ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Шевченко Михайло Семенович

УДК 632.51:632.954:631.51

НАУКОВЕ ОБГРУНТУВАННЯ СПОСОБІВ РЕГУЛЮВАННЯ ШКОДОЧИННОСТІ БУР’ЯНІВ В АГРОЦЕНОЗАХ ЗЕРНОВИХ І ОЛІЙНИХ КУЛЬТУР СТЕПОВОЇ ЗОНИ УКРАЇНИ

06.01.01 – загальне землеробство

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Дніпропетровськ – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті зернового господарства УААН протягом 1983-2003 рр.

Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук, професор,

академік УААН Лебідь Євген Макарович,

Інститут зернового господарства УААН, директор

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор

Храмцов Леонід Іванович, Дніпропетровський

державний аграрний університет, професор

кафедри рослинництва

доктор сільськогосподарських наук, старший

науковий співробітник Зуза Володимир

Серафимович, Інститут рослинництва

ім. В.Я. Юр’єва УААН (м. Харків), головний

науковий співробітник відділу рослинництва

і сортовивчення

доктор сільськогосподарських наук, професор

Борона Володимир Пантелейович, Інститут

кормів УААН (м. Вінниця), завідувач

лабораторії землеробства і захисту рослин

Захист відбудеться “28” вересня 2007 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.804.02 в Дніпропетровському державному аграрному університеті, 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Ворошилова, 25 (ауд. 342).

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

Автореферат розісланий “21” серпня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.О. Мицик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розробка цілісної системи боротьби з бур’янами – це важливий етап ефективного використання виробничих ресурсів та біологічного потенціалу нових сортів і гібридів, розширення впровадження грунтозахисних технологій вирощування зернових та олійних культур.

В значній мірі свідоцтвом недостатнього рівня такої системи є втрата стабільності виробництва зерна за останнє 20-річчя. Так, в середньому за період 1986-1990 рр. щорічні валові збори зерна в Україні становили 45 млн. т, а в наступні роки амплітуда коливань виробництва знаходилась в межах від 23 до 38 млн. т.

Така статистична характеристика виробництва базової рослинницької продукції стала результатом не тільки погіршення матеріально-технічного забезпечення сільського господарства, але й недостатньою науковою розробленістю необхідних заходів боротьби з бур’янами в сучасних технологіях вирощування сільськогосподарських культур. Сьогодні в ресурсному арсеналі знарядь для грунтозахисного обробітку багато якісно різних технічних рішень, а для знищення бур’янів на посівах рекомендовано 54 гербіциди під кукурудзу, 68 під озиму пшеницю і 38 під соняшник. Сортовий склад вирощуваних культур ще більший і згідно з Реєстром сортів рослин за 2005 р. включає 260 гібридів кукурудзи, 36 соняшника і 78 сортів озимої пшениці. Наведені виробничі ресурси потребують цілеспрямованого упорядкування їх господарської доцільності і наукового визначення шляхів найбільш ефективного використання.

Цільовий характер заходів в боротьбі з бур’янами слід розглядати як один з елементів точного землеробства.

На теоретичному рівні набули актуальності методичні питання, які сприяють розширенню можливостей наукового дослідження зростаючого асортименту засобів виробництва.

Дисертаційна робота присвячена розробці наукових проблем оптимізації заходів щодо створення сприятливих режимів грунтів та підвищенню продуктивності агроценозів шляхом посилення їх конкурентоздатності в різних системах землеробства, встановленню закономірностей формування фітоценозів бур’янів, регулюванню фітотоксичного режиму хімічного способу боротьби з ними при складному ступені засміченості зернових і олійних культур.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження за темою дисертації виконувались в межах державних науково-технічних програм та проектів – „Зерно” (1986-1990 рр.), „Продовольство-95” (1991-1995 рр.), „Зернові і олійні культури” (1996-2000 і 2001-2005 рр.). Складовою частиною дисертаційної роботи були наступні завдання науково-технічних програм:

„Розробити екологічно безпечну малогербіцидну технологію вирощування кукурудзи” – 1986-1990 рр., № державної реєстрації 01870077452; „Розробити ґрунтозахисну технологію вирощування кукурудзи і соняшника на основі чизельного обробітку грунту” – 1986-1990 рр., № державної реєстрації 01870042452;

„Розробити заходи боротьби з бур’янами в альтернативних технологіях вирощування зерна кукурудзи на основі екологічно оптимального використання пестицидів та без таких” – 1991-1995 рр., № державної реєстрації UA0100780Р;

„Розробити заходи інтенсивної боротьби з бур’янами в мало- і середньо витратних технологіях вирощування озимої пшениці, кукурудзи і ярого ячменю на чорноземах Степу України” – 1996-2000 рр., № державної реєстрації 0197U000101;

„Розробити зональні ґрунтозахисні енергозберігаючі системи обробітку грунту під зернові культури, які попереджують ерозію грунтів і сприяють раціональному використанню добрив” – 1996-2000 рр., № державної реєстрації 0197U000099;

„Встановити біологічну чутливість до гербіцидів нового покоління найбільш шкодочинних бур’янів і розробити заходи ефективної боротьби з ними в посівах кукурудзи та озимої пшениці з урахуванням агро типів засміченості” – 2001-2005 рр., № державної реєстрації UA0100782Р.

Мета і завдання дослідження. За мету досліджень ставилось обмеження розповсюдження і шкодочинності бур’янів системними заходами в агроценозах зернових та олійних культур в Степу, спираючись на нові способи обробітку грунту, адаптовані до типу забур’яненості гербіциди і агротехнічні заходи догляду за посівами, з врахуванням особливостей конкурентних відносин в посівах різної фітоценотичної стійкості та забезпечити умови для підвищення врожайності сільськогосподарських культур і ефективності виробництва.

