Підвищення ґрунтової родючості чорноземів степу

250
Підвищення ґрунтової родючості чорноземів степу

ГУМУС – ОСНОВА ЖИТТЄВОЇ ЕНЕРГІЇ ҐРУНТУ

Основним показником родючості ґрунту є наявність у ньому органічних речовин і основного їх складника – гумусу. Органічні речовини ґрунту утворюються в результаті розкладання післяжнивних решток польових культур під дією ґрунтових мікроорганізмів та мезофауни, які використовують ці рештки як субстрат для своєї життєдіяльності.

Гумус позитивно впливає на агрофізичні властивості ґрунту, збільшуючи кількість структурних агрегатів, надає орному шару оптимальної будови та щільності, підвищує його водопроникність і водоємність, при цьому ґрунт стає стійкішим проти ерозії. Крім того, до складу гумусу входять фізіологічно активні речовини, які стимулюють ріст рослин, позитивно впливають на водообмін. Органічні сполуки, утворені під час гуміфікації, стимулюють формування в рослинах коренів, особливо на ранніх стадіях їхнього розвитку. У процесі розкладання гумусу культурні рослини також забезпечуються вуглекислим газом, необхідним для фотосинтезу.

Процес розкладання органічних решток поділяють на мінералізацію та гуміфікацію. В результаті мінералізації виділяються вуглекислий газ, мінеральні сполуки азоту, фосфору, калію та інші макро-­ й мікроелементи. При гуміфікації відбувається консервація органічних речовин у формі відносно стійких проти розкладання гумусових кислот, що акумулюють в собі значні запаси елементів живлення та енергії. Регулювання запасів органічних речовин ґрунту значною мірою залежить від виду вирощуваних культур та ступеня загортання їх решток у ґрунт. Провідними чинниками збереження та підвищення кількості гумусу в ґрунті є використання органічних добрив (гній) і рослинних решток вирощуваних культур.

У процесі систематичного інтенсивного використання чорноземи суттєво втратили свою природну родючість за рахунок зниження рівня саморегуляції гумусного, фізико­хімічного та біологічного стану; агрофізичних властивостей, газово-­температурного, поживного, окисно-­відновного і водного режиму, що призвело до їх морфогенетичної деградації та зниження вмісту гумусу. При недостатньому надходженні в ґрунт біомаси за полицевого обробітку спостерігається неухильне зниження гумусового потенціалу, відбувається мобілізація сполук азоту, які містяться в гумусі.

ЗНАЧЕННЯ РОСЛИННИХ РЕШТОК

Удобренню рослинними рештками в сучасному землеробстві приділяється дедалі  більше уваги у зв’язку зі зменшенням використання органічних добрив (гною) через значне зниження поголів’я у тваринництві за останні десятиріччя. Рослинні рештки, як заміна гною, є одним із важливих джерел поповнення запасів органічних речовин, азоту та зольних елементів живлення рослин. Кількість рослинних решток, що надходять у ґрунт, варіює в широких межах і визначається кліматичними умовами, біологічними особливостями та характером господарського використання вирощуваних культур.

Використання рослинних решток як органічного добрива забезпечує енергетику культурного ґрунтоутворюючого процесу в агроценозах за умови внесення азотних добрив (азоткомпенсації) 8–10 кг діючої речовини на 1 тонну решток для забезпечення життєдіяльності мікроорганізмів. При цьому попереджається використання мінерального азоту ґрунту і гальмуються процеси мінералізації органічної речовини за рахунок високої біогенності ґрунту.

Спосіб загортання післяжнивних залишків у ґрунт істотно впливає на коефіцієнт їх гуміфікації. Так, він вищий на третину при поверхневому загортанні (мілкий, поверхневий обробітки) порівняно з заорюванням, що свідчить про можливість використання нетоварної частини урожаю як органічного добрива для відновлення гумусу та родючості чорноземів.

