НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

СОРОКОТЯГА Наталія Петрівна

УДК 631.8: 631.41: 631.582.2 (003.13)

ТРАНСФОРМАЦІЯ СПОЛУК ВУГЛЕЦЮ І АЗОТУ В ЛУЧНО-ЧОРНОЗЕМНОМУ КАРБОНАТНОМУ ГРУНТІ ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.04 – агрохімія

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, професор

Лісовал Анатолій Петрович

Національний аграрний університет,

професор кафедри агрохімії та якості продукції

рослинництва ім. О.І. Душечкіна

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор

Гамаюнова Валентина Василівна

Херсонський державний аграрний університет,

завідувач кафедри грунтознавства та агрохімії

кандидат сільськогосподарських наук,

старший науковий співробітник

Олійник Катерина Михайлівна

Інститут землеробства УААН,

старший науковий співробітник лабораторії

інтенсивних технологій зернових, колосових

культур і кукурудзи

Провідна установа – Національний науковий центр “Інститут грунтознавства і

агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, м. Харків

Захист відбудеться “30” вересня 2004 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 в Національному аграрному університеті за адресою: 030041, Київ – 41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 030041, Київ – 41, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 41.

Автореферат розісланий “ 27 ” серпня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На теперішній час має велике значення вивчення впливу тривалого застосування гною і мінеральних добрив на трансформацію сполук вуглецю і азоту, їх баланс у сівозміні. Багато теоретичних і практичних аспектів цієї проблеми залишаються недостатньо вивченими у зв’язку з складністю і специфічністю об’єкта дослідження. Особливо актуальною ця проблема є для лучно-чорноземного карбонатного грунту в умовах північної частини Правобережного Лісостепу України.

В літературі існують суперечливі дані щодо меж зміни вмісту загальних і рухомих сполук вуглецю та азоту в чорноземних грунтах за тривалого застосування органічних та мінеральних добрив у сівозміні. В обмеженій кількості зустрічаються дослідження про характер і особливості зміни вмісту гумусу, сполук азоту в метровому шарі грунту. Дискусійним у вивченні природи гумусових речовин залишається питання про характер зміни складу, фізико-хімічних властивостей гумусових речовин в умовах тривалого застосування добрив. У зв’язку з цим вивчення динаміки вмісту сполук вуглецю і азоту в метровому шарі грунту та властивостей гумусових кислот чорноземних грунтів має велике значення. Досить актуальним на сучасному етапі є питання дослідження впливу тривалого внесення добрив на продуктивність культур зерново-бурякової сівозміни.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проведені відповідно до науково-технічної програми Національного аграрного університету. Науково-дослідна робота входила до тематик “Агроекологічне обгрунтування і агрохімічне забезпечення використання добрив на лучно-чорноземних грунтах північної частини Лісостепу” (номер державної реєстрації 0100U002832) та “Розробка методів використання запасів фосфору і азоту в процесі біосинтезу білка” (номер державної реєстрації 0196U013094).

Мета і завдання досліджень полягають у вивченні динаміки вмісту загальних і рухомих сполук вуглецю та азоту, якісного складу сполук вуглецю в метровому шарі лучно-чорноземного карбонатного грунту та продуктивності культур зерново-бурякової сівозміни в умовах тривалого (1979-1999 рр.) застосування різних норм гною і мінеральних добрив.

Для досягнення поставленої мети передбачалось: –

вивчити закономірності зміни вмісту гумусу та його фракційно-групового складу за тривалого застосування добрив;–

дослідити зміни вмісту загального і легкогідролізованого азоту в грунті залежно від внесення різних норм добрив та тривалості їх застосування;–

вивчити дію гною і мінеральних добрив на вміст азоту, сполук фосфору та калію в грунті, в рослинах, урожайність і якість зерна озимої пшениці;–

визначити вплив добрив на продуктивність культур зерново–бурякової сівозміни;–

розрахувати баланс гумусу та азоту залежно від внесення різних норм гною і мінеральних добрив;–

розробити модель зміни запасів вуглецю гумусу в лучно-чорноземному карбонатному грунті; –

визначити ефективність використання добрив під озиму пшеницю, яка вирощується після кукурудзи на силос.

Об’єкт досліджень: агрохімічні процеси в лучно-чорноземному карбонатному грунті, окремі фізіологічні процеси в рослинах озимої пшениці, продуктивність культур зерново-бурякової сівозміни, характер їх змін за використання добрив.

Предмет досліджень: динаміка вмісту сполук вуглецю та азоту, їх баланс у лучно-чорноземному карбонатному грунті, урожай і якість зерна озимої пшениці, продуктивність культур зерново-бурякової сівозміни.

Методи досліджень: польові, лабораторні та статистичні методи згідно загальноприйнятих в агрохімії методик.

Наукова новизна одержаних результатів. Вивчено тривалий (з 1984 р. до 1999 р.) вплив внесення гною і мінеральних добрив в зерново-буряковій сівозміні на вміст гумусу, загального азоту в метровому шарі лучно-чорноземного карбонатного грунту. Досліджено оптичні характеристики гумінових кислот за тривалого застосування добрив. Одержані дані розширюють уявлення про роль гною і мінеральних добрив у збереженні і підвищенні родючості грунту.

