Наукове обґрунтування відтворення родючості ґрунтів та підвищення продуктивності зерно-бурякових сівозмін лісостепу України

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Необхідність інтенсифікації землеробства при переході до ринкових взаємовідносин в аграрному секторі економіки ставить перед сільським господарством завдання підвищення родючості ґрунту і збільшення виробництва високоякісної продукції рослинництва.

В Україні виробництво зерна, цукрових буряків можна значно збільшити, передусім, через удосконалення технологій вирощування сільськогосподарських культур, упровадження високопродуктивних сівозмін в господарствах усіх форм власності. Оптимізація сівозмін з довгою і короткою ротаціями та удобрення сільськогосподарських культур має вагомий вплив на поживний, водний, тепловий і повітряний режими ґрунту, підвищення ефективності використання елементів живлення.

У більшості господарств вирощування сільськогосподарських культур здійснюється без урахування ланок сівозмін, системи удобрення і збереження родючості ґрунту, екологічного впливу на довкілля, енергетичних і економічних затрат на одиницю продукції, покращення балансу поживних речовин у сівозміні.

Для підвищення ефективності виробництва сільськогосподарської продукції почали вводити короткоротаційні сівозміни на заміну сівозмін з довгою ротацією. Це дало б змогу одержати вагомий економічний ефект за умов поглиблення спеціалізації виробництва сільськогосподарської продукції, але одночасно виникли проблеми щодо оптимізації поживного режиму ґрунту, мінералізації органічної речовини, росту забур'яненості посівів, збільшення шкідників і хвороб сільськогосподарських культур, що вимагає вивчення і уточнення. Тому питання обґрунтування теоретичних основ ведення високопродуктивних сівозмін як з довгою, так і короткою ротацією, оптимізація систем удобрення, поживного режиму ґрунту, його обробітку в сівозміні, забезпечення балансу органічної речовини залишаються актуальними на сьогодні і вимагають поглиблення наукових досліджень.

Мета і завдання дослідження. Розробити наукові агротехнологічні і агроекологічні основи відтворення родючості чорноземних ґрунтів із допомогою раціональної системи удобрення ґрунту в сівозмінах з довгою і короткою ротацією для сталого функціонування агроекосистем, що забезпечує підвищення врожайності сільськогосподарських культур за екологічної безпеки довкілля і вирощеної продукції.

Для досягнення поставленої мети були виконані наступні завдання:

- поглибити дослідження впливу сівозмін як з довгою, так і з короткою ротацією, систем удобрення на зміну фізико-хімічних та агрохімічних показників чорноземів типових вилугуваних і чорноземів типових слабосолонцюватих;

- провести моніторингові спостереження за зміною вмісту гумусу та його трансформацією на чорноземах типових вилугуваних і чорноземах типових слабосолонцюватих під впливом сівозмін і застосування добрив;

- провести дослідження вмісту поживних речовин у ґрунті залежно від періодів вегетації буряків цукрових та системи удобрення у ланках сівозмін;

- розробити моделі найбільш ефективних високопродуктивних сівозмін з урахуванням зростання врожайності сільськогосподарських культур, ефективного використання добрив і збереження родючості ґрунту;

- встановити вплив ланок сівозмін на ефективність елементів живлення у формуванні врожаю сільськогосподарських культур;

- обґрунтувати залежність урожайності сільськогосподарських культур від ланок сівозмін, наявності просапних і зернових культур у сівозміні, системи удобрення і рівня біологізації;

- дослідити зміни фітосанітарного стану посівів буряків цукрових, пшениці озимої залежно від ланок сівозмін та системи удобрення;

- розробити агротехнічні заходи підвищення урожайності сільськогосподарських культур за допомогою використання післяжнивних культур, пожнивних решток, обробітку ґрунту;

- обґрунтувати найбільш ефективні технології використання мінеральних і органічних добрив у різних польових сівозмінах, визначити їхній вплив на врожай і якість сільськогосподарської продукції залежно від ланок сівозмін;

- дати агроекономічну, енергетичну та екологічну оцінки продуктивності сівозмін як з довгою, так і з короткою ротацією залежно від системи удобрення і чергування культур.

1. Залежність родючості ґрунту від особливості сівозмін та його удобрення

Сучасний етап ведення сівозміни в агроекосистемах Лісостепу значною мірою залежить від економічних факторів, коли при вирощуванні продукції рослинництва більше звертається уваги на економічну вигоду, але недостатньо враховуються вимоги до підтримання родючості ґрунтів, порушення чергування культур у сівозмінах.

В огляді наукових публікацій показано залежність продуктивності сільськогосподарських культур від ланок сівозмін, насичення їх зерновими і просапними культурами, рівня біологізації, що впливає на фізико-хімічні показники ґрунту та фітосанітарний стан посівів. Ця проблема потребує системного вивчення, що дасть змогу підвищити продуктивність сільськогосподарських культур, розробити моделі найбільш ефективних високопродуктивних сівозмін, спрямованих на вирощування зернових культур, буряків цукрових та кормових культур.

Оцінка родючості чорноземних ґрунтів, їх зміни в агроекосистемах Лісостепу вимагає подальшого розвитку на основі досліджень антропогенного впливу на ґрунт як засіб виробництва, складових ґрунтової родючості, способів їх регулювання, що дасть змогу розробити високопродуктивні різноротаційні сівозміни і оптимізувати їх систему удобрення.

2. Умови та методика проведення досліджень

Експериментальні дослідження проводили протягом 1980-2007 рр. за методикою польових, стаціонарних і короткотермінових, а також вегетаційних і лабораторних дослідів.

Польові досліди проводили на Уладово-Люлинецькій дослідно-селекційній станції Калинівського району Вінницької області, Веселоподільській ДСС Семенівського р-ну Полтавської області, Ялтушківській ДСС Барського р-ну Вінницької області та на Хмельницькій ДСС Старокостянтинівського району Хмельницької області, де вивчали системи удобрення зерно-бурякових сівозмін і цукрових буряків, їхній вплив на продуктивність культур, родючість ґрунту і способи підвищення ефективності мінеральних та органічних добрив.

