро-Союз” Синельниківського району Дніпропетровської області, лабораторно-аналітичні – на кафедрі грунтознавства і охорони грунтів Національного аграрного університету протягом 2000-2002 рр.

Сівозміна розміщена в 9 полях у часі та просторі. Дослідження проводились у ланці сівозміни: ячмінь ярий (сорт Маресі) – кукурудза на силос (гібрид Челенджер) – пшениця озима (сорт Фантазія одеська). Всі сорти та гібриди занесені до Реєстру сортів рослин України (2000 р.).

Дослід включає наступні варіанти технологій (їх елементи):

1. Традиційна, яка базується на різноглибинній оранці на 23-25 см.

2. Ґрунтозахисна з мінімальним обробітком на глибину 4-5 см, розро-блена кафедрою грунтознавства та охорони грунтів (М.К. Шикула, 1998).

3. Технологія прямого висіву без обробітку ґрунту (нульовий обробіток), описані в праці “Системы и методы рационального землепользования”: Пер. с англ. – USA, Iowa, 1998.

Система удобрення на всіх варіантах технологій однакова: 1) ячмінь ярий – N60P40K40; 2) кукурудза на силос – гній 30 т/га + N90P90K60; 3) пшениця озима – N90P60K60 (з них N60 у весняне підживлення).

На всіх технологіях проводили страхове внесеня гербіцидів: діален супер, 46,4 % в.р.к. 1 л/га + гранстар, 75 % в.г. 0,015 кг/га на посівах ячменю; харнес, 90 % к.е. 2,5 л/га на кукурудзі. Крім того, на технології прямого висіву після збирання попередника для боротьби з бур’янами вносили раундап, 48 % в.р. 3 л/га та навесні (на ярих культурах) після сівби – 2 л/га. Система захисту від шкідників і хвороб однакова на всіх варіантах досліду і проводилась по мірі необхідності.

Ґрунт дослідної ділянки – чорнозем звичайний середньоглибокий середньогумусний важкосуглинковий на лесі з вмістом гумусу 4,60%, нейтральною реакцією ґрунтового середовища (рН водний – 6,8), середньою забезпеченістю азотом за нітрифікаційною здатністю (2,1 мг/100г), високою – рухомими фосфатами (12,2 мг/100 г) та підвищеною – обмінним калієм за Чиріковим (12,1 мг/100г). Роки досліджень відрізнялись за метеорологічними умовами. Найбільша кількість опадів (535 мм) випала у 2001 р., найменша – у 2000 р. (491 мм ).

Середні зразки ґрунту відбирали в одному полі сівозміни в наступні періоди: перші декади квітня, червня, серпня та жовтня за шарами ґрунту 0-10, 10-20 та 20-30 см. У ґрунті визначали агрофізичні показники за методиками, наведеними в праці ”Методы исследования физических свойств почв” під ред. А.Ф. Вадюніної, З.А. Корчагіної (1986): щільність ґрунту – методом циліндрів за Качинським; щільність твердої фази – за Долговим; загальну пористість і пористість аерації – розрахунковим методом; структурно-агрегатний склад – за Саввіновим; водотривкість агрегатів – на приладі Бакшеєва, за даними сухого просіювання розраховували коефіцієнт структурності, мокрого просіювання – критерій водостійкості, вологість ґрунту – термостатно-ваговим методом, за результатами встановлювали запаси продуктивної вологи в ґрунті. Вміст гумусу досліджували за методом Тюріна в модифікації Сімакова (Е.В. Аринушкина, 1970), вміст нітратного азоту – за допомогою іонселективного електроду, амонійного азоту – за допомогою реактиву Несслера, вміст рухомих сполук фосфору та калію – в одній витяжці за методом Чирікова в модифікації ЦІНАО з наступним визначенням фосфору фотометрично за методом Деніже, калію – на полуменевому фотометрі (Агрохімія: Лабораторний практикум / за ред. А.П. Лісовала, 1993).

