Вплив способів обробітку та добрив на показники родючості чорнозему звичайного і урожайність сільськогосподарських культур ланки зерно-паро-просапної сівозміни в умовах північного Степу України

Abstract

Останнім часом в Україні набувають поширення негативні процеси, пов’язані з загостренням економічної ситуації, стрімким зростанням цін на мінеральні добрива, скороченням обсягів внесення традиційних органічних добрив, заміною енерговитратних традиційних систем обробітку ґрунту на безполицеві та інші ресурсозберігаючі. Наслідками цього стає втрата родючості ґрунту. До цього слід додати і глобальні зміни клімату, що спостерігаються в Україні в останній час, які безпосередньо впливають на рослинність, ґрунтотворні процеси і на умови вирощування сільськогосподарських культур. Тому виникає необхідність в подальшому і більш детальнішому вивченні впливу різних способів обробітку і добрив на родючість ґрунту для упередження негативних процесів у ньому і розробки заходів з адаптації землеробства відповідно до ґрунтово-кліматичних умов регіону. Необхідність проведення подальших досліджень по визначенню впливу способів основного обробітку та удобрення на показники родючості ґрунту, забур’яненість посівів і урожайність сільськогосподарських культур базується і на аналізі результатів проведених у цьому напрямку дослідів, представлених у науковій літературі, у тому числі і в умовах північного Степу України. У дисертаційній роботі висвітлено вплив способів обробітку і добрив на агрофізичні, агрохімічні, мікробіологічні показники, вміст гумусу у чорноземі звичайному важкосуглинковому, забур’яненість посівів, урожайність і якість зерна культур ланки польової сівозміни: пшениця озима по кукурудзі МВС (молочно-воскова стиглість) – горох – пшениця озима в умовах північного Степу України. Встановлена економічна ефективність їх вирощування. За результатами проведених у 2010–2012 рр. дослідів встановлено, що досліджувані способи обробітку ґрунту у ланці сівозміни, які базуються на полицевій оранці і безполицевому розпушуванні, по-різному впливають на його структуру. Безполицевий обробіток зумовлює краще збереження водостійкої структури чорнозему. У середньому за роки досліджень різниця за вмістом водотривких агрегатів > 0,25 мм навесні у шарі ґрунту 0–30 см по культурах ланки сівозміни на його користь була: пшениця озима по кукурудзі МВС – 1,9, горох – 4,4 і пшениця озима по гороху – 3,0 %. За результатами наших досліджень не встановлено істотної різниці за впливом способів основного обробітку на щільність складання ґрунту у шарі 0−30 см під культурами ланки сівозміни навесні та на час їх збирання. Відзначено лише незначне підвищення цього показнику протягом вегетації культур в шарі ґрунту 10–30 см в усіх варіантах обробітку, яке у цілому по ланці сівозміни у середньому становило 0,06 г / см3 або 6,7 %. Встановлено, що безполицевий обробіток ґрунту сприяє зменшенню витрат вологи на непродуктивне випаровування в умовах часто повторюваних посушливих явищ. У середньому за роки досліджень різниця за вмістом продуктивної вологи на час збиранням урожаю у метровому шарі ґрунту на користь безполицевого обробітку становила: 4,2 (пшениця озима по кукурудзі МВС), 3,9 (горох) і 2,9 (пшениця озима по гороху) мм, або 5,8, 4,6 і 3,9 %, відповідно. Результати наших досліджень дають можливість судити про інтенсивність мікробіологічної діяльності в орному шарі грунту, а саме, про швидкість розкладання клітковини, що входить до складу рослинних решток. У 2011 році відмічене збільшення активності бактерій, що розкладають целюлозу, у шарі ґрунту 10–20 см у варіантах полицевого обробітку, порівняно з безполицевим, в посівах гороху і пшениці озимої після гороху. Так, у середньому за роки досліджень ця різниця на користь оранки становила: горох – 0,2 (варіант без добрив), 5,4 (з рекомендованою дозою) і 2,3 (з дозою на запланований урожай) %; пшениця озима, відповідно, – 1,1, 2,6 і 1,6 %. Мінеральні добрива (рекомендовані в регіоні: під горох – N45P35K15, пшеницю озиму − N60P60K30; розраховані на запланований урожай, відповідно, − N50P30K20 і N90P80К70) не сприяли суттєвим змінам цього показнику. З глибиною орного шару швидкість розкладання клітковини сповільнювалася. За результатами проведених дослідів встановлено збільшення вмісту загального, водорозчинного