Дослідження на Уладово-Люлинецькій ДСС проводили з 1980 по 1993 р. у довготривалих стаціонарних дослідах з вивчення системи сівозмін і удобрення сільськогосподарських культур залежно від родючості ґрунту (табл. 1).

Таблиця 1. Система удобрення культур у зерно-бурякових сівозмінах, Уладово-Люлинецька ДСС, 1980-1993 рр., кг/га д.р.

Сівозміни стаціонарного досліду розміщені в просторі на 5 полях з тривалістю спостережень у часі - 10 років. Повторність досліду 5 разова. Площа посівної ділянки -150 м2, облікової - 75 м2. Ґрунти дослідного поля - чорноземи типові вилугувані, які характеризуються наступними агрохімічними показники орного шару: рН сольове - 6,2-6,5; Нг - 1,2-1,25 мг/екв на 100г ґрунту; сума вбирних основ - 24,4 мг/екв на 100г ґрунту; гумус за Тюріним - 4,2 %; вміст лужногідролізованого азоту - 125 мг/кг ґрунту; Р2О5 і К2О за Чіріковим - 230-240 і 70-80 мг/кг ґрунту.

Таблиця 2. Система удобрення культур в короткоротаційних сівозмінах, Веселоподільська ДСС, 1998-2004 рр., кг/га д.р.

Чергування культур у сівозміні з бобовими культурами було таким: 1 - кукурудза на силос з підсівом кормових бобів, 2 - пшениця озима, 3 - буряки цукрові, 4 - ячмінь з підсівом конюшини, 5 - конюшина, 6 - пшениця озима, 7 - буряки цукрові, 8 - горох, 9 - пшениця озима, 10 - буряки цукрові; у сівозміні без бобових культур: 1 - кукурудза на силос, 2 - пшениця озима, 3 - буряки цукрові, 4 - ячмінь з підсівом вівсяниці лучної, 5 - вівсяниця лучна, 6 - пшениця озима, 7 - буряки цукрові, 8 - ячмінь, 9 - пшениця озима, 10 - буряки цукрові.

Довготривалі багатофакторні стаціонарні досліди з вивчення продуктивності короткоротаційних сівозмін і системи удобрення проводили на Веселоподільській ДСС Семенівського р-ну Полтавської області (1998-2004 рр.) на чорноземах типових слабосолонцюватих (табл. 2). Чергування культур у сівозмінах, названих за ДСТУ 4691:2006, було таким - у плодозмінній сівозміні: 1 - ячмінь з підсівом еспарцету і грястиці збірної, 2 - еспарцет + грястиця збірна, 3 - пшениця озима, 4 - буряки цукрові; у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних: 1 - кукурудза на силос, 2 - пшениця озима, 3 - буряки цукрові, 4 - ячмінь; у зернопаропросапній сівозміні: 1 - чорний пар, 2 - пшениця озима, 3 - буряки цукрові, 4 - ячмінь; у зернопросапній сівозміні з 25 % просапних: 1 - горох, 2 - пшениця озима, 3 - пшениця озима, 4 - буряки цукрові.

Сівозміни стаціонарного досліду розміщені на 4-х полях, площа посівної ділянки - 250 м2, облікової - 100 м2. Ґрунт дослідного поля - чорнозем типовий глибокослабосолонцюватий, має таку агрохімічну характеристику шару 0-30 см: рН водне -7,2-7,4; вміст гумусу за Тюріним - 4,5-4,7 %; лужногідролізованого азоту - 180 мг/кг ґрунту; вміст Р2О5 і К2О за Мачигіним - 19-20 і 100-110 мг/кг ґрунту.

У стаціонарних дослідах на Уладово-Люлинецькій та Веселоподільській ДСС застосовували добрива у вигляді аміачної селітри, суперфосфату гранульованого, хлористого калію і напівперепрілого гною. За схемою по системі удобрення сільськогосподарських культур мінеральні добрива вносили згідно схеми стаціонарних дослідів.

Ґрунтові зразки в польових дослідах відбирали в такі періоди: період сходів, середина і кінець вегетації буряків цукрових. Оцінку ґрунтової родючості проводили на кінець ротації сівозміни. Рослинні зразки у польових дослідах відбирали на період збирання врожаю.

Агрохімічні дослідження ґрунтових та рослинних зразків проводили в лабораторії агроекомоніторингу ІЦБ НААН України і лабораторії агрохімії Уладово-Люлинецької ДСС за методичними вказівками ВНІЦ «Современные методы химического анализа почв и растений» (1986) і «Агрохимические методы исследований почв» (1975).

На чорноземах типових вилугуваних нітратний азот визначали з дисульфофеноловою кислотою, амонійний - за методикою ЦИНАО з послідуючим колориметруванням, лужногідролізований азот - за Корнфільдом, нітрифікаційну здатність ґрунту - шляхом компостування на чорноземах слабосолонцюватих амонійний і нітратний азот за методикою ЦИНАО, рухомий фосфор і обмінний калій - за Чіріковим згідно ДСТУ 4115-2002 і за Мачігіним - ДСТУ 4114-2002, кальцій і магній - комплексометричним методом.

Загальний гумус у ґрунті визначали за Тюріним, фракційний склад - за Кононовою-Бєльчиковою, вміст важких металів у ґрунті - на атомно-сорбційному спектрометрі у HNO3, рН сольове водне - на рН-метрі згідно ДСТУ ISO 10390-2001, гідролітичну кислотність ґрунту - за Капеном, суму вбирних основ - за Капеном-Гільковицем, ступінь насичення ґрунту основами - математично-розрахунковим методом. Вологість ґрунту визначали до 1,5 м у період сходів і збирання буряків цукрових, пшениці озимої на період посіву, на період відновлення вегетації і на період збирання методом постійного висушування за температури 1050С до постійної маси.

Фітосанітарний стан посівів визначали кількісно-ваговим методом, видовий склад бур'янів - протягом вегетаційного періоду буряків цукрових і пшениці озимої за визначником, ураженість рослин буряків цукрових коренеїдом - шляхом проб у фазі 1-2 пар справжніх листків. Пошкодження рослин коренеїдом, церкоспорозом цукрових буряків та кореневими гнилями пшениці озимої - за методикою Інституту цукрових буряків (1986).

