Агроекологічна оцінка систем удобрення зернових культур в польовій сівозміні полісся залежно від погодних умов вирощування

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ

УДК 631.46:631.582:504:633.367

03.00.16 - екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

АГРОЕКОЛОГІЧНА ОЦІНКА СИСТЕМ УДОБРЕННЯ ЗЕРНОВИХ КУЛЬТУР В ПОЛЬОВІЙ СІВОЗМІНІ ПОЛІССЯ ЗАЛЕЖНО ВІД ПОГОДНИХ УМОВ ВИРОЩУВАННЯ

Никитюк Павло Андрійович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Чернігівському інституті агропромислового виробництва УААН

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН Бердніков Олександр Михайлович, Чернігівський інститут АПВ УААН, завідувач лабораторії агрохімії

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН Волкогон Віталій Васильович, інститут сільськогосподарської мікробіології УААН, директор інституту

доктор сільськогосподарських наук, професор, член-кореспондент УААН Тараріко Юрій Олександрович, інститут гідротехніки і меліорації УААН, завідуючий відділенням агроресурсів

Захист відбудеться “16” грудня 2008 року о 11 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 в Інституті агроекології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології УААН за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий “14” листопада 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук Я.В.Чабанюк

ВСТУП

Актуальність теми. Екологічна ситуація в агроландшафтах Полісся тісно пов'язана з проявом абіотичних і біотичних чинників навколишнього природного середовища, до яких належать кліматичні умови регіону і трансформація органічної речовини привнесених добрив і рослинних решток.

Особливої актуальності набуває ця тема в зв'язку зі змінами клімату в планетарному і регіональному масштабах, спричиненими підвищенням температури повітря та проявами екстремальних умов, що неминуче виникають внаслідок аридизації клімату. Встановлено, що за останні 100 років середньорічна температура повітря планети помітно підвищилась (В.І.Вишневський, 2001), значно теплішими стали зимові місяці (Будько М.І. та ін., 1999; В.І.Вишневський, 2001). Проте, ведення галузі землеробства дотепер здійснюється традиційно без урахування мінливості зовнішніх умов. Особливо це стосується розв'язання зернової проблеми. Якщо 1989 р. валовий збір зерна в Україні становив 51 млн т, то в 1996 р. він зменшився до рівня 1913 р., тоді як у країні є реальні потенційні можливості для доведення валового збору зерна до 60 млн т і більше (Сайко В.Ф., 1994, 1997). Але поряд з поступовим нарощуванням виробництва зерна слід мати на увазі, що інтенсифікація створює потужне техногенне навантаження на навколишнє природне середовище, до якого особливо сприйнятливі ґрунти Полісся (О.О.Созінов, 1996, В.І. Кисіль, 2000).

Виходячи з можливостей України увійти в лідери світового ринку зерна та необхідності ведення галузі землеробства з урахуванням зміни клімату, назріла необхідність розроблення технологій вирощування зернових культур, що максимально відповідатимуть поставленим завданням з урахуванням економічних і екологічних особливостей сучасного періоду та на перспективу. Питання адаптації сільського господарства до екстремальних кліматичних умов є недостатньо або зовсім не вирішеними, частину із них і поставлено нами на вивчення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною тематичного плану Чернігівського інституту АПВ та науково-технічних програм (НТП): „Родючість ґрунтів” на 1996-2000 рр., а також завданням А01002329Р „Розробити і удосконалити зональні ресурсозберігаючі технології застосування добрив у сівозміні, які забезпечують підвищення ефективності родючості ґрунту, високі і якісні врожаї с.-г. культур з урахуванням охорони навколишнього середовища”; НТП УААН „Сталі агроекосистеми” 2001-2005 рр. (№ ДР 0104U003986); НТП УААН „Родючість, охорона і екологія ґрунтів” на 2006-2010 рр. (№ ДР 0106U006501).

Мета і завдання досліджень. Основна мета наших досліджень - встановлення екологічної рівноваги і високої продуктивності зернових культур в агроекосистемах Полісся. Вона досягається виконанням таких завдань :

- систематизувати агрометеорологічні умови років та їх вегетаційних періодів 11-річного циклу, встановити чергування типів погоди за ознаками сприятливості і екстремальності щодо вирощування зернових культур;

- випробувати в умовах полігонного моніторингу традиційні та альтернативні системи удобрення з максимальним залученням у біологічний кругообіг місцевих органічних ресурсів;

- визначити антропогенний вплив на міграцію біогенних елементів з потоком гравітаційних вод за межі кореневої системи злакових культур;

- провести екологічне оцінювання традиційних і альтернативних систем удобрення зернових культур за сприятливих і екстремальних погодних умов;

- визначити агрономічну цінність нового покоління органо-мінеральних добрив Чернігівського Інституту АПВ та фосформобілізуючих бактерій як складових елементів „біологізації” землеробства;

- встановити окупність одиниці органічних і мінеральних добрив у системах удобрення за різними типами погоди, та визначити баланс поживних речовин у сівозміні на моделях пшениці і жита озимих;

- розрахувати економічну і енергетичну ефективність використання засобів хімізації за сприятливих і екстремальних погодних умов вирощування зернових культур;

- розробити рекомендації екологічно і енергетично збалансованої системи удобрення для забезпеченням стабільної продуктивності зернових культур в умовах підвищеної аридності клімату Полісся.

Об'єкт дослідження - агроекологічне оцінювання альтернативних систем землеробства в польовій сівозміні за екстремальних і сприятливих кліматичних умов у зоні Полісся.

Предмет дослідження - продуктивність зернових культур у польовій сівозміні, закономірності зміни погодних умов вегетаційних періодів, інтенсивність міграції біогенних елементів з гравітаційними водами.