Для досягнення поставленої мети ставились наступні завдання:

- встановити пошаровий рівень концентрації насіння і особливості формування фітоценозу бур’янів на різних видах консервуючого обробітку грунту;

- виявити вплив рослинних рештків на формування агрофізичного стану грунту та ефективність гербіцидів на темпи росту і розвитку кукурудзи;

- розробити принципи оцінки водоспоживання засміченими агроценозами та виносу основних поживних речовин компонентами біоценозу в залежності від фітозахисної ефективності систем боротьби з бур’янами;

- визначити критичні періоди конкурентних відносин в агроценозах на основі статистичного моделювання динаміки регресії при різному ступені засміченості посівів і тривалості антагоністичного взаємовпливу культур і бур’янів;

- встановити зміну видової структури фітоценозу бур’янів, його фітотоксичну резистентність та напрямки конструктивної трансформації під впливом систем і елементів землеробства в розрізі історичного періоду;

- розробити технологічні регламенти застосування нових формуляцій гербіцидів в посівах кукурудзи, соняшника, сої, озимої пшениці і визначити індивідуальну токсичність проти бур’янів степового екотипу;

- визначити роль заходів боротьби з бур’янами і ступеня засміченості посівів в біоенергетичному кругообізі, що включає виробничі ресурси та природний потенціал фізіологічно активної радіації і енергетичних запасів грунту;

- встановити рівень виробничих витрат та економічної ефективності заходів боротьби з бур’янами в залежності від культури, ступеня і типу засміченості та фітотоксичності гербіцидів.

Об’єкт дослідження. Процеси регулювання розповсюдження і шкодочинності бур’янів спрямовані на підвищення продуктивності агроценозів зернових і олійних культур за допомогою основного обробітку грунту, агротехнічних заходів догляду за посівами та нових гербіцидів, поглибленої оцінки процесів конкурентних відносин в агроценозах вирощуваних культур.

Предмет дослідження. Бур’яни в агроценозах зернових і олійних культур, чорнозем і його водно-фізичні властивості в степовій зоні України, гербіциди різного спектру фітотоксичної дії і способів застосування.

Методи дослідження. В процесі виконання роботи застосовували методи польових та лабораторних досліджень. Польові включали одно- і багатофакторні схеми, короткотермінові та стаціонарні експерименти. В них визначали вплив сівозмінного фактору, способів обробітку і гербіцидів на ступінь засміченості посівів, агрофізичні параметри грунту, процеси вологоспоживання, винос елементів живлення, продуктивність культур. Проводили дослідження впливу різних ґрунтообробних знарядь на вологість, щільність, об’ємну масу грунту, формування протиерозійної мульчі, динаміку розвитку бур’янів і конкурентноздатність зернових і олійних культур. Застосовували методи математичного моделювання водно-фізичних і агрохімічних процесів та біоенергетичного кругообігу в агроценозах. За допомогою лабораторних досліджень визначали вміст поживних елементів в рослинах сільськогосподарських культур і бур’янах. Статистичний – дисперсійний і кореляційний для визначення залежності між показниками, що вивчались.

Наукова новизна одержаних результатів. В процесі реалізації програми досліджень і аналізу одержаних результатів було вирішено ряд наукових та практичних проблем, які надали можливість вперше встановити закономірності розповсюдження і регулювання шкодочинності бур’янів в нових системах обробітку грунту і технологіях вирощування зернових і олійних культур.

Вперше в Україні визначені сезонні цикли розвитку фітоценозів бур’янів і рівень засміченості в полях сівозміни на фоні чизельного обробітку грунту і встановлений напрямок реструктуризації видового складу фітоценозів бур’янів під впливом тривалого застосування його в сівозміні.

Дістали подальшого розвитку дослідження впливу рослинних рештків зернових колосових культур, як фактору мікробіологічного та трофічного значення, на ефективність гербіцидів і продуктивність кукурудзи при локалізації їх в посівному шарі грунту.

Опрацьовано принципи оцінки водоспоживання фітоценозом бур’янів в засмічених агроценозах просапних культур, який дозволяє визначити вологозберігаючу ефективність заходів боротьби з бур’янами.

Обчислено за допомогою моделі рівняння прямолінійної регресії коефіцієнти регресії щодо зниження обсягів продуктивного використання вологи і поживних речовин на основі прогнозованого діапазону засміченості посівів.

Розроблені регламенти використання нових гербіцидів грунтової та вегетативної дії (тітус, базис, хармоні, мерлін, кросс, харнес новий, банвел 4С, фронт’єр) для застосування на посівах колосових зернових культур, кукурудзи та соняшника, які стали основою рекомендацій для ведення землеробства в степовій зоні.

Визначено оптимальні бакові сумішки та технологічні поєднання нових грунтових і страхових гербіцидів, які забезпечують високий рівень технічної ефективності на широкому видовому спектрі бур’янів, що засмічують посіви кукурудзи, соняшника та озимої пшениці.

Встановлена особливість трансформації видового складу бур’янів залежно від систем землеробства, технологій вирощування та насичення культурами сівозміни, а також головні напрямки зниження засміченості посівів при впровадженні протиерозійного обробітку.

