Вплив добрив на гумусовий стан і азотний фонд чорнозему опідзоленого та продуктивність сівозміни за традиційного і ресурсозберігаючого землеробства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний науковий центр

“Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

06.01.04 - агрохімія

Вплив добрив на гумусовий стан і азотний фонд чорнозему опідзоленого та продуктивність сівозміни за традиційного і ресурсозберігаючого землеробства

Шедєй Лариса Олександрівна

Харків 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” Української академії аграрних наук.

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, член-кореспондент УААН Кисіль Володимир Іванович, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, директор

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН Носко Борис Семенович, Національний науковий центр “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” УААН, радник дирекції

доктор сільськогосподарських наук, професор Господаренко Григорій Миколайович, Уманський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України, проректор з навчальної роботи

Провідна установа: Інститут землеробства УААН, відділ агрохімії та фізіології рослин, Українська академія аграрних наук, смт. Чабани Київської області

Захист відбудеться “ 24 ” червня 2005 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.354.01 у Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” за адресою: 61024, м. Харків, вул. Чайковського, 4.

Автореферат розісланий “ 22 ” травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук Павленко О.Ф.

1. Загальна характеристика роботи

землеробство гумусовий чорнозем агрохімікат

Актуальність теми. Біологізація землеробства є важливим і актуальним завданням, вирішення якого пов'язано із впровадженням обґрунтованої структури посівних площ і сівозмін, застосуванням усіх ресурсів органічних добрив, у тому числі соломи та інших рослинних решток, а також сидеральних добрив, оптимального співвідношення вуглецю та азоту в системах удобрення з метою попередження непродуктивних втрат органічної речовини та зменшення емісії СО2 у повітря (В.І. Кисіль, 2000; Ю.О. Тараріко, 2004). Однією з необхідних умов біологізації землеробства є оптимізація малого біологічного кругообігу, що забезпечує рециркуляцію біогенних елементів в агроекосистемах. Це досягається науково-обґрунтованим використанням місцевих органічних ресурсів у поєднанні з мінімально-оптимальним внесенням мінеральних туків.

За умов, що склалися в сільськогосподарському виробництві України, збільшується антропогенний вплив на ґрунт, зростає інтенсивність обміну між ґрунтом і навколишнім середовищем, змінюються його біологічний та гумусовий стани. В зв'язку з цим стає все більш важливим встановлення закономірностей протікання в ґрунті мікробіологічних, біохімічних і хімічних процесів, що впливають на кругообіг органічних речовин, азоту, фосфору і калію від дії різних рівнів навантаження добрив. Особлива роль ґрунту, як джерела енергії, потребує подальшого дослідження його трофічно-енергетичного стану для виявлення закономірностей нагромадження і перетворення в ньому енергії з метою скорочення енергетичних витрат на виробництво сільськогосподарської продукції. Тому дослідження, пов'язані з питаннями впливу різних систем землеробства на гумусовий й трофічно-енергетичний стани ґрунту та азотний фонд є дуже актуальними і потребують більш докладного вивчення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Експериментальні та теоретичні дослідження виконували впродовж 1997-2001 рр. згідно з тематичними планами лабораторії екології ґрунтів і біоземлеробства Національного наукового центру “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського” в межах НТП УААН “Родючість ґрунтів” за завданням 02.02 “Розробити ґрунтоохоронні ресурсозберігаючі технології вирощування біологічно чистої рослинницької продукції” (№ ДР 0196U012531) і НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів” за завданням 02.02 “Розробити для екологічно чистих територій диференційовану систему управління родючістю ґрунтів, продуктивністю сільськогосподарських культур та якістю урожаю (№ ДР 0101U006049).

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень - вивчити гумусовий і трофічно-енергетичний стани чорнозему опідзоленого і особливості функціонування мікробного ценозу за традиційної, органічної і ресурсозберігаючої систем удобрення, їхню біоенергетичну ефективність, дати порівняльну оцінку впливу застосування гною, соломи озимої пшениці, гички цукрових буряків і сидеральної маси редьки олійної на спрямованість та інтенсивність зміни гумусового стану та азотного фонду чорнозему опідзоленого та їхнього впливу на формування кількісних і якісних показників урожаю сільськогосподарських культур.

Для досягнення поставленої мети передбачалось:

1. За тривалого застосування добрив у традиційній, органічній та ресурсозберігаючій системах землеробства на чорноземі опідзоленому:

- встановити зміни вмісту гумусу та його якісного складу в ґрунті польових сівозмін;

- дослідити закономірності функціонування мікробного ценозу та формування енергетичного потенціалу ґрунту;

- визначити економічну та біоенергетичну ефективність застосування добрив при вирощуванні культур.

2. За короткотривалого досліду в зернопросапній ланці сівозміни:

- дати порівняльну оцінку впливу різних видів органічних добрив на гумусовий стан і азотний фонд чорнозему опідзоленого;

- встановити вплив застосування різних видів органічних добрив і цеоліту на величину та якісні показники врожаю ячменю ярого, цукрових буряків і кукурудзи на силос;

- розрахувати баланс поживних елементів у ґрунті;

- визначити коефіцієнт використання азоту з добрив та економічну ефективність застосування різних видів органічних добрив.

