Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

УДК 631.8: 631.582

Розробка та обґрунтування інтегрованої системи удобрення в польовій сівозміні на чорноземі опідзоленому Правобережного Лісостепу України

06.01.04 - агрохімія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Господаренко Григорій Миколайович

Київ 2001

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Уманській державній аграрній академії Міністерства аграрної політики України.

Науковий консультант

доктор сільськогосподарських наук, професор Карасюк Іван Маркіянович, Уманська державна аграрна академія, завідувач кафедри агрохімії та ґрунтознавства

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Лісовал Анатолій Петрович, Національний аграрний університет, професор кафедри агрохімії та якості сільськогосподарської продукції

доктор сільськогосподарських наук, професор Гамаюнова Валентина Василівна, Інститут землеробства південного регіону УААН, завідувач відділу агрохімії та меліоративного ґрунтознавства

доктор сільськогосподарських наук, професор Слободян Степан Миколайович, Кіровоградський державний технічний університет, завідувач кафедри загального землеробства

Провідна установа:

Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського УААН, м. Харків

Захист відбудеться 20 квітня 2001 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 в Національному аграрному університеті за адресою: 03041, Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65.

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

Автореферат розісланий “7 “березня 2001 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

Загальна характеристика роботи

сівозміна врожай сільськогосподарський добриво

Актуальність теми. Потреба в інтенсивному веденні землеробства без значного збільшення хімічного навантаження на навколишнє природне середовище зумовлює необхідність переосмислення проблеми застосування добрив і підходів до обґрунтування системи удобрення в польовій сівозміні встановленням раціональних форм, доз, строків і способів внесення добрив з урахуванням ґрунтово-кліматичних умов та еколого-біологічних особливостей культур. При цьому надзвичайно важливо розробити теоретичні основи прогнозування підвищення родючості чорноземних ґрунтів і концепції екологізації системи удобрення. Це визначило напрямок і доцільність наших досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження для написання дисертації виконувалися згідно з науково-технічними програмами “Продовольство-95” на 1991-1995 рр., “Родючість ґрунтів” на 1996-2000 рр. та тематичних планів Уманської сільськогосподарської академії (номери державної реєстрації 0187091012, 0196U012626, 0196U012538), де автор був безпосереднім виконавцем (з 1984 р.), заступником керівника (1991-1995 рр.) та керівником наукової теми (1995-2000 рр.).

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень - в агрохімічному, технологічному й екологічному аспектах обґрунтувати наукові основи та практичні прийоми складання інтегрованої системи удобрення в польовій сівозміні для забезпечення стійкого прогресуючого підвищення продуктивності культур і родючості чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу.

Для досягнення поставленої мети дослідження проводили за такими напрямками.

На основі аналізу застосування добрив у землеробстві регіону розробити концепцію інтегрованої системи удобрення в польовій сівозміні.

Поглибити дослідження характеру і напрямку тривалої дії різних рівнів та систем удобрення в польовій сівозміні на тенденцію змін агрохімічних параметрів (показників родючості ґрунту, балансу й трансформації елементів живлення) в процесах окультурення або деградації ґрунту, які визначають принципові питання застосування добрив і дають змогу з'ясувати шляхи регулювання поживного режиму ґрунту.

Встановити зміни використання і розміри винесення основних елементів живлення врожаями, засвоєння їх з ґрунту і добрив та визначити інтенсивність балансу за різних рівнів і систем удобрення в сівозміні.

Провести спостереження за тривалими і сезонними змінами вмісту поживних речовин у ґрунті, їх трансформацією в системі добриво - ґрунт - рослина.

Виявити вплив основних елементів живлення на формування врожаю і якість продукції, їх взаємодію з іншими факторами росту й розвитку рослин.

Оцінити традиційні та нові форми добрив для вдосконалення їх асортименту і розробки агроекологічних й економічних вимог до найперспективніших із них.

Простежити проходження деградаційних процесів у чорноземі опідзоленому за тривалого застосування добрив у польовій сівозміні.

Вдосконалити технології застосування добрив під окремі сільськогосподарські культури.

Обґрунтувати оптимальні рівні застосування органічних і мінеральних добрив у польовій сівозміні, встановити їх вплив на врожайність і якість продукції та на зміну їх ефективності у часі.

Визначити вплив погодних умов на продуктивність сільськогосподарських культур і ефективність добрив.

З'ясувати еколого-біоенергетичну, агрохімічну та господарсько-економічну оцінки розробленої системи удобрення.

Об'єкт досліджень - система удобрення культур польової сівозміни.

