Вплив тривалого використання добрив на відтворення родючості дерново-підзолистого ґрунту і продуктивність польової сівозміни

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті землеробства Української академії аграрних наук

Науковий керівник: член-кореспондент УЕАН, доктор сільськогосподарських наук, професор Дегодюк Едуард Григорович, завідувач відділу агрохімії та фізіології рослин Інституту землеробства УААН

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор Власенко Микола Юхимович, завідувач кафедри ботаніки та фізіології рослин Білоцерківського державного аграрного університету

кандидат сільськогосподарських наук, Марчук Ілля Устимович, доцент кафедри агрохімії та якості сільськогосподарської продукції НАУ

Провідна установа: Уманська сільськогосподарська академія Міністерства аграрної політики України, м. Умань

Захист відбудеться “ 22 ” червня 2000р. о 12:30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м.Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м.Київ-41, вул. Героїв оборони, 11, навчальний корпус 10, читальний зал.

Автореферат розісланий 19 травня 2000 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

1. Загальна характеристика роботи

добриво урожайність сівозміна агрохімічний

Актуальність теми. Раціональне використання добрив в умовах тривалої економічної кризи є надзвичайно актуальним для агропромислового виробництва, а для аграрної науки - поштовх для пошуку енерго- і природозберігаючих технологій використання добрив, обумовлених удосконаленням в цілому систем землеробства, які з часом трансформуються від екстенсивних до інтенсивних і “біологічних”. Останнім часом в світовій практиці землеробства набуває широкого поширення ідея відновлюваного землеробства, що поєднує в собі елементи останніх двох систем. Удосконалення блоку хімізації в кожній із них є першоосновою для оптимізації мінерального живлення рослин і гармонійного функціонування агроландшафтів. Особливо важливим є розв'язання таких питань для дерново-підзолистих супіщаних ґрунтів Полісся, які активно відкликаються на застосування добрив, а навколишнє середовище чутливе до хімічного і біологічного забруднення. Класичні системи удобрення в сівозмінах детально висвітлено вітчизняними вченими (І.Л. Колоша, О.М. Вишинський, О.В. Лазурський, П.А. Власюк, П.О. Дмитренко, М.К. Крупський та ін.), сучасною генерацією вчених (М.М. Городній, Е.Г. Дегодюк, А.П. Лісовал, О.О. Бацула, Г.А. Мазур та ін.). Поставлені нами питання на вивчення є подальшим розвитком ідей удосконалення сучасних систем удобрення і охорони навколишнього середовища від забруднення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано у відповідності з тематикою наукових досліджень Інституту землеробства УААН. На час виконання (1993-1996 рр.) вона була складовою частиною тематики ДНТП по відділу агрохімії і фізіології рослин (№ державної реєстрації UA 01002368, завдання 06.01) та входила до напряму НТП “Фундаментальні дослідження” (І.Ф.), програми ДНТП “ Продовольство-95”, підпрограми “Родючість ґрунтів” (І.Ф.1., І.Ф.1.03) та проекту “Зерно” (2.03) і “Агроекологічний моніторинг” (3.3., напрямок 3.0, проект 03, 03.04).

Мета і завдання досліджень. Метою наших досліджень було вивчення ефективності тривалого застосування (1971-1996 рр.) органічних і мінеральних добрив у 8-пільній польовій сівозміні Полісся і технологій їх використання. Для її виконання на вивчення поставлено такі завдання:

порівняльна ефективність органічної і органо-мінеральної систем удобрення, що несуть в собі елементи сучасних систем екстенсивного, інтенсивного і альтернативного (“біологічного”) землеробства;

агроекологічне значення для умов Полісся мінеральної системи удобрення;

вплив засобів хімізації на поживний режим і трансформацію в орному (0-20 см) і в 1-м шарі органічної речовини, сполук азоту, рухомого фосфору і обмінного калію за три ротації сівозміни;

вплив різних умов мінерального живлення рослин на формування врожаю культур в ланці сівозміни - кукурудза на силос - люпин - жито;

динаміка продуктивності польової сівозміни у часі;

формування якості основної продукції під впливом добрив;

баланс поживних речовин у сівозміні;

коефіцієнти використання основних поживних речовин з гною і мінеральних добрив;

міграція біогенних елементів по профілю ґрунту до 3-м глибини;

економічна і біоенергетична ефективність використання добрив.

Наукова новизна і теоретичне значення роботи. Вперше в умовах Полісся України на підставі 24-річних досліджень в польовій сівозміні встановлено закономірності дії на формування потенційної і ефективної родючості ґрунту систем удобрення, що відповідають засадам екстенсивного, інтенсивного і біологічного землеробства та зроблено агроекологічну оцінку мінеральній системі удобрення. Проведено полігонний агроекологічний моніторинг і визначено вертикальну міграцію біогенних елементів.

Теоретичне значення роботи полягає в розробці науково-обґрунтованих шляхів відтворення родючості ґрунту з максимальним використанням місцевих ресурсів і поміркованим залученням мінеральних добрив, що забезпечують екологічно збалансоване функціонування агроландшафтів.

Практичне значення одержаних результатів. Експериментально обґрунтовано стосовно до умов Українського Полісся і визначено нормативну базу для блоків хімізації екстенсивного, інтенсивного і альтернативного землеробства з урахуванням агрономічного, економічного і екологічного факторів.

Особистий внесок здобувача. Роботу виконано безпосередньо автором в 1993-1996 рр., яка провела узагальнення експериментального матеріалу тривалого досліду, польові і лабораторні дослідження, здійснила агроекологічний моніторинг, визначила економічну і біоенергетичну оцінку.

