Агроекологічний моніторинг та відтворення родючості ґрунтів північно-західного регіону України

Размещено на http://allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

06.01.04 - Агрохімія

родючість ґрунт добриво

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора сільськогосподарських наук

Агроекологічний моніторинг та відтворення родючості ґрунтів північно-західного регіону України

Польовий Володимир Мефодійович

Київ - 2006

Размещено на http://allbest.ru

52

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Національному університеті водного господарства та природокористування Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант -

доктор сільськогосподарських наук, професор Веремеєнко Сергій Іванович, Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри агрохімії, ґрунтознавства та землеробства

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Дегодюк Едуард Григорович, ННЦ "Інститут землеробства УААН", головний науковий співробітник

доктор сільськогосподарських наук, професор Гамаюнова Валентина Василівна, Херсонський державний аграрний університет, завідувач кафедри агрохімії і ґрунтознавства

доктор сільськогосподарських наук, професор Господаренко Григорій Миколайович, Уманський державний аграрний університет, проректор з науково-педагогічної роботи

Провідна установа -

Білоцерківський державний аграрний університет, кафедра агрохімії і ґрунтознавства, Міністерство аграрної політики України, м. Біла Церква

Захист відбудеться "12" жовтня 2006 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв оборони, 15, навчальний корпус 3, аудиторія 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: м. Київ, вул. Героїв оборони, 13, навчальний корпус 4, к. 28

Автореферат розісланий "8" вересня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Присташ І.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Складні ринкові трансформації в агропромисловому комплексі України супроводжуються різким скороченням поголів'я худоби і, відповідно, обсягів виробництва гною, що на фоні недостатнього внесення мінеральних добрив і вапнякових матеріалів унеможливило використання в багатьох агроформуваннях традиційних науково-обґрунтованих органо-мінеральних систем удобрення. Внаслідок цього на значних площах добрива вносять безсистемно, що вкрай негативно відображається на потенціальній родючості ґрунтів. Ефективне вирішення цих проблем потребує вдосконалення традиційних і розробки нових, адаптованих до різних господарсько-економічних умов і кон'юнктури ринку, диференційованих за видами органічних та дозами мінеральних добрив систем удобрення. Крім того, в умовах зростання площ агрохімічно деградованих ґрунтів важливого значення набуває вдосконалення агроекологічного моніторингу і розробка заходів з відновлення їх родючості. Вирішенням цих проблем займалось багато вчених, на працях яких ґрунтувалися наші дослідження, зокрема такі відомі як: П.А. Власюк, П.О. Дмитренко, М.М. Городній, В.В. Медвєдєв, Г.А. Мазур, Б.С. Носко, Е.Г. Дегодюк, М.К. Шикула, О.Г. Тараріко, В.І. Кисіль.

Однак, сучасні тенденції розвитку землеробства супроводжуються зміною базових факторів, які в минулому забезпечували розширене відтворення родючості ґрунтів, що спонукає до поглиблення досліджень з вивчення їх стану та відтворення родючості, враховуючи процеси диференціації сільськогосподарських підприємств за ресурсними і економічними можливостями.

Актуальність і практична значимість вказаних проблем, недостатня їх розробка та комплексність вивчення визначили тему, основну мету і завдання дисертаційної роботи.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами, темами. При підготуванні дисертаційної роботи використані результати досліджень, які виконували за Державними програмами: „Розробити агротехнічні основи побудови польових сівозмін для колгоспів та радгоспів Лісостепу Рівненської області” (№ держреєстрації 68052995), „ Розробити польові сівозміни для колгоспів та радгоспів Рівненської області” (№ держреєстрації 76051675), „Інтенсифікація та біологізація сівозмін колективних та фермерських господарств в умовах Лісостепової зони Рівненської області” (№ держреєстрації 0195U014020), „Розробити систему міроприємств по ефективному застосуванню добрив, меліорантів і хімічних препаратів в умовах інтенсифікації сільськогосподарського виробництва” (№ держреєстрації 78803841), „Розробити екологічно врівноважені системи удобрення сільськогосподарських культур у сівозміні, які забезпечують високий вихід продукції з одиниці площі, високу її якість та підвищення родючості ґрунту” (№ держреєстрації 0195U014034), „Розробити екологічно врівноважені системи і технології удобрення сільськогосподарських культур у сівозміні, які забезпечать підвищення родючості ґрунту та високу продуктивність культур” (№ держреєстрації 0104U004458).

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень - наукове обґрунтування і вдосконалення методичних підходів оцінки, прогнозування і регулювання родючості ґрунтів, агрохімічного, еколого-економічного та енергетичного збалансування систем удобрення, їх адаптації до сучасних господарсько-економічних умов, ресурсного забезпечення та кон'юнктури ринку з наступною розробкою адаптивних систем удобрення, які забезпечували б високоефективний та сталий розвиток землеробства.

Виходячи з мети досліджень, необхідно було вирішити такі завдання:

дослідити еволюцію агрохімічних показників ґрунтів регіону та їх продуктивності за різного рівня інтенсифікації землеробства, вдосконалити методику проведення агроекологічного моніторингу ґрунтів та оцінки змін їх стану;

встановити особливості формування гумусового стану, поживного режиму і фізико-хімічних властивостей ґрунтів за тривалого застосування добрив за різних систем їх використання та вапнування;

оцінити агроекологічні та економічні наслідки тривалого інтенсивного використання ґрунтів без удобрення та розробити комплекс заходів з відновлення їх родючості;

теоретично обґрунтувати напрями адаптації систем удобрення залежно від спеціалізації агроформувань, агроекологічного стану ґрунтового покриву та ринкової кон'юнктури;

визначити вплив традиційних та альтернативних засобів хімізації на потенціальну і актуальну родючість ґрунтів, біохімічну та технологічну якість основної продукції;

провести комплексну еколого-економічну та біоенергетичну оцінку систем удобрення з наступним визначенням найбільш оптимальних для застосування.