Предмет досліджень - чорнозем опідзолений.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети користувалися біологічними і лабораторними методами. Біологічні методи включали тривалий і короткотермінові польові та фізіолого-агрохімічні методи - вегетаційні і модельні досліди. Тривалий польовий дослід із систематичним застосуванням добрив проводили з метою вивчення впливу різних доз і систем удобрення на родючість ґрунту, продуктивність сільськогосподарських культур, виявлення регіональних особливостей засвоєння елементів живлення рослинами та балансу їх у ґрунті. Одно- і багатофакторні короткотермінові польові досліди проводили для удосконалення систем удобрення окремих культур сівозміни, встановлення ефективності різних доз, форм, строків і способів внесення добрив та біологічних препаратів. Вегетаційні і модельні досліди проводили з метою уточнення деяких параметрів показників родючості ґрунту і живлення рослин. Лабораторними методами (хімічним, фізико-хімічним та ін.) досліджували зразки ґрунту, рослин і добрив.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше для умов Правобережного Лісостепу України обгрунтовано і експериментально розроблено нове вирішення проблеми підвищення родючості чорнозему опідзоленого в польовій сівозміні впровадженням інтегрованої системи застосування добрив з урахуванням особливостей тривалого взаємовпливу на ґрунт біологічних і антропогенних факторів. У запропонованій системі удобрення повніше, ніж в існуючих рекомендаціях, враховані агрохімічні показники родючості ґрунту, особливості трансформації та балансу елементів живлення в ґрунті і засвоєння їх рослинами, енергозберігаючі та природоохоронні аспекти застосування добрив.

Дістало подальший розвиток вивчення еволюції родючості чорнозему опідзоленого та дано оцінку ризику за існуючих і потенційно можливих систем удобрення. За результатами досліджень встановлено оптимальні параметри основних фізичних і агрохімічних показників родючості ґрунту.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено методичні основи технології відтворення і підвищення родючості чорнозему опідзоленого в умовах Правобережного Лісостепу України. Дано рекомендації для оцінки і керування поживним режимом та іншими показниками родючості ґрунту і прогнозування рівнів їх зміни. Обґрунтовано теоретичні основи і практичні прийоми розробки інтегрованої системи удобрення, яка базується на основі високої продуктивності сівозміни і прогнозування підвищення родючості ґрунту за тривалого застосування добрив, а також особливостей удобрення окремих польових культур з урахуванням впливу на навколишнє природне середовище. Описані методичні основи прогнозування зміни родючості ґрунту внаслідок удобрення в сівозміні мають підстави для включення їх у систему ґрунтового моніторингу України. Ці та інші розробки знаходять втілення в сільськогосподарське виробництво внаслідок удосконалення систем удобрення сівозмін та окремих культур. У деяких господарствах освоєні оптимальні її варіанти.

У порядку реалізації результатів досліджень багато наших пропозицій включено в систему ведення галузі рослинництва у Вінницькій, Кіровоградській та Черкаській областях, використано обласними державними проектно-технологічними центрами охорони родючості ґрунтів і якості продукції, а також під час написання двох підручників “Агрохімія” - для учнів середніх спеціальних навчальних закладів (1991) та для викладачів і студентів агрономічних спеціальностей вищих навчальних закладів ІІІ і ІV рівнів акредитації (1995), а також навчального посібника “Технологія виробництва сільськогосподарської продукції” (1993) і довідника “Справочник по зерновым культурам” (1991).

Особистий внесок здобувача полягає в обґрунтуванні напрямку, розробці концепції, програми і методики досліджень, визначенні теоретичних положень та шляхів їх реалізації, плануванні експериментів та їх проведенні, аналізуванні та обробці отриманих результатів. За безпосередньою участю автора та під його керівництвом проведені польові та лабораторні дослідження. Разом з автором у виконанні окремих наукових розробок брали участь І.С. Кравець, О.Г. Сухомуд, О.Д. Черно, Л.В. Чорна - відповідно у вивченні азотного, фосфатного і калійного фондів ґрунту та його агрофізичних властивостей. Крім того, з В.І. Невладом розроблено заходи поліпшення симбіотичної фіксації азоту горохом, а спільно з О.П. Василенком - доцільність застосування сірчаних добрив під озиму пшеницю. Внесок автора в одержаній праці становить 75%.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертації оприлюднені на делегатських з'їздах ґрунтознавців та агрохіміків України і колишнього СРСР (Новосибірськ, 1989; Львів, 1990; Херсон, 1994; Рівне, 1998), на семи міжнародних і дев'яти республіканських конференціях, симпозіумах, а також на 12-ти нарадах і семінарах.

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 58 наукових працях, з яких 40 надруковані у виданнях, що затверджені ВАК України як фахові.

Обсяг і структура роботи. Дисертацію викладено на 450 сторінках комп'ютерного набору, вона містить 299 сторінок основного тексту, 108 таблиць, 23 рисунки і складається із вступу, 8 розділів, висновків, списку використаних джерел з 821 позиції (з них 89 латиницею) і додатків на 23 сторінках.

Основний зміст роботи

Сучасний стан, проблеми і перспективи застосування добрив у землеробстві Лісостепу

Стан застосування добрив у землеробстві Лісостепу та аналіз наукових даних дає змогу зробити висновок, що теорія родючості ґрунту потребує подальшого розвитку на основі переусвідомлення багатьох усталених положень, вирішення складних і спірних питань для максимально повного використання найновіших досягнень багатьох галузей науки. Проблема варта системного і цілеспрямованого вивчення. В агроекосистемах повинні діяти механізми, які забезпечують підвищення родючості ґрунтів і вирішення проблем екологічної стійкості щодо здатності протягом усього часу експлуатації зберігати біопродуктивність за високої якості вирощеної продукції. Вивчення закономірностей кількісної дії основних агроприйомів у їх сукупному чи в роздільному прояву відкриває можливість для створення раціональних технологій вирощування сільськогосподарських культур і розробки системи керування родючістю ґрунту. На основі вивчення цих закономірностей, а також дії тривалого застосування різних доз мінеральних та органічних добрив, їх поєднання, розміщення і періодичного внесення на властивості ґрунту, механізм формування врожаю, його структуру і якість, обґрунтовується енергоекономна та природоохоронна інтегрована система удобрення культур польової сівозміни.

