Кобзиста Л.П. Оптимізація контролю забур\'яненості посівів ланки зерно-просапної сівозміни в умовах екологічного землеробства Правобережного Лісостепу України

summary

У вступі розкрита сутність наукової проблеми, актуальність теми, сформульована мета і завдання досліджень, обґрунтована наукова новизна і практичне значення їх результатів.

Сучасний стан вивчення проблеми контролю забур’яненості ріллі в умовах екологізації землеробства (огляд літератури)

У розділі поданий короткий аналітичний огляд літератури з питань забур’яненості посівів в умовах екологізації землеробства, історичного розвитку, сучасного стану та перспектив їх удосконалення, зроблений всебічний аналіз впливу промислової (контроль), екологічної та біологічної систем землеробства і основного обробітку ґрунту на потенційну і актуальну забур’яненість посівів, основні показники родючості ґрунту, урожайність культур, якість урожаю, економічні та енергетичні показники їх вирощування. На основі аналізу літературних джерел обґрунтовані напрями дослідження.

Умови та методика проведення досліджень

Кліматичні та ґрунтові умови місця проведення досліджень. Дослідження проведені протягом 2005-2007 років у стаціонарному досліді кафедри землеробства та гербології на Агрономічній дослідній станції Національного аграрного університету. Територія станції розміщена в Київській області, Васильківському районі, с. Пшеничне і належить до Фастівського природно-сільськогосподарського району Середньо-Дніпровсько-Бугського природно-сільськогосподарського округу Правобережної провінції зони Лісостепу.

Клімат Правобережного Лісостепу України – помірно континентальний. Середня річна температура складає +6,5-7° С. Тривалість періоду з температурою вище +5 °С становить в середньому 210-215 днів, а з температурою вище +10 °С – 150-189 днів. Середня багаторічна сума активних температур вище + 10 °С складає 3078 °С. Багаторічна норма річних опадів сягає 550 мм, а за вегетаційний сезон – 368 мм, або 67 % їх річної кількості. Середня багаторічна величина гідротермічного коефіцієнту становить 1,2, вказуючи на достатнє зволоження території.

За гідротермічними умовами 2005 рік був істотно вологішим (ГТК = 1,4), 2006 р. – типовим (ГТК = 1,2), а 2007 р. – екстремально посушливим (ГТК = 0,6) порівняно з багаторічною нормою. Такі умови сприяли оцінці впливу погоди на досліджувані явища.

Ґрунтове вкриття на площі досліду – чорнозем типовий малогумусний крупнопилувато-легкосуглинковий на лесі. Вміст гумусу за Тюріним в орному шарі – 4,4%, легкогідролізованого азоту за Кононовою – 4,5 мг на 100 г ґрунту, рухомого фосфору за Мачигіним – 4,5-5,5 мг на 100 г ґрунту, обмінного калію за Масловою – 10,0 мг на 100 г ґрунту. За вмістом легкогідролізованого азоту і обмінного калію ґрунт належить до середньо забезпеченого, а рухомого фосфору – малозабезпеченого (П. О. Дмитренко, Б. С. Носко, 1987). Водний режим ґрунту напівпромивного типу, рівень підґрунтових вод знаходиться на глибині 5-6 метрів.

Реакція ґрунтового розчину близька до нейтральної: pH сольової витяжки – 6,9-7,3. Залягання карбонатів відмічено на глибині 45 см, вміст карбонату кальцію в цьому горизонті 5,81-6,29%. Фактор вологи не є лімітуючим, але в окремі частини вегетаційного сезону, в посушливі роки дефіцит вологи перешкоджає формуванню високих врожаїв сільськогоспо­дар­ських культур. Така ґрунтова відміна є типовою для зони Лісостепу, займаючи 54,6 % її території. Територія дослідного поля характеризується рівнинним рельєфом.