і лабільного гумусу у ґрунті на варіантах з обробітком, що базується на безполицевому розпушуванні, порівняно з постійною оранкою. Достовірна різниця за вмістом загального гумусу спостерігалася у шарі 0–10 см. Значна різниця за вмістом водорозчинного гумусу на користь безполицевого обробітку спостерігалася у шарі 0–10 і 30–40 см, а лабільного гумусу – в усьому орному (0–30 см) шарі ґрунту. Застосовувані в дослідах добрива сприяли змінам вмісту гумусу у шарі ґрунту 0‒50 см. Досліджувані способи обробітку ґрунту по-різному впливають на його поживний режим. При застосуванні добрив безполицевий обробіток поліпшує агрохімічні показники орного шару, сприяє зростанню кількості нітратного азоту, рухомого фосфору і обмінного калію в шарі ґрунту 0–30 см, в порівнянні з оранкою. Фонова оранка під кукурудзу в сівозміні зменшувала різку диференціацію за елементами живлення по профілю ґрунту. Застосування мінеральних добрив сприяло зростанню вмісту елементів живлення в шарі 0–30 см на досліджуваних варіантах і підвищенню продуктивності сільськогосподарських культур. Розглянуті способи основного обробітку ґрунту в ланці зерно-паро-просапної польової сівозміни: пшениця озима по кукурудзі МВС – горох – пшениця озима на тлі застосування полицевої оранки під кукурудзу в умовах північного Степу України по-різному впливають на ступінь засміченості культур. Безполицевий обробіток, у порівнянні з полицевим, сприяє збільшенню чисельності бур'янів, проте до збільшення їх повітряно-сухої маси не веде. Застосовувані в досліді мінеральні добрива сприяли збільшенню повітряно-сухої маси бур'янів і кількості малорічних їх видів. Боронування посівів культур легкими боронами в період їх вегетації знижувало ефект засмічення малорічними бур'янами. Облік урожайності польових культур і визначення вмісту білку у їх зерні не виявило переваги того чи іншого способу обробітку ґрунту у досліді. Застосування знарядь для безполицевого обробітку зумовлювало скорочення виробничих витрат на вирощування культур у ланці сівозміни і підвищення рівня рентабельності, який є показником окупності витрат. У середньому по ланці сівозміни за роки досліджень він був вище на варіантах з безполицевим обробітком, порівняно з оранкою, на 6,7 (без добрив), 6,3 (рекомендована норма) і 5,9 (норма на запланований урожай) %. Посушливі умови років досліджень зменшували ефективність використання рослинами поживних речовин з добрив. У 2010 і 2012 рр. мінеральні добрива суттєво вплинули тільки на урожайність пшениці озимої після кукурудзи МВС, у 2011 році ‒ всіх культур ланки сівозміни. Причому, збільшення дози внесення добрив у посівах пшениці озимої у цьому році зумовлювало підвищення її урожайності. Середній приріст урожаю зерна за роки досліджень від застосування рекомендованих доз туків (N45P35K15 під горох, N60P60K30 під пшеницю озиму) становив: пшениці озимої по кукурудзі МВС – 0,91, гороху – 0,17, пшениці озимої по гороху – 0,10 т / га, або, відповідно, 55,3, 12,2 і 4,4 %. Від внесення добрив у дозі N90P80K70 на запланований урожай під пшеницю озиму приріст становив: після кукурудзи МВС – 0,97 і після гороху ‒ 0,22 т / га, або 58,6 і 9,6 %, відповідно. Добрива сприяли зростанню вмісту білку у зерні культур. Суттєво це спостерігалося у 2010 році – у зерні гороху і пшениці озимої після кукурудзи МВС і у 2012 – у зерні пшениці озимої по обом попередникам. У середньому за роки досліджень різниця, у порівнянні з варіантами без добрив, становила: пшениця озима після кукурудзи МВС: варіант з рекомендованою нормою – 1,9, з нормою на запланований урожай – 2,2 %; горох та пшениця озима після гороху, відповідно, – 0,6 і 0,8 та 1,6 і 2,5 %. Натомість, застосування вказаних у досліді доз добрив розкидним способом під основний обробіток ґрунту в умовах недостатнього зволоження призводило до збільшення собівартості продукції і зниження рівня рентабельності вирощуваних у досліді культур в усі роки досліджень. Так, у середньому по ланці сівозміни за 2010–2012 рр. у варіантах з рекомендованими дозами туків рівень рентабельності знижувався: у варіантах з полицевим обробітком ґрунту на 51,8, безполицевим – на 52,3 %, у варіантах з нормами на запланований урожай – відповідно на 69,4 і 70,2 %, порівняно з варіантами без добрив. Recently, negative processes have been spreading in