Зміни агрофізичних та фізико-хімічних показників родючості чорнозему опідзоленого правобережного лісостепу за тривалого застосування добрив у польовій сівозміні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний аграрний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Спеціальність 06.01.04 - агрохімія

Зміни агрофізичних та фізико-хімічних показників родючості чорнозему опідзоленого правобережного лісостепу за тривалого застосування добрив у польовій сівозміні

Чорна Лариса Василівна

Київ - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Уманській сільськогосподарській академії Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор Карасюк Іван Маркіянович, Уманська сільськогосподарська академія, завідувач кафедри агрохімії та ґрунтознавства

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор Дегодюк Едуард Григорович, Інститут землеробства УААН, завідувач відділом агрохімії і фізіології рослин

кандидат сільськогосподарських наук, Цвей Ярослав Петрович, Інститут агроекології та біотехнології, завідувач лабораторією ґрунтово-агрохімічних досліджень та регламентації застосування агрохімікатів

Провідна установа:

Білоцерківський аграрний університет Міністерства аграрної політики України, кафедра агрохімії та ґрунтознавства

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Балабайко В.Ф.

Анотація

Чорна Л.В. Зміни агрофізичних та фізико-хімічних показників родючості чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу за тривалого застосування добрив у польовій сівозміні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.04 - агрохімія. - Національний аграрний університет, Київ, 2000.

У дисертації наведено результати досліджень змін агрофізичних та фізико-хімічних властивостей чорнозему опідзоленого Правобережного Лісостепу при тривалому застосуванні добрив у сівозміні. Встановлено, що при вирощуванні сільськогосподарських культур без застосування добрив погіршуються агрофізичні та фізико-хімічні властивості. Добрива поліпшують ці властивості, але вони значною мірою залежить від рівнів і систем удобрення, які застосовуються у сівозміні, та технологій вирощування культур. Найкращі агрофізичні та фізико-хімічні властивості створюються при застосуванні оптимальних доз добрив при органо-мінеральній системі удобрення. Впровадження цієї системи в сівозміні забезпечує найвищу врожайність вирощуваних культур та належну якість одержаної продукції, при збереженні чистоти довкілля. Встановлені оптимальні дози добрив при органо-мінеральній системі удобрення впровадженні у виробництво.

Ключові слова: структура ґрунту, водостійкість, щільність, щільність твердої фази, шпаруватість, вологоємність, кислотність, гумус, урожайність, якість продукції.

Аннотация

Чёрная Л.В. Изменение агрофизических и физико-химических показателей плодородия чернозема оподзоленного Правобережной Лесостепи после длительного применения удобрений в полевом севообороте. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.04 - агрохимия. - Национальный аграрный университет, Киев, 2000.

Диссертационная работа выполнена при кафедре агрохимии и почвоведения Уманской сельскохозяйственной академии в 1996-1998 гг.

В диссертации изложены результаты исследований автора по изучению изменений агрофизических и физико-химических свойств чернозема оподзоленного Правобережной Лесостепи после длительного применения удобрений в севообороте.

В первой главе дан обзор литературных источников о влиянии удобрений на изменение элементов плодородия почвы. Показано, что при выращивании сельскохозяйственных культур без удобрений ухудшаются агрофизические и физико-химические свойства почвы. Внесение удобрений направлено на их восстановление и улучшение.

Во второй главе рассмотрены почвенно-климатические условия и методика проведения исследований чернозёма оподзоленого после длительного применения удобрений в севообороте.

В третьей главе излагается влияние длительного применения доз и систем удобрений на агрофизические показатели плодородия почвы. Рассмотрены плотность и структура почвы, её водостойкость и водоудерживающая способность, а также полевая влажность, капилярная и полная влагоёмность.

В четвёртой главе показано влияние удобрений на физико-химические и агрохимические свойства почвы. Последовательно рассмотрены воздействия этих факторов на кислотно-основные свойства чернозёма оподзоленого, содержание гумуса и питательных веществ. Применение удобрений способствует улучшению этих свойств, что в свою очередь зависит от доз и систем удобрений, а также технологии возделывания культур.

В пятой главе рассматривается влияние доз и систем удобрения на формирование урожайности сельскохозяйственных культур. Установлено, что органо-минеральная система обеспечивает наиболее высокую продуктивность севооборота. В среднем за годы исследований ее применение обеспечило выход зерновых единиц с гектара севооборотной площади 67 ц, тогда как при применении органической - 59, минеральной - 62 при сборе в контроле 47 ц зерновых единиц. Органо-минеральная система удобрения обеспечила наиболее высокое качество получаемой продукции при сохранении в чистоте окружающей среды.

В шестой главе приведены результаты расчётов экологической и энергетической эффективности применения удобрений. Основные результаты работы внедрены в производство.

Ключевые слова: структура почвы, водостойкость, плотность сложения, плотность твердой фазы, скважность, влагоёмность, кислотность, гумус, урожайность, качество продукции.

Annotation

Chorna L.V. Changes of agrophysical and physical chemical indices of podzolic chornozem fertility of the Right-Bank Forest Steppe of Ukraine after the long-term application of fertilizers in crop rotation.

The thesis is submitted for the scientific degree of Candidate of Agricultural Sciences.

Speciality 06.01.04 - аgrochemistry. - National Agrarian University. Kiev, 2000.

The dissertation was written at the agrochemistry and soil science department of the Uman academy of agriculture in 1996-1999.

The results of the trials of studying the changes of agrophysical and physical-chemical properties of podzolic chornozem of the Right-Bank Forest Steppe of Ukraine after the long-term application of fertilizers in crop rotation are given. It is established that crop growing without applying fertilizers worsen the agrophysical and physical chemical qualities of podzolic chornozem.

The application of fertilizers promotes the improvement of these qualities, which considerably depends on the dozes and fertilizer systems used in crop rotation and technologies of crop growing. The most favorable agrophysical and physical chemical soil properties are created for the plants with applying optimal fertilizer dozes under organic mineral system of fertilization.

They ensure the highest yielding crop capacity, good productivity and environmental protection. The main results of the reseat have beet put into farm practice.