Методика проведення досліджень. Дослідження проводили у двофакторному стаціонарному польовому досліді з вивчення трьох градацій системи землеробства і чотирьох градацій системи основного обробітку ґрунту в сівозміні. Дослід був закладений в 2001 р. в усіх полях типової зональної польової сівозміни з чергуванням культур: конюшина – пшениця озима – буряки цукрові – кукурудза на силос – пшениця озима – кукурудза на зерно – горох – пшениця озима – буряки цукрові – ячмінь. Зміст градацій першого фактора, системи землеробства, складений за ознакою її ресурсного забезпечення для відтворення родючості ґрунту:

1.      Промислова система (контроль) – пріоритетне використання промислових агрохімікатів для відтворення родючості ґрунту з внесенням на гектар сівозмінної площі 12 т гною, 300 кг NPK мінеральних добрив, інтенсивне використання пестицидів для захисту посівів від бур’янів і шкідливих організмів;

2.      Екологічна система – пріоритетне використання для відтворення родючості ґрунту органічних добрив з внесенням на гектар сівозмінної площі 24 т органіки (12 т гною, 6 т нетоварної частини урожаю, 6 т маси пожнивних сидератів) і 150 кг NPK мінеральних добрив, обробкою насіння комплексним біопрепаратом, застосуванням хімічних пестицидів за критерієм еколого-економічного порогу наявності шкідливих організмів;

3.      Біологічна система – застосування лише природних ресурсів: 24 т/га органіки для відтворення родючості ґрунту без внесення промислових агрохімікатів, з використанням комплексного біопрепарату для обробки насіння та біологічних засобів захисту посівів.

Зміст градацій систем основного обробітку ґрунту:

1.      Диференційований (контроль): проведення за ротацію сівозміни 6 разів різноглибинної оранки, 2 рази поверхневого обробітку під пшеницю озиму після гороху і кукурудзи на силос та 1 раз – плоскорізний обробіток під ячмінь.

2.      Плоскорізний: різноглибинне розпушування ґрунту плоскорізом під всі культури сівозміни, крім поверхневого обробітку під пшеницю озиму в полях, указаних в контролі.

3.      Полицево-безполицевий: проведення за ротацію сівозміни 2 рази ярусної оранки під буряки цукрові, поверхневого обробітку під пшеницю озиму в полях, указаних в контролі, і плоскорізного розпушування під решту культур.

4.      Поверхневий: проведення обробітку дисковими знаряддями на глибину 8-10 см під всі культури сівозміни.

На тлі вказаного стаціонарного досліду наші спостереження були проведені в зерно-просапній ланці сівозміни конюшина – пшениця озима –  буряки цукрові.

Зміст ресурсного наповнення варіанту у моделі промислового землеробства (контроль) в ланці об’єднував застосування в полі конюшини підживлення весною мінеральними добривами P₈₀K₇₀, в полі пшениці озимої– P₆₀K₆₀ під основний обробіток і N₁₀₀P₃₀K₃₀ – у підживлення, а в полі буряків цукрових – під основний обробіток гній 40 т/га і мінеральні добрива P₉₀K₁₂₀,  навесні під передпосівний обробіток N₆₀P₁₅K₁₅ та в підживлення N₆₀P₁₅K₁₅. Захист рослин від шкідливих організмів за цієї моделі полягав у застосуванні на пшениці фунгіциду раксил, 2% т. к. с. – 1,8 л/га, інсектициду Бі-58, 40% к. е. – 1,5 л/га та гербіциду гранстар, 75% в. г. – 0,02 л/га і в полі буряків цукрових інсектицидів протруйника фурадан, 35 % к. с. – 30 л/т, Бі-58, 40 % к. е. – 0,5 л/га, фастак, 10 % к. е. – 0,1 л/га та гербіцидів дуал, 96% к. е. – 1,8 л/га, карібу, 50% з. п. – 0,03 л/га, бетанал-експерт, 27 % к. е. – 1,6 л/га, центуріон, 24% к. е. – 0,2 л/га.