Ukraine related to the deterioration of the economic situation, the rapid increase in the prices of mineral fertilizers, the reduction in the volume of traditional organic fertilizers, and the replacement of traditional tillage on systems with moldboard-free and other resource-saving ones. The consequences of this is loss of soil fertility. The global climate changes observed in Ukraine, which directly affect the vegetation and soil formation processes. Consequently, there is a need for further and more detailed study of the impact of various tillage and fertilizers on soil fertility to prevent negative processes in it and to develop measures for adapting agriculture to the soil and climatic conditions of the region. The need for further research to determine the impact of various tillage and fertilizer measures on soil fertility, weeds and crop yields is based on the analysis of the results of experiments conducted in this direction, including in the conditions of the northern Steppe of Ukraine, presented in the scientific literature. In the dissertation is shown the influence of processing methods and fertilizers on agrophysical, agrochemical, microbiological indicators, humus content in ordinary heavy loamy black soil, weeds in crops, crop yield and grain quality of cultures of a grain-steam-tilled crop rotation link: winter wheat after corn MWR (milk-wax ripeness) – peas – winter wheat in the northern Steppe of Ukraine. The economic efficiency of their cultivation is established. According to the results of the experiments carried out in 2010–2012, it was established that the studied cultivation methods in crop rotation link (plowing and loosening without dumps) affect the structurally-aggregate composition of the soil. Loosening without dumps leads to better preservation of the water-resistant structure of chernozem. On average, over the years of research, the difference in the content of water-resistant aggregates > 0,25 mm in spring in a soil layer of 0–30 cm on crops in the crop rotation link in his favor was: winter wheat after corn MWR – 1,9, peas – 4,4 and winter wheat after peas – 3,0 %. According to the results of our research, there were no significant differences in the effect of the main cultivation methods on the bulk density of the soil in a layer of 0–30 cm of a link of crop rotation in spring and before harvesting. There was only a slight increase in this indicator during the growing season of crops in the soil layer of 10–30 cm in all cultivation options, which in general in the crop rotation link averaged 0,06 g / cm3 or 6,7 %. It was established that of loosening without dump contributed to a decrease in water consumption for unproductive evaporation in the conditions of frequently repeated dry events. On average, over the years of research, the difference in the amount of productive moisture before harvesting in a meter layer of soil in favor of loosening without dump: 4,2 (winter wheat after corn MWR), 3,9 (peas) and 2,9 (winter wheat after peas) mm, or 5,8, 4,6 and 3,9 %, respectively. The results of our studies make it possible to judge the intensity of microbiological processes in the arable layer, namely, the rate of decomposition of cellulose, which is part of plant residues. In 2011, there was an increase in the activity of bacteria decomposing cellulose in the soil layer of 10–20 cm in plowing options compared to loosening without dumps in crops of peas and winter wheat after peas. So, on average this difference in favor of plowing was: peas – 0,2 (option without fertilizers), 5,4 (with the recommended dose) and 2,3 (with the dose for the planned crop) %; winter wheat, respectively, 1,1, 2,6 and 1,6 %. Mineral fertilizers (recommended in the region: N45P35K15 for peas, N60P60K30 for winter wheat; calculated on the planned crop: N50P30K20 and N90P80K70, respectively) did not lead to significant changes in this indicator. With the depth of the arable layer, the rate of cellulose decomposition slowed down. Based on the results of the experiments, an increase in the content of total, water-soluble and labile humus in the soil was established in the variants with processing based on loosening without dumps, compared with constant plowing. A significant difference in the content