Світова тенденція до мінімізації обробітку ґрунту, з одного боку, обумовлена спробою зменшити витрати матеріальних ресурсів і праці на проведення обробітку, а, з іншого, можливістю управління культурними ґрунтотворними процесами і виходом на розширене відтворення ґрунтової родючості, яке є нереальним за постійного полицевого обробітку.
Беззмінний мінімальний обробіток ґрунту забезпечує розвиток процесів саморегуляції ґрунтових аналогів цілини, сприяючи накопиченню у верхній частині профілю чорнозему органічних речовин, поживних елементів і акумульованої енергії, що разом із раціональною антропогенною дією на ґрунт створює основу для розширеного відтворення родючості чорнозему.
Найбільш повне відтворення та реалізація ефективної родючості в Лісостепу України забезпечується різноглибинним обробітком ґрунту, який у більшості випадків виконується комбінуванням різних способів обробітку: полицевого, безполицевого, чизельного та інших. Вирівнювання орного шару по родючості найдоцільніше виконувати 2–3 рази за ротацію культур сівозміни в поєднанні з внесенням оптимальних доз органічних і мінеральних добрив та застосуванні засобів хімічного захисту рослин.
Актуальність в умовах Лівобережного Лісостепу України реалізації критерію для мінімізації обробітку ґрунту в сівозмінах зустрічаються часто, але не дивлячись на оптимальне співвідношення ґрунтових параметрів, у перші роки (5–6 років) переходу на систематичний поверхневий обробіток чорноземів, які знаходяться у стані крайньої агрофізичної деградації, можуть виникати обставини, що призводять до часткової або повної дискредитації основної ідеї мінімізації обробітку в агроценозах різноротаційних сівозмін. З іншого боку, важливо знати про віддалені наслідки систематичного поверхневого обробітку у порівнянні з оранкою та глибоким безполицевим обробітком на прояв продуктивності сівозмін з урахуванням змін у товщі чорноземів, а зазначене питання практично є невивченим, тому й досі актуальне. Особливо показово це проявляється в умовах різкого погіршення погодно-кліматичних умов до критичного рівня, коли коефіцієнт зволоженості за Шашко (КЗ) знижується до значень 0,55, а гідротермічний коефіцієнт Селянінова (ГТК) зменшується до значень 0,5–0,61 і нижче впродовж 1–1,5 місяців періоду вегетації польових культур.
За безполицевого обробітку чорнозему (на 4–5 рік застосування) вміст мікроорганізмів, які використовують органічні (МПА) і мінеральні (КАА) форми азоту в 0–15 см шарі ґрунту, зростає порівняно з оранкою: під час внесення органічних і мінеральних добрив (NPК(200–250) + 10–12 т гною на 1 га сівозміни) на 25–30%, що забезпечує підвищення біогенності ґрунту в 1,29–1,42 разів порівняно з оранкою. Показник біогенності відносно вмісту легкогідролізованого азоту, відповідно, зростає на 20–25–30–38%. Останній підвищується в 1,20–1,25 та 1,28–1,32 разів. За рахунок більш інтенсивної реутилізації зольних елементів в умовах безполицевого обробітку повертається у ґрунт більша у 2,80–2,90 разів їх кількість, ніж за оранки. Інтенсивність балансу (Іб) зольних елементів за 4–5 років застосування ґрунтозахисного обробітку порівняно з оранкою знижується у 2,05–2,15 разів: з азоту в 1,81–2,7 разів, калію — 2,9–3,0 разів, фосфору — 1,7–2,1 разів.
На основі проведених досліджень стає зрозумілою природа нестабільної поведінки чорнозему як системи, в перші роки систематичного застосування мілкого та мінімального безполицевого обробітку, який знаходиться у крайній стадії агрофізичної деградації, в умовах, що характеризуються критичністю погодно-кліматичних факторів.
За систематичної оранки 0–30 см шар чорнозему не має диференціації за щільністю будови. Часткова дегуміфікація та агрофізична деградація сприяють формуванню грудкувато-ущільненої будови горизонту, тоді як в умовах довгострокового безполицевого обробітку формується дрібногрудкувата пухка будова ґрунту. Після припинення застосування систематичної оранки необхідно 5–6 років для отримання оптимальної будови 0–30 см шару чорнозему за принципом: пухкий (0–10 см)-ущільнений (10–20 см)-пухкий (20–30 см).
