НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР
Національний науковий центр
“Інститут землеробства
Української академії аграрних наук”
Яценко Світлана Володимирівна
УДК 631.6.02:631.445.4:631.452 (043.3)
Вплив Ґрунтозахисних технологій на протиерозійну стійкість та родючість чорнозему типового сильнозмитого
06.01.01 – загальне землеробство
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата сільськогосподарських наук
Київ - 2008
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Національному науковому центрі “Інститут землеробства Української академії аграрних наук” протягом 2004-2006 рр.
Науковий керівник: кандидат сільськогосподарських наук,
старший науковий співробітник
Шевченко Іван Павлович,
ННЦ “Інститут землеробства УААН”,
завідувач відділу сільськогосподарського
землекористування та захисту ґрунтів від ерозії
Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор
Волощук Мирослав Дмитрович,
Прикарпатський національний університет
ім. В.Стефаника МОН України, завідувач кафедри
агрохімії та ґрунтознавства
кандидат сільськогосподарських наук
Цюк Олексій Анатолійович,
Національний аграрний університет Кабінету
Міністрів України, доцент кафедри землеробства та
гербології
Захист відбудеться ”23” квітня 2008 р. о ”10” годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 27.361.01 при ННЦ “Інститут землеробства УААН”.
Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: Україна, 08162, смт. Чабани Києво-Святошинського району Київської області, ННЦ “Інститут землеробства УААН”, вченому секретареві Спеціалізованої вченої ради.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ННЦ “Інститут землеробства УААН”.
Автореферат розісланий ”22” березня 2008 р.
Вчений секретар
Спеціалізованої вченої ради,
кандидат сільськогосподарських наук Л.О.Кравченко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Чорноземи становлять 60,6% від площі орних земель України. Водна ерозія ґрунтів є одним із найсуттєвіших факторів зниження продуктивності земельних ресурсів і деградації агроландшафтів. За даними Державного комітету України по земельних ресурсах 13,3 млн. га, або 33,2% від загальної площі ріллі, зазнають впливу водної ерозії.
Актуальність теми. В сучасних умовах землі крутизною 5-60 виводяться з ріллі, однак для регіонів із високим відсотком у структурі ґрунтового покриву еродованих грунтів і розвинутим тваринництвом, особливо для фермерських господарств, залишається доцільним їх використання.
Світовий та вітчизняний досвід свідчить про те, що одним із напрямків вирішення проблеми захисту ґрунтів від ерозії є удосконалення ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур. Розробкою і впровадженням ґрунтозахисної системи землеробства в Україні займалися такі вчені, як А.С. Скородумов, М.К. Шикула, О.Г. Тараріко, О.Ф. Гнатенко та інші.
Проте комплексних досліджень з визначення ґрунтозахисної здатності та еколого-економічного стану агробіоценозу за тривалого застосування протиерозійних технологій вирощування сільськогосподарських культур проведено недостатньо. Тому встановлення тривалого беззмінного впливу способів обробітку ґрунту та удобрення в ґрунтозахисній сівозміні на протиерозійну стійкість, водно-фізичні, агрохімічні та біологічні показники родючості чорнозему сильнозмитого є актуальним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною тематичного плану ННЦ “Інститут землеробства УААН” відповідно до НТП УААН ”Землеробство“, завдань “Розробити наукові основи організації та ефективного використання земельних угідь в ерозійно небезпечних агроландшафтах Лісостепу України” (2001-2005 рр., № державної реєстрації 0101U003824) і “Удосконалити існуючі та розробити нові моделі раціонального використання земельних ресурсів в ерозійно небезпечних агроландшафтах Лісостепу України” (2006-2010 рр., № державної реєстрації 0106U010368).
Мета і завдання досліджень. Мета досліджень – встановити механізм формування протиерозійної стійкості та шляхи оптимізації показників родючості чорнозему типового сильнозмитого за тривалого застосування технологій вирощування сільськогосподарських культур, виявити найбільш раціональне поєднання способів обробітку ґрунту та удобрення в ґрунтозахисній сівозміні на схилових землях Правобережного Лісостепу України.
Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні завдання:
- виявити фактори, які впливають на формування протиерозійної стійкості ґрунту;
- встановити вплив технологій вирощування культур на агрофізичні властивості ґрунту та оцінити їх параметри стосовно екологічних вимог вирощування сільськогосподарських культур і зменшення прояву ерозійних процесів;
- оцінити інтенсивність відтворення потенційної родючості та біологічну активність ґрунту за тривалого ведення технологій вирощування сільськогосподарських культур;
- дослідити вплив агротехнічних заходів на продуктивність культур ґрунтозахисної сівозміни;
- оцінити еколого-економічну та енергетичну ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур на схилових землях.
Об’єкт дослідження – процеси формування протиерозійної стійкості та зміни показників родючості чорнозему типового сильнозмитого, формування урожайності польових культур за тривалого систематичного ведення ґрунтозахисних технологій вирощування.
Предмет дослідження – показники протиерозійної стійкості чорнозему типового сильнозмитого: структурно-агрегатний та гранулометричний склад, щільність складення, водопроникність, фізико-хімічні, мікробіологічні, агрохімічні показники та агрофітоценоз ґрунтозахисної сівозміни.
Методи дослідження: польовий – для визначення взаємодії об’єкта з природними й агротехнічними факторами; вимірювально-ваговий – для визначення біометричних показників розвитку рослин, урожайності зерна, зеленої маси, сухої речовини, кореневої системи; лабораторно-польові та лабораторні – для встановлення водно-фізичних, агрохімічних, біологічних та фізико-хімічних характеристик ґрунту; розрахунково-порівняльний - для визначення економічної та енергетичної ефективності технологій вирощування культур на схилових землях; статистично-математичний – проведення дисперсійного аналізу та статистичної обробки даних для встановлення достовірності отриманих результатів досліджень.