Апробація роботи. Результати досліджень доповідались автором на засіданнях відділу агрохімії і фізіології рослин і методичній комісії Інституту землеробства УААН, на міжнародній науково-виробничій конференції в ІЗ УААН (1994), на конференції молодих вчених в ІЗ УААН (1994, 1995, 1996рр.)

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в 11 наукових роботах, з них 6 робіт надруковано у виданнях, що затверджені ВАК.

Об`єм і структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 7 розділів, висновків, списку використаних джерел літератури, що включає 343 роботи (з них 31 латиницею). Роботу викладено на 153 сторінках машинописного тексту, включає 72 таблиці, 14 малюнків. До дисертації додано довідку про впровадження результатів досліджень у виробництво.

Автор висловлює глибоку подяку науковому керівникові Дегодюку Е.Г. та співробітникам відділу агрохімії і фізіології рослин у сприянні по проведенню науково-дослідних робіт.

2. Зміст роботи

У вступі визначено необхідність виконання дисертаційної роботи на сучасному етапі, наукову новизну, мету і завдання досліджень, теоретичне і практичне значення одержаних результатів, їх реалізацію, а також декларацію особистого внеску, структуру та обсяг дисертації.

Розділ 1. Роль тривалого використання органічних і мінеральних добрив в польових сівозмінах

В огляді літератури висвітлено вплив різних систем удобрення в екстенсивному і інтенсивному землеробстві та деяких факторів його “біологізації” на збереження і підвищення родючості ґрунтів, підвищення продуктивності сільськогосподарських культур в сівозмінах.

Розділ 2. Місце, умови і методика проведення досліджень

У розділі подано схему польового досліду, методику польових і лабораторних досліджень, а також характеристику ґрунтово-кліматичних умов зони Полісся.

Дослідження проведено в 1993-1996рр. в тривалому польовому досліді Інституту землеробства УААН в дослідному господарстві “Копилів”, розташованому в південній частині правобережної провінції Полісся України.

Дослід закладено Х.С.Співаком в 1970 році з послідовним введенням полів у сівозміну, в просторі розміщений у 4-х полях, включає 16 варіантів у 4-х повтореннях. Посівна площа ділянки - 174 м², облікова - 100 м². Реконструкцію досліду здійснено Е.Г.Дегодюком по завершенні І ротації польової сівозміни в 1978р.

Дослід розміщено на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті, який у вихідних зразках характеризувався низькими показниками родючості орного шару, а саме: середній вміст гумусу - 0.99%, рН_КСl - 4.4, гідролітична кислотність - 2.6, сума увібраних основ - 2.8 мг-екв на 100 г ґрунту, ступінь насичення основами - 51.6%. Вихідний вміст загального азоту в ґрунті коливався в межах 53.0-60.9, рухомого фосфору - 3.5-4.4 і обмінного калію 4.8-5.8 мг на 100 г.

Сівозміна 8-пільна, зерно-льоно-картопляна з таким чергуванням культур: картопля, овес з підсівом конюшини, конюшина, льон, озима пшениця, кукурудза на силос, люпин на зелений корм, озиме жито. Посів проводили насінням районованих сортів і гібридів. Агротехніка вирощування культур загальноприйнята для зони Полісся. Урожай враховували методом суцільного збирання та зважування з кожної ділянки.

В досліді вивчали ефективність дії зростаючих доз підстилкового гною ВРХ (8,12,16,20 і 24 тонн на 1 га ріллі) на фоні помірних доз мінеральних добрив ₆₀Р₅₀К₆₅ (органо-мінеральна система удобрення) і без них (органічна). Мінеральна система удобрення представлена одинарною (₆₀Р₅₀К₆₅) та подвійною дозами добрив (табл.1). Гній вносили під просапні культури - картоплю і кукурудзу. Азотні добрива (аміачну селітру вносили у 2 строки: в основне 30 кг азоту і решту під культивацію та при підживленні озимих культур, фосфорні (суперфосфат гранульований) і калійні (40% калійну сіль) восени в основне удобрення. Один раз за ротацію сівозміни під картоплю вносили вапно з розрахунку 0.75 норми за гідролітичною кислотністю. Флавобактерин - бактеріальний препарат асоціативних азотфіксаторів вносили в ґрунт шляхом інокуляції насіння кукурудзи при посіві. Кількість препарату - 300 г для гектарної норми насіння. Протягом 1993-1995рр. об'єктом досліджень була ланка сівозміни - кукурудза на силос, люпин на зелений корм та озиме жито.

Погодні умови в роки досліджень помітно відрізнялись за агрометеорологічними показниками. Проте характерною особливістю їх в усі роки була значна контрастність перепадів температур повітря та нерівномірність розподілу опадів впродовж вегетаційного періоду.

Таблиця 1 Схема польового тривалого досліду по вивченню ефективності зростаючих доз добрив в системах удобрення дерново-підзолистого ґрунту в ланці ІІІ-ї ротації сівозміни, дослідне господарство “Копилів”, 1971-1996рр.

Літо в 1993 р. було холодним і вологим, особливо в липні, коли середньомісячна температура повітря була нижчою від норми на 1.8⁰С, а сума опадів перевищувала норму в 2.4 рази. В 1994р. червень був холодним, середньодобові температури становили 15-17⁰, опади мали зливовий характер. Липень і перша половина серпня були спекотними і посушливими, друга половина серпня - прохолодною, вологою. Кількість опадів за вегетацію складала 266 мм, що в 1.2 рази нижче норми. Літо 1995 року було також спекотним, середньомісячна температура складала 21-22⁰С, а максимальна досягала 30-31⁰С. Кількість опадів за вегетацію становила 482 мм, що на 43% перевищувало середні багаторічні показники.

