*Примітка: на варіантах: 3-5 та 3а-5а використовується післядія гною (13,3 т/га сівозмінної площі).

1997-1999 роки відзначились посушливим весняно-літнім періодом, що затримувало в цілому розвиток мікрофлори, однак це не завадило виявленню залежності чисельності мікроорганізмів від удобрення токсичного дерново-підзолистого супіщаного ґрунту. Так, найнижча біологічна активність відмічена при внесенні мінеральних добрив і, навпаки, зростала при застосуванні органічних, підвищених доз фосфорних та мікродобрив (табл. 2).

Встановлено прямо пропорційну залежність біологічної активності целюлозо- руйнуючих мікроорганізмів від підвищених доз фосфору (Р₂₀₀) на фоні вапна та органічних добрив. Внесення фосфорних добрив різко знизило ступінь токсичності, починаючи з першого року внесення.

Таблиця 2. Вплив органічних добрив на загальну біологічну активність в 0-20 см шарі дерново-підзолистого супіщаного ґрунту (беззмінне жито)

Реакція культурних рослин на окремі елементи живлення залежить як відомо від грунтово-кліматичних умов, біологічних особливостей культури, сівозміни, добрив та інших умов.

У наших дослідженнях максимальний урожай картоплі одержано при внесенні 80 т/га гною й N₉₀P_30-60K₆₀ (181-182 ц/га) та зменшенні доз мінеральних добрив на фоні 40 т/га гною. Значним був приріст урожаю (96-99%) при збільшенні в два рази дози гною (80 т/га) при N_45-90P_30-60K_60-120. Очевидно, що картопля, особливо пізніх сортів, що є культурою з досить тривалим періодом вегетації, добре використовувала поживні речовини гною.

Зменшення доз мінеральних добрив (N₉₀P_30-60K_60-120) на токсичному ґрунті не тільки не супроводжувалося зменшенням урожайності, а навпаки, спостерігався ефект збільшення урожаю картоплі на 15-29 ц/га (9,0-18,8).

Озима пшениця добре використовувала поживні речовини, що вносились під попередник. В умовах, що склалися, найбільший врожай зібрано на варіантах, де рослини використовували післядію гною, внесеного під попередник (80 т/га) у поєднанні з N₉₀P₈₀K₁₁₄ дозами добрив -38,4 ц/га.

Схема досліду дозволила порівняти ефективність добрив на двох рівнях застосування гною та ефективність зменшення норм мінеральних добрив на фоні післядії гною (40 т/га) на ґрунті, що підданий токсикозу. При внесенні N₉₀P_40-80K₅₇ одержано врожай 35,2-35,6 ц/га, який не поступався урожаю з повною дозою мінеральних добрив.

Результати, що одержано при вирощуванні льону на токсичному ґрунті, свідчать про те, що високі врожаї соломи отримано при співвідношенні N: P: K-1:3:4. Підвищення азотних добрив до N₆₀ супроводжувалося зниженням виходу волокна льону. Таким чином, найкращою дозою для вирощування льону - довгунцю на ґрунті, що зазнав токсикозу через незбалансовану систему удобрення, виявилася доза N₃₀P₆₀K₇₅ на фоні післядії 40 т/га гною. На екологічно чистому ґрунті рекомендується найбільш вигідна система удобрення: на фоні післядії 40-80 т/га гною та внесення N₁₅P₃₀K₇₅. Ці дози є найбільш економічно вигідні та екологічно безпечні.

Внесення добрив забезпечило одержання високих врожаїв вирощуваних культур у ланці сівозміни порівняно з контролем. Однак високі дози мінеральних добрив, що вносились на токсичних ґрунтах, не дали достовірного приросту врожаю агрокультур.