Наукова новизна одержаних результатів. Уперше на схилових землях Правобережного Лісостепу України виявлено механізм формування протиерозійної стійкості та встановлено шляхи оптимізації показників родючості чорнозему типового сильнозмитого за тривалого (30 років) ведення ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур. Удосконалено елементи агротехнологій щодо підвищення ґрунтозахисної ефективності агрофітоценозу шляхом вирощування капустяної культури після ярих зернових до посіву трав багаторічних.
Поглиблено уявлення про вплив основних способів обробітку та системи удобрення в ґрунтозахисній сівозміні на протиерозійну стійкість та родючість ґрунту. Доведено, що найбільш доцільним способом обробітку на схилах крутизною 5-60 в ґрунтозахисній сівозміні є різноглибинний плоскорізний обробіток на фоні внесення розрахункової дози добрив на запланований урожай, за якого відбувається оптимізація водно-фізичних, агрохімічних, біологічних властивостей ґрунту та забезпечується стабільна продуктивність сівозміни.
Практичне значення одержаних результатів полягає в удосконаленні технологій вирощування культур на еродованих ґрунтах, що забезпечують їх ефективний захист від ерозійних процесів та підвищення урожайності культур ґрунтозахисної сівозміни. Результатами виробничої перевірки проведеної в господарствах Обухівського району Київської області встановлено, що за використання ґрунтозахисних технологій вирощування сільськогосподарських культур на чорноземі типовому сильнозмитому інтенсивність ерозійних процесів зменшилась у 2,2-3,0 рази, при цьому продуктивність ґрунтозахисної сівозміни збільшилась на 0,30 т кормових одиниць з 1 га, порівняно з технологіями, які базуються на застосуванні полицевої оранки. Удосконалені ґрунтозахисні технології вирощування сільськогосподарських культур, що базуються на плоскорізному обробітку ґрунту, впроваджені протягом 2006-2007 рр. у господарствах Обухівського району: СВК “Борисфен – 2000” на площі 713 га та СВК “Заповіт Ілліча” на площі 50 га. Впровадження основних результатів досліджень у 2007 році дало змогу отримати прибуток у розмірі 1301,8 грн/га.
Особистий внесок здобувача. Автором дисертаційної роботи опрацьовано й узагальнено інформацію з літературних джерел за темою дисертації, виконано польові та лабораторні дослідження, опрацьовано одержані результати, здійснено їх аналіз і систематизацію, що дало можливість сформулювати основні положення дисертаційної роботи та підготувати рекомендації з їх використання в умовах сільськогосподарського виробництва.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи оприлюднені на наукових конференціях молодих вчених: “Проблеми сучасного землекористування” (Чабани, 2003), “Новітні технології вирощування сільськогосподарських культур – у виробництво” (Чабани, 2004), “Новітні технології виробництва конкурентоспроможної продукції рослинництва” (Чабани, 2005).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 наукових праць, у тому числі 4 статті у фахових виданнях.
Структура та обсяг дисертаційної роботи. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 189 сторінок машинописного тексту і складається із вступу, семи розділів основної частини, висновків, рекомендацій виробництву та списку використаних джерел, який налічує 285 найменувань, у тому числі 15 - латиницею. Дисертаційна робота включає 39 таблиць, 10 рисунків і 9 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Розділ 1. еколого-економічні характеристики агробіоценозів за тривалого впливу ҐРУНТОЗАХИСНИХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕРОБСТВа (огляд літератури)
В розділі проаналізовано дані літературних джерел щодо закономірностей розвитку ерозійних процесів і формування протиерозійної стійкості ґрунтів. Розглянуто способи захисту ґрунтів від ерозії в Україні та за кордоном. Охарактеризовано вплив ґрунтозахисних технологій вирощування культур на властивості грунтів та економічну ефективність виробництва сільськогосподарської продукції на схилових землях.
Однак, протиерозійна та агрономічна ефективність застосування агротехнологій з тривалим беззмінним плоскорізним обробітком на чорноземах сильнозмитих вивчена недостатньо, що і визначило напрям наших досліджень. На основі аналізу літературних джерел виявлено рівень проведених досліджень з питань розроблення технологій вирощування сільськогосподарських культур на схилових землях і встановлено напрямки їх удосконалення.
РОЗДІЛ 2. УМОВИ ТА МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Експериментальна робота виконувалася впродовж 2004-2006 рр. у тривалому польовому досліді відділу сільськогосподарського землекористування та захисту грунтів від ерозії ННЦ “Інститут землеробства УААН”, який закладений в 1974 році в КСП ”Заповіт Ілліча“ Обухівського району Київської області на схилі крутизною 5-6 південно-східної експозиції. До закладення стаціонарного досліду Українським науково-дослідним інститутом землеробства під керівництвом М.К. Шикули, О.Г.Тараріко було здійснено ґрунтозахисне контурно-меліоративне облаштування території землекористування господарства.
Ґрунт дослідних ділянок – чорнозем типовий сильнозмитий крупнопилуватолегкосуглинковий на лесі, характеризується дуже низькою забезпеченістю азотом, підвищеною – рухомими сполуками фосфору та обмінного калію. Основні показники родючості ґрунту на період закладання досліду були наступні: вміст гумусу в орному шарі становив 1,14-1,18%, азоту, що легкогідролізується – 43,0 мг/кг, рухомих форм фосфору – 13,1 мг/100 г, обмінного калію – 7,5 мг/100 г ґрунту, рНсол. – 6,5, гідролітична кислотність – 0,80-1,50 мг-екв/100 г ґрунту.
