Чумак В.С. Наукове обгрунтування ефективності сівозмін і добрив у північному Степу України

Короткий зміст

У вступі обгрунтовано необхідність і актуальність виконання роботи, її наукову новизну, практичне значення, показано апробацію роботи, обсяг, декларацію особистого  внеску автора.

В літературному огляді приводиться коротка історія та стан вивченості різних сівозмін і систем удобрення, впливу їх на потенціальну та ефективну родючість ґрунту, на продуктивність культур і якість продукції. Проведений аналіз попередніх результатів досліджень в стаціонарних дослідах на станції та визначені напрямки їх подальшого удосконалення. Шляхом узагальнення даних науково-дослідних установ, виробничого досвіду та сучасних вимог обгрунтовано мету і завдання досліджень у регіоні.

ҐРУНТОВО-КЛІМАТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЗОНИ, УМОВИ І МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ.

Регіон, де проводились багаторічні дослідження, охоплює північну частину степової Лівобережної України, включаючу південні райони Харківської, південно-східні Полтавської та північно-східні Дніпропетровської області.

Клімат помірноконтинентальний, середньорічна кількість опадів за останній 30-річний період складає 579 мм, більша їх частина (64%) випадає на протязі квітня – жовтня місяців. Середньорічна температура повітря - +7,6 °С.

Аналіз основних агрокліматичних показників, проведений через кожні 10 років за 1968 – 1997 р.р. показав, що за останні 10 років (1988 – 1997 р.р.) погодні умови помітно відрізнялись від попередніх періодів рядом особливостей.

Перш за все останні десять років відмічалися декілька більшою забезпеченністю теплом та вологою. Так, якщо в 1968 – 1987 р.р. середньорічна температура повітря складала 7,4 – 7,5 °С, то в середньому за 1988 – 1997 р.р. вона зросла до 8 °С . Середньорічна кількість опадів за останній період була на 9,9 – 12,3 мм вищою в порівнянні з попереднім 20-річним періодом. Підвищення температури за останнє десятиріччя відбувалося в основному за рахунок її збільшення в зимовий період ( 1,3–1,5 °С), а різниця в кількості опадів була найбільшою у весняний період (23,7–30,0 мм).

Ґрунтовий покрив дослідних ділянок – чорноземи типові глибокі важкосуглинкові на лесі. Вміст гумусу в орному шарі (0–30 см) в зразках ґрунту, відібраних у 1969 році, складав 5,5–5,7%, загального азоту – 0,30–0,32%, фосфору – 0,15–0,16%, калию – 2,1–2,2%, рНсол – 6,8-7,0. Через 25 років, як показали дослідження проведені в 1993 році, зростання рівня інтенсифікації землеробства сприяло помітному негативному впливу на потенціальну родючість чорноземів. Гумусовий горизонт (Н) скоротився в середньому із 7 зроблених грунтових розрізів на 4 см, вміст гумусу – на 0,46%. Найбільш негативний вплив на гумусовий стан ґрунту обумовилоо збільшення в структурі сівозмін посівів просапних культур, скорочення площ багаторічних трав і недостатнє внесення органічних добрив. Використання землі по інтенсивній технології привело до погіршення структурності орного шару і зменшення вмісту карбонатів у ґрунті. Однак, незважаючи на тенденцію погіршення властивостей чорноземів, нинішній стан їх свідчить про досить ще високу потенціальну родючість. Але виявлені негативні ознаки при інтенсивному використанні чорноземів обумовлюють необхідність проведення ґрунтового моніторінгу та науково обгрунтованого ведення землеробства.

Дослідження, результати яких представлені в дисертаційній роботі, виконані в двох стаціонарних дослідах по вивченню ефективності різних видів спеціалізованих сівозмін і систем удобрення. Крім того, були закладені короткотривалі досліди, основною метою яких були пошуки шляхів найбільш раціонального використання добрив в умовах північного Степу України.

Характерною ознакою при вивченні ефективності сівозмін є насичення їх провідними в зоні діяльності станції культурами: озимою пшеницею до 50% (№10), кукурудзою на зерно до 40% (№16), цукровим буряком до 30% (№7). Комбінований обробіток ґрунту вивчали в сівозміні №3 (оранка під ячмінь, соняшник,цукровий буряк; поверхневий обробіток – дисковими знаряддями під озиму пшеницю після кукурудзи на силос і гороху; плоскорізний – КПГ-250 під кукурудзу на зерно та силос, горох і чорний пар).

         Умовним контролем до них використовували 10-пільну сівозміну (№1) з типовим для даної зони складом і чергуванням культур: чорний пар, озима пшениця, горох, озима пшениця, ячмінь, кукурудза на зерно, соняшник. В цій сівозміні застосовували різноглибинну оранку (20-22 см – озима пшениця, горох, ячмінь; 25-27 см – кукурудза, соняшник; 28-30 см – цукровий буряк).