Облік кореневих і пожнивних решток ячменю ярого проводили за методом Н.З. Станкова (1964). Для встановлення маси коренів і характеру розподілу їх у ґрунті відбирали ґрунтові моноліти 201010 до глибини 40 см з наступним відмиванням на ситах з отворами 0,5 мм. Пожнивні рештки враховували з 1 м2 при висоті зрізу надземної маси рослин 10-15 см. Вміст азоту, фосфору та калію в кореневих і пожнивних рештках визначали з однієї наважки після озолення за методом Гінзбург: азоту – фотометрично з реактивом Несслера, фосфору – фотометрично за методом Деніже, калію – на полуменевому фотометрі.

Фенологічні спостереження і відбір рослинних зразків здійснювали згідно методики з проведення польових досліджень (Б.А. Доспехов, 1985). Зернові культури і кукурудзу на силос збирали прямим комбайнуванням. Облік урожаю сільськогосподарських культур проводився сумісно з АТЗТ “Агро-Союз” (від господарства – Е.А. Романьков). Статистичний обробіток даних виконували методом дисперсійного аналізу на комп’ютері за допомогою програми Agro Stat. Для оцінки якості продукції в зерні озимої пшениці досліджували вміст “сирої” клейковини методом відмивання водорозчинних речовин, у зеленій масі кукурудзи – вміст “сирого” протеїну за методом К’єльдаля.

При встановленні енергетичної ефективності технологій користувались методикою О.К. Медведовського та П.І. Іваненко (1988). Економічну ефективність розраховували за цінами 2002 р.

Агрофізичні властивості чорнозему звичайного при різних технологіях вирощування культур

Щільність ґрунту залежить, насамперед, від обробітку ґрунту і характеризує умови, в яких ростуть і розвиваються культури (табл. 1).

Таблиця 1 – Щільність чорнозему звичайного за різних технологій вирощування сільськогосподарських культур (квітень), г/см3

Культура і рік дослідження | Технологія вирощування | Шар ґрунту, см

0-10 | 10-20 | 20-30 | 0-30

Ячмінь ярий, 2000 р. | Традиційна | 1,12 | 1,19 | 1,16 | 1,16

Ґрунтозахисна | 1,14 | 1,22 | 1,16 | 1,17

Прямий висів | 1,19 | 1,23 | 1,18 | 1,20

Кукурудза на силос, 2001 р. | Традиційна | 0,99 | 1,10 | 1,16 | 1,08

Ґрунтозахисна | 1,00 | 1,11 | 1,19 | 1,10

Прямий висів | 1,12 | 1,14 | 1,22 | 1,16

Пшениця озима, 2002 р. | Традиційна | 1,14 | 1,17 | 1,19 | 1,17

Ґрунтозахисна | 1,17 | 1,22 | 1,19 | 1,19

Прямий висів | 1,20 | 1,25 | 1,22 | 1,22

В.В. Медведєв (1988) встановив оптимальні параметри щільності для основних культур на чорноземах звичайних. В наших дослідженнях при вирощуванні пшениці озимої та ячменю ярого показники щільності на всіх варіантах знаходились в межах оптимальних параметрів (1,05-1,30 г/см3). По кукурудзі на силос щільність складала за традиційної технології 1,08; за ґрунтозахисної – 1,10 і за прямого висіву – 1,16 г/см3 при оптимальних значеннях 1,10-1,25 г/см3.

Структурно-агрегатний склад. Встановлено, що вміст агрегатів розміром 10-0,25 мм у 0-30 см шарі збільшувався при мінімалізації обробітку ґрунту і складав за нульового обробітку – 58,4-70,5; за мінімального – 61,7-70,7; тоді як за оранки – 48,5-66,8% (табл. 2).

Таблиця 2 – Вплив технологій вирощування сільськогосподарських культур на структурно-агрегатний склад чорнозему звичайного, %