Погодні умови в роки проведення досліджень за основними гідротермічними показниками (температурний режим повітря і кількість атмосферних опадів, а також розподіл їх протягом року) наближались до середніх багаторічних показників. Липень і серпень 2004 року та березень, червень 2006 року характеризувалися надмірною кількістю опадів та наближеним до норми температурним режимом, що спричинило розвиток водно-ерозійних процесів. Найбільш сприятливими для вирощування сільськогосподарських культур були погодні умови 2005 року.
Дослідження проводились у двох полях тривалого польового досліду. Розмір посівної ділянки, яка є одночасно стоковою ділянкою, становить 100х8,5=850 м2, облікової – 100 м2.
Вивчення основних властивостей ґрунту здійснювалося у ґрунтозахисній сівозміні: 1-3 - трави багаторічні (люцерна); 4 - пшениця озима; 5 – ячмінь ярий; 6 - ріпак озимий + посів трав багаторічних.
У досліді вивчались такі технології вирощування сільськогосподарських культур:
1 - загальноприйнята, що базується на оранці на глибину 20-22 см;
2 - ґрунтозахисна, що базується на плоскорізному обробітку на 20-22 см;
3 - ґрунтозахисна, що базується на плоскорізному обробітку на 10-12 см з одночасним щілюванням на 35-40 см.
Способи обробітку ґрунту вивчали в поєднанні з системою удобрення культур сівозміни, що наведена у таблиці 1.
Таблиця 1
Схема внесення добрив під культури ґрунтозахисної сівозміни на чорноземі типовому крупнопилуватолегкосуглинковому сильнозмитому
Поле № 1
Рік | 2004 | 2005 | 2006
Культура | Ріпак озимий | Трави багаторічні (люцерна) | Трави багаторічні (люцерна)
Доза добрив:
Без добрив (контроль) | 0 | 0 | 0
Одинарна | N45 P40 K60 | P45 K45 | P45 K45
Півтори | N60 P60 K90 | P60 K60 | P60 K60
Розрахункова на запланований врожай | N90 P65 K140 | P80 K115 | P80 K115
Поле № 2
Рік | 2004 | 2005 | 2006
Культура | Ячмінь ярий | Ріпак озимий | Трави багаторічні (люцерна)
Доза добрив:
Без добрив (контроль) | 0 | 0 | 0
Одинарна | N45 P60 K60 | N45 P40 K60 | P45 K45
Півтори | N60 P90 K90 | N60 P60 K90 | P60 K60
Розрахункова на запланований врожай | N115 P 150K190 | N90 P65 K140 | P80 K115
У середньому кг/га сівозмінної площі
Без добрив (контроль) | Одинарна | Півтори | Розрахункова на запланований врожай
0 | N25P47 K50 | N35P65K70 | N58P90K130
З метою вивчення багаторічного впливу технологій вирощування сільськогосподарських культур на протиерозійну стійкість, водно-фізичні, агрохімічні, фізико-хімічні та біологічні характеристики ґрунту, а також продуктивність сівозміни у досліді проводили наступні спостереження та обліки:
- визначали змив ґрунту безпосередньо після закінчення ерозійної ситуації методом обмірювання водорівчаків за С.С.Соболєвим; у твердій фазі стоку визначали вміст гумусу (за методом Тюріна в модифікації Симакова), азот, що лужногідролізується (за Корнфілдом), рухомий фосфор і обмінний калій (за Чиріковим) та гранулометричний склад;
- структурно-агрегатний склад ґрунту досліджували методом „сухого“ та „мокрого“ просіювання за М.І. Саввіновим у модифікації І.Б.Ревута; вологість ґрунту визначали термостатно-ваговим методом, водопроникність ґрунту в польових умовах – методом трубок за Каурічевим, щільність складення ґрунту – методом ріжучого кільця за М.А.Качинським;
- вміст гумусу за методом Тюріна в модифікації Симакова, груповий склад гумусу за методикою М.М. Кононової і Н.П. Бєльчикової, обмінну кислотність (рН KCl) – потенціометричним методом; загальний азот – методом К’єльдаля, азот, що лужногідролізується, – за Корнфілдом, фракційний склад сполук азоту - за методом Шконде і Корольової, рухомі форми фосфору і обмінний калій - за методом Чирікова;
- целюлозорозкладаючу активність ґрунту визначали за Є.М. Мішустіним, М.С. Востровим (1971); нітрифікаційну здатність – за Кравковим; чисельність еколого-трофічних груп мікроорганізмів – методом висіву ґрунтової суспензії на загальноприйняті середовища за Є.З. Теппер, В.Н.Шильніковою, Г.І.Переверзєвою (1987), коефіцієнт мінералізації-іммобілізації азоту – за Є.М.Мішустіним і Є.В.Руновим (1957);
- масу, об’єм коренів та корененасиченість визначали за методом Станкова (Станков Н.З., 1964);
- фенологічні спостереження проводили за ”Методикою Державного сортовипробування сільськогосподарських культур“, зернові культури збирали комбайном “Сампо-500”;
- статистичний аналіз результатів експериментальних даних проводили за допомогою дисперсійного та кореляційно-регресійного методів (Б.А. Доспехов, 1985);
- економічну ефективність розраховували згідно загальних виробничих норм та за обліком основних складових витрат на 01.01.2006 р.; еколого-економічну оцінку технологій вирощування культур – за В.Л. Дмитренком (1992); енергетичну ефективність – за методикою Ю.О. Тараріко, О.Є. Несмашної, Л.Д. Глущенко (2001).