При вирощуванні монокультури токсикоз ґрунту мав більш стійкий характер, ніж у сівозміні. В результаті попередніх досліджень було встановлено, що не ґрунтовтома (за монокультурного вирощування), а саме: нераціональна система удобрення (основний чинник токсикозу ґрунту) спричинила зниження урожаю за період 11

з 1963 року. Наші дослідження показали миттєву реакцію токсичного дерново-підзолистого ґрунту на інтенсивне внесення органічних добрив. Оскільки внесення останніх направлене на відновлення ґрунтової біоти в ґрунтах, що зазнали токсикозу в першу чергу, то цілком імовірно, що збільшення таким чином біологічної активності ґрунту, чисельного та видового складу основних таксономічних груп мікроорганізмів впливало на ріст рослин, утворюючи речовини, що регулюють ріст.

Органічні добрива суттєво підвищили урожай озимого жита на 5,6-11,9 ц/га, (62,5-165,0%) . При цьому найменшу дію проявив сапропель, найвищу - поєднання гною з торфом та сапропелем (13,2 ц/га - 165,0%, вар. 8) і суміші гною з торфом, сапропелем та біогумусом (12,5 ц/га - 156,3%, вар. 10).

Другий та третій роки досліджень підтвердили позитивний вплив суміші органічних добрив на подолання токсикозу ґрунту, і таким чином, збільшення урожаю озимого жита. Найбільш ефективним виявилось 2-4-компонентне поєднання органічних добрив, при якому рослини почували себе найкраще і дали високий урожай у порівнянні з контролем.

Неоднозначно впливали на ріст і розвиток рослин високі дози фосфорних добрив, додаткове внесення мікродобрив на фоні вапна та гною. Фосфор (Р_100-300), внесений на провапнованому ґрунті в поєднанні з магнієм, бором, молібденом, міддю дали найбільший приріст урожаю. При внесенні магнію на органо-мінеральному фоні урожай зерна озимого жита зріс на 10,5 ц/га (132,9%) у порівнянні з контролем. Аналогічні результати одержано при внесенні бору, молібдену, міді на фоні вапна, гною та мінеральних добрив (N₃₀K₉₀) - 10,8 ц/га (136,7%).

При позакореневому підживленні найкраще себе проявила лужна витяжка вермикуліту - 10,7 ц/га (124%), яка багата на макро та мікроелементи. Крім того, обприскування відновило активний ріст уже пригнічених рослин. Відмічено також високу ефективність мікродобрив. Приріст урожаю становив від застосування молібдену (100г/га) - 5,0 ц/га (58%), цинку (0,05% розчин) - 4,3 ц/га (50%), бору (0,1% розчин) та міді (0,2% розчин) - 5,2 ц/га (60%). Поєднання бору, міді, молібдену забезпечило приріст урожаю озимого жита на 5,8 ц/га (67%). Ефективним виявилось позакореневе ранньовесняне обприскування групою мікроелементів (16,7 ц/га).

Як встановлено нашими дослідженнями, одноразове обприскування рослин на початку фази виходу в стрілку комплексним добривом (лактофолом „О”) забезпечило приріст урожаю озимого жита на токсичному ґрунті до 5,8 ц/га (67%).

Спеціальні дослідження впливу токсикозу ґрунту на урожайність озимого жита показали, що, судячи по лінії тренда, із збільшенням коефіцієнту токсичності від 0 до 100% можливе зниження урожаю з 18,3 до 0 ц/га (рис. 1).

При цьому коефіцієнт токсичності (КТ) визначали за формулою:

КТ=(Ун-Ут)/Ун 10²

де Ун - урожай культур, вирощених на нетоксичному ґрунті, ц/га. Ут - урожай культур, вирощених на токсичному ґрунті, ц/га.

Рис. 1. Вплив токсичності дерново-підзолистого ґрунту на урожай озимого жита (монокультура, середні дані за 1997-1999р.р.)

За допомогою досліджень визначено ступінь токсичності ґрунту (через урожай озимого жита) (табл. 5).