Запропоновано спосіб визначення потенційної біологічної ефективності гербіцидів в складних фітоценозах та математичну модель біоенергетичного кругообігу при вирощуванні сільськогосподарських культур залежно від факторів, що формують ступінь забур’яненості посівів, продуктивності агроценозів та досягнутого рівня родючості чорноземних грунтів.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі комплексних багаторічних досліджень розроблено та рекомендовано виробництву нові високоефективні прийоми регулювання шкодочинності бур’янів в посівах зернових і олійних культур. Впровадження способів знищення бур’янів у виробництво при різному основному обробітку грунту та фітоценотичному стані агроценозів дають можливість значно збільшити виробництво зерна та забезпечити високі економічні показники галузі, суттєво знизити потенційний рівень небезпеки втрат врожаю та значно покращати родючість грунтів і екологічну ситуацію.

За результатами проведеної автором оцінки біологічної ефективності гербіцидів та розробки їх регламентів застосування значна частина препаратів була представлена в рекомендаціях по вирощуванню кукурудзи, озимої пшениці, соняшника (2000, 2002, 2003 рр.). Матеріали дисертації стали складовою частиною науково-обгрунтованої системи ведення сільського господарства зони Степу та Дніпропетровської області (1988, 2005 рр.), а також до особливостей вирощування сільськогосподарських культур в окремі роки (1988-2005 рр.).

За підсумками впровадження комплексних заходів боротьби з бур’янами у виробництво врожайність зерна кукурудзи, озимої пшениці, соняшника і сої зросла на 14,3-29,1%, а прибутковість і рентабельність на 8,8-15,6%.

Особистий внесок здобувача. Автору особисто належить формування концепції і розробка програми досліджень, вибір і обґрунтування напряму роботи, планування експериментів та їх проведення в польових і лабораторних умовах, аналіз і наукове трактування результатів, внесення власних наукових положень до захисту дисертації, викладення матеріалів в публікаціях. Всі етапи науково-дослідних робіт, результати яких ввійшли до дисертації, проведені особисто автором або за його безпосередньої участі – визначення стану проблеми і питань в ній, що потребують вирішення, розробка робочих програм експериментів, підготовка рукописів наукових звітів і опублікованих праць, обґрунтування висновків і рекомендацій виробництву, проведення виробничої перевірки і впровадження розробок у практику агропромислового комплексу.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення і практичні рекомендації результатів досліджень, висвітлені в наукових працях автора, є складовою частиною концепції розвитку виробництва зерна в Україні на період до 2010 року, рекомендацій, зональних і регіональних науковообгрунтованих систем ведення агропромислового комплексу, які пройшли наукові дискусії та публічне обговорення. Позитивну оцінку результати науково-дослідних робіт одержали на Всесоюзних науково-технічних конференціях з проблем кукурудзи (Дніпропетровськ, 1985, 1987), з підвищення продуктивності рослинництва (Дніпропетровськ, 1999), на міжнародних наукових конференціях з питань земельних і продовольчих ресурсів та підвищення продуктивності рослинництва (Вінниця, 1996; Київ, 1996), раціонального використання еродованих земель (Дніпропетровськ, 2002) та транс генних рослин (Краснодар, 2002).

Протягом 1985-2004 рр. матеріали дисертаційної роботи систематично доповідались, розглядались і затверджувались на засідання вченої і науково-методичної рад Інституту зернового господарства.

Публікації. За результатами досліджень надруковано 44 статті у наукових журналах, що затверджені ВАК як фахові, 18 збірниках наукових праць, 12 робіт в матеріалах і тезах конференцій, 8 патентів, 17 рекомендацій виробництву.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 410 сторінках машинописного тексту й складається з вступу, восьми розділів, загальних висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних джерел (551 найменування, в т.ч. 41 іноземне), 47 додатків. Робота містить 84 таблиці і 16 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури. У розділі надається аналіз літературних джерел щодо підвищення ефективності засобів регулювання шкодочинності бур’янів, системного впливу сівозмінного фактору та способів обробітку на формування фітоценозів бур’янів, особливості фітотоксичної дії гербіцидів на окремі біогрупи і види бур’янів, а також закономірності конкурентних відносин в агроценозах та їх зв’язок з продуктивністю зернових і олійних культур.

Визначено, що формування ступеня і типу засміченості посівів сільськогосподарських культур є процесом багатосторонньої залежності від способів обробітку грунту, їх конкурентоспроможності, фітотоксичності і вибірковості дії гербіцидів.

Специфічність грунтово-кліматичних умов та різноманіття способів обробітку грунту і фітотоксичних характеристик обумовлює неоднозначні результати досліджень, що потребує проведення спрямованої адаптації окремих засобів контролю бур’янів до умов середовища. Встановлено, що агрофізичні властивості грунтів і структура фітоценозів бур’янів в посівах перебувають у стані мінливості, яка вимагає постійного корегування систем землеробства і значення окремих агроприйомів. Одержано докази можливості розширення впровадження ґрунтозахисних методів ведення землеробства за рахунок вдосконалення цільового підходу до застосування гербіцидів.

Аналіз підтвердив необхідність проведення досліджень по кожному з вказаних напрямків та розробки системи боротьби з бур’янами на базі нових агротехнічних та хімічних прийомів.

Умови і методика проведення досліджень. Основна частина польових експериментів за темою дисертації виконувалась в мережі дослідних станцій Інституту зернового господарства УААН (дослідному господарстві „Дніпро”, на Ерастівській, Красноградській та Ізмаїльській дослідних станціях) та аграрному товарному підприємстві „Первомайське” Синельниківського району Дніпропетровської області. За грунтово-кліматичною класифікацією території експериментальної бази проведених досліджень відносяться до північного та південно-західного Степу України, і за комплексом агрокліматичних умов відповідають їх типовим характеристикам.

