Наукове обгрунтування продуктивності коротко ротаційних сівозмін і відтворення родючості чорнозему типового Правобережного Лісостепу України

Abstract

У дисертаційній роботі викладено наукове обґрунтування та експериментально встановлено нове розв’язання наукової і практичної проблеми ефективного використання чорнозему типового глибокого малогумусного з відтворенням його родючості за допомогою сівозмін, систем удобрення та обробітку ґрунту в Правобережному Лісостепу України. У роки проведення досліджень метеорологічні умови значною мірою відтворювали агрономічний і екологічний потенціал та були типовими для зони Правобережного Лісостепу України, що дозволило використовувати одержані дані у виробничих умовах. Ґрунтовий покрив дослідів характерний для цього регіону, що сприяє одержанню високих і сталих урожаїв зерна пшениці озимої, сої, ячменю, кукурудзи, соняшнику, гречки, гороху за умов науково обґрунтованого підходу до технології вирощування. Польові і лабораторні досліди виконували згідно із загальноприйнятими методиками. Агротехніка в дослідах загальноприйнята для Правобережного Лісостепу України, крім факторів, що вивчалися. Встановлено, що на період сходів соняшнику у шарі ґрунту 0–10 см істотної різниці у запасах доступної вологи не відмічено. Запаси ґрунтової вологи коливалися від 10,6 до 12,7 мм. Істотно вищі запаси доступної вологи у верхньому шарі ґрунту 0–10 см спостерігали за мілкого безполицевого обробітку ґрунту порівняно з контролем. На початок цвітіння соняшнику вміст вологи у шарі ґрунту 0–10 см у середньому становив 8,0 мм за різних систем обробітку. На період збирання соняшнику запаси вологи зменшилися. Відзначено, що структурнішим у шарі ґрунту 0–30 см виявився ґрунт у посівах соняшнику за полицево-безполицевого обробітку на початку вегетації – 92,1 % цінних агрегатів. Кількість брил у шарі ґрунту 0–10 см за мілкого обробітку відзначено 13,8 %, за диференційованого – 6,1 % і полицево-безполицевого – 6,8%. Наприкінці вегетації соняшнику в шарі грунту 0–30 см, порівнюючи із ранньовесняним періодом, незалежно від заходів обробітку ґрунту, кількість агрономічно цінних агрегатів зменшувалася, тоді як зростала чисельність фракцій понад 10 мм та менше 0,25 мм. Доведено, що твердість ґрунту в шарі 0–30 см у посівах ячменю навесні за мілкого безполицевого обробітку досягала 10,3 кг/см2 , за полицевобезполицевого – 7,4, за диференційованого – 5,3 кг/см2 . Застосування чизельного обробітку на 20–22 см на варіанті диференційованого дає можливість істотно розущільнити та знизити показники твердості ґрунту в 1,3–1,8 раза порівняно з дисковим обробітком. На початку вегетації культур плодозмінної сівозміни склалися сприятливі умови щільності, що перебували у межах 1,11–1,31 г/см2 у шарі грунту 0–30 см. Баланс гумусу у зернопросапній сівозміні показав, що загальна кількість новоутвореного гумусу становить 12,38 т/га, з них 9,40 т/га зазнали мінералізації поля сої – 1,62, кукурудзи – 2,9 т/та. Найвищі показники за рівнем забезпечення грунту на гумус виявилося у полях пшениці озимої, соняшнику, ячменю, де надійшла найбільша кількість органічних залишків, соломи і сидератів. Органо-мінеральна система удобрення у сівозмінах стабілізує й підвищує вміст гумусу. Найбільше підвищення вмісту гумусу спостерігається у зернопросапній і плодозмінній сівозмінах. Вміст гумусу за мінеральної системи удобрення в орному шарі зменшився в усіх сівозмінах. Встановлено, що сівозміни істотно впливали на вміст лужногідролізованого азоту в грунті. Найвищий його вміст відзначали за плодозмінної сівозміни – 125 мг/кг грунту у решти сівозмін показник становив 115–116 мг/кг. Найвищий вміст лужногідролізованого азоту зафіксовано за мінеральної системи удобрення зернопросапної сівозміни. За сумісного застосування органічних і мінеральних добрив вміст фосфору у плодозмінній сівозміні на час сходів соняшнику мав суттєве зростання. У просапній сівозміні вміст рухомого фосфору за мінеральної системи удобрення в орному шарі перебував на рівні 6,5 мг/кг грунту і був нижчим порівняно з плодозмінною сівозміною. За органо-мінеральної системи удобрення у плодозмінній сівозміні кількість обмінного калію на період сходів соняшнику досягала в орному шарі 205 мг/кг ґрунту, що забезпечило ефективне використання калію культурою. За мінеральної системи удобрення у плодозмінній сівозміні спостерігали найбільший