Наукове обґрунтування способів регулювання шкодочинності бур’янів в агроценозах зернових і олійних культур степової зони України

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Розробка цілісної системи боротьби з бур'янами - це важливий етап ефективного використання виробничих ресурсів та біологічного потенціалу нових сортів і гібридів, розширення впровадження ґрунтозахисних технологій вирощування зернових та олійних культур.

В значній мірі свідоцтвом недостатнього рівня такої системи є втрата стабільності виробництва зерна за останнє 20-річчя. Так, в середньому за період 1986-1990 рр. щорічні валові збори зерна в Україні становили 45 млн. т, а в наступні роки амплітуда коливань виробництва знаходилась в межах від 23 до 38 млн. т.

Така статистична характеристика виробництва базової рослинницької продукції стала результатом не тільки погіршення матеріально-технічного забезпечення сільського господарства, але й недостатньою науковою розробленістю необхідних заходів боротьби з бур'янами в сучасних технологіях вирощування сільськогосподарських культур. Сьогодні в ресурсному арсеналі знарядь для ґрунтозахисного обробітку багато якісно різних технічних рішень, а для знищення бур'янів на посівах рекомендовано 54 гербіциди під кукурудзу, 68 під озиму пшеницю і 38 під соняшник. Сортовий склад вирощуваних культур ще більший і згідно з Реєстром сортів рослин за 2005 р. включає 260 гібридів кукурудзи, 36 соняшника і 78 сортів озимої пшениці. Наведені виробничі ресурси потребують цілеспрямованого упорядкування їх господарської доцільності і наукового визначення шляхів найбільш ефективного використання.

Цільовий характер заходів в боротьбі з бур'янами слід розглядати як один з елементів точного землеробства.

На теоретичному рівні набули актуальності методичні питання, які сприяють розширенню можливостей наукового дослідження зростаючого асортименту засобів виробництва.

Дисертаційна робота присвячена розробці наукових проблем оптимізації заходів щодо створення сприятливих режимів ґрунтів та підвищенню продуктивності агроценозів шляхом посилення їх конкурентноздатності в різних системах землеробства, встановленню закономірностей формування фітоценозів бур'янів, регулюванню фітотоксичного режиму хімічного способу боротьби з ними при складному ступені засміченості зернових і олійних культур.

Мета і завдання дослідження. За мету досліджень ставилось обмеження розповсюдження і шкодочинності бур'янів системними заходами в агроценозах зернових та олійних культур в Степу, спираючись на нові способи обробітку ґрунту, адаптовані до типу забур'яненості гербіциди і агротехнічні заходи догляду за посівами, з врахуванням особливостей конкурентних відносин в посівах різної фітоценотичної стійкості та забезпечити умови для підвищення врожайності сільськогосподарських культур і ефективності виробництва.

Для досягнення поставленої мети ставились наступні завдання:

- встановити пошаровий рівень концентрації насіння і особливості формування фітоценозу бур'янів на різних видах консервуючого обробітку ґрунту;

- виявити вплив рослинних рештків на формування агрофізичного стану ґрунту та ефективність гербіцидів на темпи росту і розвитку кукурудзи;

- розробити принципи оцінки водоспоживання засміченими агроценозами та виносу основних поживних речовин компонентами біоценозу в залежності від фітозахисної ефективності систем боротьби з бур'янами;

- визначити критичні періоди конкурентних відносин в агроценозах на основі статистичного моделювання динаміки регресії при різному ступені засміченості посівів і тривалості антагоністичного взаємовпливу культур і бур'янів;

- встановити зміну видової структури фітоценозу бур'янів, його фітотоксичну резистентність та напрямки конструктивної трансформації під впливом систем і елементів землеробства в розрізі історичного періоду;

- розробити технологічні регламенти застосування нових формуляцій гербіцидів в посівах кукурудзи, соняшника, сої, озимої пшениці і визначити індивідуальну токсичність проти бур'янів степового екотипу;

- визначити роль заходів боротьби з бур'янами і ступеня засміченості посівів в біоенергетичному кругообізі, що включає виробничі ресурси та природний потенціал фізіологічно активної радіації і енергетичних запасів ґрунту;

- встановити рівень виробничих витрат та економічної ефективності заходів боротьби з бур'янами в залежності від культури, ступеня і типу засміченості та фітотоксичності гербіцидів.

1. Огляд літератури

У розділі надається аналіз літературних джерел щодо підвищення ефективності засобів регулювання шкодочинності бур'янів, системного впливу сівозмінного фактору та способів обробітку на формування фітоценозів бур'янів, особливості фітотоксичної дії гербіцидів на окремі біогрупи і види бур'янів, а також закономірності конкурентних відносин в агроценозах та їх зв'язок з продуктивністю зернових і олійних культур.

Визначено, що формування ступеня і типу засміченості посівів сільськогосподарських культур є процесом багатосторонньої залежності від способів обробітку ґрунту, їх конкурентоспроможності, фітотоксичності і вибірковості дії гербіцидів.

Специфічність ґрунтово-кліматичних умов та різноманіття способів обробітку ґрунту і фітотоксичних характеристик обумовлює неоднозначні результати досліджень, що потребує проведення спрямованої адаптації окремих засобів контролю бур'янів до умов середовища. Встановлено, що агрофізичні властивості ґрунтів і структура фітоценозів бур'янів в посівах перебувають у стані мінливості, яка вимагає постійного корегування систем землеробства і значення окремих агроприйомів. Одержано докази можливості розширення впровадження ґрунтозахисних методів ведення землеробства за рахунок вдосконалення цільового підходу до застосування гербіцидів.

Аналіз підтвердив необхідність проведення досліджень по кожному з вказаних напрямків та розробки системи боротьби з бур'янами на базі нових агротехнічних та хімічних прийомів.

2. Умови і методика проведення досліджень

Основна частина польових експериментів за темою дисертації виконувалась в мережі дослідних станцій Інституту зернового господарства УААН (дослідному господарстві „Дніпро”, на Ерастівській, Красноградській та Ізмаїльській дослідних станціях) та аграрному товарному підприємстві „Первомайське” Синельниківського району Дніпропетровської області. За ґрунтово-кліматичною класифікацією території експериментальної бази проведених досліджень відносяться до північного та південно-західного Степу України, і за комплексом агрокліматичних умов відповідають їх типовим характеристикам.

