Наукові основи формування моделей сталого розвитку агроекосистем в Лісостепу та Поліссі України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Інститут агроекології та біотехнології

УДК 631.151.6.

03.00.16 - екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук

Наукові основи формування моделей сталого розвитку агроекосистем в Лісостепу та Поліссі України

Тараріко Юрій Олександрович

Київ -2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в науково-методичному центрі (НМЦ) "Агроекологія" Інституту агроекології та біотехнології (ІАБ) УААН.

Науковий консультант: доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН, лауреат Державної премії України Сайко Віктор Федорович, Інститут землеробства УААН, директор

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН Городній Микола Михайлович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри агрохімії і якості продукції рослинництва

доктор сільськогосподарських наук, член-кореспондент УААН Кисіль Володимир Іванович, Інститут ґрунтознавства та агрохімії УААН, завідувач лабораторії екології ґрунтів і біоземлеробства

доктор біологічних наук Мороз Павло Антонович, Національний ботанічний сад НАН України, заступник директора з наукової роботи.

Провідна установа: Полтавська державна аграрна академія, Міністерства аграрної політики України, м. Полтава.

Захист відбудеться 18.02. 2003р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м. Київ-143, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології та біотехнології УААН, за адресою: 03143, м. Київ-143, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий 16.01.2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат хімічних наук Г.В. Заякіна

Анотації

Тараріко Ю.О. Наукові основи формування моделей сталого розвитку агроекосистем в Лісостепу та Поліссі України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології та біотехнології Української академії аграрних наук. - Київ, 2003.

Теоретично обґрунтовуються напрями інтенсифікації сільськогосподарського виробництва на засадах біологізації агротехнологій, оптимізації кругообігу біогенних елементів, регулювання трансформації органічної речовини, відтворення родючості та енергетичного стану ґрунтів в агроекосистемах. Визначено фактори управління родючістю дерново-підзолистого ґрунту, чорнозему опідзоленого та чорнозему типового при тривалому застосуванні органічних, мінеральних і органо-мінеральних систем удобрення. Розкрито закономірності трансформації органічної речовини, напрями біологічних процесів та динаміку вмісту гумусу в ґрунті залежно від співвідношення вуглецю й азоту за різних систем удобрення в зерно-картопляних і зерно-бурякових сівозмінах. Визначено енергетичну компоненту ґрунтів у загальному балансі енергії при мінеральних, органічних і органо-мінеральних системах удобрення.

Висвітлено умови ефективного використання антропогенної енергії та підвищення окупності ресурсів промислового походження в агроекосистемах. Встановлено інтегровані критерії і показники оцінки енергетичної ефективності та сталості агроекосистем з метою попередження непродуктивних втрат енергії, органічної речовини і біогенних елементів. Формалізовано виявлені закономірності, технологічні процеси та окремі блоки агроекосистеми, створено алгоритми і комп'ютерний інформаційно-обчислювальний комплекс "Агроекосистема" для розробки екологічно збалансованих моделей агроекосистем із заданим рівнем продуктивності, енергетичної та економічної ефективності.

Ключові слова: агроекосистема, гумус, кругообіг, рециркуляція, сівозміна, мікробний ценоз, біологічна активність, енергетична ефективність, інформаційно-обчислювальний комплекс, модель.

Tapapико Ю.А. Научные основы формирования моделей устойчивого развития агроэкосистем в Лесостепи и Полесье Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. Институт агроэкологии и биотехнологии Украинской академии аграрных наук. - Киев, 2003.

В основу изучения вопроса о формировании модели устойчивого развития агроэкосистем положены следующие теоретические положения: плодородие почвы и ее экологическое состояние определяются продуктами фотосинтеза - гумусом и различными органическими удобрениями. Сбалансированность органического углерода и биогенных элементов - первый необходимый признак устойчивого развития агроэкосистем.

На основе биоэнергетического анализа данных длительных стационарных опытов на дерново-подзолистых почв, черноземах оподзоленных и черноземах типичных в зонах Полесья и Лесостепи, модельных опытов и лабораторных исследований установлено, что полная рециркуляция органического углерода и биогенных элементов в зерно-картофельных и зерно-свекловичных севооборотах обеспечивается внесением 20-24 т/га навоза. За счет всей побочной продукции и соломы, существенно улучшить баланс элементов питания невозможно. Совместное внесение всей малоценной части урожая и 10-12 т/га навоза дает возможность возвратить в почву 40-45% азота, 28-31 - фосфора и 64-78% калия от их выноса с продукцией. В зерно-картофельном севообороте с клевером и люпином часть биологического азота составляет 42-45%, что в 5-6 раз больше чем в зерно-свекловичном севообороте с одной бобовой культурой - горохом. Традиционную органо-минеральную систему удобрения, основанную на сочетании 10-12 т/га навоза и минеральных удобрений в дозе 150-170 кг/га и альтернативную, с использованием вместо навоза нетоварной части урожая, по влиянию на эколого-энергетическое состояние почв и продуктивность севооборотов можно считать равноценными.

Установлено, что биологизация агроэкосистем, повышение их продуктивности и энергетической эффективности должно осуществляться, в первую очередь, за счет оптимизации микробиологических процессов в почве. Показано, что между коэффициентом гумификации органических удобрений и растительных остатков (Кгдр) и соотношением C:N в системе удобрения существует достоверная зависимость. Установлено, что оптимальное соотношение C:N находится в пределах 25-35:1. Это значит, что в системах удобрения необходимо планировать внесение углерода органического в 25-35 раз больше чем азота. Регулировать это соотношение можно внесением по минеральному или органо-минеральному фонам удобрения соломы, которая имеет отношение С:N=83:1. Установлена тесная зависимость между содержанием гумуса в почве и его энергоемкостью (r= 0,93), которая описывается универсальным уравнением для всех типов почв. Между почвенной энергоемкостью и выходом энергии с урожаем существует корреляционная зависимость, которая на дерново-подзолистой почве составляет r=0,86, на черноземе оподзоленном - r=0,53, на черноземе типичном - r=0,89. Наиболее энергетически целесообразными на дерново-подзолистой почве являются агротехнологии на основе органических (20 т/га навоза) и органо-минеральных систем удобрения (10 т/га навоза + N68P64K86 + побочная продукция), где коэффициент энергетической эффективности с учетом изменения энергопотенциала почвы (Кеегр) соответственно составил 7,7 и 8,1 при 4,3 на контроле. На черноземе оподзоленном этот показатель при внесении 24 т/га навоза достиг уровня 14,6, на фоне 12 т/га навоза + N55P53K49 + солома - 6,1, а при дополнительном использовании сидерации Кеегр=9,4, при 2,5 без удобрений. Минеральная система удобрения на дерново-подзолистой почве и черноземе оподзоленном оказалась экологически неблагоприятной. При известковании их отрицательное действие исчезает. На черноземе типичном при внесении 10 т/га навоза, как с N50P52K54, так и без них, Кеегр составлял 3,0-3,3. При альтернативных системах удобрения с использованием на удобрение соломы или побочной продукции как в сочетании с минеральными удобрениями так без них Кеегр достигает 3,9-4,2 при 2,6 на контроле.