Ґрунтовий покрив дослідних ділянок представлений в основному чорноземом звичайним мало гумусовим з потужністю гумусового горизонту 75-85 см. Гумусу в орному шарі – 3,8-4,5%, азоту, що легко гідролізується (за Тюриним) – 2,9-5,2, рухомого фосфору (за Чириковим) – 12,7-13,5 і обмінного калію (за Бровкиною) – 18,9-25,8 мг на 100 г сухого грунту. Реакція ґрунтового розчину нейтральна, рН водної витяжки коливається в межах 6-7. Обємна маса грунту в непорушеному стані в орному шарі у весняний період знаходиться в межах 1,05-1,15 г/см3.

Найменша вологоємкість по профілю до 150 см коливається в межах від 22,1 до 27,0%. При вологості грунту, яка відповідає найменшій вологоємкості в 0-150 см шарі запаси вологи становлять 467,9 мм. Враховуючи вологість стійкого вянення, непродуктивна частина вологи становить в цьому шарі грунту – 210,7 мм, а доступні для сільськогосподарських культур запаси досягають 257,2 мм. Грунтові води залягають на глибині 12 м.

Основним обмежувальним фактором серед кліматичних умов залишається низький гідротермічний коефіцієнт (0,6-0,8) який формується як результат хронічного дефіциту вологозабезпечення. Лише в окремі роки в гідротермічному балансі проявляється недостатня сума ефективних температур. Середня багаторічна сума опадів в північному Степу знаходиться в межах 485-520 мм і близько 2/3 їх припадає на теплий період. Середньорічна температура становить 8,4оС при – 4-8оС в січні на 21-23оС в липні. Період активних температур триває 200-300 днів.

Агрометеорологічне значення погодних умов в роки проведення досліджень відрізняється в більш значній мірі, ніж середньобагаторічні показники окремих регіонів. За роки досліджень половина (1991, 1995, 1996, 1997, 2000, 2001, 2002) перевищувала за кількістю опадів багаторічну норму. При цьому екстремальне перевищення, більш ніж в 1,5 рази, спостерігалося в 1996,2000,2001 роках, а недобір опадів більше 25% в 1986,1998,1999 рр. Закономірність динаміки температур полягала в тому, що теплозабезпеченість синхронно зростала при знижені кількості опадів.

Закладку і проведення польових дослідів проводили у відповідності з прийнятими методиками (1979,1980). При виконанні фітоценотичних досліджень і визначенні ефективності заходів боротьби з бурянами керувалися спеціальними методичними розробками (1969,1974,2001). Схеми досліджень наведені в розділах дисертації, в яких розкривається фізичний зміст варіантів. Площа облікових частин ділянок в залежності від завдань, організаційно-технічних параметрів та вимог статистичного обробітку результатів знаходилась в межах 25-150м2. Дози гербіцидів вказані за препаративною формою, Технологічні процеси вирощування зернових і олійних культур відповідали затвердженим зональним рекомендаціям.

Кількісно-видовий облік бур’янів проводили у фазі розвитку озимої пшениці, кукурудзи, соняшника і сої, які найточніше відображають критичні етапи конкурентних відносин в агроценозі. При проведені останнього обліку буряни зважували в сирому та повітряно-сухому стані. Для визначення критичних періодів конкурентних відносин, облік маси бурянів проводився по кожному виду окремо з відбором середньої проби для агрохімічного аналізу. Потенційну засміченість контролювали в орному шарі грунту за допомогою бура конструкції ВНДІ кукурудзи. Зустрічність бур’янів визначали за методикою Раункієра.

З метою всебічної оцінки явищ і процесів проводили фенологічні спостереження, визначення щільності, об’ємної маси і структурно-агрегатного складу грунту; проективного покриття поверхні ділянок органічними рештками культур; вмісту у грунті нітратного азоту, рухомого фосфору та обмінного калію; якісних показників зерна; моделювання корелятивних зв’язків; фазової динаміки конкурентних відносин і еволюційної мінливості фітоценозів бур’янів; економічний та біоенергетичний аналіз технологічних прийомів і складових частин агроценозів.

Достовірність і обєктивність одержаних результатів досліджень визначали методами статистичного аналізу (1979) та за допомогою компютерної програми „Statistica 5,0”.

Вплив сівозмінного фактору та систем обробітку грунту

на формування фітоценозу бур’янів

Проведені дослідження з питань впливу сівозміни та основного обробітку грунту показали, що системні заходи землеробства виступають базовим фактором формування ступеня і типу засміченості. Встановлено, що найбільш радикальним заходом зниження засміченості при освоєнні грунтозахисного обробітку грунту в п’ятипільній сівозміні (чорний пар – озима пшениця – кукурудза на зерно – ярий ячмінь – соняшник) залишається чорний пар. При проведенні різноглибинної полицевої оранки та чизельного обробітку в пару проростало 52,6-67,3% бур’янів від загальної їх кількості за ротацію сівозміни (рис. 1). При значно вищій засміченості в результаті консервую чого обробітку (993,2 шт./м2) порівняно з полицевою оранкою (478,5 шт./м2) завдяки чорному пару в наступних полях ступінь засміченості вирівнювався. В посівах культур сівозміни на фоні оранки проростало 242,5 шт./м2, а чизельного обробітку 259,8 шт./м2.

Як виявилося, найбільша потенційна небезпека зростання ступеня засміченості спостерігалася в посівах просапних культур (кукурудза, соняшник), де щільність бур’янів становила 180,2-186,6 шт./м2.