of total humus was observed in the 0–10 cm layer. A significant difference in the content of water-soluble humus in favor of loosening without dumps was observed in the 0–10 and 30–40 cm layers, and labile humus – in the entire arable (0‒30 cm) soil layer. The fertilizers used in the experiments contributed to changes in the humus content in the soil layer 0–50 cm. The studied methods of soil cultivation have different effects on its nutritional regime. Loosening without dumps improves the agrochemical parameters of the arable layer, contributes to an increase in the amount of nitrate nitrogen, mobile phosphorus and exchange potassium in the soil layer 0‒30 cm compared to plowing when applying fertilizers. Background plowing for maize in crop rotation reduced drastic differentiation by nutrients along the soil profile. The use of mineral fertilizers contributed to an increase in the content of nutrients in the 0‒30 cm layer in the studied variants and to an increase in the productivity of agricultural crops. The considered methods of the main tillage in the link of grain-steam-tilling crop rotation: winter wheat after corn MWR ‒ peas ‒ winter wheat on the background of plowing for corn in the northern Steppe of Ukraine differently affectе on the weeds of crops. Loosening the soil without dumps, compared to plowing, contributes to an increase in the number of weeds, but does not lead to an increase in their air-dry mass. Mineral fertilizers used in the experiment contributed to an increase in the number of annual weeds and air-dry mass of all weeds. Harrowing of crops with light harrows during their growing season reduced the effect of clogging by annual weeds. Accounting for the yield of field crops and determining the protein content in their grain did not reveal the advantages of one or another processing method in the experiment. The use of equipment for loosening the soil without dumps to a reduces in production costs for growing crops in the crop rotation link and the level of profitability, which is an indicator of cost recovery. On average, over the years of research, it was higher in the crop rotation link unit compared to plowing, by 6,7 (without fertilizers), 6,3 (recommended norm) and 5,9 (norm on the planned crop) %. The arid conditions of the study period reduced plant nutrient utilization from fertilizers. In 2010 and 2012 мineral fertilizers significantly affected only the yield of winter wheat after corn MWR, in 2011 – all crops in the crop rotation link. Moreover, an increase in the fertilizer dose in winter wheat crops in thаt year led to an increase in its crop. The average increase in grain yield over the years of research from the use of recommended doses of fertilizers (N45P35K15 for peas, N60P60K30 for winter wheat) amounted to: winter wheat after corn of the MWR – 0,91, peas – 0,17, winter wheat after peas – 0,10 t / ha, or 55,3, 12,2 and 4,4 %, respectively. From the application of fertilizers for winter wheat at a dose of N90P80K70 for the planned yield, the increase was: after corn of the MWR ‒ 0,97 and after peas ‒ 0,22 t / ha, or 58,6 and 9,6 %, respectively. Fertilizers contributed to the increase in the amount of protein in grains crops. This was substantially observed in 2010 ‒ in peas and winter wheat grains after corn MWR and in 2012 ‒ in winter wheat grains after all predecessors. On average, over the years of research, the difference compared to the options without fertilizers was: winter wheat after corn MWR: the variant with the recommended norm ‒ 1,9, with the norm on the planned crop 2,2 %; peas, winter wheat after peas, respectively, 0,6 and 0,8, 1,6 and 2,5 %. On the other hand, the use of the doses of fertilizers indicated in the experiment in conditions of insufficient moisture led to an increase in the cost of production and a decrease in the level of profitability of the grown crops in all years of research. So, on average, in the crop rotation link for 2010‒2012 in the variants with recommended doses of fertilizers, the profitability level decreased: in variants with plowing by 51,8 %, with loosening the soil without dumps by 52,3 %, in variants with the norms on the planned crop ‒ by 69,4 and 70,2 %, respectively, compared to the options without fertilizer.