Об'єкт досліджень - ґрунтові процеси та агрохімічні властивості чорнозему опідзоленого при застосуванні добрив за традиційної, органічної та ресурсозберігаючої систем землеробства.

Предмет досліджень - гумусовий стан та азотний фонд чорнозему опідзоленого, продуктивність ланок польових сівозмін.

Методи досліджень. Польовий - визначення взаємодії об'єктів досліджень з природними та агротехнічними факторами; вимірювально-ваговий - встановлення біометричних показників росту і розвитку рослин у сівозмінах; лабораторний - визначення агрохімічних властивостей ґрунту, його енергопотенціалу, дослідження ґрунтової мікрофлори, а також визначення якісних показників урожаю; розрахунково-порівняльний - визначення коефіцієнту використання азоту з добрив, балансу поживних елементів і гумусу в сівозміні, оцінка економічної і біоенергетичної ефективності застосування добрив; статистично-математичний - проведення дисперсійного аналізу та опрацювання даних для встановлення достовірності отриманих даних.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що вперше визначено нормативні параметри трансформації органічної речовини і азотних сполук чорнозему опідзоленого за використання добрив у традиційній, органічній і ресурсозберігаючій системах землеробства впродовж двох ротацій польової сівозміни та встановлено можливість зменшення витрат промислових мінеральних добрив на 50% за рахунок залучення до системи удобрення вторинної продукції рослинництва і сидератів із збереженням оптимального трофічно-енергетичного стану ґрунту.

Практичне значення одержаних результатів. На підставі результатів проведених досліджень встановлено закономірності впливу ресурсозберігаючої системи удобрення та різних рівнів насиченості добривами в сівозміні на органічну речовину, агрохімічні показники, мікробіологічну активність і енергопотенціал чорнозему опідзоленого й урожайність сільськогосподарських культур ланки польової сівозміни, що дасть змогу здійснювати раціональну систему удобрення культур у сучасних умовах, яка буде спрямована на розширене відтворення родючості чорноземних ґрунтів.

Результати досліджень перевіряли і впроваджували у виробничих умовах: в ТОВ “Світанок” Вовчанського району Харківської області на площі 326 га та ЗАТ “Орелька” Першотравневого району Харківської області на площі 50 га.

Особистий внесок здобувача полягає у плануванні і проведенні польових дослідів, відбиранні зразків ґрунту і рослин та їх аналізуванні, узагальненні та опрацюванні наукової літератури та здобутих результатів, підготовці їх до друку, формулюванні висновків та розробці пропозицій виробництву.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертаційної роботи оприлюднено на науково-практичних конференціях “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених Харківщини” (Харків, 1998, 2000); “Теоретичні та практичні аспекти сучасних проблем ґрунтознавства та агрохімії” (Харків, 1998); на V з'їзді УТГА (Рівне, 1998); на науковій конференції “Ноосфера - наука про виживання та майбутнє людства” (Харків, 1999); на всеукраїнській конференції молодих вчених “Агроекологія як основа стабільності сільського господарства” (Харків, 2000); на міжнародному симпозіумі “Біоетика на порозі ІІІ тисячоліття” (Харків, 2000); на V Симпозіумі Україна - Австрія “Сільське господарство: наука і практика” (Київ, 2004).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 9 наукових праць, з них 5 у фахових виданнях, затверджених ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Загальний обсяг роботи складає 196 сторінок комп'ютерного набору, з них 117 - основного тексту. Дисертація складається із вступу, восьми розділів з відповідними підрозділами, загальних висновків, пропозицій сільськогосподарському виробництву, списку використаних літературних джерел, додатків. Вона ілюстрована 56 таблицями, 7 рисунками, 21 додатком. Список використаної літератури містить 246 найменування, у тому числі 23 роботи латиницею.

2. Основний зміст роботи

Зміни гумусового стану чорноземних ґрунтів за органо-мінеральної системи удобрення. Наводиться огляд результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних авторів з питання трансформації органічної речовини і азоту за різних систем удобрення, включаючи вторинну продукцію рослинництва. На основі аналізу та узагальнення наукової літератури обґрунтовано напрямки та доцільність проведення досліджень за темою дисертації.

Умови та методика проведення досліджень. Вивчення впливу добрив за різних систем землеробства на гумусовий і трофічно-енергетичний стани чорнозему опідзоленого проведено впродовж 1997-2001 рр. у тривалому досліді, закладеному в 1989 році в дослідному господарстві ННЦ ІГА “Комунар” Харківського району Харківської області, що розташовано в Лісостеповій Лівобережній високій провінції Харківсько-Зміївського агрогрунтового району України.

Ґрунт дослідного поля - чорнозем опідзолений важкосуглинковий на лесовидному суглинку із вмістом в орному шарі (0-20 см): гумусу - 4,1% (за Тюріним), рухомих форм фосфору (за Чириковим) - 11,9 мг/100 г ґрунту; обмінного калію (за Чириковим) - 9,0 мг/100 г ґрунту, рНсол - 5,9-6,0; гідролітична кислотність - 4,7 мг-екв/100 г ґрунту; сума вбирних основ - 26,9 мг-екв/ 100 г ґрунту.

Кліматичні умови характеризуються помірною континентальністю. Середньорічна температура повітря у зоні становить 6,8-7,0 С з коливаннями від -36 С в січні-лютому до +35 С - в липні-серпні. В середньому за рік випадає 550 мм опадів з великим відхиленням за роками. За час досліджень найбільша кількість опадів випала у 1997 році - 579 мм, а найменша - у 1998 році - 465 мм.