Key words: soil structure, water stability, soil density, density of hard phase, field, moisture capacity, reaction of soil solution, humus, yielding capacity, farm produce quality.

1. Загальна характеристика роботи

сівозміна чорнозем добриво

Актуальність теми. В зростанні ефективної родючості ґрунту важлива роль належить добривам. Проте їх застосування, поруч з дією техногенних факторів, призводить до посилення навантаження на ґрунт. При цьому продуктивність сільськогосподарських культур все частіше обмежується деформацією фізичних і фізико-хімічних його властивостей. Нині фізична деградація та підкислення ґрунтів є одним з основних ґрунтово-деградаційних процесів.

Мінеральні добрива, позитивно впливаючи на зростання ефективної родючості ґрунтів, можуть одночасно змінювати фізичні і фізико-хімічні показники в протилежному, незавжди сприятливому, напрямі і, тим самим, знижувати рівень потенціальної їх родючості. Зміни цих показників під дією добрив залежить від багатьох факторів, тому виникла необхідність вивчення цього питання стосовно чорнозему опідзоленого.

В зв'язку з цим визначення оптимальних параметрів агрофізичних і фізико-хімічних показників у різних типах ґрунтів і їх відмінах при різних рівнях і системах застосування добрив є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Викладені в дисертації результати досліджень автора входили до плану наукової роботи Уманської сільськогосподарської академії на 1996-1999 рр. (вихідний номер 168 від 20.03.1996 р., номер державної реєстрації 01960012626), що є окремим розділом програми наукових досліджень, яка затверджувалась на засіданні кафедри агрохімії і ґрунтознавства та Вченій раді Уманської сільськогосподарської академії.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень було встановити вплив тривалого застосування різних систем удобрення у польовій сівозміні на агрофізичні та фізико-хімічні показники родючості чорнозему опідзоленого, які визначають принципи застосування добрив і дозволяють з'ясувати шляхи їх регулювання.

Відповідно до мети в процесі досліджень вирішувалися такі задачі:

- провести аналіз впливу добрив на агрофізичні і фізико-хімічні показники родючості ґрунту;

- визначити зміни агрофізичних показників ґрунту під впливом різних систем застосування добрив у польовій сівозміні;

- поглибити дослідження з питань характеру і напрямків тривалої дії різних систем удобрення на показники родючості ґрунту;

- обґрунтувати оптимальні рівні насичення польової сівозміни і співвідношення в ній органічних та мінеральних добрив;

- встановити вплив систем удобрення на урожайність і якість сільськогосподарської продукції;

- визначити економічну та енергетичну ефективності застосування добрив у польовій сівозміні залежно від доз і систем удобрення.

Наукова новизна одержаних результатів. В умовах Правобережного Лісостепу України у польовій сівозміні для чорнозему опідзоленого важкосуглинкового встановлено, що внесення на 1 га сівозмінної площі 9т напівперепрілого гною сумісно з мінеральними добривами у дозі N₄₅ P₆₈ K₃₆ забезпечує підримання його агрофізичних показників на оптимальному рівні та продуктивність сівозміні 80 ц/га зернових одиниць. Дістало подальший розвиток встановлення впливу різних рівнів і систем застосування добрив у польовій сівозміні на агрофізичні та фізико-хімічні показники родючості ґрунту.

Практичне значення одержаних результатів полягає у вдосконалені системи застосування добрив у польовій сівозміні на основі оптимізації рівнів насичення і співвідношення органічних і мінеральних добрив. Дано рекомендації з оцінки та управління агрофізичними та фізико-хімічними параметрами родючості ґрунту і прогнозування рівня їх змін залежно від особливостей застосування добрив у польовій сівозміні. Описані основи прогнозування цих змін мають підстави для включення їх в систему ґрунтового моніторингу.

Особистий внесок здобувача полягає у розробці програми, методики закладання і проведення польових дослідів, узагальненні літературних джерел, виконанні лабораторних аналізів та статистичній обробці одержаних результатів. Основні наукові положення і висновки, які наведені в дисертаційній роботі, одержано автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень оприлюдненні на міжнародному симпозіумі “Агроекологічні і економічні проблеми хімізації АПК України” (Умань, 1997), на V з`їзді ґрунтознавців і агрохіміків України (Рівне, 1998), на науковій міжвідомчій конференції молодих вчених та спеціалістів “Прикладне значення сучасних теоретичних досліджень в ґрунтознавстві та агрохімії” (Харків, 1998), на науковій конференції присвяченій 100-річчю з дня народження заслуженого працівника Вищої школи, доктора с.-г. наук, професора М.М. Шкварука (Умань, 1998), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Уманської сільськогосподарської академії (1997-1999 рр.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 6 наукових праць.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація викладена на 149 сторінках комп'ютерного набору, містить 33 таблиці і 7 рисунків. Вона складається із вступу, шести розділів, висновків, списку 363 використаних джерел (з них 12 латиницею) і додатків.

2. Основний зміст роботи

Умови та методика проведення досліджень

Дослідження з вивчення зміни агрофізичних і фізико-хімічних показників родючості чорнозему опідзоленого при тривалому застосуванні різних рівнів і систем удобрення проводились у стаціонарному досліді кафедри агрохімії та ґрунтознавства на дослідному полі Уманської СГА, закладеному в 1964 році, протягом 1996-1998 рр., що розташоване в Маньківському природно-господарському районі Середньо-Дніпровсько-Бугського округу Лісостепової Правобережної провінції України. Дослід одночасно розгорнутий на 10 полях, що дозволяє щорічно одержувати дані про урожайність усіх культур сівозміни.

Ґрунт дослідного поля - чорнозем опідзолений малогумусний важкосуглинковий на лесі. Він відзначається глибоким заляганням карбонатів (115-120 см) та невисоким вмістом в орному шарі гумусу (3,31%). Ступінь насиченості профілю ґрунту основами знаходиться в межах 81-97%, реакція ґрунтового розчину слабкокисла, гідролітична кислотність 1,8-2,0 смоль/кг, вміст рухомих форм фосфору і калію (за методом Чирикова) - 80-120 мг/кг, азот лужногідролізованих сполук (за методом Корнфілда) 100 мг/кг ґрунту.