вміст обмінного калію в орному шарі, що становить 209 мг/кг грунту. Органічна система удобрення значно знижувала вміст обмінного калію в орному і підорному шарах ґрунту порівняно з мінеральною системою. Відзначено, що забур’яненість посівів пшениці озимої значно зростає за мілкого безполицевого обробітку ґрунту. Полицево-безполицевий обробіток сприяв до зменшенню чисельності бур’янів в агроценозах пшениці озимої. Доведено, що найвищий розвиток кореневої гнилі гороху відбувається за мілкого безполицевого обробітку ґрунту. Полицевий обробіток під горох сприяв меншому поширенню та розвитку кореневої гнилі. У посівах соняшнику найвищу біологічну активність зафіксовано за полицевобезполицевого і диференційованого обробітку, нижчу – за мілкого безполицевого розпушування. Найнижчу біологічну активність у посівах соняшнику відзначено за мілкого безполицевого обробітку порівняно з диференційованим – на 33 мг/м2 . Найбільший збір кормових одиниць з 1 га одержано за мінеральної системи удобрення. Органічна система удобрення призводила до істотного зниження продуктивності ріллі порівняно з мінеральною системою. У зернопросапній сівозміні стабільність зросла до 79–83 %. За зернопросапної спеціалізованої сівозміни стабільність землеробства призвела до істотного зниження. Доведено, що за вмістом енергії ґрунту енергетично ефективнішими виявилися органічна та органо-мінеральна системи удобрення. За всіх обробітків ґрунту відбувається зниження енергопотенціалу чорнозему типового. Найвищий коефіцієнт енергетичної ефективності забезпечували органічна й органо-мінеральна системи удобрення. Кее у зернопросапній сівозміні становив 5,7, зернопропаспній спеціалізованій – 4,3, просапній – 5,8. Встановлено, що ресурсоощадні технології обробітку ґрунту сприяли зростанню вмісту гумусу в шарі грунту 0–20 см за дискування на 10–12 см на 0,43 %, за технології no-till на 0,64 %. Застосування оранки зумовлює зниження вмісту гумусу щодо вихідного вмісту на 0,05 %. The dissertation presents a theoretical justification and experimentally established the new methods to dissolve the scientific and practical problem of effective use of typical deep low-humus chernozem with the reproduction of its fertility with the crop rotations, fertilization systems and soil cultivation in the Forest Steppe of Ukraine. During the years of research, the meteorological conditions largely reproduced the agronomic and ecological potential and are typical for the zone of the central Forest-Steppe of Ukraine, this contributed to the use of the obtained indicators in production conditions. The soil surface of the experiments is characteristic for this region, which contribute to obtaining high and stable grain yields of winter wheat, soybeans, barley, corn, sunflower, buckwheat, peas with the conditions of a scientifically based approach to growing technology. Field and laboratory experiments were performed according to generally accepted methods. Agricultural technology in the experiments is generally accepted for the forest-steppe of Ukraine, except for the factors that were studied. It was established that during the period of sunflower germination in the 0- 10 cm layer of the soil, no significant difference in the reserves of available moisture was noted. Soil moisture reserves changed from 10,6 to 12,7 mm. Significantly higher reserves of available moisture in the upper 0-10 cm layer of the soil were observed for shallow tillage, compared to the control. At the beginning of sunflower flowering, the average moisture content in the 0-10 cm soil layer was 8.0 mm for the different tillage systems. During the sunflower harvesting period, moisture reserves decreased. It was cleared that the fine structure in the layer of 0–30 cm was the soil in the sunflower agrocenosis for the plow-unplowing system on the beginning of the growing season was 92,1 % of the valuable soil’s aggregates. The number of big agregates in the 0–10 cm layer for shallow treatment was 13.8%, for differentiated processing was 6,1 %, and for plow-unplowing system – 6,8 %. At the end of the sunflower growing season, in the 0–30 cm soil layer, compared to the early spring period, regardless of tillage measures, the number of agronomically valuable aggregates decreased, the number of fractions larger than 10 mm and fractions smaller than 0,25 mm increased. It