Під час дослідження на 8–9 рік за систематичного безполицевого обробітку середня урожайність пшениці озимої та кукурудзи у порівнянні з оранкою була вищою на 0,27 та 0,68 т/га, а за безполицевого глибокого обробітку урожайність зазначених культур у зерно-просапній сівозміні була у межах похибки і мала тенденцію до зниження порівняно з систематичним мінімальним та поверхневим обробітком.
Цікавим і цінним виявився варіант обробітку ґрунту, де поверхневий обробіток раз у 5 років переривався глибокою оранкою за вирощування буряка цукрового, де середня урожайність зернових культур становила 4,63 т/га. Порівняно з оранкою та глибоким безполицевим обробітком зниження становило 0,12–0,15 т/га, а у порівнянні з систематичним поверхневим обробітком отримано надбавку зернових 0,14 т/га, або 3,1%. Амплітудний розмах урожайності зернових культур за комбінованого поверхневого обробітку був більш звуженим, а за абсолютними значеннями наближався до інтервальної урожайності за оранки та глибокого безполицевого обробітку. Аналогічно змінювався типовий інтервал значень урожайності зернових, який відносно систематичного поверхневого обробітку був в 1,15 рази більш звуженим зі значно вищими інтервальними значеннями урожайності. Вона за медіаною здебільшого тяжіла до верхнього (L0,75) типового значення, що свідчить про менш спадний тренд динаміки врожайності. Коефіцієнт варіації урожайності був на рівні 8,96%, що нижче відносно систематичного поверхневого обробітку в 1,27 раза, залишаючись на рівні (<10%) показників за оранки та глибокого безполицевого обробітку.
На 2019 рік найвища продуктивність зерно-просапних сівозмін була за комбінованого обробітку: надбавка становила 0,5–0,6 т/га відносно глибокого безполицевого та поверхневого обробітків. У період із 1999 по 2010 роки закономірність була оберненою: більш продуктивними сівозміни були за безполицевого і поверхневого обробітків. У середньому за цей час амплітудний розмах за мінімальним значенням урожайності зернових зростав в 1,23 раза від оранки до поверхневого обробітку, а за максимальним значенням, навпаки, знижувався в 1,12 раза.
Нормований розмах за нижнім квартилем (L0,25) найвищим був за глибокого безполицевого обробітку, тоді як за значенням верхнього квартиля за глибоких обробітків становив 6,45 т/га, а за поверхневого обробітку мав достовірну знижку на 0,11 т/га. Незалежно від способу обробітку ґрунту значення медіани тяжіло до верхнього типового, що свідчить про зростання урожайності зернових культур у період 1999–2019 років. Коефіцієнт варіації урожайності зернових культур у період останніх 20 років досліджень найвищим був за оранки (Квр=20,9%), тоді як за глибокого безполицевого та поверхневого обробітків він не перевищував 20%, що свідчить про більшу стабільність трендів зростання урожайності зернових культур (рис. 1).
Рис. 1. Динаміка урожайності зернових культур у зернопросапних 5-пільних сівозмінах за 2009–2019 роки
Протягом 2009-2019 роки урожайність збільшувалася, це пов’язано із вищою продуктивністю за оранки та комбінованого обробітку, який за середнім значенням урожайності перевершив оранку на 0,19 т/га. Так, середня урожайність становила 6,91 т/га проти 6,40 т/га за глибокого безполицевого і поверхневого обробітків: надбавка сягала +0,51 т/га.
Амплітудний розмах за максимальним і мінімальним значеннями урожайності змінювався за встановленою закономірністю: за безполицевого і поверхневого обробітків урожайність знизилася в 1,02–1,03 та 1,06–1,12 разів. Нормований змінювався за встановленою закономірністю: найбільш звуженим він був за глибокого безполицевого та поверхневого обробітків. Коефіцієнт варіації становив 13,1% за оранки проти 11,9–12,8% за безполицевих та комбінованого обробітків.