Об'єкт досліджень. Закономірності еволюційних змін родючості ґрунтів, наукове обґрунтування адаптивних систем удобрення.

Предмет досліджень. Агроекологічний моніторинг ґрунтів та вдосконалення його методики, дерново-підзолисті та темно-сірі опідзолені ґрунти, агрохімічні показники та родючість ґрунтів, якість продукції, ефективність застосування добрив і вапнування.

Методи досліджень. Польові тривалі дослідження, лабораторні методи досліджень, агроекологічний моніторинг ґрунтового покриву, методи математичного моделювання, статистичні методи дисперсійного та кореляційного аналізу експериментальних даних, економічний та енергетичний аналіз.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше визначено рівні та динаміку продуктивності орних земель північно-західного регіону України, їх агрохімічні показники та взаємозв'язок з внесенням добрив. Запропоновано нові методичні підходи щодо проведення агроекологічного моніторингу сільськогосподарських угідь і оцінки його результатів. Встановлено еволюційні зміни та негативні тенденції агрохімічних властивостей дерново-підзолистих і темно-сірих опідзолених ґрунтів за тривалого удобрення і вапнування, визначено напрями оптимізації систем використання добрив.

Встановлено параметри деградаційних змін агрохімічних показників і ефективної родючості темно-сірого опідзоленого ґрунту за тривалого вирощування на ньому сільськогосподарських культур без удобрення. На основі комплексної агрохімічної, енергетичної та економічної оцінок обґрунтовано добір найбільш ефективних заходів з відновлення родючості деградованого темно-сірого опідзоленого ґрунту.

Розроблено і науково обґрунтовано системи удобрення в сівозмінах, адаптовані до різних ринко-трансформованих господарсько-економічних умов ведення землеробства і кон'юнктури ринку.

Практичне значення одержаних результатів. Наукові положення ввійшли складовою частиною до розроблених за безпосередньої участі автора "Наукових основ агропромислового виробництва в зоні Полісся і західного регіону України" (2004), "Системи ведення сільськогосподарського виробництва в господарствах Рівненської області" (2004), програми "Охорона родючості ґрунтів Рівненської області на 2004 - 2005 рр." та 14 рекомендацій.

Запропоновано нові методичні підходи проведення суцільного агрохімічного моніторингу, які широко застосовуються в системі Державного технологічного центру охорони родючості ґрунтів. Підготовлено "Методичні рекомендації по використанню радіонавігаційного обладнання при агрохімічній паспортизації полів" (2005).

Визначено агропотенціал орних земель регіону та його ґрунтово-кліматичних зон залежно від рівнів удобрення. Виробництву рекомендовано системи удобрення, диференційовані за джерелами (видами) органічних і нормами мінеральних добрив, застосування яких дозволяє забезпечувати сталий розвиток землеробства, високу якість продукції і збереження родючості ґрунтів за різних господарсько-економічних умов. Встановлено можливі прирости врожайності основних сільськогосподарських культур від поєднання удобрення з основним та повторним вапнуванням.

Розроблено комплекс агрохімічних заходів з відновлення родючості деградованих ґрунтів.

Отримані результати досліджень використовуються в процесі підвищення кваліфікації фахівців сільськогосподарських підприємств, районних і обласних сільськогосподарських структур та фермерів на навчаннях, семінарах і Днях полів.

Наукові розробки, викладені в дисертаційній роботі, також використовуються в Національному університеті водного господарства та природокористування в учбовому курсі підготування спеціалістів та магістрів за спеціальністю "Агрохімія та ґрунтознавство".

Особистий внесок здобувача. Автор є керівником і виконавцем більшості тем, результати досліджень яких використані у дисертаційній роботі. Йому належить постановка проблеми, розроблення теоретичних положень її вирішення, методичне забезпечення, планування і організація проведення досліджень. Автором особисто проаналізовано експериментальні матеріали досліджень, зроблено їх теоретичне узагальнення, обґрунтовано наукові положення, висновки і пропозиції, які виносяться на захист. Частка участі автора у сумісних наукових працях становить 50 - 90%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень були представлені і доповідались на V і VІІ з'їздах Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків (Рівне, 1998; Київ, 2006), Всеукраїнській науковій конференції „Шляхи підвищення ефективності використання на удобрення побічної продукції рослинництва” (Київ - Чабани, 2003), Виїзному засіданні відділення землеробства УААН (Рівне, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції „Шляхи підвищення ефективності землеробства та родючості ґрунтів” (Одеса, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції „Корми і кормовий білок” (Вінниця, 2004), Всеукраїнській науково-практичній конференції „Особливості ведення зернового господарства України залежно від кон'юктури ринку” (Київ - Чабани, 2004), Міжнародній науковій конференції „Екологія: проблеми адаптивно-ландшафтного землеробства” (Житомир, 2005), Міжнародній науково-практичній конференції „Ґрунтозахисна і біологічна системи землеробства: наукові, технологічні, технічні, екологічні і економічні аспекти їх застосування” (Київ, 2005), Всеукраїнській науково-практичній конференції „Стан земельних угідь і поліпшення їх використання” (Київ - Чабани, 2005), Науково-практичній конференції „Технології лучного і польового кормовиробництва в умовах сучасних соціально-економічних відносин на селі” (Нижні Ворота, 2005), Координаційно-методичній нараді науково-методичного центру „Агроекологія” інституту агроекології і біотехнології УААН (Київ, 2005), Міжнародній науковій конференції „Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства” (Чернівці, 2005).