На основе формализации установленных закономерностей и процессов создан информационно-вычислительный комплекс (ИВК) "Агроэкосистема", с помощью которого осуществляется имитационное моделирование и проектирование ресурсо-и энергосберегающих аграрных производственных систем. Разработана научная модель устойчивого развития одного из хозяйств в Полтавской области на площади 5130 га.

Ключевые слова: агроэкосистема, гумус, кругооборот, рециркуляция, севооборот, микробный ценоз, биологическая активность, энергетическая эфективность, информационно-вычислительный комплекс, модель.

Tarariko Yu.O. Scientific principles of agroecosystems forming models withstable development in the zones of Polissye and Forest-Steppe Belt, Ukraine. - Manuscript.

Dissertation for Degree of Doctor of Agriculture, specialty 03.00.16 - ecology. Institute of Agroecology and Biotechnology, Ukrainian Academy of Agrarian Sciences, Kyiv, 2003.

The dissertation gives theoretical substantiation for the trends of intensifying agricultural production on the grounds of agrotechnologies biologization, biogenic elements cycle optimization, regulation of organic substance transformation, soil fertility restoration and energetic state of soils in agroecosystems. Factors controling fertility of soddy-podzolic soils, podzolized and typical chernozems (black soils) with a long-term application of organic, mineral and organomineral systems of fertilizing are determined. Laws governing organic matter transformation, ways of biological processes and dynamics of humus content in the soil (depending on carbon-nitrogen ratio with different fertilizer systems concerning grain-potato and grain-beet crop rotations) are exposed. Soil energy component in overall energy balance is determined when mineral, organic and organomineral fertilizer systems are applied. The author studies conditions for effective utilization of anthropogenic energy and the payback increase from industrial resources in agroecosystems. To prevent unproductive losses of energy, organic substance and biological elements the integrated criteria, the assessment of indices for energy efficiency and stability of agroecosystems are established. Revealed regularities, technological processes and separate blocks of agroecosystems are formularized; algorithms and computer informational-and-calculating complex (ICC) "Agroecosystem" for developing ecologically balanced models of agroecosystems with designed level of productivity, energetic and economic efficiency are developed.

Key words: agroecosystem, soil humus, cycle, recirculation, crop rotations, microbial cenosis, biological activity, energy efficiency, informational-and-calculating complex, model.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В умовах реформування аграрних відносин на державному і регіональному рівнях виняткового значення набуває пошук енергетичних та екологічних альтернатив, а також системна перебудова й удосконалення стратегії і тактики сталого розвитку аграрних систем як складової частини загальносвітового розвитку людства. Необхідність такого підходу об'єктивно зумовлена ресурсно-енергетичними та екологічними обмеженнями, які є визначальними чинниками стратегії збільшення виробництва сільськогосподарської продукції.

Актуальність цих питань зростає на сучасному етапі розвитку вітчизняного сільського господарства і, зокрема, поліських і лісостепових агроекосистем, як найбільш потенційно сталих за рівнем ФАР та вологозабезпеченістю. Понад десятиріччя застосування антропогенних ресурсів, і, зокрема, добрив, у аграрному секторі постійно скорочується, повернення виносу біогенних елементів і органічного вуглецю знаходиться на катастрофічно низькому рівні, що призводить до стрімкого погіршення еколого-енергетичного стану ґрунтів і агроекосистем. У результаті постає проблема компенсації значної частини промислових ресурсів наявними відновлюваними, як базисної основи формування екологобезпечного та конкурентоспроможного агропромислового виробництва. Ефективне вирішення цих питань можливе на засадах розробки відповідних енергозберігаючих технологій і моделей агроекосистем, що свідчить про необхідність проведення спеціальних науково-дослідних робіт. Розв'язанню цих проблем присвячено багато праць, на яких ґрунтувалися наші дослідження, в т. ч. таких відомих учених як: О.О. Созінова, О.М. Каштанова, О.О. Жученка, М.Ф. Реймерса, В.Ф. Сайка, Б.С. Носка, М.З. Милащенка, А.П. Щербакова, В.В. Медведєва, М.Т. Масюка, М.М. Городнього, В.П. Патики, Є.М. Лебедя, М.К. Шикули, Е.Г. Дегодюка. Разом з тим, дослідження сталого розвитку агроекосистем на засадах ресурсо- та енергозбереження треба поглиблювати відповідно до сучасних тенденцій реформування аграрної сфери і соціально-економічних перетворень. Актуальність зазначених проблем, їх недостатня розробка і практична значимість зумовили вибір теми дисертаційної роботи, її головну мету та основні завдання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано згідно з тематичним планом наукових досліджень НМЦ "Агроекологія" УААН провідною установою якого є Інститут агроекології та біотехнології, в межах державної науково-технічної програми (НТП) "Наукові основи сталих агроекосистем" з проблеми "Теоретично обґрунтувати та розробити моделі сталого розвитку агроекологічних систем на засадах відновлюваного землекористування при довготривалому застосуванні різних рівнів біологізації та ресурсного забезпечення технологічних процесів" (№ державної реєстрації 0196U12979) і галузевих науково-технічних програм та договірною тематикою, зокрема, з Міносвіти України: № 2/945-97 "Розробка технологій створення та реалізації на практиці моделей відновлюваних систем землекористування і технологій в умовах дефіциту ресурсів" від 19.08.1997 р.; № 2/946-97 "Розробка технологій комплексного застосування азотфіксуючих та фосформобілізуючих біопрепаратів, регуляторів росту та біологічних засобів захисту рослин з метою ресурсозбереження, підвищення продуктивності і одержання продуктів високої медико-біологічної якості" від 19.08.1997 р.; за контрактом з Мінекоресурсів України № 52 /240600/09 "Розробка концепції національної програми заходів щодо екологічно збалансованого землекористування" від 03.09.2001 р., за контрактом з МНС України № 13/158 Н 99 "Розробка еколого-агротехнічної моделі реабілітації виробничих систем і раціонального використання ґрунтового покриву у зоні відчуження (ЗВ) ЧАЕС" від 01.05.1999 р.

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень - теоретичне обґрунтування, удосконалення і розробка науково-методичних засад формування ресурсо- та енергозберігаючих агроекосистем, відтворення родючості ґрунтів, оптимізації їхнього енергетичного й екологічного стану, на основі часткової заміни невідновлювальних промислових ресурсів на відновлювальні біологічні, кругообігу речовини і потоків енергії в агроекосистемах з наступною розробкою відповідних алгоритмів та інформаційно-обчислювального комплексу (ІОК) і створенням з його допомогою наукових моделей сталого розвитку аграрних виробничих систем.

