Методи дослідження. Стаціонарний дослід, розмір посівної ділянки - 118 м², облікової - 50 м², повторність досліду чотириразова, польові та лабораторні дослідження проводилися за загальноприйнятими в землеробстві та агрохімії методиками.

Наукова новизна одержаних результатів. В умовах північної підзони Степу України визначено комплексний вплив різних ланок сівозмін за структурою посівних площ і систем удобрення з використанням елементів біологізації землеробства на продуктивність польових культур, якість продукції та зміни родючості ґрунту. Визначено баланс вологи та поживних речовин, накопичення післяжнивно-кореневих решток, фітосанітарний стан посівів, які раніше у північній частині Степу в наведених ланках сівозмін не проводилися.

Практичне значення одержаних результатів. На основі проведених досліджень виявлено найбільш продуктивні ланки сівозмін та сівозміни в цілому за виходом: зерна, кормових та зернових одиниць, перетравного протеїну, які забезпечують високу економічну та біоенергетичну ефективність, дають можливість одержати якісну продукцію, стабілізують родючість ґрунту і зберігають екологічну рівновагу.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана і оформлена автором самостійно.

Проведення польових і лабораторних досліджень та теоретичне обґрунтування одержаних наукових результатів виконувались дисертантом особисто, або при його безпосередній участі. У проведенні досліджень та їх узагальненні частка автора складає близько 85%.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень та основні положення дисертаційної роботи доповідались автором на: науково-технічних нарадах Красноградської дослідної станції (2001-2003 рр.); науково-методичній нараді Інституту зернового господарства УААН (2003р.); всеукраїнській науково-практичній конференції молодих вчених і спеціалістів з проблем виробництва зерна в Україні (Дніпропетровськ, 2002 р.); науково-практичній конференції молодих вчених “Проблеми сучасного землекористування” (Київ - Чабани, 2002 р.); науково-практичній конференції молодих вчених “Стабілізація землекористування та сучасні агротехнології” (Київ - Чабани, 2003 р.).

Публікації. За матеріалами досліджень, поданих в дисертації, опубліковано 7 наукових робіт, із них у фахових виданнях - 3.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, рекомендацій виробництву і додатків. Загальний обсяг роботи 209 сторінок комп'ютерного тексту, включаючи 8 малюнків і 25 таблиць. У додатках міститься 50 таблиць. Список використаних джерел складається з 243 найменувань, в тому числі 24 іноземними мовами.

ЗМІСТ РОБОТИ

Коротка історія розвитку систем землеробства, сівозмін та теоретичне обґрунтування теми роботи. У літературному огляді приводиться коротка історія розвитку систем землеробства та стан вивченості різних видів сівозмін і систем удобрення, впливу їх на потенціальну та ефективну родючість ґрунту, на продуктивність культур та якість продукції. Більш детально висвітлені питання, що стосуються альтернативних, біологічних систем землеробства. Проведений аналіз попередніх результатів досліджень в стаціонарних дослідах на Красноградській дослідній станції, по вивченню внесення різних доз і співвідношень мінеральних добрив, співвідношення їх з гноєм і місцем внесення у сівозміні. Визначені напрямки подальшого удосконалення досліджень.

Умови та методика проведення досліджень. Зона діяльності Красноградської дослідної станції охоплює північну частину степової Лівобережної України, включаючи південні райони Харківської, південно-східні Полтавської та північно-східні Дніпропетровської областей.

Ґрунти дослідної ділянки глибокі чорноземи вони формувались в умовах контакту двох природнокліматичних зон Степу і Лісостепу. Вміст гумусу 4,7-4,9% рН (сольове) в орних шарах ґрунту 6,9-7,0, вміст загального азоту - 0,28-0,30%, фосфору і калію відповідно 0,15-0,16% і 2,1-2,2%.

Клімат зони діяльності дослідної станції помірно-континентальний за даними Красноградської метеостанції кількість опадів за останній 30-річний період складає 579 мм, більша їх частина (64%) випадає протягом квітня - жовтня місяців. Максимум опадів приходиться на червень і липень (74,1 і 66,5 мм), мінімум - на лютий і березень (36,3-31,5 мм). Відносна вологість повітря за теплий період (квітень - жовтень) 81-88%. В посушливі роки вологість повітря знижувалася до 35-38%.