РОЗДІЛ . ґрунтозахисна ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур
Протиерозійну стійкість ґрунту обумовлює ряд агрофізичних показників: структурно-агрегатний склад, об’ємна маса, водопроникність, гранулометричний склад, а також наявність на поверхні рослинних решток.
Наявність у ґрунті водостійких агрегатів в основному визначає протиерозійну стійкість ґрунту. На думку М.М.Заславського і М.Н. Каштанова (1979) в еродованих ґрунтах зменшується кількість водостійких структурних агрегатів (>0,25 мм). Наші дослідження показали, що чорнозем типовий сильнозмитий характеризувався досить низьким їх вмістом, який у шарі ґрунту, що обробляється, не перевищував 30% від загальної кількості. Встановлено позитивний вплив безполицевого способу обробітку на формування верхнього шару ґрунту, який характеризується більшою стійкістю до руйнівної дії дощових крапель за рахунок збільшення вмісту фракції водотривких агрегатів. За тривалого застосування плоскорізного обробітку незалежно від системи удобрення виявлена стійка тенденція до збільшення загальної кількості водостійких агрегатів у шарі ґрунту, що обробляється, порівняно з оранкою. За вирощування трав багаторічних (люцерна) другого року використання у верхньому 0-10 см шарі ґрунту за безполицевих обробітків вміст агрегатів розміром >0,25 мм становив 36,2-36,7%, що на 9,1-9,6% вище порівняно з оранкою.
Щільність складення ґрунту є однією з важливих фізичних характеристик, що впливає на його водний, повітряний і тепловий режими. Впродовж 2004-2006 років у тривалому польовому досліді щільність чорнозему типового сильнозмитого в шарі 0-20 см (табл. 2) як за безполицевих обробітків, так і за оранки відповідала за класифікацією В.В. Медведєва оптимальним екологічним межам – від 1,11 до 1,43 г/см3. Технології, що базуються на плоскорізному обробітку ґрунту, забезпечили формування більш розпушеного 0-10 см шару ґрунту, порівняно з полицевою оранкою, за рахунок концентрації в ньому рослинних решток і добрив.
Таблиця 2
Щільність складення чорнозему типового сильнозмитого, середнє за вегетацію культур, г/см3
Спосіб
обробітку | Шар ґрунту, см | Поле №1 | Поле № 2
2004 р.,
ріпак озимий | 2005 р.,
трави багаторічні | 2006 р.,
трави багаторічні | 2004 р.,
ячмінь ярий | 2005 р.,
ріпак озимий | 2006 р.,
трави однорічні
Без добрив (контроль)
Оранка,
20-22 см | 0 – 10 | 1,19 | 1,32 | 1,31 | 1,21 | 1,11 | 1,28
10 – 20 | 1,27 | 1,39 | 1,29 | 1,26 | 1,26 | 1,27
Плоскорізний,
20-22 см | 0 – 10 | 1,11 | 1,31 | 1,31 | 1,19 | 1,15 | 1,21
10 – 20 | 1,32 | 1,39 | 1,34 | 1,32 | 1,30 | 1,30
Плоскорізний,
10-12 см із щілюванням | 0 – 10 | 1,10 | 1,33 | 1,30 | 1,19 | 1,06 | 1,20
10 – 20 | 1,34 | 1,37 | 1,30 | 1,33 | 1,28 | 1,24
N58P90K130 кг/га сівозмінної площі
Оранка,
20-22 см | 0 – 10 | 1,23 | 1,34 | 1,36 | 1,24 | 1,12 | 1,18
10 – 20 | 1,23 | 1,39 | 1,37 | 1,31 | 1,17 | 1,18
Плоскорізний,
20-22 см | 0 – 10 | 1,16 | 1,30 | 1,33 | 1,18 | 1,03 | 1,21
10 – 20 | 1,34 | 1,43 | 1,38 | 1,29 | 1,31 | 1,30
Плоскорізний,
10-12 см із щілюванням | 0 – 10 | 1,14 | 1,31 | 1,31 | 1,13 | 1,08 | 1,16
10 – 20 | 1,29 | 1,37 | 1,38 | 1,32 | 1,23 | 1,28
Водопроникність ґрунту є одним з інтегральних показників, що впливає на його протиерозійну стійкість. Спостереження за динамікою водопроникності залежно від технології обробітку ґрунту дозволяють зробити висновок, що впродовж 2004-2006 рр. у період танення снігу (березень) вищу водопроникність забезпечували безполицеві обробітки ґрунту. За одну годину на варіантах плоскорізних обробітків всмоктувалося води 1,01-1,08 мм/хв., що на 31,2-40,2% більше, ніж за оранки (рис. 1).
Встановлено, що найкращі умови для поглинання опадів у літній період забезпечує мілке плоскорізне рихлення на 10-12 см із щілюванням на 35-40 см. За такого обробітку в першу годину спостережень водопроникність становила 1,45 мм/хв, що на 0,80 більше порівняно з оранкою та на 0,20 мм/хв з плоскорізним обробітком на 20-22 см. Таку ж закономірність виявлено при проведенні дослідження більше однієї години, показник водопроникності був вищим у варіантах досліду з мілким плоскорізним обробітком із щілюванням. За 3,5 години спостережень за оранки всмоктувалось 0,55 мм/хв вологи при 0,63 і 0,91 мм/хв за плоскорізного на 20-22 см та мілкого зі щілюванням обробітках відповідно. Різниця впливу способів обробітку на водопроникність ґрунту визначається кількістю і розміщенням органічної речовини в шарі ґрунту, що обробляється, а також глибиною обробітку.