Шар ґрунту, см | Технологія вирощування

традиційна | ґрунтозахисна | прямий висів

>10 | 10-0,25 | <0,25 | >10 | 10-0,25 | <0,25 | >10 | 10-0,25 | <0,25

Ячмінь ярий, 2000 р.*

0-10 | 13,0 | 72,5 | 14,1 | 11,5 | 75,0 | 13,5 | 15,1 | 72,1 | 12,8

10-20 | 46,1 | 50,1 | 3,8 | 44,8 | 53,4 | 1,8 | 50,1 | 45,9 | 4,0

20-30 | 40,3 | 55,5 | 4,2 | 38,7 | 56,7 | 4,6 | 39,4 | 57,1 | 3,5

Кукурудза на силос, 2001 р.*

0-10 | 14,0 | 59,9 | 26,1 | 14,6 | 60,1 | 25,3 | 22,4 | 62,4 | 15,2

10-20 | 29,0 | 61,2 | 9,8 | 33,9 | 64,5 | 1,6 | 31,3 | 56,3 | 12,4

20-30 | 42,9 | 48,4 | 8,7 | 32,3 | 62,3 | 5,4 | 38,4 | 60,1 | 1,5

Пшениця озима, 2002 р.**

0-10 | 15,6 | 62,7 | 21,7 | 13,1 | 69,4 | 17,5 | 17,1 | 67,5 | 15,4

10-20 | 21,8 | 65,7 | 12,5 | 22,8 | 71,3 | 5,9 | 17,9 | 73,4 | 8,7

20-30 | 30,6 | 54,5 | 14,9 | 27,9 | 61,3 | 10,8 | 31,6 | 60,6 | 7,8

* на початку вегетації, **відновлення вегетації

П.В. Вершинін (1958) установив, що найбільш сприятливими для росту й розвитку рослин є агрегати розміром від 2 до 3 мм і близькі до них (1-2 і 3-5 мм). У наших дослідженнях вміст агрегатів 1-5 мм за мінімального обробітку збільшувався на 1,7-7,5%, за нульового – на 0,6-6,6% порівняно з оранкою. Найбільше пилуватих часток відмічено у варіанті традиційної технології з полицевою оранкою (13,4-27,6%) у верхньому 0-10 см шарі. В цілому, кращий структурний стан ґрунту спостерігався за ґрунтозахисної технології і за прямого висіву, про що свідчать вищі значення коефіцієнта структурності.

Вивчаючи вміст водотривких агрегатів протягом 2000-2002 рр., нами встановлено аналогічні результати з сухим просіюванням. Мінімалізація обробітку ґрунту зумовила збільшення водотривких агрегатів у нижніх 10-20 та 20-30 см шарах. У 10-20 см шарі вміст водотривких агрегатів за ґрунтозахисної технології становив 37,6-47,3; за прямого висіву – 39,7-45,8; тоді як за традиційної – 33,4-41,3%; а в 20-30 см шарі – відповідно 42,6-60,4; 46,8-61,6; 41,6-51,5%. Таким чином, мінімалізація обробітку ґрунту є ефективним засобом поліпшення структури чорнозему звичайного шляхом збільшення вмісту агрономічно цінних агрегатів та підвищення їх водотривкості.

Пористість аерації не опускалась нижче критичного рівня (15% від об’єму ґрунту) на всіх варіантах технологій.

Водний режим ґрунту

У Степу обмежувальним фактором, що визначає рівень урожайності, є вологозабезпеченість культур. Тому агротехнічні прийоми повинні бути направлені, насамперед, на збереження вологи в ґрунті. Зміни вологості більше залежали від погодних умов і вирощуваної культури, ніж від технологій. Найбільші весняні запаси продуктивної вологи (ЗПВ) були в 2001 р. при вирощуванні кукурудзи на силос, найменші – в 2002 р. під пшеницею озимою (табл. 3).

Таблиця 3 – Запаси продуктивної вологи в 0-100 см шарі чорнозему звичайного за різних технологій вирощування культур, мм

Культура і рік досліджень | Технологія вирощування | Строк визначення

квітень | червень | серпень

Ячмінь ярий, 2000 р. | Традиційна | 106 | 78,2 | 46,3

Ґрунтозахисна | 109 | 83,4 | 54,3

Прямий висів | 109 | 82,5 | 47,7

Кукурудза на силос, 2001 р. | Традиційна | 108 | 55,3 | 29,5

Ґрунтозахисна | 111 | 67,8 | 37,2

Прямий висів | 108 | 72,5 | 37,0

Пшениця озима, 2002 р. | Традиційна | 70,0 | 50,4 | 28,7

Ґрунтозахисна | 73,8 | 56,8 | 42,5

Прямий висів | 76,0 | 54,2 | 42,8

При вирощуванні ячменю у весняний період у метровому шарі ґрунту вміст продуктивної вологи за різних технологій був практично однаковим (106-110 мм). Протягом літнього періоду найвищі ЗПВ відзначені за мінімального обробітку ґрунту. Переваги ґрунтозахисної технології щодо ЗПВ найбільше проявлялись у серпні. Після збирання пшениці озимої в метровому шарі за ґрунтозахисної технології і технології прямого висіву запасів продуктивної вологи було більше на 13,8 та 14,1 мм відносно традиційної технології.