Методи досліджень - польовий, лізиметричний, лабораторний, математичної статистики, економічна та біоенергетична ефективність.

Наукова новизна досліджень. Уперше в зоні Полісся проведено агроекологічний моніторинг щодо впливу сприятливих і екстремальних кліматичних умов на продуктивність зернових культур у системах екстенсивного, інтенсивного і „біологічного” ведення землеробства впродовж 11-літнього циклу досліджень. Визначено оптимальні, посушливі, перезволожені та змішані типи погоди, встановлено стабілізуючу роль альтернативних систем удобрення за несприятливих вегетаційних періодів. Доведено можливість зниження втрат продуктивності вологи і міграції біогенних елементів за профілем ґрунту у 1,5-2 рази, покращення якості у продукції рослинництва за умов органічного землеробства із максимальним залученням у біологічний кругообіг вторинної продукції рослинництва, сидератів, органо-мінеральних добрив і біопрепаратів удобрювальної дії.

В Україні проведено агрономічне і агроекологічне оцінювання традиційних систем удобрення в польовій зерно-просапній сівозміні з доповненням їх елементами „біологізації” (вторинна продукція рослинництва і сидерація) та використанням біопрепаратів нового покоління з метою одержання найвищої продуктивності зернових культур у сприятливі і стабілізації їх урожайності в екстремальні вегетаційні періоди. Для умов Чернігівського Полісся визначено сучасні типи погоди і встановлено, що температура повітря за вегетаційний період підвищилась на 0,7 оС з тенденцією до зниження кількості опадів, запропоновано переглянути традиційні технології вирощування зернових культур у зоні Полісся.

Особистий внесок автора. Автор брав участь у проведенні польових досліджень впродовж 1998-2001рр. та має дозвіл вченої ради Чернігівського інституту АПВ УААН на використання для узагальнення результатів дослідів попередніх років. Автором самостійно узагальнено одержані результати, проведено агрономічне і агроекологічне оцінювання систем удобрення за сприятливих і екстремальних погодних умов вегетаційних періодів. міграція біогенний мінеральний кореневий

Апробація роботи. Результати досліджень та основні положення дисертаційної роботи доповідались автором на міжнародній науково-практичній конференції (Одеса, липень 2001р.) та на обласних і районних семінарах з вирощування зернових культур у Поліссі і Лісостепу (серпень 2001р., вересень 2001р.), а також на науково-технічних Радах Чернігівської державної сільськогосподарської дослідної станції (1999, 2000 рр.) і Чернігівського інституту АПВ (2001р.).

Практичне значення одержаних результатів. Проведено агрономічне і економічне обґрунтування екологічно врівноваженого функціонування агроландшафту з ощадливим застосуванням агрохімікатів штучного походження та з максимальним залученням у біологічний кругообіг біогенних елементів відновлювальних ресурсів органічного походження - вторинної продукції рослинництва і сидератів з рівнозначною заміною підстилкового гною органо-мінеральними добривами та з оптимізацією фосфатного живлення рослин за допомогою біопрепаратів фосфатмобілізуючої дії. Визначено універсальну органо-мінеральну систему удобрення з елементами „біологізації”, що забезпечує стабілізацію урожайності зернових культур за сприятливих і екстремальних погодних умов.

У стаціонарному лізиметричному досліді визначено параметри міграції біогенних елементів за межі кореневмісного шару рослин та шляхи їх залучення в біологічний кругообіг шляхом хемо- і фітомеліорацій.

Результати дисертаційної роботи впроваджено в приватно-орендному сільськогосподарському підприємстві „Колос” Козелецького району на площі 86 га, в СВК „Мрія” с. Максим Козелецького району на площі 115 га та агрофірмі ім. Розумовських Козелецького району на площі 240 га.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано у 8 наукових працях, з яких 5 - у фахових виданнях ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Основний зміст дисертації викладено на 145 стор. машинописного тексту. Він складається із вступу, 7 розділів, висновків, рекомендацій виробництву. У роботі наведено 43 таблиці, 13 рисунків, 3 додатки. У переліку літератури 254 назви, у тому числі 17 латинецею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Фактори стабілізації врожайності зернових культур і поліпшення якості зерна в умовах Полісся

Виконано огляд літератури з питань формування врожайності зернових культур у польових сівозмінах Полісся з урахуванням агротехнічних факторів і кліматичних умов впродовж вегетаційного періоду. Визначено агроекологічні і економічні підходи щодо розв'язання зернової проблеми та проаналізовано вироблення критеріїв стійкості в зерновому господарстві Полісся. Простежено тенденції до глобальних змін клімату в північному регіоні України.

Умови і методика проведення досліджень

Тривалий і короткотривалий польові та стаціонарний лізиметричний досліди за темою роботи проведено в 1992-2002 рр. на землях Чернігівської сільськогосподарської дослідної станції (тепер Чернігівський інститут агропромислового виробництва УААН), що знаходиться в лівобережній частині Полісся і належить до Козелецько-Коропського агропромислового району Чернігівщини. Ґрунт дослідного поля і чарунків лізиметра - дерново-підзолистий супіщаний на водно-льодовикових відкладеннях. Агрохімічна характеристика орного шару (0-20 см) перед закладенням польового досліду була такою: вміст загального гумусу (за Тюриним) - 1,2-1,3%; гідролітична кислотність (за Каппеном-Гільковіц) - 2,4 мг-екв на 100 г ґрунту; рH сол. - 5,2-5,4; вміст рухомих форм Р2О5 (за Кирсановим) - 16,0-18,1 мг на 100 г ґрунту; обмінного калію (за Масловою) - 6,2-8,0 мг на 100 г ґрунту К2О. В чарунках лізиметричного досліду (0-23 см): гумус - 1,1%, рН сольове - 5,0, гідролітична кислотність -2,5 мг-екв на 100 г ґрунту, вміст Р2О5 - 17,0 мг на 100 г ґрунту, К2О - 6,2 мг на 100 г ґрунту.

