Гумусний стан і біологічна активність чорнозему типового правобережного лісостепу за різної інтенсивності його використання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет біоресурсів і природокористування України

УДК 631. 417.2/.445.4 (477.41)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Гумусний стан і біологічна активність чорнозему типового правобережного лісостепу за різної інтенсивності його використання

06.01.03 - агроґрунтознавство і агрофізика

Предоляк Мирослава Олександрівна

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті біоресурсів і природокористування України Кабінету Міністрів України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор Балаєв Анатолій Джалілович, Національний університет біоресурсів і природокористування України, завідувач кафедри ґрунтознавства та охорони ґрунтів ім. М.К. Шикули

Офіційні опоненти:

- доктор сільськогосподарських наук, професор Тихоненко Дмитро Григорович, Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, завідувач кафедри ґрунтознавства

- кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Григора Тетяна Іванівна, Національний науковий центр «Інститут землеробства НААН України», провідний науковий співробітник лабораторії агроґрунтознавства

Захист відбудеться « 16 » червня 2011 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.04 у Національному університеті біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, ауд. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету біоресурсів і природокористування України за адресою: 03041,

м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кім. 28

Автореферат розісланий «14 » травня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.В. Логінова

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Проблема збереження та відновлення органічної речовини ґрунту завжди цікавила дослідників, але особливо гостро вона постала у період інтенсифікації сільськогосподарського виробництва. За останні десятиріччя запаси гумусу в ґрунтах сільськогосподарського призначення постійно зменшуються, адже із 25 областей України тільки у ґрунтах п'яти позитивний баланс гумусу. Зниження вмісту органічної речовини обмежує врожайність сільськогосподарських культур, погіршує якість одержаної продукції, знижує ефективність використання засобів хімізації та меліорації. У зв'язку з цим питання про відтворення в ґрунтах позитивного балансу органічної речовини має теоретичне й практичне значення. Розробленню шляхів і методів регулювання вмісту гумусу присвячено багато досліджень, у яких були використані гумусозберігаючі прийоми і технології вирощування сільськогосподарських культур. Проте можливість регулювання біологічної активності та процесів відтворення органічної речовини, як основних компонентів родючості ґрунтів, при застосуванні різних альтернативних видів органічних добрив і ресурсозберігаючих технологій досліджена недостатньо. Вивчення взаємозв`язків між біотою та гумусним станом ґрунту і можливості їхньої оптимізації для відтворення родючості чорнозему типового й підвищення врожайності сільськогосподарських культур є актуальним у теоретичному і практичному значенні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках науково-дослідних робіт із державною реєстрацією на створення науково-технічної продукції за темами: „Обґрунтувати і розробити ресурсозберігаючі технології управління продуктивністю чорноземів Правобережного Лісостепу України, відтворення родючості та забезпечення в них позитивного балансу органічної речовини” (державний реєстраційний номер 0104U004370) і “Відновлення родючості чорноземів у короткоротаційних сівозмінах Лісостепу за мінімізації обробітку ґрунту й біологізації землеробства” (державний реєстраційний номер 0109U000950).

Мета та завдання дослідження. Метою дослідження в умовах Правобережного Лісостепу України було встановити вплив довготривалого перелогу, систематичного застосування мінімізації обробітку ґрунту, елементів біологізації землеробства на гумусний стан і біологічну активність чорнозему типового легкосуглинкового та обґрунтувати ресурсозберігаючі технології, які дадуть змогу відновити родючість ґрунту і підвищити врожайність сільськогосподарських культур. Для досягнення цієї мети ставили такі завдання:

- встановити зміну гумусного стану й біологічної активності чорнозему типового залежно від інтенсивності його використання;

- вивчити вплив обробітку, удобрення та перелогу на кількісні й якісні показники гумусу, біологічну активність ґрунту та їхню сезонну динаміку;

- проаналізувати зміни запасів енергії гумусу залежно від різного використання чорнозему типового;

- дослідити зв'язок між показниками біологічної активності й вмістом гумусу;

- визначити агроекономічну та енергетичну ефективність застосування різних технологій вирощування культур у ланці сівозміни і дати рекомендації виробництву.

Об'єкт дослідження - процеси гумусоутворення й біологічна активність чорнозему типового глибокого малогумусного легкосуглинкового на лесі під природною рослинністю і за сільськогосподарського використання.

Предмет дослідження - показники гумусного стану та біологічної активності чорнозему типового, врожайність і якість урожаю сільськогосподарських культур ланки сівозміни.

Методи дослідження - Довготривалий польовий дослід, лабораторно-аналітичні, математичні та статистичні методи, методи економічної й енергетичної оцінки.

Наукова новизна одержаних результатів. В умовах ланки типової польової сівозміни Правобережного Лісостепу України вперше досліджено вплив комплексного поєднання мінімізації обробітку ґрунту та біологізації землеробства на потенційну здатність до гумусоутворення, гумусний стан і біологічну активність чорнозему типового при застосуванні ресурсозберігаючих технологій та забезпечення балансу гумусу з одночасним підвищенням урожайності сільськогосподарських культур. Ресурсозберігаючі технології з мінімізацією обробітку й біологізацією землеробства збільшують потенційну здатність до гумусоутворення, сприяють відновленню гумусу та інтенсифікації біологічних процесів, відновлюють родючість ґрунту і підвищують агроекономічну та енергетичну ефективність.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати свідчать, що ресурсозберігаючі технології з мінімізацією обробітку та елементами біологізації забезпечують відтворення родючості чорноземних ґрунтів у типовій десятипільній сівозміні Правобережного Лісостепу і підвищують урожайність сільськогосподарських. Такі технології підвищують продуктивність та економічну ефективність ланки сівозміни - конюшина, пшениця озима і буряки цукрові.