Ґрунтовий покрив дослідних ділянок представлений в основному чорноземом звичайним мало гумусовим з потужністю гумусового горизонту 75-85 см. Гумусу в орному шарі - 3,8-4,5%, азоту, що легко гідролізується (за Тюриним) - 2,9-5,2, рухомого фосфору (за Чириковим) - 12,7-13,5 і обмінного калію (за Бровкиною) - 18,9-25,8 мг на 100 г сухого ґрунту. Реакція ґрунтового розчину нейтральна, рН водної витяжки коливається в межах 6-7. Об'ємна маса ґрунту в непорушеному стані в орному шарі у весняний період знаходиться в межах 1,05-1,15 г/см3.

Найменша вологоємкість по профілю до 150 см коливається в межах від 22,1 до 27,0%. При вологості ґрунту, яка відповідає найменшій вологоємкості в 0-150 см шарі запаси вологи становлять 467,9 мм. Враховуючи вологість стійкого в'янення, непродуктивна частина вологи становить в цьому шарі ґрунту - 210,7 мм, а доступні для сільськогосподарських культур запаси досягають 257,2 мм. Ґрунтові води залягають на глибині 12 м.

Основним обмежувальним фактором серед кліматичних умов залишається низький гідротермічний коефіцієнт (0,6-0,8) який формується як результат хронічного дефіциту вологозабезпечення. Лише в окремі роки в гідротермічному балансі проявляється недостатня сума ефективних температур. Середня багаторічна сума опадів в північному Степу знаходиться в межах 485-520 мм і близько 2/3 їх припадає на теплий період. Середньорічна температура становить 8,4С при - 4-8С в січні на 21-23С в липні. Період активних температур триває 200-300 днів.

Агрометеорологічне значення погодних умов в роки проведення досліджень відрізняється в більш значній мірі, ніж середньобагаторічні показники окремих регіонів. За роки досліджень половина (1991, 1995, 1996, 1997, 2000, 2001, 2002) перевищувала за кількістю опадів багаторічну норму. При цьому екстремальне перевищення, більш ніж в 1,5 рази, спостерігалося в 1996, 2000, 2001 роках, а недобір опадів більше 25% в 1986, 1998, 1999 рр. Закономірність динаміки температур полягала в тому, що теплозабезпеченість синхронно зростала при знижені кількості опадів.

Закладку і проведення польових дослідів проводили у відповідності з прийнятими методиками (1979, 1980). При виконанні фітоценотичних досліджень і визначенні ефективності заходів боротьби з бур'янами керувалися спеціальними методичними розробками (1969, 1974, 2001). Схеми досліджень наведені в розділах дисертації, в яких розкривається фізичний зміст варіантів. Площа облікових частин ділянок в залежності від завдань, організаційно-технічних параметрів та вимог статистичного обробітку результатів знаходилась в межах 25-150 м2. Дози гербіцидів вказані за препаративною формою, Технологічні процеси вирощування зернових і олійних культур відповідали затвердженим зональним рекомендаціям.

Кількісно-видовий облік бур'янів проводили у фазі розвитку озимої пшениці, кукурудзи, соняшника і сої, які найточніше відображають критичні етапи конкурентних відносин в агроценозі. При проведені останнього обліку бур'яни зважували в сирому та повітряно-сухому стані. Для визначення критичних періодів конкурентних відносин, облік маси бур'янів проводився по кожному виду окремо з відбором середньої проби для агрохімічного аналізу. Потенційну засміченість контролювали в орному шарі ґрунту за допомогою бура конструкції ВНДІ кукурудзи. Зустрічність бур'янів визначали за методикою Раункієра.

З метою всебічної оцінки явищ і процесів проводили фенологічні спостереження, визначення щільності, об'ємної маси і структурно-агрегатного складу ґрунту; проективного покриття поверхні ділянок органічними рештками культур; вмісту у ґрунті нітратного азоту, рухомого фосфору та обмінного калію; якісних показників зерна; моделювання корелятивних зв'язків; фазової динаміки конкурентних відносин і еволюційної мінливості фітоценозів бур'янів; економічний та біоенергетичний аналіз технологічних прийомів і складових частин агроценозів.

Достовірність і об'єктивність одержаних результатів досліджень визначали методами статистичного аналізу (1979) та за допомогою комп'ютерної програми „Statistica 5,0”.

3. Вплив сівозмінного фактору та систем обробітку ґрунту на формування фітоценозу бур'янів

Проведені дослідження з питань впливу сівозміни та основного обробітку ґрунту показали, що системні заходи землеробства виступають базовим фактором формування ступеня і типу засміченості. Встановлено, що найбільш радикальним заходом зниження засміченості при освоєнні ґрунтозахисного обробітку ґрунту в п'ятипільній сівозміні (чорний пар - озима пшениця - кукурудза на зерно - ярий ячмінь - соняшник) залишається чорний пар. При проведенні різноглибинної полицевої оранки та чизельного обробітку в пару проростало 52,6-67,3% бур'янів від загальної їх кількості за ротацію сівозміни (рис. 1). При значно вищій засміченості в результаті консервую чого обробітку (993,2 шт./м2) порівняно з полицевою оранкою (478,5 шт./м2) завдяки чорному пару в наступних полях ступінь засміченості вирівнювався. В посівах культур сівозміни на фоні оранки проростало 242,5 шт./м2, а чизельного обробітку 259,8 шт./м2.

Як виявилося, найбільша потенційна небезпека зростання ступеня засміченості спостерігалася в посівах просапних культур (кукурудза, соняшник), де щільність бур'янів становила 180,2-186,6 шт./м2.

