Дніпропетровський державний аграрний університет

Таріка Олександр Григорович

УДК 631.618:633.2.031

Агроекологічне обґрунтування освоєння

і використання лесоподібного суглинку

при рекультивації земель

в Нікопольському марганцеворудному басейні

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Дніпропетровськ – 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Дніпропетровському державному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Наукові керівники: Доктор біологічних наук, професор, академік УААН

Масюк Микола Трохимович,

Дніпропетровський державний аграрний університет,

ректор

Доктор сільськогосподарських наук, професор

Забалуєв Віктор Олексійович,

Дніпропетровський державний аграрний університет,

кафедра ґрунтознавства та екології, завідувач

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор,

академік УААН

Тараріко Олександр Григорович,

Інститут агроекології УААН, м. Київ,

провідний науковий співробітник

доктор сільськогосподарських наук, професор,

член-кореспондент УААН

Черенков Анатолій Васильович,

Інститут зернового господарства УААН,

м. Дніпропетровськ, заступник директора

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра ґрунтознавства та охорони ґрунтів,

м. Київ

Захист дисертації відбудеться 30 червня 2006 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.804.02 в Дніпропетровському державному аграрному університеті за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25, корпус 1, конференцзал (ауд. 342).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпропетровського державного аграрного університету за адресою 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25.

Автореферат розісланий 29 травня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат с.-г. наук, доцент Мицик О.О

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Необхідність повернення у господарське використання порушених гірничими розробками земель передбачена Земельним кодексом та Законом України “Про охорону земель”. Технологія рекультивації порушених земель у деяких ситуаціях передбачає можливість створення спеціальних моделей едафотопів без використання родючого шару ґрунту з потенційно родючих розкривних гірських порід, найбільш поширеними з яких в Степу України є лесові відклади. При відкритих (кар’єрних) розробках вони найбільш часто формують поверхню відвалів і стають об’єктами біологічного освоєння. Тому при сільськогосподарському освоєнні порушених земель актуальним є агроекологічне обґрунтування можливості господарського використання штучного едафотопу, сформованого з лесових відкладів, а також розробки елементів технології створення агрофітоценозів, які найбільш адаптовані до специфічних едафічних та кліматичних умов південного Степу України, мають виражений фітомеліоративний вплив на лесові відклади та високу продуктивність.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною наукових досліджень кафедри ґрунтознавства та екології Дніпропетровського державного аграрного університету (НТП ”Родючість і охорона ґрунтів“ за темою ”Розробити технологію поліпшення родючості рекультивованих та еродованих земель шляхом створення довговегетуючих фітомеліоративних агроценозів“ (№ д. р. 0101U004233); НТП 01.04 "Охорона і відтворення земельних ресурсів" за темою "Технологія біологічного відновлення і підвищення родючості порушених гірничими роботами земель на ранніх етапах рекультивації у степовій зоні" (№ д. р. 0196U021023).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є агроекологічне обґрунтування раціональної моделі антропо-техногенного едафотопу, створеного із лесоподібних відкладень (без використання ґрунтової маси) для сільськогосподарській рекультивації земель, порушених відкритими розробками.

Для досягнення мети були поставлені такі задачі:

· Дати агроекологічну оцінку лесоподібним відкладенням як об'єкту освоєння і використання у сільськогосподарському виробництві;

· Дослідити динаміку складу та властивостей антропо-техногенного едафотопу, сформованого з лесоподібних відкладень, в процесі тривалого сільськогосподарського використання;

· Підібрати компоненти багаторічних трав для фітомеліоративних агрофітоценозів, які найбільш адаптовані до едафічних умов лесоподібних відкладень;

· Дослідити екологічні чинники, що впливають на динаміку щорічної продуктивності, якість та структуру врожаю багаторічних полікомпонентних бобово-злакових агроценозів, створених на лесоподібних відкладеннях, а саме:

o встановити оптимальне співвідношення компонентів при посіві, яке забезпечує найвищу продуктивність і фітомеліоративний вплив;

o встановити оптимальні параметри архітектоніки надземної частини фітоценозів, які забезпечують найбільш ефективне використання екологічних чинників;

o розробити заходи по подовженню продуктивного довголіття багаторічних агрофітоценозів;

o встановити якісні показники поживної цінності фітомаси агроценозів;

· Дослідити вплив найбільш перспективних видів бобових трав-фітомеліорантів на злакові компоненти при їх сумісному вирощуванні на лесоподібних відкладеннях;

· Вдосконалити енерго- та ресурсозберігаючу технологію створення і використання багаторічних фітомеліоруючих агрофітоценозів для господарського використання едафотопів з лесоподібних відкладень.

Об’єкт досліджень – антропо-техногенний едафотоп, представлений лесоподібними відкладами; багаторічні бобово-злакові агроценози.

Предмет досліджень – динаміка едафічних властивостей лесоподібних відкладень при їх біологічному освоєнні; вплив фітоценотичних зв’язків та архітектоніки на продукційні процеси багаторічних бобово-злакових агроценозів.

Методи досліджень – польові, лабораторно-польові експерименти зі спостереженнями та порівняннями; лабораторно-аналітичні, вимірювально-вагові, розрахунково-порівняльні, математично-статистичні.

Наукова новизна. Вперше з агроекологічних позицій зроблена комплексна оцінка лесоподібних відкладів як субстратів для формування антропо-техногенних едафотопів при рекультивації порушених земель; досліджена динаміка їх складу і властивостей при тривалому сільськогосподарському використанні; доведена можливість створення продуктивних кормових угідь на лесоподібних суглинках без покриття їх шаром родючого ґрунту.