Розроблена модель зміни запасів вуглецю гумусу в орному і півметровому шарах лучно-чорноземного карбонатного грунту, яка дозволяє зробити прогноз динаміки вмісту гумусу.

Вивчено вплив застосування різних норм гною і мінеральних добрив на урожайність і продуктивність сільськогосподарських культур.

Практичне значення одержаних результатів. Узагальнення результатів досліджень дозволило науково обгрунтувати доцільність застосування у зерново-буряковій сівозміні 252 і 375 кг/га N, Р2О5, К2О на фоні 13 т/га гною для отримання продуктивності культур сівозміни на рівні 72,3-87,2 ц/га к.од., підтримання вмісту гумусу - 4,86-4,96% та загального азоту - 2754-2842 мг/кг грунту в орному шарі й збереження позитивного балансу гумусу та азоту.

Результати досліджень впроваджено в польовій сівозміні зерново-бурякового типу і застосовується в господарстві КСП “Ємчиха” Київської області Миронівського району на площі 600 га.

Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальної частини досліджень, опрацюванні літературних матеріалів, аналізі та статистичній обробці отриманих наукових результатів, написанні висновків і основних положень дисертації. Особистий внесок здобувача становить понад 90%.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертації доповідались на засіданнях кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна (1998, 1999 та 2000 рр.), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу факультету агрохімії і грунтознавства НАУ (1999-2000 рр.), VI з’їзді Українського товариства грунтознавців і агрохіміків (2002 р., м. Умань).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 статей, з яких 5 надруковані у виданнях, що затверджені ВАК України як фахові.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 11 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку літератури, додатків. Текст дисертації викладено на 163 сторінках. Робота містить 35 таблиць, 8 рисунків, 2 додатки. Список літератури нараховує 265 джерел, в тому числі 31 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

МЕТОДИКА І ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проведені в 1998-2000 рр. в стаціонарному досліді кафедри агрохімії та якості продукції рослинництва ім. О.І. Душечкіна на Агрономічній дослідній станції Національного аграрного університету, що розташована у Васильківському районі Київської області в північній частині Правобережного Лісостепу України та в лабораторії кафедри.

Стаціонарний дослід кафедри був закладений в 1958-1959 рр. на лучно-чорноземному карбонатному грубопилувато-легкосуглинковому грунті. Контролем був варіант без внесення добрив. Середньорічне насичення сівозміни добривами з 1979 р. до 1997 р. становило 13 т/га гною – фон, 172 кг/га P2O5,K2O (P85 K87) на фоні гною, 252 кг/га N,P2O5,K2O (N80 P85 K87 – одинарна норма) на фоні гною, 375 кг/га N,P2O5,K2O (N118 P127 K130 – півтори норми ) на фоні гною, та 252 кг/га N,P2O5,K2O (N80 P85 K87 – одинарна норма). З 1997 р. у сівозміні було зменшено застосування органічних (до 12 т/га в рік) і мінеральних (до 238 і 359 кг/га N,P2O5,K2O) добрив. Вносили підстилковий гній, аміачну селітру, суперфосфат і 40%-ву калійну сіль. Дослідження проведені у другому за територіальним розташуванням полі зерново-бурякової сівозміни, в якому у 1984 та 1994 рр. вирощували кукурудзу на силос, у 1999 р. – кукурудзу на зерно. Чергування культур було наступним: 1)багаторічні трави; 2)озима пшениця; 3)цукрові буряки; 4)кукурудза на силос; 5)озима пшениця; 6)горох; 7)озима пшениця; 8)цукрові буряки; 9)кукурудза на зерно; 10)ячмінь з підсівом багаторічних трав. Посівна площа ділянки 172 м2, облікова-100 м2, повторність досліду триразова. Агротехніка вирощування культур загальноприйнята для зони.

Відбір зразків грунту здійснено навесні 1984, 1994, 1999 рр. з другого поля сівозміни з глибини 0-25, 25-50, 50-75 і 75-100 см. Для проведення дослідження зразки грунту за 1984 і 1994 рр. були відібрані та надані професором А.П.Лісовалом. У повітряно-сухих зразках грунту визначали вміст гумусу – за методом Тюріна в модифікації Сімакова, фракційно – груповий склад гумінових і фульвокислот за методом Тюріна в модифікації Пономарьової – Плотнікової. Виділення детриту проведено за допомогою важкої рідини (КІ+СdІ2 1,8 – 2,0 г/см3 ). Вміст детриту визначено за різницею між вмістом загального вуглецю та вуглецю власне гумусових речовин. Вміст загального азоту в грунті визначали за методом К'єльдаля, вміст легкогідролізованого азоту – за методом Шлавицької. Баланс гумусу і азоту розраховано за програмою Аgro. При розрахунку балансу гумусу та азоту, а також продуктивності культур використані багаторічні дані (1979-1984 рр. – друга половина ІІ ротації, 1985-1994 рр. – ІІІ ротація, 1995-1998 рр. – початок ІV ротації) урожаю сільськогосподарських культур, опубліковані в роботах А.П. Лісовала та інших. Обробка даних досліджень проведена дисперсійним методом за програмою ''Статистика''.