Способи основного обробітку ґрунту виявилися причиною трансформації структурно-видового складу фітоценозів бур'янів. Одним з елементів зміни складу бур'янів при проведенні системного консервуючого обробітку ґрунту стало зростання ролі як ценотичноутворюючого фактору однорічних двосім'ядольних та зимуючих і дворічних їх видів. При цьому на фоні чизельного основного обробітку ґрунту спостерігалося більш значне розповсюдження важковикорінюваних коренепаросткових бур'янів, сумарна кількість яких в сівозміні досягла 19,5 шт./м2 проти 11,2 шт./м2 при полицевій оранці.

Як важливу закономірність слід відзначити звуження видового різноманіття бур'янів протягом ротації сівозміни з 29-34 до 25-27 видів.

Враховуючи пропорційну залежність ступеня засміченості посівів від запасів насіння бур'янів у ґрунті встановлено особливості пошарової їх концентрації в оброблюваному шарі. Доведено, що при проведенні безполицевого обробітку ґрунту під кукурудзу в ланці сівозміни „чорний пар - озима пшениця - кукурудза” потенційна засміченість шару ґрунту 0-10 см становить 35 млн. га, в той час як на полицевій оранці 46 млн. га. Механізми міграції насіння бур'янів в ланці сівозміни „кукурудза молочно-воскової стиглості - озима пшениця - кукурудза на зерно” привели до зворотного результату: найбільш активний 0-10 см шар ґрунту при сівбі кукурудзи на зерно містив 57 млн. га, що на 42 млн. га більше, ніж на оранці. Встановлені закономірності механізмів профільної міграції насіння бур'янів у ґрунті дозволять ефективно управляти процесами зниження ступеня засміченості.

Про консервативність потенційної засміченості та її уповільнену мінливість свідчать експериментальні дані, одержані при беззмінному вирощуванні кукурудзи протягом 3-х років на фоні різних способів основного обробітку ґрунту (табл. 1).

За умов застосування хімічного і агротехнічного способів боротьби з бур'янами в посівах кукурудзи, глибока оранка, плуг Мальцева, протиерозійний культиватор КПЕ-3,8 та нульовий основний обробіток ґрунту забезпечували зниження потенційної засміченості шару 0-30 см на 22,0-29,4%. При цьому не спостерігалося чіткого розмежування за рівнем очисної ефективності між способами обробітку ґрунту. Завдяки інтенсивному протибур'яневому комплексу на всіх етапах їх розвитку аналогічна тенденція до зниження потенційної засміченості зберігалася в активній зоні проростання бур'янів (0-10 см). Проте, темпи зниження потенційної засміченості на фоні безполицевих видів обробітку ґрунту, які становили за трирічний цикл 7-14 млн. га, не забезпечували досягнення мінімального рівня запасів насіння бур'янів (33 млн. га), що склався за підсумком на полицевій оранці.

Таблиця 1. Вплив беззмінного вирощування кукурудзи і способів обробітку ґрунту на потенційну засміченість, млн. шт./га

Одержана експериментальна аргументація засвідчує, що покращання фітосанітарного рівня при освоєнні ґрунтозахисних способів основного обробітку ґрунту потребує більш тривалого часу, ніж при проведенні традиційної оранки.

Вирішальним фактором в балансі кругообігу насіння бур'янів є ступінь засміченості посівів, який визначає рівень плодючості однорічних бур'янів і надходження його в ґрунт. Досягнення абсолютної відсутності бур'янів в посівах кукурудзи дозволяє знизити потенційну засміченість за вегетацію на 50,2 млн. га, або 32,5%, а при відсутності заходів догляду за посівами вона зростала на 119,1 млн. га, або 77,2%. Фітотоксичне пригнічення насіннєвої продуктивності бур'янів в результаті внесення ґрунтового гербіциду харнес 2,5 л/га сприяло зниженню потенційної засміченості на 28,4 млн. га, або 18,4%. Виходячи з перевищення темпів поповнення запасів насіння бур'янів, за рахунок їх щорічного продукування, над зниженням вихідних показників, головна роль в системі підвищення фітосанітарних стандартів повинна належати прийомам знищення нових генерацій бур'янів.

4. Зміна агрофізичних та фізико-механічних властивостей ґрунту і його фітосанітарного стану під впливом способів обробітку ґрунту

Проведені дослідження показали, що ступінь мінімалізації основного обробітку має інтегральну залежність від якості попередників, можливості чорноземів підтримувати оптимальні агрофізичні властивості для росту і розвитку кукурудзи та впливу агроприйомів на ступінь забур'яненості посівів.

Експериментально доведено принципове наукове положення про неоднозначність впливу способів обробітку ґрунту на урожайність кукурудзи в залежності від факторів, які формуються під впливом комплексу інших прийомів системи землеробства.

Поряд з ґрунтозахисним значенням рослинних решток встановлена негативна їх дія, яка проявляється через якість сівби, мікробіологічний фон та баланс поживних речовин. За відсутності рослинних решток озимої пшениці, яка досягалась шляхом їх вилучення з поля та спалювання, врожайність зерна кукурудзи при проведенні безполицевого глибокого обробітку ґрунту була на 1,9-3,4 ц/га вищою, ніж при наявності на поверхні поля 1,74 т/га органічної маси попередньої культури.

Вологорегулююча дія безполицевого обробітку ґрунту практично не залежала від ступеня мульчування. Запаси продуктивної вологи в 0-150 см шарі ґрунту знаходилися при наявності та видаленні рослинної органіки в межах 208-210 мм. Наведені результати свідчать про пріоритетність для водорегулювання агрофізичного стану чорнозему, який формується внаслідок способу механічної дії на ґрунт знарядь обробітку.

При поглибленні мінімалізації від полицевої оранки до нульового основного обробітку та від тимчасового впровадження мінімальних способів в сівозміні до беззмінного протягом 3-х років проявилися тенденції, які свідчать про недостатні природні ресурси чорноземів щодо здатності підтримувати оптимальні агрофізичні показники на основі саморегулювання.