Згідно програми досліджень по закінченню ІІІ-ї ротації сівозміни в І і ІІ-му полях в 1994 і 1995 роках відібрали зразки ґрунту на найбільш контрастних варіантах досліду на глибину до 1 м з інтервалом 20 см для визначення впливу тривалої дії добрив на зміну агрохімічних показників родючості ґрунту: гідролітичної кислотності, суми увібраних основ, рН, вмісту гумусу і його групового складу, різних форм азоту, фосфору і калію. Для визначення тривалої дії добрив на міграцію основних рухомих форм поживних речовин на ІІ-му полі після збирання врожаю в 1993 і 1995рр. відбирали зразки ґрунту через кожні 20 см на глибину до 3 м. В них визначали водорозчинний гумус, лужногідролізований, амонійний та нітратний азот, рухомий фосфор, обмінний калій, кальцій, магній.

Для вивчення дії біопрепарату флавобактерину на азотний режим ґрунту в основні фази росту і розвитку (6-8 листків, цвітіння і молочно-воскової стиглості) відбирали зразки ґрунту на глибину 0-20 см на І і ІІІ повтореннях при внесенні біопрепарату флавобактерину і без нього, де визначали мінеральні форми азоту та рухомий фосфор і обмінний калій. Одночасно проводили відбір рослинних зразків для визначення вмісту в них поживних речовин та якості зеленої маси кукурудзи.

Методики визначення цих показників загальноприйняті при проведенні тривалих дослідів: визначення вмісту гумусу в ґрунті за Тюріним, групового складу його за Кононовою-Бельчиковою; загального азоту за К'єльдалем; фракційного складу сполук азоту за методом Шконде і Корольової, лужногідролізованого азоту - за Корнфілдом, амонійного - фотометрично з реактивом Неслера, нітратного азоту в ґрунті і рослинах із застосуванням іонселективного електроду, груповий склад фосфатів за Чириковим, ступеню рухомості фосфатів ґрунту за методом Карпінського і Замятіної, рухомого фосфору за Кірсановим, вміст необмінного калію за методом Пчолкіна, обмінного калію за Кірсановим, ступеню рухомості калію за методом ВІДА, водорозчинного за Александровим; визначення рН сольової витяжки проводили потенціометричним методом, гідролітичної кислотності за методом Каппена і суми увібраних основ за Каппеном-Гільковіцем. Рухомі форми мікроелементів і важких металів у ґрунті визначали на атомно-абсорбційному спектрофотометрі в 1 н солянокислій витяжці, а в рослинах після сухого озолення. Після озолення за методом Гінзбург та ін. визначали азот з реактивом Неслера, фосфор за методом Мерфі-Райлі, калій за допомогою полуменевого фотометра. Для оцінки якості врожаю зеленої маси кукурудзи використовували метод інфрачервоної спектрофотометрії. Математичний аналіз проводили на щорічних результатах врожаю всіх культур методом дисперсійного аналізу за Б.А. Доспєховим (1985р.). Економічну ефективність використання добрив визначали за методикою лабораторії економіки Інституту землеробства УААН, а енергетичну оцінку ефективності різних систем удобрення в сівозміні за методикою О.К. Медведовського і П.І. Іваненка (1988р.).

Для порівняння агрохімічних показників при відтворенні родючості ґрунту в часі (за 24 роки), розрахунків балансу поживних речовин та продуктивності сівозміни було узагальнено і використано дані відділу агрохімії і фізіології рослин Інституту землеробства УААН.

Розділ 3. Вплив тривалого застосування добрив на фізико-хімічні та агрохімічні властивості ґрунту

В розділі викладено одержані результати експериментальних досліджень, визначено вплив тривалої дії добрив на фізико-хімічні та агрохімічні властивості ґрунту.

Під дією тривалого використання добрив у сівозміні по закінченню 3-ї ротації пройшли значні зміни фізико-хімічних його властивостей порівняно з вихідним рівнем. Цьому значною мірою сприяло вапнування, внаслідок якого на контролі поряд з удобреними варіантами знизилась гідролітична кислотність (Нг) з 2.62 до 1.90 мг-екв на 100 г ґрунту, підвищилась сума увібраних основ (S) з 2.65 до 3.07 мг-екв, ступінь насичення ними ґрунту з 50 до 62%, рН_КСl з 4.36 до 4.97. Тривала дія гною підсилювала або закріплювала дію вапна, тоді як мінеральні добрива, особливо у високих дозах (N₁₂₀Р₁₀₀К₁₃₀), навпаки, знижували ефект вапнування (табл.2).

Застосування високих доз мінеральних добрив призводить до посиленої мінералізації гумусу в межах кореневмісного шару ґрунту (табл.2). Бездефіцитного балансу гумусу було досягнуто при щорічному використанні 12 т гною на 1 га сівозмінної площі. Розширеного його відтворення при застосуванні підвищених (16-20 т) і високих (24 т) доз гною (1.22-1.45%). Мінеральні добрива, як в чистому вигляді так і внесені сумісно з гноєм дещо стримували процес гумусонакопичення в ґрунті. Поряд із збагаченням орного шару ґрунту на органічну речовину пройшло збільшення вмісту гумусу і в підорному шарі порівняно з вихідним рівнем на 19-42%, тоді як на контролі без добрив спостерігали тенденцію до зниження.