Дослідження ґрунтових процесів і агрохімічних властивостей проводили в трьох шестипільних сівозмінах з різною насиченістю просапними культурами. У сівозміні №1 чергування сільськогосподарських культур було таким: ячмінь з підсівом багаторічних трав - багаторічні трави - багаторічні трави - озима пшениця - цукрові буряки - горох; у сівозміні №2: цукрові буряки - просо - овес - кукурудза на зерно - гречка - озиме жито; у сівозміні №3: кукурудза МВС - озима пшениця - соняшник - вівсяно-горохова суміш - озиме жито - гречка. Сівозміни мали в натурі три клини (А, Б, В), входження до кожного з них відбувалося послідовно одним полем. У досліді вивчали вплив різних рівнів навантаження добривами за таких комплексних систем землеробства: 1. Традиційна, заснована на сумісному внесенні органічних і мінеральних добрив та хімічних засобах боротьби з бур'янами; мінеральні добрива тут вносили звичайним способом урозкид в дозах, розрахованих на інтенсивні технології вирощування сільськогосподарських культур (господарський контроль); 2. Органічна, яка передбачає застосування тільки органічних добрив у сівозміні та безгербіцидних засобів боротьби з бур'янами; 3. Ресурсозберігаюча, яка ґрунтується на органо-мінеральному удобренні сільськогосподарських культур у сівозміні та безгербіцидних засобах боротьби з бур`янами; мінеральні добрива тут вносили локально в дозах, зменшених на 30-50% порівняно з традиційною системою удобрення, залежно від біологічних особливостей культури, що вирощується. Ресурсозберігаюча система землеробства передбачала створення зон “трофічного комфорту” (Кисіль, 2000) завдяки локальному внесенню мінеральних добрив, мікроелементів і кальцієвмісних сполук сумісно один раз у 2-3 роки.

Після завершення першої ротації сівозмін внесено часткові зміни до схеми досліду (табл. 1), з метою наближення рівнів використання добрив у сівозміні до сучасних рівнів їх застосування у сільськогосподарському виробництві та прогнозу зміни показників родючості ґрунту.

Площа посівної ділянки 168 м2, розміри облікових ділянок складали: для культур суцільної сівби - 80 м2, для просапних - 42 м2, для багаторічних трав - 10 м2. Повторення досліду - триразове, розміщення варіантів систематичне.

У досліді вносили такі добрива: аміачну селітру, суперфосфат гранульований, калій хлористий, напівперепрілий гній ВРХ на солом'яній підстилці. В органічній і ресурсозберігаючій системах землеробства використовували вторинну рослинницьку продукцію - солому зернових культур та гичку цукрових буряків; за ресурсозберігаючої системи землеробства додатково вносили дози азотних добрив, що компенсують нестачу азоту (10 кг азоту на 1 т гички та 12 кг азоту на 1 т соломи), за органічної - азотні добрива не використовували. У першу ротацію сівозміни № 1 у післяжнивних посівах вирощували редьку олійну.

Органічні добрива, а також мінеральні добрива за розкидного способу внесення загортали у ґрунт під час проведення оранки на глибину 30-32 см у першій декаді жовтня, за локального - культиватором-рослинопідживлювачем КРН-5,6 на глибину 12-14 см після передпосівної культивації. На цій же глибині, у ті самі строки, але один раз у 2-3 роки створювали зони “трофічного комфорту”. Як кальцієвмісні сполуки використовували вапнякове борошно (95% CaCO3) з розрахунку 0,19 кг CaCO3 на 1 кг NРК, мікроелементи вносили у складі борної кислоти, молібденово-кислого амонію, сульфатів цинку та марганцю із розрахунку 2 кг/га кожного елементу.

Таблиця 1 Система удобрення в тривалому досліді на чорноземі опідзоленому важкосуглинковому в І та ІІ ротаціях польових сівозмін, д/г “Комунар” Харківського району Харківської області

Економічну ефективність використання мінеральних добрив, підстилкового гною і вторинної продукції рослинництва за різних систем землеробства визначали на моделі ланки польової сівозміни № 3: кукурудза на силос - озима пшениця - вівсяно-горохова суміш - озиме жито.

Вивчення традиційних і альтернативних видів органічних добрив у поєднанні із йонообмінником (цеолітом) проведено в 1998-2000 рр. у мікропольовому досліді на чорноземі опідзоленому важкосуглинковому в ланці сівозміни: ячмінь ярий - цукрові буряки - кукурудза на силос.

Ґрунт під короткотривалим дослідом має таку ж агрохімічну характеристику, як і в тривалому досліді. Площа ділянки 1м2 (1 м х 1 м) за триразового повторення варіантів і систематичного їх розміщення.

Зразки ґрунту на аналіз вмісту мінеральних форм азоту відбирали з орного шару (0-30 см) у строки: до сівби, двічі під час інтенсивного росту сільськогосподарських культур та під час збирання врожаю, на визначення вмісту органічних сполук азоту, гумусу та його складових - у кінці вегетаційного періоду після завершення досліду. Відбирання та підготовка зразків ґрунту до аналізів здійснювали відповідно до ГОСТу 28169-89.