Ресурсозберігаючі технології були впроваджені на площі 550 га у НДГ «Великоснітинське ім. О.В. Музиченка» Фастівського району Київської області.

Особистий внесок здобувача. Особисто дисертантка проводила польові та лабораторні дослідження, опрацьовувала літературні матеріали, аналізувала й статистично обробляла одержані результати, формулювала висновки та основні положення дисертації, підготовка рекомендацій для виробництва.

Апробація результатів дисертації. Основні результати та положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались і були опубліковані в матеріалах Міжнародної науково-практичної конференції з нагоди 100-річчя з дня народження проф. М.Г. Городнього (м. Київ, 2008 р.); всеукраїнської наукової конференції молодих учених (м. Умань, 2010 р.); на VIII з`їзді УТГА (м. Житомир, 2010 р.); на науково-практичній конференції науково-педагогічних працівників і аспірантів НДІ агротехнологій та якості продукції рослинництва (м. Київ 2010 р.); щорічно обговорювалися на засіданнях кафедри грунтознавства та охорони ґрунтів імені проф. М.К.Шикули НУБіП України (м. Київ, 2007, 2008, 2009 рр.)

Публікації. За результатами досліджень було опубліковано шість наукових статей, із них чотири у виданнях затверджених ВАК України як фахові, та дві - в збірниках матеріалів конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, рекомендацій виробництву, списку використаних літературних джерел, додатків. Основний текст дисертації викладений на 133 сторінках друкованого тексту, включаючи 31 таблицю, 17 рисунків. Список використаної літератури містить 271 найменування, в тому числі 17 робіт латиницею.

Основний зміст роботи

Проблеми відтворення гумусного стану чорноземів за їх сільськогосподарського використання (огляд літератури)

У розділі узагальненно та проаналізовано наукові досягнення вітчизняних і зарубіжних авторів (О.О. Бацули, 1987; Л.А. Гришиної, 1990; М.М. Кононової, 1984; А.М. Ликова, 1983; Р. Тейта, 1991; Г.Я. Чесняка, 1980; W.F. Hirte, 1975; J. Szegi, 1985) із питань відтворення гумусного стану та біологічної активності чорноземних ґрунтів. Основою регулювання інтенсивності кругообігу речовин у землеробстві та досягнення бездефіцитного балансу гумусу є ресурсозберігаючі технології, які сприяють більшому надходженню до ґрунту органічних речовин у вигляді кореневих і післяжнивних решток, а також створюють сприятливіші умови для їхньої гуміфікації. Застосування таких технологій підвищує потенційну здатність до гумусоутворення і відповідно знижує мінералізацію органічної речовини.

На основі аналізу та узагальнення наукової літератури було встановлено недостатнє висвітлення впливу ресурсозберігаючих технологій на органічну речовину ґрунту, потенційну здатність до гумусоутворення та показники гумусного стану й біологічної активності.

Умови та методика проведення дослідження

Дослідження проводили у стаціонарному досліді кафедри ґрунтознавства та охорони грунтів ім. М.К.Шикули впродовж 2007 - 2009 р., який закладено у науково-дослідному господарстві (НДГ) “Великоснітинське ім. О.В. музиченка” Фастівського району Київської області в 1998 р. Ґрунтовий покрив є типовим для Фастівського природно-сільськогосподарського району. В геоморфологічному відношенні - це Придніпровська височина, яка входить до північної частини Правобережного Лісостепу. Ґрунти на орних землях характеризуються сприятливим водним режимом, слабкокислою або близькою до нейтральної реакцією ґрунтового розчину. Забезпеченість нітратним і амонійним азотом - висока, рухомими формами фосфору та обмінним калієм за Чириковим у шарі 0-20 і 20- 40 см - середня. Ґрунт має сприятливі водно-фізичні властивості. Його щільність оптимальна і становить 1,18 і дещо збільшується в перехідному горизонті до 1,24 г/см³. Загальна пористість - 60,4, а в горизонті, який залягає нижче, зменшується до 49,8 %. Максимальна гігроскопічність - 4,9-5,6%.

Дослідження проводили у ланці польової типової для Лісостепу 10-пільної сівозміни. Система удобрення складалася з таких варіантів (розрахунок на 1га сівозмінної площі):

Без добрив (контроль);

Гній (12 т/га) + N₅₅P₄₅K₄₅;

Гній (6 т/га) + (солома 1,2 т/га) +N₁₂+ N₅₅P₄₅K₄₅;

Солома (2,4 т/га) + N₂₄ + N₅₅P₄₅K₄₅;

Солома (1,2 т/га) +N₁₂+ сидерати + N₅₅P₄₅K₄₅.

Під культури ланки сівозміни безпосередньо вносили :

- конюшина (вивчали післядію органічних добрив, вносили P₃₀ K₃₀);

- пшениця озима (вивчали післядію органічних добрив, вносили N₆₀P₅₀K60);

- буряки цукрові:

1. Без добрив (контроль)

2. Гній (40 т/га) + N₁₁₀P₈₀K₉₀;

3. Гній (20 т/га) + (солома 4 т/га) +N₄₀+ N₁₁₀P₈₀K₉₀;

4. Солома (8 т/га) + N₈₀ + N₁₁₀P₈₀K₉₀;

5. Солома (4 т/га) +N₄₀+ сидерати + N₁₁₀P₈₀K₉₀.

Сидеральну культуру (редьку олійну) висівали після збирання озимої пшениці (12-25 липня) з подальшим заорюванням восени перед основним обробітком дисковою бороною БДТ-7 у два сліди. Середня врожайність редьки олійної становила 180-200 ц/га.