Відповідно до мети необхідно було розв'язати такі завдання:

теоретично обґрунтувати напрями інтенсифікації сільськогосподарського виробництва на основі біологізації агротехнологій, оптимізації кругообігу біогенних елементів, регулювання трансформації органічної речовини, відтворення родючості та енергетичного стану ґрунтів у агроекосистемах;

визначити прийоми управління родючістю дерново-підзолистого ґрунту, чорнозему опідзоленого та чорнозему типового при систематичному застосуванні органічних, мінеральних і органо-мінеральних систем удобрення;

дослідити речовинно-енергетичні ланцюги в агроекосистемах на різних типах ґрунтів з метою зменшення непродуктивних втрат енергії, органічної речовини і біогенних елементів;

з'ясувати закономірності трансформації органічної речовини, напрями біологічних процесів і динаміку вмісту гумусу в ґрунті залежно від співвідношення вуглецю і азоту за різних систем удобрення в зерно-картопляній та зерно-бурякових сівозмінах;

визначити енергетичну компоненту ґрунтів у загальному енергетичному балансі агроекосистем, встановити можливості її регулювання агротехнічними заходами;

виявити умови ефективного використання антропогенної енергії та підвищення окупності промислових ресурсів в агроекосистемах;

встановити інтегровані критерії і показники оцінки енергетичної ефективності та сталості агроекосистем;

формалізувати виявлені закономірності та створити ІОК з метою дослідження і розробки екологічно збалансованих моделей агроекосистем із заданим рівнем продуктивності, енергетичної та економічної ефективності.

Об'єкт досліджень: комплекс природних та антропогенних факторів формування сталого розвитку агроекосистем, технології управління енергетичним, біологічним, екологічним станом ґрунтів, потоки речовини і енергії, моделі агроекосистем.

Предмет досліджень: основні типи ґрунтів Лісостепу та Полісся, мінеральні, органічні й органо-мінеральні системи удобрення, баланси речовини і потоки енергії, агроекосистеми.

Методи досліджень: у процесі виконання роботи застосовували принципи і

методи системного та енергетичного аналізу, лабораторного моделювання, методи порівнянь і аналогів, емпіричних узагальнень, балансовий, агрохімічний, а також комп'ютерного імітаційного моделювання та проектування наукових моделей агроекосистем. Інформаційною базою дисертаційного дослідження були стаціонарні агротехнічні досліди науково-дослідних установ УААН, які входять до складу НМЦ "Агроекологія". Кожен із варіантів цих дослідів розглядали як окрему елементарну агроекосистему з притаманними їй балансами речовини і потоками енергії та рівнем продуктивності. Таким чином, нашій роботі притаманна специфічність методології наукових досліджень, яка полягає в поглибленому вивченні потоків енергії і кругообігу біогенних елементів, формуванні продуктивності агроценозів на різних типах ґрунтів, а також у формалізації основних закономірностей, факторів, технологічних процесів і створенні ІОК.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Розкрито нове трактування сутності наукового поняття "агроекосистема", формування її сталого розвитку, яке на відміну від існуючих визначень ґрунтується на відтворенні еколого-енергетичного стану ґрунтів, їхньої родючості, оптимізації балансів речовини і потоків енергії, часткової заміни невідновлюваних ресурсів на біологічні відновлювальні.

2. Створено новий методичний напрям оцінки біоенергетичної ефективності агроекосистем, який, на відміну від існуючих, ураховує енергетичну складову ґрунту, рівень рециркуляції біогенних елементів та інтенсивність трансформації органічної речовини.

3. Визначено коефіцієнти гуміфікації біомаси післязбиральних і кореневих решток, гною, побічної продукції, соломи і сидератів при їх окремому та сумісному застосуванні в різних комбінаціях, у т.ч. з мінеральними добривами. Встановлено взаємозв'язок між гуміфікацією органічних добрив і співвідношенням азоту і вуглецю, який покладено в основу нового методичного підходу щодо визначення доз органічних добрив, які забезпечують бездефіцитний баланс гумусу.

4. Визначено енергетичні показники 12 типів і різновидів ґрунтів та можливості їх регулювання мінеральними й органічними добривами, встановлено універсальну залежність між вмістом гумусу і питомою енергоємністю різних типів ґрунтів.

5. Розроблено нові методичні підходи і критерії щодо комплексної біоенергетичної оцінки агротехнологій і моделей агроекосистем з урахуванням структури витрат антропогенних ресурсів, змін енергопотенціалу ґрунту та енергії врожаю.

6. Запропоновано напрями удосконалення систем землекористування, оптимізації структури посівних площ, сівозмін та агротехнологій, проведено їх узагальнення і формалізацію у вигляді ІОК "Агроекосистема", що дає змогу здійснювати імітаційне моделювання та проектування різних сценаріїв і моделей розвитку агроекосистем.

Практичне значення одержаних результатів. Основні результати досліджень, висновки, пропозиції і рекомендації використовуються для забезпечення раціонального використання, відтворення та охорони земельних ресурсів як основи формування сталих і високопродуктивних агроекосистем, підвищення їх екологічної безпечності, енергетичної ефективності та одержання продукції високої якості. Результати досліджень реалізовано у вигляді ІОК, який використовується при розробці проектів ресурсозберігаючих моделей ведення сільськогосподарського виробництва.

Виробництву рекомендовано: еколого-агрохімічну паспортизацію полів та земельних ділянок (1996); організацію системи екологічно безпечного ведення рослинництва (1998); нормативи ґрунтозахисних контурно-меліоративних систем землеробства (1998); комплексне застосування біопрепаратів на основі азотфіксуючих, фосформобілізуючих мікроорганізмів, фізіологічно-активних речовин і біологічних засобів захисту рослин (2000); енергетичну оцінку систем землеробства і технологій вирощування сільськогосподарських культур (2001); агроекологічний моніторинг та паспортизацію сільськогосподарських земель (2002); розробку ґрунтозахисних ресурсо- та енергозберігаючих систем ведення сільськогосподарського виробництва з використанням комп'ютерного програмного комплексу (2002); каталог заходів з оптимізації структури агроландшафтів та захисту земель від ерозії (2002).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота - результат проведення автором досліджень як керівника і координатора наукової тематики НМЦ "Агроекологія". Автору належать: розробка наукових програм, методичного забезпечення досліджень, одержання експериментальних даних, узагальнення, аналіз та обробка результатів дослідження. За його безпосередньої участі та керівництва визначені закономірності трансформації органічного вуглецю, кругообігу речовини і енергії в різних ґрунтово-кліматичних умовах, проведено оцінку еколого-енергетичного стану основних типів ґрунтів, опрацьовано критерії сталого розвитку й енергетичної ефективності агроекосистем. Автором проведено аналізи, встановлено закономірності та виконано формалізацію одержаних експериментальних матеріалів і створено ІОК "Агроекосистема" з метою розробки проектів ресурсо- та енергозберігаючих моделей ведення сільськогосподарського виробництва. Всі наукові положення дисертації, висновки і пропозиції, які виносяться на захист, розроблено, обґрунтовано та опрацьовано особисто автором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень в 1997-2002 pp. апробовані на вчених та координаційних радах ІАБ УААН і НМЦ "Агроекологія" і представлені на з'їздах та конференціях: IV і VI з'їздах Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків (Херсон, 1994; Умань, 2002); "Сільське господарство України: проблеми, сучасне, майбутнє" (Чабани, 1993); "Наукові основи ведення сільськогосподарського виробництва України в сучасних умовах" (Чабани, 1994); "Современные проблемы охраны и воспроизводства почвенного плодородия: экология, экономика, право" (Киев, 1994); "Сталий розвиток агроекологічних систем в умовах обмеженого ресурсного забезпечення" (Київ, 1998); "Землеробство XXI століття - проблеми та шляхи вирішення" (Київ, 1999); "Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використанім ґрунтових ресурсів" (Київ, 2000); "Agricultural water and invironmental management", Угорщина (Szarvas, 2002); "Сталий розвиток агроекосистем" (Вінниця, 2002); "Агроекологічний моніторинг ґрунтів як основа сталого розвитку аграрного виробництва" (Київ, 2002); "Теорія і методи оцінювання, оптимізації використання та відтворення земельних ресурсів" (Київ, 2002).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 63 праці, у т. ч. у 30 фахових наукових журналах та збірниках - 30, доповідях і тезах наукових конференцій - 11, рекомендаціях - 9.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається із вступу, 8 розділів основної частини, висновків, рекомендацій виробництву для впровадження, списку використаних джерел (550 найменувань, у т.ч. 24 іноземною мовою) і додатків (довідок про впровадження наукових розробок). Загальний обсяг дисертації - 360 сторінок, 64 таблиці, 35 ілюстрацій.