Таким чином, ґрунтозахисна технологія сприяє зменшенню непродуктивних втрат вологи в період вегетації. Цьому сприяє більш щільне складення ґрунту й зменшення випаровування з поверхні ґрунту завдяки мульчі. Деяке зниження продуктивної вологи на нульовому обробітку відносно мінімального зумовлене тим, що після збирання попередника ґрунт не оброблявся, поверхневі капіляри не порушені, що привело до втрат вологи внаслідок випаровування.

Вміст гумусу в чорноземі звичайному

Трирічне застосування різних технологій вирощування культур суттєво не вплинуло на вміст гумусу в орному шарі чорнозему звичайного. Проте мінімалізація обробітку ґрунту зумовила розширення співвідношення C:N в 0-30 см шарі ґрунту до 12,1:1 за ґрунтозахисної технології і 12,4:1 за технології прямого висіву відносно 11,4:1 за традиційної технології, що свідчить про створення умов для нагромадження гумусу.

Рис. 1. Динаміка вмісту гумусу чорнозему звичайного за різних технологій вирощування культур

Вивчення сезонної динаміки вмісту гумусу (рис. 1) показало, що в 0-30 см шарі на посівах ячменю ярого (2000 р.), кукурудзи на силос (2001 р.), пшениці озимої (2002 р.) коливання вмісту гумусу становили за оранки 0,05; 0,07; 0,07%; за мінімального обробітку 0,06; 0,12; 0,11%; за нульового – 0,05; 0,13; 0,08%.

Отже, інтенсивність коливань знижувалась в такій послідовності: кукурудза на силос, озима пшениця, ячмінь ярий. Зростання амплітуди сезонних коливань органічної речовини за мінімалізації обробітку є показником підвищення родючості ґрунту та екологічної стійкості агроландшафтів.

Вміст елементів живлення в чорноземі звичайному за різних технологій

Вміст амонійного азоту за різних технологій мало відрізнявся і становив в середньому за три роки 15,6-16,3 мг/кг.

Дані за вмістом азоту нітратів свідчать, що вже в перші роки застосування ґрунтозахисної технології відбувається диференціація 0-30 см шару із збільшенням нітратів у 0-10 см шарі відносно 10-20 і 20-30 см шарів на 39,8 і 61,8%; при прямому висіві – відповідно на 42,0 та 89,3%. У нижніх шарах перевага в нагромадженні нітратів була за традиційною технологією. Ґрунтозахисна технологія зумовила збільшення нітратів у верхньому 0-10 см шарі на 24,5-62,9%; технологія прямого висіву – на 17,0-66,3% відносно традиційної. В середньому в шарі 0-30 см кількість нітратного азоту за традиційної технології була вищою на 5,9-36,6% відносно ґрунтозахисної і на 14,5-43,0% відносно технології прямого висіву. Отже, за мінімалізації обробітку ґрунту відбувається пригнічення процесів нітрифікації у чорноземі звичайному. Деяке погіршення азотного режиму при застосуванні мінімального обробітку пояснюється зниженням мінералізації органічної речовини ґрунту.

У чорноземах звичайних з основних елементів живлення фосфор знаходиться в першому мінімумі. Ґрунтозахисна технологія зумовлює не лише диференціацію орного шару ґрунту, але й збільшення вмісту фосфатів. При її застосуванні в 0-30 см шарі вміст рухомих фосфатів був більшим на 10 мг/кг (9,8%) при вирощуванні ячменю ярого, на 5мг/кг (4,1%) – під кукурудзою та на 15,3 кг/га (17,6%) під пшеницею озимою порівняно з традиційною технологією. Більш висока рухомість фосфору при безвідвальному обробітку чорноземів визначається нагромадженням у ґрунті підвищеної кількості Н2СО3 (К.А. Блек, 1973). Корені рослин виділяють у ґрунт продукти кислотного характеру, в тому числі вуглекислоту. В наших дослідженнях встановлено зміну в перерозподілі коренів у товщі ґрунту на різних варіантах: при мінімальному обробітку значна кількість коренів розміщена у верхньому 0-10 см шарі. Однією з причин поліпшення фосфатного режиму є також збільшення запасів вологи в ґрунті. Між вмістом рухомих фосфатів та вологістю ґрунту нами виявлено кореляційну залежність (r = 0,68 0,15).