Для встановлення впливу різних систем удобрення на біологічну активність чорноземів типових слабосолонцюватих визначали чисельність таких груп мікроорганізмів: гриби, актиноміцети на середовищі Чапека, амоніфікатори - на МПА, фосфорні бактерії, олігонітрофіли - на Ешбі, бактерії, що використовують азот мінеральних сполук - на КАА.

У рослинних зразках сиру масу визначали ваговим методом, вміст сухої речовини - термостатично-ваговим методом, загальний вміст N, Р2О5, К2О на кінець вегетації в одній наважці після мокрого озолення - за методом Гінзбург у модифікації ЦІНАУ. Баланс поживних речовин на кінець ротації визначали співставленням використання елементів живлення рослинами на основі хімічного складу рослин і виносу його рослинами (аналітичний метод) та втрат елементів живлення і надходження в ґрунт поживних речовин від мінеральних і органічних добрив (по трьох полях сівозмін). Технологічні показники якості коренеплодів і цукристість визначали на технологічній лінії «Венема», вихід цукру, втрати цукру в мелясі, доброякісність нормально очищеного соку - розрахунковим методом. Вміст кормових одиниць, перетравного протеїну визначали за довідником (М.М.Карпусь, 1995 р.).

Кількість протеїну в зерні пшениці озимої розраховували за вмістом загального азоту і переведенням за допомогою коефіцієнта в протеїн, сиру клейковину - відмиванням водою після набухання за ДСТУ 3768-2004.

Статистична оцінка даних спостережень в дослідах проведена методами дисперсійного, кореляційного та регресійного аналізів, які дали змогу визначити ступінь достовірності одержаних результатів. При визначенні енергетичної і економічної ефективності між показника продуктивності сівозмін користувалися загальноприйнятими методиками з використанням комп'ютерної програми з визначення енерговитрат і енергетичного балансу, розробленими ННЦ "Інституту землеробства НААНУ" (2008).

3. Формування родючості чорноземних ґрунтів залежно від сівозмін і удобрення

Формування запасів продуктивної вологи в сівозмінах. Вагомий вплив на родючість чорноземних ґрунтів і продуктивність сільськогосподарських культур має вологозабезпечення ґрунту. В умовах недостатнього зволоження Лівобережного Лісостепу України в середньому за 1992-2002 рр. найменшу кількість продуктивної вологи на час посіву пшениці озимої спостерігали у зернопросапній з 50 % просапних і зернопросапній сівозмінах з 25 % - 118 і 121, м3/га, тоді як в плодозмінній і зернопаропросапній - 163,0 і 225,0 м3/га. На період відновлення вегетації пшениці озимої запаси продуктивної сівозміні становила 116,0 м3/га, тоді як у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних - 91, а у зернопросапній з 25 % просапних - 87,0 м3/га. Така різниця між сівозмінами зумовлена витратою вологи рослинами, а також насиченням сівозміни зерновими культурами до 75 %, що призводить до зменшення продуктивної вологи, до такого рівня, як у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних. За 2000-2002 рр. у зернопаропросапній сівозміні на період посіву пшениці озимої в шарі ґрунту 0-150 см запаси продуктивної вологи становили 195,6 мм, зернопросапній з 50 % просапних - 128,0, на період збирання - відповідно 120,6 і 84,2 мм.

Зміна вмісту гумусу залежно від сівозмін і удобрення. Дослідженнями встановлено, що на чорноземах типових вилугуваних в умовах Уладово-Люлинецької ДСС на удобреному варіанті десятипільної зерно-бурякової сівозміни з бобовими культурами втрати гумусу за ротацію сівозміни на фоні N46P51K59 становили 0,09і 0,03 %, у зерно-буряковій сівозміні без бобових культур через зниження вмісту біологічного азоту втрати гумусу збільшились до 0,16 і 0,13 % (табл. 3). За використання органо-мінеральної системи удобрення 12 т/га гною + N46P51K59 вміст гумусу стабілізувався на рівні 4,35 і 3,78 %, тоді як на початок ротації - 4,39 і 3,82 %. У сівозміні без бобових на кінець ротації цей показник був на рівні 4,35 і 3,65 %, що було менше від початку ротації на 0,09 і 0,08 %. Стабілізацію вмісту гумусу в орному шарі у сівозміні з бобовими культурами спостерігали при застосуванні 12 т/га гною + N92P102K59 - 4,32 т/га.

У довготривалому стаціонарному досліді в умовах недостатнього зволоження на Веселоподільській ДСС на чорноземах типових слабо-солонцюватих у плодозмінній короткоротаційній сівозміні на неудобреному варіанті втрати гумусу за шість ротацій сівозміни становили в орному шарі ґрунту 0,18 %, у зернопросапній з 50 % просапних - 0,40, у зернопросапній з 25 % просапних - 0,10 % (табл. 4). На фоні 6,25 т/га гною + N33,8P45K33,8 вміст гумусу у плодозмінній сівозміні підвищився на 0,28, у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних - на 0,15, зернопросапній з 25 % просапних - на 0,14 % і його кількість становила в орному шарі ґрунту 4,86, 4,52 і 4,61 %. Від підвищення кількості органічних добрив до 12,5 т/га + N33,8P45K33,88 у плодозмінній сівозміні вміст гумусу підвищився в орному шарі ґрунту до 4,76 %, тоді як на початку ротації 4,39 %. У сівозмінах з короткою ротацією підвищення вмісту гумусу спостерігали і в підорному шарі ґрунту.