Таблиця 2 Вплив тривалої дії добрив на фізико-хімічні властивості і вміст гумусу в дерново-підзолистому супіщаному ґрунті

Під дією добрив впродовж 24 років змінювалась спрямованість процесів гуміфікації. При органічній і органо-мінеральній системах удобрення в складі гумусу збільшувався відносний вміст вуглецю гумінових кислот, а разом з тим розширювалось відношення С_ГК : С_ФК (до 0.80-0.94). Тривале використання високих доз мінеральних добрив (350 кг РК на 1 га ріллі) має тенденцію до зміни градацій дерново-підзолистого ґрунту з гуматно-фульватного до фульватного.

Азотний режим ґрунту відзначався лабільністю і тісно пов'язаний з рівнем використання добрив. До закладки досліду орний шар ґрунту мав в середньому 58.7 мг/100 г загального азоту з досить високим вмістом в його складі (41%) мінеральної і легкогідролізованої фракції, важкогідролізовані і негідролізовані форми становили 59%. Систематичне застосування добрив в сівозміні забезпечило підвищення загального азоту в ґрунті порівняно з вихідним вмістом на 11%. Проте внаслідок посилення процесів мінералізації і мінерального живлення рослин відбувся перерозподіл форм азоту в орному шарі ґрунту, внаслідок чого на удобрених варіантах вміст засвійних форм азоту знизився майже вдвічі, а вміст важкогідролізованих і негідролізованих форм підвищився в 1.5 рази, що свідчить про збагачення потенційних запасів азотного фонду в ґрунті. Застосування високих доз мінеральних добрив (мінеральна система удобрення посилювало трансформацію азотних сполук в ґрунті, внаслідок чого рівень загального азоту і важкогідролізованих його форм знизився порівняно з вихідними зразками відповідно на 3.5 і 33.0% (табл.3).

Таблиця 3 Вплив тривалої дії добрив на форми азоту в дерново-підзолистому супіщаному ґрунті, мг/100 г, 1994 р.

Вміст мінерального азоту в ґрунті під кукурудзою, в першу чергу, залежав від системи удобрення і доз добрив в них. Позитивну дію біопрепарату флавобактерину на азотний режим відмічали переважно при низькій і середній забезпеченості ґрунту поживними речовинами. Досить помітні зміни в поживному режимі ґрунту відбулись в частині фосфатного його фонду. Загальний вміст фосфору порівняно з вихідними зразками без застосування добрив знизився на 26.4%, послідовно підвищуючись із зростанням доз добрив на 4.6% (12 т/га гною), 28% (12 т/га гною+N₁P₁K₁) і на 39% (24 т/га гною+N₁P₁K₁). Найбільш сприятливі умови для нагромадження засвійних форм фосфору, найближчого резерву фосфатного живлення рослин - органічних фосфатів, а також підвищення ступеня рухомості фосфатів в польовій сівозміні складалися при сумісному використанні підстилкового гною і помірних доз мінеральних добрив. Роздільне внесення цих добрив виявилось майже рівнозначним, але менш ефективним від сумісного. Так, вміст рухомого фосфору (за Кірсановим) в кінці ІІІ ротації сівозміни залишався на вихідному рівні при застосуванні підвищених і високих доз гною, досяг рівня 8-13 мг/100 г ґрунту (вихідний 3.5-4.4 мг), що відповідає градації середньої забезпеченості ґрунту рухомим фосфором. Таких величин досягнуто і при мінеральній системі удобрення, а підвищеного (17-19 мг/100 г ґрунту) - при органо-мінеральній системі удобрення на високих фонах гною (табл.4).

Тривале застосування добрив істотно впливало на вміст обмінного калію в орному шарі ґрунту. Залежно від систем і доз добрив кількість обмінного калію, порівняно з контролем без добрив, збільшилась при органо-мінеральній системі на 39-57, мінеральній на 24-39% і лише на 11% від високої дози гною (24 т/га ріллі). Підвищення вмісту необмінного калію свідчить про зростання потенційних його запасів в ґрунті. Без застосування добрив впродовж 24 років пройшло збіднення орного шару, порівняно з вихідним вмістом, необмінного калію на 7.2%, а необмінно поглиненого більш як на 2%, що вказує на виснаження ґрунту на цей елемент внаслідок переходу його в обмінні форми і використання рослинами. Визначення вмісту рухомого калію за Кірсановим показало, що на кінець ІІІ-ї ротації сівозміни найвищого вмісту К₂О-13.4 мг/100 г ґрунту досягли лише при застосуванні 24 т гною на 1 га ріллі на фоні ₆₀Р₅₀К₆₅ (табл.4). Калійний режим ґрунту при різних системах удобрення в моделях землеробства підлягає тим же закономірностям, що і спостерігали на прикладі фосфатного режиму. Проте слід зазначити, що калійний фонд засвійних форм калію менш піддається змінам у бік підвищення, що, очевидно, пов'язано з проходженням обмінних реакцій в ґрунтовому розчині і між колоїдами ґрунту. При системах удобрення, що відповідають “біологічному” землеробству також відбувається нарощування обмінного калію з “відставанням” у кількісному вираженні на 1 робочу сівозміну.

Таблиця 4 Вплив тривалої дії добрив на вміст рухомого фосфору і обмінного калію в орному (0-20 см) шарі дерново-підзолистого ґрунту за 3 ротації польової сівозміни, мг/100 г

Дослідженнями також встановлено, що на бідному за вмістом макро- і мікроелементів дерново-підзолистому супіщаному ґрунті, як гній так і мінеральні добрива в помірних і високих дозах не підвищували вміст мікроелементів і важких металів в орному шарі ґрунту.