У відібраних зразках ґрунту визначали: вміст загального гумусу (за Тюріним, спалювання за Нікітіним); вміст рухомої (лабільної) органічної речовини ґрунту (за Єгоровим); груповий склад гумусу (за Тюріним у модифікації Кононової і Бєльчикової); фракційний склад гумусу (за схемою Тюріна у модифікації Пономарьової та Плотнікової); загальний азот (за Кьєльдалем); азот органічних сполук (за Шконде - Корольовою); нітратний азот - спектрофотометричним методом; обмінний амоній - фотоколориметруванням з реактивом Неслера; питому теплоємність ґрунтів за допомогою калориметричного приладу В-08-МА ПУ 1.470.000; чисельність основних груп мікроорганізмів визначали обліково-статистичним методом з висівом ґрунтової суспензії на щільні живильні середовища (Звягінцев, 1991).

Відбирання зразків рослин здійснювали згідно з методикою проведення польових досліджень (Доспехов, 1985). У рослинних зразках визначали: вміст азоту, фосфору, калію на інфрачервоному спектрофотометрі ІКС-4250; показники якості продукції за методиками, що наведено у відповідних стандартах.

Баланс поживних елементів розраховували згідно рекомендацій (Методические указания по изучению баланса..., М.: Агропромиздат, 1978) на основі власних урожайних даних та наведених у звітах лабораторії екології ґрунтів і біоземлеробства ННЦ ІГА за 1990-1997 рр. (Кисіль, 2000).

Економічну оцінку застосування добрив проводили за Методикою економічної оцінки вирощування сільськогосподарських культур у польових дослідах Інституту землеробства УААН (1999). Біоенергетичну оцінку ефективності різних систем землеробства в умовах стаціонарного досліду визначали за методикою Тараріко, Несмашної та Глущенко (2002).

Опрацювання і узагальнення результатів досліджень виконано методом математичної статистики (Доспехов, 1985).

Результати тривалих польових дослідів

Вивчення тривалого впливу різних систем удобрення на вміст гумусу в ґрунті та його якісний склад показало (табл. 2), що внесення високих доз мінеральних добрив навіть за умов сумісного їх внесення з гноєм за традиційної системи удобрення не забезпечувало накопичення гумусу в орному шарі ґрунту, а в першій та другій сівозмінах навіть спостерігали тенденцію до зниження його вмісту порівняно з вихідним станом. Додаткове внесення вторинної продукції рослинництва (гичка цукрових буряків, солома зернових та сидеральна маса редьки олійної) за органічної і ресурсозберігаючої систем землеробства позитивно впливало на накопичення гумусу в ґрунті: на варіантах органічної системи удобрення він зростав на 0,05-0,13%, а ресурсозберігаючої системи - на 0,07-0,20% порівняно з вихідними параметрами.

Таблиця 2 Вплив добрив за традиційної, органічної і ресурсозберігаючої систем землеробства на вміст гумусу та його груповий склад в орному шарі (0-20 см) у тривалому досліді на чорноземі опідзоленому важкосуглинковому, д/г “Комунар” ННЦ ІГА

На кінець першої ротації польових сівозмін орний шар ґрунту мав відносно високий вміст лабільних форм гумусу - 6,09-9,27% від кількості загального гумусу. За традиційної системи удобрення ефективна родючість була меншою порівняно з ресурсозберігаючою системою, про що свідчить зниження вмісту рухомих форм гумусу на 0,07-0,08% порівняно з ресурсозберігаючими технологіями та перелогом.

Результати дослідження змін у груповому складі гумусу за різних систем удобрення в першій ротації показали, що у зернотравопросапній сівозміні на всіх варіантах вміст нерозчинного залишку підвищився порівняно з вихідним вмістом за традиційної системи на 5,5%, за органічної - на 3,6% і за ресурсозберігаючої системи землеробства - на 7,7%. За ресурсозберігаючої і традиційної систем відзначено значне зменшення вмісту фульвокислот, тому відношення Сгк:Сфк розширилося з 2,79-2,74 до 3,21-3,26 відповідно.

Застосування лише органічних добрив сприяло підвищенню вмісту як гумінових, так і фульвокислот. Частка фульвокислот у складі гумусу тут зростала удвічі і тому відношення Сгк:Сфк помітно звузилось. Це пов'язано із значною кількістю пожнивно-кореневих решток після вирощування багаторічних трав та рослинних залишків у складі органічних добрив, у результаті гуміфікації яких відбувається накопичення фульвокислот.

Баланс загального гумусу в сівозмінах був кращим за ресурсозберігаючої системи удобрення, ніж за традиційної технології, що пов'язано із застосуванням вторинної продукції рослинництва, яка забезпечує додаткове надходження органічних речовин до ґрунту і утворення гумусових речовин більше порівняно з традиційною системою на 0,75, 0,40 та 0,69 т/га відповідно в першій, другій і третій сівозмінах. За ресурсозберігаючої системи землеробства щорічно надходило новоутвореного гумусу на 0,16-0,47 т/га більше, ніж мінералізувалося під культурами.

Мікробіологічна активність ґрунту. Кількість мікроорганізмів, які засвоюють мінеральну форму азоту, була найвищою за традиційної системи удобрення у першій і другій сівозмінах і становила відповідно 32,56 і 27,00 млн./г ґрунту, що істотно перевищувало показники інших варіантів (табл. 3).