Умови та методика проведення досліджень

Експериментальну частину наукової праці виконано на дослідному полі Уманської державної аграрної академії, розміщеному в Маньківському природно-сільськогосподарському районі Середньо-Дніпровсько-Бузького округу Лісостепової Правобережної провінції України в сівозмінах зерно-бурякового типу. Ґрунт дослідного поля - чорнозем опідзолений звичайний важкосуглинковий на лесі з підвищеним вмістом рухомих форм фосфору і калію та середнім - лужногідролізованого азоту. Реакція грунтового розчину середньокисла, сума ввібраних основ та ступінь насиченості грунту основами - висока.

Основні дослідження проведені в тривалому досліді, закладеному в 1964 р. І.М. Карасюком. Його основа - 10-пільна сівозміна, розгорнута у часі та просторі і реалізована на 10 фонах (табл. 1).

Таблиця 1

Схема тривалого (1965-1999 рр.) досліду “Вплив різних доз добрив та систем удобрення на продуктивність сівозміни і родючість ґрунту”

Примітка. У дужках - у І і ІІ ротаціях сівозміни.

Як видно з табл. 1, одинарна доза мінеральних добрив - N₄₅P₄₅K₄₅, гною - 4,5 т/га сівозмінної площі. Дози внесення основних елементів живлення за органо-мінеральної системи удобрення скориговані з відповідними рівнями мінеральної (табл. 2).

Тривалі процеси окультурення не дають змоги вести спостереження за їх зміною в ґрунті, починаючи від природного стану до того, що склався під час землекористування. Для порівняння використовували метод аналітичних досліджень на ключах-аналогах - беззмінні посіви кукурудзи (25 років), неораний цілинний масив (переліг) і беззмінний чорний пар із часу закладання тривалого досліду.

Перед закладанням досліду (1964 р.) орний шар ґрунту характеризувався такими показниками: вміст гумусу (за методом Тюріна) - 3,31%, легкогідролізованого азоту (за методом Тюріна - Кононової) 48 мг/кг, рухомих фосфатів (за методом Труога) 150, обмінного калію (за методом Бровкіної) - 90 мг/кг, рН_KCl - 6,2, гідролітична кислотність - 2,5 смоль/кг, ступінь насиченості основами - 95%.

Деякі питання, що виникали під час проведення досліджень, вирішували в паралельно проведених короткотермінових одно- і багатофакторних польових, вегетаційних, модельних і лабораторних дослідах. Повторення дослідів - 3-4-разове. Загальна площа ділянки в тривалому досліді становила 170 м², облікова - 100 м², а в однофакторних короткотермінових - 50-100 м². Багатофакторні досліди закладали методом розщеплених ділянок з обліковою площею 30-50 м².

У короткотерміновому досліді з озимою пшеницею вивчали ефективність різних строків проведення підживлень азотними добривами за системами, поширеними у західно-європейських країнах, у поєднанні з внесенням гербіциду. В іншому досліді вивчали ефективність проведення пізніх позакореневих підживлень карбамід-аміачною селітрою (КАС) порівняно з розчином карбаміду на фоні різних рівнів кореневого живлення її азотом.

У дослідах з ярим ячменем вивчали ефективність доз, строків і способів внесення азотних добрив, поєднання їх застосування з регулятором росту, доцільність локального внесення добрив разом з передпосівною культивацією порівняно з розкидним. При цьому також досліджували вплив особливостей удобрення на ріст, розвиток і врожайність підпокривної конюшини. В іншому досліді вивчали можливість регулювання продуктивності ярого ячменю з підсівом конюшини шляхом оптимізації системи удобрення, норми висіву покривної культури та застосування біологічних препаратів.

У досліді з горохом вивчено можливість підвищення його продуктивності та біологічної фіксації атмосферного азоту шляхом оптимального комплексного поєднання різних засобів хімізації (вапнування, удобрення азотними добривами і молібденом) та біологічних препаратів. Розроблена технологія позакореневого підживлення гороху.

Вивчено ефективність фоспалю (торгова назва термічно обробленого алюмінієво-кальцієвого фосфату) і комплексних добрив на його основі після внесення під горох і цукрові буряки.

У досліді з цукровими буряками вивчали ефективність різних строків внесення азотних добрив.

Таблиця 2

Схема розподілу добрив під культури у третій і четвертій ротаціях сівозміни (з 1985 року) тривалого досліду (гній - т/га, мінеральні добрива, кг/га)

У досліді з кукурудзою на силос вивчали ефективність доз, строків і способів внесення азотних добрив з метою розробки орієнтовно нормативних показників для розрахунку їх доз.

Ефективність запасного внесення різних форм фосфоровмісних добрив (суперфосфат гранульований, РКД 10-34-0, фоспаль, фосфоритне борошно) порівняно з щорічним їх внесенням вивчали у ланці сівозміни цукрові буряки - ярий ячмінь з підсівом конюшини - конюшина - озима пшениця

Можливість негативної дії хлоровмісних добрив у польовій сівозміні вивчали на прикладі гречки, використовуючи для порівняння різні форми калійних добрив і строки їх внесення.