Розширено уявлення про родючість та можливості ефективного господарського використання потенційно-родючих гірських порід при біологічній рекультивації порушених земель.

Для умов південного Степу України екологічно обґрунтована і удосконалена технологія створення та вирощування багаторічних бобово-злакових агрофітоценозів на рекультивованих землях, представлених лесоподібними відкладеннями, яка відрізняється високою щорічною продуктивністю фітомаси, поживною цінністю, низькими витратами ресурсів, вираженим позитивним впливом на родючість антропо-техногенного едафотопу.

Одержало подальшого розвитку дослідження фітоценотичного взаємовпливу бобових та злакових рослин при їх сумісному вирощуванні.

Практичне значення одержаних результатів. Виробництву запропонована модель едафотопу з лесоподібних відкладень: а) на час стабілізації поверхні спланованих відвалів до покриття їх шаром родючого ґрунту (протягом 15-25 років); б) для повернення у господарське використання порушених площ, для рекультивації яких не вистачає ґрунтової маси (території, які до порушення були сильно еродовані, засолені, заболочені та ін.).

Впровадження у виробництво розробленої технології вирощування багаторічних бобово-злакових агрофітоценозів на лесоподібних відкладеннях дозволяє одержувати протягом перших п’яти років використання 25,3-50,9 ц/га сіна, а також підвищує родючість едафотопу завдяки фітомеліоративним властивостям багаторічних трав.

Результати досліджень використовуються при розробці проектів біологічної рекультивації порушених земель, впроваджені на рекультивованих землях Нікопольського району Дніпропетровської області – в ПП “Катеринівське” та агрофірмі “Агросвіт”, а також у навчальному процесі при вивченні дисциплін “Ґрунтознавство з основами геології”, “Агроекологія”, “Охорона та відтворення родючості земель”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійних досліджень дисертанта, що проводилися протягом 1997-2003 рр. Особисто автором виконані польові та лабораторні дослідження, проаналізована отримана наукова інформація, сформульовано висновки. Публікації за результатами досліджень видано автором одноосібно або у співавторстві.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідались на міжнародних науково-практичних конференціях “Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель” (Дніпропетровськ, 2001 р.), "Відновлення порушених природних екосистем" (Донецьк, 2002), на VI з’їзді українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків (Умань, 2002 р.), “Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання рекультивація, охорона” (Дніпропетровськ, 2003), “Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів” (Дніпропетровськ, 2003), міжнародній конференції із здоров’я ґрунтів “Soil Health: Exploring Opportunities for International Alliances” (Ітака, Нью Йорк, 2004), на з’їздах товариства агрономів США (Індіанаполіс, США, 2002, Сіетл, США, 2004), на 16-й міжнародній конференції товариства з відновлення порушених екосистем (Вікторія, Британська Колумбія, Канада, 2004), на щорічних наукових конференціях Дніпропетровського ДАУ (1997-2003 рр.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 наукових праць, з яких 6 – в спеціалізованих (фахових) виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, огляду літератури, опису природнокліматичних умов та методів досліджень, трьох розділів з описанням результатів власних досліджень, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел, додатків. Дисертаційна робота викладена на 203 сторінках тексту комп’ютерного набору, з яких 165 сторінок основного тексту. В роботі 41 таблиця, 11 малюнків та 6 фотографій. Бібліографія налічує 219 джерел, з них 36 латиницею. Додатки викладені на 15 сторінках.

Основний зміст роботи

Огляд літератури. В розділі приведений огляд основних напрямків і прийомів відновлення земель, порушених гірничодобувною промисловістю. Проаналізовано світовий досвід використання розкривних гірських порід як об’єкта біологічного (сільськогосподарського) освоєння, досліджені специфічні чинники, що можуть впливати на стійке функціонування агроекосистем на лесоподібних відкладеннях. На основі аналізу літературних джерел обґрунтовано напрямок, мету і задачі подальших досліджень.

Умови ТА МЕтодика досліджень

Польові досліди проводились на науковому стаціонарі з рекультивації земель Дніпропетровського державного аграрного університету поблизу м. Орджонікідзе Дніпропетровської області (Азово-Причорноморська південно степова провінція, 47є39’ N, 34є08’ E). Клімат – помірно-континентальний з недостатнім та нестійким зволоженням. Середньорічна температура повітря 9,8 (7,712,6)?С, сума атмосферних опадів 448 (317626) мм. Середньорічний ГТК – 0,6-0,8. Сума активних температур становить 3100-3200?С, тривалість безморозного періоду 160-190 днів. В геоботанічному відношенні район досліджень відноситься до зони справжніх степів і представляє собою перехідну зону від дернинно-злакової багаторізнотравної підзони до дернинно-злакової біднорізнотравної. Ґрунтовий покрив представлений в основному чорноземами південними повнопрофільними та різного ступеню еродованості.