Більшість науковців вважає, що зменшення мінералізації органічної речовини та збільшення частки процесів гуміфікації до 50% можна досягти за глибокого заорювання органічних матеріалів углиб орного шару. Мілкий, малоінтенсивний обробіток ґрунту за типом дискування знижує мінералізацію органіки, що свідчить про більш раціональне використання продуктів мінералізації органічної речовини ґрунту польовими культурами. Тому найдоцільнішим з точки зору стабілізації гумусного стану є раціональне поєднання мінімального обробітку ґрунту з оранкою, тобто застосування диференційованої системи обробітку ґрунту. Гуміфікація органічних речовин як гною, так і рослинних решток залежить від їх поєднання з мінеральними добривами. За сумісного використання органічних решток і мінеральних добрив у рекомендованих дозах коефіцієнт гуміфікації збільшується на 23–25%.

УМОВИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження з вивчення змін родючості ґрунту залежно від системи обробітку ґрунту вивчали впродовж 2001–2015 рр. у довгострокових стаціонарних дослідах ДПДГ «Дніпро» Iнституту зернових культур НААН України (Дніпропетровська обл.).

Схема стаціонарних дослідів включала три короткоротаційні сівозміни: зерно­паро­просапна (чистий пар – пшениця озима – соняшник), зерно­просапна (чистий пар – пшениця озима – ячмінь ярий) та зерно­паро­просапна (чистий пар – пшениця озима – соняшник – ячмінь ярий – кукурудза на зерно). В досліді проводили вивчення ефективності різних варіантів основного обробітку ґрунту і загортання післяжнивних решток, які входили до складу полицевої (під всі культури сівозміни виконується оранка), диференційованої (поєднання мілких: дискового, плоскорізного, чизельного та полицевого обробітків у сівозміні) та мілкої мульчувальної (по суті, та ж сама диференційована, основна відмінність – відсутність полицевої оранки дещо менша глибина обробітку) систем обробітку в сівозміні.

Обробіток ґрунту проводили такими знаряддями:

  1. Полицевий – плугом ПО-­3-­35 на глибину 20–22 см під ячмінь ярий і соняшник, 23–25 см під кукурудзу, 25–27 см під чорний пар (восени);
  2. Чизельний – чизелем Chisel Plow на глибину 14–16 см під соняшник і ячмінь ярий (восени);
  3. Дисковий – важкою дисковою бороною БДВ-­3 на глибину 10–12 см під ячмінь ярий і чистий пар (восени);
  4. Плоскорізний – комбінованим агрегатом КШН-­5,6 «Резидент» або КР­-4,5 на глибину 14–16 см під кукурудзу (восени) та 12–14 см під соняшник (восени) та у ранньому пару (весною).

Дослід проводився також на трьох фонах удобрення із використанням як органічного удобрення післяжнивних рослинних решток вирощуваних культур:

  1. Післяжнивні рештки (без внесення мінеральних добрив);
  2. Післяжнивні рештки + N30-­60;
  3. Післяжнивні рештки + N30P30K30;
  4. Післяжнивні рештки + N60P30K30.

Агротехніка вирощування польових культур загальноприйнята для зони північного Степу. Дослід закладено у трикратній повторності.

Ґрунт дослідної ділянки – чорнозем звичайний важкосуглинковий із вмістом гумусу в шарі 0–30 см 4,2%, нітратного азоту – 13,2, рухомих форм фосфору і калію (за Чириковим) відповідно 145 і 115 мг/кг.

ОГЛЯД РЕЗУЛЬТАТІВ

Як засвідчили результати досліджень, використання післяжнивних решток вирощуваних культур у поєднанні з мінеральними добривами в помірних дозах N30-­60, N30-­60P30K30 зумовлювало певні зміни в показниках потенційної та ефективної родючості ґрунту. Систематичне загортання у ґрунт (50% при мілкому безполицевому обробітку і практично повне при оранці) біомаси побічної продукції культур сівозміни навіть без внесення мінеральних добрив забезпечувало бездефіцитний баланс гумусу. За вихідної гумусованості орного шару 4,2% на кінець другої ротації вміст загального гумусу в шарі 0–30 см у зерно­паровій сівозміні (з ярим ячменем) становив 4,21–4,24%, у зерно­паро­просапній (з соняшником) – 4,22–4,28%, а при поєднанні з внесенням мінеральних добрив підвищився відповідно на 0,03–0,13 і 0,01–0,04% (табл. 1).