Для з'ясування доцільності застосування сірчаних добрив у польовій сівозміні вивчали ефективність їх на озимій пшениці.

У модельному і польовому досліді з цукровими буряками вивчали доцільність застосування інгібіторів нітрифікації на чорноземі опідзоленому Правобережного Лісостепу.

Щоб уточнити верхню межу оптимального вмісту рухомих форм фосфору і калію в ґрунті, проводили вегетаційні досліди з цукровими буряками.

Для визначення умов ефективного внесення фосфорних добрив у рядки проведено модельний дослід з метою визначення особливостей формування кореневої системи різними сільськогосподарськими культурами.

Закладання і проведення дослідів, аналізи і розрахунки проводили за загальноприйнятими методиками і відповідними держстандартами.

Під час закладання дослідів використовували напівперепрілий солом'яний гній великої рогатої худоби, аміачну селітру, суперфосфат гранульований, калійну сіль змішану та інші форми добрив, які передбачалися згідно із схемами дослідів.

Для з'ясування питань впливу землекористування та удобрення проведено визначення показників родючості ґрунту: органічної речовини - вміст гумусу - за методом Тюріна у модифікації Сімакова; власне гумусових речовин і детриту - за методом Шпрінгера; кислотності ґрунту - величину рН ґрунту - у водній суспензії та в 0,1 М розчині КСІ за допомогою стандартного електрода; ємність вбирання катіонів - промиванням 1 н. розчином хлориду барію; обмінні катіони - обробкою зразка розчином ацетату амонію з рН=7; біологічної активності ґрунту - дихання - за інтенсивністю виділення СО₂ з використанням титрометричного методу; целюлозолітичну активність (зменшення маси лляного полотна за 30 діб) - за методом Мішустіна і Петрової; амоніфікаційну і нітрифікаційну здатності (інкубація 14 діб); сумарну біологічну активність - за методом відносних величин Ацці; азотного фонду ґрунту - вміст валового азоту - після озолення сірчаною кислотою в присутності каталізатора - металічного селену (метод К'єльдаля); фракційний склад його сполук - методом ступінчастого гідролізу за методом Шконде - Корольової; вміст лужногідролізованого азоту - за методом Корнфілда, нітратного - іонометричним методом, амонійного - у витяжці 0,1 н. розчину КСІ з добавлянням реактиву Несслера; міграцію нітратів по профілю ґрунту і підгрунтя - у зразках, відібраних спеціально виготовленим буром; фосфатного фонду ґрунту - вміст валового фосфору - за методом Шермана, а фракційний його склад мінеральних сполук - за методом Гінзбург - Лебедєвої; вміст рухомих фосфатів - за методом Чирікова; ступінь рухомості фосфатів - за методом Карпінської - Замятіної; калійного фонду ґрунту - вміст інертного калію - за методом Гедройца у модифікації Петербурзького і Янішевського, необмінного - за методом Пчьолкіна, рухомого - за методом Чирікова, обмінного - за методом Маслової, водорозчинного - за методом Александрової; сірчаного фонду ґрунту - вміст валової та рухомих і мінеральних сполук сірки - за методом Айдиняна; агрофізичних - щільність складення - за методом різального кільця, щільність твердої фази - пікнометричним методом, структурно-агрегатний склад - за методом сухого просіювання у модифікації Савінова, водостійкість структурних агрегатів - за розпливчастістю грудочок ґрунту обліково-статистичним методом Адріанова, повну і капілярну вологоємність - за методом насичення зразків ґрунту з непорушеною будовою у модифікації Долгова; вміст рухомих форм металів - у витяжці ацетатно-амонійному буферному розчині з рН=4,8 на атомно-адсорбційному спектрофотометрі.

Зразки рослин після мокрого озолення сірчаною кислотою та пероксидом водню аналізували на вміст загального азоту (за допомогою приладу Серенєва або реактиву Несслера), фосфору (шляхом фотоколориметрування) і калію (за допомогою полуменевого фотометра). Вміст сірки в них визначали спектрофотометричним методом.

Облік урожаю основної продукції - суцільний поділяночний, облік нетоварної продукції - розраховували за співвідношенням з основною продукцією в пробах. Симбіотичну азотофіксацію визначали методом порівняння нагромадження азоту на ділянках з небобовою культурою. Для якісної оцінки врожаю вміст білка в зерні розраховували за кількістю білкового азоту, який визначали за методом Барштейна; масу 1000 зерен - за ГОСТ 12028-80; вміст клейковини - відмиванням за ГОСТ 13586.1-68; якість клейковини - на приладі ИДК-1; натуру зерна - за допомогою пурки за ГОСТ 10840-64; скловидність зерна - за ГОСТ 10984-76; амінокислотний склад зерна - на автоматичному аналізаторі ОЕ-914; технологічні і хлібопекарські якості борошна та хліба - на альвеографі, фаринографі та шляхом пробного випікання хліба. Показники технологічних якостей коренеплодів цукрових буряків розраховували, використовуючи дані, отримані за допомогою напівавтоматичної лінії “Венема”. Деякі показники встановлювали розрахунковим шляхом. Для оцінки сівозміни та її ланок за продуктивністю, отриману врожайність культур перераховували на зернові і кормові одиниці. Економічну та енергетичну ефективність агроприйомів, що вивчали в дослідах, розраховували згідно з технологічними картами та відповідними рекомендаціями.