Обробіток ґрунту представлений такими варіантами:

Традиційний, що базується на оранці під різні культури на глибину 22-27 см (варіант «оранка»).

Ґрунтозахисний, який базується на різноглибинному плоскорізному обробітку під різні культури на глибину 22-27 см (варіант «різноглибинний плоскорізний обробіток»).

Ґрунтозахисний, що базується на мілкому плоскорізному обробітку під різні культури на глибину 10-12 см (варіант «мілкий плоскорізний обробіток»).

Культури, які досліджували: конюшина (сорт - Білоцерківський 3306), пшениця озима (сорт - Поліська 90), буряки цукрові (гібрид - Український ЧС-70).

Двофакторний дослід закладено згідно з методом розщеплених ділянок. Розмір елементарної ділянки 6 х 30 = 180 м², облікової - 100 м². Повторність досліду триразова. Змішані ґрунтові зразки (5-7 індивідуальних проб) відбирали з глибини 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-60, 60-80,80-100 см і підготовляли для аналізів відповідно до ДСТУ ISO 10381 - 2004.

Зразки ґрунту досліджували у лабораторіях кафедри ґрунтознавства та охорони ґрунтів НУБіП України. Вміст загального гумусу й органічної речовини за методом Тюріна в модифікації Сімакова (ДСТУ 4289:2004), потенційну здатність до гумусоутворення - за методом Л.Н. Александрової та О.В. Юрлової, щільність ґрунту гравіметричним методом у непорушених зразках із використанням бурових стаканів (ДСТУ ISO 11272 - 2001), вологість - ґрунту термогравіметричним методом (ДСТУ ISO 11465 - 2001), рухомі гумусові речовини вилучали з безпосередньої 0,1н витяжки NаОН, коефіцієнт кольоровості гумусових речовин, груповий склад гумусу визначали - за прискореним методом М.М.Кононової - Н.П.Бельчикової, загальний азот - за методом Кельдаля, інтенсивність продукування вуглекислоти ґрунтом - за методом Штатнова, целюлозоруйнівну здатність ґрунту - за методом

Є.Н. Мішустіна, І.П. Вострова й А.Н. Петрової, активність поліфенолоксидази та пероксидази - за методом КА.Козлова. Запаси гумусу й енергії гумусу (за методом Алієва) встановлювали розрахунково. Економічну та енергетичну ефективність різних технологій вирощування сільськогосподарських культур визначали за методиками Ю.С. Тараріка. Статистично результати опрацьовували методом дисперсійного аналізу з використанням програм Agrostat та Excel.

Гумусний стан чорнозему типового за систематичного використання ресурсозберігаючих технологій

Органічна речовина - основний енергетичний запас ґрунту, а її лабільні форми - джерело мінерального живлення рослин. Напіврозкладені рослинні рештки, які вже являють собою органічну речовину ґрунту, але ще не є гумусовими речовинами, посилюють мікробіологічні процеси ґрунту. Вони також - основний ресурс відновлення у ньому вмісту і запасів гумусу. Швидкість розкладу рослинних решток в агроценозах залежить від культури, врожайності, хімічного складу біомаси, способу вирощування сільськогосподарських культур, системи удобрення, попередників, ґрунтових умов, біологічної активності грунту, метеорологічних факторів та ін.

На вміст органічної речовини значною мірою впливали як удобрення, так і обробіток ґрунту. Внесення різних видів органічних добрив сприяло збільшенню органічної речовини в усіх варіантах обробітку (табл. 1). Найефективнішим на фоні мінеральних добрив було внесення гною (12 т/га), що забезпечило зростання її кількості на 0,76-0,88%, та соломи (2,4т /га) - 0,67 - 0,70%. Застосування мілкого безполицевого обробітку у варіанті із внесенням гною дало змогу наблизити рівень органічної речовини в шарі 0-10 см до значень перелогу. В нижніх шарах профілю ґрунту різниця між перелогом і стаціонарними варіантами виявилася значнішою. Серед варіантів обробітку найкращим був мілкий плоскорізний, оскільки він сприяв нагромадженню й збереженню органічної речовини у верхніх шарах ґрунту. При оранці органічні добрива заорювалися, що зумовило швидкий розклад органічної речовини та її нагромадження лише в шарі 20-30 см.

Таблиця 1. Вміст органічної речовини і гумусу в чорноземі типовому залежно від системи удобрення та обробітку, % (середнє за 2007-2009рр.)

Запаси гумусу в шарі 0-20 см (за шкалою Л.О.Гришиної й Д.С.Орлова) в усіх варіантах були низькими - 77,2-97,2 т/га. У шарі 0-100 см в усіх варіантах удобрення та обробітку, у тому числі й на перелозі, запаси гумусу виявилися середніми - 268-337 т/га. Найбільший запас гумусу (96,3 т/га) в шарі 0-20 відмічено при застосуванні мілкого плоскорізного обробітку за внесення гною (12 т/га). У метровому шарі перевагу мав різноглибинний обробіток (311 т/га) в аналогічному варіанті удобрення. Внесення соломи, використання сидератів можуть забезпечити бездефіцитний баланс гумусу, проте гуміфікація цих рослинних решток не може поки що підвищити вміст гумусу і збільшити запаси до рівня перелогу, про що свідчить запас гумусу в шарі 0-100 см.