Вміст калію в чорноземах звичайних значно вищий, ніж азоту та фосфору. Вже в перший рік ґрунтозахисна та технологія прямого висіву зумовили збільшення вмісту обмінного калію в 0-30 см шарі на 4,2% порівняно з традиційною. В наступні 2001 та 2002 рр. підвищення за ґрунтозахисної технології становило 7,9 та 7,7%; за прямого висіву – 5,6 і 5,8% відносно традиційної технології, що базується на полицевій оранці.

Таким чином, поживний режим чорнозему звичайного змінюється під впливом різних технологій вирощування культур. При застосуванні ґрунтозахисних технологій фосфатний і калійний режими поліпшуються, азотний – дещо погіршується. Відмічено диференціацію 0-30 см шару ґрунту за вмістом поживних речовин при ґрунтозахисній технології і прямому висіві. Дане явище пов’язане із характером розподілу мінеральних й органічних добрив і рослинних решток.

Кругообіг поживних елементів залежно від технологій вирощування культур

В агроценозах відчуджена продукція у вигляді врожаю зменшує надходження біофільних елементів та енергії до екосистеми, частково розмикається Малий біологічний кругообіг речовин і потоків енергії.

Ячмінь ярий характеризується малорозвиненою кореневою системою, яка до того ж відзначається невисокою здатністю засвоювати з ґрунту важкодоступні поживні речовини. В наших дослідженнях обробіток на 4-5 см сприяв поверхневому розвитку коренів ячменю. В 0-10 см шарі за мінімального обробітку ґрунту вміст коренів був вищим на 37,3 і 66,7% порівняно з традиційною і технологією прямого висіву. За нульового обробітку виявлено порівняно рівномірне розміщення коренів за шарами ґрунту. При цьому в 20-30 см шар проникає коренів більше на 5,5 і 18,8% ніж при традиційній і ґрунтозахисній технології, в 30-40 см шар – відповідно на 83,3 та 175%. Для кореневої системи ячменю це має істотне значення, насамперед, для забезпечення рослин вологою за низького вмісту її в ґрунті.

При врожаї зерна ярого ячменю 42,8-45,5 ц/га (в середньому за три роки) вміст поживних речовин в надземній і кореневій масі становив 310-352 кг/га, у тому числі 134-143 азоту; 59,9-70,0 фосфору та 116-138 кг/га калію. Із загальної кількості елементів 82,0-83,5% відчуджується з урожаєм основної й побічної продукції, лише 16,5-18,0% залишається в ґрунті. За ґрунтозахисної технології до кругообігу залучається на 42 кг/га більше поживних елементів порівняно з традиційною і на 38 кг/га відносно технології прямого висіву. Разом із цим, кількість поживних елементів, які залишаються в ґрунті, за ґрунтозахисної технології більше відповідно на 14,5 і 9,1 кг/га відносно традиційної технології і технології прямого висіву. Слід підкреслити, що при вилученні з поля побічної продукції (соломи) втрачається 29,4-35,1 кг/га азоту; 15,3-21,3 фосфору та 68,3-85,7 кг/га калію. Тому доцільно залишати нетоварну частку врожаю в якості органічного добрива.

Урожайність сільськогосподарських культур

Урожайність ячменю ярого мало відрізнялась за варіантами технологій. У 2000 р. суттєвої різниці між варіантами по врожайності не було. У наступні два роки найвища врожайність ячменю ярого відзначена за традиційної технології. Застосування технології прямого висіву зумовило зниження врожаю зерна ячменю на 3,9 ц/га в 2001 р. і на 3,3 ц/га в 2002 р. (табл. 4).