Розділ 4. Формування врожаю і якості сільськогосподарської продукції при тривалому використанні добрив

В розділі показано вплив тривалого використання добрив на формування врожаю кукурудзи на силос, люпину на зелений корм і озимого жита ланки польової сівозміни; якість продукції вивчали на прикладі кукурудзи на силос. Визначено продуктивність ланки і в цілому сівозміни за 2 ротації.

Встановлено, що формування врожаю зеленої маси кукурудзи знаходиться в чіткій залежності від системи удобрення. На варіантах з екстенсивною системою удобрення, що відповідає середньосівозмінній дозі 8 і 12 т гною на 1 га ріллі, прирости врожаю зеленої маси не перевищували 78 ц/га або 32% до контролю. На варіантах, що відповідають моделі "біологічного" землеробства (20-24 т гною на 1 га ріллі або 60 і 72 т/га під кукурудзу на силос) прирости послідовно зросли до 183 ц/га і становили 175% до контролю без добрив, що практично відповідає ефективності мінеральної системи удобрення, де вони становили 174%. Отже максимальне використання місцевих ресурсів органічних добрив в умовах Полісся є альтернативою використання високих за вартістю мінеральних добрив, якщо врахувати ідентичність врожаю зеленої маси при внесенні під культуру 72 т/га гною і N₂₄₀P₁₈₀K₁₈₀. Однак, найбільш ефективним в нашому досліді виявилось сумісне використання помірних доз гною (12 т на 1 га ріллі) і мінеральних добрив в одинарній дозі (N₆₀P₅₀K₆₅) або 36 т/га гною і N₁₂₀P₉₀K₉₀ під кукурудзу, де досягнуто вищих показників приросту (216 ц/га або 189% до контролю).

Використання біопрепарату флавобактерину при вирощуванні кукурудзи на силос на дерново-підзолистих ґрунтах може бути доцільним лише при низькій та середній забезпеченості їх поживними речовинами.

Використовуючи післядію добрив при різних системах удобрення, що відповідають моделі екстенсивного землеробства, можна розраховувати на одержання приросту врожаю зеленої маси люпину порівняно з контролем без добрив не більше 9%, інтенсивного - 31-35%, "біологічного" - 24-28, що майже співпадає з ефективністю мінеральної системи удобрення, де ці прирости по післядії N₁P₁K₁ були в межах 26, а N₂P₂K₂ - 31%.

Озиме жито в ланці сівозміни використовує післядію 2-го року підстилкового гною і пряму дію мінеральних добрив, одинарна доза яких становила N₈₀P₆₀K₆₀.На цій культурі також простежувалась перевага в одержанні найбільш високих приростів врожаю зерна при сумісному застосуванні помірних доз гною і мінеральних добрив, де вони становили 13-15 ц/га або 154% до контролю (27,9 ц/га) та підтверджується правомірність застосування органічної системи удобрення, що несе в собі елементи “біологізації” землеробства і не поступається в ефективності на другий рік післядії гною прямій дії підвищених доз NPK, але чисто мінеральна система удобрення несе в собі загрозу певної деградації ґрунту (табл.5).

Таблиця 5 Вплив добрив на врожайність сільськогосподарських культур в ланці сівозміни, ц/га

Величина врожаю і якість рослинної продукції є основними показниками, що визначають рівень продуктивності сівозміни і цінність для сільського господарства. Визначення нітратного азоту показало, що найбільш чисту продукцію одержано при органічній системі удобрення. Помірні дози мінеральних добрив, які використовували в чистому вигляді і сумісно з помірними дозами органічних, теж не привели до перевищення значення ГДК. І тільки високі їх дози підвищували накопичення нітратів з перевищенням граничних значень. При інокуляції насіння кукурудзи флавобактерином спостерігали тенденцію до зниження вмісту нітратного азоту в зеленій масі. Вміст мікроелементів і важких металів в зеленій масі кукурудзи не перевищував ГДК, що теж вказує на високу біологічну якість рослинних кормів.

Приведення врожаїв до спільного знаменника шляхом перерахунку в зернові одиниці дає реальну і загальну оцінку антропогенного впливу на формування потенційної і ефективної родючості ґрунту, а разом з тим є критерієм визначення окупності одиниці добрив в системах удобрення. Виходячи з багаторічних досліджень в тривалому досліді встановлено, що за рахунок впровадження елементів “біологічного” землеробства продуктивність сівозміни підвищувалась в 1.5 рази, а інтенсивного в 1.7-1.8 рази. При цьому систематичне внесення лише мінеральних добрив не має помітної переваги над дворазовим внесенням у 8-пільній сівозміні під просапні культури підстилкового гною при умові певної збалансованості у мінеральному живленні рослин.

Розділ 5. Баланс поживних речовин в ґрунті

В розділі показано вплив тривалого використання добрив на вміст в рослинах азоту, фосфору і калію та винос їх врожаєм, а також приведені розрахунки балансу їх в сівозміні та коефіцієнти використання поживних речовин з добрив.

Розрахунки балансу азоту в ІІІ ротації сівозміни визначили позитивну і негативну дію систем удобрення на навколишнє середовище. Баланс азоту при органічній системі удобрення був від'ємним навіть при внесенні 16 т гною на 1 га ріллі, а також при одинарній дозі мінеральних добрив. Найбільш сприятливі умови для стабілізації азотного живлення рослин склались на варіантах, що відповідають інтенсивній системі землеробства, але при застосуванні помірних доз гною (в межах 12-16 т/га) на фоні помірної дози NPK (175 кг/га) та при застосуванні підвищених доз (20-24 т) гною без внесення мінеральних. Підвищені дози гною (20-24 т) по фону мінеральних добрив збільшують кількість невикористаного рослинами азоту (близько 400 кг за ротацію сівозміни або 49 кг/га за рік), що може бути причиною нітратного забруднення нижніх шарів ґрунту і ґрунтових вод.