У варіанті екологічного землеробства норми добрив у полі конюшини становили P₄₀K₅₀, пшениці озимої основне – P₅₀K₅₀ та підживлення N₉₀P₃₀K₃₀ і в полі буряків цукрових основне – гній 40 т/га, солома 7,5 т/га, сидерат 20 т/га, мінеральні добрива – P₃₀K₄₀, під весняну культивацію N₂₀P₂₀K₂₀ та підживлення N₂₀. В цьому варіанті насіння обробляли комплексним поліфункціональним біопрепаратом Інституту агроекології УААН, який містить азотфіксуючі, специфічні для кожної культури бактерії, фосформобілізуючі бактерії штаму Enterobacter nimipressuralis в складі компонента фосфоентерину і препарат біополіцид, створений на основі антифунгального штаму Paenibacillus polymyxas. Пестициди в цьому варіанті системи землеробства засосовували аналогічно до контролю.

За біологічної моделі землеробства мінеральні добрива не застосовували, обмежившись обробкою насіння комплексним біопрепаратом, а засобом захисту рослин в полі пшениці озимої служив цей же препарат та фітогербіцид алметид 96 % – 0,3 кг/га.

Система диференційованого основного обробітку ґрунту (контроль) в полі пшениці складалась з дискування на 8-10 см, оранки на 20-22 см та дворазової культивації на 5-6 см, в полі буряків – дискування на 6-8 см, ярусної оранки на 28-30 см та дворазової культивації на 5-6 см. У варіанті плоскорізного обробітку під пшеницю проводили дискування на 8-10 см, плоскорізне розпушування на 20-22 см та дворазову культивацію на 5-6 см, а під буряки цукрові – дискування на 6-8 см, дискування на 10-12 см для заробки гною, культивація на 6-8 два рази, плоскоріз на 28-30 см та дворазова культивація на 5-6 см.

Варіант полицево-безполицевого обробітку ґрунту поєднував описаний плоскорізний обробіток під пшеницю озиму і оранку під буряки цукрові.

У варіанті поверхневого обробітку ґрунту під пшеницю проводили дворазове дискування на 8-10 см і дворазову культивацію на 5-6 см, а під буряки цукрові – дискування на 6-8 см і 8-10 см та дворазову культивацію на 5-6 см.

Варіанти стаціонарного досліду розміщені методом розщеплених ділянок. Повторність досліду – чотирьохкратна. Посівна площа ділянок першого порядку, на яких здійснюють варіанти основного обробітку, становить 280 м² (8 м 35 м), а облікова – 225 м² (32,1 м × 7 м). Ділянки другого порядку, на яких застосовують відповідні системи удобрень і захисту рослин, характерні для окремих варіантів систем землеробства, мають посівну площу 93,6 (8м × 11,7м), а облікову – 75 м² (7 м × 10,7 м). Окрім того, розпочинаючи з 2003 року, в кожному полі сівозміни проводиться виробнича перевірка 3-х систем землеробства на тлі кращого з вивчених варіантів системи основного обробітку ґрунту, полицево-безполицевого. В цьому випадку площа ділянок становить 0,07 га (11,7 м × 64 м ) при трикратній повторності спостережень.

На дослідних ділянках ланки зерно-просапної сівозміни висівали районовані сорти сільськогосподарських культур: конюшина червона «Носівська-5», пшениця озима «Поліська-90», гібрид буряків цукрових «ЧС-70».

