Кисіль В.І. Теоретичні основи і прикладні аспекти застосування добрив у біологічному землеробстві

Краткое содержание

Сучасні екологічні і енергетичні проблеми в агросфері як детермінант біологізації землеробства

Наведено огляд літературних джерел з питань екологізації та біологізації землеробства. Висвітлені недоліки так званого альтернативного землеробства, яке поширене в країнах Західної Європи та США. Показано, що основним питанням при виробництві екологічно чистої продукції, є питання еколого-безпечного застосування мінеральних добрив. Принципи використання мінеральних добрив, яких дотримуються у альтернативному землеробстві і які повинні забезпечити оптимальне живлення рослин, нормальне їх функціонування на всіх етапах онтогенезу, формування високоякісних врожаїв, недосконалі. Уявлення щодо переваг живлення рослин за умов використання лише органічних добрив, теоретично безпідставні. Відмова від використання промислових мінеральних добрив науково не мотивована.

У той же час, категоричність, з якою прихильники альтернативного землеробства виступають проти мінеральних добрив, вимагає критично переосмислити деякі постулати в їх використанні, уточнити окремі аспекти в теорії мінерального живлення рослин, поглибити уявлення про складний механізм взаємодії, транслокації і трансформації макро- и мікроелементів в системі добрива – ґрунт - рослина. Без сумніву, що всі ці питання для біологічного землеробства є найактуальнішими.

Об'єкти, умови та методики досліджень

Дослідження проводили на основних підтипах чорноземів України – чорноземах типових і  чорноземах опідзолених. На чорноземі типовому важкосуглинковому проведено стаціонарний дослід, на чорноземі опідзоленому – мікропольові досліди. Дослідження проводили в дослідному господарстві ІГА УААН “Комунар”, дослідному господарстві Інституту овочівництва та баштанництва УААН “Мерефа” Харківського району та КСП “Колос” Шевченківського району Харківській області. В лабораторних і вегетаційних дослідах використовували чорнозем типовий.

Чорнозем типовий характеризується такими показниками: гумус -  4,1 %, рНKCl – 6,0, Nвал. – 0,38 %, Рвал. – 0,16 %, Квал. – 2,53 %, Р2О5 і К2О за Чиріковим – 13,1 та 9,0 мг/100 г ґрунту.

Чорнозем опідзолений має таку характеристику: гумус – 2,6 %, рНKCl – 5,2, Nвал. – 0,19 %, Рвал. – 0,12 %, Квал. – 2,59 %, Р2О5 і К2О за Чиріковим – 5,1 та 9,1 мг/100 г ґрунту.

В лабораторних дослідах проведено дослідження, метою яких був пошук засобів, які б запобігали створенню гіпертрофовано високих концентрацій елементів живлення в контактному зі стрічкою локально внесених добрив прошарку ґрунту. Для цього моделювали умови, які складаються у орному шарі за локального внесення мінеральних добрив. Імітацію локального внесення добрив здійснювали таким чином. На дно металевої конструкції розміром l=20 см, h=2 см і c=2 см насипали ґрунт висотою 1 см. Поверх цього шару  ґрунту наносили стрічку добрив, яку також перекривали шаром ґрунту висотою 1 см. Грунт дещо ущільнювали, а потім зволожували до величини НВ. Таким чином, стрічка добрив розміщувалась у двох сантиметровому шарі ґрунту. Саме з таким об'ємом контактують добрива, які вносять локально спеціальними знаряддями в умовах виробництва. В змодельованому дво сантиметровому шарі ґрунту протягом двох тижнів вивчали динаміку вмісту елементів живлення, pH і гідролітичної кислотності.

У вегетаційному досліді моделювали умови, за яких система антиоксидантного захисту сільськогосподарських рослин за локального внесення підвищених доз мінеральних добрив залишається стійкою. Як індикатор нормального протікання фізіолого-біохімічних процесів у рослинах розглядали вміст у тканинах рослин малонового діальдигида (МДА) – кінцевого продукту перекисного окислення ненасичених жирних кислот - ліпідів.  Дослідження проводили у вегетаційних посудинах, де імітували локальний і у розкид  способи внесення мінеральних добрив. Випробували три дози добрив: N30P30K30, N60P60K60, N120P120K120. Для попередження виникнення надвисоких концентрацій елементів живлення у стрічці локально внесених добрив використовували вапно з розрахунку 0,19 кг CaCO3 на 1 кг д.р. NPK. Визначення вмісту МДА проводили у рослинах гороху і ячменю протягом трьох тижнів після появи всходів. Вміст МДА визначали за показниками оптичної щільності розчину та даними розрахунків його концентрації по молярній екстінції.