Для вивчення поставлених питань проведено польові, модельні і лабораторні дослідження.

Тривалий польовий дослід передбачає вивчення у 8-пільній польовій сівозміні (пшениця озима, кукурудза, ячмінь з підсівом конюшини, конюшина - І ланка; пшениця озима, картопля, овес, люпин - ІІ ланка) продуктивність зернових культур - пшениці озимої, ячменю ярого, жита озимого і вівса в таких системах удобрення: 1 - без добрив (контроль); 2 - мінеральній (N68P68K68);

3 - сидеральній (люпин); 4 - мінеральній з елементами „біологізації” (сидерат + солома); 5 - органічній - 10 т/га гною; 6 - органо-мінеральній; 7 - органо-мінеральній з елементами біологізації (NPK, гній, солома, люпин; 8) те саме, що і вар.7, тільки сидерат жито озиме; 9 - те саме, що і вар.7, але замість гною - органо-мінеральні добрива (табл.1).

Посівна площа елементарної ділянки тривалого і короткотривалого дослідів 100 м2, облікова - 60 м2, повторення 4-разове.

Таблиця 1 - Принципова схема тривалого польового досліду з вивчення ефективності різних систем удобрення при вирощуванні зернових культур у 8-пільній польовій сівозміні на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті, 1992-2002 рр.

Короткотривалий польовий дослід закладено на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті з почерговим вирощуванням кукурудзи на зерно, ячменю ярого і пшениці озимої з метою вивчення ефективності фосформобілізуючих препаратів альбобактерину і поліміксобактерину на фоні хімічних меліорантів (фосфогіпс), органічних (гній, люпин багаторічний - сидерат) і мінеральних добрив N60-90P60K60-90 та на фонах без біопрепаратів.

Лізиметричний стаціонарний дослід закладено в чарунках з дерново-підзолистим супіщаним ґрунтом без порушення генетичних горизонтів. Схема досліду передбачає вивчення в контрольованих умовах гравітаційного руху атмосферних опадів за тих самих систем удобрення, що і в тривалому досліді та з подібним чергуванням культур у сівозміні. Тестові культури наших досліджень в 1996-2000рр. - пшениця озима і жито озиме. Відбирання фільтрату - впродовж вегетаційного періоду. Розмір чарунків 1 м2, глибина - 1,55 м, повторення - 3-разове.

Аналіз рослинних зразків, фільтраційних вод лізиметрів проводили в лабораторії агрохімії Чернігівського інституту агропромислового виробництва. Відбирали зразки рослин і готували їх до аналізу за загальноприйнятими методиками (Б.А.Доспехов, 1979). Озолення рослинного матеріалу здійснювали за методом А. Гінзбург та ін. з наступним визначенням загального азоту фотоколориметрично з реактивом Несслера, фосфору - за методом Деніже в модифікації Левицького, калію - на полуменевому фотометрі. Вміст нітратів у рослинницькій продукції і водах - потенціометрично за допомогою йоноселективних електродів (ГОСТ 5048-89).

У зерні визначали вміст білка та екстрактивні речовини методом інфрачервоної спектроскопії. Вагу 1000 зерен, плівчастість, продуктивну кущистість рослин - за загальноприйнятими методиками. Вміст макроелементів у фільтраті лізиметрів проводили на атомно-абсорбційному фотометрі „Сатурн”.

Статистичний аналіз отриманої інформації виконували за Б.О.Доспєховим з використанням комп'ютерних програм Excel та Agrostat. Економічну ефективність застосування засобів хімізації під зернові культури вираховували за середніми цінами прийнятими в роки проведення наших досліджень, біоенергетичну ефективність розраховували за методом Ю.О.Тараріко.

Вирощування сільськогосподарських культур у польових дослідах здійснювали за загальноприйнятими технологіями для зони Полісся.

Формування типів погоди в роки проведення досліджень

Кліматичні зміни останніх десятиліть відзначаються аномальністю, коли впродовж вегетаційних періодів складаються екстремальні умови, що різко позначаються на продуктивності зернових культур. Глобальні зміни клімату дедалі більше привертають увагу вчених, адже середньорічна температура на планеті за останнє 100-річчя зросла приблизно на 0,6оС, в умовах північної частини України за цей час температура повітря впродовж вегетаційних періодів підвищилась у середньому на 1оС, а в зимові місяці на 2оС (В.І.Вишневський, 2003). Така ситуація спонукала нас до систематизації показників кількості опадів і температури повітря, користуючись тривалими метеорологічними спостереженнями метеопункту в Чернігівському інституті АПВ УААН. Методичний підхід до розподілу кліматичних умов за типами погоди розроблено в Інституті землеробства УААН (Е.Г.Дегодюк, 1987, 1992). Він полягає в тому, що вегетаційні періоди розподіляють на 4 основні типи - сприятливий, перезволожений, холодний, посушливий, а останні два десятиліття часто бувають характерними роки зі змішаним типом погоди, коли впродовж одного вегетаційного періоду спостерігаються явища похолодання, посушливості і перезволоження. За вегетаційні періоди 1993-2002рр. для озимих зернових сприятливими виявились лише 2 роки - 1993, 1994, коли середня кількість опадів за 6 місяців (квітень-вересень) становила 361 мм (102% щодо норми), а температура повітря 15,3оС (101% щодо норми); змішаним типом погоди виявились вегетаційні періоди 1995 і 1998рр. з кількістю опадів, що на 19% перевищували норму, а температура повітря зросла на 5%.