Такі ж закономірності спостерігали і при розрахунках балансу фосфору, але фосфор в більшій мірі, ніж азот, закріплювався в ґрунті. Інтенсивність його балансу не повинна перевищувати 150%, щоб не створювати загрози фосфатного забруднення навколишнього середовища. В тривалому досліді на помірних фонах удобрення вона становила 57-121%, при оптимальному удобренні 145-166%, по високих дозах добрив - 196-225%.

Незважаючи на підвищення вмісту рухомого калію в ґрунті, розрахунковий його баланс майже на всіх варіантах досліду в ІІІ ротації сівозміни був від'ємним. Врівноваженого балансу було досягнуто лише при внесенні 24 т гною на 1 га ріллі. Нагромадження кількості калію (182-313 кг за ротацію) відмічали при сумісному застосуванні високих доз гною на фоні мінеральних добрив. Ці дози слід вважати витратними з господарських і екологічних міркувань. Визначені коефіцієнти використання поживних речовин з підстилкового гною в ІІІ-й ротації сівозміни показали, що при внесенні 8 т гною на 1 га ріллі по азоту цей показник становив 82%, по фосфору 52 і по калію 85%. При збільшенні дози гною втричі кількість використаних речовин знизились по азоту в 1.7, фосфору і калію в 1.2 рази. На фоні мінеральних добрив використання поживних речовин з підстилкового гною різко знижувалось і при мінімальній його дозі (8 т/га ріллі) становило по азоту 22, фосфору 39 і калію 70%, а при максимальній по азоту і калію коефіцієнти знизились майже вдвічі і по фосфору в 1.5 рази.

Розділ 6. Міграція біогенних елементів при тривалому використанні добрив

Визначено вплив тривалого використання добрив на міграцію біогенних елементів в ґрунті.

Розрахунки балансу поживних речовин і коефіцієнтів використання їх з добрив за 3 ротації сівозміни є теоретичною підставою для визначення як економічності так і екологічності систематичного застосування добрив впродовж 24 років. Результати полігонного моніторингу, проведеного в 1993-1995рр. розкривають розподіл основних рухомих сполук і біогенних елементів по профілю ґрунту і на глибину підстилаючої породи до 3 м.

Так, водорозчинні форми гумусу підвищують свою лабільність по мірі зростання хімічного навантаження на одиницю сівозмінної площі незалежно від видів добрив. Амонійний та лужногідролізований форми азоту є найменш загрозливими щодо навколишнього середовища. Стосовно ж нітратної форми азоту результати досліджень переконливо показують, що визначені нами системи удобрення неадекватно впливають на рівень міграції нітратного азоту по профілю ґрунту. Найменш вразливою на нітратне забруднення виявились органічна система удобрення (24 т/га гною), де запаси NО₃ в шарі 0-300см перевищували контроль без добрив на 19%, при помірній органо-мінеральній - на 56, максимальній - 239% і при мінеральній (350кг NPK щорічно) - в 4.4 рази (рис.1).

Фосфор у ґрунті, перебуваючи у хімічно-зв'язаній формі дуже слабко піддається міграційним процесам, пересуваючись по профілю ґрунту переважно у складі колоїдів та проникаючи з кореневою системою рослин в більш глибокі шари ґрунту. Помітне підвищення рухомого фосфору на всіх удобрених варіантах відбулось на глибину до 60 см. Для обмінного калію в дерново-підзолистому супіщаному ґрунті властиві більш інтенсивні міграційні процеси порівняно з рухомим фосфором або амонійним азотом, що обумовлено природою його катіонного обміну. В межах нашого досліду найбільш інтенсивні процеси міграції калію відбувалися до глибини 120-140 см.

Визначення запасів кальцію і магнію по профілю показало на послідовне зростання з глибиною, а загальні їх запаси, очевидно, більш залежали від строкатості підстилаючої породи, ніж від впливу системи удобрення.

Отже, найбільш сприятливий режим для заощадливого кругообігу біогенних елементів створюють системи удобрення, що відповідають моделі “біологічного” і помірного інтенсивного землеробства за нормою - 24 т/га гною, або 12 т/га гною + N₁P₁K₁.

Розділ 7. Економічна і біоенергетична оцінка використання добрив

Представлені результати економічної та енергетичної ефективності використання добрив в сівозміні.

Розрахунки економічної ефективності використання добрив свідчать про доцільність їх застосування на дерново-підзолистих супіщаних ґрунтах Полісся. Умовно-чистий прибуток при органічній системі удобрення підвищувався з 820 до 872 грн/га по мірі підвищення доз гною на 1 га ріллі і був практично однаковим при використанні високих (20-24 т/га) доз гною. Але з підвищенням доз гною в сівозміні рівень рентабельності знижувався порівняно з мінімальною дозою (8 т/га ріллі) в 1.3-1.5 рази, а собівартість продукції (1 ц з.о.) відповідно зростала на 20-30%. При сумісному застосуванні підстилкового гною і мінеральних добрив умовно-чистий прибуток зростав по помірних дозах гною (8-12 т/га ріллі) до 929 грн, по максимальній (24 т/га) знижувався до 886 грн/га. Найбільш високий умовно-чистий прибуток - 935 грн/га одержано при мінеральній системі удобрення - N₆₀P₅₀K₆₅ з собівартістю продукції 6.4 грн/ц з.о., тоді як на інших варіантах 6.7-9.1 грн/ц з.о. Проте, в умовах Полісся не можна орієнтуватись на показники рентабельності, адже при мінеральній системі удобрення помітно погіршуються фізико-хімічні показники родючості ґрунту, зростають міграційні процеси біогенних елементів, знижуються врожаї і погіршується якість продукції.

