Гумусний режим чорнозему типового в короткоротаційних сівозмінах із різним бобовим компонентом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут водних проблем і меліорації НААН

Державний біотехнологічний університет

Державна установа Національний Антарктичний науковий центр МОН України

Гумусний режим чорнозему типового в короткоротаційних сівозмінах із різним бобовим компонентом

С.І. Кудря, Ю.О. Тараріко, Н.А. Кудря, Г.І. Личук доктор сільськогосподарських наук, доктор сільськогосподарських наук, професор, академік кандидати сільськогосподарських наук

м. Харків, м. Київ

Анотація

Мета. Дослідити зміни гумусного стану чорнозему типового за 13 ротацій польових короткоротаційних сівозмін із різним бобовим компонентом. Методи. Загальнонаукові та спеціальні для аграрної науки: довготривалий польовий та аналітичний. Для визначення вмісту загального гумусу в чорноземі типовому використовували метод І.В. Тюріна в модифікації Сімакова, баланс гумусу розраховували відповідно до методики ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського». Результати. Аналіз показав зміни вмісту загального гумусу в ґрунті залежно від культур, які вирощували впродовж 13 ротацій короткоротаційних сівозмін у Лівобережному Лісостепу України на дослідному полі Харківського національного аграрного університету ім. В.В. Докучаєва. Виявлено позитивний вплив гороху та чини на вміст гумусу в орному шарі чорнозему типового в сівозмінах, в яких цей показник становив 4,39 і 4,34% відповідно, що порівняно з паровою сівозміною в середньому вище на 0,34%. У польових сівозмінах із вико-вівсяною сумішкою та соєю цей показник перевищував парову сівозміну на 0,11%, але вони за вмістом гумусу в ґрунті поступалися сівозмінам із горохом і чиною, у середньому різниця становила 0,13%. Баланс гумусу в ґрунті досліджуваних органічних агроекосистем з різними рослинними компонентами був пасивним і варіював від - 109 до - 635 кг/га. Меншим дефіцит гумусу був у польових сівозмінах із бобовими культурами (викою в сумішці з вівсом, соєю, горохом, сочевицею, квасолею та чиною) за вирощування на 3-й рік ротації гречки. Висновки. Виявлено більш високий уміст гумусу в ґрунті в сівозмінах із бобовими культурами та кукурудзою на силос. Відзначено помітне зниження вмісту органічної речовини в ґрунті за введення в органічні агроекосистеми чистого пару. Баланс гумусу в ґрунті досліджуваних сівозмін із різними рослинними компонентами був пасивним. Менший дефіцит гумусу спостерігався в сівозмінах із бобовими культурами за вирощування на 3-й рік ротації гречки.

Ключові слова: агротехнічні досліди, вирощування, сільськогосподарська культура, попередник, ґрунт, органічна речовина.

Abstract

Kudria S.1, Tarariko Yu.2, Kudria N.3, Lychuk H.4

1 State Biotechnological University, Kharkiv,; 2Institute of Water Problems and Land Reclamation of NAAS,

Kyiv,; 4State Enterprise National Antarctic Scientific Center of MES of Ukraine, , Kyiv

The humus regime of typical chornozem in short crop rotations with different leguminous components

Goal. To study changes in the humus state of typical chornozem during 13 rotations of field short crop rotations with different leguminous components. Methods. General scientific and special for agricultural science: long-term field and analytical. To determine the content of total humus in a typical chornozem, they used I.V. Tiurin's method in Simakov's modification, the humus balance was calculated according to the methodology of the Institute of Soil Science and Agrochemistry named after O.N. Sokolovskyi. Results. The analysis showed changes in the content of total humus in the soil depending on the crops grown during 13 rotations of short crop rotations in the Left Bank Forest-Steppe of Ukraine at the experimental field of the Kharkiv National Agrarian University named after V.V. Dokuchaiev. A positive effect of peas and grass pea on the content of humus in the arable layer of typical chornozem in crop rotations was revealed, in which this indicator was 4.39 and 4.34%, respectively, compared to paired crop rotation on average 0.34% higher. In field crop rotations with a vetch-oats mixture and soybean, this indicator exceeded steam crop rotation by 0.11%, but they were inferior to crop rotations with peas and grass peas in terms of humus content in the soil, the average difference was 0.13%. The balance of humus in the soil of the investigated organic agroecosystems with different plant components was passive and varied from -109 to -635 kg/ha. The humus deficiency was smaller in field crop rotations with leguminous crops (vetch in a mixture with oats, soybeans, peas, lentils, beans, and grass peas) for growing buckwheat in the 3rd year of the rotation. Conclusions. A higher content of humus in the soil was found in crop rotations with leguminous crops and corn for silage. A noticeable decrease in the content of organic matter in the soil due to the introduction of pure steam into organic agroecosystems was noted. The balance of humus in the soil of the investigated crop rotations with different plant components was passive. A smaller humus deficit was observed in crop rotations with leguminous crops for growing buckwheat in the 3rd year of the rotation.