Продуктивність ланки польової сівозміни в першій ротації була практично однаковою за традиційної і ресурсозберігаючої систем землеробства - 50 ц/га зернових одиниць за зниження витрат поживних речовин у складі органічних і мінеральних добрив у кількості 133 кг/га (табл. 4). Це є свідченням того, що вторинна продукція рослинництва (солома озимої пшениці) може конкурувати з мінеральними добривами у збалансованому живленні сільськогосподарських культур. Продуктивність ланки сівозміни з органічною системою удобрення майже на 8 ц/га з. од. була нижчою від інших систем, що пов'язано із зменшенням кількості NPK у складі органічних добрив на 35-100 кг/га.

Таблиця 3 Чисельність мікроорганізмів основних еколого-трофічних груп у чорноземі опідзоленому за традиційної, органічної та ресурсозберігаючої систем землеробства в тривалому досліді, д/г “Комунар” ННЦ ІГА

Таблиця 4 Порівняльна таблиця внесення добрив і продуктивності ланки польової сівозміни №3 за І та ІІ ротації у тривалому досліді на чорноземі опідзоленому, д/г “Комунар”

Порівняно з першою ротацією продуктивність ланки сівозміни, у зв'язку із зменшенням рівня застосування добрив, у другій ротації знизилась за інтенсивної системи землеробства (господарський контроль) на 10%, а за ресурсозберігаючої - на 14%, що пов'язано із зменшенням інтенсивності балансу поживних речовин на 35%. Окупність 1 кг NPK у складі органічних і мінеральних добрив становить за традиційної системи удобрення 5 кг з. од., за органічної - 4,8 кг з. од., що свідчить про однакову енергетичну цінність поживних речовин у цих добривах. За ощадливої системи удобрення окупність одиниці NPK у добривах знизилась як у першій, так і другій ротації сівозміни майже удвічі, що свідчить про необхідність у випадку складання системи удобрення усвідомленого підходу до балансу поживних речовин у сівозміні з обов'язковим дотриманням мінімально-оптимального внесення мінеральних добрив і оптимального співвідношення вуглецю до азоту.

Енергетичний потенціал ґрунту за тривалого внесення добрив у традиційній системі землеробства складав 216-232 ккал/кг ґрунту, що в першій та другій сівозмінах істотно перевищує цей показник за органічної системи. Ресурсозберігаючі технології з використанням вторинної продукції рослинництва, сидератів і помірних доз туків сприяли збільшенню енергетичного потенціалу ґрунту до 230-235 ккал/кг ґрунту.

Результати розрахунків показників біоенергетичної оцінки різних систем удобрення показали, що коефіцієнт корисної дії (ККД) використання ФАР у більшій мірі залежить від складу сівозміни, ніж від застосування добрив. За ресурсозберігаючої системи в сівозміні № 1 створились кращі умови для засвоєння ФАР культурами та менші витрати антропогенної енергії. Коефіцієнт енергетичної ефективності (Кее) за ресурсозберігаючої системи удобрення поступався органічній, але значно перевищував цей показник порівняно з традиційною. Найбільший вихід зв'язаної енергії (Ез) забезпечувало застосування ресурсозберігаючої системи удобрення - 631877, 756764 та 1384590 МДж/га відповідно у сівозмінах №1, №2, №3.

Результати короткотривалого досліду

Трансформація органічної речовини та азотного фонду чорнозему опідзоленого при застосуванні вторинної продукції рослинництва і цеоліту.

У короткотривалому досліді на чорноземі опідзоленому встановлено, що застосування різних видів органічних добрив у поєднанні з йонообмінником (цеолітом) забезпечило стабілізацію гумусового стану ґрунту та оптимізацію лабільних його форм, що створило умови для поліпшення азотного фонду в ґрунті (r=0,89).

Варіанти сумісного застосування соломи, гички буряків і сидератів з цеолітом істотно не відрізнялися за дією на вміст гумусу від відповідних варіантів без цеоліту.

Розрахунки балансу гумусу в короткотривалому досліді показали, що застосуванням гною компенсовано втрати на мінералізацію та зменшено дефіцит балансу гумусу на 1,94 т/га порівняно з контролем без добрив. Застосування соломи як добрива забезпечило зменшення дефіциту гумусу на 1,09-1,21 т/га залежно від додавання до соломи азотних добрив і цеоліту. За внесення 8 т/га сидеральної маси редьки олійної перевищення контролю без добрив за кількістю новоутвореного гумусу відбулось на 0,47 т/га, тому тут дефіцит балансу гумусу був найменшим серед усіх варіантів із вторинною продукцією рослинництва.

У фракційному складі гумусу за період досліджень не відбулося істотних змін, проте за внесення гички цукрових буряків вміст гумінових кислот зростав і розширювалося відношення Сгк:Сфк. Ця тенденція зберігалась і в разі додавання мінеральних азотних добрив та цеоліту до гички.

Валовий вміст азоту в ґрунті варіантів із гноєм та вторинною продукцією рослинництва (як із додаванням азотних добрив, так і без них) підвищувався до 17,3% порівняно з контролем без добрив. Найвищий його вміст спостерігався за технології з внесенням сидеральної маси редьки олійної + N80. Близьким до цього рівня був його вміст у ґрунті де вносили 30 т/га гною та 5 т/га гички цукрових буряків з мінеральними азотними добривами - 2149 та 2170 мг/кг ґрунту відповідно.