Способи основного обробітку грунту виявилися причиною трансформації структурно-видового складу фітоценозів бур’янів. Одним з елементів зміни складу бур’янів при проведенні системного консервуючого обробітку грунту стало зростання ролі як ценотичноутворюючого фактору однорічних двосім’ядольних та зимуючих і дворічних їх видів. При цьому на фоні чизельного основного обробітку грунту спостерігалося більш значне розповсюдження важковикорінюваних коренепаросткових бур’янів, сумарна кількість яких в сівозміні досягла 19,5 шт./м2 проти 11,2 шт./м2 при полицевій оранці.

Як важливу закономірність слід відзначити звуження видового різноманіття бур’янів протягом ротації сівозміни з 29-34 до 25-27 видів.

Враховуючи пропорційну залежність ступеня засміченості посівів від запасів насіння бур’янів у грунті встановлено особливості пошарової їх концентрації в оброблюваному шарі. Доведено, що при проведенні безполицевого обробітку грунту під кукурудзу в ланці сівозміни „чорний пар – озима пшениця – кукурудза” потенційна засміченість шару грунту 0-10 см становить 35 млн га, в той час як на полицевій оранці 46 млн га. Механізми міграції насіння бур’янів в ланці сівозміни „кукурудза молочно-воскової стиглості – озима пшениця – кукурудза на зерно” привели до зворотнього результату: найбільш активний 0-10 см шар грунту при сівбі кукурудзи на зерно містив 57 млн га, що на 42 млн га більше, ніж на оранці. Встановлені закономірності механізмів профільної міграції насіння бур’янів у грунті дозволять ефективно управляти процесами зниження ступеня засміченості.

Про консервативність потенційної засміченості та її уповільнену мінливість свідчать експериментальні дані, одержані при беззмінному вирощуванні кукурудзи протягом 3-х років на фоні різних способів основного обробітку грунту (табл. 1).

За умов застосування хімічного і агротехнічного способів боротьби з бур’янами в посівах кукурудзи, глибока оранка, плуг Мальцева, протиерозійний культиватор КПЕ-3,8 та нульовий основний обробіток грунту забезпечували зниження потенційної засміченості шару 0-30 см на 22,0-29,4%. При цьому не спостерігалося чіткого розмежування за рівнем очисної

ефективності між способами обробітку грунту. Завдяки інтенсивному протибур’яневому комплексу на всіх етапах їх розвитку аналогічна тенденція до зниження потенційної засміченості зберігалася в активній зоні проростання бур’янів (0-10 см). Проте, темпи зниження потенційної засміченості на фоні безполицевих видів обробітку грунту, які становили за трирічний цикл 7-14 млн га, не забезпечували досягнення мінімального рівня запасів насіння бур’янів (33 млн га), що склався за підсумком на полицевій оранці.

Таблиця 1

Вплив беззмінного вирощування кукурудзи і способів обробітку

грунту на потенційну засміченість, млн шт./га

Спосіб обробітку грунту | Глибина обробітку, см | Шар грунту, см | Роки | Середнє

1985 | 1986 | 1987

Оранка

полицева | 27-30 | 0-10

0-30 | 28

140 | 39

122 | 32

108 | 33

123

Плуг Мальцева | 27-30 | 0-10

0-30 | 51

143 | 38

117 | 37

101 | 42

120

КПЕ-3,8 | 12-14 | 0-10

0-30 | 59

139 | 49

122 | 46

107 | 51

123

Нульовий основний обробіток | 0-10

0-30 | 61

141 | 53

127 | 54

110 | 56

126

Одержана експериментальна аргументація засвідчує, що покращання фітосанітарного рівня при освоєнні грунтозахисних способів основного обробітку грунту потребує більш тривалого часу, ніж при проведенні традиційної оранки.

Вирішальним фактором в балансі кругообігу насіння бур’янів є ступінь засміченості посівів, який визначає рівень плодючості однорічних бур’янів і надходження його в грунт. Досягнення абсолютної відсутності бур’янів в посівах кукурудзи дозволяє знизити потенційну засміченість за вегетацію на 50,2 млн га, або 32,5%, а при відсутності заходів догляду за посівами вона зростала на 119,1 млн га, або 77,2%. Фітотоксичне пригнічення насіннєвої продуктивності бур’янів в результаті внесення грунтового гербіциду харнес 2,5 л/га сприяло зниженню потенційної засміченості на 28,4 млн га, або 18,4%. Виходячи з перевищення темпів поповнення запасів насіння бур’янів, за рахунок їх щорічного продукування, над зниженням вихідних показників, головна роль в системі підвищення фітосанітарних стандартів повинна належати прийомам знищення нових генерацій бур’янів.

Зміна агрофізичних та фізико-механічних властивостей грунту і його

фітосанітарного стану під впливом способів обробітку грунту

Проведені дослідження показали, що ступінь мінімалізації основного обробітку має інтегральну залежність від якості попередників, можливості чорноземів підтримувати оптимальні агрофізичні властивості для росту і розвитку кукурудзи та впливу агроприйомів на ступінь забур’яненості посівів.

Експериментально доведено принципове наукове положення про неоднозначність впливу способів обробітку грунту на урожайність кукурудзи в залежності від факторів, які формуються під впливом комплексу інших прийомів системи землеробства.

Поряд з грунтозахисним значенням рослинних решток встановлена негативна їх дія, яка проявляється через якість сівби, мікробіологічний фон та баланс поживних речовин. За відсутності рослинних решток озимої пшениці, яка досягалась шляхом їх вилучення з поля та спалювання, врожайність зерна кукурудзи при проведенні безполицевого глибокого обробітку грунту була на 1,9-3,4 ц/га вищою, ніж при наявності на поверхні поля 1,74 т/га органічної маси попередньої культури.