Одержані дані енергетичної оцінки також свідчать про високу енерговіддачу при використанні добрив. Коефіцієнт енергетичної ефективності в ланці сівозміни складав 1.62-1.90 залежно від системи удобрення.

Висновки

Систематичне застосування підстилкового гною і мінеральних добрив на фоні вапнування (0.75 Нг) в системах удобрення, що відповідають блокам хімізації при веденні екстенсивного, інтенсивного (помірного і витратного) та альтернативного землеробства впродовж 24 років привело до зміни реакції ґрунтового розчину на варіантах, що відповідають альтернативному землеробству до слабокислої, інтенсивному до середньокислої, на контролі без добрив і при подвійній дозі NPK до кислої реакції, що свідчить не на користь екстенсивного ведення землеробства і чисто мінеральної системи удобрення.

Науковообґрунтоване чергування сільськогосподарських культур в польовій сівозміні, тривале і систематичне внесення добрив привело до помітних змін в трансформації органічної речовини ґрунту і сприяло новоутворенням гумусу. Порівняно з вихідними зразками від`ємний баланс гумусу за 24-річний період склався на варіантах екстенсивного типу (без добрив і 8 т гною на 1 га ріллі) та при подвійній дозі (N₁₂₀P₁₀₀K₁₃₀) мінеральних добрив. За 3 ротації сівозміни вміст гумусу підвищився з 0.94% на контролі до 1.45% при органічній системі удобрення, що відповідає засадам альтернативного землеробства (24 т/га гною), при помірному органо-мінеральному удобренні (12 т/га гною + NPK) він становив 1.33%, високому (20 т/га гною + NPK) - 1.18% і був найнижчим (в межах 1%), при чисто мінеральному удобренні. Помітне збільшення загального гумусу спостерігали до глибини 0-40 см. При застосуванні гною переважав фульватно-гуматний, а мінеральних - гуматно-фульватний тип гумусоутворення.

В III ротації сівозміни на удобрених варіантах, по відношенню до вихідних зразків, спостерігали перерозподіл в азотному фонді за рахунок підвищення загального азоту, важкогідролізованих і негідролізованих його форм і зниження мінерального азоту, що свідчить про необхідність усвідомленого регулювання азотним режимом ґрунту. Азотний фонд ґрунту помітно поновлювався за рахунок діяльності асоціативної мікрофлори в ризосфері зернових культур, внесеної у передпосівний період у складі біопрепарату флавобактерину. При його застосуванні існує реальна можливість наблизити азотний режим ґрунту на початкових фазах розвитку рослин до оптимальних значень, особливо при низькому рівні забезпеченості рослин азотом за рахунок добрив.

Фосфатний фонд ґрунту під впливом систематичного використання добрив здатний до нагромадження рухомих форм фосфору, що перевищують вихідний його вміст в 5-6 разів, наближаючи ґрунт від градацій з низьким рівнем фосфатної родючості до середніх і підвищених, нарощування якої зростає від ротації до ротації, особливо при сумісному використанні гною і мінеральних добрив, досягаючи 14 мг/100 г ґрунту при застосуванні їх оптимальних доз (12 т/га гною + NPK) і 19 мг/100 г - при максимальних (24 т/га гною + NPK). Груповий склад фосфатів у часі мав тенденцію до зростання як засвійних так і важкорозчинних їх форм, а ступінь рухомості їх підвищувалась від ротації до ротації, особливо при сумісному застосуванні гною і NPK. Кількість органічного фосфору закономірно підвищувалась у випадку застосування гною, досягаючи 30 мг/100 г ґрунту, тоді як на екстенсивних варіантах їх вміст був на 30% нижчим.

На відміну від фосфору темпи нагромадження в орному шарі обмінного калію були нижчими і не перевищували 10-13 мг/100 г ґрунту, досягаючи цих показників при максимальній органічній (24 т/га гною) та при сумісному використанні помірних і високих доз гною, внесеного по фону N1P1K1. Внаслідок катіонного обміну вміст необмінного калію відзначався стабільністю, за винятком систем удобрення з максимальним насиченням підстилковим гноєм (до 20-25 мг/100 г ґрунту), тоді як на контролі і при помірному використанні добрив він становив переважно 15-19 мг.

Тривале систематичне застосування традиційних органічних і мінеральних добрив в сівозміні не несе в собі загрози забруднення орного шару ґрунту важкими металами. Зокрема, вміст міді, цинку, марганцю, нікелю, свинцю, стронцію і кадмію після 24-річного ведення досліду був набагато нижчим встановлених гранично-допустимих концентрацій для цих елементів.

Формування врожаю кукурудзи на силос відбувалось при прямій дії гною і мінеральних добрив, що забезпечило одержання в сприятливі роки досліджень до 550-570 ц/га зеленої маси, в екстремальні до 400 ц/га, а середні прирости по варіантах органо-мінеральної системи удобрення на помірних дозах гною (8-12т/га) і максимальних перевищували контроль без добрив майже вдвічі, що дає перевагу помірному використанню добрив під цю культуру. Використання бактеріального препарату флавобактерину для обробки насіння кукурудзи сприяло приросту врожаю зеленої маси кукурудзи лише на варіанті без застосування добрив, що відкриває перспективу використання асоціативних біопрепаратів в умовах гострого дефіциту на азотні добрива.