За останній 11-річний період найпоширенішими виявились посушливі вегетаційні періоди з низькою кількістю опадів - 69% від норми і на 8% вищою за середньорічну норму. Перезволожені і холодні (переважно у травні-червні) - 1997 і 2000рр.: кількість опадів на 25% була вищою, а температура на 10% нижчою від норми. Середня багаторічна норма опадів впродовж вегетаційного періоду становила 352 мм, а температура повітря 15,5оС. Порівняно із багаторічною нормою кількість опадів у середньому за останні 11 років по метеостанції зменшилась на 20 мм (6%), а температура підвищилась на 0,7оС (4,4%). Отже, можна вважати, що за цей цикл на погодні умови сприятливого типу припадає до 20% вегетаційних періодів, посушливі - 40, екстремальні з перезволоженням або змішаним типом погоди - до 40%, отже несприятливі літа становлять близько 80% вегетаційних періодів.

Про нестабільність погодних умов вегетаційних періодів у роки проведення досліджень свідчать значення гідротермічного коефіцієнта (ГТК), розрахованого за методикою Селянинова (рис.1)

Сучасне ведення сільськогосподарського виробництва без урахування специфіки погодних умов вегетаційних періодів може бути низькоефективним, навіть при високих енерговитратах.

Формування врожайності зернових культур у польовій сівозміні за різних погодних умов

Основним завданням будь-якої системи землеробства є одержання високих врожаїв сільськогосподарських культур із забезпеченням потрібної якості продукції за умови розширеного відтворення потенційної родючості ґрунту. Розв'язання цієї проблеми досягається впровадженням технологій, що включають комплексне і якісне використання сортових потенціалів, засобів удобрення і захисту на тлі дотримання агротехнічних вимог щодо вирощування сільськогосподарських культур (О.О.Созінов, 1987; В.Ф.Сайко, 1997; Б.С.Носко, 1999). Проте досягнення цієї мети відбувається в мінливих кліматичних умовах і стабілізація урожайності зернових культур залежить від того наскільки ефективно підібрано елементи впливу на її становлення. Серед найважливіших чинників впливу на формування урожайності слід вважати фактори мінерального живлення рослин. Зокрема, система удобрення озимих зернових культур - пшениці озимої і жита озимого передбачає безпосереднє внесення мінеральних добрив у дозах N90P60K90 з післядією 2-го року подрібненої соломи ячменю і 3-го року - 10 т гною на 1 га ріллі підстилкового гною ВРХ і багаторічного люпину в дозі 15 т/га зеленої маси під пшеницею і 20 т/га під житом озимим. Під зерновими ярими (ячмінь і овес) на фоні N60P60K60 прямої дії вивчалась післядія 1-го року підстилкового гною і сидеральних добрив та 2-го року соломи зернових попередників. Отже, в польовій сівозміні врожай формується під впливом сукупності факторів, що визначаються ступенем окультурення ґрунту.

Пшениця озима. Результати середньостатистичного аналізу врожайності пшениці озимої за 8 років облікового врожаю (1993-2002рр.) свідчать, що за рахунок агротехнічного і сівозмінного фактора без застосування добрив одержано 28,2 ц/га зерна. Прирости врожаю за традиційних однокомпонентних систем удобрення (органічна, мінеральна, сидеральна) становили 2,3-6,7 ц/га, за сумісного використання підстилкового гною (у післядії) і мінеральних добрив (у прямій дії) досягли 15, а із залученням вторинної продукції рослинництва (солома, сидерати) - 16 ц/га. Проте, в середньостатистичних даних знівельовано стабілізаційний фактор добрив при змінності кліматичних умов. Найсприятливішим для формування врожаю пшениці озимої виявився 1993 р., коли урожай без добрив становив 50 ц/га, а за комплексного застосування засобів хімізації (органо-мінеральна система удобрення та з елементами біологізації) прирости врожаю зерна становили 20-23 ц/га. У роки з достатнім або надмірним зволоженням та аномальним температурним режимом на IV-VII етапах органогенезу за екстенсивного господарювання (без використання добрив) слід розраховувати на зниження врожаю зерна пшениці озимої на 40-50% порівняно з погодними умовами вегетаційних періодів, що наближаються до середньорічних показників. У посушливі роки, врожай зерна пшениці озимої зменшувався на 60% порівняно з найсприятливішим 1993 р. При комплексному використанні органічних і мінеральних добрив (гній+NPK+сидерат+солома) цього року досягнуто збору зерна пшениці в межах 73 ц/га, у наступні, менш сприятливі роки, він становив 38-41 ц/га, або близько 40%. Порівняно з екстенсивною моделлю ведення господарства (без застосування добрив) в ідентичні роки приріст врожаю зерна тут становив 19 ц/га.

Характерною особливістю однокомпонентних систем удобрення є стійка закономірність зниження продуктивності порівняно з комплексними: за мінеральної системи удобрення прирости врожаю зерна пшениці в середньому становили 10,7 ц/га, в екстремальні роки - 5,1 ц/га, тоді як за комплексного використання добрив у сприятливі - 20,8, а в екстремальні - 16,0 ц/га, або майже втричі вище. Зважаючи на переважання в сучасних умовах несприятливих вегетаційних періодів суто мінеральна система удобрення в сівозміні є найменш вигідною. Як показали наші дослідження, відсутність гною у цьому випадку можна успішно компенсувати за рахунок застосування органо-мінеральних добрив в дозі 3 т/га ріллі, що забезпечує одержання близько 16 ц/га зерна пшениці, як і за уведення в систему удобрення 10 т/га гною. Заслуговує на увагу як стабілізуючий фактор альтернативна система удобрення, що на 9% була ефективнішою за мінеральну, проте на 23% поступалась повній комплексній системі удобрення з використанням гною або органо-мінеральних добрив (рис.2).