Основний зміст роботи

У вступній частині обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано завдання, при розв'язанні яких досягається мета досліджень, висвітлено теоретичне значення і практична цінність роботи, аналіз її результатів. сільськогосподарський біологізація агротехнологія

Теоретичні основи формування сталого розвитку аграрного виробництва в Україні. Подано огляд літературних джерел, у яких висвітлено науково-методологічні і теоретичні аспекти проблеми формування сталого та екологічно безпечного розвитку агроекосистем, альтернативні способи регулювання родючості та енергетичного стану ґрунтів, поглиблюється уявлення про поняття "агроекосистема", наведено теоретичне обґрунтування обраного напряму досліджень.

Об'єкти, методика і умови досліджень. Дослідження проводили протягом 1995-2002 pp. в агротехнічних довгострокових стаціонарних дослідах наукових установ УААН, які входили в НМЦ "Агроекологія", за такими напрямами.

При визначенні показників родючості ґрунтів, еколого-енергетичної ефективності традиційних і альтернативних систем удобрення (СУ), балансів речовини та енергії як інформаційну базу досліджень обрано довгострокові стаціонарні досліди (табл. 1):

l у Поліссі - Чернігівський інститут агропромислового виробництва (Чернігівський ІАПВ) на дерново-підзолистому ґрунті з вихідними показниками родючості: вміст гумусу - 1,02%, сполук азоту (Nг), що легко гідролізується - 8,2 мг/100 г ґрунту, доступного фосфору - 18, обмінного калію - 7 мг/100 г ґрунту, рНсол. - 4,8, Нг - 2,5 мг-екв. на 100 г ґрунту. Посівна площа ділянки - 102 м 2, облікова - 60 м 2, повторність - 4-разова. Сівозміна: конюшина, пшениця озима, кукурудза на силос, ячмінь, люпин на зелену масу, жито озиме, картопля, овес;

у західному Лісостепу - Хмельницька дослідна станція (ДС) на чорноземі опідзоленому з вихідними показниками: вміст гумусу в шарі 0-20 см - 4,19%, шарі 20-40 см - 4,0%, Nг - 14,7 мг/100 г ґрунту, доступного фосфору - 16,2, обмінного калію - 8,5 мг/100 г ґрунту, рНсол. - 6,3, Нг - 1,6 мг-екв. на 100 г ґрунту. Повторність досліду 3-разова з систематичним розміщенням повторень і варіантів. Посівна площа ділянки - 98 м 2. Сівозміна: горох, пшениця озима, буряки цукрові, ячмінь, кукурудза на зерно;

у лівобережному Лісостепу - Полтавська дослідна станція (ДС) на чорноземі типовому з такими вихідними показниками: вміст гумусу в шарі 0-20 см - 5,22%, шарі 20-40 см - 4,49%, Nг - 10,2 мг/100 г ґрунту, доступного фосфору - 9,9, обмінного калію - 13,9 мг/100 г ґрунту, рНсол. - 7,2, Нг - 0,5 мг-екв. на 100 г ґрунту. Посівна площа ділянки - 175 м 2, облікова - 100 м 2, повторність 3-разова. Сівозміни: горох, пшениця озима, кукурудза на зерно, кукурудза на силос, пшениця озима, буряки цукрові, ячмінь.

При визначенні енергетичних характеристик основних типів ґрунтів проби ґрунту відбирали в 14 стаціонарних дослідах 11 наукових установ, які в різний час входили до НМЦ "Агроекологія".

Агрохімічні та фізико-хімічні показники визначалися за наступними методиками: вміст загального гумусу - за Тюріним; вміст лабільного гумусу - за Єгоровим; азот, що легко гідролізується - за Корнфілдом; нітратний азот - іонометричним експрес-методом; амонійний азот - колориметричним методом (реактив Неслера); рухомий фосфор і обмінний калій - за Кірсановим, Чиріковим, Мачигіним залежно від типу ґрунту; гідролітичну кислотність - за Каппеном; рН сольовий і водний - потенціометрично; суму ввібраних основ - за Каппеном

Принципові схеми стаціонарних дослідів з різними системами удобрення

Ґрунт, варіант СУ Скорочене позначення

Дерново-підзолистий ґрунт (Чернігівський ІАПВ, 1992р.)

1. Без добрив (контроль) 1.К

Органічна

2. Сидерат (Сд), 4 т/га 2.Сд

3. Побічна продукція (ПП), 3 т/га 3.ПП

4. Гній (Гн), 20 т/га (подвійна доза) 4.2Гн

Мінеральна

5. N68P64K86 5.1NPK

6. N68P64K86 + Са 6.1NPK+Ca

Органо-мінеральна

7. Гн, 10 т/га+N68P64K86 7.1Гн+1 NPK

8. ПП, 2.8 т/га+N68P64K86 8.ПП+NPK

9. Гн, 10 т/га+N68P64K86+ПП, 3,0 т/га 9.1Гн+NPK+ПП

10. Гн, 10 т/га+N68P64K86+ПП, 3,0 т/га+Сд, 4 т/га 10.1Гн+NPK+ПП+Сд

Чорнозем опідзолений (Хмельницька ДС, 1991р.)

1. Без добрив (контроль) 1.К

Органічна

2. Сидерати (Сд), 9 т/га 2.Сд

3. Солома (Сл), 2 т/га 3.Сл

4. Солома, 2 т/га і сидерати, 9 т/га 4.Сл+Сд

5. Гній (Гн), 24 т/га (подвійна доза) 5.2Гн

Мінеральна

6. N110P106K98 (подвійна доза) 6.2NPK

Органо-мінеральна

7. Солома (Сл), 2 т/га +N110P106K98 7. Сл+2NPK

8. Гн, 12 т/га + N55P53K49 8.1Гн+1NPK

9. Гн, 12 т/га+Сл, 2 т/га+Сд, 9 т/га+N55P53K49 9. 1Гн+1NPK+Сл+Сд

Чорнозем типовий (Полтавська ДС, 1987р.)