Опрацювання й узагальнення результатів дослідів та спостережень проводили, використовуючи методи математичної статистики (кореляційного, регресійного і дисперсійного аналізів).

Зміна показників родючості ґрунту під впливом тривалого удобрення

Вміст органічної речовини в ґрунті значною мірою залежить від особливостей землекористування. Найістотніше зниження вмісту гумусу в шарі ґрунту 0-20 см відбулося на ділянках під беззмінними паром і посівами кукурудзи та у сівозміні без застосування добрив - відповідно до 2,35, 2,55 і 2,86% (за вмісту на перелозі 4,32%). Лише застосування високих доз гною - 9-18 т/га та поєднання його внесення з мінеральними добривами дає змогу зберегти вміст гумусу в ґрунті на рівні 83-85% порівняно з перелогом. Зниження його вмісту відбувається переважно за рахунок розкладання детриту, тоді як вміст власне гумусових речовин у варіантах досліду знизився лише на 10-18% (за вмісту на перелозі 2,01%). Найвищий рівень трансформації гною на гумус (6,6%) спостерігався за органо-мінеральної системи удобрення у варіанті 2Гн + NPK, тобто з насиченням 9 т гною на 1 га сівозмінної площі.

Кислотність ґрунту - один з основних показників, через який найчастіше виявляється зміна його колоїдно-хімічних властивостей під впливом добрив та інших техногенних факторів. Встановлено, що під впливом тривалого удобрення відбулися значні зміни кислотно-основних властивостей ґрунту (табл. 3).

Таблиця 3

Зміна кислотно-основних властивостей ґрунту в шарі 0-20 см після тривалого (1964-1997 рр.) застосування добрив у польовій сівозміні

Підтримання кислотності грунту майже на рівні перелогу в шарі 0-20 см відбувається внаслідок приорювання менш кислих його нижніх шарів. Проте за мінеральної та органо-мінеральної систем удобрення навіть на глибині 60-80 см, порівняно з перелогом, показник рН_КСl зменшився відповідно на 1,0 і 0,7 одиниці. Середньорічні темпи зниження насиченості шару ґрунту 0-20 см основами за мінеральної системи удобрення - 0,45 абс. %. Проведеними в 1989-1991 рр. дослідженнями встановлено, що кислотність атмосферних опадів мала середньозважену величину рН = 4,2. Однак поки що немає ніяких підстав вважати, що вони є одним із основних факторів підкислення ґрунту. Про це свідчить кислотність водної суспензії ґрунту на перелозі (рНн₂о = 7,2).

Отже, незважаючи на те, що на шляху підкислюючих факторів чорнозем опідзолений має такий ефективний геохімічний бар'єр, як нейтральні і лужні підорні шари ґрунту, питання застосування вапняних добрив слід насамперед розглядати як захід компенсації відчуження кальцію за межі орного шару ґрунту.

Біологічна активність чорнозему опідзоленого залежно від землекористування змінюється на 48%, в тому числі дихання ґрунту - на 47%, целюлозолітична активність - на 41, амоніфікаційна здатність - на 84 і нітрифікаційна здатність - на 71%. Тривале застосування органо-мінеральної системи удобрення в польовій сівозміні дає змогу підтримувати біологічну активність ґрунту на рівні перелогу, тоді як на ділянках без добрив вона знизилась на 29%.

Азотний фонд ґрунту. Не зважаючи на відносно великі запаси азоту в чорноземі опідзоленому (33,5 т/га в 1,5-метровому шарі ґрунту перелогу), під час землекористування відбувається значне зниження його вмісту як у верхніх, так і в глибших його шарах. Особливо різко це відбувається як на ділянках без удобрення під беззмінними посівами кукурудзи, так і в сівозміні.

У ґрунті перелогу такий розподіл азоту за фракціями: мінеральна - 1%, легкогідролізована - 10, важкогідролізована - 18 і негідролізована - 71% від його валового вмісту. Землекористування має лише незначний вплив на ці показники. При цьому тенденція змін спрямована на збільшення фракції негідролізованих сполук азоту.

Відомо, що найближчим резервом живлення рослин азотом є легкогідролізовані його сполуки. За вмістом лужногідролізованого азоту (метод Корнфілда), згідно з прийнятою градацією, лише після внесення високих доз добрив за органо-мінеральної системи удобрення (варіант 3Гн + NPK) культури польової сівозміни мали середній рівень забезпеченості азотом - 153 мг/кг ґрунту, за інших доз внесення добрив і систем удобрення він був низький, а без їх внесення - дуже низький - 85, тоді як у ґрунті перелогу підвищений - 204 мг/кг.

Досить важливим діагностичним показником азотного фонду ґрунту є його нітрифікаційна здатність. Так, у динаміці за 32 доби компостування лише за органо-мінеральної системи удобрення з високими дозами добрив (варіант 3Гн + NPK) вона підтримувалась на рівні перелогу. Отримані дані свідчать, що строк компостування для ґрунту різного ступеня окультурення має істотний вплив на показник нітрифікаційної здатності.