Стаціонарні польові досліди з багаторічними полікомпонентними агрофітоценозами проводились згідно ”Методики проведення дослідів по кормовиробництву“ (1994). Облікова площа ділянок – 40 м2 при 5-кратній повторності. Попередник – чистий пар. Покривна культура горох+ячмінь на зелений корм. Агротехніка – загальноприйнята для Степу України. Сумарна норма висіву компонентів 7 млн. шт. схожого насіння на 1 га. Варіанти досліду відрізнялися як співвідношенням між бобовими і злаковими компонентами при сівбі (бобові/злаки), так і нормами висіву окремих компонентів:

· Варіант 1 (бобові/злаки, як 7/0): еспарцет піщаний (Onobrychis arenaria (Kit.) DC) ~2,3 млн./га + люцерна посівна (Medicago sativa L.) ~2,3 млн./га + буркун білий (Melilotus albus Medik.) ~2,3 млн./га;

· Варіант 2 (бобові/злаки, як 6/1): еспарцет піщаний ~2,0 млн./га + люцерна посівна ~ 2,0 млн./га + буркун білий ~2,0 млн./га + житняк вузькоколосий (Agropyron pectiniforme Roem. et Schult.) ~0,5 млн./га + стоколос безостий (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub) ~0,5 млн./га;

· Варіант 3 (бобові/злаки, як 5/2): еспарцет піщаний ~1,7 млн./га + люцерна посівна ~1,7 млн./га + буркун білий ~1,6 млн./га + житняк вузькоколосий ~1,0 млн./га + стоколос безостий ~1,0 млн./га;

· Варіант 4 (бобові/злаки, як 3,5/3,5): еспарцет піщаний ~1,2 млн./га + люцерна посівна ~1,2 млн./га + буркун білий ~1,1 млн./га + житняк вузькоколосий ~1,8 млн./га + стоколос безостий ~1,7 млн./га;

· Варіант 5 (бобові/злаки, як 0/7): житняк вузькоколосий ~3,5 млн./га + стоколос безостий ~3,5 млн./га.

У польовому досліді визначали продуктивність наземної маси фітоценозу ваговим методом. Ботанічний склад, структуру, ярусність, щільність (чисельність) пагонів, умови освітленості в агроценозах, а також динаміку цих показників у часі досліджували на ділянках площею 1 м2 у 10-ти кратній повторності по всіх варіантах. Умови освітленості визначали щорічно перед проведенням обліків врожайності та структури агрофітоценозів за методикою Ewel та Benedict в модифікації Gliessman (2000). Повторність замірів – 30-кратна. Вертикальну структуру надземної частини агроценозів вивчали за методикою Ларіна та Годлевської в модифікації Сабардіної і ін. (1967).

Склад та властивості едафотопу з лесоподібних суглинків досліджували на глибину до 1 м через кожні 20 см. Визначали: гранулометричний склад (ГОСТ 5180-84), щільність складення (ГОСТ 5180-84), щільність твердої фази (ГОСТ 5180-84), рН водної витяжки (ГОСТ 26423-85), суму обмінних основ (ГОСТ 27821-88), загальний азот (ГОСТ 26107-84), рухомий фосфор (ГОСТ 26205-91), обмінний калій (ГОСТ 26207-91), гумус (ГОСТ 26213-91).

Математична обробка даних польових дослідів проводилася методом дисперсійного аналізу по Доспєхову (1985) з використанням програми SPSS 8.0.

Вміст водорозчинних вуглеводів, сирої клітковини, лігніну, білку, азотовмісних сполук та золи проводили за Разумовим (1982). Вміст мікроелементів та важких металів – методом полум’яної фотометрії в солянокислій витяжці на спектрофотометрі С-302 за Розумовським (1972).

Дослідження ефективності сумісного вирощування бобових і злакових рослин проводили у спеціальних модулях діаметром 1200 і висотою 1500 мм, об’єм яких заповнювали потенційно-родючими гірськими породами, відібраними з борту кар’єру. Дослідними бобовими культурами були люцерна посівна (Medicago sativa L.), еспарцет піщаний (Onobrychis arenaria (Kit.) DC) та буркун білий (Melilotus albus Medik.), кожна з яких висівалась окремо у центрі модуля на площі діаметром 20 см. Одночасно по периферії модуля засівали злаковий компонент райграс високий (Arrhenatherum elatius (L.) J. Et Presl). Після сходів залишали по 5 бобових рослин. Протягом вегетації проводили фенологічні спостереження та визначали біометричні показники. Облік надземної вегетативної маси (г/дм2) і динаміки висоти (см) злакового компоненту проводили через кожні 10 см залежно від відстані до бобового компоненту (0-10; 10-20; 20-30; 30-40 см). Повторність обліків – 4-разова. Надземну масу доводили до повітряно-сухого стану і визначали продуктивність ваговим методом.

Агроекологічні чинники, що визначають придатність лесових відкладів для біологічного освоєння і сільськогосподарського використання рекультивованих земель

Склад і властивості лесоподібних суглинків в місцях їх природного залягання. В розділі приводиться характеристика лесоподібних відкладень як об’єкту сільськогосподарського освоєння та використання на основі аналізу літературних джерел і власних досліджень. 5-27-метрова товща лесоподібних відкладів Нікопольського марганцеворудного басейну неоднорідна і має 2-4 яруси, які розмежовуються шаром палеогрунтів. Їх гранулометричний склад змінюється від легкосуглинкового в другому ярусі (глибина відбору зразків 4,3-5,7 м) до легкоглинистого в третьому (глибина відбору зразків 6,5-8,5 м). Найбільшу питому вагу в лесоподібних відкладеннях мають сполуки кремнію (60,464,3 %). Через нерозчинність у воді та кислотах вони не впливають на агрохімічні властивості відкладень, однак їх вплив на фізичні властивості є визначальним. Сумарний вміст Fe2O+Al2O складає від 11,4 в суглинку жовто-бурому до 15,4 % в суглинку червоно-бурому. За вмістом К, Ca, Mg, Fe, S, Na лесові відклади є достатньо забезпеченими для вирощування сільськогосподарських культур. За вмістом рухомих форм калію відкладення наближуються до середньо- та сильно-змитих зональних ґрунтів. Однак вміст рухомого фосфору в 10-15 разів нижче оптимальних для рослин значень, а доступні для рослин форми азоту в лесоподібних відкладеннях майже відсутні. Вміст органічної речовини складає 0,200,39 %; СаСО3 –7,6913,79 %; легкорозчинних солей – від 0,08 до 1,07 %; ємності поглинання –11,128,32 мг-екв./100 г. породи; рНводн –7,37,5.