Вологорегулююча дія безполицевого обробітку грунту практично не залежала від ступеня мульчування. Запаси продуктивної вологи в 0-150 см шарі грунту знаходилися при наявності та видаленні рослинної органіки в межах 208-210 мм. Наведені результати свідчать про пріоритетність для водорегулювання агрофізичного стану чорнозему, який формується внаслідок способу механічної дії на грунт знарядь обробітку.

При поглибленні мінімалізації від полицевої оранки до нульового основного обробітку та від тимчасового впровадження мінімальних способів в сівозміні до беззмінного протягом 3-х років проявилися тенденції, які свідчать про недостатні природні ресурси чорноземів щодо здатності підтримувати оптимальні агрофізичні показники на основі саморегулювання.

Характеристика водно-фізичних властивостей чорнозему при одноразовому застосуванні таких способів основного обробітку як глибока полицева оранка, безполицеве розпушення на глибину 27-30 см та 12-14 см і нульовий засвідчила різний рівень вологозабезпеченості, щільності грунту і ступеня засміченості, які за сумою взаємодії приводили до зниження урожайності кукурудзи по мірі зниження інтенсивності обробітку. Сутність динаміки агрофізичних та фітосанітарних факторів проявилась на прикладі порівняння глибокого безполицевого розпушення і нульового основного обробітку грунту. Збільшення щільності грунту з 12,2 до 16,7 кг/см2 та ступеня засміченості посівів з 81,6 до 96,8 шт./м2, а також зниження продуктивних запасів вологи в 0-150 см шарі з 199 до 181 мм на фоні останнього стали причиною зменшення врожайності зерна кукурудзи на 0,29 т/га, або 4,9%.

Діапазон відновлювальних властивостей чорнозему важкосуглинкового виявився недостатнім для того, щоб підтримувати оптимальні агрофізичні показники при беззмінній мінімалізації основного обробітку грунту протягом 3 років. Фактор тривалості впровадження мілкого та нульового обробітку грунту в беззмінних посівах кукурудзи виявився важливим елементом регулювання агрофізичного стану чорнозему звичайного та зернової продуктивності кукурудзи.

Недостатня вологонакопичувальна здатність чорнозему при нульовому основному обробітку грунту привела до зниження вмісту продуктивної вологи на 16 мм відносно полицевої оранки, а також до більш суттєвого ущільнення ріллі, яке супроводжувалось зростанням твердості 0-30 см шару на 6,2 кг/см2 (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив беззмінного застосування різних способів обробітку

грунту на врожайність кукурудзи, 1986-1988 рр.

Спосіб обробітку грунту | Вологість грунту в

шарі

0-150 см,

мм | Щільність

грунту в

шарі

0-30 см,

кг/см2 | Кількість

рослин-них

рештків,

т/га | Забур’я-неність,

шт/м2 | Врожайність

зерна,

т/га

Оранка на 27-30 см | 176 | 12,6 | 0 | 57,8 | 5,16

Плуг Мальцева

на 27-30 см |

178 |

13,4 |

2,43 |

94,6 |

4,97

КПЕ-3,8 на 12-14 см | 163 | 16,3 | 2,84 | 102,5 | 4,49

Нульовий основний обробіток | 160 | 18,8 | 3,96 | 114,1 | 4,26

НІР 0,05, т/га 0,15-0,21

Окремі проблеми в грунті виникли у зв’язку із зростанням накопичення неакумульованої до гумусового стану органічної маси на поверхні поля. Кількість рослинних рештків на фоні нульового основного обробітку була вищою на 1,53 т/га порівняно з глибоким безполицевим розпушенням.

Посилювалася потенційна загроза втрати урожаю в результаті збільшення ступеня засміченості, який досягав на фоні відсутності догляду за посівами кукурудзи 114,1 шт./м2 проти 57,8 шт./м2 на полицевій оранці. Відмова від активного розпушення і заміна його на мілкий безполицевий та нульовий основний обробіток супроводжувалась зниженням врожайності зерна кукурудзи на 0,67-0,90 т/га.

В мілкоділянковому досліді розкриті стабільні закономірності зміни фізико-механічних властивостей чорнозему протягом вегетації кукурудзи в залежності від інтенсивності ущільнюючої дії ходових частин сільськогосподарської техніки. Моделювання процесів регулювання фізико-механічного стану грунту показало, що проведення механізованих операцій вирощування кукурудзи на фоні нульового основного обробітку грунту, починаючи з фази 6-7 листка до збирання врожаю, призводить до перевищення оптимальних показників щільності і досягає 24,2-39,3 кг/см2. Відсутність тиску ходових частин техніки на грунт при вирощуванні кукурудзи сприяла підтриманню чорнозему в менш ущільненому стані, що проявилося в зниженні щільності на 3,8-6,4 кг/см2 в другій половині вегетації порівняно з традиційною технологією. Парова ділянка в аналогічних умовах забезпечувала максимальне підвищення щільності (не більше 21,2-25,1 кг/см2), тобто на рівні, який не виходив за межі оптимального для кукурудзи.

Таким чином, в загальновизнану теорію рівновагового стану грунтів одержані результати досліджень вносять доповнення, яке полягає в тому, що оптимальні фізико-механічні показники чорнозему звичайного на фоні нульового обробітку можуть підтримуватись лише за умови виключення будь-якого впливу способів його ущільнення.