Таблиця 5. Вплив різних видів добрив та вапна на врожай озимого жита залежно від токсичності дерново-підзолистого супіщаного ґрунту (1997-1999рр.)

Встановлено зменшення токсикозу (до 12,6% та 1,18%) при застосуванні гною та торфу відповідно. Навпаки, на токсичному ґрунті не спрацьовували мінеральні добрива, збільшуючи втрати урожаю до 60,0%. На ґрунті, ураженому токсикозом, ефективність мінеральних добрив найнижча.

За вирощування озимого жита беззмінно з 1963 року з мінеральною системою удобрення відбувалось подальше зниження урожаю - з 26,8 ц/га (середнє за 1967-1978 роки) до 8,6 ц/га (середнє за 1997-1999 роки). При насиченні ґрунту органічними добривами, починаючи із 1996 року, урожайність поступово зростала й становила у 1999році 19,0-21,6 ц/га, що наближається до рівня десятилітньої давності.

Якість рослинницької продукції і токсикоз ґрунту

У наших дослідженнях при вапнуванні спостерігалась тенденція до підвищення на 0,9 % вмісту крохмалю в бульбах картоплі. Зниження доз мінеральних добрив до рівня N_45-90P_30-60K_60-120 сприяли частковому підвищенню вмісту крохмалю в бульбах картоплі, проте нижчому, в порівнянні з контролем (0,4-1,7%). Максимальний вихід крохмалю одержано на фоні 40 т/га гною та N₉₀P₃₀K₆₀ (27,3 ц/га ), що на 5,0 ц/га більший від виходу крохмалю на цьому ж варіанті, але при дозі мінеральних добрив N₁₈₀P₆₀K₁₂₀. В цілому ж збільшувався вихід крохмалю в бульбах із зменшенням внесення доз мінеральних добрив на ділянках ґрунту з токсичними властивостями таких, що довгий час знаходились під “агрохімічним навантаженням”.

Вміст нітратів в бульбах картоплі на ділянці без добрив у середньому становив 69,2 мг/кг сирої маси. Застосування на фоні вапна високих норм фосфорних та калійних добрив у значній мірі змінили вміст нітратів (163,6; 186,0 мг/кг сирої маси). Однак таке збільшення (в 1,9-2,0 рази) в основному пов'язане з внесенням азотних добрив по 100 кг діючої речовини на гектар. Фосфорно-калійні добрива зменшували цей вміст. Збільшення доз фосфорно-калійних добрив у два рази позитивно вплинуло на рівень нітратів, одночасно із зменшенням внесення азотних добрив вдвічі відбувалось зниження вмісту нітратів в бульбах картоплі до безпечного рівня.

Післядія вапна не впливала на накопичення нітратів у зерні озимої пшениці, а післядія гною із мінеральними добривами в дозі N₁₈₀P₈₀K₂₂₈ підвищувала їх вміст на 52,6 мг/кг у порівнянні з фоном. При внесенні N₁₈₀ на токсичному ґрунті кількість нітратів у зерні зростала у 1,28-1,57 рази, а на нетоксичному ґрунті при дозі N_45-90 у 1,08-1,41 рази. Внесення підвищених доз калію (K₂₂₈) не зменшило вміст нітратів у зерні озимої пшениці, що вирощується на токсичному ґрунті, тоді, як при зменшенні доз фосфорно-калійних добрив знижувалося нітратне нагромадження у 1,13-1,34, а на нетоксичному ґрунті - у 1,02-1,17 рази.

Порушення співвідношення NPK, особливо на користь азотних добрив, супроводжувалося зниженням урожаю волокна льону та його якості на токсичному ґрунті. Підвищення норми азоту в два рази супроводжувалося зниженням загального вмісту волокна (до 13,5%), а також центнер-номера довгого волокна.