Жито озиме. Систему удобрення жита озимого як і пшениці озимої, побудовано на прямій дії мінеральних добрив (N90P60K90), 2-го року післядії соломи і 3-го - гною, внесеного під кукурудзу на силос. Вегетаційні періоди цих двох культур співпадають і тому вплив погодних умов і застосування добрив ідентичні. Проте, культура жита озимого виявилась стабільнішою щодо амплітуди коливань за типами погоди: в найсприятливіший 1993 р. урожайність зерна без застосування добрив становила 37 ц/га, за змішаного типу погоди в середньому на 16, посушливого на 13, перезволоженого на 6 ц/га нижче, або в середньому не перевищувало 30% щодо найсприятливішого року. При комплексному використанні засобів хімізації (гній+NPK+сидерат+солома) у сприятливі роки та роки зі змішаним типом погоди прирости врожаю зерна жита озимого становили 20 ц/га, тоді як у посушливі і перезволожені знижувались до 12 ц/га. Однокомпонентні системи удобрення (мінеральна, сидеральна і органічна) за будь-яких погодних умов виявились низькоефективними, забезпечуючи середні прирости не вище 6,5 ц/га. Натомість доволі перспективним для жита озимого є альтернативна система удобрення, яка у сприятливі роки була на рівні з комплексною, а в екстремальні - із використанням у системі удобрення замість гною органо-мінеральних добрив.

Стратегія економічної доцільності вирощування пшениці озимої і жита озимого диктується потребами ринку. Порівняльні розрахунки за роки проведення досліджень вказують, що за інтенсивних систем удобрення врожайність пшениці на 3,1-6,6 ц/га перевищувала врожайність жита. Проте, за екстенсивних умов вирощування озимих та за альтернативної системи удобрення, переважно в екстремальні роки, врожайність жита була більшою на 2 ц/га. Отже, жито залишається важливою продовольчою і страховою культурою Полісся.

За сприятливих і екстремальних погодних умов формування якісних показників зерна пшениці (клітковина, білок) і жита озимого (маса 1000 зерен, натура) залежало від мінерального живлення, оптимальні умови для якого склались за комплексного використання засобів хімізації.

Ячмінь ярий. На сучасному ринку зернових культур ячмінь ярий посідає одне з важливих місць, що спонукає до пошуків шляхів стабілізації його врожайності. За біологічними ознаками ячмінь ярий належить до культур з коротким вегетаційним періодом, що ставить його врожайність у пряму залежність від погодних умов вегетаційного періоду і оптимізації мінерального живлення рослин. У польовому досліді за прямої дії N60P60K60 на фоні післядії 1-го року органічних добрив (після кукурудзи), згідно з 8-річними дослідженнями, середня врожайність за екстенсивного ведення сівозміни (без добрив) становила 14,2 ц/га, з подвоєнням урожайності (до 30 ц/га) за комплексних систем удобрення і одержанням приростів урожаю зерна до 16 ц/га. Близько 25% погодних умов для ячменю можна віднести до відносно сприятливих, решта 75% - екстремальні (рис.3).

Встановлено, що при забезпеченні в сівозміні оптимальних умов мінерального живлення, що складаються за комплексного використання добрив з елементами „біологізації”, в сприятливі роки можна досягти врожайності ячменю до 36 ц/га, в екстремальні - 24-34 ц/га, тоді як без застосування добрив в екстремальні роки зниження врожайності становило в 1,6-2,6 раза, що є свідченням вирішальної стабілізуючої дії добрив незалежно від погодних умов і незахищеності врожайності при екстенсивному веденні господарства.

Прирости урожаю зерна виявились за однокомпонентних систем удобрення (мінеральна, сидеральна, органічна) в 2-3 рази нижчими порівняно з комплексним використанням добрив.

У зв'язку з коротким вегетаційним періодом ячменю ярого найуразливішими для формування врожайності є посушливі умови, проте і в ці роки стабілізаційний ефект комплексного удобрення найвищий.

Характерно, що при вирощуванні ячменю спостерігається тенденція до вирівнювання врожайності зерна за сприятливих умов і змішаного типу погоди. Це дає підстави вважати, що різні погодні умови з бездефіцитним зволоженням для одних культур можуть бути екстремальними (озимі), а для інших (ячмінь ярий) - сприятливими.

Овес. Як продовольча і кормова культура, що має важливе фітосанітарне значення в польових сівозмінах, овес відіграє помітну роль у зерновому балансі Полісся. У польовій сівозміні одержано 6-річні дані з урожайності вівса. Він використовує пряму дію мінеральних добрив (N60P60K60) і післядію гною, вторинної продукції рослинництва, внесених після картоплі. Середня врожайність вівса за роки досліджень за екстенсивного ведення сівозміни (без добрив) становить 20,0 ц/га із стабілізацією врожаю за комплексного використання добрив на рівні 37-38 ц/га, тоді як за однокомпонентних систем удобрення (мінеральна, сидеральна, органічна) урожай зерна був на 30-40% меншим. Порівняно з ячменем ефект при вирощуванні вівса помітно вищий за будь-яких систем удобрення і за будь-яких погодних умов. Навіть у посушливі роки врожайність зерна у варіантах без застосування добрив наближалась до значень років з високим зволоженням.

Порівнюючи комерційну цінність ярих зернових культур, що вивчали в польовій сівозміні, слід відмітити високий стабілізаційний ефект при вирощуванні вівса. У роки середні за зволоженістю, перезволожені і посушливі врожайність вівса перевищувала врожайність ячменю на 2,5-14 ц/га, в сприятливі вегетаційні періоди прирости врожаю зерна вівса були на 5-17 ц/га, в посушливі - на 15 ц/га, змішаного типу - до 21 ц/га вищими від збору зерна ячменю за однотипних систем удобрення. У середньому за роки досліджень прирости урожаю зерна ячменю були на 9 ц/га нижчими порівняно з вівсом. Мінеральні і органічні добрива помітно впливали на поліпшення пивоварної якості зерна ячменю і поліпшували якість зерна вівса незалежно від типу погодних умов.