Характеристика водно-фізичних властивостей чорнозему при одноразовому застосуванні таких способів основного обробітку як глибока полицева оранка, безполицеве розпушення на глибину 27-30 см та 12-14 см і нульовий засвідчила різний рівень вологозабезпеченості, щільності ґрунту і ступеня засміченості, які за сумою взаємодії приводили до зниження урожайності кукурудзи по мірі зниження інтенсивності обробітку. Сутність динаміки агрофізичних та фітосанітарних факторів проявилась на прикладі порівняння глибокого безполицевого розпушення і нульового основного обробітку ґрунту. Збільшення щільності ґрунту з 12,2 до 16,7 кг/см2 та ступеня засміченості посівів з 81,6 до 96,8 шт./м2, а також зниження продуктивних запасів вологи в 0-150 см шарі з 199 до 181 мм на фоні останнього стали причиною зменшення врожайності зерна кукурудзи на 0,29 т/га, або 4,9%.

Діапазон відновлювальних властивостей чорнозему важкосуглинкового виявився недостатнім для того, щоб підтримувати оптимальні агрофізичні показники при беззмінній мінімалізації основного обробітку ґрунту протягом 3 років. Фактор тривалості впровадження мілкого та нульового обробітку ґрунту в беззмінних посівах кукурудзи виявився важливим елементом регулювання агрофізичного стану чорнозему звичайного та зернової продуктивності кукурудзи.

Недостатня вологонакопичувальна здатність чорнозему при нульовому основному обробітку ґрунту привела до зниження вмісту продуктивної вологи на 16 мм відносно полицевої оранки, а також до більш суттєвого ущільнення ріллі, яке супроводжувалось зростанням твердості 0-30 см шару на 6,2 кг/см2 (табл. 2).

Таблиця 2. Вплив беззмінного застосування різних способів обробітку ґрунту на врожайність кукурудзи, 1986-1988 рр.

Окремі проблеми в ґрунті виникли у зв'язку із зростанням накопичення неакумульованої до гумусового стану органічної маси на поверхні поля. Кількість рослинних рештків на фоні нульового основного обробітку була вищою на 1,53 т/га порівняно з глибоким безполицевим розпушенням.

Посилювалася потенційна загроза втрати урожаю в результаті збільшення ступеня засміченості, який досягав на фоні відсутності догляду за посівами кукурудзи 114,1 шт./м2 проти 57,8 шт./м2 на полицевій оранці. Відмова від активного розпушення і заміна його на мілкий безполицевий та нульовий основний обробіток супроводжувалась зниженням врожайності зерна кукурудзи на 0,67-0,90 т/га.

В мілкоділянковому досліді розкриті стабільні закономірності зміни фізико-механічних властивостей чорнозему протягом вегетації кукурудзи в залежності від інтенсивності ущільнюючої дії ходових частин сільськогосподарської техніки. Моделювання процесів регулювання фізико-механічного стану ґрунту показало, що проведення механізованих операцій вирощування кукурудзи на фоні нульового основного обробітку ґрунту, починаючи з фази 6-7 листка до збирання врожаю, призводить до перевищення оптимальних показників щільності і досягає 24,2-39,3 кг/см2. Відсутність тиску ходових частин техніки на ґрунт при вирощуванні кукурудзи сприяла підтриманню чорнозему в менш ущільненому стані, що проявилося в зниженні щільності на 3,8-6,4 кг/см2 в другій половині вегетації порівняно з традиційною технологією. Парова ділянка в аналогічних умовах забезпечувала максимальне підвищення щільності (не більше 21,2-25,1 кг/см2), тобто на рівні, який не виходив за межі оптимального для кукурудзи.

Таким чином, в загальновизнану теорію рівновагового стану ґрунтів одержані результати досліджень вносять доповнення, яке полягає в тому, що оптимальні фізико-механічні показники чорнозему звичайного на фоні нульового обробітку можуть підтримуватись лише за умови виключення будь-якого впливу способів його ущільнення.

З огляду на науково обґрунтовані процеси функціонування класичних нульових агроценозів технічне втілення таких технологій має дві принципові моделі: пряма сівба сівалкою „Кіnzе” та комплекс „Amazone” на основі роторного культиватора. Пряма сівба за допомогою сівалки „Кіnzе” виявилася нездатною втримувати водно-фізичні показники ґрунту не тільки на рівні оранки і „Amazone”, але і в межах оптимальних нормативів. На такому фоні об'ємна маса ґрунту становила 1,52 г/см3, щільність - 27,8 кг/см2. Застосування посівного комплексу „Amazone” підтримувало об'ємну масу (1,28 г/см3) і щільність (9,9 кг/см2) ґрунту в значеннях, рівноцінних полицевій оранці. Необроблений на зяб ґрунт при застосуванні „Кіnzе” і „Amazone” значно повільніше акумулював вологу (156 мм) порівняно з глибокою полицевою оранкою (177 мм).

Вплив способів обробітку ґрунту на ступінь засміченості проявився в більш високому очисному ефекті полицевої оранки (93,8 шт./м2) і зростанні фонової щільності бур'янів при застосуванні „Кіnzе” (149,5 шт./м2) та „Amazone” (132,7 шт./м2).

5. Критичні періоди біологічної конкуренції вирощуваних культур та бур'янів в сучасних технологіях

Аналіз результатів спеціальних досліджень з питань механізмів шкодочинності бур'янів в посівах зернових культур розкрив значну мінливість і багатофакторність конкурентних відносин в агроценозах, а також дозволив встановити закономірності окремих детермінаційних зв'язків між продуктивністю та факторами життєзабезпечення культур.

Процеси депресії росту і розвитку кукурудзи залежали від тривалості конкурентного періоду, фази культури та співвідношення маси компонентів агроценозу. Динаміка врожайності зерна кукурудзи свідчить, що засміченість посівів на різних етапах розвитку культури викликає різну інтенсивність шкодочинності. Розподіл величини депресивного впливу бур'янів на кукурудзу полягав в тому, що підтримання чистоти посівів протягом перших 50 днів вегетації або знищення бур'янів протягом наступних фаз розвитку після 50 денного сумісного проростання давало можливість одержати однаковий рівень врожайності 6,43-6,45 т/га.