Середньорічна температура повітря складає +7,6 ⁰С. Найхолоднішими місяцями є січень (-7,0 ⁰С) та лютий (-6,0 ⁰С), найтеплішими - липень (+20,8 ⁰С) і серпень (+19,9 ⁰С).

У цілому погодні умови за роки проведення досліджень складалися сприятливо для розвитку польових культур, за винятком посух навесні та влітку які траплялись у 2002-2003 рр.

Схема досліду включала три різні восьмипільні польові сівозміни: зерно-паро-просапна з 62,5% зернових, зерно-просапна з 75% зернових, зерно-трав'яна з 50% зернових та 25% багаторічних трав (люцерни).

Зерно-паро-просапна та зерно-просапна сівозміни мали такі системи удобрення: 1. Контроль (без добрив) 2. Органічна - з застосуванням 15 т гною на 1 га сівозмінної площі. 3. Органо-мінеральна помірна - 10 т/га гною + N₂₀P₂₀K₂₀. 4. Органо-мінеральна - підвищена - 7,5 т/га гною + N₄₀P₄₀K₄₀. В зерно-трав'яній сівозміні вивчали таку систему удобрення: 1. Контроль (без добрив). 2. Органічна - 10 т гною на 1 га сівозмінної площі. 3. Органо-мінеральна помірна - 7,5 т/га гною + N₂₀P₂₀K₂₀. 4. Органо-мінеральна - підвищена - 7,5 т/га гною + N₃₂P₃₂K₃₂.

Дослідження проводили в наступних ланках сівозмін: №1 (чорний пар - озима пшениця - цукровий буряк - кукурудза), №2 (ячмінь - горох - озима пшениця - соняшник), №3 (горох на зелений корм - озима пшениця - кукурудза - ячмінь), №4 (кукурудза - ячмінь - кукурудза - соняшник), №5 (кукурудза на силос - озима пшениця - кукурудза - ячмінь), №6 (люцерна 1 року - люцерна 2 року - озима пшениця - соняшник).

Входження в дослід проводили всіма полями одночасно. Дослід закладався за дво факторною схемою з систематичним розміщенням варіантів та чотириразовою повторністю.

У досліді проводилися лабораторно-польові дослідження: вологість ґрунту визначали ваговим методом перед посівом зернових культур та під час збирання врожаю; структурний аналіз ґрунту - за методом Н.І. Савинова в модифікації АФІ; кількість рослинних решток рамочним методом Станкова в період збирання урожаю, шляхом відбору монолітів на глибину 0-30 см з наступною відмивкою на ситі діаметром 1,00 мм; розрахунок кількості надземних пожнивних решток проводили до висоти зрізу рослин після збирання урожаю; засміченість посівів - кількісним методом з обліковою площею для зернових-колосових - 1 м², просапних 0,25 м².

Агрохімічний аналіз зразків ґрунту виконували за загальноприйнятими методиками: гумус - за Тюріним у модифікації Орлова і Гріндель з спектрофотометричним закінченням; вміст валового азоту та фосфору - за методом Гінзбург - Щеглової - Вульфіус; нітрати - спектрофотометрично; фосфор і калій за Чириковим у оцтовокислій витяжці; валові та рухомі форми мікроелементів (важких металів) в рослинах - на приладі ААS-1. У зразках рослин після спалювання їх у сірчаній кислоті визначали азот по Кьєльдалю, фосфор - на фотоелектроколориметрі, калій - на полум'яному фотометрі; білок, жир, крохмаль та клітковину - на приладі “Інфрапід-61”; нітрати - спектрофотометричним методом.

Облік урожаю проводили шляхом зважування продукції з облікової ділянки, а побічну - розрахунковим методом по співвідношенню основної і побічної. Урожай в центнерах з одного гектару отримували шляхом перерахунку з ділянки зерна при 100% чистоті і 14% вологості. Дані урожайності по всіх культурах обробляли методом дисперсійного аналізу за Б.О. Доспєховим за допомогою ПЕОМ. Оцінку продуктивності ланок сівозмін давали за збором зерна, кількості кормових, зернових одиниць і перетравного протеїну на 1 га площі ланки.