Продуктивність зернового клину польової сівозміни за різних типів погоди

Групування врожайності зернових культур за типами погоди дає змогу визначати політику цін на зерно, адже усвідомлений прогноз може попередити небажані коливання цін і не дозволить покладатись на те, що кожен наступний рік має бути високоврожайним. Адже нині сприятливі вегетаційні періоди не перевищують 20%, решта - екстремальні.

Виходячи з результатів наших досліджень, можна встановити нормативні показники щодо формування урожайності зернових культур у типових польових сівозмінах Полісся.

За екстенсивного ведення сівозміни (без добрив) слід розраховувати на максимальну врожайність групи озимих зернових культур у межах 29 ц/га зернових одиниць. За однокомпонентних систем удобрення (мінеральна, органічна, сидеральна) середні прирости врожаю зерна становитимуть близько 5 ц/га, в екстремальні - 4,3 ц/га зернових одиниць. За традиційною органо-мінеральною системою удобрення (10 т/га гною + NPK) у сприятливі роки мінімальний приріст становив 17 ц/га зернових одиниць, з елементами „біологізації” (сидерати, солома) - до 20 ц/га, що на 18% вище за традиційну і втричі вище за однокомпонентні системи удобрення (табл.2).

Окупність мінеральних добрив у сприятливі роки в середньому становила 3,6 кг зернових одиниць на 1 кг NPK, гною - 6,8 кг/т, в екстремальні - 3 і 10 кг відповідно. За органо-мінеральних систем удобрення з елементами „біологізації” в екстремальні роки помітно зростає стабілізаційна роль органічних добрив, сягаючи близько 40 кг/т зернових одиниць. Згідно з проведеними розрахунками у формуванні врожайності зернових культур частка мінеральних добрив у середньому становила близько 40%, підстилкового гною - 45% і вторинної продукції (солома, сидерати) - 15%. За типами погоди переваги кожного виду добрив у формуванні врожаю міняються.

Таблиця 2 - Продуктивність зернового клину польової сівозміни за сприятливих і екстремальних погодних умов вегетаційних періодів впродовж 1992-2002рр., ц/га зернових одиниць

Примітка. № п/п : 1 - без добрив (контроль), 2 - мінеральна, 3 - сидеральна, 4 - альтернативна, 5 - органічна, 6 - органо-мінеральна, 7 - органо-мінеральна з елементом „біологізації” (люпин), 8 - як вар.7, але сидерат - жито озиме, 9 - як вар.7, але при заміні гною на ОМД

У бездефіцитні періоди за рівнем зволоження (близько 60%) до 20% приросту врожаю зернових культур забезпечує вторинна продукція рослинництва, в посушливі роки її частка знижується до 1%, що пов'язано з повільним перебігом процесів мінералізації органічної речовини (табл. 3).

Таблиця 3 - Частка органічних і мінеральних добрив у формуванні приросту врожайності зернових культур у зерно-просапній сівозміні в системі удобрення з елементами „біологізації” (1993-2000 рр.), %

Отже, частка органічних добрив у складі підстилкового гною, соломи і сидератів у формуванні врожаю зернових культур становить близько 60%, а мінеральних - до 40%. Разом з тим в умовах гострого дефіциту підстилкового гною визначено перспективність його заміни на органо-мінеральні добрива, що дають можливість в 3-5 разів скоротити дози фізичної ваги добрив на одиницю площі без зниження продуктивності ланки сівозміни.

Біопрепарати удобрювальної дії - резерв підвищення продуктивності зернових культур. Впровадження високоефективних сучасних систем удобрення, що передбачають максимальне залучення до біологічного кругообігу місцевих органічних ресурсів, має поповнюватись за рахунок застосування біопрепаратів. На прикладах фосформобілізуючих біопрепаратів альбобактерину і поліміксобактерину встановлено можливість підвищення врожайності зерна кукурудзи до 6 ц/га, пшениці озимої - до 4 ц/га, пшениці ярої - до 3 ц/га і ячменю ярого - до 1,2 ц/га.

Баланс поживних речовин під озимими зерновими культурами

Розрахунки балансу поживних речовин під пшеницею озимою і житом озимим виконано за загальноприйнятими методиками із включенням у статтю надходжень азоту, фосфору і калію з органічними і мінеральними добривами, з посівним матеріалом і атмосферними опадами. Стаття витрат складається з виносу поживних речовин урожаєм основної і побічної продукції та врахування втрат азоту в процесі нітрифікації (до 20% азоту мінеральних добрив).

У системах удобрення озимих культур від'ємний баланс визначено у варіантах без добрив, а також за сидеральної і органічної систем удобрення, де дефіцит NPK коливався в межах 15-60 кг/га під пшеницею озимою, із зростанням дефіциту за сидеральної системи удобрення. Найкращі показники склались за органо-мінеральної системи удобрення з елементами „біологізації” з позитивним балансом під пшеницею озимою в межах 52-78 і житом озимим 66-107 кг/га NPK, що свідчить про можливість розширеного відтворення родючості ґрунту за органо-мінеральної системи удобрення з використанням вторинної продукції рослинництва.

Агроекологічні аспекти вирощування зернових культур

Агроекологічна оцінка є невід'ємною частиною сучасних технологій вирощування сільськогосподарських культур.

У наших дослідженнях враховано елемент кругообігу біогенних елементів з атмосферними опадами та їх міграцію за ідентичних систем удобрення в польовій сівозміні при проведенні лізиметричних досліджень.