Таблиця 1. Вміст гумусу, валового азоту та фосфору по закінченні другої ротації сівозмін під впливом різних систем обробітку ґрунту в 2010 р., %Внесення мінеральних добрив у поєднанні з рослинними рештками сприяло підвищенню коефіцієнту гумусованості, а відповідно, і більшому накопиченню гумусу не тільки за мілкого мульчувального обробітку, а навіть і при використанні полицевої оранки.

Загалом спостерігалась тенденція до покращання гумусного стану ґрунту за систематичного мілкого безполицевого (мульчувального) обробітку в сівозмінах короткої ротації за рахунок зниження процесів мінералізації та підвищення процесів гуміфікації порівняно з оранкою на зяб. Вміст валового азоту та фосфору в ґрунті мало змінювався під впливом досліджуваних агроприйомів.

Впродовж років досліджень у стаціонарних дослідах також визначали хімічний склад основної та побічної продукції польових культур з метою розрахунку виносу елементів живлення і їх балансу. Знання хімічного складу рослин дає широкі уявлення про вплив окремих агротехнічних заходів (обробіток ґрунту, внесення мінеральних добрив) на кругообіг біогенних елементів, масштаби їх відчуження з основною і побічною продукцією та про кількість залишених на полі в рослинних рештках і кореневій системі елементів живлення, які надалі беруть участь у гуміфікації та мінералізації з утворенням гумусу, зберігаючи й підвищуючи при цьому родючість ґрунту (табл. 2–3).

Таблиця 2. Вміст макроелементів у зерні, побічній продукції та кореневій системі пшениці озимоїТаблиця 3. Хімічний склад зерна, побічної продукції та кореневої системи ячменю ярого, соняшнику і кукурудзи за 2011–2015 рр.Як свідчать результати досліджень, хімічний склад зерна пшениці озимої та ярого ячменю був приблизно однаковий із переважанням вмісту азоту (1,64–2,20%) над фосфором (0,71–0,97%) і калієм (0,42–0,88%). Чітко виражений вплив способів обробітку ґрунту на означені показники не простежувався, водночас підживлення рослин аміачною селітрою істотно підвищувало кількість N в зерні обох культур.

Насіння соняшнику містило 2,17–3,08% азоту, 1,60–1,84% фосфору і 0,80–0,87% калію, що перевищувало вміст цих елементів порівняно з зерном зернових культур у 1,5–2,0 рази у зв’язку з біологічними особливостями олійної культури. Співвідношення кількості елементів живлення у злаків щодо азоту становило 49–52%, фосфору – 15–17, калію – 33–39%; у соняшнику – відповідно 37, 14 і 49%. Вплив чинників, що вивчались у досліді (фон удобрення, обробіток ґрунту) на хімічні властивості насіння соняшнику був несуттєвим (табл. 2–3).

У побічній продукції вирощуваних польових культур вміст макроелементів становив у висхідному порядку: фосфор – азот – калій. Вміст азоту в соломі пшениці озимої становив 0,72–1,12%, фосфору – 0,16–0,23%, калію – 1,15–1,65%, в соломі ячменю ярого відповідно 0,73–1,24, 0,25–0,31 та 1,43–1,79%, в листостебловій масі соняшнику – 0,98–1,33, 0,21–0,38 і 2,50–3,52%. Впливу способів основного обробітку ґрунту на хімічні властивості побічної продукції не спостерігалось. При цьому вищі показники вмісту N, Р2О5 і К2О на всіх культурах характерні для варіантів, де загортання післяжнивних решток поєднувалось із внесенням мінеральних добрив.

