ІНСТИТУТ ҐРУНТОЗНАВСТВА ТА АГРОХІМІЇ

ІМ. О.Н. СОКОЛОВСЬКОГО УААН

Сухомуд Оксана Григорівна

УДК 631.416.2:631.445.4

ВПЛИВ ТРИВАЛОГО ЗАСТОСУВАННЯ ДОБРИВ У

ПОЛЬОВІЙ СІВОЗМІНІ НА ФОСФАТНИЙ ФОНД ТА

БАЛАНС ФОСФОРУ ЧОРНОЗЕМУ ОПІДЗОЛЕНОГО

ПРАВОБЕРЕЖНОГО ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

06.01.04 – агрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Харків – 2000

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Уманській державній аграрній академії,

Міністерство аграрної політики України.

Науковий керівник

доктор сільськогосподарських наук, професор

Карасюк Іван Маркіянович,

Уманська державна аграрна академія,

завідувач кафедри агрохімії та ґрунтознавства

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Носко Борис Семенович, Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН, радник дирекції

кандидат сільськогосподарських наук Макаренко Наталія Анатоліївна, Інститут агроекології та біотехнології УААН, провідний науковий співробітник лабораторії екотоксикології

Провідна установа

Білоцерківський державний аграрний університет, кафедра агрохімії та ґрунтознавства, Міністерство аграрної політики України, м. Біла Церква

Захист відбудеться “ 30 ” січня 2001 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 в Інституті ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН за адресою: м. Харків, вул. Чайковського, 4

Автореферат розісланий “ 29 ” грудня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради | Павленко О.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Питання раціонального застосування добрив, які забезпечують відтворення родючості ґрунту і планову врожайність вирощуваних культур, набувають все більшого значення на фоні ускладнення загальноекономічної ситуації. Особливо це стосується фосфорних добрив, що зумовлюється зміною виробничих відносин, зростанням цін на енергоносії та сировину. Різке падіння рівня їх застосування спричинило зменшення вмісту рухомих фосфатів у ґрунтах.

Науковцями України вивчено фосфатний стан ґрунтів за умов інтенсивного та екстенсивного землеробства, обґрунтовано закономірності їх фосфатного режиму, удосконалено ґрунтову діагностику фосфатного живлення рослин. Але в останні роки скорочено дослідження з оптимізації фосфатної складової родючості ґрунту, живлення рослин фосфором та його збалансованості. Звертає на себе увагу обмежена кількість тривалих дослідів, а на чорноземних ґрунтах Правобережного Лісостепу України їх одиниці. Тому для вирішення проблеми ефективного і раціонального застосування фосфорних добрив на чорноземі опідзоленому виникає потреба вивчення кількісних і якісних змін його фосфатного фонду. Необхідні знання про трансформацію, міграцію, динаміку вмісту рухомих сполук фосфору в ґрунті, його баланс у системі “добриво – ґрунт – рослини” за тривалого застосування добрив з метою розробки практичних рекомендацій з оптимізації фосфатного режиму ґрунту, підвищення урожайності і поліпшення якості одержаної продукції та охорони навколишнього середовища. Саме ці питання і визначили напрямок наших досліджень.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження для написання дисертаційної роботи входили до тематичного плану наукової діяльності Уманської державної аграрної академії на 1995–1999 рр. за темою: “Розробка та обґрунтування системи удобрення в польовій сівозміні Правобережного Лісостепу України” (№ ДР – 0196U012626) та НТП “Родючість грунтів” – 03.04 МВ/30–96.

Мета і задачі дослідження полягають у теоретичному і практичному обґрунтуванні шляхів оптимізації фосфатної складової родючості чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу України в польовій сівозміні.

Об’єкт дослідження – оптимізація фосфатної складової родючості чорнозему опідзоленого та живлення рослин фосфором.

Предмет дослідження – фосфатний фонд чорнозему опідзоленого, баланс фосфору у польовій сівозміні.