Таким чином, лесоподібні відклади Нікопольського марганцеворудного басейну у їх корінному заляганні є неоднорідними за складом і властивостями. Основними чинниками, що обмежують сприятливі умови для вегетації більшості культурних рослин, є низькі запаси азоту і фосфору, а також підвищений вміст водорозчинних солей у третьому ярусі. Можливість сільськогосподарського освоєння і використання едафотопів з лесоподібних суглинків пов’язано з впровадженням спеціальних агрофітоценозів, які складаються з азотфіксуючих солевитривалих видів.

Динаміка едафічних властивостей технозему з лесоподібних суглинків при тривалому сільськогосподарському освоєнні. При гірничих роботах перемішуються різноякісні яруси лесоподібних відкладень, результатом чого є деяка їх гомогенізація. Для дослідження змін складу та властивостей едафотопу з лесоподібних суглинків за 30-річний період сільськогосподарського освоєння були використані едафічні характеристики первинно сформованих едафотопів, які приведені у роботах М.Д. Горобця (1975) та М.Т. Масюка (1989). Тривале (19732003 рр.) сільськогосподарське використання лесоподібних суглинків обумовило такі зміни (табл. 1):

· збільшення вмісту органічної речовини у орному шарі (0-20 см) з 0,45 до 1,05 %, тобто в 2,3 рази у порівнянні з первинним вмістом. У шарі 20-60 см вміст гумусу збільшився на 0,21-0,34 %; глибше суттєвого накопичення гумусу не виявлено.

· підвищення вмісту загального азоту (на 61-103 %) та доступних форм фосфору (на 10-22 %) в залежності від глибини відбору зразка. Це можна пояснити інтенсивним біологічним колообігом елементів-біофілів, фітомеліорацією переважно багаторічними бобовими травами.

· перерозподіл легкорозчинних солей по профілю. Верхній кореневміщуючий шар (060 см) едафотопу став незасоленим (0,130,22 %), глибше слабозасолений (0,310,37 %).

· щільність складення в шарі 0-10 см у посівах багаторічних трав 4-го року вегетації становила 1,26 г/см3, що на 0,15 г/см3 більше у порівнянні з первинно сформованим едафотопом. З глибиною вона збільшувалася до 1,51-1,52 г/см3.

· Шпаруватість залежала від глибини і була в межах 47,3-57,2%, що відповідає оптимальним показникам для зонального ґрунту.

1. Динаміка складу та властивостей лесоподібних суглинків при їх сільськогосподарського освоєнні та використанні

Шар, см | Щільність, г/см3 | Вміст ”фізичної глини“, % | рНвод | Сухий залишок, % | Вміст СаСО3, % | Вміст гумусу, % | Ємність поглинання, мг-екв 100 г породи | Вміст макроелементів

загальний N, % | Р2О5, мг/кг | К2О, мг/кг

1973 рік (після формування поверхні дослідного поля)*

0-20 | 1,09 | 45,55 | 7,48 | 0,27 | 10,12 | 0,45 | 18,05 | 0,039 | 14,1 | 192

20-40 | 1,18 | 45,32 | 7,31 | 0,26 | 9,08 | 0,38 | 17,47 | 0,028 | 13,5 | 148

40-60 | 1,24 | 47,30 | 7,45 | 0,45 | 7,75 | 0,31 | 18,01 | 0,021 | 14,0 | 134

60-80 | 1,28 | 45,20 | 7,35 | 0,42 | 9,02 | 0,38 | 17,24 | 0,031 | 10,4 | 300

80-100 | 1,30 | 48,24 | 7,43 | 0,30 | 9,43 | 0,31 | 18,35 | 0,018 | 12,2 | 228

1989 рік **

0-20 | 1,21 | 45,13 | 7,34 | 0,19 | 9,64 | 0,86 | 21,67 | 0,054 | 16,3 | 214

20-40 | 1,30 | 45,16 | 7,21 | 0,21 | 9,94 | 0,51 | 20,31 | 0,043 | 15,6 | 164

40-60 | 1,33 | 46,05 | 7,46 | 0,26 | 9,86 | 0,41 | 19,90 | 0,027 | 14,7 | 153

60-80 | 1,42 | 45,67 | 7,31 | 0,39 | 10,16 | 0,36 | 17,63 | 0,021 | 12,9 | 265

80-100 | 1,44 | 47,43 | 7,24 | 0,41 | 10,29 | 0,33 | 17,78 | 0,021 | 12,6 | 236

2003 рік

0-20 | 1,26 | 45,24 | 7,23 | 0,13 | 9,27 | 1,05 | 23,56 | 0,069 | 17,2 | 235

20-40 | 1,31 | 46,39 | 7,29 | 0,18 | 9,79 | 0,65 | 22,42 | 0,057 | 16,7 | 186

40-60 | 1,35 | 45,62 | 7,36 | 0,22 | 9,61 | 0,59 | 21,67 | 0,044 | 15,1 | 173

60-80 | 1,51 | 45,97 | 7,39 | 0,31 | 9,98 | 0,43 | 18,64 | 0,034 | 13,9 | 269

80-100 | 1,52 | 46,31 | 7,24 | 0,37 | 10,65 | 0,36 | 18,03 | 0,029 | 13,4 | 267

* За даними М.Д. Горобця (1975); ** За даними М.Т. Масюка (1989)