Погодні умови в роки досліджень були досить різними, що є характерним для цього регіону. Кількість опадів в період досліджень коливалась в межах 673-747 мм, при середньо-багаторічних - 618 мм. Опади протягом року розподілялись нерівномірно. Найбільш контрастним за температурою був 1996 рік, коли травнева посуха зумовила прискорення фаз розвитку рослин, що негативно вплинуло на урожайність озимої пшениці та конюшини.

У досліді вивчали вплив 3-х рівнів поживних речовин (мінімального, оптимального, підвищеного) при мінеральній, органічній та органо-мінеральній системах удобрення. У мінеральній системі вони відповідно складають N₄₅P₄₅K₄₅, N₉₀P₉₀K₉₀, N₁₃₅P₁₃₅K₁₃₅ на 1 га сівозмінної площі; в органічній - 9,0; 13,5 і 18 т/га напівперепрілого гною; в органо-мінеральній системі дози добрив еквівалентні мінеральній за рахунок доповнення 4,5; 9,0 і 13,5 т/га гною мінеральними добривами. Для спостереження за змінами, що відбулися в ґрунті порівняно з його природним станом, використовували метод "аналогів" - переліг з часу закладання стаціонарного досліду.

Посівна площа дослідної ділянки 200 м², облікова, залежно від культури, - 80-100 м², повторення досліду 3 разове. В досліді застосовували: напівперепрілий підстилковий гній ВРХ, аміачну селітру, суперфосфат гранульований, калійну сіль змішану. Дози мінеральних добрив визначали за кількістю N, P₂O₅ і K₂O, які містились у відповідній кількості гною і диференційовано залежно від культури розміщували в полях сівозміни. Це дозволяло вичленити дію мінеральної, органічної та органічно-мінеральної систем удобрення з еквівалентною кількістю поживних речовин та встановити оптимальне насичення зернобурякової сівозміни гноєм і мінеральними добривами.

Збирання врожаю зернових культур проводили суцільним методом: прямим комбайнуванням, побічної продукції - методом пробного снопа з наступним визначенням співвідношення зерна до соломи. Збирання врожаю цукрових буряків проводили вручну після механізованого підкопування рослин з наступним роздільним зважуванням коренеплодів і гички.

У відібраних, згідно програми досліджень зразках ґрунту визначали: структурно-агрегатний склад за методом сухого просіювання через набір сит у модифікації Саввінова (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986); водостійкість агрономічно цінних структурних агрегатів за їх розпливчастістю обліково-статистичним методом Андріанова (Воробьев С.А. та ін., 1967); щільність - за методом ріжучого кільця (Єщенко В.О., Мойсейченко В. Ф., 1994); щільність твердої фази - пікнометричним методом (Александрова Л.Н., Найдёнова О.А., 1986); загальну шпаруватість обчислювали за співвідношенням питомої маси і щільності ґрунту (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986); вологість (польову) - термогравіметричним методом (Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А., 1986); капілярну і повну вологоємність - насиченням зразка ґрунту з непорушеною будовою за методом Долгова (Александрова Л.Н., Найдёнова О.А., 1986); вміст гумусу - за методом Тюрина в модифікації Сімакова (Аринушкина Е.В., 1970); обмінну і гідролітичну кислотність - потенціометричним методом (Александрова Л.Н., Найдёнова О.А., 1967); насиченість основами - за методом Каппена-Гільковіца (Єщенко В.О., Мойсейченко В.Ф., 1994); ступінь насичення ґрунту основами та місткість катіонного обміну - розрахунковим методом за насиченням основами і гідролітичною кислотністю (Єщенко В.О., Мойсейченко В. Ф., 1994), вміст у ґрунті рухомих форм поживних речовин: азот лужногідролізованих сполук - за методом Корнфілда, фосфору і калію - за методом Чирікова (0,5м розчин СН₃СООН). Економічну та енергетичну ефективність застосування добрив визначали згідно з технологічними картами та відповідними рекомендаціями (Инструкция...,1987). Одержані в дослідах результати обробляли, використовуючи методи математичної статистики.

Результати досліджень

Структурний склад ґрунту. Результати досліджень структурного складу чорнозему опідзоленого показали досить високу його оструктуренність. Найвищим, порівняно з іншими варіантами, коефіцієнт структурності був на перелозі і коливався по профілю ґрунту в межах 6,0-16,2. Системи удобрення, що вивчались, неоднаково впливали на коефіцієнт структурності. За мінеральної системи удобрення він був нижчим і коливався в межах 2,7-3,7. При цьому збільшилась кількість брилистої фракції та часточок <0,25мм і зменшилась кількість агрономічно цінних агрегатів. Найкращою структурністю відзначався ґрунт за органо-мінеральної системі, де коефіцієнт структурності, залежно від доз добрив, знаходився в межах 3,4-4,2%, а вміст агрономічно цінних агрегатів був найвищий. В цілому зміна коефіцієнта структурності ґрунту в меншій мірі залежала від видових особливостей добрив.

Дослідження виявили істотну різницю в структурному складі ґрунту між системами удобрення і перелогом. У варіантах з удобренням відмічена тенденція до погіршення структурного складу чорнозему опідзоленого. Спостерігається нагромадження мулистих часточок, вміст яких збільшився з 3,7-13,4 до 4,5-19,0%. Наявність постійної трав'янистої рослинності та інші умови, що складаються під перелогом, сприяють підвищенню коефіцієнта структурності всього метрового профілю ґрунту. Вивчення структурного складу дозволило діагностувати лише початкові етапи деградації ґрунту. За прийнятою класифікацією (Долгов С.І., 1966), ґрунт у всіх варіантах досліду не відноситься до розпиленого, тобто вміст пилу не переважав 35%.

Водостійкість агрономічно цінних структурних агрегатів. Чорнозем опідзолений під перелогом характеризується досить високою водостійкістю структурних агрегатів. Їх частка у загальному вмісті структурних агрегатів у верхньому шарі 0-40 см становить близько 94% (табл. 1).