Суттєве зниження урожайності зерна кукурудзи (0,55-1,35 т/га) спостерігалося, коли період конкуренції тривав більше 50 днів. Адекватні втрати врожаю мали місце і тоді, коли посіви підтримувались в чистому стані не більше 30-50 днів. Інтенсивність депресії процесів формування врожаю змінювалась протягом вегетаційного періоду. Найбільш негативно шкодочинність бур'янів, яка обумовлювала щодобові втрати врожаю зерна 0,024-0,027 т/га, проявилась за умов, коли значна біологічна маса співпадала з періодом максимального водоспоживання кукурудзи.

На підставі аналізу динаміки внутрішньо агроценотичної конкуренції пропонується розділити визначення критичного періоду на два незалежні поняття. Біологічне трактування - міжфазовий період коли врожаю завдається найбільша шкода під впливом стресових умов, в т.ч. від бур'янів; агротехнічне - період протягом якого посіви повинні підтримуватися за допомогою технологічних прийомів в чистому стані.

Для конкурентноздатності зернових культур поряд з прийомами боротьби з бур'янами, вирішальне значення має фітоценотична стійкість посівів, яка виражається обсягом домінування культури в ресурсноекологічному просторі агроценозу. Аналіз формування біологічної маси кукурудзи, озимої пшениці та ярого ячменю виявив, що екологічна щільність рослин культури для формування врожаю має більше значення, ніж потенціал цієї культури, щодо здатності забезпечувати той чи інший рівень продуктивності. Зокрема, в чистих посівах біологічна маса кукурудзи у фазі молочно-воскової стиглості зерна становила 1516 г/м2, озимої пшениці 1407 г/м2 і ярого ячменю 874 г/м2, а на фоні засміченості посівів 15-25 шт/м2 вона знижувалась на 54,4%, озимої пшениці - 8,4%, ярого ячменю - 23,7%. При цьому абсолютні показники біологічної маси цих культур за умов засміченості постійно збільшувались з переходом до більш пізніх фаз органогенезу.

Розроблена математична модель визначення обсягів використання вологи культурним та бур'яневим компонентами агроценозу. Принципова схема методики, що пропонується, полягає у порівнянні обсягів використання вологи чистими і забур'яненими посівами, а також пропорційним її розподілом відповідно до біологічної маси накопиченої культурами і бур'янами. У формалізованому вигляді динамічна модель функціонування агроценозу щодо режиму вологоспоживання має такий вигляд:

Н= Ва - (Кк Ч Мк),

де Н - непродуктивні втрати вологи, використанні бур'янами для формування біомаси, мм; Ва - рівень вологоспоживання агроценозом, мм; Кк - коефіцієнт використання вологи культурою в чистих посівах, мм на т органічної маси; Мк - органічна маса культури, т/га.

Параметри базових елементів розрахунків вологоспоживання в посівах кукурудзи, соняшника і сої було встановлено експериментально в польових дослідах. Загальний рівень вологозабезпеченності просапних культур становив в залежності від схем технологічного догляду по кукурудзі 406,7-373,0 мм, соняшнику 395,5-378,5 мм і сої 395,6-369,6 мм (табл. 3).

Діапазон коливання показників повітряно-сухої маси просапних культур був значним і визначався їх біологічними особливостями та ефективністю гербіцидів. Так, маса кукурудзи на фоні природної засміченості становила 482 г/м2 і збільшувалася до 1100 г/м2 на абсолютно чистих ділянках. Співвідношення аналогічних показників на посівах соняшника мало вигляд 400 і 647 г/м2 , сої 341 і 739 г/м2.

Коефіцієнт використання вологи культурами, встановлений в абсолютно чистих посівах, становив для кукурудзи 34 мм/т повітряно-сухої маси, соняшника 59 мм і сої 50 мм.

Використання таких вихідних даних дозволило встановити величену транспірації вологи бур'янами, яка на контролі без гербіцидів в посівах кукурудзи становила 242,8 мм, соняшника 159,5 мм і сої 225,1 мм. Високу ефективність як засіб водорегулювання проявили гербіциди. Внесення на посівах кукурудзи харнесу 3,0 л/га забезпечило додаткове використання культурою 202,1 мм вологи, а при вирощуванні на фоні харнесу 2,5 л/га соняшника заощаджувалося 136,7 мм, сої-174 мм.

Таблиця 3. Використання вологи агроценозами при внесенні гербіцидів (середнє 1998-2000 рр.)

Важливим фактором, що визначає водоспоживання, є біологічні особливості гібридів кукурудзи. В агроценозах гібридів кукурудзи, що належать до різних груп стиглості (ФАО 170-420), при широкому діапазоні ступення засміченості рівень вологоспоживання культурного компоненту і бур'янів різнився між собою в межах лише на 9,5-12,3%. Генетичні особливості гібридів проявили більш рельєфну реакцію кукурудзи в рівні врожайності, яка змінювалась в залежності від тривалості вегетаційного періоду на 24,3 - 28,7%.

Таким чином, запропонована методологія аналізу процесів водоспоживання в засмічених агроценозах дозволяє всебічно оцінити технологічні прийоми, як елементи створення сприятливих умов вологозабезпечення різних культур.

Визначено роль основних видів бур'янів в трофічній внутрішньовидовій конкуренції в кукурудзяному агроценозі та встановлено принципові закономірності використання елементів живлення різними компонентами фітоценозів.

В результаті різних темпів виносу поживних речовин визначено неоднозначність їх в межах таких біогруп бур'янів як тонконогові, двосім'ядольні та багаторічні. Тонконогові бур'яни ( мишій сизий, плоскуха звичайна) слабкіше пригнічують кукурудзу порівняно з двосім'ядольними. В агроценозі “кукурудза - тонконогові бур'яни” культура виявилася більш конкурентноздатною і винос азоту нею перевищував бур'яни на 18,7 кг/га, фосфору на 8,4 кг/га та калію на 25,3 кг/га (табл. 4).

Таблиця 4. Винос елементів живлення (кг/га) при різних типах забур'яненості (1989-1992 рр.)