Орний шар грунту контрольного варіанту характеризувався наступними показниками: вміст гумусу – 4,60%, вміст загального азоту – 2392 мг/кг грунту, вміст загального фосфору – 0,18% Р2О5, вміст загального калію – 1,9% К2О, водне рН становило 7,2, вміст карбонатів - 1,9%, ємність поглинання 31,9 мг-екв. на 100 г грунту. Вміст легкогідролізованого азоту становив 75,3 мг/кг грунту, обмінного амонійного азоту - 12,0 мг/кг грунту, нітратного азоту – 8,9 мг/кг грунту, вміст рухомого фосфору – 29,2 мг/кг грунту і калію – 79,5 мг/кг грунту.

У 1996, 1998, 2000 рр. були проведені дослідження впливу добрив на вміст сполук азоту в грунті, урожай та якість зерна озимої пшениці, яку вирощували після кукурудзи на силос. Дослідження проведені за схемою: 1.контроль; 2. післядія 30 т/га гною - фон; 3. фон + Р80К80; 4. фон + N90Р80К80; 5. фон + N135Р120К120; 6. N90Р80К80.

Мінеральні добрива вносили під зяблеву оранку. Частину азотних добрив N40 вносили при підживленні в фазу весняного кущення. Для посіву озимої пшениці було використано насіння районованого сорту Миронівська–61. Відбір зразків грунту та рослин проводилися в фази весняного кущення, трубкування, колосіння і повної стиглості зерна озимої пшениці. В зразках грунту визначали вміст обмінного амонійного азоту фотометрично за допомогою реактиву Несслера, вміст нітратного азоту – з використанням іонселективних електродів; вміст рухомого фосфору та калію – за методом Мачигіна в модифікації ЦІНАО. В рослинних зразках після мокрого озолення (за методом Гінзбург та інших) визначали вміст азоту фотометрично з реактивом Несслера; вміст фосфору – за методом Деніже в модифікації Левицького; вміст калію аналізували атомно-адсорбційним методом. Вміст білка визначали методом інфрачервоної спектроскопії на приладі Neotec-4250. Вміст “сирої” клейковини визначали ваговим методом. Урожай збирали у фазу повної стиглості зерна озимої пшениці прямим комбайнуванням поділяночно. Урожайні дані розраховані дисперсійним методом за програмою ''Статистика''.

За погодними умовами зимовий період досліджуваних років був теплішим відносно багаторічної норми. Середньомісячна температура у березні та квітні була вищою за норму на 0,8–2,6 С, а травень був прохолоднішим за норму на 0,9–3,3 С. У 1998 та 1999 рр. червень та липень були спекотними, а серпень прохолоднішим. Зокрема у липні 1999 р. середньомісячна температура перевищила норму на 9,5 С. Протягом весняно-літнього періоду досліджуваних років спостерігався нерівномірний розподіл опадів. Найбільша кількість опадів випала у липні 1998 та 2000 рр. – 210 і 171% від норми. Найменшу кількість опадів відмічено у травні та серпні 1998 р. – 30 та 38%, у червні 1999 р. – 24 % та серпні 2000 р. – 10 % від норми.

ВИВЧЕННЯ ДІЇ ГНОЮ І МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

НА ТРАНСФОРМАЦІЮ СПОЛУК ВУГЛЕЦЮ ТА АЗОТУ В МЕТРОВОМУ ШАРІ ГРУНТУ

Тривале застосування гною і мінеральних добрив достовірно збільшило вміст гумусу та загального азоту в метровому шарі грунту порівняно з контролем (табл. 1). Їх вміст зростав при збільшенні норм добрив. Найбільший вміст гумусу і загального азоту порівняно з контролем відмічено за внесення 13 т/га гною + 375 кг/га N, Р2О5, К2О.

Дослідження динаміки вмісту гумусу і азоту в метровому шарі грунту показало наступне. У 1999 р. на контролі вміст гумусу в шарі грунту 0-25 см достовірно зменшився (НІР05=0,09%) порівняно з його вмістом у 1984 р. Окреме застосування 13 т/га гною і 252 кг/га N, Р2О5, К2О протягом 1984-1999 рр. сповільнило процеси мінералізації органічної речовини грунту, але було недостатнім для повної компенсації втрат гумусу з орного шару. Застосування 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О з 1984 р. до 1999 р. обумовило стабілізацію вмісту гумусу. Головна роль у врівноваженні швидкості процесів мінералізації та гуміфікації органічної речовини в орному шарі грунту належала застосуванню азотних добрив у складі повного мінерального добрива на фоні гною. В підорному шарі грунту відбулося суттєве збільшення вмісту гумусу (НІР05=0,047%) як на контролі, так і за систематичного застосування гною і мінеральних добрив.

За внесення гною і мінеральних добрив на фоні гною спостерігалася тенденція до збільшення вмісту детриту порівняно з контролем. Вміст детриту збільшувався при зростанні вмісту загального вуглецю і норм добрив. З 1984 р. до 1999 р. застосування 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О стабілізувало вміст детриту (0,71%), а за внесення 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О спостерігалася тенденція до збільшення його вмісту. Зменшення вмісту загального вуглецю на контролі та за внесення 13 т/га гною і 172 кг/га Р2О5, К2О на фоні гною відбулося за рахунок мінералізації детриту.