Рис. 1 Водопроникність ґрунту у ланці сівозміни ріпак озимий – трави багаторічні двох років використання залежно від способів обробітку, поле № 1, 2004-2006 рр.
Отже, збільшення вмісту у верхніх шарах ґрунту водотривких структурних фракцій за рахунок тривалого застосування плоскорізного рихлення зі щілюванням та вирощування трав багаторічних і культур суцільного висіву, є факторами підвищення водопроникності, а також протиерозійної стійкості сильнозмитих чорноземів Правобережного Лісостепу.
Кількість і розміщення кореневих решток. Встановлено, що найбільший вміст коренів ячменю ярого в шарі ґрунту 0-10 см був у варіантах плоскорізного обробітку на 10-12 см зі щілюванням і становив 70,7% (31,5 кг/га) на фоні без добрив та 76,3% (42,3 кг/га) – на фоні розрахункової дози добрив, за оранки – відповідно 67,2% (25,7 кг/га) та 53,8% (28,3 кг/га). З точки зору підвищення протиерозійної стійкості чорнозему типового сильнозмитого накопичення кореневої маси в 0-10 см шарі ґрунту має позитивне значення, оскільки корені скріплюють структурні ґрунтові частинки, в результаті чого зменшуються втрати дрібнозему під час зливових опадів за рахунок зменшення швидкості потоку води.
Змив ґрунту. За результатами досліджень встановлено, що інтенсивність змиву ґрунту помітно залежить від способу обробітку ґрунту і погодних умов року, кількості та характеру розподілу опадів. Виявлено, що у середньому за роки досліджень у варіанті з плоскорізним обробітком на 20-22 см втрати ґрунту були нижчими в 2,4-3,2 рази порівняно з оранкою на таку ж глибину (табл. ). За мілкого плоскорізного обробітку з одночасним щілюванням величина змиву була у 2,0-2,5 рази меншою порівняно з оранкою. На удобрених варіантах порівняно з варіантами без добрив (контроль) змив ґрунту, особливо за безполицевих обробітків, зменшувався, що пов’язано з більшою масою надземної та кореневої систем рослин і розміщенням її у верхній частині шару, що обробляється.
Таблиця 3
Змив ґрунту за різних технологій вирощування культур на чорноземі типовому крупнопилуватолегкосуглинковому сильнозмитому, т/га
Спосіб обробітку, см | Система удобрення, кг/га сівозмінної площі |
Поле № 1 | Поле № 2
2004 р. | 2006 р. | 2004 р. | 2005 р. | 2006 р.
від дощів | від талих вод | від талих вод | від дощів | від талих вод | від талих вод
Оранка, 20-22 | Без добрив (контроль) | 25,6 | 10,4 | 4,4 | 10,2 | 3,9 | 17,1
N58P90K130 | 17,9 | 8,6 | 4,0 | 8,5 | 3,6 | 9,6
Плоскорізний, 20-22 | Без добрив (контроль) | 10,0 | 0,0 | 3,1 | 5,0 | 2,6 | 2,6
N58P90K130 | 9,8 | 0,0 | 2,4 | 4,3 | 2,2 | 2,1
Плоскорізний, 10-12 із щілюванням 35-40 | Без добрив (контроль) | 16,1 | 0,0 | 3,0 | 4,7 | 2,4 | 2,7
N58P90K130 | 14,2 | 0,0 | 2,5 | 4,6 | 2,1 | 2,3
Встановлено різний характер формування ерозійних водорівчаків залежно від способу основного обробітку ґрунту. У варіантах застосування оранки розмив ґрунтового покриву та формування ерозійної сітки спостерігалися по всій площі стокового майданчика, а за плоскорізного обробітку ґрунту розмиви утворювалися тільки в мікролощинах стокового майданчика, тобто у місцях концентрації поверхневого стоку.
В результаті за плоскорізних обробітків кількість розмивів ґрунту була набагато меншою, хоча в окремих випадках їх глибина перевищувала глибину водорівчаків у варіантах оранки. Спостерігалася висока протиерозійна стійкість ґрунту за плоскорізних способів обробітку, змив ґрунту не перевищував допустимі нормативні втрати до 5 т/га за рік для зазначеної грунтово-кліматичної зони, за оранки вони становили 11,9-8,7 т/га.
Винос гумусу та поживних елементів із твердим стоком. Втрати елементів живлення на схилових землях відбуваються переважно із твердою фазою стоку. Виявлено, що за безполицевого обробітку концентрація гумусу та азоту, що лужногідролізується, у твердому стоці вища, але винос помітніший за оранки, оскільки змив ґрунту в цих варіантах значно перевищує варіанти плоскорізного обробітку. За оранки винос гумусу становив 0,17-0,19 т/га, за плоскорізного обробітку на глибину оранки – 0,08-0,09 т/га, за мілкого безполицевого обробітку зі щілюванням – 0,10-0,11 т/га гумусу. Концентрація рухомих форм фосфору та обмінного калію у продуктах змиву не істотно залежала від способу обробітку ґрунту, однак щорічний винос у варіантах оранки на фоні розрахункової дози добрив становив 1,55 кг/га P2O5 і 1,09 кг/га K2O, за глибокого плоскорізного обробітку – 0,80 і 0,54 кг/га та за мілкого плоскорізного обробітку – 0,78 і 0,74 кг/га.
В.В.Медведєв (2004), М.С.Кузнєцов (1996) пов’язують деградацію ґрунтів із збідненням орного шару на мулисту фракцію. Аналіз гранулометричного складу твердого стоку показав, що за тривалого застосування оранки відсоток мулу (< 0,01 мм) становив 32,2%, а у варіантах плоскорізного обробітку – 26,1% (рис. 2).