Таблиця 1. Вплив тривалого застосування добрив на водостійкість структурних агрегатів розміром 5-7мм, % (1996-1998 рр.)

В той же час ґрунт, що знаходився тривалий час в обробітку, відзначається значним руйнуванням вихідної водостійкої структури - зниження кількості водостійких агрегатів на неудобреному фоні тут досягало понад 40%. В загальному за шкалою структурного стану ґрунту водостійкість агрегатів на удобрених ділянках була доброю, тоді як на перелозі - високою. Застосування добрив у сівозміні сприяло збереженню водостійкості агрегатів. Якщо на ділянках, без добрив, у шарі ґрунту 0-20 см частка водостійких агрегатів становила 49,4, то на удобрених - вона коливалася в межах 50,6- 60,9%. У підорному шарі ґрунту (20-40 см), порівняно з орним, кількість водостійких агрегатів тримається на більш високому рівні. При цьому позитивно виділяються варіанти з органічною і органо-мінеральною системами удобрення, де водостійкість структурних агрегатів становила - 72,2-73,0 при 94,1% на перелозі. На ділянках без добрив і при мінеральній системі цей показник знижувався і становив відповідно 53,2 і 66,8%. Більш глибокі шари ґрунту (60-80 і 80-100см) містять більше водостійких агрегатів. У верхніх шарах ґрунту при вирощуванні польових культур відбуваються процеси механічного руйнування структурних агрегатів під час обробітку, а фізико-хімічні і мікробіологічні процеси досить слабко поширюються на нижні шари, де структура, що знаходиться під деяким тиском, відновлюється (Лебедь Є.М. та ін., 1992). Тому, показники водостійкості агрегатів на контролі і при мінеральній системі удобрення знаходяться майже на одному рівні і становлять відповідно 63,1 і 61,6 та 65,1 і 61,9%. В той же час водостійкість агрегатів при органічній та органо-мінеральній системах удобрення та на перелозі в цих шарах ґрунту була близькою.

Отже, тривале застосування органічних та мінеральних добрив сприяє збереженню водостійкості структурних агрегатів, тоді як внесення одних лише мінеральних добрив її дещо знижує.

Щільність ґрунту поступово зростає лише до глибини 30 см. В більш глибоких шарах спостерігалось її зменшення. І якщо в цілому в шарі 0-40 см вона знаходилась в оптимальних межах, то окремо слід відмітити більш щільний шар ґрунту 20-30 см, в якому, за винятком органічної системи удобрення, щільність виходила за межі оптимальної і становила при мінеральній системі - 1,35, при органо-мінеральній - 1,34-1,36 г/см³, що пояснюється утворенням, під час обробітку ґрунту “плужної підошви”, а також проявом елювіального процесу, в результаті якого дрібні часточки переміщуються із верхніх шарів у нижні і ущільнюють їх (рис. 1).

Визначення щільності ґрунту під час росту і розвитку рослин показало, що найбільш помітне ущільнення шару 0-10 см мало місце в кінці вегетації. Щільність цього шару ґрунту, залежно від доз добрив і систем удобрення, змінювалась від 1,17-1,24 на початку до 1,21-1,28 г/см³ в кінці вегетації. При мінеральній та органо-мінеральній системах удобрення вона відповідно коливалася в межах 1,24-1,36 і 1,24-1,35 г/см³. При органічній системі удобрення, де спостерігалась більш висока біологічна активність, щільність грунту знаходилась в межах 1,20-1,28 г/см³. Майже такою вона була і при органо-мінеральній системі.

Отже, мінеральна система при всіх рівнях удобрення та органо-мінеральна при першому рівні істотно підвищують щільність складення верхнього шару ґрунту, тоді як органічна та органо-мінеральна системи, особливо починаючи з другого рівня, її знижують, що може впливати на ефективну родючість ґрунту.

Польова вологість ґрунту, як динамічний показник, тісно пов'язана з обробітком, метеорологічними умовами, а також впливом добрив на ґрунт і використанням вологи рослинами.

Запаси вологи в метровому шарі перелогу залежали, в основному, від кількості опадів і в середньому за роки досліджень на початку вегетаційного періоду становили 163 мм. На ділянках, де ґрунт оброблявся, її запаси залежали від погодних умов, культур ланки сівозміни і періоду вегетації рослин та господарського використання ґрунту. Тут витрати вологи із шару 0-100 см до кінця вегетації змінювалися і порівняно із перелогом зменшилися. В середньому за три роки найбільші запаси вологи в шарі ґрунту 0-100 см навесні були під конюшиною та цукровими буряками. Вони навіть на 5,1-21,2 мм перевищували запаси під перелогом. В той же час під озимою пшеницею в цей період вони були найменшими і складали 117-125 мм.

Капілярна вологоємність ґрунту. В процесі застосування добрив змінювалася щільність ґрунту, з якою тісно пов'язані загальна шпаруватість і кількість пор різного розміру, які впливають на величину капілярної вологоємності. Добрива, при різних системах удобрення, впливали на щільність ґрунту і вологозабезпеченість. При мінеральній системі удобрення майже у всіх шарах щільність ґрунту була найбільш високою, а тому капілярна вологоємність - найнижчою (навіть нижчою за контроль) і знаходилась в межах 31,4-33,7% (табл. 2).

Таблиця 2. Капілярна вологоємність ґрунту залежно від систем удобрення в сівозміні (1996 р.), %

Лише в шарі ґрунту 20-30 см, вона була на рівні контролю та органо-мінеральної системи. Найвища капілярна вологоємність відзначена нами при органічній системі удобрення. В усіх досліджуваних шарах вона знаходилась в межах 38,0-38,2 і лише у шарі 20-30 см - складала 34,7%, що пояснюється наявністю “плужної підошви”.

Повна вологоємність ґрунту характеризується тенденцією до її змін залежно від систем удобрення аналогічною капілярній. Найнижчою вона була при мінеральній системі удобрення в усіх шарах ґрунту і знаходилась в межах 42,6-50,1, найвищою - при органічній системі і коливались в межах 52,0-57,7% (табл. 3).