Екологічне обґрунтування агрофітоценозів, адаптованих до специфічних умов ЕДАФотопів з лесоподібних суглинків

На основі аналізу результатів попередніх досліджень з самозаростання відвалів лесоподібного суглинку (Масюк, 1974, Бондар, 1975), розробки фітомеліоративних сівозмін (Петренко, 1984) та технологій вирощування агроценозів в постфітомеліоративний період (Забалуєв, 1992), досліджень з бобовими та злаковими травами на розкривних породах (Забалуєв, 1984, Ries, Nilson, 2000), робіт з вивчення екологічної та фітоценотичної стійкісті і стабільністі бобово-злакових агрофітоценозів, підбору компонентів з різними екологічними вимогами та біологічними особливостями, з різними механізмами пристосування до умов середовища та фітоценотичною сумісністю (Зінченко, 1991, Квітко, 1998, Sleugh, Moore, 2000, Posler, Lenssen, 1993), нами підібрані бобові та злакові компоненти агрофітоценозу, адаптовані до специфічних едафічних умов лесоподібних суглинків, а також до кліматичних умов зони. Це люцерна посівна (Medicago sativa L.), еспарцет піщаний (Onobrychis arenaria (Kit.) DC), буркун білий (Melilotus albus Medik.), житняк вузькоколосий (Agropyron pectiniforme Roem. et Schult.), стоколос безостий (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub). Вибрані нами види характеризуються порівняно високою продуктивністю, мають більш широкі механізми саморегуляції та пристосованості до екологічних умов (пластичність, довголіття, холодостійкість, розвинена коренева система, співвідношення надземної і підземної частин на користь підземної та ін.) в порівнянні з іншими багаторічними та однорічними культурами.

Дослідження ефективності сумісного вирощування бобових і злакових рослин. З теоретичної і практичної точок зору створення бобово-злакових багаторічних агрофітоценозів важливе значення має фітоценотичний підбір бобових і злакових компонентів для їх сумісного вирощування.

Вивчення впливу найбільш адаптованих бобових видів багаторічних трав на злакові при сумісному вирощуванні у модельному досліді показало, що всі види бобових позитивно впливають на продуктивність злаків (табл. 2).

2. Продуктивність (г/дм2) та висота (см) рослин райграсу в залежності від відстані до бобових рослин

Бобові | Показник | Відстань від бобових, см

0–10 | 10–20 | 20–30 | 30–40

Medicago sativa L. | г/дм2 | 3,92 | 1,61 | 1,64 | 1,41

см | 23,3 | 20,5 | 18,0 | 15,8

Onobrychis arenaria (Kit.) DC | г/дм2 | 5,31 | 3,44 | 2,41 | 1,77

см | 34,7 | 32,5 | 25,8 | 21,3

Melilotus albus Medik. | г/дм2 | 3,80 | 3,38 | 1,91 | 1,26

см | 28,0 | 24,6 | 19,0 | 16,8

Продуктивність | НСР05 = 0,84 г/дм2

Висота | НСР05 = 2,67 см

Про це свідчать їх біометричні показники залежно від відстані між бобовою і злаковою рослинами: чим ближче знаходились злаки до бобових рослин, тим вони мали більшу висоту, кращі темпи росту і вищу продуктивність. На наш погляд, це пов’язано з використанням злаковими рослинами азотистих сполук, що виділяють кореневі системи бобових. Причому практично безазотисті лесоподібні суглинки є вдалими тестами для вивчення цього питання. Кращі умови для злаків формувались у досліді з еспарцетом. Це можна пояснити особливостями будови його кореневої системи вона більш розгалужена і поверхнево розташована у порівнянні з кореневою системою люцерни (Узбек, 2001).

Таким чином, експериментально доведено ефективність сумісного вирощування бобових і злакових трав при біологічному використанні лесоподібних суглинків у якості антропо-техногенного едафотопу.

обґрунтування технології створення багаторічних бобово-злакових агроценозів ДЛЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИкОРИСТАННЯ лесоподібних відкладень

Вплив співвідношення бобових та злакових компонентів складного агрофітоценозу на його структурну організацію та урожайність. Попередніми дослідженнями (Забалуєв, 1992) було встановлено, що при однаковому співвідношенні норм висіву бобових і злакових компонентів вже з четвертого року вегетації домінування переходить до злакових трав, що спричиняє різке зниження як загальної продуктивності агроценозу, так і зменшення фітомеліоративного впливу на освоювані едафотопи. Тому завданням досліджень було встановлення такого співвідношення між бобовими і злаковими травами, при якому б якнайдовше домінували бобові фітомеліоранти, агроценоз мав довговічну продуктивність та високі поживні якості продукції.