Публікації за темою дисертації. Результати досліджень за темою дисертації опубліковано в 51 науковій праці, в т.ч. 26 в фахових виданнях, що затверджені ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, восьми розділів, висновків, пропозицій виробництву і додатків. Дисертацію викладено на 422 сторінках комп'ютерного тексту, містить 103 таблиці, 29 рисунків, додатків на 46 сторінках, список використаних джерел включає 487 найменувань, в т.ч. 28 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Проблеми, особливості та перспективи застосування добрив у сучасних умовах

Викладено огляд джерел літератури, в яких висвітлено теоретичні аспекти оцінки еволюційних змін родючості ґрунтів під впливом тривалого удобрення і вапнування, проблеми її відтворення за сучасних господарсько-економічних умов ведення землеробства, альтернативні способи оптимізації систем удобрення. Визначено найбільш актуальні питання із зазначеної проблеми та наведено теоретичне обґрунтування теми дисертації.

Умови та методика проведення досліджень

Дослідження проводили на землях Рівненської державної сільськогосподарської дослідної станції в 1996 - 2005 рр. у тривалих польових дослідах на домінуючих у північно-західному регіоні України дерново-підзолистому зв'язно-піщаному і темно-сірому опідзоленому легкосуглинковому ґрунтах. При підготуванні роботи теоретично узагальнено наукові дані цих стаціонарних дослідів, отримані в попередніх ротаціях сівозмін, починаючи з 1960-го року, та результати агрохімічного обстеження ґрунтів регіону за 1966 - 2001 рр.

Територія, де проводились польові дослідження, характеризувалась помірно-континентальним кліматом, за характером вологозабезпечення - це зона достатнього зволоження. Кліматична норма середньорічної температури повітря складає 7,1єС, річна норма опадів - 568 мм. За період спостережень з 1961 по 2005 рік відмічається тенденція до поступового збільшення середньорічної температури повітря та суми опадів, особливо за останніх п'ять років.

Вивчення впливу тривалого застосування різних рівнів органо-мінеральних добрив у поєднанні з вапнуванням і окремо на агрохімічні властивості дерново-підзолистого зв'язно-піщаного ґрунту, врожайність культур сівозміни і її продуктивність проводили у тривалому польовому досліді (табл. 1), закладеному у 1978 р. Н.О. Невірковець. Крім неї впродовж 1978 - 2005 рр. виконавцями досліджень були С.М. Голуб, Г.П. Мельник, М.М. Лаврук та автор. Перед закладанням досліду ґрунт характеризувався такими агрохімічними показниками орного (0 - 20 см) шару: вміст гумусу за методом Тюріна - 0,86 - 0,97%; гідролітична кислотність за методом Каппена - 22 - 24 мг-екв/кг ґрунту; рНKCl - 4,6 - 4,8; сума увібраних основ за методом Каппена - Гільковіца - 28 мг-екв/кг ґрунту; ступінь насиченості основами - 62%; вміст рухомих сполук фосфору та калію за методом Кірсанова відповідно 109 - 139 (підвищена забезпеченість) та 55 - 81 (низька і середня забезпеченість) мг/кг ґрунту.

Для вирішення поставлених завдань дослідження було зосереджено на варіантах, системи удобрення в яких були найбільш стабільними впродовж трьох ротацій сівозміни, що дало змогу оцінити зміну окремих показників упродовж тривалого періоду.

Дослід закладено у трьох полях з послідовним їх введенням у часі. Загальна площа ділянки - 198 м2, облікової - 100 м2, повторність триразова. У 2005 р. закінчилась третя ротація сівозміни. У першій і другій ротаціях дослідження проводили у восьмипільній сівозміні з таким чергуванням культур: картопля, вико-горохо-вівсяна суміш однорічних трав, жито озиме, льон-довгунець, буряки кормові, ячмінь ярий з підсівом конюшини лучної,

Таблиця 1 - Схема досліду з вивчення впливу тривалого удобрення і вапнування на продуктивність сівозміни та родючість дерново-підзолистого зв'язно-піщаного ґрунту у третій ротації, 1998-2005 рр.

* В середньому за три ротації сівозміни, 1979 - 2005 рр.

Размещено на http://allbest.ru

конюшина лучна, пшениця озима. Внаслідок виключення після другої ротації із сівозміни однорічних трав і льону-довгунця у третій ротації вона була шестипільною.

Згідно схеми досліду перед його початком проводили основне вапнування, а перед початком другої і третьої ротацій сівозмін - повторні. Норми вапна розраховували за показниками гідролітичної кислотності. Як меліорант використовували відходи Любомирського вапняно-силікатного заводу з вмістом 83 - 92% CaСО3. З органічних добрив використовували підстилковий гній, який вносили під картоплю і буряки кормові.

На темно-сірому опідзоленому легкосуглинковому ґрунті дослідження проводили у тривалому польовому досліді, закладеному в 1960 р. С.Ф. Стадником. Дослід був одночасно розгорнутий на десяти полях, де в 1960 - 2001 рр. вивчали вплив різних рівнів органо-мінеральних та органічних систем удобрення на родючість ґрунту і продуктивність польових зерно-просапних сівозмін.

Перед закладанням досліду ґрунт характеризувався такими агрохімічними показниками орного (0 - 20 см) шару: вміст гумусу за методом Тюріна становив 1,79%; рНKCl - 5,6; гідролітична кислотність за методом Каппена - 20,5 мг_екв/кг ґрунту; сума увібраних основ за методом Каппена - Гільковіца - 70 мг_екв/кг ґрунту; ступінь насиченості основами - 77,0%. Вміст елементів живлення становив: нітратного азоту - 7,4 мг/кг ґрунту; рухомих сполук фосфору за методом Кірсанова 112 мг/кг ґрунту (підвищена забезпеченість).