Рис. 2. Гранулометричний склад ґрунту та твердої фази стоку залежно від способу обробітку:
а) оранка (грунт); б) плоскорізний, 10-12 см (грунт);
в) оранка (твердий стік); г) плоскорізний, 10-12 см (твердий стік)
У твердому стоці порівняно з шаром ґрунту, що обробляється, переважають фракції дрібного та середнього пилу. Вміст дрібного пилу коливався в межах 6,3-7,3%, що на 3,0% більше, ніж у ґрунті. Також з’ясовано, що піддатливою до змивання є фракція мулу, оскільки вміст її у продуктах змиву перевищує вміст у ґрунті в 1,3-1,6 рази. Різниця у вмісті фізичної глини дорівнювала 6,7-15,4%. Більш стійкими до змиву виявилися фракції більше 0,05 мм (пісок).
Отже, найменші втрати ґрунту від ерозійних процесів і, відповідно, поживних елементів були за плоскорізного обробітку на 10-12 см із щілюванням. Під впливом безполицевих обробітків формується верхній ерозійно-стійкий шар ґрунту за рахунок концентрації в ньому органічних решток, яка зменшує кінетичну енергію дощових крапель, ерозійні втрати знижуються на 15-20%.
РОЗДІЛ . ЗМІНА АГРОФІЗИЧНИХ І ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ЧОРНОЗЕМУ типового сильнозмитого
Структурно-агрегатний склад ґрунту. Збільшення агрегатів розміром менше 0,25 мм, а також великих брил розміром понад 10 мм призводить до погіршення умов росту рослин, а також сприяє посиленню ерозійних процесів (Кауричев И.С., 1986).
Результати досліджень свідчать, що за тривалого ведення ґрунтозахисних технологій в шарі ґрунту, що обробляється, зменшується частка брилуватої фракції (>10 мм) та збільшується частка дрібних грудочок (1-5 мм), які є найбільш цінними в агрономічному відношенні. В середньому за роки досліджень вміст брилуватої структурної фракції за оранки у 0-20 см шарі становив 49,0%, або на 5-7% більше, ніж за безполицевих обробітків. Вміст агрегатів розміром 1-5 мм за плоскорізного обробітку на 20-22 см дорівнював 29,5%, на 10-12 см із щілюванням – 32,4%, а за оранки – 19,0%. Вищий вміст агрономічноцінних агрегатів (0,25-10 мм) виявлено за систематичного плоскорізного обробітку на 10-12 см, що становив 47,5%, а у варіантах плоскорізного обробітку на 20-22 см – 46,4% та оранки – 42,5%.
Запаси продуктивної вологи. Погодні умови 2004 і 2006 років за кількістю атмосферних опадів у вегетаційний період переважали середні багаторічні показники, що знівелювало різницю за способами обробітку ґрунту. У 2005 році найбільшу кількість вологи в посівах трав багаторічних забезпечив мілкий плоскорізний обробіток ґрунту зі щілюванням, де вміст доступної рослинам вологи в шарі 0-150 см знаходився на рівні 142,4 мм на фоні без добрив та 136,6 мм – на фоні розрахункової дози добрив. За оранки запаси вологи в шарі 0-150 см були відповідно в межах 132,5 та 119,9 мм. У середньому за вегетацію ріпаку озимого вологозапаси за оранки становили на фоні без добрив 118,2 мм і на фоні розрахункової дози добрив – 99,4 мм, за плоскорізних обробітків були вищими на 5-20%. Отже, у 2005 році технології вирощування культур, які базуються на плоскорізному обробітку ґрунту на глибину 10-12 см з одночасним щілюванням на глибину 35-40 см забезпечили порівняно з оранкою кращий водний режим ґрунту, збільшуючи запаси продуктивної вологи в півтораметровому шарі ґрунту на 10 –15 мм за рахунок поглиблення обробітку до 40 см і наявності на поверхні рослинних решток, що затримували вологу при сніготаненні.
Фізико-хімічні властивості ґрунту. Дослідженнями встановлено, що незалежно від способу обробітку фізико-хімічні властивості були сприятливими для вирощування польових культур, рН сольовий у 0-20 см шарі ґрунту був у межах від 5,6 до 6,5. Головними факторами, що змінюють обмінну кислотність, є система удобрення та специфіка розподілення добрив за профілем ґрунту при різних способах обробітку. За безполицевих обробітків кислотність верхнього 0-10 см шару підвищувалась та її значення на фоні розрахункової дози добрив становило 5,5 порівняно з оранкою – 5,8. На кислотність ґрунту впливає ступінь приорювання карбонатної породи за тривалої оранки, при цьому порода перемішується із верхнім орним шаром ґрунту і рН підвищується. За плоскорізного обробітку цей процес не відбувається, а навпаки, спостерігаються втрати кальцію із верхніх шарів у результаті місцевого підкислення у зв’язку із внесенням добрив і виносом його урожаєм.
РОЗДІЛ . Вплив технологій вирощування культур на біологічну активність та поживний режим чорнозему типового сильнозмитого
Біологічна активність ґрунту. Результати досліджень мікробного ценозу чорнозему типового сильнозмитого показали, що чисельність мікроорганізмів та їх активність знаходились у прямій залежності від фізичних властивостей шару ґрунту, що обробляється, та від характеру розміщення в ньому органічних решток і добрив.