Таблиця 3. Повна вологоємність ґрунту залежно від систем удобрення в сівозміні (1996 р.), %

При органо-мінеральній системі вона була на рівні 51,0-55,1%. Верхній шар ґрунту 0-10 см мав найвищу вологоємність і становив у контролі - 53,9, при органо-мінеральній системі - 55,1, при органічній - 57,7%. При мінеральній системі удобрення найвищу повну вологоємність - 50,1% мав шар ґрунту 30-40 см.

Узагальнені дані про повну вологоємність ґрунту показують, що з глибиною від поверхні ґрунту до 30 см відмітки спостерігається поступове її зменшення, в 30-40 см шарі вона стабілізується і залишається на рівні 50,1-52,2%. В цілому ж при мінеральній системі удобрення як капілярна так і повна вологоємність ґрунту в усіх шарах була дещо нижчою за інших систем удобрення.

Реакція ґрунту. Тривале використання ґрунту для вирощування польових культур призвело до значного його підкислення. Порівняно з перелогом рН_сол. шару ґрунту 0-80 см у варіанті без внесення добрив знизився з 5,5-6,6 до 5,2-5,3, або на 0,3-1,3 одиниці. В той же час, залежно від систем удобрення, кислотність ґрунту змінювалася неоднаково. При органічній та органо-мінеральній системах негативний вплив добрив на кислотність груну знижувався, тому значення рН_сол. тут відповідно становило 5,1 і 5,0 (табл. 4).

Таблиця 4. Зміна кислотності ґрунту за тривалого застосування добрив у сівозміні (1996-1998 рр.), рН_сол.

Застосування лише мінеральних добрив підкислювало ґрунт до рН_сол. 4,7. Внесення гною та поєднання його з мінеральними добривами, підтримувало кислотність ґрунту на рівні близькому до контролю. В шарі ґрунту 0-100 см рН_сол. знаходився відповідно в межах 5,1-6,9 та 5,0-6,9 при 5,2-7,1 на ділянках, де добрив не вносили.

Гідролітична кислотність чорнозему опідзоленого досить висока. Порівняно з перелогом вона зростає навіть в процесі його обробітку. Так, на ділянках без добрив, гідролітична кислотність шарів ґрунту 0-20 і 20-40 см у процесі його інтенсивного використання зросла з 4,3-2,2 до 4,5-3,4 смоль/кг. Навіть в більш глибоких шарах (40-60 та 60-80 см) ґрунту гідролітична кислотність перелогу та контролю все ще різниться між собою на 0,2-1,0 смоль/кг і лише у шарі 80-100 см вона майже вирівнюється. Наші спостереження за зміною гідролітичної кислотності грунту показали, що при мінеральній системі удобрення в орному і підорному шарах вона становила 5,0-5,3 смоль/кг ґрунту, що на 0,7-3,0 смоль/кг більше від її значення на перелозі і на 0,5-1,9 смоль/кг - від ділянок, без добрив. При органічній системі удобрення порівняно з перелогом вона змінювалась найменше (табл. 5).

Таблиця 5. Зміна гідролітичної кислотності ґрунту за тривалого застосування добрив у сівозміні (1996-1998рр.), смоль/кг

В більш глибоких шарах (40-60 і 60-80 см) гідролітична кислотність була відповідно меншою від аналогічних шарів у контролі на 1,6-1,8 та 1,9-0,9 смоль/кг ґрунту. І лише у шарі 80-100 см спостерігалась незначна різниця між варіантами. При органо-мінеральній системі гідролітична кислотність шару 0-40 см залишалася майже на рівні контролю (4,6-3,3 смоль/кг ґрунту).

Насиченість ґрунту основами. В процесі досліджень виявлено тенденцію до зниження вмісту основ, навіть без внесення добрив. Порівняно з перелогом, де насиченість ґрунту основами в шарі 0-100 см становила 24,7-49,4 смоль/кг, за 33 роки ведення досліду в контролі вона знизилась до 22,1-34,4 смоль/кг (табл. 6).

Таблиця 6. Насиченість ґрунту основами залежно від тривалого застосування різних систем удобрення в сівозміні (1996-1998 рр.), смоль/кг

В шарі ґрунту 0-20 і 20-40 см різниця між перелогом і контролем становила 12-17%. Проте, починаючи з шару ґрунту 40-60 см і до метрової глибини насиченість ґрунту основами на перелозі різко зростала і різниця між нею і контролем складала 35-62%. Під впливом добрив насиченість ґрунту основами знижувалась по всьому профілю. Найбільш високу її різницю відмічено при мінеральній системі удобрення. Внесення гною та поєднання його з мінеральними добривами створювало умови підтримання насиченості ґрунту основами майже на рівні контролю. Так, в шарі ґрунту 0-20 см сума увібраних катіонів при органічній та органо-мінеральній системах відповідно складала 22,6 і 22,8 смоль/кг ґрунту при 22,1 смоль/кг ґрунту в контролі.

Місткість катіонного обміну ґрунту та ступінь насичення його основами. Дослідженнями встановлено, що на контролі, де добрив не вносили, та під впливом обробітку місткість вбирання в шарі ґрунту 0-100 см зменшилась порівняно з перелогом з 27,5-49,8 до 25,6-34,5 смоль/кг, а ступінь насичення вбирного комплексу основами знизився відповідно з 87,3-99,3 до 82,4-98,8%. Це відбулося, в основному, за рахунок зниження вмісту обмінного кальцію. Тому тривале використання чорнозему опідзоленого в польовій сівозміні без застосування добрив призводить до поступового зменшення місткості вбирання та ступеня насиченості ґрунту основами. За три ротації сівозміни ці показники відповідно зменшилися на 1,9-15,3 смоль/кг ґрунту та 0,5-5,4%. В той же час місткість вбирання катіонів в шарі ґрунту 0-100 см при органічній та органо-мінеральній системах в наших дослідах знаходилась в межах 25,4-36,0 та 25,9-37,4 смоль/кг, тоді як при мінеральній системі удобрення спостерігали деяке її зниження до 24,7-29,1 смоль/кг. Зниження місткості вбирання на контролі та при мінеральній системі удобрення відбувається переважно у верхніх шарах ґрунту. В шарі 40-60 см і 60-80 см відбувалось лише незначне зниження місткості катіонного обміну. Внесення гною та поєднання його з мінеральними добривами сприяло підтриманню ступеня насиченості ґрунту основами на рівні контролю з коливанням в метровому шарі в таких межах: при органічній системі - 84,4-98,1, органо-мінеральній - 82,2-98,6, при 82,4-98,8% на контролі.