На відміну від природних фітоценозів, де утворення мінерального азоту і поглинання його зрівноважується, в агроценозах можливі втрати азоту внаслідок його вимивання (рис. 1). Навіть у досить посушливий літній період 1999 р., коли вологість ґрунту і підґрунтя знизилась до глибини 4,5 м, висхідної міграції нітратів не спостерігається. Одержані дані показують, що в польовій сівозміні важливе значення повинно надаватися питанням диференційованого застосування азотних добрив з урахуванням доз, форм, строків і способів їх внесення.

Фосфатний фонд ґрунту перелогу в шарі 0-20 см містить 61% мінеральних фосфатів від валового вмісту фосфору. При цьому за фракціями фосфор розподіляється у такому співвідношенні: Са-Р_І - 4%, Са-Р_ІІ - 40, Al-P - 9, Fe-P - 9, Са-Р_ІІІ - 38% від загальної кількості мінеральних фосфатів. Тривале застосування добрив у дозах, які перевищують відчуження фосфору врожаями, призводить до нагромадження залишкових його кількостей, які майже пропорційно розподіляються між усіма формами ґрунтових фосфатів. Відмічено лише незначне збільшення кількості активних форм у складі мінеральних фосфатів - від 62 на перелозі до 65-72% залежно від варіанту досліду. Це відбувається переважно за рахунок фракцій Са-Р_І і Fe-P.

За позитивного балансу фосфору найбільше збільшення його вмісту відбувалося в шарі ґрунту 0-20 см і дещо менше - у шарі 20-40 см. Так, за середньорічного внесення на 1 га сівозмінної площі Р₁₃₅ за органо-мінеральної системи удобрення вміст фосфору в шарі 0-20 см підвищувався до 1763 мг/кг ґрунту за вмісту на перелозі 994 мг/ кг. При цьому також спостерігалося збільшення його вмісту і в шарі ґрунту 40-60 см. На ділянках без внесення добрив істотних змін вмісту фосфору в шарі ґрунту 0-20 см не спостерігалося, що пояснюється біологічним переміщенням фосфору з нижніх його шарів.

Чорнозем опідзолений перелогу, згідно з існуючою градацією, має середній вміст рухомих фосфатів (за методом Чирікова) - 65 мг/кг у шарі 0-20 см. Тривале вирощування польових культур без внесення добрив не приводить до значних змін, що зв'язано з підкисленням ґрунту, мінералізацією органофосфатів та біологічним переміщенням фосфору з нижніх шарів. Застосування добрив, навіть у невисоких дозах (N₄₅P₄₅K₄₅) на 1 га сівозмінної площі, сприяє підвищенню вмісту рухомих фосфатів до 129-135 мг/кг у шарі ґрунту 0-20 см. Високі дози добрив (N₁₃₅P₁₃₅K₁₃₅) підвищували їх вміст у 2,4-2,6 рази. Заміна частини мінеральних добрив на гній у системі удобрення позитивно впливає на цей показник.

Ступінь рухомості фосфатів у слабосольовій витяжці під впливом добрив змінюється ще інтенсивніше, ніж вміст їх рухомих форм - від 0,10 до 0,13 мг/л у грунті перелогу і ділянок без внесення добрив до 1,0 мг/л за тривалого (30 років) застосування органо-мінеральної системи удобрення з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі N₁₃₅P₁₃₅K₁₃₅.

Встановлено, що за мінеральної і органо-мінеральної систем удобрення з середньорічним внесенням на 1 га сівозмінної площі N₄₅P₄₅K₄₅ витрати фосфору добрив понад покриття його виносу врожаями для підвищення вмісту рухомих фосфатів на 10 мг/ кг у шарі ґрунту 0-20 см становлять відповідно 81 і 61 кг Р₂О₅/га.

У вегетаційному досліді встановлено, що цукрові буряки реагують на фосфорні добрива при вмісті в чорноземі опідзоленому рухомих фосфатів до 208 мг/кг ґрунту, що зумовлюється високим вмістом у ньому фракції Са-Р_ІІІ. Ці фосфати переходять у 0,5 М ацетатну витяжку, але не беруть безпосередньої участі в живленні рослин. Тому для чорнозему опідзоленого, на відміну від загальноприйнятої, пропонується така градація забезпеченості культур польової сівозміни рухомими формами фосфору (за методом Чирікова), мг/кг: дуже низький ступінь забезпеченості - менше 50, низький - 50-100, середній - 100-150, підвищений - 150-200, високий - 200-250, дуже високий - понад 250.

Отже, фосфатний режим чорнозему опідзоленого досить добре піддається регулюванню після застосування добрив, особливо гною.

Калійний фонд ґрунту. Чорнозем опідзолений містить значні запаси калію, який знаходиться переважно в мінеральній його частині. Проте цей калій для живлення рослин практично не доступний. Залежно від систем і рівнів застосування добрив у польовій сівозміні вміст водорозчинного, обмінного, необмінного та інертного калію в ґрунті відповідно становить 0,1, 1-2, 2-4 і 10-14% від валового вмісту. Ґрунт, що досліджувався, має здатність до закріплення, тобто фіксації, надлишково внесеного калію в необмінній, але потенційно корисній формі, запобігаючи таким чином його значній міграції по профілю ґрунту. Внесені в ґрунт калійні добрива підвищують активність його іонів у шарі ґрунту 0-20 см залежно від доз їх застосування в 1,2-2,4 рази, тоді як калійний потенціал змінюється неістотно. Без застосування добрив відновлення вмісту обмінного калію за рахунок необмінних його форм щороку становить близько 50 кг/ га.