Вплив агротехнічних заходів на якісний склад гумусу. Збагаченість азотом свідчать про напрям трансформації органічної речовини. Співвідношення C:N звужується у міру гуміфікації органічних добрив та рослинних решток і гумусові речовини збагачуються азотом. При відновленні вмісту гумусу співвідношення, як правило розширюється, тому на перелозі, де найінтенсивніше проходить гумусонагромадження, воно найширше (табл. 2). Серед варіантів стаціонару незалежно від обробітку найширше співвідношення спостерігається за внесення гною разом із мінеральними добривами, оскільки при цьому найбільше нагромаджується гумусу. На контролі співвідношення найвужче, що вказує на інтенсивну мінералізацію лабільної частини гумусу і нагромадження стабільніших до розкладу гумусових форм гетероциклічної будови, де й міститься найбільше азоту. В процесі гуміфікації ступінь окислення їх зросте і досягне максимальної величини у верхніх шарах.

Таблиця 2. Вміст вуглецю й азоту в чорноземі типовому залежно від системи удобрення та обробітку (середнє за 2007-2009рр.)

Під впливом обробітку й удобрення відмічалися зміни якісного складу гумусу. Так, у всіх варіантах обробітку, де вносили гній і мінеральні добрива підвищувався вміст гумінових кислот. У варіантах, де використовували солому або солому й сидерати збільшувалась кількість фульвокислот. Однією з причин може бути реакція грунтового середовища, яка буде більш нейтральною за внесення гною і кислішою за внесення соломи, сидератів та мінеральних добрив.

В усіх контрольних варіантах відзначилося відносне підвищення вмісту вуглецю гумінових кислот і зниження фульвокислот. Застосування як мінеральних, так і органічних добрив в усіх варіантах обробітку сприяло звуженню співвідношення Сгк:Сфк порівняно з перелогом. Таке зменшення спричинене інтенсивним гумусоутворенням під впливом органічних добрив та збільшенням у складі гумусу частки молодих гумусових речовин. За класифікацією Л.О. Гришиної й Д.С.Орлова тип гумусу в усіх варіантах був гуматним. Коефіцієнт кольоровості зростав в удобрюваних варіантах, проте у всіх варіантах він був невисоким - 4,38-4,44. Низька оптична щільність гумусових речовин зумовлена тим, що значну частину в їхній будові становлять аліфатичні сполуки і відносно меншу - бензоїдні структури порівняно зі зрілими гумусовими речовинами. У процесі гуміфікації оптична щільність гумусових речовин зростає, а коефіцієнт відповідно знижується.

Сезонна динаміка органічної речовини чорнозему типового за його різного використання

Динамічність - одна з головних ознак і властивостей органічної речовини. Її визначення необхідне як для об'єктивного судження про генезис ґрунту, так і для найраціональніших підходів до його використання як об'єкта сільськогосподарського виробництва. Дослідження динаміки органічної речовини потрібне також для пізнання механізму гумусоутворення, процесів гуміфікації та мінералізації, які можна розглядати на цьому фоні як основні.

Сезонна динаміка органічної речовини і потенційної здатності до гумусоутворення. Зниження родючості розораних чорноземів пояснюють тим, що в при довгостроковому сільськогосподарському використанні вони втратили головну властивість органічної речовини цілинних чорноземів - сезонний ритм розкладу частини органічної речовини в процесі наростання фітомаси й відновлення її у цьому ж році при відмиранні рослин. Відновлення в агроценозах природних зв'язків між ґрунтовими режимами і фізіологічними особливостями культур є суттю розширеного відтворення родючості ґрунтів, тому поновлення сезонних ритмів розкладу й відтворення органічної речовини можна вважати показником відновлення саморегуляції та підвищення родючості чорноземів.

Знаючи загальні закономірності сезонної динаміки вмісту гумусу і його складових та основні джерела, за рахунок яких відбуваються зміни, можна простежити їхню взаємодію впродовж вегетаційного періоду. Лабільні гумусові речовини як складова гумусу найбільше змінюються під впливом технологій і культур. Динаміка стабільної частини гумусу підпорядковується загальним біологічним циклам і залежить від періоду біологічної активності певної території.

Варіанти удобрення значною мірою впливали на динаміку органічної речовини при всіх обробітках. Внесення різних видів органічних добрив сприяло зростанню вмісту органічної речовини, проте він був нижчим, ніж на перелозі. Це свідчить про неможливість досягнення в умовах сільськогосподарського виробництва гумусного стану цілинних чорноземів. Серед обробітків перевагу у верхніх шарах мав мілкий плоскорізний, де кількість органічної речовини наблизилася до рівня перелогу.

Одним із прийомів оцінки гумусного режиму є визначення потенційної здатності до гумусоутворення, тобто, визначення негуміфікованих і слабогуміфікованих органічних решток, які вказують на інтенсивність відновлення гумусу. Інтенсивність целюлозоруйнівних організмів, ферментативні процеси, режим живлення безпосередню залежать від кількості напіврозкладених органічних решток.

Дослідження показали (рис. 1), що на потенційну здатність до гумусоутворення варіанти удобрення впливали більшою мірою, ніж обробітки. На контролі найвищі показники на початку та в кінці визначення були при застосуванні глибокого плоскорізного обробітку і відповідно становили 0,08-0,10%. В удобрюваних варіантах перевагу мав мілкий плоскорізний обробіток, за якого найбільше містилося слабогуміфікованих решток

гумусний чорнозем удобрення енергія

Рис. 1 Динаміка потенційної здатності до гумусоутворення чорнозему типового протягом періоду вегетації залежно від варіантів удобрення та обробітку, % (2007-2009 рр.)

При внесенні гною 12 т/га на фоні мінеральних добрив значення сягали 0,13-0,16%, а внесення 2,4 т/га соломи на фоні мінеральних добрив наблизило всі обробітки за цим показником до рівня перелогу - 0,22-0,23% і найбільше мілкий плоскорізний, значення якого на початку та в кінці вегетації були 0,21-0,20%. Це пояснюється зменшенням механічного впливу на ґрунт і наближенням умов динаміки процесів ґрунтоутворення під сільськогосподарськими культурами до цілинних, що сприяє відтворенню потенційної родючості ґрунту.