Згідно даних моделі в орному шарі грунту з 2004 р. до 2014 р. запаси вуглецю гумусу на контролі зменшаться від 126,3 до 123,8 т/га. За систематичного застосування гною окремо та сумісно з мінеральними добривами у 2014 р. запаси вуглецю гумусу збільшаться на 1,0-1,4 т/га порівняно з його запасами у 2004 р., а за внесення мінеральних добрив – зменшаться на 1,7 т/га.

Прогноз динаміки запасів вуглецю гумусу в шарі грунту 0-50 см показав, що на контролі з 2009 р. його запаси стабілізуються на рівні 237,8 т/га. За даними моделі за внесення гною з 2004 р.

Таблиця 1 – Вплив гною і мінеральних добрив на вміст гумусу та загального азоту

Варіант досліду | Шар грунту, см | 1984 р. | 1994 р. | 1999 р.

Гумус, % | Загальний азот, мг/кг | Гумус, % | Загальний азот, мг/кг | Гумус, % | Загальний азот, мг/кг

Контроль | 0-25 | 4,79 | 2592 | 4,70 | 2466 | 4,60 | 2392

25-50 | 3,83 | 2203 | 4,09 | 2138 | 4,19 | 2085

50-75 | - | - | - | - | 2,82 | 1680

75-100 | - | - | - | - | 1,41 | 837

13 т/га гною – фон | 0-25 | 4,81 | 2657 | 4,75 | 2527 | 4,65 | 2473

25-50 | 3,93 | 2268 | 4,20 | 2171 | 4,36 | 2166

50-75 | 2,90 | 1756 | 2,90 | 1750 | 2,91 | 1751

75-100 | 1,64 | 875 | 1,58 | 875 | 1,59 | 905

Фон +

172 кг/га Р2О5,К2О | 0-25 | 4,82 | 2612 | 4,79 | 2495 | 4,73 | 2457

25-50 | 3,98 | 2203 | 4,26 | 2137 | 4,43 | 2115

50-75 | - | - | - | - | 2,96 | 1778

75-100 | - | - | - | - | 1,65 | 873

Фон +

252 кг/га N,Р2О5,К2О | 0-25 | 4,86 | 2754 | 4,87 | 2787 | 4,87 | 2780

25-50 | 4,09 | 2281 | 4,37 | 2268 | 4,52 | 2263

50-75 | 3,07 | 1775 | 3,07 | 1782 | 3,10 | 1791

75-100 | 1,75 | 939 | 1,75 | 972 | 1,72 | 970

Фон +

375 кг/га N,Р2О5,К2О | 0-25 | 4,89 | 2838 | 4,93 | 2851 | 4,96 | 2842

25-50 | 4,14 | 2339 | 4,42 | 2333 | 4,56 | 2328

50-75 | 3,23 | 1881 | 3,17 | 1814 | 3,20 | 1826

75-100 | 1,81 | 979 | 1,75 | 1004 | 1,78 | 1018

252 кг/га N,Р2О5,К2О | 0-25 | 4,86 | 2781 | 4,84 | 2722 | 4,75 | 2638

25-50 | 3,94 | 2275 | 4,30 | 2236 | 4,44 | 2215

50-75 | 3,07 | 1769 | 3,12 | 1750 | 3,10 | 1762

75-100 | 1,69 | 894 | 1,69 | 907 | 1,66 | 905

до 2014 р. запаси вуглецю гумусу зменшаться на 3,4 т/га, за внесення мінеральних добрив – на 6,2 т/га. За внесення одинарної норми мінеральних добрив на фоні гною також відбудеться зменшення його запасів на 3,1 т/га, внесення 1,5 норми мінеральних добрив на фоні гною стабілізує запаси на рівні 254,8 т/га.

Зміни вмісту загального азоту залежать від норми внесених добрив і вмісту гумусу. Внесення 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О з 1984 р. до 1999 р. обумовило стабілізацію вмісту загального азоту в орному шарі грунту. На контролі і за внесення 13 т/га гною або 13 т/га гною+172 кг/га Р2О5, К2О протягом 1984-1994 рр. відбулося істотне зменшення вмісту загального азоту в шарах грунту 0-25 (НІР05=98,3 мг/кг) і 25-50 см (НІР05=44,2 мг/кг), а протягом 1994-1999 рр. спостерігалася тенденція до його зменшення. В шарах грунту 50-75 і 75-100 см зміни вмісту гумусу і загального азоту були неістотними.

Внесення добрив в орному шарі грунту сприяло більш інтенсивному зростанню вмісту загального азоту, ніж вмісту вуглецю і обумовило звуження співвідношення С:N порівняно з контролем. Найбільш вузьке співвідношення С:N у 1984 р. було за внесення мінеральних добрив (9,8), а у 1994 та 1999 рр. – за внесення 1,5 норми мінеральних добрив на фоні гною (відповідно 9,9 і 10,1). В підорному шарі грунту на контролі і у варіантах з внесенням добрив співвідношення С:N коливалося у межах 10,1-11,6.

Вивчення динаміки вмісту сполук вуглецю та азоту показало, що на контролі і за внесення гною та мінеральних добрив з 1984 р. до 1999 р. як в орному, так і підорному шарах грунту співвідношення С:N розширилося.