Спостереження та аналізи виконувались протягом 2005-2007рр. за програмою: визначення життєздатності насіння бур’янів в дослідних середовищах за методикою, описаною Ю. П. Маньком (1998); щільність ґрунту на глибині 0-10, 10-20, 20-30 см – за методом М. Качинського на початку і в кінці вегетації культур; запаси доступної вологи у ґрунті – методом висушування при температурі 105°С його зразків, відібраних з шарів 0-10, 10-20, 20-30, 30-50, 50-70 та 70-100 см; нітратний азот – дисульфофеноловим методом, доступний фосфор – за Мачигіним, обмінний калій – на полум'яному фотометрі; актуальна забур'яненість полів у фазі сходів культурних рослин – кількісним методом, а перед збиранням врожаю – кількісно-ваговим з окремим обліком рослин в репродуктивній стадії; потенційна забур'яненість полів до сівби культурних рослин, перед збиранням урожаю і після його збирання – за методом Б. О. Доспєхова та І. А. Чекрижова; облік густоти посіву культурних рослин у фазі повних сходів і перед збиранням урожаю проводили на облікових рамках площею 1 м²; настання фаз розвитку культурних рослин –за настання фази в 75% рослин на пробних ділянках, чиста продуктивність фотосинтезу культурних рослин – за методикою А. А. Ничипоровича, висота – вимірюванням, маса – зважуванням, площа листкової поверхні – методом висічок листя 50 пробних рослин на ділянку, структура урожаю – методом пробних снопів; урожайність культур визначали методом суцільного обліку; показники якості урожаю (вміст білку в зерні пшениці, вміст цукру в коренеплодах буряків цукрових у фазі технічної стиглості) визначали та оцінювали: пшениці озимої – за ДСТУ 3768-2004 та буряків цукрових ГОСТ 17421-82. Економічну та енергетичну ефективність систем землеробства та обробітків ґрунту визначали за методичними рекомендаціями, складеними Ю. П. Маньком (2007). Статистичний аналіз експериментальних даних проводили за методикою, описаною Б. О. Доспєховим (1985).

ґрунту та запасів продуктивної вологи в ньому. Одержана нами експериментальна інформація демонструє істотне збільшення рясності бур’янів на ділянках моделі біологічного земле­роб­ства і тенденцію до такого збільшення у варіанті екологічної його моделі порівняно з контрольним варіантом промислового земле­роб­ства. Не менш чітко проявляється зростання кількості сходів бур’янів на тлі безполицевого та поверхневого обробітку ґрунту в сівозміні порівняно з контрольним варіантом диференційованого основного обробітку. При цьому така закономірність спостерігається в усіх досліджених системах земле­роб­ства.

Аналіз даних також свідчить про наявність прямої кореляційної залежності між щільністю ґрунту і рясністю бур’янів в середньому в ланці сівозміни, з одного боку, і такого ж впливу на чисельність сходів бур’янів вологості ґрунту. Звідси випливає часткове пояснення явища збільшення рясності бур’янів у варіантах безполицевого чи поверхневого обробітків ґрунту, яким властиві більші, порівняно з полицевими обробітками, показники щільності і вологості поверхневого шару ґрунту (0-10 см), місця знаходження насіння бур’янів з ймовірним утворенням з них сходів. Дані спостережень підтверджують сприяння з’явленню сходів бур’янів ущільнення розпушеного в просапному полі ґрунту і, навпаки, слабке гальмування цих сходів під впливом зростання щільності відносно ущільненого ґрунту в полях багаторічних трав і озимих.

Оптимальною щільністю ґрунту в польових умовах для сходів бур’янів з переважною участю малорічних видів виявилась – 1,1-1,2 г/см³.

рослин. Аналіз експериментальної інформації вказує на наявність від слабкої до середньої оберненої кореляційної залежності між вказаними величинами. Зменшення кількості сходів бур’янів при внесенні мінеральних добрив на промисловій та екологічній системах земле­роб­ства можна пояснити тим, що досліджувані культури мали тут хороший ріст та розвиток, а також впливом гербіцидів, притаманних даним системам, що погіршило умови для бур’янів.

Одержані нами результати спостережень підтверджують зменшення з’явлення сходів бур’янів при застосуванні вивчених норм мінеральних добрив в полях ланки зерно-просапної сівозміни. Це явище ймовірно відіграє позитивну роль в підвищенні конкурентної спроможності проти бур’янів культурних рослин в моделях промислового і екологічного земле­роб­ства і сприяє її зменшенню за системи біологічного земле­роб­ства

контролю бур’янів

.

Встановлено, що в середньому по ланці сівозміни забур’яненість полів на початку весняної вегетації культур належить до кореневищно-коренепаростково-малорічного агротипу з участю кореневищних видів – 1-2 %, коренепаросткових – 5-20 %, малорічних – 78-91 % і їх поширеністю, відповідно, – 7-48 %, 41-67 % і 93-100 %. В складі бур’янового компоненту агрофітоценозів переважали види класу двосім’ядольних з участю 41-70 % і поширеністю – 90-100 %. Участь однодольних видів становила 30-59 % з поширеністю – 72-78 %.