Слід зазначити, що амплітуда й циклічність потенційної здатності до гумусоутворення на перелозі суттєво відрізнялася від значень у стаціонарному досліді. Зростання амплітуди динаміки потенційної здатності до гумусоутворення на перелозі свідчить про високий рівень інтенсивності біогеохімічних циклів елементів та енергії у ґрунтових процесах і режимах цього варіанта. Динаміка вмісту гумусу впродовж вегетаційного періоду була подібною незалежно від системи обробітку й удобрення. Найвищий вміст гумусу спостерігався на початку вегетації в усіх варіантах, потім до червня він знижувався, а в кінці періоду його значення були дещо менші за початкові.

Сезонні зміни рухомих гумусових речовин. Дослідженнями сезонної динаміки рівня рухомих гумусових речовин чорнозему типового стаціонарного досліду встановлено, що обробіток ґрунту та удобрення суттєво впливають на цей показник. Найвищий вміст їх протягом усього періоду виявлено на перелозі - 0,38-0,42%. Застосування мінімального обробітку в поєднанні із внесенням соломи на фоні мінеральних добрив сприяло нагромадженню найбільшої кількості рухомих гумусових речовин в усі строки визначення. Порівнянням різних періодів вегетації встановлено, що у всіх варіантах відмічається відносне підвищення вмісту Сгк і зниження Сфк. Найменше фульвокислот було відмічений в червні, це пояснюється різким зростанням чисельності мікроорганізмів, які використовують Сфк як енергетичний субстрат. Із рисунка 2 видно, що на динаміку рухомих гумусових речовин значно впливали як обробіток, так і удобрення. Визначення проводили у варіантах, де вносили 12 т/га гною та 2,4 т/га соломи на фоні мінеральних добрив. Найбільша амплітуда динаміки вмісту рухомих гумусових речовин виявлена на перелозі, а серед варіантів обробітку - на оранці. Проте найвищий вміст рухомих гумусових речовин у ґрунті виявлено за мілкого плоскорізного обробітку. Зменшення вмісту та запасів гумусу призводить до втрати сезонної й річної циклічності органічної речовини та здатності до саморегуляції в розораних чорноземах. Це може бути спричинене недостатньою кількістю свіжої органічної речовини і неритмічністю її надходження у ґрунт, внесенням мінеральних добрив та інших хімічних речовин невластивих природним екосистемам, вузьким співвідношенням між органічними та мінеральними добривами, зміною локалізації рослинних решток і органічних добрив унаслідок систематичної оранки. У зв'язку зі сприятливішими умовами гуміфікації чорноземи цілинні можуть бути моделлю для відтворення органічної речовини ґрунту в умовах сільськогосподарського виробництва.

Рис. 2 Динаміка рухомих гумусових речовин чорнозему типового залежно від варіантів обробітку в шарі 0-20 см.

Біологічна активність чорнозему типового за різних систем обробітку та удобрення

Інтенсивність продукування вуглекислоти грунтом. Аналіз даних інтенсивності виділення СО₂ свідчить, що заорювання соломи у грунт окремо або із зеленим добривом посилює продукування вуглекислоти в усі строки визначення. Внесення додаткових норм органічних добрив значно збільшує виділення вуглекислого газу (табл. 3).

Таблиця 3. Виділення СО₂ грунтом залежно від варіантів удобрення та обробітку грунту, мг/м² за 2 год (середнє за 2008-2009рр.)

Інтенсивне продукування СО₂ в перший період визначення у варіантах із соломою та сидератами залежало від швидкого темпу розкладу рослинних решток, чому сприяли погодні умови. Внесення мінеральних добрив підвищує інтенсивність біологічних процесів за рахунок посилення деструкції органічної речовини, а застосування грунтозахисних технологій підвищує інтенсивність виділення вуглекислоти порівнянно з оранкою, особливо в другий і третій строки визначення. Це пояснюється більшою кількістю рослинних решток на поверхні грунту, мінералізація яких посилює виділення СО₂.

Висока інтенсивність біологічних процесів у варіантах з безполицевим обробітком пояснюється також вищими вмістом гумусу. Найбільше виділяється СО₂ в грунті у період максимуму біологічної активності (липень-серпень).

Целюлозоруйнівна здатність та ферментативна активність. На целюлозоруйнівну здатність ґрунту мали значною мірою впливали як варіанти удобрення, так і обробіток ґрунту. Найкращим був варіант, де на фоні мінеральних добрив вносили 6 т/га гною та 1,2 т/га соломи в усіх варіантах обробітку, він переважав контроль на 11,7-18,8%, проте значення були менші, ніж на перелозі. Серед обробітків у верхніх горизонтах перевагу мав мілкий 21,4-22,2%, а у шарі 0-30 см - оранка - 19,9-20,3%. Активність целюлозоруйнівних мікроорганізмів суттєво змінювалася протягом вегетації залежно від вмісту вологи в ґрунті. На початку вегетації інтенсивність розкладу целюлози виявилася найвищою, що пояснюється наявністю у грунті значної кількості нерозкладених рослинних решток, а також високим вмістом польової вологи. Далі, протягом другого і третього періоду визначень, вологість грунту знижувалася й відповідно сповільнювалася активність целюлозоруйнівних організмів. В останній період визначення вологість грунту підвищилася, проте інтенсивність розкладу знизилася, оскільки знизилися температура і вміст свіжої органічної речовини.