was proved that the hardness of the soil in a layer of 0–30 cm in barley crops in the spring was 10,3 kg/cm2 for shallow tillage without shelves, for plowunplowing system – 7,4 kg/cm2 , for differentiated tillage – 5,3 kg/cm2 . The use of chisel tillage by 20–22 cm on the differential variant makes it possible to significantly loosen and reduce soil hardness indicators by 1,3–1,8 times compared to disk tillage. At the beginning of the growing season of the crops of the crop rotation, favorable density conditions were established, they were within the range of 1,11– 1,31 g/cm2 in the 0–30 cm soil layer. The humus balance in the grain-row crop rotation showed that the total amount of new formed humus is 12,38 t/ha, of which 9,40 t/ha underwent mineralization of the soybean field – 1,62 t/ha, corn – 2,9 t/ha. The highest indicators in terms of the level of soil’s humus were found in the fields of winter wheat, sunflower, and barley, where the largest amount of organic residues, straw and siderates were received. Organic-mineral fertilizer system stabilizes and increases humus content in crop rotations. The greatest increase in humus content is observed in grain and crop rotation with sugar beet. The content of humus under the mineral fertilizer system in the arable layer decreased in all crop rotations. It was established that crop rotations had a significant effect on the content of alkaline hydrolyzed nitrogen in the soil. Its highest content was observed in the crop rotation with sugar beet 125 mg/kg, in the remaining crop rotations it was 115–116 mg/kg of soil. The highest content of alkaline hydrolyzed nitrogen was recorded under the mineral fertilizer system of grain row crop rotation. The combined use of organic and mineral fertilizers, the content of phosphorus in the crop rotation at the time of sunflower germination had a significant increase. In the row crop rotation, the content of mobile phosphorus under the mineral fertilizer system in the plow layer was 6,5 mg/kg of soil lower compared to the crop rotation. In the variant of organic-mineral system in crop rotation with sugar beet, the amount of exchangeable potassium during the period of sunflower germination reached 205 mg/kg of soil in the arable layer, which ensured the effective use of potassium by the culture. In the variant of mineral fertilizer system in the crop rotation, the highest content of exchangeable potassium was observed in the arable layer, which is 209,0 mg/kg of soil. The organic fertilization system significantly reduced the content of exchangeable potassium in the arable and subsoil layers of the soil compared to the mineral system. The weed’s quality of winter wheat increases significantly with shallow tillage. Plow with unplowing tillage led to a decrease in the number of weeds in winter wheat field. The highest development of pea mould root was carried out with shallow tillage. Shallow tillage for peas helped to reduce the spread and development of mould black root. In sunflower, the highest biological activity was recorded for Plow- unplowing system and differentiated tillage, and lower – for shallow, shelfless loosening. The lowest biological activity in sunflower crops was 33 mg/m2 for shallow tillage compared to differentiated. It was established that resource-saving soil cultivation technologies contributed to the growth of the humus content in the 0–20 cm soil layer, by 0,43 % for disking at 10-12 cm, and by 0,64 % for technologies no-till. The application of plowing is marked by a decrease in humus content compared to the initial content by 0.05%. The largest collection of fodder units from 1 hectare was obtained with the mineral fertilizer system. The organic fertilization system led to a significant decrease in the productivity of arable land, compared to the mineral system. It was proven that the organic and organic-mineral fertilization system proved to be more energetically efficient in terms of soil energy content for all soil treatments, which led to a decrease in the energy potential of typical chernozem. The highest coefficient of energy efficiency was provided with the organic and organic-mineral fertilization system. Coefficient of effectiveness in grain-row crop rotation was 5,7, specialized grain-row crop rotation – 4,3, and row-row crop rotation – 5,8.