Зниження ступеня насичення ґрунту основами при застосуванні мінеральних добрив пов'язано з вилуговуванням кальцію в нижні шари, тому найнижчий його вміст відмічено при мінеральній системі удобрення. Найбільше зменшення його кількості, насамперед, в орному і підорному шарах ґрунту порівняно з перелогом складало 9,4-15,6%. Збереження ступеня насиченості ґрунту основами при органічній та органо-мінеральній системах на рівні перелогу відбувається уже на глибині 60-80 см, тоді як при мінеральній системі - лише в шарі ґрунту 80- 100 см.

Вміст гумусу і родючість ґрунту значною мірою залежали від рівнів та систем удобрення. Рухомі форми поживних речовин знаходилися в прямій динамічній залежності від наявності гумусу, що є найоб'єктивнішим і найповнішим показником стану фізичних умов, які і визначають його родючість. Дослідженнями встановлено, що в процесі обробітку порівняно з перелогом вміст гумусу в шарах ґрунту 0-20, 20-40 та 40-60 см зменшився. Найвищий його вміст був в кореневмісному шарі ґрунту і коливався в межах 3,15-4,18%.

В цьому шарі ґрунту процеси гумусоутворення переважають над процесами його розкладу. Високі дози добрив при органо-мінеральній системі наближали вміст гумусу в орному шарі до межі перелогу, тоді як у більш глибоких шарах ґрунту цього не було досягнуто. Середній вміст гумусу в шарі 0-60 см перелогу був найвищим і становив 3,69%. В цілому ж після тривалого застосування добрив загальний вміст гумусу в ґрунті був найвищим у шарі 0-20 см і знаходився в таких межах: на перелозі - 4,18, чорному пару - 2,35, на контролі, без добрив - 2,86%. На удобрених ділянках залежно від доз добрив і систем удобрення його вміст коливався в межах 3,03-3,21 при мінеральній системі, 3,24-3,57 при органічній і 3,45-3,68% при органо-мінеральній системах.

Вміст гумусу при утриманні ґрунту під чорним паром був найнижчим. При тривалому безперервному паруванні ґрунту процеси мінералізації органічної речовини протікали більш інтенсивно, ніж при систематичному застосуванні добрив у сівозміні, і тому тут втрати гумусу були навіть більшими, ніж у контрольному варіанті. В шарі ґрунту 40-60 см, що утримувався під паром, вміст гумусу складав лише 1,97%, що навіть не досягало його вмісту в контролі (2,13%). В шарі ґрунту 0-60 см вміст гумусу при різних системах удобрення знаходився в межах 2,74 - 3,00, тоді як на контролі - лише 2,53%. Порівняно з перелогом, природним аналогом цього ґрунту, вміст гумусу після 3-х ротацій сівозміни знизився на 46%.

Мінеральні добрива, залежно від доз, мали неоднаковий вплив на вміст гумусу в ґрунті. Одинарні їх дози при систематичному застосуванні в сівозміні порівняно з контролем затримували процеси мінералізації гумусу ґрунту, але в меншій мірі ніж подвійні та потрійні. Так, при мінімальній дозі мінеральних добрив вміст гумусу в шарі 0-60 см коливався в межах 2,16-3,03, тоді як в контролі - 2,13-2,86%. При оптимальній дозі втрати гумусу із ґрунту, порівняно з мінімальною дещо зменшились, і були менш значними, а при застосуванні підвищеної дози спостерігався найвищий вміст гумусу (2,26-3,21%), що свідчить про посилення процесів новоутворення гумусу під впливом високих доз добрив, які інколи можуть сприяти стабілізації гумусу, що пов'язано з постачанням значно більшої маси рослинних решток і підвищеним коефіцієнтом гуміфікації. Але одними лише мінеральними добривами без застосування органічних неможливо досягти позитивного балансу гумусу.

Внесення гною зменшувало мінералізацію гумусу і в шарі ґрунту 0-60 см. Порівняно з контролем його втрати скоротились на 6-14%. Аналіз експериментальних даних дозволяє зробити висновок, що оптимальна доза гною в сівозміні в одному і тому ж ґрунті не постійна, а змінюється залежно від доз мінеральних добрив та інших факторів. Одностороннє застосування мінеральних добрив істотно не впливає на нагромадження гумусу в ґрунті, тоді як поєднання мінеральних добрив з гноєм помітно поліпшує його гумусний стан. Так, кореневмісний шар ґрунту при органо-мінеральній системі в усіх дозах добрив відзначався найвищим, порівняно з іншими системами, вмістом гумусу. В орному шарі оптимального і підвищеного рівнів удобрення він відповідно складав 3,60 та 3,68% і наближався до рівня перелогу.

Продуктивність культур ланки сівозміни. У середньому за роки досліджень урожайність сіна конюшини підвищилась за рахунок застосування добрив на 6,1-12,7 при урожайності на контролі, без добрив - 44,3 ц/га. Збільшення насиченості сівозміни добривами лише до певної межі сприяло збільшенню урожайності конюшини. При органічній системі удобрення найвищу врожайність конюшини отримано при середньорічному внесенні 13,5 т/га гною. Негативна дія високих доз добрив на розвиток конюшини пояснюється пригніченням і зрідженням її посівів покритих ярим ячменем, який при цьому формує велику вегетативну масу.