Активність поліфенолоксидази та пероксидази змінювалася залежно від варіантів обробітку й удобрення. У шарі 0-30 см найнижча активність була на перелозі: поліфенолоксидази - 1,86 і пероксидази -2,94мл 0,01Н йоду на 1 г грунту. Це пов'язано із впливом добрив, які посилюють активність ферментів стаціонарних варіантів та вищою аерацією ґрунту при обробітках. Серед варіантів удобрення перевагу мали ті, де вносили свіжу органічну речовину у вигляді гною, - 2,19-1,98, що ще раз підтверджує залежність ферментативної активності від органічної речовини. Застосування ґрунтозахисних обробітків підвищило активність поліфенолоксидази і пероксидази на 1,8-3,7% порівняно з оранкою. Ґрунтозахисний обробіток сприяв зростанню коефіцієнта гумусонакопичення, Оособливо на варіантах, де на фоні мінеральних добрив вносили гній і гній у поєднанні із соломою. Найбільші значення були на мілкому плоскорізному обробітку - 59,9%. Вони виявилися найближчими до рівня перелогу - 60,3%.

Вплив різних систем обробітку та удобрення на баланс гумусу і його енергетичні запаси

За відсутності традиційних органічних добрив на основі елементів біологічного землеробства, які передбачають використання в якості свіжої органічної речовини побічної продукції (солома, стебла, гичка) та біомаси сидератів, можна одержати бездефіцитний баланс гумусу. Але при цьому необхідно використовувати науково обґрунтовані сівозміни. В досліді було досягнуто позитивного балансу гумусу при вирощуванні всіх трьох культур. У роки вирощування пшениці озимої та буряків цукрових від'ємний баланс спостерігався лише у варіантах без добрив. Найбільші значення відмічено при вирощуванні конюшини у варіантах післядії 12 т/га гною та 1,2 т/га соломи в поєднанні із сидератами.

Внесення свіжої органічної речовини у вигляді гною (12 т/га) наблизило запаси енергії гумусу до значень енергії на перелозі. Цей варіант мав переваги як на оранці, так і при плоскорізному обробітку. В процесі гуміфікації рослинних решток виділяють дві фази: перша - це розклад свіжого рослинного матеріалу - екзогенний процес, що супроводжується втратою 9666-13915 кДж/га енергії; у другій фазі відбувається синтез гумусових речовин, і процес набуває ендотермічного характеру. При цьому енергія гуміфікованої рослинної маси переважає на 2891-3771 кДж/га запаси енергії свіжих рослинних решток. Це пояснюється тим, що за участю мікроорганізмів поряд із розкладом рослинної маси (з меншою теплотою згоряння) в гуміфікованих рослинних рештках одночасно синтезуються гумусові кислоти, які мають вищий енергетичний потенціал. Обробіток ґрунту мало впливав на енергетичні запаси.

Теплота згоряння гумусових кислот різна, тому доцільно враховувати співвідношення Сгк:Сфк при визначенні запасів енергії, що запропонував В.К. Козин, дещо уточнивши формулу С.А. Алієва. Врахування співвідношення Cгк:Сфк значно збільшило запаси енергії гумусу в усіх варіантах удобрення та обробітку Найпомітніші зміни встановлено на глибокому плоскорізному обробітку у варіантах, де вносили гній із соломою і мінеральними добривами та солому з мінеральними добривами, перевага над іншими обробітками суттєва. При розрахунках за формулою С.А. Алієва плоскорізні обробітки мали практично однакові значення, а з урахуванням співвідношення Cгк:Сфк глибокий переважав на 4,27-10,35 млн кДж/га*10².

Агроекономічна та енергетична ефективність технологій вирощування сільськогосподарських культур

Урожайність сільськогосподарських культур і продуктивність ланки сівозміни залежала як від їх удобрення, так і від систем обробітку ґрунту. Найвища врожайність конюшини була у варіанті з післядією гною (12 т/га) на фоні мінеральних добрив та 6 т/га гною і 1,2 т/га соломи на фоні мінеральних добрив. Приріст проти контролю становив 8,5-9,0 т/га. У цілому різниця між варіантами як обробітку, так і удобрення виявилась незначною завдяки біологічним особливостям культури (добре використання післядії добрив, забезпечення до 80% потреби в азоті за рахунок бульбочкових бактерій). Застосування безполицевих обробітків, у тому числі мілкого плоскорізного, сприяло зростанню врожайність пшениці озимої порівняно з оранкою на 0,43 т/га, а з різноглибинним плоскорізним обробітком - на 0,57 т/га. На оранці найкращим був варіант із післядією 12 т/га гною і внесенням мінеральних добрива, де приріст до контролю сягав 2,92 т/га. На різноглибинному плоскорізному обробітку найкращим виявився варіант із післядією 6 т/га гною та 1,2 т/га соломи, а приріст проти контролю становив 3,16 т/га. У варіанті без добрив урожайність була практично однаковою на всіх обробітках. Внесення добрив підвищило врожайність буряків цукрових при всіх системах обробітку. Найвища вона виявилась у варіанті, де вносили 12 т/га гною на фоні мінеральних добрив, - 61,3-64,3 т/га і у варіанті із внесенням гною, соломи та мінеральних добрив - 61,8-62,6 т/га. Застосування різноглибинного ресурсозберігаючого обробітку дало можливість наблизити врожайність буряків цукрових до оранки, а у варіанті із внесенням гною (12 т/га) і мінеральних добрив приріст порівняно з оранкою становив 3,0 т/га. Загальна продуктивність ланки сівозміни залежала від системи удобрення та обробітку (табл. 4).