ЗМІНА ГРУПОВОГО ТА ФРАКЦІЙНОГО СКЛАДУ ГУМУСУ ЛУЧНО-ЧОРНОЗЕМНОГО КАРБОНАТНОГО ГРУНТУ ЗА ТРИВАЛОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДОБРИВ У СІВОЗМІНІ

Вивчення фракційного і групового складу лучно-чорноземного карбонатного грунту показало, що за внесення гною вміст гумінових кислот І (НІР05=0,006%) та ІІ фракцій (НІР05=0,023%) достовірно збільшився порівняно з контролем, за внесення мінеральних добрив – зменшився. Найбільший вміст гумінових кислот І, ІІ, та ІІІ фракцій був за сумісного внесення гною і мінеральних добрив. Найбільший вміст фульвокислот Іа, І та ІІ фракцій в орному шарі грунту був за внесення одних мінеральних добрив. За внесення гною достовірно зменшився вміст фульвокислот, зв’язаних з кальцієм (НІР05=0,012%) і Іа фракції (НІР05=0,006%) та одночасно збільшився вміст фульвокислот, міцно зв’язаних з глинистими мінералами й стійкими півтораоксидами R2O3 (НІР05=0,005%). Сумісне внесення гною і мінеральних добрив істотно збільшило вміст фульвокислот Іа, ІІ, ІІІ фракцій порівняно з контролем. У фракційному складі грунту вміст гумінових і фульвокислот, зв’язаних з кальцієм переважав над вмістом гумінових і фульвокислот І та ІІІ фракцій. Внесення мінеральних добрив окремо та сумісно з гноєм достовірно зменшило вміст негідролізованого залишку (НІР05=0,079%) порівняно з контролем (табл. 2). Найменший його вміст був за внесення 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О.

Встановлено, що протягом 1984-1999 рр. на контролі і за внесення гною та мінеральних добрив в орному шарі грунту відбувся перерозподіл групового складу гумусу: суттєво збільшився вміст гумінових і фульвокислот ІІ і ІІІ фракцій та зменшився вміст гумінових та фульвокислот І фракції та нерозчинного залишку.

В груповому складі грунту гумінові кислоти переважають над фульвокислотами. Систематичне застосування гною сприяло достовірному збільшенню вмісту групи гумінових кислот (НІР05=0,025%), мінеральних добрив – вмісту групи фульвокислот (НІР05=0,014%) порівняно з контролем. За сумісного внесення гною і мінеральних добрив в орному шарі грунту відбулося істотне збільшення як вмісту групи гумінових кислот, так і групи фульвокислот. Зростання вмісту груп гумінових і фульвокислот відбулося за рахунок збільшення вмісту ІІ фракції. Вивчення динаміки показало, що з 1984 р. до 1999 р. як на контролі, так і у варіантах, де вносили добрива, відбулося збільшення вмісту групи гумінових і фульвокислот в орному шарі грунту.

Лучно-чорноземний карбонатний грунт характеризується гуматним типом гумусу. Внесення гною сприяло розширенню співвідношення Сг.к.:Сф.к. порівняно з контролем. Застосування мінеральних добрив сприяло звуженню співвідношення Сг.к.:Сф.к. до 1,53 і формуванню фульватно-гуматного типу гумусу з високим вмістом гумінових кислот ІІ фракції. Сумісне внесення гною і мінеральних добрив також сприяло звуженню співвідношення Сг.к.:Сф.к., але у меншій мірі, ніж окреме внесення мінеральних добрив. Протягом 1984-1999 рр. на контролі і за внесення гною та мінеральних добрив в орному шарі грунту співвідношення Сг.к.:Сф.к. змінилося незначно, оскільки відбулося збільшення вмісту як групи гумінових кислот, так і групи фульвокислот.

ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГУМІНОВИХ КИСЛОТ

Спектри поглинання розчинів гумінових кислот характеризуються відсутністю максимумів поглинання у видимій частині спектра. Оптична густина гумінових кислот поступово збільшувалася від довгохвильової частини спектра до короткохвильової. Найбільша оптична густина гумінових кислот при довжині хвилі 465 нм відмічена за тривалого застосування гною (2,512). За сумісного застосування гною і мінеральних добрив вона становила 2,012 порівняно з 1,637 на контролі. Мінеральні добрива незначно збільшили оптичну густину гумінових кислот порівняно з неудобрюваним варіантом.

Визначення коефіцієнтів екстинції показало, що гумінові кислоти лучно-чорноземного карбонатного грунту мають складну будову з добре вираженою ядерною частиною,

Таблиця 2 – Вплив добрив на груповий склад гумусу лучно-чорноземного карбонатного грунту, % С

Варіант досліду | 1984 р. | 1994 р. | 1999 р.

?ГК | ?ФК | Зали шок | Сгк Сфк | ?ГК | ?ФК | Зали шок | Сгк Сфк | ?ГК | ?ФК | Зали шок | Сгк Сфк

Контроль | 1,18 42,45 | 0,54 19,42 | 1,06 38,13 | 2,18 | 1,23 45,22 | 0,58 21,32 | 0,91 33,46 | 2,12 | 1,25 46,82 | 0,58 21,72 | 0,84 31,46 | 2,15

13 т/га гною - фон | 1,26 45,16 | 0,53 18,99 | 1,00 35,85 | 2,38 | 1,35 48,91 | 0,56 20,28 | 0,85 30,81 | 2,41 | 1,37 50,74 | 0,57 21,11 | 0,76 28,15 | 2,40