Відносний розподіл азоту за фракціями залежав від застосування органічних добрив та цеоліту (табл. 5). В разі внесення до ґрунту свіжої органічної речовини у складі вторинної продукції рослинництва відмічалось збільшення вмісту мінерального азоту - до 0,7-0,9% від вмісту загального.

Таблиця 5 Вплив різних видів органічних добрив і цеоліту на розподіл азоту за фракціями в шарі ґрунту 0-30 см, % (д/г “Комунар” ННЦ ІГА, короткотривалий дослід, 1998-2000 рр.)

Ефективна родючість ґрунту визначається, в основному, азотом, що легко гідролізується, який є найближчим резервом живлення рослин. Його вміст був високим і коливався в межах 11,1-19,6% від вмісту загального азоту. Внесення соломи та гички без азотних добрив, а також застосування цеоліту, найсильніше підвищувало вміст фракції азоту, що легко гідролізується, порівняно з варіантами без добрив та з гноєм. Застосування вторинної продукції рослинництва з додаванням мінерального азоту і сидеральної маси редьки олійної, без мінерального азоту, забезпечувало вміст фракції азоту, що важко гідролізується, в межах 19,9-22,9%, що перевищує його вміст на контролі та варіанті з внесенням гною майже удвічі.

Статистичним опрацюванням результатів дослідження встановлено наявність тісної кореляції між кількістю азоту, внесеного із добривами і вмістом загального азоту у ґрунті (r=0,82); добрива також вплинули на вміст мінеральної фракції азоту (r=0,84).

Вміст у ґрунті мінеральних форм азоту (NO3- + NH4+) в середньому за вегетаційні періоди років дослідження на контролі становив у 1998 р. - 4,9, у 1999 р. - 5,3 та в 2000 р. - 6,4 мг/кг ґрунту відповідно, тобто погодні умови значно впливали на цей показник. Від застосування 30 т/га гною вміст мінерального азоту порівняно з контролем зростав більш інтенсивно: на 53%, 68% та 27% відповідно в 1998, 1999 та 2000 рр.

Сумісне внесення гною з цеолітом забезпечувало істотне збільшення цього показника порівняно з контролем - на 31%, 36% та 14% відповідно. Близький до цього рівня вміст мінерального азоту спостерігали на варіантах із внесенням вторинної продукції рослинництва і цеоліту, особливо в умовах спекотного та посушливого вегетаційного періоду 1999 року. Адсорбовані цеолітом йони амонію, які виділялись при розкладанні свіжої органічної речовини у попередній рік, створювали умови для поліпшення азотного живлення рослин. Через рік різниця між цими варіантами та варіантом внесення гною з цеолітом була відсутня.

Внесення соломи підвищувало порівняно з контролем вміст мінеральних сполук азоту на 0,8, 2,5 і 1,4 мг/кг ґрунту відповідно, а в середньому за роки досліджень - на 1,6 мг/кг ґрунту. Ефект від застосування вторинної продукції рослинництва без компенсації азотної нестачі в ґрунті проявився в післядії, коли відбувалася мінералізація органічних сполук азоту і вміст мінеральних форм зріс на 2,0-3,2 мг/кг ґрунту порівняно з варіантом без добрив.

Урожайність культур у ланці сівозміни за внесення різних видів органічних добрив залежала від кількості азоту, внесеного з добривами (коефіцієнт кореляції для ярого ячменю - 0,92, цукрових буряків - 0,94, кукурудзи на силос - 0,80). Ефективність прямої дії застосування соломи, гички та сидерату за умов компенсації азотної нестачі істотно не відрізнялася від внесення 30 т/га гною (табл. 6).

Продуктивність ланки ярий ячмінь - цукрові буряки - кукурудза на силос за використання різних видів органічних добрив підвищувалась на 3-24 ц кормових одиниць на 1 га відносно контролю. В цілому високу продуктивність ланки сівозміни на рівні 98-104 ц кормових одиниць на 1 га забезпечувало застосування сидерату + азотні добрива та поєднання 2 т/га цеоліту з сидератами. Проведені розрахунки довели, що продуктивність зернопросапної ланки сівозміни залежала від кількості внесеного з добривами азоту (r=0,97), мала тісну кореляцію з вмістом у ґрунті загального азоту та з вмістом мінерального азоту (коефіцієнт кореляції складав 0,86 і 0,77 відповідно), а також загальним вмістом гумусу (r=0,65).

Таблиця 6 Вплив різних видів органічних добрив і цеоліту на врожайність культур і продуктивність ланки сівозміни (д/г “Комунар”, короткотривалий дослід, 1998-2000 рр.)

Баланс поживних елементів. Баланс азоту в ґрунті варіанту без добрив був від'ємним - 72 кг азоту на 1 га. Застосування вторинної продукції рослинництва зменшувало цей дефіцит на 10-23 кг/га та підвищувало інтенсивність балансу на 7-15%. Позитивний баланс азоту забезпечувало лише внесення 30 т/га гною. Високою інтенсивністю балансу характеризувались варіанти солома + N60 та сидерат + N80 - відповідно 88 та 97%.