Таблиця 4 – Урожайність ячменю ярого залежно від технологій вирощування, ц/га

Рік | Варіант технології | НІР05

традиційна | ґрунтозахисна | прямий висів

урожай-ність | урожай-ність | до тра-диційної | урожай-ність | до тра-диційної

2000 | 41,8 | 43,0 | +1,2 | 40,8 | -1,0 | 1,2

2001 | 45,1 | 43,0 | -2,1 | 41,2 | -3,9 | 1,8

2002 | 49,6 | 47,2 | -2,4 | 46,3 | -3,3 | 0,9

Середнє за 3 роки | 45,5 | 44,1 | -1,4 | 42,8 | -2,7

Урожайність пшениці озимої суттєво не відрізнялась за традиційної і ґрунтозахисної технологій (табл. 5).

Таблиця 5 – Урожайність пшениці озимої залежно від технологій вирощування, ц/га

Рік | Варіант технології | НІР05

традиційна | ґрунтозахисна | прямий висів

урожай-ність | урожай-ність | до тра-диційної | урожай-ність | до тра-диційної

2001 | 48,6 | 46,9 | -1,7 | 43,2 | -5,4 | 2,7

2002 | 43,8 | 46,2 | +2,4 | 39,6 | -4,2 | 2,8

Середнє за 2 роки | 46,2 | 46,6 | +0,4 | 41,4 | -4,8

При прямому висіві врожайність пшениці озимої була нижчою на 4,2-5,4 ц/га порівняно з традиційною і на 3,7-6,6 ц/га відносно ґрунтозахисної.

Найвища врожайність зеленої маси кукурудзи (184-203 ц/га) отримана за прямого висіву (табл. 6).

Таблиця 6 – Урожайність кукурудзи на силос залежно від технологій вирощування, ц/га

Рік | Варіант технології | НІР05

традиційна | ґрунтозахисна | прямий висів

урожай-ність | урожай-ність | до тра-диційної | урожай-ність | до тра-диційної

2000 | 165 | 165 | 0 | 184 | +19 | 9,5

2001 | 167 | 147 | -20 | 217 | +50 | 14,8

2002 | 184 | 168 | -16 | 203 | +19 | 15,9

Середнє за 3 роки | 172 | 160 | -12 | 201 | +29

У 2000 р. урожайність кукурудзи на силос була однаковою за традиційної і ґрунтозахисної технології (165 ц/га), а в 2001 р. – вищою за традиційної технології на 20 ц/га. Деяке зменшення врожайності за мінімального обробітку зумовлено збільшенням забур’яненості посівів.

Отже, ґрунтозахисні технології із мінімальним обробітком ґрунту забезпечують одержання урожаїв зернових культур на рівні традиційних технологій, що базуються на полицевій оранці. У варіанті прямого висіву врожайність ячменю ярого та пшениці озимої була найнижчою. При вирощуванні кукурудзи на силос найвища агрономічна ефективність відмічена за технології прямого висіву.

Економіко-енергетична ефективність технологій вирощування культур

Виробництво зерна було рентабельним при всіх технологіях вирощування. Незважаючи на те, що врожайність ячменю ярого за ґрунтозахисної технології була нижчою на 2,4 ц/га, чистий прибуток отримали більшим на 34 грн. з 1 га порівняно з традиційною технологією. Виробництво зерна за технологією прямого висіву є найменш рентабельним (табл. 7).

Таблиця 7 – Економіко-енергетична ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур

Технологія вирощування | Урожай-ність, ц/га | Вартість продук-ції, грн. | Витрати на 1 га, грн., усього | Чистий прибу-ток, грн. | Собіва-ртість 1 ц, грн. | Рівень рентабе-льності, % | Кее*

Ячмінь ярий

Традиційна | 49,6 | 1786 | 976 | 810 | 19,7 | 83,0 | 4,22

Ґрунтозахисна | 47,2 | 1699 | 855 | 844 | 18,1 | 98,7 | 4,28

Прямий висів | 46,3 | 1667 | 951 | 716 | 20,5 | 75,3 | 4,09

Пшениця озима

Традиційна | 43,8 | 1840 | 1060 | 780 | 24,2 | 73,6 | 1,70

Ґрунтозахисна | 46,2 | 1940 | 975 | 965 | 21,1 | 99,0 | 1,86

Прямий висів | 39,6 | 1663 | 963 | 700 | 24,3 | 72,7 | 1,53

Кукурудза на силос

Традиційна | 184 | 1619 | 1547 | 72,2 | 8,4 | 4,7 | 2,08

Ґрунтозахисна | 168 | 1478 | 1459 | 19,0 | 8,7 | 1,3 | 1,97

Прямий висів | 203 | 1786 | 1611 | 175 | 7,9 | 10,9 | 2,30

*Кее – коефіцієнт енергетичної ефективності

При вирощуванні пшениці озимої за цією технологією чистий прибуток з 1 га був меншим на 80 і 265 гривен порівняно з традиційною і ґрунтозахисною технологіями, а при вирощуванні ячменю – відповідно на 94 і 128 грн. Це пов’язано із зменшенням урожайності зернових культур і високими витратами на засоби захисту рослин.