Експериментально встановлено, що співвідношення норм висіву бобових і злакових компонентів при сівбі має суттєвий вплив на продуктивність бобово-злакових агрофітоценозів протягом усіх років спостережень (табл. 3). Причому лише за рахунок перерозподілу норм висіву щорічно (на II-V роки життя) можна додатково отримувати до 6,9-25,7 ц/га повітряно-сухої надземної фітомаси. Варіанти, які складались лише з бобових і лише зі злакових трав значно уступали за рівнем продуктивності бобово-злаковим полікомпонентним агроценозам.

Найвища врожайність фітоценозу як по рокам вегетації, так і за весь період дослідів зафіксована при співвідношенні бобові : злаки як 6 : 1 (варіант 2). Тобто, частка злакових трав при сівбі складала лише близько 15 %. У такому агроценозі бобові компоненти значно довше домінують, що обумовлює не тільки більш високу продуктивність та її поживну цінність, але й вищу ґрунтоутворюючу здатність.

У перші три роки вегетації бобово-злакових агроценозів домінували бобові компоненти. Їх частка у формуванні надземної маси найсуттєвішою була на другому році вегетації 62,4-87,2% залежно від варіанту досліду. У подальшому вона зменшувалась: на третьому році до 48,4-78,5%, на четвертому до 14,6-26,5%, на п’ятому – до 3,9-10,8%. Зменшення частки бобових компонентів супроводжувалось зниженням врожайності агрофітоценозу.

3. Врожайність створених на лесоподібних відкладеннях багаторічних складних фітоценозів, в залежності від співвідношення норм висіву компонентів, ц/га повітряно-сухої маси (середнє з 3 років)

Варіант | Співвідношення

бобові : злакові

при сівбі, млн. схожих насінин/га | Рік життя

II | III | IV | V

1 | 7 : 0 | 36,2 | 43,7 | 24,9 | 18,5

2 | 6 : 1 | 39,0 | 50,9 | 30,4 | 25,3

3 | 5 : 2 | 35,3 | 42,0 | 25,2 | 23,9

4 | 3,5 : 3,5 | 30,3 | 31,7 | 23,3 | 23,0

5 | 0 : 7 | 26,9 | 25,2 | 20,9 | 18,4

НІР05, ц/га | 2,2-2,7 | 2,0-3,5 | 2,2-3,0 | 2,2-3,1

Наявність різнотрав’я в агрофітоценозах значною мірою змінювалася в процесі їх розвитку. Фітомаса різнотрав’я була найнижчою в перший рік створення агроценозу під покривною культурою (0,4 %), найвищою – на п’ятому році вегетації 16,7 %. Тобто, старіння фітоценозу обумовлює збільшення частки різнотрав’я у формуванні фітомаси. Найменша маса різнотрав’я зафіксована у варіанті 2.

При дослідженні щільності пагонів було виявлено подібну тенденцію, як з продуктивністю. Динаміка загальної щільності травостою та окремих компонентів наведена в рис. 1. В варіантах, які включали в себе бобові та злакові компоненти, цей показник досяг вищого значення на третій рік життя агроценозу в варіанті 4. Причому 41,7 % складали пагони бобових компонентів, 55,6 % – злаків, 2,6 % – різнотрав’я.

Архітектоніка надземної частини фітоценозів формувалась залежно від співвідношення бобових та злакових компонентів та віку. Встановлено, що зміною норм висіву компонентів агрофітоценозу можливо формувати оптимальну архітектоніку травостою, яка забезпечує ефективне використання світла. На другому році вегетації у нижньому (0-30 см) ярусі було сконцентровано в залежності від варіанту 51,7-65,6 % надземної фітомаси. Через 3 роки відбувся перерозподіл по ярусам фітомаси агрофітоценозу. При цьому в ярусі 0-30 см формувалось вже 61,9-69,1 % від усієї надземної фітомаси. Зменшення частки бобових компонентів в травосуміші обумовлює збільшення запасів фітомаси в нижніх ярусах, особливо при домінуванні житняку вузькоколосого. При домінуванні стоколосу безостого формується оптимальна вертикальна структура агроценозів (рис. 2 та 3).

Рис. 1 Співвідношення кількості пагонів бобових і злакових компонентів та різнотрав’я в структурі надземної маси агроценозу, створеного на лесоподібному суглинку, в залежності від норм їх висіву (%, середнє за 3 роки)

Отже, співвідношення між бобовими та злаковими компонентами впливає на ефективність використання сонячного світла, особливо у середніх та верхніх ярусах травостою. При співвідношенні компонентів бобові : злакові як 6 : 1 млн. насінин/га (варіант 2) та бобові : злакові як 5 : 2 млн. насінин/га (варіант 3) у порівнянні з варіантом 1 (суміш бобових трав), освітленість в ярусах 40-100 см була меншою на 2-18,6 %. Тобто, введення злакових трав у агроценоз сприяє кращому розподілу світла у середньому та нижньому ярусах. При аналізі розподілу світла у агрофітоценозах, насичених злаками (варіанти 4 та 5), відмічено зменшення ефективності його використання у верхніх ярусах, починаючи з 20-40 см від поверхні едафотопу.

Варіанти 4 та 5 характеризуються більшою інтенсивністю освітлення на рівні ґрунту – відповідно 11,4 та 20,2 %, при її збільшенні до 21,1 та 40,7 % на висоті лише 20 см над ґрунтом. Така закономірність спостерігається й у середніх та верхніх ярусах травостою. Менш ефективне використання світла травостоєм, а також незначне затінення ґрунту у варіантах 4 та 5 призводить до пересихання та більшого нагрівання поверхні субстрату, більшої забур’яненості агроценозів, що погіршує їх цінність при господарському використанні та зменшує фітомеліоративний вплив на освоювані лесові відкладення.