        Площа посівної ділянки 472 м², облікової 100-200 м², повторність трьохразова. Незалежно від структури посіву удобрення вносили в дозі 6 т гною та N₆₃P₆₄К₆₃ на гектар сівозмінної площі. Дослідження проводились на протязі першої ротації сівозміни (1977-1986 р.р.).

        Вивчення ефективності удобрення в сівозміні проводили в стаціонарному досліді, закладеному в 1984 році. Сівозміна 5-пільна з чергуванням культур; горох, озима пшениця, кукурудза на зерно, кукурудза на зерно, ячмінь. Площа посівної ділянки 315м², облікової – 100 м². Мінеральні добрива вносили під всі культури за винятком гороху, а гній лише під кукурудзу. Входження в сівозміну здійснювали одним полем. В 1996 році у трьох полях закінчилась друга ротація сівозміни. В дисертаційній роботі представлені результати досліджень у середньому по трьом полям  за першу і другу ротацію сівозміни (1985 – 1996 р.р.). В досліді вивчали порівняльну ефективність різних доз гною та мінеральних добрив, а також дію окремих видів елементів мінерального живлення на родючість грунту та продуктивність зернових культур.

 У короткотривалих дослідах вивчали ефективність розкидного та локального внесення мінеральних добрив, вплив інгібіторів нітрифікації та періодичного внесення гною і мінеральних добрив на умови живлення і продуктивність кукурудзи, потребу рослин у елементах живлення за допомогою грунтової та рослинної діагностики, строки та способи внесення гною під озиму пшеницю після чорного пару.

Агрохімічний аналіз зразків ґрунту виконували за загальноприйнятими методами: гумус за Тюріним у модифікації Орлова і Ґріндель з електрофотометричним закінченням: вміст валового азоту та фосфору за методом Гінзбург – Щеглової – Вульфіус; нітрати спектрофотометрично: фосфор і калій за Чириковим у оцтовокислому витягу; рНсол – потенціометрично; обмінні катіони Са++ і Мg++ за Гедройцем; валові та рухомі форми мікроелементів (важких металів) в ґрунті та рослинах на приладі ААS-1. У зразках рослин після спалювання їх у сірчаній кислоті визначали азот за Кьельдалем, фосфор на фотоелектроколориметрі, калій на полум’яному фотометрі; білок, жир, крохмаль та клітковину на приладі “Інфрапід-61”; нітрати – іонометричним методом. Урожайні дані по всім культурам щорічно оброблялись методом дисперсійного аналізу по Доспехову (1979).

ЕФЕКТИВНІСТЬ СІВОЗМІН У ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД СКЛАДУ І ЧЕРГУВАННЯ КУЛЬТУР

Режим вологи в грунті та баланс її після різних культур сівозміни

Основна увага в дослідах була приділена вивченню режиму вологи під озимою пшеницею, кукурудзою та цукровим буряком у залежності від попередників та насиченності їх у сівозміні.

Результати досліджень показали, що вологозабезпеченість озимої пшениці обумовлюється головним чином залишковими запасами вологи після збирання попередників, а також накопиченням її за осіннє-зимовий період. Під паровими попередниками з коротким періодом вегетації (кукурудза на зелений корм, багаторічні трави на один укіс) вони були на 36-40% вищими в порівнянні з культурами більш  пізнього строку збирання (озима пшениця, кукурудза на силос). Поряд з цим найбільший приріст вологозапасів у післязбиральний період відмічається на тих посівах, де сильніше висушений ґрунт. Зокрема, приріст вологи в ґрунті при посіві озимої пшениці після кукурудзи на силос становив 51,1%, а по люцерні на один укіс – 25,.3%.

Особливе місце серед попередників по накопиченню вологи займає чорний пар. В період сівби озимої пшениці після нього запаси продуктивної вологи були значно вищими в порівнянні з іншими попередниками. Проте в степових умовах у більшості років вони формуються за рахунок опадів осінньо-зимового періоду. У літній період у паровому полі частіше відмічається повна втрата вологи опадів у зв’язку з тривалим періодом парування ґрунту. Багаторічні дані одержані в дослідах показали, що  в середньому за весняно-літній період із півтораметрового шару ґрунту чорного пару було використано на випаровування 61% вологи від її загального запасу. І все ж таки не зважаючи на це, чорний пар на протязі 10 років досліджень забезпечував щорічно дружні та повні сходи пшениці, тоді як після занятих парів своєчасні сходи відмічались 8 із 10 років, а по непарових попередниках (озима пшениця, кукурудза на силос) вони були недружні із-за недостатньої вологозабезпеченості (4 із 10 років).