Методи дослідження. У роботі використані польовий, вегетаційний та лабораторний методи у поєднанні з спостереженнями за рослинами і умовами навколишнього середовища. У тривалому досліді вивчали вплив різних доз і систем удобрення на закономірності формування фосфатного фонду ґрунту. Вегетаційний та лабораторний досліди використовували з метою уточнення параметрів фосфатного режиму ґрунту та особливостей живлення рослин фосфором. Зразки ґрунту та рослин досліджували хімічними і фізико-хімічними методами.

Для досягнення поставленої мети дослідженнями передбачалось:

–

–

–

–

–

–

–

Наукова новизна одержаних результатів:

–

–

–

–

–

–

–

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено рекомендації щодо регулювання фосфатного режиму чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу України; прогнозування рівня його змін при тривалому внесенні різних доз добрив і систем їх застосування у польовій сівозміні; вирішення питань його оптимізації; розробки ресурсозберігаючих та економічно виправданих прийомів внесення фосфорних добрив.

У запропонованих рекомендаціях встановлення доз фосфорних добрив повніше, ніж в існуючих, враховані особливості трансформації та балансу фосфору у чорноземі опідзоленому. При цьому досягається оптимальний вміст рухомого фосфору в ґрунті для культур сівозміни зерно-бурякового типу з наступним підтриманням урівноваженого балансу.

Обґрунтовано умови ефективного внесення фосфорних добрив у рядки при сівбі з врахуванням просторового аспекту їх доступності.

Основні результати досліджень витримали виробничу перевірку в польових сівозмінах зерно-бурякового типу господарств “Байс-Агро” Уманського району Черкаської області на площі 1110 га; “Зоря” Голованівського району Кіровоградської області на площі 1442 га.

Особистий внесок здобувача полягає у розробці програми наукового дослідження, плануванні експериментів, проведенні польових дослідів, відборі зразків ґрунту і рослин та їх аналізі, узагальненні та обробці отриманих результатів, підготовці і написанні звітів та публікацій за темою дисертації. Основні наукові положення та висновки отримані особисто дисертантом.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертації оприлюднені на щорічних наукових конференціях Уманської сільськогосподарської академії (1995–2000 рр.); ІV делегатському з’їзді ґрунтознавців та агрохіміків України (Херсон, 1994); міжнародній науково-практичній конференції з питань екології в АПК (Умань, 1994); міжнародному симпозіумі “Екологічні та економічні проблеми застосування засобів хімізації в АПК” (Умань, 1997); V делегатському з’їзді ґрунтознавців та агрохіміків України (Рівне, 1998); науковій міжнародній конференції молодих вчених та спеціалістів “Прикладне значення сучасних теоретичних досліджень в ґрунтознавстві та агрохімії” (Харків, 1998).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 12 наукових працях, з яких 5 надруковані у виданнях, що затверджені ВАК України як фахові.

Обсяг і структура роботи. Робота складається із вступу, огляду літератури, опису умов та методів дослідження, 5 розділів з описом результатів власних досліджень, висновків, списку використаних джерел, додатків. Текст дисертації викладено на 140 сторінках комп’ютерного набору; в роботі – 24 таблиці; 17 рисунків; бібліографія налічує 289 найменувань, з них 23 латиницею; 11 додатків поданих на 22 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вплив добрив на вміст фосфору в ґрунті та продуктивність сільськогосподарських культур. Питання впливу добрив на вміст фосфору в ґрунті та продуктивність сільськогосподарських культур відносно чорноземних ґрунтів в цілому досить добре розроблені. Встановлено направленість трансформації фосфору добрив у зв’язку з дозами і прийомами їх внесення, характер динаміки вмісту рухомих фосфатів у ґрунті. Виявлено оптимальні дози фосфорних добрив, а для окремих культур – діапазон оптимального вмісту рухомих сполук фосфору в ґрунті. Але відносно чорнозему опідзоленого, широко розповсюдженого в Правобережному Лісостепу України, ці питання, як правило, висвітлювались в короткотермінових польових дослідах без глибокого комплексного вивчення його фосфатного фонду.