Таблиця 3. Вплив фонів удобрення в зерно-бурякових сівозмінах на чорноземах типових вилугуваних на вміст гумусу, Уладово-Люлинецька ДСС, %

Таблиця 4. Вплив добрив і сівозмін на вміст гумусу в чорноземі типовому слабосолонцюватому, Веселоподільська ДСС, %

Чергування культур у короткоротаційних сівозмінах і система удобрення вплинули на фракційний склад гумусу. За шість ротацій сума трьох фракцій гумінових кислот у плодозмінній сівозміні на неудобреному варіанті тенденційно зменшилась до 1,17 %, зернопросапній з 50 % просапних - 0,98, зернопросапній з 25 % просапних відповідно - 1,16 %, проти 1,25, 1,24 і 1,14 % на початок ротації, що зумовлено зменшенням першої та другої фракції гумінових кислот. Сума трьох фракцій фульвокислот становила відповідно у плодозмінній сівозміні 0,48 %, у зернопросапній з 50 % просапних і зернопросапній з 25 % просапних 0,41 і 0,40 %, на початок ротації відповідно 0,79, 0,61 і 0,49 %, що обумовлено зменшенням першої і другої фракції фульвокислот. Співвідношення між СКГ і ФК становило у плодозмінній сівозміні 2,44, зернопросапній з 50 % просапних - 2,39, зернопросапній з 25 % просапних - 2,90 вказуючи на гуматний тип гумусуутворення. Кількість нерозчиненого залишку відповідно становила 1,17 і 1,23, 1,09 %, що пояснює збільшення вмісту гумусу за рахунок зростання цієї його частки.

Формування мікробіологічних властивостей чорноземів. Наявність біологічного азоту завдяки вирощуванню багаторічних трав у плодозмінній сівозміні сприяло зростанню чисельності мікроорганізмів до 84,8 млн в 1 г ґрунту. Серед мікроорганізмів спостерігали найбільшу рівновагу між амоніфікаторами і нітрифікаторами - до 32,0 та 33,5 млн в 1 г ґрунту, що вказувало на зрівноваження нітрифікаційних і мінералізаційних процесів у ґрунті, тоді як у зернопаропросапній сівозміні цей показник був на рівні 21,7 та 36,4 млн в 1 г ґрунту. Одночасно зменшення кількості амоніфікаційних мікроорганізмів спостерігали у зернопросапній з 25 % просапних та зернопросапній сівозмінах з 50 % просапних до 18,3 і 21,7 млн в 1 г ґрунті, тоді як чисельність нітрифікаторів становила відповідно 36,5 та 36,3 млн в 1 г ґрунту за загальної чисельності мікроорганізмів 72,3, 85,8 млн в 1 г ґрунту. Посилений розвиток амоніфікаційних мікроорганізмів спричинив істотне скорочення чисельності олігонітрофілів до 13,7 млн в 1 г ґрунту у плодозмінній сівозміні і до 9,6 млн в 1 г ґрунту у зернопаропросапній, тоді як у зернопросапній з 50 % просапних і зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних - до 9,8 та 19,8 млн в 1 г ґрунту. На кінець вегетації буряків цукрових спостерігається зменшення чисельності мікроорганізмів до 50,0 60,3, 59,9 та 63,8 млн в 1 г ґрунту в плодозмінній, зернопросапній з 50 % просапних, зернопаропросапній та зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних відповідно.

Азотний режим чорноземних ґрунтів. Вміст мінерального азоту на чорноземах вилугуваних залежить від ланок сівозмін і систем удобрення. В посівах буряків цукрових на фоні 40 т/га + гною N90P110К130 у ланці з конюшиною в період сходів вміст мінерального азоту становив в шарі 0-30 см і 30-50 см 21,8 і 32,8 мг/кг ґрунту, відповідно в ланці з горохом -27,0 і 47,0 мг/кг ґрунту, тоді як в ланці з вівсяницею лучною - 24,1 і 24,9 мг/кг ґрунту, а з ячменем - 45,3 і 26,6 мг/кг ґрунту. Встановлено, що вміст мінерального азоту на чорноземах типових вилугуваних у ланці з конюшиною за мінеральної системи удобрення буряків цукрових характеризувався такою модельною залежністю: Nz1=38,323-0,561Чн-19,201Чс+5,315Чн2-3,754ЧнЧс+3,425Чс2, де н - норма мінеральних добрив, с - строки спостережень (рис 2а). За органо-мінеральної системи удобрення буряків цукрових ця залежність мала такий вигляд: Nz2=36,413-9,672Чн-12,084Чс+6,603Чн2-3,903ЧнЧс+2,75Чс2 (рис. 2б). Ці моделі дозволяють прогнозувати вміст мінерального азоту в період вегетації буряків цукрових.

У короткоротаційних сівозмінах на чорноземах типових слабо-солонцюватих при застосуванні 25 т/га гною + N135P180К135 у період сходів буряків цукрових вміст мінерального азоту у ґрунті зменшувався зі збільшенням посівів зернових становлячи у плодозмінній сівозміні 34,8, зернопросапній з 50 % просапних - 29,6, зернопросапній з25 % просапних - 26,9 і зернопаропросапній- 28,3 мг/кг ґрунту. За використання плоскорізного обробітку ґрунту цей показник сягав 30,6, за оранки - 26,9 мг/мг ґрунту, вказуючи на тенденцію поліпшення азотного живлення культурних рослин під впливом безполицевого заходу.

Формування фосфатного фонду чорноземних ґрунтів залежно від системи ведення сівозмін і удобрення. На чорноземах типових вилугуваних за застосування 12 т/га + N46P51К59 за ротацію у сівозміні з бобовими культурами вміст рухомого фосфору становив в орному шарі 198, без бобових - 200 мг/кг ґрунту, тоді як без добрив - 125 і 118 мг/кг ґрунту відповідно. За мінеральної системи удобрення (N46P51К59) цей вміст істотно поступався органо-мінеральній системі - 158 і 163 мг/кг ґрунту, а від застосування 12 т/га гною підтримувався на рівні 128 мг/кг ґрунту. В короткоротаційних сівозмінах на чорноземах типових слабосолонцюватих вміст рухомого фосфору більше залежав від систем удобрення ніж від ланок сівозмін. За застосування 6,25 т/га гною + N33,8P45К33,8 його кількість на кінець шостої ротації істотно зростала відповідно до 33,2, 32,0 в плодозмінній, зернопросапній сівозміні з 50 % просапних, 37,1 та 37,1 мг/кг ґрунту у зернопаропросапній та зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних, проти 20,7, 23,0, 23,6 та 24,5 мг/кг ґрунту на початок ротації. При удобренні буряків цукрових найбільший вміст рухомих фосфатів спостерігали в період їх сходів за застосування 40 т/га гною N90P120K90 в ланці з конюшиною і вівсяницею лучною - 191 і 186 мг/кг ґрунту.