1. Без добрив (контроль) 1.К

Органічна

2. Гній (Гн), 10 т/га 2.1Гн

3. Солома (Сл), 1,1 т/га+N11 3.Сл+N10

4. Побічна продукція (ПП), 4,2 т/га+N42 4.ПП+N10

Органо-мінеральна

5. Сл, 1,1 т/га + N11+N50P52K54 5.Сл+N10+1NPK

6. ПП, 4,2 т/га + N42+ N50P52K54 6.ПП+N10+1NPK

7. Гн, 10 т/га + N50P52K54 7.1Гн+1NPK

Гільковіцем, Са 2+ та Mg2+ визначали методом трилонометричного титрування.

Для встановлення впливу застосування різних систем удобрення (СУ) на біологічну активність дерново-підзолистого ґрунту, чорнозему опідзоленого і чорнозему типового визначалася чисельність таких груп мікроорганізмів: гриби, актиноміцети, азотфіксатори та фосформобілізатори, азотобактер, бактерії, що утилізують мінеральні (КАА) і органічні (МПА) сполуки азоту, а також активність ферментів поліфенолоксидази (ПФО) і пероксидази (ПЕР). На цій основі визначалися показники: загальний бал біологічної активності (БА) ґрунту, коефіцієнт мінералізації (Км) за співвідношенням бактерій на КАА і МПА та коефіцієнт гуміфікації (Кг) за ПФО і ПЕР.

Якість продукції визначали за загальноприйнятими методиками (О.В. Петербургський, 1968).

Енергоємність ґрунтів і продукції визначали на колориметричній установці В-0,8-МА.

Облік урожаю проводили за "Методикою державного сортовипробування сільськогосподарських культур" (1971), статистичну обробку результатів досліджень методом дисперсійного аналізу (Доспехов Б.А., 1985).

Погодні умови під час проведення досліджень були сприятливими. Температурний режим близький до середньобагаторічних значень і за об'єктами досліджень майже не відрізнявся. Кількість опадів у літні місяці на Поліссі і особливо у західному Лісостепу було вищим, ніж у лівобережному Лісостепу (Полтавська ДС). Узимку та навесні кількість опадів у різних зонах була близькою.

Родючість ґрунтів та її регулювання. В працях В.А. Ковди (1973), В.В. Медведєва (1987-2001), Г.А. Мазура, (1999, 2000), М.К. Шикули (1991-2001), Т.Я. Чесняка (1987-1995), О.О. Бацули (1985-1995), В.І. Кисіля (1997-2001) визначено різні категорії родючості ґрунтів та їх взаємозв'язок. З позицій енергетичного аналізу В.М. Володін та А.П. Щербаков (1991-2000) під родючістю ґрунту розуміють здатність його у конкретних умовах забезпечувати оптимальні режими зв'язування сонячної енергії. Такий підхід дає змогу проводити аналіз і оцінювати агроекосистеми та агротехнології як системи використання і регулювання ґрунтової родючості для досягнення максимальних значень ККД ФАР.

Вплив традиційних і альтернативних систем удобрення (СУ) на родючість різних типів ґрунтів. На дерново-підзолистому ґрунті за ротацію зерно-картопляної сівозміни при застосуванні мінеральної СУ (N68P64K86) і сидератів (Сд) відмічено зниження рНсол. до критичного рівня - 4,3-4,6, при гідролітичній кислотності (Нг) 2,8-3,1 мг-екв./100 г ґрунту. Вапнування забезпечувало рН на рівні 5,9, а Нг - 1,5 мг-екв./100 г ґрунту. При сумісному застосуванні органічних і мінеральних добрив рНсол. становив 4,9-5,2, Нг - 1,9-2,2, що свідчить про необхідність вапнування дерново-підзолистого ґрунту при всіх СУ.

Азотисті сполуки (Nг), що легко гідролізуються - найближчий резерв мінерального азоту в ґрунті. Без добрив їх уміст був дуже низьким і становив 4,5 мг/100 г ґрунту. При окремому застосуванні 20 т/га гною (2Гн), побічної продукції (ПП) і NPK кількість Nг збільшилася у 1,5 раза. На фоні органо-мінеральних СУ в результаті посилення гідролітичних процесів уміст Nr підвищувався до 10,6-11,7 мг/100 г ґрунту. В сівозміні з конюшиною і люпином запаси мінерального азоту на контролі були досить високими і становили 31 кг/га, під впливом Сд вони зростали в 2,5 раза, 2Гн - утричі, а при внесенні ПП - майже не змінювалися. На фоні органо-мінеральних СУ забезпеченість мінеральним азотом була високою і коливалася від 71 при застосуванні ПП+NPK до 160 кг/га при Гн+NPK+ПП+Сд. Застосування добрив практично подвоювало вміст фосфору і потроювало кількість калію в ґрунті.

На чорноземі опідзоленому за дві ротації 5-пільної зерно-бурякової сівозміни при високих дозах мінеральних добрив N110P106K98 (2NPK) рНсол. знизилося до 5,2, на фоні 24 т/га гною (2Гн), а також при 1Гн+lNPK цей показник становив 5,5-5,6, що свідчить про необхідність застосування підтримуючого вапнування. Вміст лабільного гумусу на контролі становив 139 мг/100 г ґрунту, при органічних і органо-мінеральних СУ його кількість зростала у 2,5-3 рази. Внаслідок зменшення співвідношення C:N при сидерації (Сд) по фону Гн+NPK+Сл уміст лабільного гумусу зменшувався з 346 до 284 мг/100 г при одночасному збільшенні запасів мінерального азоту з 113 до 126 кг/га. Чорнозем опідзолений має високу азотмобілізуючу здатність. За 14 днів компостування вміст NO3 на контролі зріс з 13,4 до 39,1 мг/кг, на фоні 2Гн цей показник збільшився вдвічі, а при інших СУ - у 1,5 раза. Нагромадження фосфору і калію при всіх СУ було високим.

На чорноземі типовому азотний режим порівняно з внесенням 10 т/га гною (Гн) був кращим при застосуванні на добриво соломи або побічної продукції з компенсуючою дозою азоту Відносно контролю вміст лабільного гумусу при Сл+N10 і ПП+N10 зростав відповідно з 172 до 215 та 230 мг/100 г ґрунту. Органо-мінеральні СУ забезпечували цей показник на рівні 238-254 мг/кг. Запаси мінерального азоту в шарі 0-20 см без добрив становили 42 кг/га, під впливом Гн підвищилися на 30%, з Сл+N10 і ПП+N10 - на 40-45%. Додаткове до ПП+N10 внесення N50P52K54 (NPK) супроводжувалося посиленням мінералізаційних процесів. На фоні зменшення вмісту лабільного гумусу і Nг запаси мінерального азоту зросли з 61 до 96 кг/га. Отже, ефективно регулювати азотний режим ґрунту у сівозміні можна зміною співвідношення різних видів органічних і мінеральних добрив. Кількість рухомого фосфору та обмінного калію при органічних СУ відповідала середній забезпеченості, а на фоні органо-мінеральних - високій.

Таким чином, найсприятливіший поживний режим дерново-підзолистого ґрунту, чорнозему опідзоленого, чорнозему типового, формується при органо-мінеральних СУ. Традиційну СУ Гн+NPK і альтернативну ПП+NPK можна вважати рівноцінними.