Однак регулювати калійний режим ґрунту набагато складніше, ніж фосфорний, що залежить від поповнення калієм добрив, поряд з обмінним, і інші форми калію в грунті. Так, на неудобрених ділянках, порівняно з перелогом, вміст обмінного калію зменшився на 36%, тоді як навіть за тривалого (30 років) середньорічного внесення на 1 га сівозмінної площі N₁₃₅P₁₃₅K₁₃₅ він збільшився лише на 17%.

Вміст рухомого калію в чорноземі опідзоленому недоцільно (насамперед неефективно) підвищувати до певного рівня, що пов'язано з великими витратами калійних добрив (К_120-140 понад винос його врожаями) для підвищення його вмісту на 10 мг/ кг ґрунту, а також значними запасами валового і рухомого калію в ґрунті та чітко вираженими процесами мобілізації з необмінних форм. Верхня межа оптимального вмісту рухомих форм калію для культур польової сівозміни знаходиться на рівні 160 мг/кг ґрунту, що прирівнюється до його вмісту під перелогом. Тому система удобрення щодо калію повинна ґрунтуватися на основі повернення відчуженого з ґрунту калію, тобто мати лише підтримуючий характер.

Агрофізичні показники ґрунту. Фізична деградація ґрунтів - одна з найпоширеніших і найнебезпечніших видів. Тому її попередження є необхідною передумовою і значним резервом підвищення ефективності землеробства. Згідно з існуючою градацією чорнозем опідзолений під перелогом має відмінний структурний стан, тоді як у польовій сівозміні він характеризується лише як добрий (вміст структурних окремостей - 60-80%), оскільки тут зросла щільність його складення та відбулася диференціація по профілю. Спостерігається також тенденція до перерозподілу ґрунтових окремостей у бік збільшення глинистих часточок (на 15-17 абс. % у шарі ґрунту 0-20 см залежно від систем удобрення в сівозміні), значне руйнування вихідної водостійкої структури (на 30% і більше), що пов'язано з частковою втратою органічної речовини, насамперед детриту та кальцію. Тому негативна дія мінеральних добрив на агрофізичний стан ґрунту обов'язково повинна компенсуватися надходженням до його складу органічної речовини і кальцію як меліоративних компонентів.

Отже, система застосування добрив у польовій сівозміні повинна бути спрямована на підтримання і створення орного шару чорнозему опідзоленого важкосуглинкового з такими оптимальними параметрами показників родючості: рН_KCl = 5,4...6,0, ступінь насиченості основами - 85-90%, вміст гумусу - 3,3-3,7%, об'ємна маса -1,25-1,3 г/см³, пористість загальна - 50-55% і некапілярна - 20%, водостійкість структурних агрегатів 5-7 мм у діаметрі - не менше 60%, лужногідролізованого азоту (за методом Корнфілда) - 150 мг/кг, рухомих форм фосфору і калію (за методом Чирікова) - відповідно 200 і 160 мг/кг.

Продуктивність культур і баланс основних елементів живлення залежно від системи та рівня удобрення в сівозміні

Біопродуктивність серед усіх параметрів агроценозу - найбільш мінливий та інтегральний показник життєдіяльності культур сівозміни, в якому акумулюються генетичний потенціал рослин, родючість ґрунту, погодні умови та ефективність землеробства. Дослідженнями встановлено, що переваги, які складаються за рахунок тривалого застосування добрив - поліпшення властивостей і режимів ґрунту, сприяють підвищенню продуктивності сівозміни. Найчутливішими до застосування добрив у сівозміні є кукурудза на силос, цукрові буряки, озима пшениця, менше - горох, ярий ячмінь, конюшина (табл. 4).

Ріст сумарної продуктивності сівозміни від однієї ротації до іншої відбувався за одночасного підвищення врожайності переважної більшості культур як після застосування добрив, так і без них. Це пов'язано з поступовим наростанням ефективності післядії добрив у сівозміні, періодичним введенням нових, більш високопродуктивних сортів і гібридів, дотриманням чергування культур за принципом правильної сівозміни протягом тривалого часу, постійним поліпшенням технології вирощування культур, високою природною родючістю чорнозему опідзоленого. Одержані протягом трьох ротацій дані показують високу ефективність систематичного застосування добрив для поліпшення умов росту і розвитку рослин та формування врожаю (табл. 5).

Таблиця 4

Підвищення врожайності основної продукції сільськогосподарських культур за систематичного (з 1964 року) застосування добрив у сівозміні, 1985-1994 рр

Таблиця 5

Продуктивність сівозміни залежно від ротації, систем і рівнів удобрення, ц/га кормових одиниць (1965-1994 рр.)

Продуктивність сівозміни підвищувалася лише до певного рівня насичення добривами. Це дає змогу припускати, що основним шляхом подальшого росту продуктивності культур після досягнення цього рівня є підвищення ефективності добрив за рахунок оптимізації їх форм, строків і способів внесення.