Азотні дотації як екологічний чинник впливу на структурну організацію, продуктивність та довголіття старовікових агрофітоценозів. Через значне зниження врожайності та частки бобових компонентів з 5-го року вегетації агроценозів проводили ранньовесняні підживлення аміачною селітрою, які сприяли значному підвищенню продуктивності агроценозів (табл. 4).

4. Продуктивність бобово-злакових агроценозів 5-го та 6-го років життя залежно від норми ранньовесняних підживлень аміачною селітрою, ц/га

Варіант | Роки вегетації

5-й | 6-й* | 6-й (післядія)

ц/га | % | ц/га | % | ц/га | %

Без добрив (контроль) | 23,9 | 100 | 18,0 | 100 | 18,0 | 100

N30 | 35,1 | 147 | 26,8 | 149 | 19,9 | 111

N45 | 41,8 | 175 | 33,5 | 186 | 23,1 | 128

N60 | 46,7 | 195 | 36,1 | 201 | 26,2 | 146

N90 | 49,8 | 208 | 37,6 | 209 | 31,1 | 173

НІР05, ц/га | 3,37 | 2,12 | 2,45

Найвища оплата врожаєм внесених добрив отримана на варіанті з підживленням травосумішей 5-6-го років життя азотом у дозі 45 кг д.р./га і вона становила 0,4 та 0,34 ц сіна на внесений 1 кг д.р. азоту. Статистично достовірної прибавки продуктивності при збільшенні дози азоту з 60 до 90 кг д.р./га не виявлено. Найбільша післядія підживлення на наступний рік отримана при внесенні аміачної селітри в дозі 90 кг д.р./га.

При внесенні азоту, частка бобового компоненту в структурі врожаю надземної маси зменшується (табл. 5). Особливо це проявилося в агроценозі 5-го року життя: частка бобових рослин зменшилася з 17,8 % (4,3 ц/га) на варіанті без внесення азоту до 6,1 % (3,0 ц/га) при внесенні 90 кг д.р./га; частка ж злакових рослин у врожаї зросла з 77,0 % (18,4 ц/га) до 91,6 % (45,7 ц/га) відповідно. В першу чергу зростає частка стоколосу безостого завдяки його більшій мобільності. Найістотніше зменшення частки бобових рослин внаслідок післядії підживлення відмічено у варіантах з внесенням 60 та 90 кг д.р./га азоту (в 2-2,4 рази у порівнянні з контролем).

Якісні показники надземної фітомаси бобово-злакових агрофітоценозів залежно від способу їх створення. При аналізі вмісту білків та азотовмісних сполук встановлено, що в усіх варіантах при зниженні частки бобових компонентів зменшується вміст азотовмісних сполук і білків. При цьому найбільшу кількість азотовмісних сполук та білків міститься в фітомасі у варіанті 1 протягом усіх років вегетації 17,4-15,6 та 14,5-12,8 % відповідно. При оцінці цього показника за 20-бальною шкалою (Крищенко та ін., 1983) встановлено, що на другому році вегетації за кількістю азотовмісних сполук на всіх варіантах, в склад яких входили бобові компоненти, мали 20 балів. Варіант з суміші злаків оцінено в 9 балів і ця оцінка не змінювалася протягом усієї вегетації. Бальна оцінка вмісту азотовмісних сполук в надземній фітомаси в першому варіанті не змінилася при старінні фітоценозу. На третій рік життя через зниження частки бобових компонентів, що забезпечують високий збір азотовмісних сполук, загальна оцінка по варіантах 2-4 знизилася до 16 балів. З цієї ж самої причини на четвертий рік життя також зафіксовано зниження оцінки за цим показником до 12 балів в варіанті 2 та до 9 балів в варіантах 3 та 4. На п’ятий рік життя варіанти 2-5 отримали оцінку в 9 балів, кількість азотовмісних сполук наблизилася впритул до середньозваженого вмісту в злакових компонентах.

5. Частка бобового і злакового компонентів у структурі врожаю бобово-злакових агроценозів при застосування ранньовесняних підживлень, %

Варіант | Рік вегетації

5-й | 6-й | 6-й (післядія)

бобові | злаки | бобові | злаки | бобові | Злаки

Без добрив | 17,8 | 77,0 | 4,3 | 88,9 | 4,3 | 88,9

N30 | 15,2 | 79,9 | 2,2 | 90,5 | 4,0 | 89,1

N45 | 11,9 | 85,9 | 1,8 | 92,5 | 3,2 | 92,3

N60 | 8,1 | 89,5 | 1,1 | 93,1 | 2,1 | 92,9

N90 | 6,1 | 91,6 | 1,0 | 94,0 | 1,8 | 93,1

Як показали наші дослідження, в цілому, просліджується подібна до кількості азотовмісних сполук тенденція і з накопиченням білків та співвідношенням білки : азотовмісні сполуки як по роках життя агроценозів, так і по варіантах. Вміст цукрів змінювався в межах 8,7-9,1 % і не залежав від варіанту та віку агрофітоценозу.

Вміст клітковини в надземній масі свідчить про те, що усі варіанти відрізняються порівняно невисокими показниками з незначними коливаннями в межах 24,6-27,3 % в залежності від співвідношення бобових і злакових компонентів при посіві та віку агроценозу. За цим показником усі досліджені варіанти мають досить сприятливі показники, що підтверджує їх високі кормові якості. Вміст лігніну в усіх варіантах становив 10,6-12,5 %, що менше граничної межі в 14 % (Плєшков, 1987), після якої різко понижується перетравність корму.