Вплив СУ на біологічну активність (БА) ґрунтів. Специфіка метаболізму і функціональна діяльність мікроорганізмів визначає спрямованість процесів гумусоутворення, кількість та якість органічних сполук у ґрунті. Всі СУ сприяли зростанню загальної БА ґрунтів щодо контролю. Найвищим цей показник був на фоні гною і при органо-мінеральних СУ з використанням по фону Гн+NPK соломи та сидерату. Внесення лише соломи різко пригнічувало активність азотмобілізуючої мікрофлори. Мінеральна СУ, особливо на дерново-підзолистому ґрунті, інгібувала практично всі групи мікроорганізмів, крім грибів і бактерій на КАА. Найнижчим Км (за КАА/МПА) виявився на фонах Сл і ПП. Мінеральні туки навіть при поєднанні з різними органічними добривами значно посилювали мінералізаційні процеси. Наприклад, на дерново-підзолистому ґрунті на фоні ПП Км становив 3,4, при поєднанні ПП і NPK - 5,6, Гн+NPK -7,3, лише NPK - 13,3. Підвищенню інтенсивності мінералізаційних процесів сприяли і сидерати, при використанні яких Км відносно ПП подвоївся. В результаті звуження співвідношення C:N з 33 до 18 найінтенсивніше мінералізація органічної речовини відмічена при Сд по фону Гн+NРK+ПП із збільшенням Км з 7,3 до 19,5, тобто у 2,5 раза.

Аналогічну закономірність спостерігали і на чорноземі типовому. Так, при внесенні по ПП+N10 NPK співвідношення C:N звужувалося з 30 до 16, а Км збільшувався з 2,8 до 17,4. При органо-мінеральних СУ з Сл і ПП порівняно з традиційною (Гн+NPK) процеси гуміфікації (Кг) посилювались при зниженні мінералізації органічної речовини ґрунту. Таким чином, традиційна органічна СУ із застосуванням Гн з точки зору створення сприятливих умов для розвитку мікробного ценозу, врівноваження процесів мінералізації і гуміфікації на всіх типах ґрунтів виявилася екологічно оптимальною. Поєднання Гн і NPK різко посилювало процеси мінералізації. Доповнення Гн+NPK соломою або всією побічною продуцією, а також при поєднанні Сл+NPK та ПП+N10 спрямовує мікробіологічні процеси у бік гуміфікації органічної речовини. Мінеральна СУ для мікробного ценозу ґрунту виявилася екологічно несприятливою.

Гумусний стан ґрунтів за різних СУ. Особливість впливу досліджуваних СУ на спрямованість мікробіологічних процесів позначилася на гумусному стані ґрунтів. На дерново-підзолистому ґрунті на кінець ротації сівозміни вміст загального гумусу в шарі 0-20 см при 2Гн становив 1,20. При 1Гн+NРК+ПП кількість його підвищилася до 1,26% (табл. 2). Внесення 1Гн+NPK і ПП+NPK забезпечило стабілізацію вмісту гумусу на рівні 1,05-1,09%, що на 17-20% перевищує природний рівень - 0,8-0,85%. Визначення групового складу гумусу свідчить про те, що характерний для дерново-підзолистих ґрунтів його гуматно-фульватний тип навіть за тривалого застосування органічних добрив істотно не змінюється. При цьому фульватність гумусу зростала на фоні NPK і Сд (Сгк/Сфк=0,67), а при органічних СУ знижувалася (Сгк/Сфк=0,94).

На чорноземі опідзоленому за дві ротації 5-пільної сівозміни відносно вихідного стану (199 т/га) на контролі в шарі 0-40 см запаси гумусу зменшилися на 14,5 т, при Сд - на 13,0, Сл - на 10,7, при застосуванні Сл+2NPK - на 7 т/га. Традиційна СУ Гн+NPK забезпечувала його приріст до 2 т/га. Позитивний баланс гумусу також досягається при СУ: 2Гн, 1Гн+lNPK+Сл та 1Гн+1NPK+Сл+Сд, що свідчить про їх рівноцінність за цим критерієм.

Біологічний кругообіг органічної речовини у ґрунті при застосуванні різних СУ

Варіант СУ С:N Надійшло Сорг добрив і решток за рік Гумус*, 2001 р. ± до вихід- ного ± до К Кгдр Сорг Потреба Сорг, т/га

т/га ± до К % т/га

Дерново-підзолистий ґрунт, вихідний вміст в 0-20 см - 1,02% (1993 р.)

К - 1,69 - 0,89 26,0 -0,50 - - -

Сд 7 2,50 0,81 0,88 25,6 -0,58 0 0 0

ПП 62 3,41 1,72 1,06 31,2 0,15 0,65 0,35 1,43

2 Гн 26 5,08 3,39 1,20 35,3 0,66 1,16 0,34 1,47

NPK - 2,10 0,41 0,87 25,7 -0,53 - - -

NPK+СаСО 3 - 2,20 0,51 1,06 31,2 0,60 0,65 0,29 -

ПП+NPK 20 3,51 1,82 1,09 32,3 0,30 0,79 0,43 1,16

1Гн+NPK 16 4,16 2,47 1,09 32,3 0,30 0,79 0,31 1,61

1Гн+NPK+ПП 33 5,19 3,50 1,26 37,3 0,91 1,41 0,40 1,25

1Гн+NРК+ПП+Сд 18 5,27 3,58 1,18 34,7 0,59 1,08 0,30 1,67

Чорнозем опідзолений, вихідний вміст у 0-20 см - 4,19, 20-40 см - 4,00% (1991р.)

К - 1,26 - 3,85/3,75 184,8 -1,45 - - -

Сд 7 2,04 0,78 3,85/3,80 186,0 -1,30 0,15 0,19 7,6

Сл 83 2,12 0,86 3,90/3,85 188,3 -1,07 0,38 0,44 3,28

Сл+Сд 32 3,04 1,78 4,10/3,95 195,6 -0,34 1,01 0,57 2,56

2Гн 26 5,37 4,11 4,45/4,32 213,0 1,40 2,85 0,69 2,09

2 NPK - 1,56 0,30 3,75/3,67 180,3 -1,87 -0,4 - -

Сл+NPK 25 2,41 1,15 4,05/3,85 192,0 -0,70 0,75 0,65 2,22

1Гн+1NPK 19 3,71 2,45 4,15/4,09 200,2 0,20 1,65 0,67 2,16

1Гн+1NPK+Сл 26 4,78 3,52 4,50/4,39 216,0 1,70 3,15 0,90 1,63

1Гн+1NPK+Сл+Сд 24 5,07 3,81 4,48/4,40 215,8 1,68 3,14 0,82 1,75

Чорнозем типовий, вихідний вміст у 0-20 см - 5,22, 20-40 см - 4,49% (1987 р.)