Економічну ефективність проводили за собівартістю зерна і рівнем рентабельності виробництва, виходячи з нормативів сукупних витрат коштів. Біоенергетичну ефективність за енергоємністю виробництва зерна, приростом валової енергії і коефіцієнтом енергетичної ефективності (Кее) використовуючи нормативи витрат валової енергії.

ЕФЕКТИВНІСТЬ ЛАНОК СІВОЗМІН В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД ЇХ СТРУКТУРИ ТА УДОБРЕННЯ

Режим вологи та баланс її після різних культур сівозміни. В умовах північного Степу фактор вологозабезпеченості має важливе значення для формування урожаїв польових культур. Формування волого-запасів під культурами ланок сівозмін проходило в основному за осінньо-зимовий період при цьому впливу структури посіву на вміст вологи в шарі 0-150 см практично не виявлено, про що свідчать запаси продуктивної вологи перед сівбою на весні у середньому на одне поле ланки сівозмін (табл. 1). Вони коливались в межах 193,5-207,1 мм.

Після збирання польових культур запаси вологи суттєво відрізнялися. Найбільшими вони були у шарі 0-150 см в ланці № 1 з чорним паром - 114,3 мм. Введення в структуру посіву зайнятого пару (горох на зелений корм) в ланці №3 зменшило запаси вологи до 98,6 мм. При розширенні площ під багаторічними травами (люцерна) в ланці №6 знижувалися запаси вологи до мінімальної величини - 83,8 мм.

Таблиця 1. Баланс вологи у ґрунті в ланках сівозмін (за 2001-2003 рр.)

Примітка: вологість ґрунту під озимою пшеницею визначалася під час відновлення вегетації на весні та під час збирання урожаю.

Визначальним фактором сумарної витрати вологи за вегетаційний період в різних ланках сівозмін являється ступінь насичення їх різними культурами. Із збільшенням питомої ваги в ланках сівозмін люцерни, соняшника, цукрового буряка витрати вологи за вегетацію підвищуються, а із введенням в структуру посіву озимої пшениці, гороху, кукурудзи - зменшуються. Чорний пар являється важливим агротехнічним засобом покращання режиму вологості ґрунту.

Структурний склад ґрунту в ланках сівозмін. Структурний склад ґрунту в шарі 0-30 см суттєво залежав від набору культур в ланках сівозмін. Найбільша кількість цінних структурних агрегатів розміром 0,25-7 мм відмічена по люцерні -92,6%. Після збирання ранніх зернових та по чорному пару оструктуреність ґрунту була теж високою. Так кількість структурних агрегатів по гороху становила - 88,1%, озимої пшениці - 87,7%, ячменю - 85,8%, чорному пару - 82,4%. Найгірша оструктуреність ґрунту відмічена після просапних культур: кукурудза - 76,2%, цукровий буряк - 77,4%, соняшник - 74,2%. При насиченні ланок сівозмін просапними культурами (соняшник, цукровий буряк, кукурудза) спостерігалась тенденція до погіршення структури ґрунту, а збільшення в структурі посіву люцерни, озимої пшениці, гороху, ячменю до підвищення вмісту найбільш цінних структурних агрегатів розміром 0,25-7 мм

Забезпеченість ґрунту поживними речовинами та їх баланс у ланках сівозмін. Вміст поживних елементів в ґрунті ланок сівозмін залежав як від набору культур так і від системи удобрення. Органічні і мінеральні добрива підвищували головним чином вміст рухомих форм азоту і фосфору в ґрунті. Вміст рухомого калію практично залишився без змін через значний рівень забезпеченості ґрунту цим елементом, та високою фіксацією його чорноземом.

Більше азоту, фосфору та калію на всіх полях містилося у верхньому шарі (0-20 см) в порівнянні з шаром (20-40 см).

Накопичення нітратного азоту в ґрунті до посіву озимої пшениці було вищим в ланці з чорним паром та люцерною на удобрених ділянках. Найбільш сприятливі умови мінерального живлення для кукурудзи та цукрового буряку складались по озимій пшениці. Баланс азоту і калію у всіх ланках сівозмін незалежно від структури посіву був негативним, а фосфору - позитивним. У ланці сівозмін з цукровим буряком він був найбільш негативний, а в ланках із зерновими культурами спостерігалась тенденція до зменшення його дефіциту.