Проведений огляд літературних джерел свідчить, що об’єктивно оцінювати запаси доступних для рослин сполук фосфору в ґрунті можливо лише за допомогою взаємодоповнюючих параметрів фосфатного стану ґрунтів з урахуванням їх конкретних особливостей за умов тривалого застосування різних доз мінеральних та органічних добрив, їх поєднання та розміщення в сівозміні. Це дає змогу раціонально використовувати фосфорні добрива.

Умови і методика проведення досліджень. Дослідження проведені на дослідному полі Уманської державної аграрної академії розташованому в Маньківському природно-сільськогосподарському районі Середньо-Дніпровсько-Бузького округу Лісостепової Правобережної провінції України.

Ґрунт дослідного поля – чорнозем опідзолений важкосуглинковий на лесі. Перед закладкою досліду (1964 р.) шар ґрунту 0-20 см характеризувався такими показниками: вміст гумусу (за методом Тюріна) – 3,31%; рН сольової суспензії – 6,2; гідролітична кислотність – 2,5 смоль/кг; насиченість ґрунту основами – 28,8 смоль/кг; легкогідролізованого азоту (за методом Тюріна-Кононової) – 48 мг/кг; рухомих фосфатів (за методом Труога) – 150 мг/кг; обмінного калію (за методом Бровкіної) – 90 мг/кг, а у 1996 році в контрольному варіанті: вміст гумусу (за методом Тюріна) – 3,0%; рН сольової суспензії – 5,2; гідролітична кислотність 4,5 смоль/кг; насиченість ґрунту основами – 24,7 смоль/кг; азоту лужногідролізованих сполук (за методом Корнфілда) – 45 мг/кг; фосфору, калію (за методом Чирікова) – 89, 100 мг/кг відповідно.

Кліматичні та погодні умови регіону характеризуються помірною континентальністю і за основними елементами погоди відповідають підзоні нестійкого зволоження. За даними Уманської метеорологічної станції середньобагаторічна кількість опадів складає 618,0 мм; середньодобова температура повітря при середньобагаторічному показнику – 7,3?С.

Основні дослідження проведені протягом 1995–1998 років у тривалому досліді, закладеному у 1964 році І.М. Карасюком. Його основа десятипільна польова сівозміна зерно-бурякового типу (конюшина, озима пшениця, цукрові буряки, кукурудза на зерно, горох, озима пшениця, кукурудза на силос, озима пшениця, цукрові буряки, ярий ячмінь з підсівом конюшини), розгорнута на десяти полях. Схема досліду дозволяє одночасне вивчення трьох систем удобрення: органічної, мінеральної та органо-мінеральної з диференціацією доз добрив під культури сівозміни за трьох рівнів їх застосування. Мінеральні добрива під культури сівозміни вносять залежно від вибагливості до елементів живлення, гній – під цукрові буряки та кукурудзу. Найнижчий рівень або одинарна доза органічних добрив становить 4,5 т/га, мінеральних – N45P45K45. Дози внесення основних елементів живлення за органо-мінеральної системи удобрення вирівняні з відповідними рівнями мінеральної. У досліді використовували такі добрива: напівперепрілий солом’яний гній великої рогатої худоби (0,5% N, 0,25% P2O5, 0,6% K2O); аміачну селітру (34–35% N); суперфосфат гранульований (19–21% P2O5); калійну сіль змішану (40% K2O). Загальна площа ділянки – 170 м2, облікова – 100 м2, повторення досліду триразове. Збирання врожаю основної продукції проводили поділяночно суцільним методом, побічної – розраховували за співвідношенням з основною в пробах (табл. 1).

Таблиця 1 – Схема досліду з вивчення впливу різних доз добрив і систем удобрення на продуктивність польової сівозміни та родючість ґрунту,

1965 – 1998 рр.