Застосування соломи, гички та сидерату в зернопросапній ланці сівозміни створювало від'ємний баланс фосфору та калію. Щоб позбутися дефіциту потрібно вносити близько 50 кг фосфору та від 27 до 92 кг калію на 1 га за ланку сівозміни. Внесення до ґрунт 2 т/га цеоліту разом з органічними добривами сприяє зменшенню дефіциту калію.

Коефіцієнт використання азоту з органічних добрив у перший рік дії змінювався від 13 до 27%. Найвищий коефіцієнт визначено на варіантах з внесенням гички цукрових буряків. На другий рік після внесення органічних добрив коефіцієнт використання азоту підвищився на всіх варіантах порівняно з попереднім роком - середній коефіцієнт дорівнював 21%. На третій рік спостерігали загальну тенденцію до зниження цього коефіцієнту, що відображає ступінь мінералізації імобілізованих органічних азотовмісних сполук добрив.

Застосування вторинної продукції рослинництва як окремо, так і з азотними добривами, забезпечило сумарний (за три роки) коефіцієнт використання азоту більше 50% порівняно з 43% на варіанті з гноєм, а отже не забруднювало навколишнє середовище та було екологічно безпечнішим.

Економічна ефективність у тривалих і короткотривалих дослідах

Розрахунок економічної ефективності застосування добрив за різних систем землеробства у ланці третьої сівозміни показує, що визначальними величинами є витрати на придбання добрив та рівень одержаного врожаю.

Урожайність кукурудзи на силос у першій ротації сівозміни коливалась у межах 410-500 ц/га, у другій - 310-380 ц/га із зменшенням продуктивності на 100-120 ц/га. Характерно, що найвища врожайність зеленої маси у першій ротації сівозміни супроводжувалась найвищою собівартістю, а чистий прибуток був на 118 грн. нижче, ніж за ресурсозберігаючої системи землеробства. Як культура з довгим вегетаційним періодом кукурудза ефективно реагує на органічне удобрення. У зв'язку з цим за органічної системи тут спостерігали і найкращі економічні показники. Диспропорції між рівнем урожаю і рівнем рентабельності пов'язані з дисбалансом цін на добрива і сільськогосподарську продукцію.

За вирощування озимої пшениці традиційна і ресурсозберігаюча системи землеробства виявились рівноцінними за собівартістю продукції та за прибутком. Останній виявився найнижчим за органічної системи удобрення, як і рівень рентабельності, що пов'язано із зменшенням врожаю на 7 ц/га. В другій ротації сівозміни собівартість продукції знизилась, а рівень рентабельності зріс у 1,5-3 рази з підвищенням прибутку на 35-40%. Феномен підвищення економічної ефективності добрив за зменшення їх кількості у другій ротації сівозміни пояснюється тим, що впродовж систематичного 10-річного внесення добрив створено резерв для мінерального живлення рослин.

Економічну ефективність вирощування озимого жита обумовлено меншою віддачею мінеральних добрив за інтенсивної традиційної системи землеробства, що відзначалась найвищою собівартістю і найнижчим рівнем рентабельності, що становила 80-88%, тоді як за органічної і ресурсозберігаючої систем землеробства - 180-240%.

Показники економічної ефективності різних видів органічних добрив були більш високими на варіантах застосування гички цукрових буряків і сидеральної маси з компенсуючою дозою азотних добрив.

Використання йонообміннику найбільш доцільно у поєднанні з гноєм та гичкою при вирощуванні ячменю ярого і кукурудзи на силос, де одержано найвищий приріст врожаю, проте собівартість продукції залишилась нижчою там, де йонообмінник не використовували. Таку ж тенденцію спостерігали і при вирощуванні цукрових буряків і кукурудзи на силос.

Висновки

У дисертаційній роботі наведено теоретичне обґрунтування та нове вирішення питання мінерального живлення рослин у польовій сівозміні на чорноземі опідзоленому Лівобережного Лісостепу за різного навантаження агрохімікатами у традиційній, органічній і ресурсозберігаючій системах землеробства, спрямованих на зменшення кількості застосовуваних промислових туків і активне залучення - вторинної продукції рослинництва.

Відтворення родючості ґрунту за ресурсозберігаючої системи землеробства проходило від застосування органо-мінеральної системи удобрення зі зменшеною витратою промислових мінеральних добрив (на 50% порівняно з традиційними системами) за рахунок залучення в систему удобрення вторинної продукції рослинництва і сидеральної маси редьки олійної. При цьому збільшувався вміст гумусу в ґрунті порівняно з вихідними параметрами на 0,07-0,20%, а запаси гумусу в орному шарі ґрунту (0-20 см) зросли на 1,7-4,8 т/га.

Тривале внесення високих доз мінеральних добрив, навіть за умов сумісного їх застосування з гноєм, за традиційної системи удобрення не забезпечувало накопичення гумусу в орному шарі ґрунту, а ефективна його родючість була меншою порівняно з ресурсозберігаючою системою, про що свідчить зменшення вмісту рухомого гумусу на 0,07-0,08% порівняно з ресурсозберігаючими технологіями та перелогом.