Фітоценоз двосім'ядольних бур'янів в посівах кукурудзи за обсягами виносу основних елементів живлення перевищував кількість засвоєного культурою азоту, фосфору і калію на 97,8 кг/га або 53,6%. Для визначення шкодочинності бур'янів важливо застосувати винос ними NPK на одиницю її повітряно-сухої маси, який становить для тонконогових 5,6 кг/га, двосім'ядольних - 6,6 кг/га і багаторічних - 6,5 кг/га. Кукурудза поступається в цьому компонентові основним біологічним групам бур'янів на 1,6-3,0 кг/га.

В агроценотичному конкурентному середовищі між кукурудзою і окремими видами бур'янів особливою агресивністю, щодо засвоєння форм мінерального живлення, виділялись такі види як лобода біла - 438 кг/га по сумі NPK, чорнощир нетреболистий - 315 кг/га, щириця біла - 304 кг/га та щириця загнута - 280 кг/га.

Вміст зольних елементів в рослинах кукурудзи та бур'янів показує, що найбільш суттєві порушення поживного режиму викликають бур'яни у відношенні азоту і фосфору.Концентрація їх в бур'янах в 1,4-2,0 рази перевищує аналогічний показник в рослинах кукурудзи.

Виявлено своєрідне синергетичне явище, яке полягає в тому, що сумарний винос NPK кукурудзою і окремими двосім'ядольними бур'янами перевищував обсяги використання культурою в чистому стані, в той час як засмічення посівів багаторічними видами (осот рожевий, осот польовий) приводило до формування менш масивного агроценозу, ніж кукурудза вирощена з виключенням фактору засміченості.

Таким чином, біогрупа і вид бур'янів є визначальним фактором регулювання поживного режиму в посівах кукурудзи та контролювання шкодочинності.

За допомогою моделі рівняння регресії виявлено закономірності вологоспоживання та виносу основних елементів живлення кукурудзою і соняшником при різному ступені засміченості. Динаміка показників непродуктивної витрати вологи в агроценозах характеризується тим, що збільшення повітряно-сухої маси бур'янів на 1 г/м2 приводило до втрати в посівах кукурудзи 0,58 мм вологи та соняшника - 0,55 мм. Рівняння регресії для посівів кукурудзи має вигляд:

у=375,8-0,58х,

соняшника:

у=369,2-0,55х,

де у - рівень вологоспоживання культури при заданому ступені засміченості, (мм); х - ступінь засміченості посівів, (г/м2 повітряно-сухої маси).

За аналогічною схемою встановлено, що кожний наступний г/м2 маси бур'янів в посівах кукурудзи знижує рівень споживання NPK культурою на 0,3 кг/га д.р.

Комплексна взаємодія складових факторів, що визначають зміни урожайності (у) під впливом бур'янів через їх біомасу (г/м2) характеризується рівнянням регресії виду у=36,6-0,092х для агроценозів кукурудзи і у=92,2-0,040х для соняшника.

Таким чином, конкурентоздатність вказаних зернових і олійних культур є складнофункціональною багатокомпонентною системою з комплексом внутрішніх закономірностей формування агроценозів, які визначають генеральні напрямки побудови системи боротьби з бур'янами.

6. Оптимізація регламентів застосування нових формуляцій та препаративних форм гербіцидів

Встановлено, що основу високоефективного застосування гербіцидів становить принцип відповідності фітотоксичної дії препаратів та видового складу бур'янів, а також технологічність гербіцидів та рівень прогнозованості ступеня і типу засміченості.

Резистентність та чутливість бур'янів до гербіцидів формується в результаті факторів довгострокового добору, якими є системи ведення землеробства. Для ретроспективного аналізу видозміни фітоценозу бур'янів були використані результати досліджень одержані в 1958-1967 рр. (Фісюнов О.В., 1969) та 1980-1984 рр. (Шевченко М.С., 1984).

Найвищою зустрічністю за Раункієром в період 1958-1968 рр. виділялися мишій сизий - 96%, щириця біла - 85%, лобода біла - 72% (табл. 5).

Таблиця 5. Динаміка видової структури бур'янів в посівах кукурудзи, за Раункієром, %

Більша насиченість сівозмін просапними культурами та застосування гербіцидів похідних 2,4 - амінної солі, атразину, ептаму на наступному етапі землеробства створили новий механізм відбору бур'янів, який призвів до того, що в 1980-1984 рр. радикально зросла фітоценозутворююча роль плоскухи звичайної (51%) та щириці загнутої (92%). В подальшому (1998-2002 рр.) тенденція щодо домінування плоскухи звичайної (88%) і щириці звичайної (93%) посилилася, а такі види як мишій сизий (15%), лобода біла (17%), щириця біла (7%) в структурі фітоценозу бур'янів відійшли на задній план. Відбувається накопичення потенціалу таких елементів фітоценозу як амброзія полинолиста (39%) і чорнощир нетреболистий (4%).

Таким чином, спектр захисної реакції фітоценозів бур'янів є наслідком макроструктурної перебудови систем землеробства і адаптивних механізмів окремих видів бур'янів.

В процесі визначення біологічної ефективності гербіцидів на посівах кукурудзи, соняшника і озимої пшениці було встановлено оптимальні технологічні регламенти їх застосування, реакцію окремих видів бур'янів та вплив на формування врожаю.

Знайдено спосіб підвищення біологічної ефективності страхового гербіциду тітус, похідного сульфонілсечовини, за рахунок дворазового внесення часток (30 г/га+20 г/га) повної дози в фазовому діапазоні розвитку кукурудзи від 2 до 7 листків (табл.6). Подвійна обробка посівів кукурудзи тітусом при рівні біологічної ефективності препарату 87,2% забезпечила одержання 6,25 т/га зерна. Більш широке охоплення фазового стану бур'янів при подвійному застосуванні тітусу сприяло подальшому зниженню на 3,1-5,9 шт/м2 засміченості посівів кукурудзи відносно одноразової обробки тітусом 40 і 50 г/га та сумішку тітус 30 г/га + хармоні 10 г/га. Найбільш чутливими до дії тітусу виявились тонконогові бур'яни у фазі 1-3 листка, а обробка більш розвинених рослин (4-5 листків) супроводжувалась тривалішим процесом їх відмирання (до 2-х неділь) та частковим відновленням ростових процесів.