Урожайність зерна озимої пшениці в середньому за роки досліджень в досліді, залежно від систем і рівнів удобрення в сівозміні, коливалася в межах 31,2-46,9 ц/га. Найвищою вона була протягом усіх років досліджень при підвищеному рівні органо-мінеральної системи, тоді як при мінеральній системі з таким рівнем застосування добрив - знижувалась на 3,0 ц/га. Внесення гною (13,5 т/га сівозмінної площі) при органічній системі удобрення за урожайністю зерна озимої пшениці прирівнювалося до оптимального рівня з середньорічним внесенням добрив у дозі N₉₀P₉₀K₉₀ при мінеральній і органо-мінеральній системах удобрення (табл. 7).

Таблиця 7. Урожайність зерна озимої пшениці залежно від систем і рівнів удобрення в сівозміні, ц/га

Поряд з урожайністю, важливе значення має якість зерна озимої пшениці. В роки проведення досліджень вміст білка в зерні озимої пшениці в досліді коливався у межах 10,2-15,3, клейковини - 17,9-30,4%. Якість зерна озимої пшениці значною мірою залежала від рівня родючості ґрунту, що складалася за рахунок різних рівнів і систем застосування добрив у сівозміні. На неудобрених ділянках в середньому за роки досліджень вміст білка в зерні озимої пшениці знаходився на рівні 11,3%. Застосування добрив сприяло зростанню якості зерна. Так, уже за другого рівня при мінеральній системі удобрення вміст білка підвищився до 12,8%. Найвищий вміст білка (13,1%) одержано при оптимальному рівні органо-мінеральної системи удобрення. Проте при підвищеному рівні застосуванні добрив за цієї системи його вміст в зерні знижувався, що пов'язано з виляганням посівів. Визначені закономірності у зміні вмісту клейковини в зерні озимої пшениці повторюють зміни вмісту білка. Залежно від рівнів і систем удобрення та погодних умов цей показник у досліді коливався в межах від 17,9 до 30,4%.

Цукрові буряки найбільш інтенсивно реагували на внесення добрив. В середньому за роки досліджень після тривалого застосування добрив у сівозміні, врожайність коренеплодів знаходилася в межах 337-484 ц/га. Підвищення урожайності коренеплодів, порівняно з контролем, спостерігалося при всіх системах удобрення адекватно до доз внесених добрив. Найвищу урожайність цукрових буряків одержано при підвищеному третьому рівні органо-мінеральної системи удобрення - 484 ц/га, що на 59 вище такого ж рівня при органічній і на 39 при мінеральній системі удобрення. Коливання урожайності в роки досліджень на не удобрених ділянках та інших варіантах досліду пояснюється неоднаковими погодними умовами та розвитком хвороб і шкідників. Вміст цукру в коренеплодах коливався в межах 13,8-15,2 %. При цьому, в середньому за три роки найнижчий (51,0 ц/га) збір цукру був на контролі, де добрив не вносили (табл. 8).

Таблиця 8. Урожайність коренеплодів цукрових буряків залежно від систем і рівнів удобрення в сівозміні, ц/га

Застосування відповідних рівнів і систем удобрення в сівозміні забезпечувало зростання збору цукру в середньому на 12-38%. Порівняно з контролем збір цукру при мінеральній і органічній системах підвищувався на 6-11, при органо-мінеральній - на 7-19 ц/га. Збір цукру значною мірою залежав від доз внесених добрив. При застосуванні мінімальних доз добрив при всіх системах удобрення збір цукру знаходився на рівні 56,9-57,7 ц/га. Від застосування оптимальних доз добрив збір цукру при мінеральній та органічній системах був майже однаковим (62-61 ц/га), а при органо-мінеральній зріс до 64,3 ц/га. Найвищий збір цукру одержано при сумісному внесенні підвищених доз гною та мінеральних добрив. При цій системі удобрення збір цукру, порівняно з неудобреними ділянками, підвищився на 38, тоді як при мінеральній і органічній системах він зростав лише на 20%.

Результати проведених нами досліджень показують, що внесення добрив при мінеральній системі забезпечило збільшення продуктивності ланки сівозміни в усіх дозах добрив, які вивчалися.

Так, рівень продуктивності цукрових буряків і озимої пшениці при мінімальних дозах добрив (N₄₅P₄₅K₄₅) в сівозміні збільшувався порівняно з контролем, в середньому за роки досліджень на 18, а конюшини - на 13%. Максимальну продуктивність конюшини при цій системі удобрення було одержано при внесенні N₉₀P₉₀K₉₀ - 26,7 ц/га з.о., а цукрових буряків та зерна озимої пшениці - при внесенні N₉₀P₉₀K₉₀ і N₁₃₅P₁₃₅K₁₃₅ відповідно 111 і 116 та 42,3 і 43,6 ц/га з.о. Тобто продуктивність культур сівозмінної ланки конюшина - озима пшениця - цукрові буряки підвищувалась, порівняно з неудобреними ділянками, відповідно на 20, 26-33 та 36-40%.

Підвищення продуктивності культур в цій ланці спостерігалось також при органічній та органо-мінеральній системах удобрення. Позитивна дія гною та сумісне його застосування з мінеральними добривами відмічена нами в усіх варіантах, що вивчалися. Так, порівняно з контролем, де добрив не вносили, при мінімальній дозі гною (9 т/га сівозмінної площі) продуктивність конюшини зросла на 14%, цукрових буряків і озимої пшениці - на 12%; тоді як при його поєднанні з мінеральними добривами відповідно на 17, 16 і 23%. Найвищого зростання продуктивності при органічній і органо-мінеральній системах удобрення досягнуто при застосуванні оптимальних і підвищених доз добрив. Так, продуктивність конюшини відповідно складала 28,2 і 28,5 ц/га з.о.; цукрових буряків - 110 і 115 та 111 і 126, і озимої пшениці відповідно 40,0 і 44,4 та 39,1 і 46,9 ц/га з.о.

Отже, найвища продуктивність культур у ланці сівозміни конюшина - озима пшениця - цукрові буряки забезпечується при поєднанні органічних добрив з мінеральними в оптимальних дозах.