Key words: agrotechnical experiments, cultivation, agricultural culture, predecessor, soil, organic matter.

Актуальне завдання сьогодення -- зниження собівартості продукції та підвищення її конкурентоспроможності з обов'язковим збереженням і відтворенням ґрунтової родючості. Тому важливим є вивчення впливу сівозмін на гумусний режим чорнозему типового.

Багато наукових публікацій присвячено впливу сільськогосподарських рослин, обробітку ґрунту та добрив на родючість ґрунту. Автори [1 - 3] висвітлюють лише окремі питання, пов'язані з такою дією в різних ґрунтово-кліматичних зонах. За сучасних умов господарювання в зв'язку з інтенсивністю обробітку ґрунту, збільшенням площ під просапними культурами та зменшенням використання органічних добрив спостерігається інтенсивна мінералізація гумусу в ґрунті. Це порушує природне гу- мусоутворення та гумусонакопичення, змінює кількість і якість поживних речовин, що надходять у ґрунт, інтенсивність і напрям процесів гуміфікації [4 - 6]. гумусний чорнозем сівозміна бобовий

Тривале сільськогосподарське використання ґрунту зменшує запаси органічної речовини по всьому профілю, але темпи її втрат уповільнюються [7, 8].

Як вважають автори [9], уміст органічної речовини в ґрунті значною мірою залежить від ступеня впливу на нього сільськогосподарських культур, їх співвідношення в сівозміні, виду та кількості добрив. Збільшення частки просапних культур у сівозміні на 10% призводить до підвищення втрат органічної речовини на 20 - 40 кг/га.

Дані щодо змін гумусного режиму ґрунтів під впливом сільськогосподарських культур містять протилежні думки.

Мета досліджень -- визначити вплив сільськогосподарських культур на гумусний режим чорнозему типового в короткоротацій- них сівозмінах.

Матеріали та методи досліджень. Стаціонарний довготривалий дослід із вивчення сівозмін короткої ротації, закладений у 1962 р., проводили на дослідному полі Харківського сільськогосподарського інституту ім. В.В. Докучаєва (нині Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва). За даними досліджень 1960 р., у шарі ґрунту 0 - 20 см уміст гумусу становив 6,1%, легкогідролізного азоту -- 72 мг/кг ґрунту, рухомого фосфору -- 109, рухомого калію -- 272 мг/кг ґрунту. Автори [10], здійснивши польові і лабораторні дослідження, дійшли висновку, що ґрунтовий покрив дослідного поля відносно однорідний і представлений чорноземом типовим глибоким малогумусним важкосуг- линковим на лесовидному суглинку.

Упродовж 53 років (1962 -2015) у досліді вивчали окремі сільськогосподарські культури та 16 варіантів польових сівозмін із таким чергуванням культур: 1 -- попередник пшениці озимої, 2 -- пшениця озима, 3 -- буряки цукрові та гречка, 4 -- ячмінь ярий. Попередниками пшениці озимої були: горох, чина, сочевиця та квасоля на зерно, вико-вів- сяна сумішка та соя на зелений корм, кукурудза на силос і чистий пар. Площа посівної ділянки -- 142 м2, облікової -- 50 - 100 м2. Досліди проводили в 3-разовій повторності. Розташування ділянок у дослідах -- послідовне. Під час закладання та проведення польового стаціонарного досліду використовували загальноприйняті методики [11].