Наявність варіантів з вирощуванням культур впродовж 1960 - 2001 рр. без удобрення та з внесенням в середньому на 1 га сівозмінної площі N72Р64К65 + 10 т гною використана для оцінки змін агрохімічного стану ґрунту за цей період.

Восени 2001 р. у цих варіантах досліду пошарово до глибини 100 см відібрано зразки ґрунту, за результатами аналізу яких встановлено зміни гумусового стану, фізико-хімічних властивостей та поживного режиму, які відбулися за 40 років.

Після закінчення ротації шестипільної сівозміни (1996 - 2001 рр.) наступні дослідження проводили у чотирипільній, внаслідок чого вивільнилось два поля, які мали варіанти: без добрив упродовж 1960 - 2001 рр. та з внесенням на 1 га сівозмінної площі N72P64K65 + 10 т гною. На цих ділянках у двопільній ячміно-кукурудзяній сівозміні впродовж 2002 - 2005 років вивчали вплив вапнування, рослинних решток і мінеральних добрив на відновлення родючості агрохімічно деградованого ґрунту (табл. 2). У проведенні досліду брала участь Деркач Н.А.

Посівна площа елементарної ділянки в досліді - 90 м2, облікової - 50 м2, повторність триразова, розміщення варіантів - систематичне.

У варіантах, згідно схеми, перед закладанням досліду проводили вапнування ґрунту з внесенням однієї норми CaСО3, розрахованій за гідролітичною кислотністю. Рекомендовані норми добрив становили: під ячмінь - N60P60K60, під кукурудзу на зерно - N120P120K120. Розрахунок норм добрив на заплановану врожайність здійснювався щорічно розрахунково-балансовим методом з врахуванням фактичного вмісту елементів живлення у ґрунті. Фосфорні і калійні добрива у вигляді суперфосфату гранульованого та калімагнезії вносили під зяблеву оранку, азотні у вигляді аміачної селітри - весною під культивацію. Перед заробкою соломи ячменю і листостебельної маси кукурудзи в ґрунт вносили компенсаційні дози азоту.

Таблиця 2 - Схема досліду з вивчення впливу удобрення і вапнування на продуктивність культур сівозміни і відновлення родючості темно-сірого опідзоленого ґрунту, 2002-2005 рр.

Вивчення впливу мінеральної і органічних систем удобрення у сівозміні на врожайність культур, якість продукції та агрохімічні властивості темно-сірого опідзоленого легкосуглинкового ґрунту проводили впродовж 1996-2001 рр. на полях цього ж тривалого досліду після закінчення попередніх трьох ротацій сівозмін за схемою, поданою в табл. 3. Крім автора у проведенні досліджень брали участь В.В. Якубовська та М.Г. Панасюк.

Таблиця 3 - Схема досліду з вивчення ефективності мінеральної і органічних систем удобрення на темно-сірому опідзоленому легкосуглинковому ґрунті, 1996 - 2001 рр.

Загальна площа посівної ділянки в досліді - 180 м2, облікової - 100 м2, повторність триразова, розміщення варіантів - систематичне. У варіантах з використанням на удобрення соломи перед її заробкою в ґрунт додатково вносили компенсаційні дози азоту. На сидерат висівали гірчицю білу. У варіантах 1 - 4 застосовували інтегровану систему захисту від шкідників, хвороб і бур'янів. У варіанті 5 хімічні препарати використовували лише для протруювання насіння буряків цукрових, пшениці озимої і ячменю ярого, а для боротьби з колорадським жуком на картоплі застосовували бітоксибацилін.

Ефективність традиційних і адаптивних систем удобрення в короткоротаційній чотирьохпільній зерно-просапній сівозміні на темно-сірому опідзоленому легкосуглинковому ґрунті вивчали на полях стаціонарного досліду впродовж 2002 - 2005 рр. (табл. 4). Крім автора у проведенні досліджень брали участь Н.А. Деркач та М.Г. Панасюк. Загальна площа ділянки в досліді 90 м2, облікової - 50 м2, повторність триразова.

Таблиця 4 - Схема досліду з вивчення впливу традиційних і адаптивних систем удобрення на врожайність культур сівозміни і родючість темно-сірого опідзоленого легкосуглинкового ґрунту, 2002 - 2005 рр.

Органічні та фосфорні і калійні добрива у вигляді суперфосфату гранульованого і каліймагнезії вносили під оранку, а азотні - під культивацію. Для азотного підживлення застосовували аміачну селітру, яку на посівах пшениці озимої вносили напровесні, ячменю ярого - у фазу кущіння, буряків цукрових - у фазу 2 - 3 листків. Підживлення конюшини лучної проводили фосфорними і калійними добривами рано весною перед боронуванням. У варіантах з припосівним внесенням добрив у рядки використовували нітроамофоску. При застосуванні на удобрення соломи злаків перед їх заробленням у ґрунт вносили компенсаційні дози азоту. На сидерат висівали гірчицю білу.