К - 1,30 4,39/4,39 213 -1,64 - - -

Гн 26 2,88 1,58 4,69/4,48 225,5 -0,75 0,89 0,56 2,91

Сл+N10 39 1,96 0,66 4,61/4,48 221,0 -1,07 0,57 0,86 1,91

ПП+N10 35 2,76 1,46 4,79/4,45 224,5 -0,82 0,82 0,56 2,92

Сл+N10+NPK 16 2,17 0,87 4,77/4,47 224,5 -0,82 0,82 0,94 1,74

ПП+N10+NPK 14 2,76 1,46 4,62/4,49 221,3 -1,05 0,59 0,40 4,05

Гн+NPK 14 3,06 1,76 4,61/4,49 223,4 0,90 0,74 0,42 3,90

Примітка. * У чисельнику вміст гумусу в шарі 0-20 см, у знаменнику - в шарі 20-40 см.

За даними Б.С. Носка (2001), на чорноземі типовому після розорювання цілини при внесенні 10 т/га гною у 8-пільній зерно-буряковій сівозміні без трав протягом 32 років уміст гумусу в орному шарі зменшився з 5,0 до 3,96%. На Полтавській ДС в аналогічній сівозміні при 37-річному (1964-2001 рр.) застосуванні 12 т/га гною (1Гн) і N52P52K52 (1NPK) уміст гумусу стабілізувався на рівні 4,92%, а при 4NPK знизився до 4,32%. Збільшення дози гною до 18 т/га сумісно з 1NPK забезпечувало гумусованість ґрунту на рівні цілини - 5,29%. Після закінчення другої ротації 7-пільної зерно-бурякової сівозміни в шарі 0-20 см вміст гумусу при Гн, Гн+NPK, Сл+N10, ПП+N10+NPK становив 4,61-4,69%, при Сл+N10+NPK і ПП+N10 - 4,77-4,79, що більше ніж на контролі відповідно на 0,22-0,30 і 0,38-0,40%. Отже, дозами органічної речовини, в т.ч. за рахунок альтернативних джерел, і оптимізацією співвідношення C:N в СУ можна ефективно регулювати вміст гумусу в ґрунті.

На основі сумарного додаткового до контролю надходження органічного вуглецю (Соргдр) з рослинними рештками та органічними добривами і змін запасів гумусу до контролю при різних СУ одержано формулу визначення коефіцієнта гуміфікації органічних добрив і рослинних решток (Кгдр):

Кгдр=(G1-G2)100/(Сорг 1+Сорг 2)-Сорг 3,

де G1 - запаси гумусу при конкретній СУ, т/га; G2 - запаси гумусу на контролі, т/га; Сорг 1 - вуглець органічних добрив при конкретній СУ, т/га; Сорг 2 - вуглець рослинних решток при конкретній СУ, т/га; Сорг 3 - вуглець рослинних решток на контролі, т/га.

Для визначення кількості Сорг, що забезпечує бездефіцитний баланс гумусу пропонується формула:

Сорг=(G-G2)100/Кгдр,

де G - вихідні запаси гумусу, т/га; G2 - запаси гумусу на контролі, т/га;

Кгдр - коефіцієнт гуміфікації органічних добрив і рослинних решток.

Вплив співвідношення C:N на трансформацію органічної речовини. М.М. Городній (1996), Б.С. Носко (1999), В.І. Канівець (2001), О.М. Бердніков (1992) встановили доцільність врахування співвідношення C:N при розробці СУ. Наші дослідження дали змогу кількісно визначити оптимальні значення цього показника стосовно дерново-підзолистого ґрунту, чорнозему опідзоленого і чорнозему типового. У стаціонарних і лабораторних дослідах встановлено взаємозв'язок між C:N та Кгдр. органічних добрив і рослинних решток при різних CУ. Найактивніше гуміфікація органічної речовини відбувається при співвідношенні C:N у межах 25-35, при оптимальному значенні 30. Зменшення цього показника супроводжується втратами Сорг у вигляді СО 2 в результаті посилення мінералізації, а його збільшення - іммобілізацією мінерального азоту, що знижує врожайність культур. Додаткову кількість Сорг для оптимізації співвідношення C:N в органо-мінеральній СУ встановлюється за допомогою рівняння:

Copг=(C/N)N-Copг 1,

де C:N - в межах 25-35 залежно від наявного органічного добрива; N - доза мінерального азоту на запланований врожай, кг/га; Copг 1 - уміст вуглецю в органічному добриві, що вноситься. Завдяки специфічному хімічному складу соломи (C:N=83) її застосуванням можна ефективно регулювати співвідношення C:N до оптимального для гуміфікації органічних добрив рівня.

Енергоємність різних типів ґрунтів та її регулювання агротехнічними заходами. У гумусі ґрунтів планети зв'язано 1019-20 Ккал енергії, яка забезпечує життя всієї флори і фауни (В.А. Ковда, 1978). Визначення енергетичних характеристик різних типів ґрунтів необхідне для об'єктивної оцінки і регулювання потоків енергії в агроекосистемах та їх екологічного стану (А.П. Щербаков, В.М. Володін (1991), Г.А. Булаткин (1986)). Нами встановлено, що енергоємність дерново-підзолистих і сірих опідзолених грунтів знаходиться на рівні 25-40 Ккал/кг, каштанових - 83, лучно-чорноземних - 118 і чорноземів типових та звичайних - 190-220 Ккал/кг. На основі аналізу експериментальних даних одержано універсальну формулу, яка відображає залежність між умістом гумусу та енергоємністю ґрунту - R2=0,93.

Використання цього математичного виразу дає змогу досить точно визначати енергоємність різних типів ґрунтів за вмістом гумусу. Встановлено зміни енергетичних показників ґрунтів від застосування різних СУ. Залежно від доз добрив, а також тривалості їх внесення енергетичні показники дерново-підзолистих ґрунтів підвищувалися у порівнянні з контролем на 30-50%, на чорноземних ґрунтах - на 15-25%.

Вплив систем удобрення на продуктивність сівозмін і якість продукції. На дерново-підзолистому ґрунті під впливом 2Гн продуктивність зерно-картопляної сівозміни підвищилася порівняно з контролем на 46% і досягла 51,6 ц к.о./га. Ефективність Сд і ПП була значно нижчою - 45,4-46,7 ц к.о./га. Органо-мінеральні СУ за виходом урожаю істотно переважали органічні. Так, при 1Гн+NPK продуктивність зерно-картопляної сівозміни порівняно з контролем зросла на 51%. Найвищий ефект отримано при доповненні традиційної органо-мінеральної СУ 1Гн+NPK побічною продукцією. Під впливом лише мінеральних добрив продуктивність сівозміни зросла на 27%, а при їх поєднанні з СаСО 3 - на 47%, що свідчить про важливість вапнування дерново-підзолистих ґрунтів. Отже вихід продукції на рівні 45-46 ц к.о./га забезпечується при застосуванні на добриво тільки Сд або ПП, 49 - при NPK, 55-58 - при 2Гн, NPK+Ca, 1Гн+NPK, ПП+NPK і 61-63 ц к.о./га - при 1Гн+NPK+ПП, 1Гн+NPK+ПП+Сд. При останній СУ урожай культур сівозміни досягав: пшениці озимої по конюшині - 47, картоплі - 266, жита -43, вівса - 40, конюшини - 352, кукурудзи на силос - 563 ц/га.