Досліджували органічну систему удобрення з використанням на добриво лише нетоварної частини врожаю -- соломи: бобових -- у середньому 2,7 т/га; пшениці озимої -- 5,1; гречки -- 2,5, гички буряків цукрових -- 10 та соломи ячменю -- 2,5 т/га. Ґрунтові зразки для агрохімічних аналізів відбирали з шару 0 - 30 см. Уміст органічної речовини визначали за методом І.В. Тюріна в модифікації Сімакова. Баланс гумусу -- різницю між кількістю його новоутворення в грунті та мінералізацією за певний період, розраховували відповідно до методики ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського» [12].

Результати досліджень. Інтенсивність і напрям процесів трансформації енергії та речовини в агроекосистемах залежать не лише від її кількості та якості, а й чергування культур, обробітку ґрунту, органічних і мінеральних добрив та меліорантів. У регулюванні балансу гумусу в ґрунті особливо важливе місце належить удосконаленню структури посівних площ і чергуванню культур у сівозмінах [13]. Інтенсивне використання ґрунту під сільськогосподарськими культурами від початку закладання досліду призвело до зменшення вмісту органічної речовини до 4,52 - 4,61%, що й було зафіксовано автором у 1976 р. [14]. За цим показником ґрунт дослідного поля належить до чорнозему типового малогумусного.

З визначенням умісту органічної речовини в ґрунті в 2015 р. виявилося, що тривале використання короткоротаційних сівозмін погіршувало його гумусний стан. Розрахунки показали зниження показника вмісту органічної речовини в досліді на 1,81%. Проведений більш глибокий аналіз даних показав, що за останні 39 років зниження вмісту органічної речовини (у %) в ґрунті відбувалося набагато повільніше. Використовуючи дані автора [14] до 1976 р. (за 16 років), зафіксовано зменшення вмісту органічної речовини порівняно з вихідними даними на 1,54%, тобто щороку втрати становили 0,10%, за наступні 39 років -- лише 0,27%, тобто 0,007% за рік.

Після 13 ротацій спостерігалися зміни вмісту органічної речовини залежно від вирощуваних культур. Виявлено позитивний вплив гороху та чини на вміст гумусу в орному шарі ґрунту в сівозмінах, де цей показник у середньому був на 0,34% вищим, ніж у паровій сівозміні (табл. 1). Вплив бобових культур на родючість ґрунту достатньо вивчений. На думку вчених, підвищення вмісту азоту зумовлене азотофіксувальною здатністю бобових рослин, після збирання яких у ґрунті залишаються післяжнивні рештки, збагачені азотом. Важливу роль відіграють бобові культури і в забезпеченні ґрунту органічною речовиною [15, 16].

У сівозмінах із соєю та вико-вівсяною сумішкою цей показник перевищував показник парової сівозміни на 0,11%. Проте за вмістом органічної речовини в ґрунті вони значно поступалися сівозмінам із горохом і чиною, у середньому різниця становила 0,13%. Таке зниження вмісту органічної речовини зумовлене значно меншими обсягами післяжнивних решток, які залишалися після збирання сої та вико-вівсяної сумішки на зелений корм. У дослідженнях було отримано неочікувані результати стосовно вмісту гумусу в сівозміні з кукурудзою на силос, в якій після багаторічних досліджень цей показник становив 4,40%. Він є рівноцінним показнику в сівозмінах, де вирощували бобові культури -- горох і чину. Можна припустити, що цей результат залежав від великого обсягу кореневих і післяжнивних решток, які підвищили вміст органічної речовини в ґрунті. Крім того, у цьому разі технологія вирощування кукурудзи на силос не передбачала проведення багаторазових міжрядних обробітків ґрунту, що уповільнювало процеси мінералізації органічної речовини.

1. Гумусний стан ґрунту після 13 ротацій різних сівозмін (2015 р.), %

Виявлено помітне зниження вмісту гумусу в сівозміні з чистим паром. У ґрунті постійно відбуваються процеси мінералізації органічної речовини кореневих решток рослин, гумусу, органічних добрив і продуктів життєздатності мікроорганізмів. Саме в полі чистого пару повністю розкладається органічна маса, поступово накопичувана попередніми роками. Наявність у сівозміні чистого пару мобілізує азотний фон і сприяє очищенню ґрунту від бур'янів, але, як показали дослідження, може призвести до погіршення гумусного стану ґрунту [17].

Інтенсивність мінералізації органічних речовин впливає на вміст гумусу в ґрунті [18 - 20]. Тривале вирощування культур у сівозмінах та відмінності їх біологічних особливостей і технологій вирощування сприяють концентрації органічних решток у певних шарах. Значна частина кореневої системи рослин зосереджується у верхньому шарі ґрунту, більша кількість їх органічної маси також залишається саме в цьому шарі.