Агротехніка вирощування культур у всіх дослідах - загальноприйнята для зони. Відбір зразків ґрунту для агрохімічного дослідження здійснювали згідно загальноприйнятих методик. Глибини відбору залежали від поставлених завдань. Для вивчення впливу тривалого застосування добрив і вапна на агрохімічні властивості ґрунтів, зразки відбирала в шарах ґрунту 0 - 20 см, 20 - 40, 40 - 60, 60 - 80 і 80 - 100 см. У короткоротаційних польових дослідах зразки ґрунту відбирали з шарів 0 - 20 і 20 - 40 см перед початком і після закінчення ротацій сівозмін. У варіантах з внесенням мінеральних добрив у нормах, розрахованих на заплановану врожайність розрахунково-балансовим методом, зразки ґрунту відбирали в шарі 0 - 20 см щорічно. Відбір зразків проводили восени в усіх варіантах дослідів у шести точках ділянки по діагоналі на кожному з трьох повторень досліду. Для визначення агрохімічних показників ґрунтів застосовували такі методи: гумус - за методом Тюріна у модифікації Сімакова; лужногідролізований азот - за методом Корнфілда; рухомі сполуки фосфору - за методом Кірсанова (ГОСТ 26207-91); фракційний склад сполук фосфору - за методом Чанга-Джексона; рухомий калій - за методом Кірсанова (ГОСТ 26207-91); фракційний склад сполук калію - за методом Пчолкіна; РНсол. - потенціометрично (ГОСТ 26483-85); гідролітична кислотність і сума увібраних основ - за методом Каппена; рухомі сполуки міді визначали за Пейве і Рінькісом у модифікації ЦІНАО (ОСТ 10 144-88); марганцю - за Пейве і Рінькісом у модифікації ЦІНАО (ОСТ 10 145-88); кобальту - за Пейве і Рінькісом у модифікації ЦІНАО (ОСТ 10 146-88); цинку - за Крупським і Алєксандровою у модифікації ЦІНАО (ОСТ 10 147-88); бору - за Бергером і Труогом у модифікації ЦІНАО (ОСТ 10 146-88); сірки - турбодиметричним методом у модифікації ЦІНАО (ГОСТ 26490-85); магнію - комплексометричним методом у модифікації ЦІНАО (ГОСТ 26487-85). Фракційно - груповий склад гумусу визначали за методом Тюріна в модифікації Пономарьова - Плотнікової; вміст колоїдних форм гумусу - за методом Лактіонова.

Для визначення чисельності мікроорганізмів в ґрунті використовували загальноприйняті методи мікробіологічних досліджень на поживних середовищах.

Вміст поживних елементів у продукції і показники її якості визначали за наступними методиками: вміст загального азоту за методом Кьєльдаля (ГОСТ 13496.4-93); загальний фосфор після мокрого озолення згідно (ГОСТ 26657-97); загальний калій після мокрого озолення на полуменовому фотометрі: білок - прискореним методом (ГОСТ 10846-91); крохмаль методом кислотного гідролізу (ГОСТ 10845-98); сахарозу методом холодної дигестії (ГОСТ 8756.13-87); нітрати за допомогою іонселективного електрода (ГОСТ 13496.19-93); натуру зерна визначали за допомогою пурки (ГОСТ 10840-64); масу 1000 зерен - згідно ГОСТ 12028-80. Лабораторні аналізи виконувались в сертифікованих лабораторіях Рівненського центру “Облдержродючість” реєстраційний № А 05-050 від 28 квітня 2005 року та лабораторії Рівненської державної сільськогосподарської дослідної станції реєстраційний № А05-145 від 6 липня 2005 року.

Збирання і облік урожаю здійснювали суцільним методом з усієї облікової площі ділянок. Зернові культури збирали комбайном, зелену масу конюшини лучної і вико-горохо-вівсяної суміші однорічних трав, коренеплоди буряків кормових і цукрових, кукурудзу на зерно - вручну. Математичну обробку отриманих результатів досліджень проводили шляхом статистичного аналізу з використанням програмних засобів Microsoft Excel.

Еволюція стану ґрунтів північно-західного регіону України

Основу земельних ресурсів регіону складають ґрунти легкого гранулометричного складу з низьким вмістом гумусу, що обумовлює їх невисоку буферну стійкість до зовнішніх впливів і швидке реагування на агрохімічні та меліоративні заходи.

Динаміка внесення добрив. У 60ті роки ХХ століття розпочалися широкомасштабні меліорації з внесенням зростаючих норм мінеральних добрив, які зумовили значні еволюційні зміни ґрунтового покриву. За відносно невисокого рівня природної родючості ґрунтів і більшій ніж в інших областях рівнинної частини України кількості опадів на північному заході забезпечується вища окупність застосування мінеральних добрив і тому хімізація землеробства здійснювалась більш високими темпами.

У другій половині 60-х років у регіоні вносили в середньому 92 кг/га діючої речовини мінеральних добрив, у тому числі: азоту - 36, фосфору - 20, калію - 36 кг/га. До 1990 р. відбулося зростання рівня їх внесення більш ніж у два рази, що у 1986 - 1990 рр. становило 208 кг/га діючої речовини, в тому числі у Волинській області - 237 кг/га, Житомирській - 155 кг/га і Рівненській - 233 кг/га. Співвідношення між макроелементами в середньому складало 1 : 0,5 : 1, що було досить близьким до потреби сільськогосподарських культур. Через економічні чинники обсяги застосування мінеральних добрив у 1991 - 2000 рр. різко зменшилися і в середньому становили 37 кг/га діючої речовини. Така ж тенденція спостерігалась із застосуванням органічних добрив: за 1970 - 1990 рр. обсяги їх внесення зросли з 8,3 до 14,1 т/га, а в 1996 - 2000 рр. зменшились до 4,3 т/га.

Еволюція агрохімічних показників. Проведення вапнування, внесення мінеральних та органічних добрив зумовило зміну агрохімічних показників ґрунту. В середньому за 1966 - 1970 рр. вміст рухомих сполук фосфору і калію в орному шарі обстежених ґрунтів регіону становив відповідно 64 і 58 мг/кг, але завдяки нарощуванню обсягів удобрення ці показники постійно зростали і в середньому за 1986 - 1990 рр. становили відповідно 124 і 97 мг/кг.

Показник реакції ґрунтового розчину змінювався меншою мірою, ніж динаміка вмісту рухомих форм поживних елементів. В цілому по регіону показник рНсол. зріс з 5,6 у 1966 - 1970 рр. до 5,9 у 1976 - 1980 рр. і знаходився в межах 5,9 - 6,0 до 2000 року.