Аналіз кліматичних параметрів за 1999–2019 та 2009–2019 роки показав, що в середньому за період вегетації (квітень-вересень) кількість атмосферних опадів становила 275 мм і 289 мм, що менше за норму на 52 та 44 мм, або на 16 і 13%. За літній період кількість опадів становила 165 мм і 172 мм, що також нижче за норму на 30 і 25 мм, або на 15,0 та 13,0%. Середньодобова температура повітря за період вегетації сягала +21,1°С та +21,6°С, а за літній період +21,5°С та +21,9°С, що вище за норму на +2,26°С, +2,78°С, +1,94°С та +2,19° відповідно. Гідротермічний коефіцієнт Селянінова (ГТК) за квітень-серпень становив: ГТК=0,75 (1999–2019 рр) та ГТК=0,65 (2009–2019 рр). За літній період: ГТК=0,65 та ГТК=0,55 відповідно до періодів визначення відповідає середньому та сильному рівням посухи, а літній період в останні 3–5 років характеризувався як сильно посушливий.
Зазначені кліматичні параметри виявилися граничними для прояву продуктивності зернових культур за систематичного поверхневого обробітку найбільшою мірою, дещо менший вплив виявлено за глибокого безполицевого обробітку. За систематичної оранки продуктивність зернових культур була на високому рівні, але найвищі показники забезпечував комбінований поверхневий обробіток, коли кожен 5 рік виконувалася глибока оранка, про що свідчать розбіжність трендів динаміки зернових культур за останні 10 років проведення досліджень. Порівняння коефіцієнтів регресії експоненційних рівнянь залежностей зміни урожайності у часі показав, що інтенсивність зростання урожайності за комбінованого обробітку вища в 2,68–3,79 разів проти систематичного поверхневого та глибокого безполицевого обробітків, а оранку переважає в 1,16 раза.
За оранки карбонати скипають із глибини 65–70 см (вміст СаСО3 0,01–0,42%), за безполицевого обробітку з глибини — 50–55 см, (вміст карбонатів 0,04–0,75%), за поверхневого обробітку лінія скипання карбонатів знаходилась на 15–25 см від поверхні ґрунту, вміст карбонатів зростав до 0,25–1,61%, а тому до живлення культур в агроценозах сівозмін за мінімізації обробітку залучається не весь гумусований горизонт (0–70 см) чорнозему. В оброблюваному шарі ґрунту постійно присутні карбонати в кількості 20–25 т/га, тоді як за оранки та глибокого безполицевого обробітку вони відсутні. У метровій товщі за систематичного поверхневого обробітку запас карбонатів в 1,36–1,45 разів більший порівняно з оранкою. Обмінна кислотність набуває слаболужної реакції (рНсл>7,0), що блокує рухому форму фосфатів та обмінного калію за їх високого загального вмісту в гумусованому горизонті.
У гумусованому горизонті чорноземів між сполуками азоту, які легко гідролізуються, та вмістом карбонатів виявлено обернений зв’язок: за оранки та безполицевому обробітку: R= — 0,65–0,70±0,03, R2=0,45–0,62, а за поверхневого обробітку: R= –0,91±0,03, R2=0,84. Між вмістом гумусу та сполуками азоту, що легко гідролізуються, зв’язок прямий: R= +0,93–0.96±0,03, а між вмістом сполук азоту, що легко гідролізуються, та СаСО3 зв’язок обернений (R = –0,69±0,03), який посилюється за поверхневого обробітку. При цьому знижується залежність між вмістом карбонатів та амонійного і нітратного азоту до рівня середньої оберненої кореляції, тоді як за оранки та глибокого безполицевого обробітку залежність була на рівні тісної кореляції: R≥-0,70, R2≥0,49.