Найкращі умови для розвитку мікробного ценозу створювалися в шарі 0-10 см у варіанті з безполицевим обробітком ґрунту. Тут сформувався збагачений агрономічно цінними групами мікроорганізмів ценоз із оптимальним співвідношенням целюлозоруйнівних, вільноіснуючих азотфіксаторів-олігонітрофілів, амоніфікуючих, фосформобілізівних та інших груп мікроорганізмів. Показники сумарної чисельності основних таксономічних груп мікроорганізмів у 0-10 см шарі ґрунту у варіанті оранки становили 11,0 і 10-20 см шарі – 9,5 млн./г, плоскорізного обробітку – 16,6 і 10,9 млн./г, за внесення розрахункової дози добрив – відповідно – 20,5 і 16,0 та 28,8 і 20,3 млн./г абсолютно сухого ґрунту або були вищими за плоскорізного обробітку в 1,1-1,6 рази.
Знизилася кількість автохтонної мікрофлори, особливо червоно пігментованих бактерій роду Nocardia з високоефективним ферментативним апаратом, що розкладають гетероциклічні сполуки гумусових кислот. Чисельність представників зазначеної групи мікроорганізмів за плоскорізного обробітку не перевищувала 3,3 млн./г, а у варіантах оранки досягала 4,3 млн./г абсолютно сухого ґрунту. За плоскорізного обробітку мінералізаційна функція мікробного ценозу сповільнилася. Коефіцієнт мінералізації-іммобілізації азоту, що визначається як відношення мікроорганізмів, які асимілюють мінеральний та органічний азот (КАА/МПА), у 0-20 см шарі ґрунту за оранки на фоні без добрив становив 5,35, на фоні розрахункової дози добрив N58P90K130 – 5,86, а за плоскорізного обробітку – 4,23 і 4,32 відповідно.
Тривале застосування плоскорізного обробітку та добрив у сівозміні на схилових землях забезпечило створення верхнього 0-10 см біологічно активного шару ґрунту за меншої активності в ньому процесів мінералізації, що супроводжувалося накопиченням у ньому гумусу.
Гумус та його груповий склад. Важливе протиерозійне значення має вміст органічної речовини та її якісний склад у шарі ґрунту, що обробляється (Кононова М.М., 1972, Медведев И.Ф., 1985). Нашими дослідженнями встановлено, що порівняно з 1974 роком, у 2004-2006 рр. за контурно-меліоративної організації території та ґрунтозахисних технологій вирощування культур зерно-трав’яної сівозміни відбулося збільшення вмісту загального гумусу в 0-30 см шарі чорнозему типового сильнозмитого у всіх варіантах досліду (табл. 4).
Таблиця 4
Вміст і зміни запасу гумусу у 0-30 см ґрунту за тривалого ведення технологій вирощування польових культур
Система обробітку ґрунту | Система удобрення, кг/га | Вміст гумусу, %, шар ґрунту, см | Запаси гумусу в шарі 0-30 см
0-10 | 10-20 | 20-30 | т/га | ± до вихідного*
т/га | %
Оранка,
20-22 см | Без добрив | 1,53 | 1,50 | 1,42 | 57,9 | 12,7 | 28,1
N58P90K130 | 1,62 | 1,57 | 1,45 | 60,4 | 15,2 | 33,6
Плоскорізний, 20-22 см | Без добрив | 1,67 | 1,50 | 1,20 | 56,8 | 11,6 | 25,7
N58P90K130 | 1,84 | 1,63 | 1,29 | 61,9 | 16,7 | 36,9
Плоскорізний 10-12 см зі щілюванням, 35-40 см | Без добрив | 1,62 | 1,49 | 1,30 | 57,5 | 12,3 | 27,2
N58P90K130 | 1,82 | 1,54 | 1,27 | 60,2 | 15,0 | 33,2
*Вихідний вміст гумусу (1974 р.) у 0-30 см шарі – 1,16%, запаси – 45,2 т/га
В середньому за 2004-2006 рр. у варіантах без добрив запас гумусу з 1974 року збільшився за оранки на 28,1%, за плоскорізного обробітку 20-22 см – відповідно на 25,7%, за плоскорізного обробітку 10-12 см із щілюванням до 40 см – на 27,2%; у варіантах внесення розрахункової дози добрив N58P90K130 ефект був значно вищим: за оранки підвищення запасів гумусу становило 33,6%, за плоскорізного обробітку 20-22 см - 36,9%, за плоскорізного обробітку 10-12 см із щілюванням – 33,2%.
Встановлено позитивний вплив безполицевого обробітку на накопичення гумусу в шарі 0-10 см. За тридцять років досліджень на фоні розрахункової дози добрив його запаси стали вищими, ніж у варіантах оранки на 2,6-2,8 т/га або 12-13%. У шарі 10-20 см вміст гумусу фактично не залежав від способу обробітку ґрунту, лише на фоні розрахункової дози добрив за плоскорізного 20-22 см обробітку встановлено невелике збільшення вмісту гумусу порівняно з варіантами оранки. У шарі 20-30 см ґрунту вміст гумусу був вищим у варіантах оранки на фоні без добрив та на фоні розрахункової дози добрив. На еродованих ґрунтах збільшення вмісту гумусу у верхньому шарі є позитивним явищем, оскільки сприяє зростанню протиерозійної стійкості ґрунту.
Агрохімічна цінність гумусу визначається співвідношенням вуглецю гумінових кислот до вуглецю фульвокислот. Нами встановлено, що системи обробітку ґрунту не змінювали тип гумусу, він залишився фульватно-гуматний, що є характерним явищем для еродованих чорноземів. Однак, за безполицевого обробітку на фоні розрахункової дози добрив спостерігалася тенденція до підвищення гуматності, співвідношення СГК /Сфк у цьому варіанті дорівнювало 1,7, за оранки – 1,5.