Динаміка продуктивності ґрунтів. Через низьку природну родючість і буферність, для ґрунтів північно-західного регіону характерна тісна залежність продуктивності сільськогосподарських культур від обсягів застосування добрив. В періоди недостатнього внесення добрив врожайність зернових культур становила 1,85-1,89 т/га, а за зростання обсягів їх застосування в 1986 - 1990 рр., коли в середньому на 1 га ріллі вносили 208 кг діючої речовини NРК та 14 т гною, вона зросла до 2,79 т/га, тобто в 1,5 рази. За нашими даними врожайність зернових культур знаходилась у прямій кореляційній залежності від внесених у ґрунт поживних речовин з мінеральними та органічними добривами, коефіцієнт кореляції відповідно становив 0,80 та 0,89 (рис.1). Разом з тим за співставлення динаміки врожайності зернових культур і окремих агрохімічних показників не виявлено тісної кореляційної залежності між цими факторами, зокрема між вмістом в ґрунті Р2О5 і урожайністю коефіцієнт кореляції становив 0,55, для К2О - 0,60, для рН - 0,29, що спонукає до більш глибокого вивчення причин такого явища.

Вдосконалення методики агроекологічного моніторингу ґрунтів

Співставлення динаміки застосування добрив і хімічних меліорантів з еволюційними змінами агрохімічних показників ґрунтів показало, що зменшення обсягів вапнування кислих ґрунтів і внесення добрив упродовж 1990 - 2000 рр. у 6 - 8 разів не супроводжувалося адекватними змінами агрохімічних показників ґрунтів. За даними агроекологічного моніторингу ґрунтів це не призвело порівняно з 1986 - 1990 рр. до зниження вмісту рухомих сполук фосфору і калію та показника рН, що свідчить про недосконалість методики оцінки змін у ґрунтах. Тому автором спільно з спеціалістами Рівненського центру "Облдержродючість" апробовано і в значній частині запроваджено нові методичні підходи проведення агроекологічного моніторингу.

Нові методичні підходи порівняльної оцінки агрохімічного стану ґрунтів. Наукова експертиза традиційної методики визначення часових змін агрохімічного стану ґрунтів показала, що вона не враховує різниці в площах обстежених угідь у турах, що порівнюються, які в сучасних умовах постійно зменшуються через вилучення з використання низькопродуктивних земель. Внаслідок цього для порівняння використовуються середньозважені показники, які характеризують різні площі сільськогосподарських угідь, тобто порушується принцип єдиної різниці.

Для виправлення вказаного недоліку нами запропоновано використовувати для порівняння показники лише з тих площ, які обстежувались в обох турах. На прикладі дослідного господарства „Городецьке” видно, що за такого підходу зміни в показниках значно істотніші, ніж за традиційного (табл. 5).

Таблиця 5 - Порівняльна оцінка різних методів визначення часових змін

показників родючості ґрунтів дослідного господарства „Городецьке”

Створення автоматизованої системи управління базами агрохімічних даних. Розвиток комп'ютерних і геоінформаційних технологій створив передумови для їх широкого застосування в процесі агроекологічного моніторингу. Автоматизована система управління комп'ютерними базами даних з узагальнення результатів агрохімічного моніторингу дозволяє зберігати в пам'яті комп'ютера всю інформацію про стан родючості ґрунтів за всі тури агрохімічного обстеження, починаючи з 1966 року, в автоматизованому режимі узагальнювати її і використовувати для оцінки стану ґрунтів, розроблення проектно-кошторисної документації та інших розрахунків.

Виготовлення цифрових картограм. Традиційно агрохімічні картограми та агрохімічні паспорти полів виготовлялися вручну. Для автоматизації цього процесу запропоновано технологію виготовлення цифрових карт сільгосппідприємств, що в поєднанні із створеною комп'ютерною базою агрохімічних даних дозволяє виготовляти в автоматичному режимі картограми кислотності ґрунтів, вмісту в них гумусу, елементів живлення, радіонуклідів і токсикантів.

Використання радіонавігаційного обладнання в процесі агроекологічного моніторингу. Внаслідок земельної реформи часто відбувається перерозподіл землі між суб'єктами господарювання, що супроводжується зміною нарізки полів, їх конфігурації і меж господарських формувань. Це в комплексі надзвичайно ускладнює встановлення меж полів і сівозмін у процесі агроекологічного моніторингу і негативно відображається на його достовірності. Вирішення цієї проблеми забезпечує застосування в процесі агроекологічного моніторингу ґрунтів ГІС технологій, які дозволяють провести координатну прив'язку полів, елементарних ділянок, маршрутних ходів по полях і місць відбору зразків та використання GPS-приладів для їх визначення на місцевості.

Враховуючи наявність в системі геокадастру координатно прив'язаних меж земельних паїв, використання запропонованої методики дає можливість проводити відбір ґрунтових зразків таким чином, щоб за необхідності контролювати стан родючості ґрунтів на кожному земельному паї.

Адаптація методики агроекологічного моніторингу до вимог точного землеробства. Проведення агроекологічного моніторингу за вдосконаленою методикою також дозволяє вирішити одну із складних проблем точного землеробства - забезпечує інформацією про стан ґрунту на кожній ділянці поля з точно визначеними координатами. Наявність таких даних дає можливість за технологією точного землеробства вносити хімічні меліоранти, органічні і всі види мінеральних добрив, що значно підвищує їх ефективність і дозволяє зменшувати строкатість в родючості різних ділянок поля.

Вплив тривалого застосування добрив і вапнування на стан ґрунтів та продуктивність сівозмін

В системі моніторингу ґрунтового покриву крім базового агроекологічного моніторингу дуже цінними є спостереження в тривалих польових дослідах, результати яких дозволяють більш точно встановити параметри зміни агрохімічних показників ґрунтів залежно від удобрення та вапнування і є основним джерелом вихідних даних для оптимізації удобрення, прогнозування агроекологічного стану і продуктивності ґрунтів.