Встановлено, що вміст рухомого фосфору на чорноземах типових вилугуваних у ланці з конюшиною за мінеральної системи удобрення буряків цукрових характеризувався такою модельною залежністю: Рz1=177,169+18,993Чн-30,629Чс+4,394Чн2-3,886ЧнЧс+8,0Ч с2, (рис. 3а). За органо-мінеральної системи удобрення буряків цукрових ця залежність мала такий вигляд: Рz2=161,862+45,488 Чн+12,4Чс-15,606Чн2+4,2ЧнЧс-6,375Чс2 де н - норма мінеральних добрив, с - строки спостережень. Ці моделі дозволяють прогнозувати вміст рухомого фосфору в період вегетації буряків цукрових.

На чорноземах типових слабосолонцюватих у короткоротаційних сівозмінах на період сходів буряків цукрових вміст рухомого фосфору становив на фоні 25 т/га гною + N90P120К90 - 38,10 мг/кг ґрунту в плодозмінній сівозміні, зернопросапній з 50 % просапних - 44,6, зернопаропросапній та зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних - 54,0 та 52,2 мг/кг ґрунту, тоді як без добрив - 23,6, 19,3, 23,7 та 28,5 мг/кг ґрунту, за використання плоскорізного обробітку ґрунту в зернопросапній сівозміні з 25 % просапних - 40,5, оранки - 52,2 мг/кг ґрунту.

Зміна калійного фонду в чорноземних ґрунтах залежно від системи ведення сівозмін і удобрення. На чорноземах типових вилугуваних найбільш істотне зростання вмісту обмінного калію в посівах буряків цукрових спостерігали за мінеральної системи удобрення в період сходів буряків цукрових, де від застосування N90P110К130 і N180P220К260 у ланці з кукурудзою на силос з підсівом бобів його вміст становив 86 і 96 мг/кг ґрунту, з конюшиною - 94 і 109, з горохом - 84 і 96 мг/кг ґрунту. У сівозміні без бобових культур найбільш істотне зростання вмісту обмінного калію спостерігали від застосування N180P220К260, коли у ланці з кукурудзою на силос з підсівом бобів цей показник становив 102 мг/кг ґрунту, з вівсяницею лучною - 89, ячменем - 80 мг/кг ґрунту.

Найбільш високий вміст обмінного калію спостерігали при застосуванні органо-мінеральних систем удобрення 40 т/га гною + N90P110К130, маючи його в орному шарі на період сходів буряків цукрових 124, 103 і 130 мг/кг ґрунту, відповідно у ланках з кукурудзою з підсівом бобів, конюшиною і горохом, що істотно більше від неудобреного контролю - 67, 81 та 82 мг/кг ґрунту.

У сівозміні без бобових культур у ланках з кукурудзою, вівсяницею лучною, ячменем цей показник дорівнював відповідно на тлі органо-мінеральної системи удобрення 107, 106 та 103 мг/кг ґрунту. Встановлено, що вміст обмінного калію на чорноземах типових вилугуваних у ланці з конюшиною за мінеральної системи удобрення буряків цукрових характеризувався такою модельною залежністю: Кz1=113,759+18,42Чн-39,529Чс+0,424 Чн2-6,086ЧнЧс+8,125Чс2, (рис. 4а). За органо-мінеральної системи удобрення буряків цукрових ця залежність мала такий вигляд: Кz2=56,33+3,997Чн+71,957Чс-1,697Чн2+2,371ЧнЧс+23,125Чс2 де н - норма мінеральних добрив, с - строки спостережень (рис. 4б). Ці моделі дозволяють прогнозувати вміст обмінного калію в період вегетації буряків цукрових.

На чорноземах типових слабосолонцюватих вміст обмінного калію був досить високим і залежав як від системи удобрення, так і від ланок сівозмін. У плодозмінній сівозміні від застосування 25 т/га гною + N90P120К90 вміст обмінного калію становив 186,0 і мг/кг ґрунту, істотно перевищуючи контроль без добрив -110 мг/кг гнуту. У варіанті за застосування 25 т/га гною + N135P180К135 в плодозмінній і зернопаропросапній сівозмінах вміст обмінного калію в період сходів буряків цукрових становив 190 і 191,2, зернопросапній з 25 % просапних - 222,0 мг/кг ґрунту, а за плоскорізного обробітку ґрунту - 196,0 мг/кг ґрунту.

На чорноземах типових вилугуваних від застосування 12 т/га гною + N46P51К59 за ротацію в зерно-буряковій сівозміні з бобовими культурами вміст обмінного калію на кінець ротації істотно підвищився до 100 мг/кг ґрунту, порівняно з контролем без добрив (73 мг/кг), а без бобових культур до 98 мг/кг ґрунту, за вмісту на неудобреному фоні 66 мг/кг ґрунту.

На чорноземах типових слабосолонцюватих за 24 роки, на кінець шостої ротації від застосування 6,25 т/га гною + N33,8P45К33,8 за ротацію сівозміни вміст обмінного калію мав істотне збільшення до 134,0, 133,0, 115,0 та 137 мг/кг ґрунту у плодозмінній, зернопросапній з 50 % просапних, зернопаропросапній та зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних, проти 106,0, 82,0, 104,0 та 106,0 мг/кг ґрунту на початку першої ротації.

При моніторингових спостереженнях за родючістю ґрунту необхідно спостерігати за зміною агрохімічних показників як орного так підорного шару

4. Урожайність сільськогосподарських культур залежно від системи сівозмін і удобрення

Урожайність буряків цукрових залежно від ланок сівозмін і системи удобрення. Універсальним показником, що характеризує родючість ґрунту і систему удобрення сівозміни є рівень врожайності сільськогосподарських культур. Дослідженнями встановлено, що в зоні достатнього зволоження на чорноземах типових вилугуваних продуктивність буряків цукрових зумовлена ланками сівозмін і системою удобрення. Від застосування як мінеральних, так і органо-мінеральних систем удобрення продуктивність буряків цукрових істотно зростає. Найбільш ефективною нормою одних мінеральних добрив під буряки цукрові є N90P110К130 , що дає можливість одержати у ланці з кукурудзою з підсівом бобів, конюшиною і горохом 41,9, 42,0 та 42,8 т/га коренеплодів і 7,42, 7,66 та 7,92 т/га збору цукру, за величини цих показників на неудобрених варіантах відповідно 36,4, 35,9 та 35,0 т/га, збір цукру - 6,66, 6,52 та 6,51 т/га (табл. 5).