Економічна та енергетична ефективність застосування добрив у польовій сівозміні. Систематичне застосування добрив за всіх систем удобрення підвищує продуктивність гектара сівозмінної площі. Так, мінімальні дози добрив збільшували, порівняно з контролем, урожайність культур сівозміни при мінеральній та органо-мінеральній системах на 17, органічній - на 13%. Оптимальні дози добрив підвищували продуктивність сівозміни відповідно на 29, 34 і 27%, що в 1,7-2,0 рази вище порівняно з мінімальними. При підвищених дозах добрив продуктивність сівозміни зростала відповідно на 35, 28 і 43%.

Розрахована в кормових одиницях, окупність поживних речовин, була найвищою при оптимальному рівні в органічній та при мінімальному і оптимальному рівнях в мінеральній і органо-мінеральній системах удобрення відповідно 8,4, 7,0 і 6,0, 7,3 і 7,1, з перевагою систем із використанням гною. Проведений аналіз економічної ефективності дозволяє стверджувати, що в нинішніх умовах господарювання найбільш оптимальним насиченням гектара сівозмінної площі добривами є: при мінеральній системі удобрення - N₉₀P₉₀K₉₀, органічній - 13,5т гною, органо-мінеральній - 9т гною + N₄₅P₆₇K₃₆, що надає переваги поєднаному використанню цих добрив.

Розрахунки коефіцієнтів енергетичних еквівалентів показують, що всі системи удобрення, які вивчалися в досліді за коефіцієнтом енергетичної ефективності є енергозберігаючими (Кее=2,2-4,4). Найбільш енергозберігаючою виявилась органічна система удобрення (Кее=3,3-4,4). При мінеральній системі цей показник знаходиться в межах 2,2-3,2, при органо-мінеральній - 3,0-3,6.

Висновки

1. Систематичне сільськогосподарське використання ґрунту, без застосування добрив, навіть при чергуванні культур в полях сівозміни, призводить до погіршення його агрофізичних параметрів, що пов'язано, насамперед, з втратою ним органічної речовини і катіонів кальцію. Поліпшення агрофізичних і фізико-хімічних властивостей ґрунту можливе за рахунок застосування мінеральних та органічних добрив.

2. Дослідженнями встановлено, що чорнозем опідзолений перелогу, за оцінкою його агрофізичних і фізико-хімічних параметрів має відмінний структурно-агрегатний стан, тоді як при тривалому вирощуванні сільськогосподарських культур в польовій сівозміні, навіть при оптимальному використанні добрив, він залишається лише добрим.

3. Тривале вирощування культур в польовій сівозміні без застосування добрив призводить до руйнування агрономічно цінної структури в метровому шарі ґрунту, вміст якої, порівняно з перелогом, зменшувався на 11%. За мінеральної, органічної і органо-мінеральної систем удобрення це зменшення відповідно складало 14, 11 і 11%.

4. Під впливом обробітку ґрунту в польовій сівозміні відбувається диференціація щільності верхнього шару ґрунту з утворенням “плужної підошви”. При цьому, щільність шару ґрунту 0-40 см, як на початку, так і в кінці вегетації сільськогосподарських культур, залежно від погодних умов, рівнів і систем удобрення змінювалась в таких межах: при органічній системі удобрення 1,17-1,28, органо-мінеральній - 1,20-1,30, і при мінеральній - 1,24-1,36 г/см³.

5. В процесі досліджень оптимальна шпаруватість чорнозему опідзоленого (53%) складалася при органічній та органо-мінеральній системах удобрення, тоді як при мінеральній - вона становила 51, а на перелозі - 57%.

6. Тривале застосування добрив у сівозміні, залежно від систем удобрення, змінювало водні характеристики ґрунту. Так, якщо капілярна і повна вологоємність чорнозему опідзоленого в середньому в шарі ґрунту 0-40 см за органічної і органо-мінеральної систем удобрення відповідно була 36,0-37,0 і 52,0-54,0%, то за мінеральної системи - знижувалась відповідно на 9%.

7. Однією з основних причин погіршення агрофізичних властивостей чорнозему опідзоленого і родючості є зниження його гумусованості. Вміст гумусу в шарі ґрунту 0-20 см, в процесі тривалого застосування добрив залежно від рівнів і систем удобрення культур в сівозміні, знизився на 0,5-1,15, при його вмісті в перелозі - 4,18%. Зміни вмісту гумусу при органічній і органо-мінеральній системах відбувалися переважно в шарі 0-40 см, тоді як, у варіантах без добрив і при мінеральній системі удобрення вони спостерігалися і на глибині 40-60 см.

8. В результаті тривалого застосування добрив у сівозміні кислотно-основні властивості чорнозему опідзоленого погіршуються. Систематичне застосування добрив призвело до значного підкислення ґрунту 0-60 см шару. Залежно від систем удобрення показники рН_сол. коливались в межах 4,7-5,9, тоді як на перелозі вони знаходились на рівні 5,5-7,0. Найбільший вплив на підвищення кислотності ґрунту мала мінеральна система удобрення. Внесення гною та поєднання його у еквівалентних співвідношеннях з мінеральними добривами при органо-мінеральній системі знижувало цей негативний вплив. За цих систем удобрення показники рН_сол. були нижчими, або залишались на рівні контролю і становили відповідно в орному та підорному шарах 5,0-5,2 та 5,2-5,3, при 4,7-4,8 за мінеральної системи.

В процесі тривалого застосування добрив змінювалась гідролітична кислотність у бік її зростання. В шарі 0-20 см порівняно з перелогом вона підвищувалася на 3,1смоль/кг ґрунту.

9. Розорювання і тривале використання чорнозему опідзоленого в польовій сівозміні без застосування добрив призводить до поступового зменшення місткості вбирання та ступеня насиченості ґрунту основами. Після трьох ротацій сівозміни їх значення порівняно з перелогом відповідно зменшились на 1,9-15,3 та 0,5-5,4 смоль/кг грунту. Місткість вбирання катіонів шару 0-100 см при органічній та органо-мінеральній системах удобрення знаходилась на рівні контролю (24,6-36,0 та 24,6-37,4 смоль/кг ґрунту відповідно), тоді як при мінеральній системі удобрення вона зменшилася і становила 24,7-29,1 смоль/кг ґрунту.