Модель біологічного земле­роб­ства відрізняється суттєвим збільшенням участі і поширеності кореневищних та коренепаросткових бур’янів, а з ботанічного погляду – класу двосім’ядольних за рахунок зменшення частки односім’ядольних видів. Серед систем основного обробітку ґрунту, навпаки, варіанти поверхневого і плоскорізного обробітку викликали істотне збільшення участі однодольних видів бур’янів. Ці системи обробітку ґрунту відрізнялись збільшенням участі багаторічних бур’янів (18 %) і їх поширеності (72-73 %).

Показниками технічної ефективності контролю забур’яненості ріллі служать рясність бур’янів та їх маса. В результаті проведених спостережень з’явилась можливість порівняльної оцінки за цими показниками технічної ефективності контролю актуальної забур’яненості агрофітоценозів ланки сівозміни. Встановлено зокрема, що на початку весняної вегетації в середньому по ланці сівозміни найбільш ефективний контроль бур’янів забезпечують варіанти промислової і екологічної моделі земле­роб­ства на тлі системи полицево-безполицевого основного обробітку ґрунту в сівозміні. Рясність бур’янів на цей час у вказаних варіантах складала 40-60 шт./м², що є підставою віднести забур’яненість полів до середньої. В той же час рясність бур’янів за біологічного земле­роб­ства становить 114-235 шт./м², тобто належить до сильної, перевищуючи контроль у 2-3,7 рази (НІР₀₅=21 %).

Рис. 1. Зміни показників бур’янистої синузії в зерно-просапній ланці сівозміни на час збирання урожаю під впливом варіантів систем землеробства (середнє за 2005-2007 рр.).

Серед варіантів основного обробітку найбільш ефективним за контролюванням бур’янів виявився полицево-безполицевий. Плоскорізний і поверхневий обробітки викликали суттєве збільшення актуальної забур’яненості, на 37-56  % (НІР₀₅=21 %).

На час збирання урожаю культур ланки сівозміни (рис. 1) описана вище порівняльна оцінка ефективності контролю забур’яненості зберігається лише щодо варіантів систем основного обробітку ґрунту, серед яких кращим був полицево-безполицевий обробіток (рис. 2). Варіанти безполицевого і поверхневого обробітку ґрунту викликали на цей час істотне збільшення порівняно з контролем рясності всіх бур’янів на 28-44 % (НІР_0,5=24 %), репродуктивної їх частки – на 25-49 % (НІР_0,5=24 %) та маси на 25-49 % (НІР_0,5=24 %). Протибур’яновий ефект моделі екологічного земле­роб­ства на цей час поступається контролю за рясністю всіх бур’янів, репродуктивних їх екземплярів та масою (рис. 1), що можна пояснювати виникненням для них екологічної ніші у зв’язку зі зменшеною едифікаторною функцією культурних домінантів в умовах менших ресурсів мінерального живлення.

Рис. 2. Зміни показників бур’янистої синузії в зерно-просапній ланці сівозміни на час збирання урожаю під впливом варіантів системи основного обробітку ґрунту (середнє за 2005-2007 рр.).

Пошарове визначення величини потенційної забур’яненості ріллі в досліді дозволяє віднести її до високої з варіюванням чисельності фізично нормального насіння бур’янів в шарі ґрунту 0-30 см в середньому по ланці сівозміни перед весняною сівбою ярих культур від 280 до 442 млн. шт./га, перед збиранням урожаю культур – 242-384 млн. шт./га і після його збирання – 390-618 млн. шт./га. Баланс насіння бур’янів за вегетаційний сезон в 0-30 см шарі виявився позитивним +39-40 %. Важлива оцінка кількості насіння бур’янів у 0-10 см шарі ґрунту, з якого з’являються їх сходи. Ця кількість під впливом полицево-безполицевого основного обробітку ґрунту в сівозміні зменшувалась на час весняної сівби порівняно з контролем на 34 %, перед збиранням урожаю – на 33 % і після його збирання – на 34 %. Серед систем земле­роб­ства запас насіння бур’янів в 0-10 см шарі ґрунту на час весняної сівби суттєво не відрізнявся у варіантах промислового і екологічного земле­роб­ства та істотно перевищував контроль (на 35 %) за моделі біологічного земле­роб­ства.