З огляду на науковообгрунтовані процеси функціонування класичних нульових агроценозів технічне втілення таких технологій має дві принципові моделі: пряма сівба сівалкою „Кіnzе” та комплекс „Amazone” на основі роторного культиватора. Пряма сівба за допомогою сівалки „Кіnzе” виявилася нездатною втримувати водно-фізичні показники грунту не тільки на рівні оранки і „Amazone”, але і в межах оптимальних нормативів. На такому фоні об’ємна маса грунту становила 1,52 г/см3, щільність – 27,8 кг/см2. Застосування посівного комплексу „Amazone” підтримувало об’ємну масу (1,28 г/см3) і щільність (9,9 кг/см2) грунту в значеннях, рівноцінних полицевій оранці. Необроблений на зяб грунт при застосуванні „Кіnzе” і „Amazone” значно повільніше акумулював вологу (156 мм) порівняно з глибокою полицевою оранкою (177 мм).

Вплив способів обробітку грунту на ступінь засміченості проявився в більш високому очисному ефекті полицевої оранки (93,8 шт./м2) і зростанні фонової щільності бур’янів при застосуванні „Кіnzе” (149,5 шт./м2) та „Amazone” (132,7 шт./м2).

Критичні періоди біологічної конкуренції вирощуваних

культур та бур’янів в сучасних технологіях

Аналіз результатів спеціальних досліджень з питань механізмів шкодочинності бур’янів в посівах зернових культур розкрив значну мінливість і багатофакторність конкурентних відносин в агроценозах, а також дозволив встановити закономірності окремих детермінаційних зв’язків між продуктивністю та факторами життєзабезпечення культур.

Процеси депресії росту і розвитку кукурудзи залежали від тривалості конкурентного періоду, фази культури та співвідношення маси компонентів агроценозу. Показана на рис.2 динаміка врожайності зерна кукурудзи свідчить, що засміченість посівів на різних етапах розвитку культури викликає різну інтенсивність шкодочинності. Розподіл величини депресивного впливу бур’янів на кукурудзу полягав в тому, що підтримання чистоти посівів протягом перших 50 днів вегетації або знищення бур’янів протягом наступних фаз розвитку після 50 денного сумісного проростання давало можливість одержати однаковий рівень врожайності 6,43-6,45 т/га.

Суттєве зниження урожайності зерна кукурудзи (0,55-1,35 т/га) спостерігалося, коли період конкуренції тривав більше 50 днів. Адекватні втрати врожаю мали місце і тоді, коли посіви підтримувались в чистому стані не більше 30-50 днів. Інтенсивність депресії процесів формування врожаю змінювалась протягом вегетаційного періоду. Найбільш негативно шкодочинність бур’янів, яка обумовлювала щодобові втрати врожаю зерна 0,024-0,027 т/га, проявилась за умов, коли значна біологічна маса співпадала з періодом максимального водоспоживання кукурудзи.

На підставі аналізу динаміки внутрішньо агроценотичної конкуренції пропонується розділити визначення критичного періоду на два незалежні поняття. Біологічне трактування – міжфазовий період коли врожаю завдається найбільша шкода під впливом стресових умов, в т.ч. від бур’янів; агротехнічне - період протягом якого посіви повинні підтримуватися за допомогою технологічних прийомів в чистому стані.

Для конкурентоздатності зернових культур поряд з прийомами боротьби з бур’янами, вирішальне значення має фітоценотична стійкість посівів, яка виражається обсягом домінування культури в ресурсноекологічному просторі агроценозу. Аналіз формування біологічної маси кукурудзи, озимої пшениці та ярого ячменю виявив, що екологічна щільність рослин культури для формування врожаю має більше значення, ніж потенціал цієї культури, щодо здатності забезпечувати той чи інший рівень продуктивності. Зокрема, в чистих посівах біологічна маса кукурудзи у фазі молочно-воскової стиглості зерна становила 1516 г/м2, озимої пшениці 1407 г/м2 і ярого ячменю 874 г/м2, а на фоні засміченості посівів 15-25 шт/м2 вона знижувалась на 54,4%, озимої пшениці - 8,4%, ярого ячменю – 23,7%. При цьому абсолютні показники біологічної маси цих культур за умов засміченості постійно збільшувались з переходом до більш пізніх фаз органогенезу.

Розроблена математична модель визначення обсягів використання вологи культурним та бур’яневим компонентами агроценозу. Принципова схема методики, що пропонується, полягає у порівнянні обсягів використання вологи чистими і забур’яненими посівами, а також пропорційним її розподілом відповідно до біологічної маси накопиченої культурами і бур’янами. У формалізованому вигляді динамічна модель функціонування агроценозу щодо режиму вологоспоживання має такий вигляд:

Н= Ва – (Кк Ч Мк),

де Н – непродуктивні втрати вологи, використанні бур’янами

для формування біомаси, мм;

Ва – рівень вологоспоживання агроценозом, мм;

Кк – коефіцієнт використання вологи культурою в чистих посівах,

мм на т органічної маси;

Мк – органічна маса культури, т/га.

Параметри базових елементів розрахунків вологоспоживання в посівах кукурудзи, соняшника і сої було встановлено експериментально в польових дослідах. Загальний рівень вологозабезпеченності просапних культур становив в залежності від схем технологічного догляду по кукурудзі 406,7-373,0 мм, соняшнику 395,5-378,5 мм і сої 395,6-369,6 мм (табл.3).