Варіант досліду | Насиченість добривами на 1 га сівозмінної площі

гній, т | мінеральні добрива, кг

N | P2O5 | K2O

Без добрив

(контроль)––––

2 Гн | 9,0–––

3 Гн | 13,5–––

4 Гн | 18,0 (13,5)–––

1 NPK– | 45,0 | 45,0 | 45,0

2 NPK– | 90,0 (135,0) | 68,0 (135,0) | 36,0 (135,0)

3 NPK– | 135,0 | 135,0 | 135,0

1 Гн + NPK | 4,5 | 23,0 | 34,0 | 18,0

2 Гн + NPK | 9,0 (6,8) | 45,0 (101,0) | 68,0 (118,0) | 36,0 (95,0)

3 Гн + NPK | 13,5 | 68,0 | 101,0 | 54,0

Примітка. У дужках – у І–ІІ-й ротаціях сівозміни

З метою уточнення оптимального вмісту рухомих фосфатів у чорноземі опідзоленому для культур польової сівозміни проводили вегетаційний дослід з рослинами цукрового буряка. Для цього використовували ґрунт з різним рівнем вмісту рухомих фосфатів відібраний у тривалому досліді. Добрива вносили за схемою: 1. NK; 2. NPK. Повторність досліду шестиразова. На вегетаційну посудину з дев’ятьма кілограмами ґрунту вносили, згідно схеми досліду, N – 1,0 г; P2O5 – 1,2 г; K2O – 1,2 г у формі аміачної селітри, суперфосфату гранульованого та калію хлористого.

Обґрунтовуючи доцільність внесення фосфорних добрив у рядки використовували дані лабораторного досліду. Для зручності обліку насіння культур висівали у циліндри виготовлені з поліетиленової плівки і заповнені ґрунтом. У процесі росту, періодично кореневу систему відмивали, визначали її довжину і масу сухої речовини рослин.

Для вивчення змін у фосфатному фонді зразки ґрунту відбирали до глибини 160 см з проміжком у 20 см, а для встановлення амплітуди коливань вмісту рухомих фосфатів під культурами ланки сівозміни конюшина – озима пшениця – цукрові буряки протягом вегетації – перед сівбою, в середині вегетації та після збору врожаю з глибини 0-20 і 20-40 см

В досліджуваних зразках ґрунту визначали вміст: загального фосфору (за методом Шермана), рухомих фосфатів (за методом Чирікова), ступінь їх рухомості (за методом Карпінського-Зам’ятіної), мінеральних фракцій фосфатів (за методом Гінзбург-Лебедєвої). Вміст фосфору в рослинах визначали після мокрого озолення сірчаною кислотою та пероксидом водню. Заключне визначення фосфору проводили шляхом фотоколориметрування (за Murfy-Riley).

Вміст цукру в коренеплодах цукрових буряків визначали за методом холодної дегесції на автоматичній лінії “Венема”, вміст білка в зерні озимої пшениці розраховували за кількістю білкового азоту, який визначали за методом Барнштейна.

Вміст рухомих форм металів у ґрунті визначали на атомно-адсорбційному спектрофотометрі (Інститут ґрунтознавства та агрохімії УААН) з використанням витяжки ацетатно-амонійним буферним розчином з рН 4,8.

Баланс фосфору в ґрунті розраховували на основі одержаних власних даних, керуючись рекомендаціями [Методические указания по изучению баланса … УНИИЗ, 1974; Доспехов, 1978].

Економічну та енергетичну ефективність застосування добрив визначали згідно з технологічними картами та відповідними рекомендаціями [Инструкция и нормативы по определению экономической эффективности …, 1987].

Одержані в дослідах показники обробляли методами математичної статистики [Доспехов, 1985; Мойсейченко, Єщенко, 1994].

Валовий вміст фосфору в ґрунті та його розподілення по профілю тісно пов’язані з інтенсивністю його сільськогосподарського використання і прямо пропорційно залежить від кількості його внесення і відчуження з урожаями культур (табл. 2).