Найбільший урожай волокна льону-довгунцю одержано при внесенні N₃₀P₃₀K₁₅₀ на фоні післядії 40 т/га гною (8,9 ц/га) на токсичному ґрунті, та N₁₅P₃₀K₇₅ по фону 80 т/га гною під попередник - на здоровому ґрунті (10,4 ц/га). Враховуючи післядію внесених під попередник 40 т/га гною у ґрунт з токсичними ознаками, під льон найефективніше вносити мінеральні добрива в нормі N₃₀P₃₀K₁₅₀, які забезпечували б одержання високого врожаю насіння та волокна при хорошій його якості, а також кількісно - якісного показника льону - 128,2 центнер-номера довгого волокна.

Таким чином, зменшення внесення мінеральних добрив із метою зниження агрохімічного навантаження на піддані токсикозу дерново-підзолисті ґрунти не супроводжувалось погіршенням якості урожаю агрокультур.

У результаті досліджень вивчено закономірності зміни деяких показників якості зерна озимого жита, що вирощується беззмінно, залежно від видів добрив. Натурна маса та маса 1000 зерен збільшилась при поєднання різних видів органічних добрив (з 37,6 г - на фоновому варіанті до 40,93 г, та при їх роздільному внесенні - 39,86-39,93 г).

Мікродобрива, внесені на токсичному ґрунті на фоні вапна, гною та підвищених доз фосфорних добрив (Р₂₀₀), позитивно впливали на збільшення маси зерна озимого жита.

Необхідно відмітити позитивний вплив позакореневого обприскування рослин монокультури мікроелементами. Внесені позакоренево мікродобрива сприяли кращому розвитку пригнічених внаслідок токсикозу рослин, збільшенню урожайності зерна та покращенню його якості.

Внесення магнію з бором, молібденом та міддю на фоні вапна, гною та фосфору (Р₂₀₀) збільшило вміст білка в зерні озимого жита на 1,1% (при НІР_0,95 0,4-0,5%). При внесенні гною та торфу вміст білка в зерні складав 10,0-10,1%, а при внесенні сапропелю - 10,3%. Поєднання цих добрив та внесення біогумусу збільшували вміст білка в зерні до 10,2-10,6%, що на 0,5-0,9% перевищувало його вміст на фоновому варіанті.

Екологічна оцінка впливу агрохімічних способів знешкодження токсичності дерново-підзолистого супіщаного ґрунту

За результатами досліджень не відмічено високого вмісту мікроелементів у ґрунті при систематичному внесенні (протягом 33 років) мінеральних добрив. Рухомі форми важливих для рослин мікроелементів (Zn, Cu) після реконструкції стаціонарного досліду з 1996 року (п'ята ротація сівозміни) становлять всього 1,7-4,4 та 1,4-3,1% від валових запасів в 0-20 см шарі ґрунту, що виключає їх нагромадження до токсичного рівня в рослинах .

Доведено залежність вмісту мікроелементів у ґрунті від кислотності, ступеня токсичності, біологічної активності та вмісту органічної речовини токсичного дерново-підзолистого ґрунту. Із зменшенням кислотності токсичного ґрунту спостерігалося зменшення рухомого Со та Ni. При внесенні сапропелю у ґрунт з токсичними властивостями активізуються мікробіологічні процеси, спостерігається більший вміст Zn, B, Ni, але він не перевищує ГДК і суттєво не впливає на зменшення біологічної активності. Однак, поряд із цим зберігається досить великий ступінь токсичності у порівнянні з внесенням торфу та гною - 27 % та 12 і 15 % відповідно.

Мідь відноситься до елементів значно більшої токсичності, ніж цинк. Концентрація цього елемента в зерні озимої пшениці з внесенням підвищених доз добрив досягла 2,96 мг/кг, однак не є токсичною.

Проведений хімічний аналіз ґрунту та рослин показав наявність різних типів зв'язків між вмістом у них важких металів та мікроелементів. Коефіцієнт біологічного поглинання або рослинно-грунтовий коефіцієнт (КРГ) дозволив судити про високу доступність елементів залежно від удобрення ґрунту. Вапнування знизило КРГ по цинку, міді, бору, свинцю та кадмію, підвищило по молібдену. Внесення гною та торфу сприяло кращому засвоєнню цинку та бору і суттєво не впливало на нагромадження в рослинах кадмію та свинцю.