У дослідженнях було відзначено стійке підвищення вмісту органічної речовини у верхньому шарі ґрунту в усіх розроблених сівозмінах. У цьому шарі був найсприятливіший тепловий режим, який у поєднанні з циклічними змінами погодних умов забезпечував поступове розкладання органічних решток і створював умови інтенсивної гуміфікації та накопичення гумусних речовин у ґрунті. Зі збільшенням глибини по профілю кількість гумусу зменшувалася в середньому на 0,07%. Слід зазначити, що зберігалася тенденція до збільшення його кількості в сівозмінах з горохом, чиною і кукурудзою на силос. Вирощування бобових культур у сівозмінах сприяло надходженню в ґрунт біомаси, багатої на білок, що в умовах біологічного землеробства забезпечувало її стійкість і зменшувало втрати гумусу, унаслідок чого запаси в ґрунті становили 151 - 155 т/га, що в середньому більше, ніж у паровій сівозміні на 7 т/га.

Розрахунки балансу гумусу в ґрунті під попередниками пшениці озимої показали, що він був негативним. Мінімальний його дефіцит отримали на полях за вирощування культур на зелений корм. Під вико-вів- сяною сумішкою він становив 242 кг/га, соєю -- 283 кг/га. Саме в цих сівозмінах мінералізувалася найменша кількість гумусу й залишалася максимальна кількість стерньових решток. Найбільший дефіцит гумусу визначено в полі чистого пару -- 2000 кг/га. Саме така кількість гумусу в паровому полі мінералізувалася без будь-яких надходжень.

У 4-пільних сівозмінах лише на 2-й рік ротації, тобто під пшеницею озимою, отримали позитивний баланс гумусу. Максимальним він виявився при розміщенні озимих по чистому пару, мінімальним -- за вирощування пшениці після кукурудзи на силос. Варіанти з бобовими попередниками займали проміжне місце. Очевидно, цей показник залежав від урожайності зерна пшениці озимої та надходження органічної речовини з післяжнивними рештками.

І навпаки, одним із найдефіцитніших баланс гумусу був на 3-му полі сівозмін за розміщення на ньому буряків цукрових. Причина цього -- незначна кількість нетоварної продукції, поверхневих залишків і коріння та велика мінералізація органічної речовини. Баланс гумусу в ґрунті під буряками цукровими не залежав від передпопередника, дещо вищим він був у сівозмінах із кукурудзою, квасолею, соєю та чиною. Значно менший дефіцит гумусу встановлено в ґрунті з посівами гречки 277... -369 кг/га залежно від сівозміни. Такий дефіцит можна пояснити високим коефіцієнтом гуміфікації рослинних залишків гречки, соломи з подальшою її заробкою в ґрунт та менш інтенсивною мінералізацією гумусу під гречкою.

Ще менший дефіцит гумусу склався під ячменем ярим. Оскільки досліджували 16 варіантів короткоротаційних польових сівозмін, уміст гумусу залежав від першої культури сівозмін і безпосередньо від попередників ячменю. Нижчим він був у сівозмінах із буряками цукровими, вищим -- у варіантах із гречкою. Щодо залежності балансу гумусу від першої культури слід зазначити, що меншим він був у сівозмінах із горохом, вико-вівсяною сумішкою, чистим паром і сочевицею, дещо більшим -- у варіантах із соєю та кукурудзою на силос.

2. Баланс гумусу в сівозмінах короткої ротації (у середньому за 1996- 2015 рр.)

Розрахунки балансу гумусу в ґрунті для сівозміни показали, що він був пасивним (табл. 2). Залежно від сівозміни баланс гумусу варіював у межах - 109... - 635 кг/га. Більший вплив на баланс гумусу мали перші і треті культури сівозмін.