Коренева система пшениці озимої і ячменю містила 0,75–1,22% азоту, 0,12–0,20% фосфору і 0,23–0,42% калію. В коренях соняшнику кількість N і Р2О була близька до злаків (0,84–0,99 та 0,12–0,18%), а вміст К2О вищий, ніж у зернових культур, у 3,2–4,5 рази (1,04–1,34%). Можна також констатувати тенденцію до зростання вмісту азоту в коренях рослин, що вирощувались на ділянках із застосуванням мінеральних добрив.

Винесення поживних речовин було прямо пропорційним їхній урожайності, тобто внесення мінеральних добрив під польові культури поряд із збільшенням урожаю сприяло зростанню виносу рухомих форм елементів живлення як під окремими культурами, так і в середньому на 1 га сівозмінної площі в 1,1 рази. Способи та системи основного обробітку ґрунту практично не мали суттєвого впливу на винесення елементів живлення. Максимальну кількість азоту в зерні використовувала пшениця озима 71,0–119 кг/га, що перевищувало ячмінь ярий в 1,8–2,3, а насіння соняшнику – в 1,5–1,6 рази. Це пояснюється насамперед біологічними особливостями (значним вмістом азоту в зерні), а також високим урожаєм парової пшениці. Що стосується винесення рухомих форм фосфору, то пшениця озима і соняшник використовували практично однакову їх кількість на формування урожаю – 28,1–42,9 та 30,7–42,6 кг/га відповідно, перевищуючи ячмінь ярий в 1,4–1,7 рази у зв’язку з низькими його урожаями в посушливі роки. Аналогічна тенденція спостерігалась і з винесенням калію: пшениця озима виносила його найбільше на формування урожаю зерна (15,5–25,5 кг/га) порівняно з ячменем ярим та соняшником – у 1,2 та 1,1 рази відповідно.

Винесені урожаєм елементи живлення частково компенсувалися внесеними мінеральними добривами. Так, застосування помірних доз мінеральних добрив (N30–60Р30К30) під польові культури знижувало негативний баланс елементів живлення у 1,5–5,0 разів, а в окремих випадках і більше, зокрема, у посівах ячменю ярого за рухомими формами азоту в 7 разів. Загалом по сівозмінах баланс поживних речовин майже в усіх випадках був негативним з невисоким мінусовим балансом N–NO3, Р2О5, К2О по неудобреному варіанту відповідно мінус 55,4–55,8; мінус 26–26,5; мінус 13,6–13,9 та удобреному – мінус 32,1–32,7; мінус 16,9–17,4; мінус 4,5–5,2 кг на 1 га сівозмінної площі. Такі ж закономірності спостерігалися і в другому стаціонарному досліді – мінус 42,0–49,2; мінус 21,8–23,3; мінус 12,5–14,7 кг на 1 га сівозмінної площі відповідно. Вирівняти баланс елементів живлення в сівозмінах можна за рахунок підвищення норм внесення добрив, особливо азотних.

Як засвідчили результати дослідження, залишені на полі післяжнивні рослинні рештки польових культур у короткоротаційних сівозмінах повертають значну кількість раніше відчужених елементів живлення із ґрунту. Ступінь повернення елементів живлення з рослинними рештками насамперед залежав від урожаю побічної продукції та біологічних особливостей культури. Так, найбільша кількість елементів живлення поверталася із рослинними рештками соломи пшениці озимої (N – 57,4–79; Р2О5 – 13,1–17,3; К2О – 94,0–140,6 кг/га), стеблами соняшнику (N – 50,1–70,5; Р2О5 – 13,2–16,4; К2О – 148,5–186,5 кг/га) та кукурудзи (N – 53,3–65,1; Р2О5 – 29,9–33,3; К2О – 90,4–103,6 кг/га), що пояснюється високим урожаєм побічної продукції та значним вмістом елементів живлення в ній. Суттєво менша кількість (в 1,5–2,0 рази) елементів живлення повертається із побічною продукцією ячменю ярого (N – 32,9–43,2 ; Р2О5 – 7,8–10,4; К2О – 43,5–63,7 кг/га) через низьку урожайність соломи порівняно з соломою пшениці озимої та стеблами соняшнику і кукурудзи.