У сівозміні без бобових культур у ланці з кукурудзою, вівсяницею лучною та ячменем врожайність була на рівні 42,5, 39,3 та 40,3 т/га, збір цукру 7,77, 7,41 та 7,50 т/га. На більш високих фонах удобрення N130P160К200 та N180P220К260 не спостерігали істотної різниці в сівозміні з бобовими культурами. Найбільш істотний приріст врожаю 46,2 т/га спостерігали в ланці з ячменем від застосування N180P220К260 безпосередньо під буряки цукрові.

Найбільш високі врожаї буряків цукрових були одержані на фоні органо-мінеральної системи удобрення як в сівозміні із бобовими культурами, так і без них. На фоні 40 т/га гною + N90P110К130 у ланці із кукурудзою з підсівом бобів врожай сягав 45,3 т/га коренеплодів, з конюшиною - 46,2, з горохом - 47,7 т/га. При цьому найбільший збір цукру було одержано в ланці з горохом - 8,74 т/га, та з конюшиною - 8,40 т/га. В сівозміні, де буряки цукрові висівали в ланці із кукурудзою, вівсяницею лучною та ячменем, їх урожай становив відповідно 45,9, 45,7 та 46,7 т/га, а збір цукру - 8,03, 8,47 та 8,46 т/га, маючи тенденцію до зменшення показників порівняно з наявністю у сівозмінах бобових культур. Від збільшення доз добрив до 40 т/га гною + N130P160К200 у сівозміні із бобовими ланками сівозмін не спостерігали істотного приросту врожаю відповідно до фону 40 т/га гною + N90P110К130. Так, в сівозміні без бобових у ланці з ячменем урожайність підвищилася на 2,5 т/га, за НІР05 2,67 т/га (див. табл. 5).

У зоні недостатнього зволоження на чорноземах типових слабо-солонцюватих продуктивність буряків цукрових у короткоротаційних сівозмінах більше залежить від ланок сівозміни. В плодозмінній сівозміні, де буряки цукрові вирощувалися в ланці з еспарцетом з підсівом костриці лучної на фоні 25 т/га гною + N90P110К130 врожай становив - 41,1 т/га, в зернопросапній з 50 % просапних - 37,8 т/га, зернопаропросапній - 42,7 т/га; зернопросапній з 25 % просапних - 39,0 коренеплодів при зборі цукру відповідно 7,1 , 6,4, 7,0 та 6,5 т/га (табл. 6). При збільшенні фонів удобрення до 25 т/га гною + N135P180К135 достовірне зростання врожаю спостерігали лише в зернопросапній сівозміні з 50 % просапних на 2,8 т/га коренеплодів і цукру - на 0,4 т/га.

Таблиця 5. Вплив ланок сівозмін і удобрення на продуктивність буряків цукрових на чорноземах типових вилугуваних, Уладово-Люлинецька дослідно-селекційна станція

Найбільшу віддачу гною, по фону удобрення буряків цукрових спостерігали у плодозмінній сівозміні з урожайністю 40,4 т/га, що зумовлено наявністю біологічного азоту передпопередника, і найменшу - у зернопросапній з 50 % просапних і зернопросапній сівозмінах з 25 % просапних - 33,0 та 35,7 т/га.

Таблиця 6. Вплив систем удобрення на продуктивність буряків цукрових у короткоротаційних сівозмінах, Веселоподільська ДСС, середнє за 2000-2003 рр.

При заорюванні 5 т/га соломи + N135P180К135 під буряки цукрові в зернопросапній сівозміні з 50 % просапних їхня врожайність становила 41,4 т/га, цукристість - 16,8 %, а збір цукру - 6,93 т/га, не поступаючись істотно варіанту 25 т/га гною + N135P180К135 - 40,6 т/га, 16,8 % і 6,82 т/га.

Із використанням плоскорізного обробітку ґрунту під усі культури сівозміни врожайність буряків цукрових на фоні 25 т/га гною + N90P120К90 становила 36,1 т/га, цукристість - 16,3 %, збір цукру - 5,88 т/га, що істотно не поступалося оранці - 37,1 т/га, 16,3 % і 6,04 т/га відповідно.

Технологічна якість буряків цукрових залежно від системи удобрення і ведення сівозмін. На чорноземах типових вилугуваних від внесення середньої норми добрив N90P110K130 доброякісність нормально очищеного соку у ланці з кукурудзою з підсівом бобів досягала 92,6, конюшиною - 92,2, горохом - 92,1 %, що на 1,3, 0,6 і 1,0 % більше, ніж на неудобреному варіанті сівозміни. Із застосуванням високої норми мінеральних добрив N180P220K260 доброякісність нормально очищеного соку знизилась порівняно із неудобреним варіантом ще більше - в ланці з кукурудзою з підсівом бобів на 2,5 %, у сівозміні з конюшиною - на 21, після гороху на 06 %. Відповідно дегестія в ланці з кукурудзою з підсівом бобів становила 13,4, конюшиною - 13,7, з горохом - 13,2 %, а втрати цукру в мелясі були найбільшими у ланці із конюшиною - 3,06, а горохом - 3,17 %, тоді як з кукурудзою з підсівом бобів - 2,58 %. Застосування мінеральних добрив сумісно з органічними сприяє зниженню доброякісності нормально очищеного соку. Від застосування 40 т/га гною + N90P110K130 доброякісність нормально очищеного соку в ланці з конюшиною і горохом була на 1,10 і 1,40 % менше відповідно до фону тільки мінеральних добрив. Від застосування високої норми добрив 40 т/га + N180P220K260 доброякісність нормально очищеного соку знизилася в ланці з кукурудзою з підсівом бобів до 88,90 %, конюшиною - 89,90, горохом - 90,10 %, відповідно розрахунковий вихід цукру на заводі становив 11,90, 13,20 і 12,50 %, що було менше від норми тільки мінеральних добрив на 2,40, 1,40 і 0,60 %. Використання гною в кількості 40 т/га за своїм впливом на технологічні якості була на рівні середньої норми добрив. Дослідженнями встановлено залежність вмісту б-амінного азоту в коренеплодах буряків цукрових, яка характеризується наступним математичним рівнянням бN=0,0089ЧN+2,8445 (R=0,8), де бN - вміст б-амінного азоту в коренеплодах буряків цукрових, мг:екв на 100 г. сирої маси; N - норма внесення азотних добрив, кг/га д.р.