Найбільший дефіцит гумусу виявився в сівозмінах із чистим паром і буряками цукровими, значно нижчий -- у сівозмінах із вико-вівсяною сумішкою та соєю на зелений корм і горохом на зерно. Це пояснюється високою продуктивністю сівозміни, кількістю післяжнивних решток і зниженням мінералізації гумусу порівняно з іншими сівозмінами. Варто зазначити, що баланс гумусу у сівозмінах із буряками цукровими і гречкою був різним ( - 241. - 6з5 і - 109. - 93 відповідно)

Висновки

Уміст органічної речовини в орному шарі ґрунту після 13 ротацій сівозмін становив 4,13-4,40%. Виявлено вищий уміст гумусу в ґрунті в сівозмінах із бобовими культурами (горохом і чиною) та кукурудзою на силос. Відзначено помітне зниження вмісту органічної речовини в ґрунті за введення в органічні агроекосистеми чистого пару, різниця становила 0,19% порівняно з іншими сівозмінами. Баланс гумусу в ґрунті досліджуваних сівозмін із різними рослинними компонентами був пасивним. Меншим дефіцит гумусу був у сівозмінах із вико-вівсяною сумішкою, соєю, горохом, сочевицею, квасолею і чиною за вирощування на 3-й рік ротації гречки.

Бібліографія

1. Носко Б.С., Чесняк Г.Я. Як зберегти і підвищити родючість чорноземів. Київ: Урожай, 1984. 200 с.

2. Цицюра Я.Г., Поліщук М.І., Броннікова Л.Ф. Ґрунтознавство з основами геології. Ч. ІІ. Генезис, класифікація та властивості ґрунтів: навч. посібн. Вінниця: ТОВ «Друк плюс», 2020. 676 с.

3. Богданович Р.П., Кудлай М.О. Вплив різних норм і видів органічних добрив на показники гумусного стану чорнозему типового. Вісник аграр- ноїнауки. 2007. № 9. С. 12 - 15.

4. Казаков А.А., Лактионов Н.И., Литов- ченко Н.С. и др. Характеристика почвенного покрова опытного поля учебно-опытного хозяйства «Коммунист». Тез. докл. науч. конф. (май 1961 г.) Вып. 1. Харьков, 1961. С. 27 - 29.

5. Єщенко В.О., Копитко П.Г., Опришко В.П., Костогриз П.В. Основи наукових досліджень в агрономії. Київ: Дія, 2005. 288 с.

6. Чесняк Г.Я., Зинченко М.М., Серо- куров Ю.И. Расчет баланса гумуса и норм органических удобрений для обеспечения его бездефицитного содержания в черноземных почвах левобережной части УССР: метод. ре- ком. Харьков, 1987. 32 с.

7. Verbree D.A., Duiker S.W., Kleinman P.J.A. Runoff losses of sediment and phosphorus from no-till and cultivated soils receiving dairy manure. J. Environ. Qual. 2010. 39: 1762 - 1770.

8. Василькина Л.Л. Влияние предшественников озимой пшеницы на изменение элементов плодородия типичного чернозема. Плодородие почв и эффективность удобрений: сб. науч. тр. Харьк. с.-х. ин-та им. В. В. Докучаева, 1980. Т. 273. С. 23 - 29.

9. Дідур І.М., Шевчук В.В. Підвищення родючості ґрунту в результаті накопичення біологічного азоту бобовими культурами. Сільське господарство та лісівництво. 2020. № 16. С. 48 - 60.

10. Мазур В.А., Гончарук І.В., Панцирева Г.В., Телекало Н.В. Агроекологічне обґрунтування технологічних прийомів вирощування зернобобових культур. Вінниця: ТОВ «ТВОРИ», 2020. 192 с.

11. Кудря С.І. Вплив зерно-бурякових сівозмін із різними бобовими попередниками пшениці озимої на поживний режим чорнозему типового. Вісник аграрної науки. 2020. № 4(805). С. 15 - 21.

12. Чередниченко І.В. Вміст рухомих органічних речовин за різних систем удобрення в умовах органічного землеробства. Вісник Полтавської державної аграрної академії. Сільське господарство. Рослинництво. 2015. № 3. С. 66 -69.

13. Попірний М.А. Зміна якісних і спектроскопічних характеристик органічної речовини чорнозему типового за різних систем обробітку ґрунту. Вісник аграрної науки. 2016. Вип. 7. С. 65 -68.

14. Токмакова Л.М., Ларченко І.В., Ковпак П.В. Мікробіологічні процеси трансформації рослинних решток кукурудзи за інтродукції в агроценози мі- кроорганізмів-деструкторів органічної речовини. Сільськогосподарська мікробіологія. 2020. Вип. 32. С. 35-47.

Размещено на Allbest.ru