. В якості потенційних гербістатів для досліджень були обрані похідні тетра- та дигідротіофендіоксиду, ароматичних амінів та піридину, які наділені бактерицидною, гербіцидною, нематоцидною та фунгіцидною активністю. Спочатку їх вивчали в чашках Петрі за вказаною вище методикою. Потім кращі з цих результатів переносили для досліджень в польові умови.

Зокрема, речовини ДГ-551АА, Д-7, Д-22А показали найкращі результати – схожість насіння бур’янів знижувалась на 100 % навіть за концентрації 0,001%, що спонукало до їх подальшого випробування в ґрунті у лабораторних і польових умовах. В польових умовах сполука Д-22А забезпечила зниження забур’яненості при 0,1% концентрації на 53%. Проведені лабораторні і польові дослідження дозволили зробити висновок про перспективність наступних випробувань в польових умовах в якості гербістатних засобів речовин з групи похідних ароматичних амінів.

В іншому лабораторному досліді вивчали гербістатну активність мінеральних добрив. Об’єктом досліджень в цьому досліді стало насіння чотирьох видів бур’янів – щириці загнутої (Amaranthus retroflexus L.), лободи білої (Chenopodium album L.), гірчака шорсткого (Polygonum scabrum Moench.), плоскухи звичайної (Echinochloa crus-galli L.) та мінеральні добрива – карбамід 46 %, суперфосфат 19 %, калійна сіль 40 %. Реакцію насіння бур’янів на мінеральні добрива вивчали, пророщуючи його в чашках Петрі по 50 шт. кожного виду в чотирьохкратному повторенні на ложе з трьох шарів фільтрувального паперу, змоченого 10 мл розчину добрив концентрацією 0,1 %, 0,2 % і 0,3 % упродовж 30 діб в термостаті з температурою + 20-25 °C. Життєздатність насіння визначали за описаною методикою.

Реалізацію гербістатного ефекту, одержаного у лабораторних умовах, спостерігали в польовому досліді з буряками цукровими, проведеному на Агрономічній дослідній станції Національного аграрного університету в 2005-2007 рр. Послідовне внесення в ґрунт спочатку карбаміду в нормі N₆₀ в день сівби після її проведення, а потім з інтервалом 3 доби суперфосфату P₆₀ і калімагнезії K₆₀ екраном в шар 0-3 см під борону обумовило технічну ефективність контролю забур’яненості агрофітоценозу буряків цукрових, яка не поступалась застосуванню пакету рекомендованих гербіцидів (дуал голд, 96 % к. е. – 1,6 л/га + карібу, 50 % з. п. – 0,03 кг/га + триактив, 27 % к. е. – 1 л/га  + центуріон 24 % к. е. – 0,2 л/га). Слід відзначити відсутність негативного впливу застосування добрив на польову схожість насіння буряків цукрових та густоту посіву за умови, якщо боронування проводити легкими посівними боронами, а довжина проростків буряків не перевищує 5-7 мм.

Вартий уваги також той факт, що об’єктом гербістатної дії дослідженого поєднання мінеральних добрив служить тільки насіння бур’янів під час проростання і проростки. Дорослі рослини не зазнають шкоди від цього заходу. Тому гербістатна технологія внесення мінеральних добрив не буде ефективною на полях з перевагою багаторічних бур’янів, які розмножуються вегетативно.

Отже, в результаті виконаних досліджень встановлена можливість контролю забур’яненості посівів за допомогою гербістатної технології внесення мінеральних добрив, яка за технічною ефективністю не поступається застосуванню сучасних гербіцидів.