У середньому за роки виконання роботи надійшло з атмосферними опадами близько 84 кг/га кальцію, 50 - магнію, близько 10 - калію, близько 12 кг/га загального азоту (NH4 + NO3). У перезволожені роки надходження кальцію зростає на 30%, решти - на 12-20% порівняно з посушливими вегетаційними періодами.

Найменші втрати гравітаційної вологи на глибину чарунків лізиметрів (1,5 м) визначено при вирощуванні пшениці озимої за органо-мінеральної системи удобрення з елементами „біологізації”, де вони були в 1,5 раза нижчими за традиційні.

Уведення компонентів „біологізації” знижує процеси мінералізації органічної речовини у вигляді водорозчинних форм гумусу під пшеницею озимою на 40-47%, житом на 24-62%, при цьому за межі кореневмісного шару ґрунту на третину менше вимивалось нітратного азоту, сполук кальцію і магнію, що свідчить про екологічну доцільність уведення в систему удобрення елементів „біологізації”.

Економічна і енергетична ефективність використання добрив за різних погодних умов

Економічну ефективність добрив у польовій сівозміні розраховували за методиками Інституту землеробства УААН. Встановлено, що економічна ефективність тісно пов'язана з системою використання добрив і змінюється залежно від типів погодних умов, які впливають на величину врожаю зернових культур. Найвагоміший прибуток одержано при вирощуванні пшениці озимої за органо-мінеральної системи удобрення з елементами „біологізації” - 1940 грн./га, тоді як за однокомпонентних систем удобрення - 1500-1700 грн./га, в екстремальні роки з перезволоженням цей показник знижувався в 1,7 і 2 рази відповідно, а в посушливі - в 2,2-2,6 раза. За комплексної системи удобрення одержано високі показники рентабельності за всіма культурами зернової групи. Рівень рентабельності для пшениці озимої у сприятливі роки тут становив 226, в екстремальні - 126%, для ячменю 108 і 86% відповідно. Економічно ефективною виявилась альтернативна система удобрення, особливо при вирощуванні жита і вівса. У цілому встановлено економічну та енергетичну доцільність використання органічних мінеральних добрив за будь-яких погодних умов вегетаційного періоду. Найприйнятнішою слід вважати енерговіддачу, що склалася за органо-мінеральної системи удобрення з елементами „біологізації”.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі виконано теоретичне узагальнення та визначено нові альтернативні підходи до систем удобрення за сприятливих і екстремальних кліматичних умов впродовж 11-річного циклу досліджень та визначено перспективність застосування місцевих відновлювальних органічних ресурсів у стабілізації екологічної рівноваги на моделі полігонного моніторингу на дерново-підзолистому супіщаному ґрунті зони Полісся.

Результати агрометеорологічних спостережень свідчать про неухильне підвищення температури повітря за останнє століття, у планетарних масштабах - на 0,6 °С і близько 1 °С - у північній частині України. Порівняно із середньорічними показниками за період 1993-2002 рр., за даними метеостанції Чернігівського інституту АПК УААН, температура повітря вегетаційних періодів підвищилась на 0,7 °С з тенденцією до зниження кількості опадів до 6%.

За час спостережень лише 20% загальної кількості вегетаційних періодів відповідали сприятливим умовам, решта - екстремальні роки: посушливі, перезволожені і змішаного типу. Кліматичні зміни сучасності зумовлюють необхідність переглядання існуючих агротехнологій у бік пристосування їх до клімату з підвищеною аридністю.

Формування врожайності пшениці озимої має чітку залежність від характеру мінерального живлення і погодних умов. Середній нормативний показник екстенсивного вирощування зерна пшениці озимої без застосування добрив -

28,2 ц/га, середні прирости врожаю за однокомпонентних систем удобрення (мінеральні туки, гній, сидерати) становили 4,5 ц/га, альтернативної (NPK+солома+сидерати)-9 ц/га, органо-мінеральної (гній+NPK)-15 і комплексної (гній+NPK+солома+сидерати)-16 ц/га. У найсприятливіші вегетаційні періоди урожай зерна у варіантах без добрив становив до 50 і в оптимально удобрених варіантах - до 73 ц/га, а в менш сприятливі і зволожені роки урожайність знижувалась на 40%, в екстремальні за зволоженням і температурним режимом роки врожайність порівняно із встановленим оптимумом знижувалась в 1,9 раза. Стабілізуючим фактором за будь-яких погодних умов виявилось комплексне використання засобів хімізації, за якого прирости врожаю зерна до контролю без добрив становили 19 ц/га, тоді як за однокомпонентних систем удобрення - 3-7 ц/га.

Середня урожайність жита озимого за 7 років досліджень становила 26,5 ц/га. Прирости урожаю за однокомпонентних систем удобрення становили 6-8 ц/га, альтернативної і органо-мінеральної - близько 12 ц/га і органо-мінеральної з елементами „біологізації” - до 16 ц/га.

У сприятливі роки середня урожайність жита без застосування добрив становила 33 ц/га, перезволожені - 31,2, посушливі та роки змішаного типу - на 40 і 47% була нижчою. За сприятливих періодів вегетації прирости врожаю зерна жита за однокомпонентних систем удобрення становили 5-8 ц/га, органо-мінеральної - 14, альтернативної і органо-мінеральної систем з доповненням елементами „біологізації” - до 19-20 ц/га. Ефективність однокомпонентних систем удобрення у роки зі змішаним типом погоди, в перезволожені і посушливі була в 1,5-1,6 раза нижчою порівняно з комплексним використанням добрив.