Тривале застосування добрив у сівозміні значно впливає не лише на врожайність, а й на якість продукції. Не зважаючи на деяке зниження технологічних якостей коренеплодів, тривале застосування органо-мінеральної системи удобрення (гній 13,5 т/га + N₆₈P₁₀₁K₅₄ на 1 га сівозмінної площі) дало змогу в наступні п'ять років підвищити щорічний заводський вихід цукру на 15,6 ц/ га, або на 45% порівняно з контролем де добрив не вносили.

Якість зерна озимої пшениці також істотно залежала від рівня родючості ґрунту. В середньому за 1994-1998 рр. без застосування добрив вміст білка в зерні пшениці був 11,2%, тоді як за органо-мінеральної системи удобрення (варіант 2Гн + NPK) - 13,0%.

Досягнення високої продуктивності культур неможливе без забезпечення оптимального рівня їх живлення. У зв'язку зі зміною родючості ґрунту, сортів і гібридів культур виникає необхідність постійного уточнення рівнів використання елементів живлення. Одержані в досліді дані про винос елементів живлення на одиницю основної продукції вказують на залежність від біологічних особливостей культур і менше - від агротехнічних умов їх вирощування (табл. 6).

Таблиця 6

Зміна виносу основних елементів живлення сільськогосподарськими культурами під впливом тривалого (з 1964 року) застосування добрив у польовій сівозміні, кг/т основної продукції і відповідну кількість нетоварної частини врожаю (1994-1999 рр.)

Для моделювання екосистеми та розробки рекомендацій із застосування добрив, поряд із визначенням запасів елементів живлення в ґрунті, важливо встановити їх потік між різними пулами та визначити вплив цього потоку на загальну функцію і стабільність екосистеми в цілому. Це є однією з головних складових теорії застосування добрив і необхідні для прогнозування родючості ґрунту.

Баланс азоту визначити досить складно, оскільки, як відомо, ряд його статей встановити важко. У прихідну його частину, крім азоту добрив, враховували азот насінного матеріалу (3,7 кг/га за рік), атмосферних опадів (12 кг/га), симбіотично фіксований конюшиною - 70% від виносу і горохом - з розрахунку 4 кг/ц зерна. До витратної частини також зараховували азот: винесений урожаями культур і втрачений у результаті ерозії (8 кг/га за рік). Розрахунки показали, що за три ротації сівозміни баланс азоту залежно від варіанту досліду коливався в межах від -1509 до +1137 кг/га і позитивно складався лише за середньорічного внесення N_105-135 (рис. 2). Відчуження азоту з ґрунту у польовій сівозміні на 80-90% відбувається внаслідок виносу його врожаями культур.

Особливе практичне значення має баланс фосфору в землеробстві. Його надходження в ґрунт з атмосферними опадами і насінним матеріалом відповідно становив 0,5 і 2 кг/га, а втрати з ерозійними процесами - 4 кг/га за рік. Середньорічне внесення Р₄₅ забезпечує значний позитивний баланс фосфору у сівозміні з його інтенсивністю 120%.

Баланс калію складається з тих самих статей що і фосфору, але при цьому їх розмір значно більший. За нашими даними з насінним матеріалом його надходить 2, а з атмосферними опадами - 5 кг/га за рік. Значною витратною статтею є ерозія ґрунту, але оскільки чорнозем опідзолений і ґрунтоутворююча порода містять великі запаси калію, то повертати необхідно лише втрачені його рухомі форми і найближчий їх резерв - необмінні та інертні. В середньому ці втрати щороку становлять 10 кг/га. З ґрунту, залежно від варіанту досліду, щороку відчужується 84-113 кг/га калію, тому навіть за середньорічного внесення К₁₃₅ для мінеральної і органо-мінеральної систем удобрення інтенсивність його балансу становить 125%.

Отже, для чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу України дози добрив повинні встановлюватися на основі середньорічного балансу основних елементів живлення за ротацію сівозміни. При цьому баланс азоту і калію має бути урівноваженим, що забезпечується середньорічним внесенням N_100-115К_100-115 у вигляді органічних і мінеральних добрив. Система застосування фосфорних добрив повинна бути динамічною залежно від вмісту рухомих фосфатів у грунті. Після досягнення верхньої межі оптимального їх вмісту (200 мг/кг ґрунту) середньорічна доза їх внесення за ротацію сівозміни повинна становити 60 кг Р₂О₅/га.

Розрахунок балансу основних елементів живлення в польовій сівозміні має умовний характер, оскільки може змінюватися набір культур і їх сортів, а також урожайність і співвідношення між основною та нетоварною частиною врожаю, яка може залишатися на полі. Це значний резерв поліпшення балансу поживних речовин у сівозміні та економії добрив, тому що на 1 га сівозмінної площі з соломою зернових, листостебельною масою кукурудзи, гичкою цукрових буряків може залишатися щороку до 40 кг азоту, близько 10 фосфору, до 60 кг калію. Тому у разі залишення нетоварної частини врожаю культур сівозміни зерно-бурякового типу в полі за оптимального вмісту рухомих поживних речовин у ґрунті дозу добрив можна зменшити: азотних і фосфорних - на 25%, калійних - на 50%....