Фон + 252 кг/га N,Р2О5,К2О | 1,36 48,23 | 0,63 22,34 | 0,83 29,43 | 2,16 | 1,41 50,00 | 0,64 22,69 | 0,77 27,31 | 2,20 | 1,43 50,71 | 0,65 23,05 | 0,74 26,24 | 2,20

Фон + 375 кг/га N,Р2О5,К2О | 1,45 51,05 | 0,74 26,05 | 0,65 22,90 | 1,96 | 1,50 52,63 | 0,77 27,02 | 0,58 20,35 | 1,95 | 1,51 52,43 | 0,78 27,08 | 0,59 20,49 | 1,94

252 кг/га N,Р2О5,К2О | 1,19 42,19 | 0,78 27,66 | 0,85 30,15 | 1,53 | 1,22 43,42 | 0,79 28,11 | 0,80 28,47 | 1,54 | 1,24 44,92 | 0,81 29,35 | 0,71 25,73 | 1,53

Чисельник - % від маси грунту, знаменник - % від Сзаг.

характеризуються високим світлопоглинанням у видимій частині спектра, високим ступенем конденсованості ароматичного ядра. Коефіцієнт колірності гумінових кислот за тривалого застосування добрив зменшився в тому ж напрямку, в якому спостерігалося збільшення їх оптичної густини. Найменший коефіцієнт колірності порівняно з контролем (4,6) був за внесення гною (4,0). За внесення мінеральних добрив окремо та сумісно з гноєм коефіцієнт колірності займав проміжне положення між варіантом, де вносили гній та контролем (4,3-4,4).

БАЛАНС ГУМУСУ І АЗОТУ В ГРУНТІ

Основна роль у забезпеченні позитивного балансу гумусу належала застосуванню гною. За внесення гною окремо та сумісно з мінеральними добривами склався бездефіцитний середньорічний баланс гумусу, який становив 0,49–0,73 т/га у 1979-1984 рр. і 0,95–1,12 т/га у 1985-1994 рр. Зменшення внесення гною з 1997 р. обумовило у 1995-1998 рр. врівноважений баланс гумусу (-0,04–0,06 т/га). Внесення одних мінеральних добрив протягом 1979-1984 рр. і 1995-1998 рр. покращило баланс гумусу порівняно з контролем, але не забезпечило його бездефіцитність. Підвищення врожаю культур за внесення мінеральних добрив у 1985-1994 рр. обумовило врівноважений баланс гумусу (0,02 т/га).

Баланс азоту в зерново-буряковій сівозміні визначався складом культур, їх біологічними особливостями та залежав від норм добрив. На контролі за 1979-1998 рр. склався від’ємний баланс азоту (від -60,3 до -85,3 кг/га) з інтенсивністю 29-37%. За внесення 13 т/га гною або 252 кг/га N, Р2О5, К2О дефіцит азоту порівняно з контролем зменшився відповідно на 21,5-41,4 кг/га (ІБ=64-71%) та 18,8-42,5 кг/га (ІБ=66-87%). За внесення 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О і 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О баланс становив –26,5 – +8,1 кг/га та –2,8 – +39,0 кг/га, що забезпечило повернення в грунт азоту, винесеного з урожаєм, на 88-105% та 99-124%, відповідно.

ВПЛИВ ГНОЮ ТА МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ НА УРОЖАЙНІСТЬ

ТА ЯКІСТЬ ЗЕРНА ОЗИМОЇ ПШЕНИЦІ

Післядія гною та внесення мінеральних добрив збільшили вміст мінерального азоту та рухомих сполук фосфору і калію в лучно-чорноземному карбонатному грунті порівняно з контролем. Найбільший їх вміст був за внесення N90P80K80 та N135P120K120 на фоні післядії 30 т/га гною. Внесення мінеральних добрив під озиму пшеницю та післядія 30 т/га гною обумовили збільшення вмісту азоту, фосфору і калію в рослинах озимої пшениці порівняно з контролем. Найбільший їх вміст відмічено за внесення N90P80K80 та N135P120K120 на фоні післядії 30 т/га гною.

Внесення добрив покращило поживний режим грунту, збільшило вміст поживних елементів в рослинах, що сприяло підвищенню урожайності зерна озимої пшениці порівняно з контролем (табл. 3).

Таблиця 3 – Вплив добрив на врожайність та вміст білка в зерні озимої пшениці

Варіант досліду | Урожайність, ц/га | Приріст, ц/га | Вміст білка, %

1996 р. | 1998 р. | 2000 р. | Середня за 1996, 1998 та 2000 р. | 1996 р. | 1998 р. | 2000 р.