На чорноземі опідзоденому в умовах достатнього зволоження за високої азот- і фосформобілізуючої активності забезпечувався більш високий рівень продуктивності зерно-бурякової сівозміни навіть без добрив - 43,4 ц к.о./га.

При органічній СУ (2Гн) вихід продукції підвищувався у порівнянні з контролем на 46%, а під дією Сл, Сд та їх поєднання відповідно на 6, 12 та 18%. За ефективністю мінеральна СУ 2NPK поступалася органічній 2Гн. Поєднання одинарних доз NPK і Гн за виходом продукції значно ефективніше їх окремого застосування навіть у подвійних дозах. За такої СУ продуктивність до контролю підвищилася на 51%, а при її доповненні Сл і Сд - на 75%. Таким чином, залежно від ресурсів органічних і мінеральних добрив можна отримати продуктивність на рівні 46-51 ц к.о./га при застосуванні Сл, Сд та їх поєднання, 59-65 - при 2Гн, 2NPK, Сл+2NPK, 1Гн+NPK і 71-76 ц

Вплив систем удобрення на продуктивність сівозмін, 1996-2001 рр.

Дерново-підзолистий грунт (Чернігівський ІАПВ)

Система удобрення Урожайність культур, ц/га Середнє, ц к.о./га к. о. ± до контролю конюшина пшениця озима картопля овес жито люпин ячмінь кукурудза ц/га %

К 196 30,0 138 21,9 28,2 295 14,6 343 38,5 - -

Сд 236 32,5 273 27,5 32,5 307 17,7 424 45,4 6,9 18

ПП 236 33,4 199 28,6 32,8 315 18,0 427 46,7 8,2 21

2Гн 310 42,2 253 33,4 34,3 312 29,2 505 56,1 15,6 41

NРK 223 37,5 212 28,8 34,8 304 21,4 464 49,0 10,5 27

NРК+Са 281 43,4 244 38,2 41,6 327 26,0 499 56,6 17,8 46

1Гн+NРK 359 43,6 266 33,1 42,4 309 31,1 542 58,0 19,5 51

ПП+NРК 255 42,4 256 37,2 42,1 325 24,0 473 55,5 17,0 44

1Гн+NРК+ПП 352 47,7 260 39,8 42,1 336 31,0 563 63,2 24,7 64

1Гн+NРК+ПП+Сд 322 47,3 266 37,9 43,4 329 30,9 559 61,3 22,8 59

Нір 0,95, ц/га 14,6 2,6 18 1,8 2,1 14,4 1,6 25,0 - - -

Чорнозем опідзолений (Хмельницька ДС)

Система удобрення Урожайність культур, ц/га Середнє, ц к.о./га К.о.± до контролю пшениця озима буряки цукрові ячмінь кукурудза горох ц/га %

К 34,8 275 23,5 45,5 15,8 43,4 - -

Сд 38,6 309 26,7 49,2 19,1 48,5 5,1 12

Сл 36,6 293 25,3 48,1 17,4 46,2 2,8 6

Сл+Сд 40,5 325 29,4 50,4 20,5 51,0 7,6 18

2Гн 47,0 402 40,9 61,1 27,2 63,4 20,0 46

2NPK 46,8 365 38,7 55,5 23,7 58,9 15,5 35

2NPK +Сл 49,9 388 41,6 65,8 25,6 62,8 19,4 45

1Гн+1NPK 50,9 444 41,5 62,3 29,1 65,7 22,3 51

1Гн+1NPK+Сл 54,6 463 45,5 68,5 30,7 71,3 27,9 64

1Гн+1NPK+Cл+Сд 56,3 491 47,8 71,0 32,8 76,1 32,7 75

HIP 0,95 ц/га 3,59 41,9 3,50 2,02 3,30 - - -

Чорнозем типовий (Полтавська ДС)

Система удобрення Урожайність культур, ц/га Середнє, ц к.о./га к.о. ± до контролю кукурудза на з/м пшениця озима по буряки цукрові ячмінь кукурудза горох кукурудзі гороху ц/га %

К 249 14,3 25,8 248 14,7 46,5 17,1 36,4 - -

Гн 293 16,5 27,3 300 18,6 50,1 18,2 41,5 5,1 14

Сл+N10 273 20,3 33,1 333 22,8 50,7 18,3 44,7 8,3 23

ПП+N10 346 24,6 34,4 374 26,2 54,1 21,1 50,6 14,2 39

Сл+N10+1NPK 327 28,8 34,9 390 27,1 48,3 20,9 50,7 14,3 39

ПП+N10+1NPK 333 28,6 34,1 391 25,6 52,3 20,7 51,0 14,6 40

Гн+1NPK 324 26,5 34,8 373 25,1 50,6 20,0 49,4 13,0 36

Hip0,95 20,1 2,8 3,4 34,3 2,9 4,8 2,8 - - - к.о./га при lГн+NPK+Сл або 1Гн+NPK+Сл+Сд. Максимальний врожай культур сівозміни становила: пшениця озима - 56,3, буряки цукрові - 491, ячмінь - 47,8, кукурудза - 71, горох - 32,8 ц/га.

На чорноземі типовому при застосуванні лише гною продуктивність зерно-бурякової сівозміни становила 41,5, Сл+N10 - 44,7 ц к.о./га, що вище контролю відповідно на 14-23%. Однаковий вихід урожаю на рівні 49-51 ц к.о./га забезпечили СУ: ПП+N10, Сл+N10+NPK, Гн+NPK, ПП+N10+NPK. Урожай культур сівозміни при цих СУ становив: пшениці озимої по гороху - 34,4-34,8, кукурудзи - 45-54, буряків цукрових - 373-391 ц/га. Отже високий рівень продуктивності сівозміни можна отримати при широкому наборі комбінацій органічних і мінеральних добрив.

Застосування азотфіксуючих і фосформобілізуючих біопрепаратів підвищує урожай польових культур у середньому на 8-12%.

Якість продукції. Мінеральні та органічні добрива сприяли підвищенню вмісту протеїну в зерні колосових культур на 1-2%, кукурудзи - на 3-4%, крохмалю в бульбах картоплі - на 1,5-2,3%, цукру у коренеплодах буряків цукрових - на 0,5-2,2%.

Енергетична ефективність агротехнологій. Енергоємність агротехнологій (Еа). На дерново-підзолистому ґрунті енергозатрати на вирощування культур зерно-картопляної сівозміни при NPK, NPK+ПП, a також NPK+Са збільшувалися відносно контролю з 12,5 до 21,2-23,4 ГДж/га, або на 41%. Найвища Еа (27,5-28,5 ГДж/га) відмічена при агротехнології, що ґрунтується на 1Гн+NPK. Затрати у вигляді технічних засобів на контролі становили 3,2 ГДж/га і максимально зростали до 4,7 при 2Гн, енергоносії - з 4,9 до 7,2-7,3 ГДж/га. Затрати по цих статтях головним чином визначалися кількістю гною та розміром додатково одержаного урожаю. На сумарну Еа найбільше впливали органічні та мінеральні добрива, частка яких у загальних витратах енергії коливалася від 7,4 (35%) при мінеральних СУ до 12,8 ГДж/га (44,8%) при Гн+NPK+ПП+Сд.