Залишені на полі післяжнивні рослинні рештки польових культур повертають значну кількість раніше відчужених з ґрунту елементів живлення
Залишені на полі післяжнивні рослинні рештки польових культур повертають значну кількість раніше відчужених з ґрунту елементів живлення

Значну частину елементів живлення повертає в ґрунт і коренева система польових культур. Так, зокрема, корені пшениці озимої після своєї мінералізації залишають у ґрунті N – 40,2–63,8; Р2О5 – 6,2–8,9; К2О – 13,9–19,2 кг/га, що трохи менше порівняно з рослинними рештками, особливо щодо калію (в 6–8,5 рази), але є також вагомою кількістю в загальній сумі. Такі ж закономірності притаманні й елементам живлення у кореневих рештках соняшнику, кукурудзи та ячменю ярого, їх кількість зменшилась порівняно з елементами живлення надземних решток: по азоту – в 1,4–3,1; фосфору – 2,4–4,2; калію – 6,2–6,8 рази.

Систематичне загортання у ґрунт біомаси побічної продукції сівозміни навіть без внесення мінеральних добрив може забезпечити бездефіцитний баланс гумусу

Загалом рослинні решки (кореневі + післяжнивні рештки) залишають значну частину органічної маси, яка при гуміфікації та мінералізації частково перетворюється на гумус та рухомі елементи живлення (N-­NO3, Р2О5, К2О). Найбільшу кількість після себе в загальній масі рослинних решток залишала пшениця озима (N – 97,6–142,8 ; Р2О5 – 19,3–26,2; К2О – 107,9–159,8 кг/га), соняшник (N – 69,1–95,3; Р2О5 – 16,7–20,2; К2О – 172,0–220,0 кг/га) та кукурудза (N – 83,4–101,3; Р2О5 – 42,8–49,0; К2О – 115,8–133,0 кг/га), значно менше – ячмінь ярий (N – 51,6–68,0; Р2О5 – 10,5–14,0; К2О – 49,7–71,7 кг/га). Залучена у біологічний кругообіг загальна кількість поживних речовин розподілялась у зернових культур по окремих органах рослин у такому співвідношенні: основна продукція – 44%, побічна – 39–40%, коренева система – 16–17%, у соняшнику відповідно 32, 52 та 16%.

Способи та системи основного обробітку ґрунту мали незначний вплив на загальну величину повернення елементів живлення з рослинними рештками. Так, при загальному вищому рівні урожайності польових культур за полицевої та диференційованої системи обробітку відповідно й повернення елементів живлення було дещо більшим порівняно з мілкою (безполицевою) та мульчувальною системами: по азоту – в 1,15–1,20; фосфору – в 1,03–1,05; калію – в 1,13–1,15 рази.

Відносні показники можливого повторного використання макроелементів після мінералізації маси коріння та побічної продукції вирощуваних культур становлять: щодо N – 48–53%, Р2О5 – 30–34%, К2О – 72–90% від обсягу їх біологічного кругообігу на створення урожаю, тобто при плануванні системи удобрення в сівозміні слід передбачити, насамперед, компенсацію спожитого азоту та фосфору.

ВИСНОВКИ

Таким чином, при суттєвому скороченні обсягів застосування органічних і мінеральних добрив в останні десятиріччя певна компенсація втрат поживних речовин можлива за рахунок залишеної на полі нетоварної частини урожаю та коренів польових культур. Залишені рослинні рештки дають можливість на кінець другої ротації короткоротаційних сівозмін підвищити вміст гумусу в орному шарі на 0,03–0,13% та повернути у ґрунт значну частину рухомих форм елементів живлення (N-­NO3, Р2О5, К2О), тобто рослинні рештки сприяють збереженню та підвищенню рівня родючості ґрунту не тільки за мілкого обробітку, а й за використання полицевої оранки.

О. І. Цилюрик, д-р с.-г. наук, кафедра загального землеробства та ґрунтознавства Дніпропетровського державного аграрно-економічного університету

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2017