Вміст гумусу, фосфатний і калійний режими дерново-підзолистого ґрунту. Оцінка змін агрохімічних показників дерново-підзолистого ґрунту внаслідок застосування добрив протягом трьох ротацій сівозміни (1979 - 2005 рр.) за різних систем удобрення і вапнування показала, що фонове внесення на 1 га сівозміни 17 т гною покращує його гумусний стан за всіх систем удобрення, але найбільшому зростанню вмісту гумусу за три ротації сівозміни - з 0,86 до 1,21% сприяла органо-мінеральна система удобрення з внесенням 17 т/га гною на фоні Н58Р69К75 в поєднанні з вапнуванням (табл. 6).

Внесення на фоні гною N58Р69К75 і N96Р115К125 обумовило збільшення вмісту рухомих сполук фосфору відповідно в 1,9 - 2,0 і 2,5 - 2,6 рази, а забезпеченість ними ґрунту зросла з підвищеної до високої і дуже високої. Відбулися істотні зміни і у фракційному складі фосфору. Якщо на фоні гною органічні фосфати переважали перед мінеральними, то за органо-мінеральної системи удобрення, навпаки, більшою була частка мінеральних. Вапнування сприяло збільшенню вмісту органічних фосфатів, а на загальний вміст мінеральних сполук фосфору практично не вплинуло, хоч і збільшило, за рахунок залишкового фосфору ґрунту, питому вагу Са_фосфатів. Одинарна і підвищена норми мінеральних добрив сприяли збільшенню за рахунок алюмофосфатів вмісту мінерального фосфору в 1,7 - 2,1 раза.

Таблиця 6 - Вплив тривалого застосування різних систем удобрення і вапнування на агрохімічні показники дерново-підзолистого зв'язно-піщаного ґрунту, 1979 - 2005 рр.

Під впливом тривалого застосування на фоні гною мінеральних добрив значно змінився і калійний режим дерново-підзолистого ґрунту. Вміст рухомого калію за внесення на 1 га сівозміни 17 т гною зменшився з 77 до 63 мг/кг ґрунту. Застосування на фоні гною N58Р69К75 і N88Р105К112 сприяло зростанню його вмісту на 6 - 20 і 72 - 80% відповідно. Крім обмінного, відмічено зростання на 30 - 47% вмісту водорозчинного калію. Вапнування сприяло збільшенню вмісту цих форм калію на 3-8%. Незважаючи на це, забезпеченість дерново-підзолистого ґрунту рухомими формами калію залишилась середньою.

Вміст рухомих сполук сірки, магнію і мікроелементів у дерново-підзолистому ґрунті. Світовою і вітчизняною наукою переконливо доказана неспроможність спрощених підходів до управління поживним режимом ґрунтів, коли до уваги приймається лише забезпеченість азотом, фосфором і калієм. Результати наших досліджень показали, що застосування на фоні гною N58Р69К75 і N96Р115К125 сприяло збільшенню вмісту в ґрунті рухомих сполук сірки і магнію, що зумовлено насамперед їх надходженням в ґрунт з суперфосфатом і калімагнезією, а також мікроелементів, головним чином у зв'язку з підкисленням ґрунту. Завдяки вапнуванню спостерігалось незначне зростання вмісту магнію, однак вміст сірки і мікроелементів зменшувався як через збільшення їх виносу більш високими врожаями культур сівозміни, так і через зниження їх рухливості (табл. 7).

Після закінчення третьої ротації сівозміни ґрунт, особливо на ділянках з вапнуванням, характеризувався низькою і дуже низькою забезпеченістю магнієм, сіркою, бором, цинком і міддю, що в поєднанні з середньою забезпеченістю калієм ймовірно є одним з основних факторів, який стримує зростання продуктивності сівозміни.

Таблиця 7 - Вплив тривалого застосування різних систем удобрення і вапнування на вміст рухомих сполук сірки, магнію і мікроелементів

у дерново-підзолистому зв'язно-піщаному ґрунті, 1979 - 2005 рр., мг/кг

Зміна фізико-хімічних показників дерново-підзолистого зв'язно-піщаного ґрунту. Застосування заходів з інтенсифікації технологій вирощування сільськогосподарських культур, як правило, є неефективним на ґрунтах з кислою реакцією ґрунтового розчину. Отримані експериментальні дані свідчать про те, що за тривалого застосування агрохімікатів як за органічної, так і органо-мінеральної систем удобрення в сівозміні відбувається підкислення дерново-підзолистого ґрунту. Найбільш істотне підвищення кислотності ґрунту - з 4,7 до 4,4 одиниць рНсол. відмічено у варіанті з внесенням на 1 га сівозмінної площі N96Р115К125 + 17 т гною (табл. 8).

Таблиця 8 - Зміна фізико-хімічних показників орного шару (0_20 см) дерново-підзолистого зв'язно-піщаного ґрунту під впливом тривалого удобрення і вапнування, 1979-2005 рр.

Основне і повторні вапнування ґрунту однією нормою вапна за гідролітичною кислотністю, проведені перед початком ротацій сівозмін, дозволяють підтримувати фізико-хімічні показники ґрунту в сприятливому інтервалі впродовж 6 - 8 років. Після закінчення третьої ротації сівозміни реакція ґрунтового розчину у варіантах з вапнуванням і внесенням на фоні гною N58Р69К75 і N96Р115К125 становила відповідно 5,8 і 5,6 значень рН. Різниця в показниках обумовлена насамперед підкислюючою дією підвищеної норми мінеральних добрив.