Водорозчинні гранули ізоксафлютолу (гербіцид мерлін) виявилися залежними від умов зволоження ґрунту і типу засміченості посівів кукурудзи. Посилення фітотоксичної дії мерліну спостерігалося при збільшенні вологості ґрунту з характерними ознаками пошкодження бур'янів. Спектр фітотоксичної дії мерліну характеризувався домінуванням протидвосім'ядольної спрямованісті, яка зберігалася на рівні внесення харнесу 2,0 л/га. Поряд з цим тонконогові види бур'янів проявили вищу стійкість до дії мерліну, що позначилося на зниженні його технічної ефективності до 52,4%. Застосування сумішків гербіцидів (харнес 1,5 л/га + мерлін 0,075 - 0,1 кг/га) сприяло підвищенню технічної ефективності чистого препарату мерлін (0,1-0,13 кг/га) на 28-31%. В цілому цей ґрунтовий гербіцид за своїми фітотоксичними властивостями та технологічною залежністю від ґрунтових факторів виявився менш ефективним, ніж харнес.

Для гербіцидів з визначеним ступенем вибірковості фітотоксичної дії при широкому варіюванні видової структури фітоценозів бур'янів важливим є добір технологічних партнерів, які розширяють спектр фітотоксичної дії хімічного методу. В процесі досліджень ефективності сумішків і технологічних поєднань ґрунтового гербіциду фронт'єр (0,8-1,5 л/га) з банвелом 4S (0,4-0,8 л/га) встановлена можливість досягнення технічної ефективності до 85,7-90,7%. При цьому до мінімуму (27 г/м2) знижувалась повітряно-суха маса бур'янів, а врожайність досягала 4,56 т/га, що було на 1,3 ц/га вище, ніж при внесенні 2,5 л/га харнеса. Межа резистентності кукурудзи у відношенні банвелу 4S склала 0,6 л/га, після збільшення якої, на фоні фронт'єру (0,8-1,2 л/га), спостерігалося зниження висоти рослин та врожайності зерна культури. Фронт'єр при застосуванні дозою 1,5 л/га, через недостатню ефективність проти групи двосім'ядольних однорічних бур'янів (70,5%), за сумарним впливом (66,1%) на біологічний комплекс бур'янів степового екотипу поступався його комбінаціям з банвелом 4S.

Встановлено, що при широкому таксономічному представництві фітоценозу бур'янів розширення активного фітотоксичного спектру хімічного способу боротьби з бур'янами можливо досягти шляхом добору чистих гербіцидів, або за рахунок сумішків та технологічних поєднань різноспектрових препаратів. Фактично жоден з існуючих простих та комбінованих гербіцидів не здатний в однаковій мірі викликати одночасно глибоку депресію таких віддалених за резистентністю біологічних груп бур'янів, як однорічні тонконогові та двосім'ядольні, а також багаторічні коренепаросткові.

Таблиця 6. Біологічна ефективність гербіцидів на посівах кукурудзи

Основний принцип підвищення технічної ефективності гербіцидів полягав у розширенні спектру фітотоксичної дії різних комбінацій і послідовному використанні препаратів для внесення в ґрунт та по вегетуючих рослинах культури. Завдяки трьохкомпонентному складу діючої речовини (ацетохлор + римсульфурон + тифенсульфурон) найбільш ефективним виявилося поєднання харнесу 1,5 л/га з базисом 20 г/га. В результаті практично рівноцінної фітотоксичної дії цієї гербіцидної комбінації проти всіх біологічних груп бур'янів їх маса знижувалася з 189 г/м2 до 10 г/м2 (94,7%), в той час як при внесенні харнесу 3,0 л/га даний показник становив 15 г/м2 (92,1%).

В цілому такі поєднання ґрунтових і страхових гербіцидів як харнес з 2,4-Д амінною сіллю, тітусом, базаграном, базисом забезпечили технічну ефективність в межах 91,5-94,7%, що було вищим за сумішки харнесу з мерліном, примекстрою та стомпом на 2,1-13,7%. Таким чином, посилення фітотоксичної дії гербіцидів на бур'яни можливо досягти за рахунок поєднання харнесу зі страховими препаратами.

Розширення межі ефективності хімічного способу боротьби з бур'янами можливо досягти шляхом впровадження трансгенних форм кукурудзи, стійких до гліфосату як гербіцидної речовини із загально винищувальними фітотоксичними властивостями.

Порівняно з ґрунтовим гербіцидом харнес 3,0 л/га обробка посівів кукурудзи раундапом біо дозою 3,0 л/га у фазі 4-5 листків або 2,5 л/га на фоні харнесу 1,5 л/га дозволяє збільшити технічну ефективність на 0,3-6,1% і довести її до 95,8-90,0%.

Структура резистентності і чутливості фітоценозів бур'янів та спрямованість фітотоксичної дії гербіцидів в результаті значної мінливості видового складу приводить до розходжень, які стають причиною зниження біологічної ефективності хімічного способу. Для розширення параметрів оцінки фітотоксичної дії гербіцидів запропоновано показник потенційної ефективності гербіцидів та методику його розрахунків. За такими показниками можливо визначити прогнозну біологічну ефективність гербіцидів виходячи з видового складу бур'янів:

П = () : 10,

П - коефіцієнт потенційної ефективності гербіцидів; 3 - кількість загиблих бур'янів, шт/м2; К - кількість контрольних бур'янів, шт/м2; n - кількість видів бур'янів, шт.

На прикладі 10 видів найбільш поширених бур'янів кукурудзяного агроценозу та їх індивідуальної резистентності встановлено, що коефіцієнт потенційної ефективності для харнесу, внесеного в оптимальній дозі, становить - 0,71, базису - 0,63, амінної солі 2,4-Д - 0,56. Більш високий показник коефіцієнту потенційної ефективності свідчить про меншу залежність фітотоксичної дії гербіцидів від структури фітоценозу бур'янів і надійні гарантії контролю бур'янів в межах агроценозів степового екотипу.