Так, у шарі ґрунту 0-20 см застосування добрив у кількості 90 – 135 кг Р2О5/га сівозмінної площі зумовило підвищення даного показника на 85 – 121% відносно варіанту де добрив не вносили.

Таблиця 2 – Вплив тривалого застосування добрив у сівозміні на вміст валового фосфору в ґрунті, мг Р2О5/кг

Варіант

досліду | Шар ґрунту, см | Надійшло Р2О5

з добривами

за 30 років, кг/га

0-20 | 20-40 | 40-60 | 60-80 | 80-100 | 140-160

Без добрив | 802 | 745 | 775 | 720 | 740 | 400 | -

2 Гн | 897 | 782 | 752 | 740 | 751 | 410 | 675

3 Гн | 970 | 791 | 764 | 750 | 740 | 350 | 1012

4 Гн | 970 | 785 | 787 | 756 | 750 | 380 | 1125

1 NРК | 1012 | 848 | 764 | 760 | 762 | 390 | 1350

2 NРК | 1484 | 902 | 763 | 746 | 753 | 396 | 3600

3 NРК | 1778 | 1032 | 808 | 765 | 754 | 400 | 4050

1 Гн + NРК | 1007 | 841 | 804 | 761 | 760 | 380 | 1350

2 Гн + NPК | 1590 | 901 | 806 | 806 | 774 | 380 | 3600

3 Гн + NРК1763 | 984 | 810 | 813 | 800 | 412 | 4050

НIР0,95 34 | 28 | 22 | 23 | 23 | 15

Суттєве підвищення кількості валового фосфору відмічалось по профілю ґрунту, але воно було меншим ніж у шарі ґрунту 0-20 см і не перевищувало у варіантах з максимальними дозами 32 – 38%. У шарі ґрунту 60-80 см спостерігалась тенденція до збільшення запасів валового фосфору. Винятком був варіант 3 Гн + NPK, де даний показник був вищий ніж у контрольному варіанті на 12%.

Фракційний склад мінеральних фосфатів ґрунту. Вирощування сільськогосподарських культур на фоні тривалого застосування добрив призвело до підвищення загальної кількості мінеральних фосфатів у ґрунті. Так, якщо у варіанті де добрив не вносили цей показник становив 51% від валового вмісту фосфору, то на ділянках де добрива застосовували він був у межах 58 – 70%.

Кореляційний і регресійний аналізи дослідних даних дозволяють констатувати, що між валовими запасами фосфору (х) і вмістом його у мінеральних сполуках (у) існують такі залежності: при внесенні органічних добрив у = 313,27+0,266х (r = 0,511); мінеральних – у = 100,61+0,556х (r = 0,983); сумісно мінеральних з органічними – у = 103,71+0,556х (r = 0,942).

Дослідження показали, що тривале застосування добрив впливає на структуру фосфатного фонду чорнозему опідзоленого, змінюючи співвідношення фракцій мінеральних фосфатів, які склалися в природних умовах ґрунтоутворення. У ґрунті перелогу в шарі 0-20 см загальна кількість мінеральних фосфатів складала 609 мг/кг. У складі мінеральних сполук 399 мг/кг або 67% приходилось на “активні” і 210 мг/кг або 34% на недоступні для рослин сполуки (40% і 21% відповідно до валового вмісту Р2О5). Переважну частину “активних” мінеральних фосфатів – 244 мг/кг (40% від суми фракцій) складали фосфати фракції Са-РІІ. Вміст найбільш рухомих фосфатів фракції Са-РІ, був низьким – 4,2%. Вміст фосфатів фракцій Al-Р, Fe-P відповідно складав 9,0 і 8,9%.

Розподіл фосфору за фракціями характеризує фосфатний фонд чорнозему опідзоленого як досить рухомий і свідчить про високу мобільність фосфатів у ньому.

Внесення фосфорних добрив у дозах 45 – 135 кг Р2О5/га сівозмінної площі при їх тривалому застосуванні сприяло підвищенню у ґрунті вмісту загальної кількості мінеральних фосфатів в

Застосування добрив у дозах, які перевищують відчуження фосфору врожаями, сприяє нагромадженню залишкових його кількостей, що пропорційно розподіляються між фракціями “активних” сполук фосфору.