Виробництво зеленої маси кукурудзи виявилось низькорентабельним (рівень рентабельності 1,3-10,9%) за всіх технологій. Найвищі економічні показники, як і врожайність, отримано при вирощуванні кукурудзи за технологією прямого висіву, де чистий прибуток з 1 га становив 175 грн., що на 156 грн. більше відносно ґрунтозахисної і на 103 грн. порівняно з традиційною технологією.

Найвищі значення коефіцієнта енергетичної ефективності при вирощуванні зернових культур були на варіанті ґрунтозахисної технології і становили по ячменю – 4,28 і по пшениці озимій – 1,86. За технології прямого висіву енергетична ефективність була найменшою, що пов’язано з витратами енергії на приготування, перевезення і внесення розчинів пестицидів. Винятком є вирощування кукурудзи на силос за цією технологією, де коефіцієнт енергетичної ефективності складав 2,30, тоді як для традиційної – 2,08, а для ґрунтозахисної – 1,97. Це обумовлено високою енергоємністю врожаю.

Таким чином, найвища економічна та енергетична ефективність виробництва зерна була за ґрунтозахисних технологій. При вирощуванні кукурудзи на силос найбільш ефективною виявилась технологія прямого висіву.

Висновки

1. Показники родючості чорнозему звичайного залежать від технологій вирощування культур. Ґрунтозахисні технології, що базуються на мінімальному обробітку ґрунту на 4-5 см, у Північному Степу України створюють сприятливі агрофізичні параметри для розвитку сільськогосподарських культур, підвищують родючість ґрунту, забезпечують отримання стабільних врожаїв, є енерго- та ресурсозберігаючими.

2. Мінімальний і нульовий обробітки обумовлюють оптимальну щільність 0-30 см шару ґрунту для зернових колосових культур (у межах 1,05-1,30) і для кукурудзи (1,10-1,25 г/см3). При цьому поліпшується структурний стан чорнозему звичайного. Вміст агрономічно цінних агрегатів у 0-30 см шарі за мінімального обробітку підвищується на 3,9-13,2%, а за нульового – на 3,7-9,9% порівняно з оранкою. Вміст водотривких агрегатів також вищий. Пористість аерації на всіх варіантах була в межах допустимих значень (більше 15% від об’єму ґрунту).

3. Нагромадження вологи в 0-100 см шарі за холодний період при мінімалізації обробітку ґрунту практично однакове з оранкою. Проте найкраще збереження вологи в ґрунті протягом вегетаційного періоду відмічено за ґрунтозахисної технології, де запаси продуктивної вологи в 0-100 см шарі у серпні вищі відносно традиційної технології на 7,7-13,8 мм.

4. Мінімальний обробіток уповільнює мінералізацію органічної речовини в ґрунті. Співвідношення C:N у 0-30 см шарі розширюється до 12,1:1 і 12,4:1 відповідно за ґрунтозахисної технології і прямого висіву відносно 11,4:1 за традиційної технології. Амплітуда сезонних коливань вмісту гумусу зростає за мінімалізації обробітку ґрунту.

5. Ґрунтозахисна та технологія прямого висіву обумовлюють диференціацію 0-30 см шару ґрунту за вмістом поживних речовин. Найвищий ступінь диференціації відмічено за азотом нітратів: збільшення вмісту останніх у шарі 0-10 см відносно 10-20 та 20-30 см шарів становило 39,8 і 61,8 за ґрунтозахисної технології і 42,0 та 89,3% за прямого висіву.

6. При мінімалізації обробітку ґрунту формування азотного режиму має деякі особливості відносно оранки. Вміст нітратів у 0-30 см шарі за ґрунтозахисної технології нижчий на 5,9-36,6%, за технології прямого висіву – на 14,5-43,0% порівняно із традиційною технологією. За вмістом амонійного азоту різниці практично не спостерігалось.