Гідролітична кислотність змінювалась за варіантами досліду за такою ж закономірністю, як і обмінна. Вапнування зменшувало її в 1,4 - 2,0 рази.

Без вапнування ґрунту вміст рухомого алюмінію за органічної системи удобрення мав тенденцію до зниження, а за органо-мінеральної з одинарною (N58Р69К75) і підвищеною (N96Р115К125) нормами мінеральних добрив зростав відповідно з 18,1 до 19,9 і з 14,8 до 25,5 мг-екв./кг ґрунту. Вапнування ґрунту на фоні гною та внесення N58Р69К75 і N96Р115К125 сприяло зменшенню його вмісту відповідно в 3,9 і 4,6 рази.

Урожайність культур сівозміни і її продуктивність на дерново-підзолистому зв'язно-піщаному ґрунті. Вивчення впродовж 1979 - 2005 рр. динаміки врожайності культур сівозміни показало, що у таких культур як картопля, ячмінь ярий і жито озиме вона була стабільною в часі. Найбільш продуктивні культури сівозміни - конюшина і буряки кормові знижували врожайність і лише пшениця озима її нарощувала. Крім того, отримані дані свідчать, що простим підвищенням норм удобрення не завжди можна досягти зростання врожайності. На них реагували лише картопля, пшениця озима і буряки кормові.

Встановлено, що дерново-підзолисті зв'язно-піщані ґрунти не потребують тривалого періоду окультурення. Досягнуті вже в першій ротації, залежно від систем удобрення, рівні продуктивності в наступних ротаціях не зростали, а в окремих варіантах знижувались. Впродовж трьох ротацій найбільший вихід зернових одиниць з 1 га сівозміни, на рівні 5,1 - 5,8 т, отримано за внесення на фоні 17 т гною N58Р69К75 і N96Р115К125 в поєднанні з вапнуванням (рис. 2).

Зміна агрохімічних показників темно-сірого опідзоленого легкосуглинкового ґрунту залежно від удобрення. Порівняльна оцінка зміни кількісних і якісних параметрів агрохімічних показників двох ділянок темно-сірого опідзоленого ґрунту, на одній з яких упродовж 1960 - 2001 рр. культури сівозміни вирощувались без добрив, а на іншій із внесенням в середньому за цей період у розрахунку на 1 га сівозмінної площі N72Р64К65 + 10 т гною показала, що у варіанті без удобрення за 40 років вміст гумусу порівняно з початковим зменшився з 1,79 до 1,53%, або на 15% (табл. 9). Внесення в середньому за цей період на 1 га сівозмінної площі N72Р64К65 + 10 т гною не забезпечило розширеного відтворення вмісту гумусу.

На ділянці з удобренням вміст лужногідролізованого азоту становив 136 мг/кг ґрунту, що на 22% більше порівняно з варіантом без добрив, а вміст рухомих сполук фосфору зменшився з 112 до 100 мг/кг ґрунту, або лише на 11%, що в певній мірі обумовлено підвищенням рухливості фосфатів внаслідок підкислення ґрунту. За внесення на 1 га сівозміни N72Р64К65 + 10 т гною вміст рухомих сполук Р2О5 в ґрунті зріс в 1,9 рази.

Вміст рухомих форм калію за тривалого вирощування сільськогосподарських культур без удобрення зменшився на 22%. Застосування добрив у рекомендованих нормах лише підтримувало вміст калію на початковому рівні.

Встановлено, що незалежно від удобрення тривале використання в обробітку темно-сірого опідзоленого ґрунту в умовах північно-західного регіону України обумовлює істотне погіршення його фізико-хімічних показників. У варіантах без добрив і з внесенням N72Р64К65 + 10 т гною показник рНсол. ґрунту змінився з 5,6 до відповідно 4,6 і 4,5; гідролітична кислотність підвищувалась з 20,5 до відповідно 33,9 і 40,7 мг-екв./кг ґрунту; насиченість основами знизилась з 76 до відповідно 62 і 54%.

Таблиця 9 - Зміна агрохімічних показників темно-сірого опідзоленого легкосуглинкового ґрунту залежно від удобрення, 1960-2001 рр.

В темно-сірому опідзоленому ґрунті без удобрення відмічено різкі зміни у фракційному складі фосфору. Зокрема, порівняно з окультуреним ґрунтом, вміст органічного фосфору в ньому зменшився на 38%, алюмофосфатів - у 2,7 рази, залізофосфатів - на 19%, кальційфосфатів - на 11%. Тобто отримані дані свідчать, що за відсутності удобрення живлення рослин фосфором відбувається переважно за рахунок імобілізації органічних і алюмофосфатів

За вирощування впродовж 40 років культур сівозміни без удобрення також відбулося погіршення калійного режиму ґрунту. Порівняно з удобреним фоном ґрунт містив у 1,5 раза менше водорозчинного калію.

Відновлення родючості деградованих ґрунтів

Оптимізація агрохімічних показників ґрунту. Враховуючи наявність значної кількості деградованих ґрунтів надзвичайно актуальним є удосконалення технологій їх відновлення, виходячи з наявного ресурсного забезпечення. Комплексне застосування впродовж 2002 - 2005 років у двопільній ячмінно-кукурудзяній сівозміні заходів з відновлення родючості темно-сірого опідзоленого ґрунту (вапнування, заробка в ґрунт соломи і стебел кукурудзи в поєднанні з мінеральними добривами) сприяло підвищенню в деградованому і окультуреному ґрунтах вмісту гумусу відповідно на 4-7% і 3-6%, лужногідролізованого азоту відповідно на 19-62 і 9-25%, рухомих сполук фосфору відповідно на 18-78 і 21-41%, рухомих форм калію відповідно на 33-84 і 10-103% та оптимізації його фізико-хімічних власт...