Поживний режим ґрунту. Особливість впливу способів обробітку на азотний режим ґрунту пов’язана з тим, що за безполицевих обробітків добрива та свіжа органічна речовина зосереджуються у верхньому шарі ґрунту. За такого розміщення поживних речовин створюються сприятливі умови для забезпечення рослин елементами живлення в критичні періоди їх розвитку в першій половині вегетації сільськогосподарських культур.
Дослідження показали, що за тривалого ведення ґрунтозахисних технологій вирощування культур збільшення загального гумусу супроводжувалося підвищенням вмісту загального азоту. В середньому за 2004-2006 рр. у варіантах без добрив запаси загального азоту з 1974 року за вмісту 75,0 мг/100 г і запасу 195,0 кг/га у шарі ґрунту, що обробляється, збільшились за оранки на 6,7%, за плоскорізного обробітку 20-22 см – на 21,2%, у варіантах внесення розрахункової дози добрив N58P90K130 за оранки підвищення запасів загального азоту становило 15,5%, за плоскорізного обробітку 20-22 см – 28,7%.
Визначено, що тривале застосування глибокого плоскорізного обробітку на фоні розрахункової дози добрив сприяло істотному збільшенню загального азоту порівняно з оранкою. У 0-10 см шарі ґрунту його вміст становив 99,3; у 10-20 см шарі – 93,8 мг/100 г ґрунту, водночас за оранки відповідно був 9,3-13,6% нижчим. За вищої мінералізаційної активності ґрунту за оранки, вміст сполук азоту, що легкогідролізуються, які є найближчим резервом мінерального азоту, становив 9,8 у неудобрених варіантах і 10,8 мг/100 г ґрунту за розрахункової дози добрив, що на 8, 13% вище, ніж за глибокого плоскорізного обробітку.
Вміст фракцій важко- і негідролізованих сполук азоту, які мають високу стабільність, не залежав від обробітку та удобрення. Вміст негідролізованих сполук становив від 55,6 до 68,3, а важкогідролізованих – 11,8-16,0 мг/100 г. Встановлено, що за оранки проходить мобілізація азотного фонду за рахунок включення до біологічного кругообігу важкогідролізованих сполук азоту. Безполицевий обробіток сприяє накопиченню потенційно засвоюваних сполук азоту, що сприяє з часом підвищенню потенційної родючості ґрунту.
Сполуки рухомого фосфору та обмінного калію за Чиріковим у шарі ґрунту, що обробляється, характеризувалися високим і підвищеним рівнем забезпеченості. За оранки на неудобреному фоні вміст складав 12,9 P2O5 та 7,5 К2О, за плоскорізного обробітку на 20-22 см – 13,0 P2O5 та 8,6 К2О, за плоскорізного обробітку на 10-12 см зі щілюванням – 13,6 P2O5 та 8,4 К2О мг/100 г ґрунту. На фоні розрахункової дози добрив вміст становив: 19,3 P2O5 та 9,9 К2О за оранки, за плоскорізного обробітку на 20-22 см 20,6 P2O5 та 11,2 К2О, за плоскорізного обробітку на 10-12 см 21,9 P2O5 та 10,4 К2О мг/100 г. Вміст рухомих форм фосфору та обмінного калію у ґрунті за плоскорізних обробітків диференціювався за вертикальним профілем із підвищенням його кількості у верхньому 0-10 см шарі ґрунту. Збільшення було виразнішим за плоскорізного обробітку на глибину 10-12 см зі щілюванням і на фоні розрахункової дози добрив вміст дорівнював 24,2 P2O5 і 12,6 К2О мг/100 г, за оранки, відповідно – 20,3 та 10,3 мг/100 г ґрунту.
РОЗДІЛ 6. Урожайність сільськогосподарських культур та продуктивність ґрунтозахисної сівозміни
Застосування технологій вирощування, що базуються на безполицевому обробітку ґрунту, забезпечило істотне підвищення урожайності зерна ячменю ярого на 0,35-0,62 т/га та зеленої маси трав однорічних на 1,0-1,5 т/га. Урожайність зеленої маси ріпаку озимого та трав багаторічних залежно від способу обробітку ґрунту змінювалася в межах найменшої істотної різниці.
Продуктивність ґрунтозахисної сівозміни за оранки на 20-22 см і за плоскорізного обробітку на 20-22 см була практично на одному рівні (табл.5).
За плоскорізного обробітку ґрунту на глибину 10-12 см зі щілюванням спостерігалася тенденція до її підвищення на 3-6%, що пов’язано з позитивним впливом ґрунтопоглиблення схилових земель на водний режим ґрунту.
Різницю в рівні продуктивності сівозміни визначали добрива. Вищий приріст продуктивності культур ґрунтозахисної сівозміни від добрив отримали за плоскорізних обробітків порівняно з оранкою.
РОЗДІЛ . Економічна та енергетична ефективність тривалого застосування грунтозахисних технологій
Проведено порівняльний економічний аналіз різних технологій вирощування культур на чорноземі типовому сильнозмитому. Виявлено, що ґрунтозахисні технології поряд із підвищенням продуктивності культур сівозміни значно знижують затрати праці, пально-мастильних матеріалів на виконання технологічних операцій з обробітку ґрунту порівняно з технологіями, які базуються на оранці.
Зниження витрат із застосуванням плоскорізних знарядь для основного обробітку ґрунту приводить до зниження собівартості отриманої продукції. Найнижча собівартість кормової одиниці була за глибокого плоскорізного обробітку без добрив і становила 179 грн/т, за мілкого зі щілюванням – 182 грн/т та за оранки – 256 грн/т.
Таблиця 5
Продуктивність ґрунтозахисної сівозміни залежно від систем обробітку ґрунту