При збиранні попередників кукурудзи більш високі запаси продуктивної вологи в півтораметровому шарі ґрунту залишались після озимої пшениці(104,9 мм), а найменьшими вони були після цукрового буряку ( 86,5мм). Загальні витрати вологи кукурудзою з врахуванням випадіння опадів на протязі вегетації були практично одинаковими після озимої пшениці, ячменю, кукурудзи та цукрового буряку. Кукурудза в період вегетації використовувала в середньому 38% вологи із ґрунтових запасів і 62% за рахунок опадів.

Вивчення вологозабезпеченості цукрового буряку проводили в ланках сівозміни: чорний пар – озима пшениця – цукровий буряк; вико-овес – озима пшениця – цукровий буряк; цукровий буряк – горох – цукровий буряк.

У період збирання попередників цукрового буряку найменьші запаси вологи в півтораметровому шарі ґрунту залишались після озимої пшениці по чорному пару, а найбільші після гороху. В той же час приріст вологи за осінньо-зимовий період був найменьшим при розміщенні буряку після гороху (112,7 мм). Тому перед посівом цукрового буряку в ланці з чорним паром містилась майже така ж  кількість продуктивної вологи (220,4 мм), як і після гороху (223,9 мм). Балансові розрахунки показали, що в середньому за 1980 – 1986 р.р. сумарні витрати вологи на одному гектарі сівозмінної площі становили в сівозміні з 50%-м насиченням озимою пшеницею 3343 т, а в сівозміні з 30%-ю питомою вагою цукрового буряку 3454 т, тобто були більшими на 111 т. Таким чином, насичення сівозміни цукровим буряком приводить до збільшення витрати вологи із кожного гектара сівозмінної площі і зростанню напруги водного балансу в сівозміні. Опади за багаторічними даними в загальному об’ємі витрати вологи на одне поле становили 55-58%.

Забезпеченість ґрунту поживними речовинами та баланс їх

у залежності від попередників і структури сівозміни

Азотне живлення рослин на чорноземних ґрунтах визначається в основному вмістом нітратного азоту. В дослідах встановлена велика динамічність азоту нітратів в залежності від культури і періоду їх вегетації. Найбільша кількість нітратного азоту накопичується на час сівби озимої пшениці після чорного пару і багаторічних трав. Підвищення запасів нітратного азоту в паровому полі і після багаторічних трав на один укіс зумовлено з однієї сторони довшим періодом парування, високою вологістю і кращою аерацією верхнього шару ґрунту, в результаті чого створюються більш сприятливі умови для процесу нітрифікації, ніж після непарових попередників. З іншої сторони рослинні залишки бобових трав акумулюють більшу кількість азоту. В результаті його мінералізації він стає доступним для рослин, в той час як процесс мінералізації рослинних решток озимої пшениці і кукурудзи, багатих клітковиною, протікає з поглинанням азоту із ґрунту. Встановлена певна залежність в розподілу нітратів по профілю ґрунту за осіннє-зимовий період. Якщо восени головна кількість нітратного азоту під озимою пшеницею незалежно від попередників була сконцентрована в верхньому шарі ґрунту (0 - 60 см), то до весни відмічалось зменшення його кількості в цьому шарі ґрунту і помітне підвищення кількості азоту нітратів в шарі ґрунту 60-120 см. При цьому абсолютний вміст азоту під озимою пшеницею по чорному пару і після пару занятого еспарцетом, як осінню, так і на початку весняної вегетації був на 20-30% вищим, ніж після кукурудзи на силос. В нижніх шарах ґрунту (120-300 см) не виявлено такої помітної різниці по вмісту нітратного азоту в залежності від попередників. Динаміка рухомих фосфатів та обмінного калію на протязі вегетації озимої пшениці була більш стабільною і відзначалася меншими коливаннями в порівнянні з динамікою нітратів. Суттєвої різниці по вмісту цих елементів живлення від попередників озимої пшениці не виявлено.

Забезпеченість рослин кукурудзи необхідними елементами живлення, як і озимої пшениці, в деякій мірі залежала від попередніх культур. В середньому за вегетаційний період найбільш висока забезпеченість ґрунту нітратним азотом і розчинними фосфатами відмічалась при розміщенні кукурудзи після цукрових буряків, що можна пояснити  післядією більш високих доз мінеральних добрив, внесених під буряк в порівнянні з іншими попередниками (озима пшениця, ячмінь, кукурудза). Помітної різниці в запасах обмінного калію в ґрунті при посіві кукурудзи після різних попередників не виявлено.

Вплив різних ланок сівозміни на запаси рухомих форм поживних речовин в ґрунті під посівами цукрового буряка проявились головним чином в зміні кількості нітратного азоту. Більше його відмічено в ланці сівозміни: чорний пар – озима пшениця і менше при розміщенні цукрових буряків після другої озимини.