За ресурсозберігаючої системи удобрення формується мікробний ценоз ґрунту за типом перелогу: істотно збільшується чисельність органотрофних мікроорганізмів порівняно з традиційним землеробством та зменшується кількість мікроорганізмів, що засвоюють мінеральний азот. Ґрунт за ресурсозберігаючого ведення господарства характеризується високим трофічно-енергетичним рівнем з перевагою процесу гуміфікації та акумуляції енергії в органічній речовині. Застосування добрив за ресурсозберігаючої системи удобрення дозволяє підтримувати енергетичну ємність ґрунту на рівні 230-235 ккал/кг, а також забезпечує найкращі показники біоенергетичної ефективності.

Тип сівозміни істотно впливає на інтенсивність процесів мінералізації органічної речовини та перерозподілу енергії в ґрунті. Наявність у сівозміні № 1 багаторічних трав (33% загальної площі) зумовила кращі умови гумусоутворення та акумуляції енергії в органічній речовині.

У першій ротації одержано практично однакову продуктивність ланки польової сівозміни за традиційної і ресурсозберігаючої систем землеробства - 50 ц/га зернових одиниць за зниженні витрат у складі органічних і мінеральних добрив у складі останньої в кількості 133 кг/га. За систематичного використання добрив у сівозміні продовж 10 років відбулось накопичення енергетичного матеріалу в такій кількості, що зменшення навантажень NPK у складі органічних і мінеральних добрив на 35-45% зумовило зниження продуктивності лише на 10-14%. Не дивлячись на найбільше зменшення навантажень NPK на одиницю площі за органічної системи удобрення (50%), вона виявилась найбільш стійкою щодо падіння продуктивності в ланці сівозміни, яке не перевищувало 9%. В умовах виробництва можна очікувати різке скорочення продуктивності сівозміни у тих господарствах, де раніше інтенсивно використовували в системах удобрення мінеральні туки.

Аналіз економічної ефективності використання добрив показав, що вирощування сільськогосподарських культур за ресурсозберігаючої і органічної систем ведення землеробства забезпечує стабільно високі показники рентабельності. Підвищення економічної ефективності добрив від зменшення їх маси у другій ротації сівозміни випливає із розуміння того, що впродовж систематичного удобрення створено резерв мінерального живлення рослин.

Окупність 1 кг NPK у складі органічних і мінеральних добрив становить за традиційної системи удобрення 5 кг з. од., за органічної - 4,8 кг з. од., що свідчить про майже однакову енергетичну цінність в них поживних речовин. За ресурсозберігаючого застосування добрив окупність одиниці NPK в них знизилась як у першій, так і другій ротації сівозміни майже удвічі, що свідчить про необхідність при складанні систем удобрення обов'язково дотриматись балансу поживних речовин на рівні простого відтворення родючості ґрунту.

Важливим заходом для збалансованого мінерального живлення рослин в умовах нестачі гною є застосування вторинної продукції рослинництва (солома, гичка цукрових буряків) і сидератів, що дозволяє стабілізувати вміст гумусу в ґрунті, а в разі внесення сидеральної маси, а також соломи та гички з компенсованою азотною нестачею спостерігається тенденція до збільшення вмісту гумусу.

У короткотривалому досліді з різними видами органічних добрив і йонообмінником (цеоліт) на чорноземі опідзоленому встановлено закономірності, що свідчать про поступову трансформацію органічної речовини в ґрунті за рахунок переходу негідролізованих форм азоту у важкогідролізовані, які поповнюють фракцію азоту, що легко гідролізується, з трансформацією останньої в мінеральні його сполуки. Додавання азоту мінеральних добрив до соломи, гички та сидератів дозволяє стримувати іммобілізацію екстра-азоту та азоту добрив в ґрунті і забезпечує азотне живлення рослин за рахунок фракції, що легко мінералізується. Найкращі умови азотного живлення для культур ланки сівозміни спостерігали за внесення гною, соломи та разом вторинної продукції рослинництва і цеоліту.

Застосування різних видів органічних добрив сприяло підвищенню продуктивності ланки польової сівозміни ярий ячмінь - цукрові буряки - кукурудза на силос, - на 3-24 ц/га кормових одиниць порівняно з контролем. Найвищу продуктивність ланки сівозміни на рівні 98-104 ц/га кормових одиниць забезпечувало застосування сидерату (8 т/га) в поєднанні з азотними добривами (N80) та 2 т/га цеоліту, що істотно не відрізнялось від застосування підстилкового гною в дозі 30 т/га.

Середній коефіцієнт використання азоту з вторинної продукції рослинництва і сидератів у перший рік складав 18%, у другий - зростав до 21%, а на третій - знизився до 12%, що свідчить про ступінь мінералізації іммобілізованих органічних азотовмісних сполук добрив.

Баланс азоту у ланці сівозміни з вторинною продукцією рослинництва і сидератом без компенсації азотної нестачі в ґрунті був від'ємним з дефіцитом азоту до 49 кг/га, тоді як від додавання мінеральних азотних добрив до соломи, гички та сидеральної маси він зменшувався до 9 кг/га. Варіанти внесення соломи і сидерату з додаванням мінеральних азотних добрив характеризувались високою інтенсивністю балансу, що становив 88-97%, а без азоту - нижчими показниками майже на 20%.

Значна кількість елементів живлення втрачається з ґрунту через винос з нетоварною частиною врожаю ярого ячменю та цукрових буряків, тому слід залишати її на полі для покращення балансу азоту, ...