Захист посівів соняшника від бур'янів має свої особливості, які полягають в підвищеній конкурентноздатності і обмеженості використання видів гербіцидів через вищу чутливість цієї культури. На відміну від кукурудзи, яка передбачає регламентну багатоваріантність застосування гербіцидів на посівах соняшника з чистих препаратів та сумішок найбільшу ефективність забезпечував харнес 3,0 л/га та сумішок харнес 1,5 л/га + гезагард 2,0 кг/га. Однак, враховуючи динаміку зростання показників ефективності в залежності від дози харнесу оптимальною тут слід вважати дозу 2,5 л/га (табл. 7). Серед таких гербіцидів як трефлан, гоал, гвардіан, тарга супер, харнес дозою 2,5 л/га забезпечував знищення 90,5% бур'янів і одержання 2,63 т/га маслонасіння, що на 7,5 ц/га вище контролю без проведення заходів боротьби з бур'янами.

Внесення харнесу нового - препарату на основі ацетохлору та рослинної олії ефективно проявилось на однорічних бур'янах, кількість яких зменшилась з 81,8 шт./м2 до 6,9 шт./м2, а біологічна маса з 373 г/м2 до 51 г/м2.

Відносно висока фітоценотична стійкість посівів озимої пшениці створює специфічні умови для розвитку пристосованих до її біологічних циклів бур'янів. Динамічні коливання ступеня засміченості озимої пшениці на етапах її органогенезу свідчить, що максимальна кількість бур'янів (64,8%) фіксується перед виходом в трубку, а в осінній період відмічається значно менша чисельність (23,9%). В цьому випадку фактор найбільшої масовості вегетуючих бур'янів є визначальним для встановлення строків обробки посівів гербіцидів, які для даної культури вважаються оптимальними в період відновлення весняної вегетації.

Таблиця 7. Залежність шкодочинності фітоценозу бур'янів в посівах соняшника від ефективності гербіцидів (середнє 1998-2001 рр.)

При домінуванні в фітоценозі бур'янів дескуренії Софії (26,2%), сухоребрика Льозеля (27,2%) та талабана польового (8,2%) внесення гербіцидів (діален, бюктрил Д, амінна сіль 2,4-Д, ковбой, гранстар, гармоні) до виходу озимої пшениці в трубку забезпечило зниження ступеня засміченості на 37,0-85,7% та зростання врожайності на 0,24-0,65 т/га (табл. 8).

Кращими за комплексом показників впливу на бур'яни були гербіциди діален та бюктрил Д, які включали до свого складу сполуки похідні 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти і дикамбу.

Внесення гербіцидів з коротким періодом фітотоксичної експозиції (гранстар, ковбой) внаслідок відновлення ростових процесів у бур'янів приводило до того, що їх органічна маса знижувалась лише на 37,0-39,0%.

Узагальнююча оцінка впливу гербіцидів на бур'яни в посівах просапних і зернових колосових культур показує, що для абсолютного усунення шкодочинності бур'янів хімічний спосіб необхідно доповнювати механічними прийомами. В залежності від біологічної ефективності гербіцидів проведення міжрядного обробітку на посівах кукурудзи сприяло зниженню біомаси бур'янів на 28-58 г/м2 та зростанню врожайності зерна на 0,42-0,70 т/га. Роль міжрядного обробітку як фактору регулювання водно-фізичних властивостей ґрунту і взаємодії їх з реакцію кукурудзи і соняшника проявилась лише в межах найменшої істотної різниці.

Таблиця 8. Вплив гербіцидів на ступінь засміченості та врожайності озимої пшениці (середнє за 1996-2000 рр.)

7. Біоенергетичні та економічні параметри оцінки способів регулювання засміченості

Розвиток технологій виробництва зерна супроводжується постійним зростанням питомих енерговитрат та втратою потенціалу родючості ґрунтів. Для ефективного контролю процесів енергетичного кругообігу важливими є моделі, які дозволяють встановити напрямки покращання балансу в системі „ґрунт - технологічні витрати - культура”.

На підставі аналізу біоенергетичного балансу на прикладі вирощування кукурудзи розроблено модель розрахунку коефіцієнту, який характеризує напрямок і швидкість енергообмінних процесів на основі найбільш визначальних компонентів функціонування агробіоценозів:

V = (D - A - В)/H,

де V - коефіцієнт біоенергетичного кругообігу в агробіоценозах; D - біоенергетичний потенціал добрив, ГДж; A - енергія гумусу, витрачена на формування урожаю, ГДж; B - енергія гумусу, витрачена на формування бур'янів, ГДж; H - біоенергетичні запаси гумусу, ГДж.

При вирощуванні кукурудзи коефіцієнт біоенергетичного кругообігу є регресивним - V = - 9,9•10-3. За збереження сучасних тенденцій в майбутньому енергетичний ресурс чорнозему звичайного вичерпається протягом 103 найближчих років.

Максимальний біоенергетичний потенціал кукурудзи формується при забезпеченні знищення бур'янів за допомогою гербіцидів та агротехнічних прийомів, який становить для ранньостиглого гібриду Дніпровський 172 - 161,4 ГДж, середньопізнього ДНОД 417 - 175,1 ГДж.

Внесення гербіцидів харнес 2,5 л/га та базис 25 г/га забезпечує збільшення обсягів накопичення сукупної енергії в основній продукції кукурудзи на 21,8-44,1 ГДж.

Як показують розрахунки, досягти зміни в біоенергетичному кругообігу на відновлення енергетичних ресурсів ґрунту можливо за рахунок використання сонячної радіації, яка дозволяє створити в біологічній масі урожаю значно вищий біоенергетичний потенціал, ніж той, який формується завдяки ґрунтовому живленню. Так, завдяки поверненню в ґрунт рослинного субстрату побічної продукції гібриду кукурудзи ДНОД 417 можливо поновити біоенергетичний ресурс чорнозему на 83,0 ГДж, або в 2,9 рази більше, ніж витрачається при його вирощуванні енергії, акумульованої в гумусі.

Основні критерії економічної ефективності - собівартість продукції, загальна рентабельність...