Вміст фосфатів, які входять до фракції Са-РІІІ, при застосуванні добрив у дозах 45 – 90 кг Р2О5/га був близьким до контролю. При дозі 135 кг Р2О5/га за органо-мінеральної системи удобрення він знижувався. Це пояснюється гідролізуючою дією вільних сірчаної і фосфорних кислот які є у суперфосфаті. Крім того, органічні кислоти які виділяються при розкладі гною частково зв’язують фосфор добрив перешкоджаючи переходу його у недоступні сполуки.

У наших дослідженнях спостерігається тісна кореляційна залежність між даними одержаними за методом Чирікова і Са-РІІІ (метод Гінзбург-Лебедєвої) – r = 0,73.

Вміст рухомих сполук фосфору в ґрунті. Висока мобільність фосфатів у чорноземі опідзоленому пояснює стабільність вмісту рухомих сполук фосфору, яка спостерігалась у досліді на природному фосфатному фоні протягом тривалого часу. Дана закономірність свідчить про встановлення рівноваги фосфатної системи, характерної для даного типу ґрунту.

Під впливом тривалого застосування різних доз і систем удобрення відбулися суттєві зміни вмісту рухомих сполук фосфору у чорноземі опідзоленому (табл. 3).

Таблиця 3 – Вміст рухомих сполук фосфору в ґрунті залежно від

Тривалого удобрення, мг/кг

Варіант досліду | Шар ґрунту, см

0-20 | 20-40 | 40-60 | 60-80 | 80-100 | 100-120 | 120-140 | 140-160

Без добрив | 89 | 79 | 69 | 62 | 62 | 50 | 30 | 30

2 Гн | 96 | 86 | 73 | 73 | 62 | 52 | 30 | 30

3 Гн | 120 | 113 | 78 | 66 | 65 | 58 | 30 | 30

4 Гн | 126 | 122 | 109 | 73 | 68 | 62 | 30 | 30

1 NPK | 129 | 128 | 75 | 62 | 62 | 49 | 30 | 30

2 NPK | 181 | 150 | 89 | 69 | 62 | 50 | 30 | 30

3 NPK | 250 | 200 | 105 | 72 | 62 | 54 | 30 | 30

1 Гн + NPK | 135 | 130 | 96 | 83 | 63 | 54 | 30 | 30

2 Гн + NPK | 196 | 171 | 109 | 96 | 70 | 60 | 30 | 30

3 Гн + NPK | 230 | 200 | 132 | 105 | 76 | 62 | 30 | 30

НІР0,95 | 8 | 6 | 5 | 4 | 4 | 3 | 3 | 3

Максимальне збільшення їх кількості у шарі ґрунту 0-20 см спостерігалось у варіантах 3 NPK і 3 Гн + NPK. При цьому запаси рухомих форм фосфору в три рази перевищували відповідний показник у контрольному варіанті. Нижча інтенсивність нагромадження фосфатів спостерігалась у шарі ґрунту 20-40 см. У даних варіантах їх вміст збільшився у два рази. У шарі ґрунту 60-80 см у варіанті 3 NPK міграційний процес практично відсутній, в той час як у варіанті 3 Гн + NPK збільшується кількість фосфору в 1,7 рази відносно варіанту де добрива не застосовували. Вміст рухомих сполук фосфору в ґрунті за всіх доз і систем удобрення які вивчались у досліді, в основному, був у відповідності із станом балансу фосфору у сівозміні.

Вміст рухомих сполук фосфору під культурами ланки сівозміни конюшина – озима пшениця – цукрові буряки мало змінюється протягом вегетаційного періоду. За роки досліджень амплітуда коливань на неудобрених ділянках була в межах 82–132 мг/кг у шарі ґрунту 0-20 см і 57–118 мг/кг у шарі 20-40 см.