Формування врожаю зеленої маси люпину відбулось при використанні I року післядії гною і мінеральних добрив, середні прирости її по органічній системі удобрення становили 70-85 ц/га (23-28 % до контролю), по органо-мінеральній - 90-107 (31-35 %), по мінеральній - 26-31 %.

Використання післядії гною II року забезпечило одержання приросту зерна озимого жита в межах 7-10 ц/га. При різних рівнях органо-мінеральної системи удобрення 14-15 і мінеральній 10-11 ц/га, що свідчить про високу ефективність як біологічної, так і інтенсивної системи ведення землеробства.

Підвищення якості сільськогосподарської продукції відбувається незалежно від систем удобрення, проте основні її показники визначаються рівнем мінерального живлення рослин, яке є найбільш сприятливим при помірному використанні гною і мінеральних добрив. Індикатором на нітратне забруднення визначено зелену масу кукурудзи, де при максимальному навантаженні (72 т/га гною під культуру і N120P90K90) вміст нітратів досягав 276 мг/кг проби, що переважало органічну систему удобрення в 3.5 рази і помірну органо-мінеральну в 1.7-2.4 рази. Використання флавобактерину знижувало накопичення нітратів в зеленій масі кукурудзи на 12% до контролю.

Екстенсивне використання гною (8-12 т на 1 га ріллі), забезпечило підвищення продуктивності ланки сівозміни на 23-27%, на варіантах, що відповідають засадам біологічного землеробства (16-24 т/га) цей показник підвищився до 35-48 %, а інтенсивного помірного (8-12 т/га гною + N1P1K1) - 57-63. Максимальні дози гною у цьому випадку сприяли підвищенню продуктивності сівозміни лише на 3%. На мінеральній системі удобрення продуктивність ланки сівозміни не перевищувала 51-53%. Окупність 1 кг NPK в гноєві досягала 6-9 кг з.о., в поєднаних системах удобрення 5.3-7.7 кг з.о. і в чисто мінеральних 5.6-10.8 кг з.о., знижуючись на подвійних їх дозах майже вдвічі порівняно з одинарними.

Баланс основних поживних речовин в орному шарі ґрунту при використанні гною при органічній системі удобрення від 8 до 16 т на 1 га ріллі був від'ємним по азоту, фосфору і калію і тільки на варіантах, що відповідають умовам біологічного землеробства (20-24 т/га гною) складався бездефіцитний баланс поживних речовин. Найбільш гармонійною збалансованістю відзначались ті варіанти, де використання гною на фоні помірного мінерального удобрення були нижчими і не перевищували 12-16 т на 1 га ріллі. На фонах з високим рівнем добрив (24 т/га + N1P1K1, N2P2K2) кількість невикористаного азоту рослинами досягала близько 400 кг/га, фосфору 435 та калію понад 300 кг/га, що створює загрозу посиленої міграції біогенних елементів в навколишнє середовище.

Міграція елементів і сполук по профілю ґрунту до 3-метрової глибини визначалась природою катіонного обміну, аніонної та хімічної сорбції. Найбільшу рухомість до глибини відбору зразків мали сполуки і елементи з від`ємним зарядом - водорозчинний гумус, нітратний азот, а з позитивним - двовалентні катіони - кальцій і магній. Міграція обмінного калію відбувалася переважно до глибини 120-140 см. Міграційні процеси амонійного і лужногідролізованого азоту зупиняються переважно на рівні підорного шару (20-40 см). Рухомий фосфор переміщався по профілю ґрунту до глибини 60 см. Врівноважені міграційні процеси біогенних елементів відмічено при органічній системі удобрення, помірному використанні добрив в органо-мінеральних системах, найбільш інтенсивні при високих навантаженнях засобів хімізації на сівозмінну площу (20-24 т/га гною + N1P1K1), особливо руйнівною слід вважати мінеральну систему удобрення при високих навантаженнях (N2P2K2).

Економічна ефективність використання підстилкового гною і мінеральних добрив, не дивлячись на порушення паритету цін на засоби хімізації і сільськогосподарську продукцію в сучасних умовах залишається високою. Умовно чистий прибуток при вирощуванні кукурудзи на силос, люпину і жита коливався при різних системах удобрення від 700 до 1100 грн/га, найбільш високий рівень рентабельності в прямій дії добрив (120-180%) одержано при органічній та помірній органо-мінеральній системах удобрення. На високих дозах (20-24 т/га гною + N1P1K1) він падав нижче 100%. Окупність однієї гривні вкладеної у вартість добрив при помірних дозах їх використання коливалась в межах 2.2-3.0 грн, а високих 1.7-1.9 грн.

Біоенергетична оцінка ґрунту визначена через показники теплоти згорання органічної речовини, за 24 річний період підвищилась на 8-46%, забезпечуючи найбільш високу енергоємність при застосуванні 24 т на 1 га ріллі гною, що відповідає біологічній системі ведення землеробства та половинної її дози в поєднанні із помірним мінеральним удобренням.

13.В польових сівозмінах на дерново-підзолистих супіщаних ґрунтах Полісся пропонується впровадження на фоні вапнування органо-мінеральних систем удобрення, що відповідають засадам інтенсивного землеробства з насиченням польової сівозміни органічними добривами в межах 12-16 т на 1 га ріллі на фоні помірних доз мінеральних туків, що становлять 175 кг/га діючої речовини аз...