Контроль | 28,6 | 32,6 | 28,0 | 29,7 | - | 9,5 | 10,2 | 10,5

Післядія гною – фон | 33,1 | 54,5 | 34,5 | 40,7 | 11,0 | 10,2 | 9,4 | 10,1

Фон + Р80 | 37,2 | 52,0 | 38,4 | 42,5 | 12,8 | - | - | -

Фон + Р80 К80 | 33,8 | 54,7 | 37,7 | 42,1 | 12,4 | 8,0 | 9,9 | 10,2

Фон + N90 Р80 К80 | 40,1 | 60,5 | 42,4 | 47,7 | 18,0 | 11,4 | 11,1 | 14,4

Фон + N135Р120 К120 | 37,7 | 65,3 | 53,8 | 52,3 | 22,6 | 15,0 | 12,3 | 14,2

N90 Р80 К80 | 38,1 | 56,2 | 35,0 | 43,1 | 13,4 | 10,5 | 12,3 | 14,2

Sх, % | 3,1 | 3,3 | 3,2 | - | - | -

НІР05 | 3,6 | 5,8 | 4,8 | - | - | -

Внесення мінеральних добрив у 1996 р. збільшило урожайність зерна озимої пшениці у більшій мірі, ніж післядія гною. Найбільша урожайність зерна озимої пшениці (40,1 ц/га) спостерігався за внесення N90P80K80 на фоні післядії 30 т/га гною. Внесення N90P80K80 або післядії 30 т/га гною у 1998 та 2000 рр. в однаковій мірі збільшили урожайність зерна озимої пшениці у порівнянні з контролем. Найбільша урожайність зерна озимої пшениці була у варіанті з внесенням N135P120K120 на фоні післядії гною.

За період досліджень (1996, 1998, 2000 рр.) при післядії гною або завнесення одних мінеральних добрив приріст урожайності становив відповідно

11,0 та 13,4 ц/га. Внесення фосфорних і фосфорних та калійних добрив на фоні післядії гною збільшило урожайність порівняно з контролем на 12,8 та 12,4 ц/га,відповідно. Застосування азотних добрив у складі повного мінерального добрива на фоні післядії 30 т/га гною збільшило урожайність зерна озимої пшениці порівняно із застосуванням фосфорних і калійних добрив на фоні післядії гною. Це свідчить про важливу роль азотних добрив при отриманні високих врожаїв. Найбільший приріст урожайності зерна озимої пшениці – 22,6 ц/га одержано за внесення півтори норми мінеральних добрив на фоні післядії 30 т/га гною при урожайності на контролі – 29,7 ц/га.

Застосування азотних добрив у складі одинарної норми мінеральних добрив на фоні післядії гною збільшило вміст білка порівняно з контролем та варіантом, де вносили Р80К80 на фоні післядії 30 т/га гною. Найвищий вміст білка у 1996 р. було отримано за внесення N135P120K120 на фоні післядії 30 т/га гною, у 1998 р. – при застосуванні N135P120K120 на фоні післядії 30 т/га гною або N90P80K80, у 2000 р. – за внесення N90P80K80 на фоні післядії 30 т/га гною.

ПРОДУКТИВНІСТЬ КУЛЬТУР ЗЕРНОВО–БУРЯКОВОЇ СІВОЗМІНИ ЗА ТРИВАЛОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДОБРИВ

Застосування 13 т/га гною окремо та сумісно з 375 кг/га N, Р2О5, К2О сприяло зростанню продуктивності культур сівозміни протягом 1979-1984 рр. на 10,9-33,1 ц/га к.од. при продуктивності їх без внесення добрив 45,7 ц/га к.од. З 1985 р. до 1994 р. продуктивність зросла на 20,1-36,7 ц/га к.од. порівняно з 50,5 ц/га к.од. на контролі. Максимальна продуктивність культур зерново-бурякової сівозміни порівняно з контролем була за внесення 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О та 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О. У 1995-1998 рр. найвища продуктивність (60,1 к.од.) була за внесення одинарної норми мінеральних добрив на фоні гною.

ВИСНОВКИ

Дослідження вмісту та динаміки сполук вуглецю і азоту в лучно-чорноземному карбонатному грунті та продуктивності культур зерново-бурякової сівозміни за систематичного застосування добрив дозволяє зробити наступні висновки:

1. Тривале (1984-1999 рр.) застосування гною і мінеральних добрив збільшило вміст гумусу в метровому шарі лучно-чорноземного карбонатного грунту порівняно з варіантом без внесення добрив. Найбільший його вміст був за внесення 13 т/га гною + 375 кг/га N, Р2О5, К2О. Внесення 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О обумовлює стабілізацію вмісту гумусу і детриту в орному шарі. Зменшення вмісту гумусу в орному шарі грунту відбувається за рахунок мінералізації детриту.

2. Вміст гумінових і фульвокислот, зв’язаних з кальцієм, переважає над вмістом гумінових і фульвокислот І та ІІІ фракцій. У груповому складі грунту переважають гумінові кислоти (1,25%) над фульвокислотами (0,58%). За 1984-1999 рр. відбувся перерозподіл групового складу гумусу: суттєво збільшився вміст гумінових і фульвокислот ІІ і ІІІ фракцій та зменшився вміст гумінових і фульвокислот І фракції та нерозчинного залишку.

3. Внесення гною сприяє розширенню, мінеральних добрив – звуженню співвідношення Cг.к.:Сф.к. порівняно з контролем. Систематичне застосування 13 т/га гною і 13 т/га гною+252 кг/га N, Р2О5, К2О протягом 1984-1999 рр. сприяло розширенню співвідношення Cг.к.:Сф.к.

4. Внесення добрив збільшує оптичну густину сольових розчинів гумінових кислот у видимій частині спектра і зменшує їх коефіцієнт колірності порівняно з контролем. Застосування гною сприяє формуванню молекул гумінових кислот складнішої будови з більшим ступенем конденсованості ароматичного ядра. Внесення одних мінеральних добрив та мінеральних добрив сумісно з гноєм сприяє утворенню молекул гумінових кислот менш складної будови з більш розгалуженою аліфатичною периферичною частиною.