Встановлено зниження вмісту кормових одиниць та їх вихід з 1 га при старінні травосумішей на всіх варіантах (табл. 6).

6. Вихід кормових одиниць з бобово-злакових травосумішей, створених на лесоподібних суглинках, ц/га

Варіант | Співвідношення бобові : злакові при сівбі, млн. схожих насінин/га | Роки вегетації | Усього за 4 роки використання

другий | третій | четвертий | п’ятий

1 | 7 : 0 | 21,1 | 24,6 | 13,8 | 10,0 | 69,5

2 | 6 : 1 | 22,3 | 27,5 | 15,8 | 12,7 | 78,4

3 | 5 : 2 | 19,7 | 22,4 | 12,9 | 11,9 | 66,9

4 | 3,5 : 3,5 | 16,7 | 16,7 | 11,8 | 11,4 | 56,7

5 | 0 : 7 | 13,2 | 12,4 | 10,2 | 9,0 | 44,8

Вихід кормових одиниць знижувався при старінні агроценозів в 1,5-2,1 рази за чотири роки в залежності від варіанту. В найкращому варіанті 2 вихід кормових одиниць за 4 роки господарського використання становив 78,4 ц/га. При збільшенні долі злаків в структурі врожаю вихід кормових одиниць становив в залежності від варіанту від 13,2 до 21,1 ц/га.

Найбільше зниження виходу кормових одиниць з 1 га при старінні агрофітоценозу зафіксоване в варіанті 1. Найбільш суттєва різниця між варіантами за цим показником зафіксована на третій рік життя і становила 15,1 ц/га (55,1 % між варіантами 2 та 5). Збір кормових одиниць за 4 роки господарського використання травосумішей був більшим на 11,4-42,9 % в варіанті з найнижчою часткою злакового компоненту при посіві (варіанті 2).

Вміст золи в вивчених травосумішах коливався в межах 6,9-9,7 % в залежності від варіанту та року життя агроценозу. За вмістом золи та мінеральних елементів корми, отримані на всіх варіантах, відповідають зоотехнічним вимогам і не становлять небезпеки при годівлі тварин.

Висновки

В роботі обґрунтована технологія створення продуктивних кормових угідь безпосередньо на спланованих лесоподібних суглинках без покриття їх родючим шаром зонального ґрунту в умовах південного Степу України. Проведеними дослідженнями встановлено:

1. При сільськогосподарській рекультивації земель штучні едафотопи з лесоподібних суглинків можуть бути об’єктом освоєння і використовуватись як спеціальна модель рекультивованих земель, а також під час тривалого стабілізаційного періоду між розрівнюванням відвалів та нанесенням шару ґрунтової маси.

2. Сприятливий гранулометричний та хіміко-мінералогічний склад лесоподібних відкладів південного Степу України обумовлює їх задовільні водно-фізичні властивості. Основними едафічними чинниками, що ускладнюють використання лесоподібних суглинків при конструюванні антропо-техногенних едафотопів та обмежують ріст та розвиток рослин на них, є недостатній вміст гумусу та елементів живлення (перш за все азоту та фосфору), а також утворення ґрунтової кірки, інколи засолення нижніх горизонтів профілю, набухання та усідання при зміні вологості субстрату.

3. При тривалому сільськогосподарському освоєнні едафотопів з лесоподібних суглинків змінюються деякі їх властивості. Завдяки малому біологічному кругообігу та фітомеліорації бобовими травами збільшився вміст елементів живлення та гумусу. Найбільш інтенсивне накопичення гумусу зафіксовано в шарі 0-20 см – з 0,45 % до 1,05 %. Це становить близько 1/3 від його вмісту в зональних ґрунтах. Збільшився вміст валового азоту та доступного фосфору. Відбулося розсолення едафотопу по усьому профілю: в шарі 0-40 см лесоподібні суглинки характеризуються як незасолені, в шарі 40-100 см – слабо засолені. Відбулося ущільнення поверхневого шару під багаторічними травами. Не виявлено змін в гранулометричному складі та вмісту карбонатів кальцію.

4. Найбільш адаптованими до специфічних едафічних умов лесоподібних суглинків є багаторічні складні бобово-злакові агрофітоценози, які складаються з люцерни посівної, еспарцету піщаного, буркуну білого, житняку вузькоколосого та стоколосу безостого.

5. Виявлена ефективність сумісного вирощування багаторічних бобових і злакових трав на едафотопах, представлених лесоподібними суглинками. За ступенем впливу на продуктивність та темпи росту злакового компоненту бобові розподіляються наступним чином: еспарцет піщаний > буркун білий > люцерна посівна.

6. Найвищу врожайність, збір кормових одиниць та перетравних азотовмісних сполук на лесоподібному суглинку по роках життя та за весь період вегетації зафіксовано у варіанті 2 (з співвідношенням компонентів при посіві суміші з 6 млн. насінин /га бобових компонентів та 1 млн. насінин/га злаків).

7. З четвертого-п’ятого року вегетації урожайність агроценозу знизилась в залежності від початкової структури агроценозу на 22,1-31,2 та 24,1-48,9 % відповідно, що пояснюється зменшенням частки бобових компонентів та спрощенням структури надземної маси агрофітоценозу. Домінування переходить до злакових.

8. Встановлено вплив співвідношення бобових та злакових компонентів в різновікових агроценозах