7. Ґрунтозахисна технологія збільшує вміст рухомих форм фосфору та калію. При її застосуванні в 0-30 см шарі чорнозему звичайного вміст рухомих фосфатів збільшується на 10 і 12 мг/кг ґрунту порівняно з традиційною технологією і технологією прямого висіву. Вміст обмінного калію також підвищується за ґрунтозахисної технології на 11, а за прямого висіву – на 9 мг/кг ґрунту відносно традиційної технології.

8. Встановлено розподіл кореневої маси в 0-40 см шарі залежно від технологій вирощування. За мінімального обробітку їх кількість найбільша в 0-10 см шарі на 37,3% порівняно з оранкою і на 66,7% відносно нульового обробітку. За останнього коренева маса розподілена рівномірно у досліджуваному шарі із поступовим зменшенням в глибину.

9. За врожаю зерна ячменю ярого 42,8-45,5 ц/га в кореневій і надземній масі вміст поживних речовин становив: 134-143 азоту; 59,9-70,0 фосфору та 116-138 кг/га калію. При застосуванні ґрунтозахисної технології до кругообігу залучається на 42 кг/га більше поживних елементів порівняно з традиційною технологією і на 38 кг/га відносно технології прямого висіву.

10. Ґрунтозахисні технології, що базуються на мінімальному обробітку, забезпечують отримання стабільних урожаїв зернових культур на рівні традиційних технологій, що базуються на оранці. Найвища врожайність зеленої маси кукурудзи отримана за нульового обробітку.

11. Ґрунтозахисні технології вирощування зернових культур є економічно та енергетично ефективними. Вони забезпечують більший чистий прибуток на 185 грн. при вирощуванні пшениці озимої і на 34 грн. при вирощуванні ячменю ярого порівняно з традиційною технологією. При вирощуванні кукурудзи на силос найбільш ефективною виявилась технологія прямого висіву.

Рекомендації виробництву

З метою одержання урожаїв зерна ячменю ярого (сорт Маресі) і пшениці озимої (сорт Фантазія одеська) на рівні 40-50 ц/га, збереження і підвищення родючості чорноземів звичайних середньоглибоких середньогумусних важкосуглинкових, а також зниження витрат на 1 га (на 121 грн. при вирощуванні ячменю ярого та на 85 грн. при вирощуванні пшениці озимої порівняно з традиційною технологією) в Північному Степу України рекомендуються:

1)

2)

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Шикула М.К., Франко О.В., Тонха О.Л., Романьков Е.А., Сургай І.О. Адаптація ґрунтозахисних технологій в Степу України // Науковий вісник Національного аграрного університету. – К., 2000. – Вип. 32. – С. 287-293 (проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті).

2. Франко О.В., Тонха О.Л. Зміна елементів родючості чорнозему звичайного під впливом мінімалізації обробітку ґрунту при вирощуванні ярого ячменю // Агрохімія і ґрунтознавство. Спец. випуск до Vl з’їзду УТГА: Ґрунтознавство та агрохімія на шляху до сталого розвитку України. Книга третя. – Харків, 2000. – С. 170-172 (отримання експериментальних даних, їх аналіз, узагальнення, написання статті).

3. Шикула М.К., Тонха О.Л., Франко О.В. Розрахунок норм добрив у ґрунтозахисному землеробстві // Вісник Харківського державного аграрного університету. – Харків, 2001. – № 4. – С. 28-30 (проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті).

4. Шикула М.К., Олена В. Франко, Тонха О.Л. Нетоварна частка врожаю як органічне добриво у ґрунтозахисному землеробстві // Збірник Харківського національного аграрного університету. – Харків, 2002. – № 1. – С. 57-61 (аналіз літературних джерел, узагальнення отриманих даних, написання статті).

5. Тонха О.Л., Шикула М.К., Франко О.В., Майстренко В.Г., Франко О.В. Залежність продуктивності сільськогосподарських культур від швидкості Малого біологічного кругообігу речовин і енергії // Біологічні науки і проблеми рослинництва: Збірник наукових праць Уманського державного аграрного університету. – Умань, 2003. – С. 696-702