Біоенергетична та економічна ефективність способів детоксикації дерново-підзолистого супіщаного ґрунту

Розрахунки енергетичного аналізу проводились у єдиних міжнародних одиницях - кілокалоріях та джоулях. При зменшенні внесення мінеральних добрив відповідно знижувалася кількість витраченої енергії та майже у два рази зростав коефіцієнт енергетичної ефективності (при цьому не знижувалася урожайність та не погіршувалася якість культурних рослин). За повної системи удобрення він становив - 1,45-1,64% на токсичному ґрунті, а при зменшенні доз добрив (у два рази) - 2,36-2,58%.

Дослідження, що проводились на токсичному ґрунті за вирощування монокультури озимого жита, виявили ті напрямки в системі удобрення, котрі підвищують коефіцієнт енергоємності до 2,65 %, хоча він переважно нижчий, як на здоровому ґрунті.

Враховуючи умовно-чистий прибуток та окупність витрат, пов'язаних із застосуванням добрив, найбільший економічний ефект можна одержати від періодичного (один раз на 3-4 роки) угноєння (13,3 т/га) на фоні провапнованого дерново-підзолистого супіщаного ґрунту з токсичними ознаками та постійного внесення невисоких норм (160 кг/га ріллі NPK) мінеральних добрив при дотриманні оптимального співвідношення N₇₀P₃₄K₅₆ (зокрема, на кожну тонну гною - не більше 5,3 кг азоту). За даної системі удобрення досягаємо одного із найвищих рівнів умовно-чистого прибутку (732,8 дол. США) та найвищої окупність витрат, пов'язаних із застосуванням добрив (2,66 дол. США).

Внесення зростаючих норм мінеральних добрив не тільки не збільшило умовно-чистий прибуток, а навіть викликало його суттєве зменшення. На таких ґрунтах при застосуванні підвищених норм мінеральних добрив (у першу чергу, азотних і фосфорних) спостерігаємо найнижчу окупність витрат на одиницю продукції (0,99-1,20 доларів США).

Стосовно вирощування культур беззмінно (у наших дослідженнях - озиме жито), при токсичності ґрунту існує кілька підходів для зняття цього явища, які не завжди є економічно виправданими на певному проміжку часу. Найбільш економічно вигідними, стосовно одержання додаткової продукції, виявилось позакореневе підживлення озимого жита. Цей спосіб сприяв високій продуктивності озимого жита: умовно-чистий прибуток від застосування мікроелементів становив 19,01-55,76 доларів США, окупність використання мікроелементів на одиницю вирощеної продукції відповідала дуже високому рівню (7,30-12,98 дол. США). Однак цей спосіб не впливав на подолання токсичності ґрунту. Тому в часі можливе зниження його економічної ефективності.

Інтенсивне насичення токсичного ґрунту органічними добривами є більш ефективним, ніж поєднання гною з мінеральними добривами та мікроелементами. За комплексної оцінки (покращення родючості, підвищення продуктивності) виявились системи з використанням торфу, біогумусу та комплексного поєднання гною, торфу, сапропелю, біогумусу, що вносились у ґрунт з токсичними ознаками. Чистий прибуток становив 23,16-42,58 долари США. Враховуючи, що дані добрива (в основному місцевого виробництва) мають невеликі затрати на їх використання, окупність їх становить 1,56-3,00 долари США на одиницю продукції.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі з визначення методів та способів знешкодження токсичності у дерново-підзолистих ґрунтах.

1. Систематичне одностороннє застосування мінеральних добрив на легких дерново-підзолистих ґрунтах порушує їх мікробіологічні властивості, призводить до високого ступеню токсичності, що негативно впливає на ріст, розвиток рослин та їх продуктивність.