Накопичення післяжнивно-кореневих решток як джерела органічних речовин у ланках сівозмін. В сучасному землеробстві накопиченню рослинних решток після збирання урожаю під різними культурами приділяється все більша увага, тому що вони є одними із альтернативних джерел поповнення запасів органічних речовин, азоту і зольних елементів живлення рослин.

Кількість пожнивно-кореневих решток у ланках сівозмін суттєво залежала від біологічних особливостей культур та величини їх урожаїв. Максимальну кількість решток після збирання залишає люцерна - 71,2-101,5 ц/га, озима пшениця - 77-97,9 ц/га, соняшник - 66,2-78,9 ц/га. У зв'язку з насиченням ланки №6 даними культурами в ній відповідно накопичувалась найбільша їх кількість - 58,7-74,6 ц/га. Введення в ланці №1 чорного пару та цукрового буряку в структуру посівів знижувало кількість залишків до 16,1-23,2 ц/га.

Найвищий відсоток повернення елементів живлення з рослинними рештками відмічено по люцерні N-83,4%, P₂O₅-81,2%, К₂О-79,9% та соняшнику N-84,2%, P₂O₅-50,9%, К₂О-61,5%, а мінімальний по цукровому буряку N-23%, P₂O₅-10,7%, К₂О-11%.

Фітосанітарний стан посівів. Забур'яненість посівів ланок сівозмін залежала від структури посіву та кількості внесених мінеральних та органічних добрив (табл.2)

Таблиця 2. Забур'яненість посівів ланок сівозмін залежно від набору культур і добрив в середньому за 2001-2003 рр.

Розширення площ під зерновими і просапними культурами в ланках №4 і №5 та часте повернення їх на попереднє місце підвищує забур'яненість ланок та сівозмін в цілому. Введення у структуру посіву чорного пару в ланці №1 суттєво зменшувало забур'яненість до 6,6-8,3 шт/м².

Рівень забур'яненості значно коливався залежно від фону удобрення ґрунту. Вищою забур'яненістю відзначалися варіанти без внесення добрив - 8,3-18,5 шт./м². Рослини на удобрених фонах на відміну від не удобрених, розвивали більшу надземну масу, внаслідок чого краще використовували елементи живлення і воду, більше затіняли, пригнічували бур'яни. Внесення гною, навпаки, збільшувало кількість бур'янів у посівах до 11,3-21,2 шт./м² через наявність їх насіння в гної.

Врожай та якість польових культур. Урожаї польових культур суттєво залежали від попередників, а також кількості внесених мінеральних та органічних добрив.

У зв'язку з виляганням сильно розвинених рослин озимої пшениці по чорному пару в 2001-2002 рр., максимальний урожай її було одержано по гороху - 52,0-66,1 ц/га. Заміна гороху кукурудзою на силос зменшувала урожайність озимої пшениці до 42,2-52,9 ц/га, що менше на 9,8-13,2 ц/га (18,8-19,9%).

Найбільша прибавка урожаю озимої пшениці від добрив відмічена в ланці № 2 - 14,1 ц/га (21,3%) на фоні N₆₀P₆₀K₆₀, менша - у ланці № 1 - 5,5 ц/га на фоні N₃₀P₃₀K₃₀ порівняно з контролем.

Урожай ярого ячменю більше залежав від кількості внесених мінеральних добрив, ніж від попередників та ланки сівозміни. Найбільша прибавка врожаю від застосування мінеральних добрив N₄₀P₄₀K₄₀ в порівнянні з контролем відмічена в ланці №3 - 11,5 ц/га (29,5%).

Урожай кукурудзи значною мірою залежав від насичення ланок сівозмін цією культурою. У ланці сівозміни №4 з 50% кукурудзи одержано нижчий урожай - 24,8-34,5 ц/га, ніж у ланках №1 - 29,4-39,4 ц/га та №5 - 29,6-37,2 ц/га, що більше відповідно на 4,6-4,9; 2,7-4,8 ц/га (15,6-12,1%, 16,2-7,2%).

Внесення під горох мінеральних добрив у дозі N₂₀P₂₀K₂₀ давало прибавку зерна на 4,2 ц/га (22,8%).