Відбувається диференціація усього гумусованого горизонту чорноземів типових, а не як прийнято вважати гумусового (0–40 см), за реалізації потенційної родючості через прояв ефективної родючості, а консервуючий вплив на ефективну родючість підсилюється від чорноземів типових середньогумусних легкоглинистих до типових малогумусних легкосуглинкових, на яких більш доцільним є виконання безполицевого та комбінованого поверхневого обробітку ґрунту. Ступінь гумідізації ґрунтових умов у географічному вимірі вимагає різноглибинного комбінованого обробітку з періодичною оранкою, а для ґрунтозахисту чорноземів від агрофізичної деградації та дегуміфікації необхідне застосування періодичного глибокого безполицевого рихлення відповідними ґрунтообробними знаряддями.
З явищем вторинного окарбоначування чорноземів Лісостепу землероби стикалися під час застосування підсічно-переліжної системи землеробства, коли систематичний мілкий обробіток сохою або ралом до 12–15 см сприяв підтягуванню карбонатів до поверхні ґрунтового профілю, що знижувало реалізацію потенційної родючості через прояв її ефективну форму за рахунок карбонатного «засолення», негативна дія якого знімалася необхідністю переведення земель у стан перелогу, яке з часом знижувало лінію скипання СаСО3 до природного рівня залягання (50–60 см), як і у разі утримання перелогу.
Однією із причин розробки землеробами системи різноглибинного обробітку була спроба подолати наслідки вторинного окарбоначування із метою посилити прояв ефективної родючості в наявних агроценозах з тієї причини, що мілкий обробіток сохою або ралом та малоінтенсивні сорти не могли різко за короткий час знизити рівень природної та потенційної родючості чорноземів. Саме різноглибинний обробіток дозволяв контролювати процес карбонатного «засолення», вирішувати ряд важливих питань прояву ефективної родючості та не вилучати землі на довгий час під утриманням у стані перелогу.
Отже, у лівобережному Лісостепу України на чорноземах типових середньо- та малогумусних важкого і легкого гранулометричного складу слід застосовувати ґрунтозахисні технології вирощування сільськогосподарських культур, в основі яких лежить безполицевий обробіток на глибину від 22–25 см до 10–12 см із мульчуванням поверхні поля поукісними рештками попередньої культури.
У перші роки (від 5 до 6 років) застосування ґрунтозахисних технологій слід виконувати різноглибинний безполицевий обробіток. Після чого число глибоких обробітків можна зменшити до 1–2, а після 15-го року застосування варто переходити до систематичного безполицевого обробітку на 10–12 см на чорноземах середньогумусових важкого гранулометричного складу, а на малогумусованих легкосуглинкових слід застосовувати поверхневий обробіток із перериванням оранкою або глибоким безполицевим обробітком кожні 5 років.
Зниження урожайності зернових культур від довгострокового (43 роки) поверхневого обробітку більшою мірю та глибокого безполицевого меншою пов’язане з відтворенням гідрогенно-акумулятивного процесу вторинного окарбоначування як процесу вторинної акумуляції СаСО3 у профілі чорноземів за рахунок посилення ступеня гумідності та біогенності ґрунтових умов у літній період року. Процес вторинного окарбоначування товщі чорноземів під впливом систематичного поверхневого обробітку проявляється на 4–5 рік від початку застосування, який у часі посилюється, викликаючи карбонатне «засолення», що призводить до посилення ґрунтової посухи в складних погодно-кліматичних умовах у літній період вегетації сільськогосподарських культур в агроценозах Лісостепу.
Від межі Лісостепової і Степової зон на північний захід під впливом поверхневого безполицевого обробітку надмірно консервується прояв ефективної форми родючості (за рахунок вторинного окарбоначування) за одночасного нарощування потенційної родючості чорноземів, що знижує продуктивність сівозмін. Найвищої продуктивності аґроценози за неглибокого безполицевого обробітку набувають на межі Лісостепової і Степової зон у географічно-широтно витриманій смузі чорноземів типових, а далі на північний захід ефективнішим буде застосування різноглибинного комбінованого обробітку, який перериває активізацію вторинного окарбоначування чорнозему, контролюючи рівень його прояву у часі, тим самим забезпечує зростальну стабільну продуктивність агроценозів Лівобережного Лісостепу України.
О. В. ДЕМИДЕНКО, доктор с.-г. наук, Черкаська державна с/г
дослідна станція ННЦ «Інститут землеробства НААН України»