У короткоротаційних сівозмінах на чорноземах слабосолонцюватих при застосуванні під буряки цукрові 25 т/га гною + N90P110K130 доброякісність нормально очищеного соку становила в плодозмінній сівозміні 91,34, зернопросапній з 50 % просапних - 91,36, зернопросапній з 25 % просапних - 91,50 %, тоді як у зернопаропросапній короткоротаційній сівозміні - 89,86 %, вихід цукру на заводі за цього становив 13,95, 13,75, 13,63 і 13,24 %.

Урожайність пшениці озимої залежно від ланок сівозмін і системи удобрення. На чорноземах типових вилугуваних у зерно-буряковій сівозміні з бобовими культурами на фоні N40P40К40 у ланці з конюшиною і горохом було одержано 5,02 та 4,98 т/га зерна, тоді як у ланці з вівсяницею лучною і ячменем - 4,99 та 4,65 т/га. Від збільшення фонів удобрення до N60P60К60 і N80P80К80 у ланці з конюшиною і через вилягання стеблостою врожай не перевищував 4,76 і 4,93 т/га, з горохом - 4,71 та 5,09 т/га, тоді як з вівсяницею лучною - 5,23 і 5,51, а з ячменем -5,08 та 5,21 т/га.

На фоні післядії добрив, застосованих під буряки цукрові 40 т/га гною + N90P110К130 і N40P40К40 під пшеницю озиму в ланці з конюшиною і горохом одержано 4,90 та 5,15 т/га зерна, на більш високих органо-мінеральних фонах удобрення не спостерігали зростання врожаю як у сівозміні з бобовими культурами, так і без них.

У зоні недостатнього зволоження в умовах Веселоподільської дослідно-селекційної станції врожайність пшениці озимої в короткоротаційних сівозмінах на фоні 6,25 т/га гною + N33,8P45К33,8 і N45P60К45 безпосередньо під пшеницю озиму найбільш високою була у зернопаропросапній і плодозмінній сівозмінах - 4,92 та 4,41 т/га, тоді як у зернопросапній з 50 % просапних та зернопросапній з 25 % просапних - 4,03 та 4,06 т/га. Використання плоскорізного обробітку ґрунту в зернопросапній сівозміні з 25 % просапних призводить до зниження врожайності, коли пшеницю висівають по пшениці на 0,29 та 0,5 т/га. В ланці з горохом зниження було менш істотним.

Урожайність кукурудзи на силос. У зерно-буряковій сівозміні, де кукурудзу вирощували з підсівом бобів, її врожайність на фоні N100P90К200 сягала 46,3 т/га, без підсіву бобів - 43,9 т/га. На початок другої ротації її врожайність на фоні післядії 40 т/га гною і N100P90К120 безпосередньо під кукурудзу - була відповідно 57,7 т/га, тоді як самої кукурудзи на силос без підсіву - 44,8 т/га. На чорноземах типових слабосолонцюватих врожайність кукурудзи на силос у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних при застосуванні 6,25 т/га гною + N33,8P45К33,8 за ротацію сівозміни і N60P80К60 безпосередньо під неї сягала 28,8 т/га, тоді як без добрив - 21,2 т/га. Вплив післядії добрив на урожайність сільськогосподарських культур у зерно-буряковій сівозміні залежно від сівозмін і фонів удобрення. Післядія добрив, які застосовували на чорноземах типових вилугуваних у зерно-буряковій сівозміні з бобовими культурами в нормі 40 т/га гною + N90P110К130 під буряки цукрові, сприяла одержанню врожаю ячменю на рівні 4,46 т/га, конюшини зеленої маси - 27,0, гороху - 3,08 т/га, тоді як без добрив - 3,26, 24,2 та 2,64 т/га. В сівозміні без бобових культур врожай ячменю в ланці із вівсяницею лучною і буряками цукровими становив 4,54 і 4,27 т/га, вівсяниці лучної (зелена маса) - 11,23 т/га, тоді як без удобрення - 3,51, 3,17 та 5,68 т/га. В короткоротаційних сівозмінах на чорноземах типових слабосолонцюватих від застосування 25 т/га гною + N90P120К90 безпосередньо під буряки цукрові найбільшу віддачу добрив у своїй післядії спостерігали у плодозмінній сівозміні, що дало можливість одержати 4,64т/га ячменю, тоді як у зернопросапній з 50 % просапних - 3,82 і 4,17 т/га - в зернопаропросапній, без добрив - відповідно 3,41, 2,75 та 3,03 т/га. На фоні 6,25 т/га гною + N33,8P45К33,8, застосованих за ротацію сівозміни, врожай гороху в зернопросапній сівозміні з 25 % просапних становив 1,71 т/га, сіна еспарцету та костриці лучної в плодозмінній сівозміні - 3,20 т/га.

5. Продуктивність сівозміни. Моделі високопродуктивних сівозмін

Ключовим показником продуктивності зерно-бурякових сівозміни є вихід з одного гектара кормових одиниць, зерна, цукру, оскільки за цими показниками можна дати правильну оцінку спроможності одиниці площі через продукцію реалізувати свої можливості як потенційної, так і ефективної родючості.