Середня продуктивність пшениці озимої перевищувала урожайність жита озимого на 3,1-6,6 ц/га зерна. В той же час вирощування пшениці озимої найефективніше на високому органо-мінеральному фоні із використанням гною, внесеного під попередник, що є проблематичним у сучасному землеробстві, тоді як жито озиме стабільно забезпечує високу продуктивність і якість за альтернативної системи удобрення з післядією соломи і сидератів на тлі прямої дії мінеральних добрив.

Середня продуктивність ячменю ярого за 8 років досліджень без застосування добрив становила 14,2 ц/га, за однокомпонентних систем удобрення прирости врожаю зерна ячменю становили 5 ц/га, багатокомпонентних - 15 ц/га. У сприятливі вегетаційні періоди урожайність ячменю без добрив становила 19, в екстремальні - 9-16 ц/га. Змішаний тип погоди для формування врожаю ячменю, на відміну від пшениці озимої і жита, виявився сприятливішим у варіантах з органо-мінеральним удобренням і доповненням його елементами „біологізації”, забезпечивши прирости врожаю зерна ячменю до 22-23 ц/га, що було за рівнем врожайності лише на 4-5 ц/га нижче від урожаїв сприятливих років. В умовах перезволоженого вегетаційного періоду прирости врожаю зерна ячменю ярого були такими, як і за сприятливих років.

Отже, погодні умови водночас можуть бути несприятливими для однієї і порівняно сприятливими для іншої групи зернових культур.

Середня врожайність вівса за 6 років досліджень без використання добрив становила 20 ц/га, а за оптимального удобрення - 38 ц/га. Прирости врожаю зерна за однокомпонентних систем удобрення становили 6-9 ц/га, альтернативної - 12, органо-мінеральної - 14, а так самої із включенням елементів „біологізації” - 18 ц/га з підвищенням продуктивності порівняно з контролем, майже вдвічі. Культура вівса у варіантах без добрив найменше реагувала на екстремальні погодні умови - урожайність зерна тут за ці роки була стабільною - 19-21 ц/га. Прирости врожайності у сприятливі роки за однокомпонентних систем удобрення були вищими за контроль без добрив в 1,4 раза, за альтернативної і органо-мінеральної систем удобрення у 2,6, за змішаного типу погоди відповідно в 1,5 раза, в перезволожені і посушливі роки комплексна система удобрення була ефективнішою за однокомпонентні на 40-50%.

Продуктивність зерно-просапної сівозміни за 1993-2000рр. за двома ланками сівозміни без застосування добрив становила в середньому 39,2 ц/га зернових одиниць. Прирости до контролю за однокомпонентних систем удобрення становили 11, за мінеральної системи - 14, альтернативної і органо-мінеральної - 18 і органо-мінеральної з доповненням елементами біологізації - 22 ц/га зернових одиниць Продуктивність органо-мінеральної системи і системи із заміною 10 т/га гною на 1,5 т/га органо-мінеральних добрив виявились практично рівноцінними.

Середня продуктивність зернової групи сівозміни за типами погоди на варіанті без добрив у сприятливі роки становила 29 ц/га зернових одиниць, знижуючись в екстремальні вегетаційні періоди в 1,3-1,5 раза. За сприятливих погодних умов вегетаційного періоду зернова група в однокомпонентних системах удобрення, включаючи і мінеральну, забезпечила прирости врожаю близько 5 ц/га зернових одиниць, за альтернативної - 15 і органо-мінеральної - 17, а за органо-мінеральної з елементами „біологізації” - до 20 ц/га зернових одиниць. За будь-яких екстремальних умов прирости врожаю зернових були в 1,6-1,7 раза більшими порівняно з контролем без добрив, тоді як в однокомпонентних системах не вище 15-30%. Заміна 10 т/га гною на 1,5-3 т/га органо-мінеральних добрив, майже не позначалась на продуктивності зернових культур, особливо в екстремальні роки.

У формуванні врожаю сільськогосподарських культур з використанням у системі удобрення мінеральних добрив щороку в прямій дії, а органічних під озимими на 3-й рік післядії, під ярими зерновими - у 1-й рік їх післядії, частка від дії мінеральних добрив у середньому становила 40%, підстилкового гною - 45, соломи і сидератів 15%. У роки з бездефіцитним рівнем зволоження (сприятливі і екстремальні), що становлять близько 60% вегетаційних періодів, 20% приросту врожаю забезпечує вторинна продукція рослинництва. У посушливі періоди її частка знижується до 1%, що пов'язано із слабкими процесами мінералізації органічної речовини в умовах різкого дефіциту вологи.

Додатковим резервом підвищення продуктивності зернових культур можуть бути біопрепарати удобрювальної дії. Випробування фосформобілізуючих біопрепаратів альбобактерину і поліміксобактерину в системах удобрення у поєднанні з органічною речовиною (гній, сидерати) забезпечує прирости урожаю зерна кукурудзи за змішаного типу погоди до 6 ц/га, зерна ячменю ярого в посушливий рік до 1,2 ц/га і пшениці озимої у перезволожений вегетаційний період до 4 ц/га.

Баланс основних поживних речовин (NРК) під пшеницею озимою і житом озимим є від'ємним за однокомпонентних систем удобрення (сидерати, гній) і позитивним для відтворення родючості ґрунту за мінеральної і органо-мінеральної систем удобрення. З наближенням до показників, що створюють розширене відтворення родючості ґрунту, склався позитивний баланс поживних речовин за органо-мінеральної системи удобрення з елементами „біологізації”.

За даними лізиметричних досліджень у системі атмосферні опади - ґрунтовий розчин визначено кругообіг біогенних елементів в такій послідовності: кальцій > магній > калій > нітратний азот. Встановлено наближення трансформації водорозчинного гумусу до екологічної рівноваги за „біологічних” систем землеробства. Тут відмічено і найбільш ощадливе витрачання вологи на формування врожаю.

Найвищі показники економічної ефективності використання добрив одер...