В мікропольових дослідах відпрацьовували заходи, які забезпечують комфортні умови живлення сільськогосподарських культур, а відтак і одержання біологічно повноцінної рослинницькій продукції. Головним в цих дослідженнях була конкретизація робочої гіпотези щодо відповідності гетерогенного за вмістом поживних речовин орного шару комфортним умовам живлення рослин. Дослідження проводили на чорноземі опідзоленому у 1984-1989 рр. у короткій сівозміні: горох - озима пшениця - цукровий буряк - ячмінь. Дослід мав два блоки: у одному з них під всі культури імітували відвальну оранку, у другому – безвідвальний обробіток. Схема досліду включала варіанти з локальним і врозкид внесенням мінеральних добрив з доповненням їх мікроелементами(Mo, Mn, Zn, B)  і вапном. Дослід закладали у попередньо підготовлених котлованах розміром 1м x 1м x 0,3м. Гній розміщували у ґрунті рівномірно (у шарі 0-27см) і екраном на глибині 25-27 см. Мінеральні добрива, мікроелементи і вапно при внесенні їх врозкид рівномірно розподіляли у шарі 0-20 см, за локального – вносили стрічками на глибину 12-14 см. Дози  мінеральних добрив складали N30P30K30 і N120P120K120, гній  вносили з розрахунку 30 т/га, мікроелементи – 2 кг/га, вапно – 0,19 кг на 1 кг д.в. NPK.

Крім того, в мікропольових, дрібноділянкових та короткотривалих польових дослідах проведено дослідження з визначення  придатності для біологічного землеробства таких нових видів добрив як органо- мінеральні, повільно розчинні азотні та сульфат-нітрат амонію, який одержують за електронно-променевою технологією

Науковий експеримент в тривалому досліді проводили за нетрадиційною для агрохімічних досліджень схемою, де варіанти представлено не в класичному їх розумінні, а у вигляді моделей систем землеробства. Зрозуміло, що поняття “система землеробства”  використовується нами до певної міри умовно, тому що навіть у стаціонарному досліді реалізувати всі її складові проблематично.

Дослідження проводили на таких варіантах досліду – моделях систем землеробства:

1) Традиційній, що розглядалася нами як контроль, заснованій на органо-мінеральній системі удобрення сільськогосподарських культур у сівозміні та хімічних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива застосовували звичайним способом врозкид у дозах, розрахованих на інтенсивні технології (варіант 1).

2) Альтернативній, заснованій на органічній системі удобрення і безгербіцидних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива (Р10) застосовували тільки при сівбі (варіант 2).

3) Біологічній, заснованій на органо-мінеральній системі удобрення і безгербіцидних засобах боротьби з бур'янами. Мінеральні добрива вносили локально у дозах, зменшених в порівнянні з варіантом 1 на 30-50 % в залежності від біологічних особливостей сільськогосподарських культур.

Біологічна система землеробства мала дві модифікації: одна передбачала щорічне локальне внесення мінеральних добрив (варіант 3); друга – створення у орному шарі зон трофічного комфорту шляхом локального внесення мінеральних добрив, мікроелементів і вапна (варіант 4). Для збереження зон трофічного комфорту у часі передбачалось після їх формування застосування тільки безполицевого обробітку ґрунту.

Мінеральні добрива при внесенні їх врозкид закладали у ґрунт плугом, за локального внесення – культиватором - рослинопідживлювачем  КРН-5,6 на глибину 12-14 см. На цій же глибині створювали зони трофічного комфорту.

Дослідження проводили впродовж 1990-1997 рр. в шестипільних сівозмінах № 1, № 2 і № 3, з набором культур з різними вимогами до умов мінерального живлення. З багаторічних трав використовували люцерну. При альтернативній і біологічній системах землеробства, крім гною, як органічні добрива використовували ще і побічну продукцію – солому ярих і озимих культур та гичку цукрових буряків. Крім того, в сівозміні № 1 на варіантах з альтернативним і біологічним землеробством вирощували сидеральну культуру – редьку олійну. Особливістю використання в біологічному землеробстві побічної продукції було те, що при її закладанні у ґрунт вносили додаткову кількість азотних добрив (із розрахунку 10 кг азоту на 1 т гички і 12 кг азоту на 1 т соломи), а при альтернативному землеробстві – азотні добрива не використовували. Детальну схему застосування добрив у сівозмінах наведено у таблиці 1.

Період проведення досліджень, обробки, аналізу і узагальнення матеріалу охоплював  18 років - з 1983 по 2000 рік. Роки проведення польових досліджень (1983-1997 рр.) характеризувалися нерівномірним розподілом опадів у весняні і літні місяці, помітними перепадами температур повітря, що багато в чому визначало рівень врожаїв вирощуваних сільськогосподарських культур.

Для проведення агрохімічних досліджень відбирали ґрунтові зразки з глибини 0-20см до закладання досліду (після розбивки дослідної ділянки на варіанти) і після закінчення ротації в кожній з трьох сівозмін. Зразки відбирали влітку (в серпні) на варіантах 1, 2, 3, і 4 в п'яти точках ділянки по її діагоналі на кожному з трьох повторень в клинах А, Б і В. Індивідуальні зразки об'єднували і готували змішаний зразок для кожного з трьох повторень досліду. Після висушування зразків до повітряно-сухого стану їх подрібнювали до 1 мм в діаметрі і зберігали до проведення аналізів. Аналізи проводили в змішаному зразку. Дані клинів  А, Б, і В усереднювали. За такою ж схемою проводили відбір зразків для проведення мікробіологічних досліджень, за винятком того, що зразки відбирали тільки після закінчення ротації сівозмін і аналіз проводили в “свіжих” зразках.