На чорноземах типових вилугуваних в умовах Уладово-Люлинецької дослідно-селекційної станції продуктивність сівозмін у варіанті, де застосовували N46P51K59, збір кормових одиниць у сівозміні з бобовими культурами мав досить істотне зростання порівняно з неудобреним варіантом - на 1,22 т/га, що становило відповідно 8,54 т/га і обумовлено ефективністю біологічного азоту, тоді як у сівозміні без бобових - на 0,68 т/га менше (табл. 7).

Таблиця 7. Вплив системи удобрення на продуктивність зерно-бурякових сівозмін, Уладово-Люлинецька ДСС, середнє за 1980-1993 рр., т/га

Таблиця 8. Продуктивність короткоротаційних сівозмін залежно від системи удобрення на Веселоподільській ДСС, середнє за шосту ротацію 1998-2004 рр., т/га

У сівозміні з бобовими культурами за використання 6 т/га гною + N46P51K59 збір кормових одиниць сягав 9,10 т/га, тоді як без бобових культур - 8,46 т/га. Під час застосування економічно обґрунтованої системи удобрення 12 т/га гною + N46P51K59 у сівозміні з бобовими культурами збір кормових одиниць становив 9,11 т/га, що було на рівні 6 т/га гною + N46P51K59. З підвищенням норм добрив за органо-мінеральної системи удобрення зростає продуктивність сівозмін і нівелюється різниця між ними.

Система удобрення ґрунту в сівозмінах сприяє зростанню не тільки кількості кормових одиниць, але і збору зерна, цукру. За внесення N46P51K59 у сівозміні з бобовими культурами збір зерна і цукру становив 2,06 і 2,30 т/га, а без бобових - 2,06 і 2,32 т/га. По фону 6 т/га гною + N46P51K59 збір зерна і цукру становив 2,19 і 2,48 т/га, а від 12 т/га гною + N46P51K59 - 2,20 і 2,52 т/га.

У зоні недостатнього зволоження на чорноземах типових слабосолонцюватих в умовах Веселоподільської дослідно-селекційної станції продуктивність короткоротаційних сівозмін зумовлена врожайністю культур і їх чергуванням у сівозміні.

Найбільш високопродуктивними сівозмінами виявилися плодозмінна і зернопросапна з 50 % просапних, де за застосування 6,25 т/га гною + N33,8P45K33,8 збір кормових одиниць становив 6,70 і 6,82 т/га (табл. 8). Найменшу кількість кормових одиниць спостерігали у зернопросапній сівозміні з 25 % просапних - 5,25 т/га, що на 1,45 т/га поступалось плодозмінній сівозміні. Окрім збору зернових одиниць, вагому оцінку продуктивності короткоротаційних сівозмін має збір зерна і цукру на одиницю площі. Найбільш високий збір зерна спостерігали на фоні 6,25 т/га гною + N33,8P45K33,8 у плодозмінній і зернопаропросапній сівозмінах - 1,88 та 1,83 т/га, а найменший у зернопросапній з 25 % просапних - 1,58 т/га, інші варіанти сівозміни мали тенденцію до зниження збору зерна.

Збір цукру на цьому фоні удобрення найбільшим був у плодозмінній і зернопаропросапній сівозмінах - 1,76 та 1,75 т/га, що істотно перевищувало контроль без добрив.

6. Фітосанітарний стан сівозмін

Забур'яненість посівів у сівозмінах. Найменша забур'яненість посівів буряків цукрових спостерігалась у плодозмінній короткоротаційній сівозміні в ланці з еспарцетом і кострицею лучною, де їх рясність у період сходів культури за використання 25 т/га гною + N90P120K90 становила 77 шт/м2, зернопаропросапній, а у зернопросапній з 50 % просапних і зернопросапній з 25 % просапних - на 41, 145 і 150 % більше. Зі збільшенням норм удобрення буряків цукрових до 25 т/га гною + N135P180K135 спостерігали ріст забур'яненості посівів на 38 % у зернопросапній сівозміні з 50 % просапних, а в і зернопросапній з 25 % просапних на 78 % порівняно з середньою нормою добрив.

Використання плоскорізного обробітку ґрунту під буряки цукрові на глибину 30-32 см, а під культурами сівозміни на 20-22 см у зернопросапній сівозміні з 25 % просапних викликало збільшення кількості бур'янів у посівах буряків цукрових до 853 шт/м2 з часткою однодольних 62 % та дводольних - до 38 %, тоді як на тлі оранки їх кількість становила 205 шт/м2, з яких 34 % - однодольні і 66 % - дводольні. Серед синузії бур'янів за плоскорізного обробітку перевага була за однодольними видами - 62,9 %, тоді як за оранки - за дводольними - 66,5 %. Використання добрив під буряки цукрові за плоскорізного обробітку ґрунту збільшувало забур'яненість посівів, а за оранки зменшувало її.

На забур'яненість посівів пшениці озимої найбільший вплив мали ланки короткоротаційних сівозмін. У плодозмінній, зернопаропросапній, зернопросапній з 50 % просапних короткоротаційних сівозмінах забур'яненість посівів пшениці озимої при застосуванні добрив знижувалась, що зумовлено токсичним впливом солей мінеральних добрив на сходи насіння бур'янів. У плодозмінній сівозміні загальна забур'яненість посівів пшениці озимої на середньому фоні органо-мінеральної системи удобрення становила 38,2 шт/м2, у зернопросапній з 25 % просапних у ланці горох - пшениця озима до 20,4 шт/м2, а у зернопаропросапній зменшувалась на 53 %, в зернопросапній з 50 % просапних в 4,1 рази. За насичення зернопросапної сівозміни з 25 % просапних до двох полів зернових культур з розміщенням пшениці озимої по пшениці забур'яненість посівів підвищувалась до 51 шт/м2, що було більше від ланки із горохом на 31 шт/м2. Серед видового складу бур'янів у плодозмінній сівозміні переважали зірочник середній (Stellaria media Vill.), види мишіїв (Setaria media, glauca L.) і підмаренник чіпкий (Galium apharine L.), в зернопаропросапній сівозміні - жабрій звичайний (Galeopsis tetrahit L.). У повторних посівах пшениці озимої переважали види мишіїв, а в ланці з горохом - сокирки польові (Consolida arvensis L.,).