Таблиця 4. Вплив системи удобрення та обробітку на продуктивність ланки сівозміни

НІР₀₅ т/га для обробітку 0,12 0,17 0,41 для удобрення 0,16 0,21 0,48

Серед обробітків найвища середньорічна продуктивність була на різноглибинному плоскорізному - 8,13 т/га. Внесення 12 т/га гною разом із мінеральними добривами зумовило зростання продуктивності всіх варіантів обробітку на 3,44-3,53 т/га і дало змогу досягти рівня 8,00-8,13 т/га. Внесення гною разом із соломою та мінеральними добривами сприяло підвищенню продуктивності сівозміни до 7,78-8,01 т/га.

Економічна та енергетична ефективність технологій вирощування. Економічний аналіз свідчить, що ресурсозберігаючі технології вирощування конюшини, пшениці озимої й буряків цукрових, які полягають в застосуванні безполицевих обробітків, сприяють підвищенню рівня рентабельності та зниженню собівартості основної продукції. Найвищий умовно чистий прибуток при вирощуванні конюшини, пшениці озимої та буряків цукрових одержано у варіанті з мілким плоскорізним обробітком на фоні післядії мінеральних добрив та гною - відповідно 3360, 6382 і 12118 грн/га. Зменшення витрат на обробіток та добрива й підвищення енегромісткості врожаю за ресурсозберігаючих технологій зумовило зростання коефіцієнта енергетичної ефективності (Кее) порівнянно з традиційним обробітком. При вирощуванні конюшини на плоскорізних обробітках він становив 7,06-8,28, пшениці озимої - 4,34-4,57 і буряків цукрових - 4,26-5.06. Найбільші значення цього показника при вирощуванні всіх трьох культур були за мілкого плоскорізного обробітку у варіанті удобрення мінеральні добрива та гній.

Висновки

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення й нове розв'язання наукового завдання, яке полягає у встановленні впливу інтенсивності використання ґрунту, а саме перелогу, різних систем обробітку, норм і видів удобрення на гумусний стан та біологічну активність чорнозему типового і врожайність сільськогосподарських культур. На основі одержаних експериментальних даних можна зробити такі висновки:

1.У відновленні гумусу ґрунту за його сільськогосподарського використання беруть участь рослинні рештки, кількість яких залежить від біологічних особливостей культур та удобрення. Найбільше їх надходить під конюшиною, менше - під пшеницею озимою і ще менше - під буряками цукровими. Системи обробітку мало впливали на кількість рослинних решток, а удобрення збільшувало їх надходження в озимою ґрунт на 4,6-8,4 т/га. Найбільше рослинних решток щорічно накопичується на перелозі - 19,8 т/га. Рослинні рештки й органічні добрива сприяли зростанню потенційної здатності ґрунту до гумусоутворення. Найвищою вона була за мілкого плоскорізного обробітку із внесенням 12 т/га гною й мінеральних добрив, але не досягла значень перелогу.

2. На вміст та запаси гумусу впливали як системи обробітку ґрунту, так і удобрення культур. Безполицеві обробітки зумовлювали нагромадження гумусу у верхніх шарах ґрунту, а при застосуванні оранки гумусованість нижніх шарів була вищою. Внесення різних видів органічних добрив сприяло зростанню вмісту і запасів гумусу в метровому шарі ґрунту. Відповідно до глибини загортання свіжої органічної речовини за різних систем обробітку ґрунту відбувається перерозподіл запасів гумусу в профілі чорнозему типового. У верхньому півметровому шарі вищі запаси були за безполицевих обробітків, а в нижніх шарах переважала оранки. Найбільші запаси в метровому шарі грунту виявлено у варіанті з різноглибинним плоскорізним обробітком - 311 т/га, проте вони були меншими, ніж на перелозі, - 337 т/га.

3. Під впливом обробітків і удобрення змінився якісний склад гумусу чорнозему типового. Використання ґрунту без удобрення збільшує у складі гумусу частку гумінових кислот та нерозчинного залишку, а також звужує співвідношення С:N. Внесення органо-мінеральних добрив підвищує вміст усіх груп гумусових речовин, звужує співвідношення Сгк:Сфк, розширює співвідношення С:N і знижує оптичну щільність гумусових речовин за рахунок збільшення частки новоутворених гумусових кислот. Усі зміни якісного складу гумусу під впливом систем обробітку та удобрення відбуваються в межах гуматного типу гумусу.

4. Під культурами сівозміни спостерігалися однакові закономірності у динаміці вмісту гумусу в грунті. Найвищий його вміст був на початку вегетаційного періоду, потім відмічали зменшення до середини вегетації й часткове відновлення восени. Найінтенсивніше відновлювався гумус у варіанті з мілким плоскорізним обробітком і внесенням соломи та сидератів, а також у варіанті з оранкою, де вносили гній і мінеральні добрива. За безполицевих обробітків установлено вищий вміст та більшу динаміку рухомих гумусових речовин упродовж вегетаційного періоду, хоч вони поступалися показникам перелогу.

5. Внесення добрив і зростання вмісту гумусу сприяли інтенсифікації біологічної активності ґрунту, що проявилося в посиленні виділення СО₂ та целюлозоруйівної здатності. Інтенсивність виділення СО₂ поступово зростала впродовж вегетаційного періоду й знижувалася лише восени. Найвищі показники на фоні мінеральних добрив були у варіантах із внесенням гною, і тільки на початку вегетаційного періоду переважали варіанти із внесенням соломи або поєднанням її з сидератами. Системи обробітків мало впливали на цей показник.

Целюлозоруйнівна здатність найвищою була за внесення гною, соломи та мінеральних добрив. Безполицеві обробітки посилювали целюлозоруйнівну здатність, особливо у верхніх шарах ґрунту. В цілому кращі варіанти ріллі не поступалися перелогу за показниками біологічної активності ґрунту.