Урожай соняшника у ланках сівозмін був у межах - 21,5-25,2 ц/га, дещо більший урожай відмічено у ланці №4 на фоні N₃₀P₃₀K₃₀ 26,2 ц/га по кукурудзі на зерно.

Внесення мінеральних добрив (N₁₂₀P₁₂₀K₁₂₀) під цукровий буряк збільшувало вихід коренеплодів на 142,6 ц/га (30,3%), а застосування гною в дозі 40 т/га - на 47,6 ц/га (14,5%) порівняно з контролем.

Урожаї зеленої маси люцерни, кукурудзи на силос та гороху на зелений корм суттєво залежали від системи удобрення. Так урожай люцерни на два укоси у варіантах з післядією добрив становив 299,1 ц/га, і перевищував контроль на 90,4 ц/га (30,2%). Внесення 40 т/га гною під кукурудзу на силос збільшило збір зеленої маси на 117 ц/га (26,6%).

Післядія добрив та внесені мінеральні добрива (N₃₀P₃₀K₃₀) під горох на зелений корм підвищували вихід зеленої маси до 227,5 ц/га, що перевищувало контроль на 44,2 ц/га (24,1%).

Добрива та попередники впливають і на якість продукції зернових та технічних культур. Вміст білку в зерні озимої пшениці на удобрених ділянках перевищував варіант без добрив на 9-13,6% від загального вмісту, а крохмалю в зерні ячменю на 2-4,3%.

Вищі показники якості зерна озимої пшениці виявлено по чорному пару в порівнянні з іншими попередниками. У решти культур не відмічено суттєвих змін якості зерна чи зеленої маси залежно від попередників.

Продуктивність, економічна та біоенергетична ефективність ланок сівозмін. Вихід продукції з гектару площі ланки значною мірою залежав від насичення ланок сівозмін високопродуктивними культурами і їх процентного співвідношення в структурі посіву.

Залежно від насичення ланок сівозмін різними культурами, рівень показників, якими оцінюють продуктивність неоднорідний (табл. 3).

У ланках №3 і №5, де площа під зерновими культурами складає 75% одержано найбільший збір зерна - 24,8-33,7 та 27,2-34,3 ц/га відповідно в залежності від системи удобрення. Введення в структуру посіву в ланці №5 кукурудзи на силос та у ланці №1 цукрових буряків збільшує вихід кормових одиниць відповідно до 71-92,2 та 62,4-82,6 центнер на 1 гектар площі ланки.

Як показала економічна оцінка різних ланок сівозмін, вартість валової продукції, умовно чистий прибуток, рівень рентабельності в значній мірі визначаються питомою масою зернових та просапних культур. Поряд із підвищенням урожайності та умовного чистого прибутку внесення мінеральних, а особливо органічних добрив суттєво збільшувало виробничі витрати на 137,5-148,2 грн/га, що негативно відображалось на собівартості та знижувало рівень рентабельності виробництва. Так, у середньому на 1 га площі ланки, найнижчий

Таблиця 3. Продуктивність ланок сівозмін в середньому за 2001-2003 рр., ц/га

рівень рентабельності відмічено в ланках №1 - 69,2-97,2%, №4 - 60,8-81,4%, що пояснюється більшими виробничими витратами в 1,5-2 рази, а вищий в ланках №5 - 131,9-249%, та №6 - 111,3-139,2% у зв'язку з меншими витратами у 2-2,5 рази.

Ланки сівозмін №2, №6 насичені зерновими-колосовими, соняшником та люцерною в середньому мали менші загальні витрати енергії, ніж ланки з кукурудзою, цукровими буряками, особливо на удобрених ділянках, де вносилися органічні добрива.

Співвідношення отриманої енергії з урожаєм до витраченої на його виробництво (коефіцієнт енергетичної ефективності) був найвищий по люцерні 1 року на 2 укоси - 11,0-15,7, а решта культур розподілялась в наступному порядку: кукурудза, озима пшениця, ячмінь, цукрові буряки, соняшник, горох. Найвищий коефіцієнт енергетичної ефективності мали ланки №5 і №6 - 6,1-4,7 та 6,0-7,4 відповідно.

ЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА СТАНУ ГРУНТУ ТА РОСЛИН ПРИ ВНЕСЕННІ ДОБРИВ У РІЗНИХ ЛАНКАХ СІВОЗМІН