2. Невисокі дози мінеральних добрив у поєднанні з вапном збільшують чисельність агрономічно корисних фізіологічних груп мікроорганізмів - амоніфікуючих, нітрифікуючих та целюлозоруйнуючих бактерій, що підвищує біологічну активність ґрунту. Виявлена зворотна залежність між нітрифікаційними процесами, чисельністю ґрунтових водоростей, активністю азотобактера з одного боку, та ступенем токсичності дерново-підзолистого ґрунту з іншого.

3. Зменшення рівня застосування мінеральних добрив на фоні гною, коли на долю однієї тони гною припадає 12-25 кг NPK супроводжується поступовим зниженням ступеня токсичності дерново-підзолистого супіщаного ґрунту, покращенням його мікробіологічних властивостей та формуванням кращих умов для росту і розвитку культурних рослин.

4. Головним фактором, що змінює біологічний стан токсичного ґрунту на краще, є наявність в ньому в достатній кількості (не менше 12-13 т/га сівозмінної площі) свіжого органічного субстрату у вигляді різних органічних добрив (торф, сапропель, гній та інше).

5. Зниження ступеня токсичності дерново-підзолистого супіщаного ґрунту можливе за умови інтенсивного застосування протягом трьох років органічних добрив за схемою: перший рік - 40 т/га органічної речовини, другий рік - 50% від норми першого, третій рік - 25% від норми першого року.

6. Інтенсивне застосування органічних добрив не тільки знешкоджує токсичність, але й сприяє накопиченню в ґрунті рухомого фосфору, обмінного калію, зменшує кислотність ґрунту. З органічних добрив, що застосовуються для подолання токсикозу ґрунтів, найкращими виявились поєднання: гною, торфу, сапропелю та біогумусу. При їх застосуванні урожай озимого жита зростає в середньому на 12,5 ц/га, або на 56,3%.

7. Позакореневе підживлення мікроелементами (борна кислота по 0,5 кг/га, молібдат амонію, мідний купорос по 0,2 кг/га у фазі кущення) в значній мірі покращує ріст та розвиток рослин, підвищує їх урожайність. Позакореневі підживлення є одним із ефективних способів покращення розвитку рослин і виступають як тимчасовий засіб поліпшення умов вирощування рослин на токсичному ґрунті.

8. Вапнування токсичних ґрунтів (в тому числі високими дозами - потрійними за гідролітичною кислотністю) не призводить до суттєвих змін ступеня токсичності, однак сприяє покращанню фізико-хімічних властивостей грунту з токсичними ознаками.

9. Cільськогосподарська продукція, що вирощена на ґрунті з токсичними ознаками, поступається за якістю продукції, одержаній на здоровому ґрунті. При зменшенні токсичної дії ґрунту якість культурних рослин покращується.

10. У результаті довготривалого використання системи удобрення культурних рослин на токсичному дерново-підзолистому супіщаному ґрунті не відмічено нагромадження мікроелементів (важких металів) до токсичного рівня. Одночасно із зменшенням кислотності ґрунту спостерігається зменшення рухомих форм кобальту та нікелю. Встановлено, що вапнування таких ґрунтів зменшує рослинно-ґрунтовий коефіцієнт переходу (поглинання мікроелементів рослинами залежно від вмісту рухомих елементів у ґрунті) цинку міді, бору, свинцю та кадмію.

11. Енергетична та економічна оцінка різних систем удобрення, що застосовують для поліпшення властивостей ґрунту з токсичними ознаками в багатьох напрямках співпала за своїми висновками з агроекологічною оцінкою. Найбільш енергетично та економічно доцільними є системи удобрення з дотриманням оптимального співвідношення між органічними та мінеральними добривами, коли на тонну перших припадає до 12 кг/га NPK, в тому числі не більше 5 кг азоту у сівозміні.