Діапазон коливання показників повітряно-сухої маси просапних культур був значним і визначався їх біологічними особливостями та

ефективністю гербіцидів. Так, маса кукурудзи на фоні природної засміченості становила 482 г/м2 і збільшувалася до 1100 г/м2 на абсолютно чистих

ділянках. Співвідношення аналогічних показників на посівах соняшника мало вигляд 400 і 647 г/м2 , сої 341 і 739 г/м2.

Коефіцієнт використання вологи культурами, встановлений в абсолютно чистих посівах, становив для кукурудзи 34 мм/т повітряно-сухої маси, соняшника 59 мм і сої 50 мм.

Використання таких вихідних даних дозволило встановити величену транспірації вологи бур’янами, яка на контролі без гербіцидів в посівах кукурудзи становила 242,8 мм, соняшника 159,5 мм і сої 225,1 мм. Високу ефективність як засіб водорегулювання проявили гербіциди. Внесення на посівах кукурудзи харнесу 3,0 л/га забезпечило додаткове використання культурою 202,1 мм вологи, а при вирощуванні на фоні харнесу 2,5 л/га соняшника заощаджувалося 136,7 мм, сої–174 мм.

Таблиця 3

Використання вологи агроценозами при внесенні гербіцидів

(середнє 1998-2000 рр.)

Варіант |

Доза, л(г)/га | Волого-забезпе-ченість,

мм |

Використання

вологи, мм | Врожай-ність

зерна,

т/га | Витрати вологи

на т зерна, | бур’яни | культури | мм | К у к у р у д з а | Контроль без гербіцидів | 406,7 | 242,8 | 163,9 | 1,61 | 253 | Контроль без бур’янів | 373,0 | 0 | 373,0 | 4,94 | 76 | Харнес | 3,0 | 379,1 | 40,1 | 339,0 | 4,48 | 85 | Базис | 25 | 394,2 | 93,4 | 310,8 | 3,70 | 107 | НІР 0,05, т/га 0,14-0,20С о н я ш н и к | Контроль без гербіцидів | 395,5 | 159,5 | 236,0 | 1,81 | 219 | Контроль без бур’янів | 378,5 | 0 | 378,5 | 2,86 | 132 | Харнес | 2,5 | 384,2 | 21,9 | 362,3 | 2,67 | 144 | Тарга супер | 2,0 | 391,6 | 75,4 | 316,2 | 2,46 | 159 | НІР 0,05, т/га 0,11-0,18С о я | Контроль без гербіцидів | 395,6 | 225,1 | 170,5 | 0,75 | 527 | Контроль без бур’янів | 369,6 | 0 | 369,6 | 2,05 | 179 | Харнес | 2,5 | 376,6 | 56,1 | 320,5 | 1,79 | 210 | Тарга супер | 2,0 | 384,9 | 123,4 | 261,5 | 1,42 | 271 НІР 0,05, т/га 0,10-0,12

Важливим фактором, що визначає водоспоживання, є біологічні особливості гібридів кукурудзи. В агроценозах гібридів кукурудзи, що належать до різних груп стиглості (ФАО 170-420), при широкому діапазоні ступення засміченості рівень вологоспоживання культурного компоненту і бур’янів різнився між собою в межах лише на 9,5-12,3%. Генетичні особливості гібридів проявили більш рел’єфну реакцію кукурудзи в рівні врожайності, яка змінювалась в залежності від тривалості вегетаційного періоду на 24,3 - 28,7%.

Таким чином, запропонована методологія аналізу процесів водоспоживання в засмічених агроценозах дозволяє всебічно оцінити технологічні прийоми, як елементи створення сприятливих умов вологозабезпечення різних культур.

Визначено роль основних видів бур’янів в трофічній внутрішньовидовій конкуренції в кукурудзяному агроценозі та встановлено принципові закономірності використання елементів живлення різними компонентами фітоценозів.

В результаті різних темпів виносу поживних речовин визначено неоднозначність їх в межах таких біогруп бур’янів як тонконогові, двосім’ядольні та багаторічні. Тонконогові бур’яни ( мишій сизий, плоскуха звичайна) слабкіше пригнічують кукурудзу порівняно з двосім’ядольними. В агроценозі “кукурудза - тонконогові бур’яни” культура виявилася більш конкурентоздатною і винос азоту нею перевищував бур’яни на 18,7 кг/га, фосфору на 8,4 кг/га та калію на 25,3 кг/га (табл. 4).

Таблиця 4

Винос елементів живлення (кг/га) при різних типах забур’яненості

(1989-1992 рр.)

Склад агроценозу | Біомаса, т/га | N-NO3P2O5К2О | Сума NPK | Кукурудза

Тонконогові бур’яни | 5,22

2,66 | 76,5

57,8 | 18,2

9,8 | 95,4

70,1 | 190,1

137,7 | Кукурудза

Двосім’ядольні бур’яни | 5,04

4,19 | 73,5

112,8 | 18,0

17,6 | 90,7

150,4 | 182,9

280,7 | Кукурудза

Багаторічні бур’яни | 4,58

1,90 | 65,3

42,6 | 13,9

9,4 | 85,3

52,9 | 164,5

104,8 |

Фітоценоз двосім’ядольних бур’янів в посівах кукурудзи за обсягами виносу основних елементів живлення перевищував кількість засвоєного культурою азоту, фосфору і калію на 97,8 кг/га або 53,6%. Для визначення шкодочинності бур’янів важливо застосувати винос ними NPK на одиницю її повітряно-сухої маси, який становить для тонконогових 5,6 кг/га, двосім’ядольних - 6,6 кг/га і багаторічних - 6,5 кг/га. Кукурудза поступається в цьому компонентові основним