5. Тривале (1979-1998 рр.) вирощування сільськогосподарських культур без застосування добрив обумовлює стійкий дефіцитний баланс гумусу. Протягом 1979-1984 рр. і 1985-1994 рр. за внесення гною окремо та одинарної і 1,5 норми мінеральних добрив на фоні гною в сівозміні склався позитивний баланс гумусу, у 1995-1998 рр. – врівноважений баланс. Внесення одних мінеральних добрив не забезпечує бездефіцитного балансу гумусу.

6. Систематичне застосування гною і мінеральних добрив достовірно збільшує вміст загального азоту в метровому шарі грунту порівняно з контролем. За внесення 13 т/га гною+375 кг/га N, Р2О5, К2О з 1984 р. до 1999 р. відбулася стабілізація вмісту загального азоту в орному шарі грунту, без внесення добрив – достовірне зменшення його вмісту.

Внесення гною і мінеральних добрив сприяє більш інтенсивному накопиченню загального азоту в орному шарі грунту порівняно з контролем, що обумовлює звуження співвідношення С:N. В підорному шарі грунту більш інтенсивне накопичення сполук вуглецю призводить до розширення співвідношення С:N.

7. При вирощуванні культур без внесення добрив з 1979 р. до 1998 р. склався від’ємний баланс азоту (від -60,3 до -85,3 кг/га). За окремого внесення гною та мінеральних добрив дефіцит азоту порівняно з контролем зменшився у 1,3-2,0 рази. Внесення одинарної і 1,5 норми мінеральних добрив на фоні гною забезпечило позитивний баланс азоту в грунті протягом 1979–1984 та 1995–1998 рр. (від 6 до 39,0 кг/га), у 1985–1994 рр. він наближався до врівноваженого (від -26,5 до -2,8 кг/га).

8. Внесення N135P120K120 на фоні післядії 30 т/га гною обумовлює найбільший вміст мінерального азоту, рухомих сполук фосфору і калію в грунті та азоту, фосфору і калію в рослинах озимої пшениці порівняно з контролем.

9. Максимальна урожайність зерна озимої пшениці була отримана за внесення N90Р80К80 на фоні післядії 30 т/га гною у 1996 р. (40,1 ц/га) та N135Р120К120 на фоні післядії 30 т/га гною у 1998 і 2000 рр. (65,3 і 53,8 ц/га, відповідно). У 1996 та 1998 рр. найвищий вміст білка порівняно з контролем був за внесення півтори норми мінеральних добрив на фоні післядії гною (15,0 і 12,3%, відповідно), у 2000р. – за внесення одинарної норми мінеральних добрив на фоні післядії гною (14,4%).

10. Продуктивність культур 10-пільної зерново-бурякової сівозміни за внесення 13 т/га гною+252 кг/га N, P2O5, K2O та 13 т/га гною+375 кг/га N, P2O5, K2O становила у 1979-1984 рр. 72,3-78,8, у 1985-1994 рр. – 84,5-87,2, а у 1995-1998 рр. – 55,0-60,1 ц/га к.од.

11. Прогнозні розрахунки показують, що за внесення гною окремо та сумісно з мінеральними добривами, до 2014 р. запаси вуглецю гумусу в шарі грунту 0-25 см збільшаться, тоді як на контролі та у варіанті, де вносять мінеральні добрива, відбудеться зменшення його запасів. У шарі грунту 0-50 см на контролі і за внесення півтори норми мінеральних добрив на фоні гною до 2014 р. відбудеться стабілізація запасів вуглецю гумусу. У варіантах з окремим та сумісним внесенням гною і одинарної норми мінеральних добрив відбудеться зменшення запасів вуглецю гумусу.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Для стабілізації вмісту гумусу, загального азоту в орному шарі лучно-чорноземного карбонатного грунту і підтримання позитивного балансу гумусу та азоту в десятипільній зерново-буряковій сівозміні необхідно вносити 12 т/га гною сумісно з 238 кг/га N, Р2О5, К2О (N73 Р81 К84,5) на рік.

2. Для отримання в зерново-буряковій сівозміні продуктивності культур 78,8–87,2 ц/га к.од. на лучно-чорноземному карбонатному грунті рекомендується вносити 375 кг/га N, Р2О5, К2О (N118 Р127 К130) на фоні 13 т/га гною.

3. З метою одержання урожайності зерна озимої пшениці на лучно-чорноземному карбонатному грунті сорту Миронівська–61 на рівні 52 ц/га з вмістом білка 12,3–15,0% рекомендується вносити N135Р120К120 на фоні післядії 30 т/га гною.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Лісовал А.П., Сорокотяга Н.П. Ефективність добрив у зерново-буряковій сівозміні на лучно-чорноземних карбонатних легкосуглинкових грунтах Лісостепу України (1962-1997 рр. ) // Збірник наукових праць “Наукові записки”. – К.: Хрещатик. – 1998. – Вип. 1. – С. 248-257. (Участь у розробці методики досліджень, визначення вмісту гумусу і загального азоту, узагальнення результатів, підготовка до друку).

2. Лісовал А.П., Сорокотяга Н.П. Вплив тривалого застосування органічних і мінеральних добрив