6. Найбільше на активність ферментів впливали добрива, які підвищували у верхніх шарах ґрунту показники поліфенолоксидази на 23-67% і пероксидази на 33-48%. Безполицеві обробітки підвищували ферментативну активність у верхніх шарах, а оранка - в нижній частині оброблюваного шару. Вищі коефіцієнти гумусонакопичення були за безполицевих обробітків, особливо у варіанті із внесенням гною, соломи і мінеральних добрив, де вони наближалися до показників перелогу, - відповідно 59,9 і 60,4%

7. Внесення свіжої органічної речовини у вигляді гною в нормі 12 т/га наблизило запаси енергії гумусу до значень енергії на перелозі. Обробіток ґрунту мало впливав на енергетичні запаси. За три роки досліджень запаси енергії гумусу збільшились як у всіх варіантах обробітку, так і на перелозі: на оранці - на 5,66 млн кДж/га, глибокому плоскорізному - 17,26 млн кДж/га, мілкому плоскорізному - 18,90 млн кДж/га, на перелозі - 2,72 млн кДж/га.

8. Внесення органічних добрив на фоні мінеральних позитивно вплинуло на приріст урожайності всіх трьох культур. При вирощуванні конюшини серед обробітків перевагу мала оранка, але різниця між варіантами була несуттєвою й становила 0,4-0,5 т/га. За різноглибинного плоскорізного обробітку із внесенням мінеральних добрив і післядією соломи та сидератів відмічали найбільший приріст урожайності пшениці озимої до оранки - 0,57 т/га. Найвища врожайність буряків цукрових була у варіанті, де вносили гній або гній і солому на фоні мінеральних добрив, - 61,3-64,3 т/га. При вирощуванні культур ланки сівозміни: конюшина - пшениця озима - буряки цукрові найкращі показники рентабельності 189-259% і найвищі коефіцієнти енергетивності 5,06-8,27% були відмічені за мінімального обробітку в усіх варіантах удобрення.

Рекомендації виробництву

1. Із метою відтворення потенційної здатності до гумусоутворення та позитивного балансу гумусу чорноземних ґрунтів в умовах типової сівозміни Правобережного Лісостепу пропонується застосовувати ресурсозберігаючі технології, які грунтуються на безполицевих обробітках, залишенні соломи пшениці озимої з компенсацією азотної нестачі, вирощуванні сидератів і вносенні на 1га сівозмінної площі N₅₅P₄₅K_45.

2. Для досягнення продуктивності ланки сівозміни 8,00-8,13 т/га на чорноземах типових в умовах Правобережного Лісостепу рекомендуємо систематично застосовувати ресурсозберігаючі технології, що базуються на безполицевому обробітку на глибину 10-12 см і вносити під пшеницю озиму N₆₀P₅₀K₆₀ , під буряки цукрові залишати солому пшениці озимої та вирощувати сидерати й вносити N₁₁₀P₈₀K_90.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Богданович Р.П. Вплив різних норм і видів органічних добрив на показники гумусного стану чорнозему типового / Р.П. Богданович, М.О. Кудлай // Вісник аграрної науки. - 2007. - №9. - С. 12-15. (Проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті)

2. Богданович Р.П. Біологічна активність чорнозему типового за різних варіантів удобрення та обробітку / Р.П. Богданович, М.О. Предоляк // Вісник Харківського Національного університету імені В.В.Докучаєва. - 2009. - №3. - С 73-78. (Проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті)

3. Предоляк М.О. Вплив обробітку грунту та удобрення на вміст і динаміку рухомих гумусових речовин в чорноземі типовому / М.О. Предоляк // Вісник аграрної науки. - 2010. - №4. - С. 70-72.

4. Богданович Р.П. Запаси енергії гумусу залежно від удобрення та обробітку грунту / Р.П. Богданович, М.О. Предоляк // Матеріали всеукраїнської наукової конференції молодих учених (18-19 лютого 2010р., м. Умань). - Частина 1. Умань, 2010. - С. 213-214. (Проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті)

5. Богданович Р.П. Потенційна здатність до гумусоутворення чорнозему типового в умовах Правобережного Лісостепу / Р.П. Богданович, М.О. Предоляк // Матеріали до VIII з`їзду УТГА (5-9 липня 2010р., м. Житомир). - Книга друга. - Харків, 2010. - С. 14-16. (Проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті)

6. Балаєв А.Д. Гумусованість ґрунтів Правобережного Лісостепу України за різних умов їх використання / А.Д. Балаєв, М.О. Предоляк, О.П. Ковальчук, М.В. Гаврилюк // Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. - 2010. - №149. - С. 357-362. (Проведення лабораторних і польових досліджень, написання статті)

Анотація

Предоляк М.О. Гумусний стан і біологічна активність чорнозему типового Правобережного Лісостепу за різної інтенсивності його використання

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.03 - аґрогрунтознавство і агрофізика. - Національний університет біоресурсів і природокористування України, Київ, 2011.

У дисертаційні роботі викладено результати польових, лабораторних і виробничих досліджень, в яких вивчали органічну речовину ґрунту, показники гумусного стану, мікробіологічну активність та біохімічні процеси у грунті. В умовах Правобережного Лісостепу досліджено вплив різної інтенсивності використання ґрунтів на вміст у них гумусу. Визначено чинники процесів мінералізації та гуміфікації органічної речовини грунту. Встановлено, що за безполицевого обробітку і з внесенням органо-мінеральних добрив зростає вміст органічної речовини та відтворюється родючість грунтів. Вивчено залежність формування врожаю культур ланки сівозміни від умов вирощування й оцінено економічну та енергетичну доцільність впроваджуваних....