Післяжнивні рештки врятують грунт
У процесі систематичного, інтенсивного використання чорноземи значно втратили свою природну родючість, внаслідок зниження рівня саморегуляції гумусного, фізико-хімічного та біологічного стану; погіршення агрофізичних властивостей, газово-температурного, поживного, окислювально-відновного і водного режимів, що призвело до їх морфогенетичної деградації та зниження вмісту гумусу. При недостатньому надходженні в грунт біомаси за систематичного використання полицевої оранки спостерігається постійне зниження гумусного потенціалу, тобто йде мобілізація сполук азоту, які перебувають у гумусі (мінералізація).
У зв’язку з істотним скороченням використання органічних (гною) і мінеральних добрив у сільському господарстві України за останні 24 роки, в результаті зменшення поголів’я худоби та постійного росту цін на міндобрива, зросла увага до використання післяжнивно-кореневих залишків як альтернативного джерела поповнення органічної речовини в ґрунті. Від кількості і термінів їх розкладання значною мірою залежить не тільки рівень родючості, а й урожайність польових культур у сівозміні.
Дослідження: визначення впливу рослинних залишків
Експериментальні дослідження з вивчення впливу рослинних залишків і способів їх загортання у грунт на його родючість виконували протягом 2002-2009 рр. в стаціонарному досліді Інституту сільського господарства степової зони НААН України у короткоротаційних сівозмінах: зерно-паро-просапній (чистий пар-пшениця озима-соняшник) і зерно-просапній (чистий пар-пшениця озима-ячмінь ярий).
У сівозмінах вивчали дві системи основного обробітку ґрунту та загортання рослинних залишків: полицевої (оранка) на 20-22 см та мілкої (мульчувальної) на 12-14 см. На полі залишали всю подрібнену листостеблову масу попередників без її відчуження. Загортання рослинних залишків за полицевої системи обробітку виконували плугом ПО-3,35, мілкої (мульчувальної) агрегатами БДВ-6,3, КР-4,5, КШН-5,6 «Резидент» та канадським чизель — культиватором Conser Till Plow. Елементи мінерального живлення вносили відповідно до ґрунтової діагностики. Входження у сівозміни проводили одним полем, здійснено дві ротації чергування культур: перша — 2002-2007, друга — 2005-2010 рр.
Грунт дослідної ділянки — чорнозем звичайний важкосуглинковий із вмістом гумусу в шарі 0-30 см — 4,2%, нітратного азоту — 13,2%, рухомих форм фосфору і калію (по Чирикову) — відповідно 145 і 115 мг/кг.
Згідно з результатами досліджень, залишені на полі післяжнивні рослинні залишки польових культур у короткоротаційних сівозмінах повертають значну кількість раніше відчужених елементів живлення з ґрунту. Ступінь повернення елементів живлення з післяжнивними залишками перш за все залежала від врожаю побічної продукції, а також від його хімічного складу (табл. 1).
Таблиця 1. Хімічний склад зерна та післяжнивно-кореневих решток польових культур
Найбільше повертають у грунт пшениця озима та соняшник
Згідно з нашими розрахунками найбільша кількість елементів живлення поверталося із післяжнивними залишками соломи пшениці озимої (N — 58,5-71,9 кг/га; Р2О5 — 16,6-16,7; К2О — 110,2-114,5 кг/га) і стеблами соняшнику (N — 59,8-70,5 кг/га; Р2О5 — 15,1-16,4; К2О — 158,1-186,5 кг/га), що пояснюється високим урожаєм побічної продукції та значним вмістом елементів живлення у ній. Істотно менша кількість (в 1,6-2,9 разів) елементів живлення поверталося із побічною продукцією ячменю ярого (N — 34,2-43,2 кг/га; Р2О5 — 9,6-10,4; К2О — 55,0-63,7 кг/га) у зв’язку з низькою урожайністю соломи (порівняно з побічною продукцією пшениці і стеблами соняшнику) (табл. 2).
Таблиця 2. Повернення елементів живлення разом із післяжнивно-кореневими
залишками польових культур, залежно від систем обробітку ґрунту
Вагому частину елементів живлення повертає у ґрунт також коренева система польових культур. У нашому випадку коренева система пшениці озимої залишала після своєї мінералізації N — 50,3-60,7 кг/га; Р2О5 — 7,0-7,9; К2О — 14,1-17,0 кг/га, що було значно менше порівняно з післяжнивними залишками, особливо по калію в 6,7-7,8 разів. Такі ж закономірності були притаманні і для елементів живлення у кореневих рештках соняшнику та ячменю ярого, зменшення їх кількості порівняно з елементами надземних залишків по азоту були в 1,4-3,1; фосфору — 2,6-4,2; калію — 6,2-6,8 разів.
У загальній своїй масі рослинні залишки (кореневі + післяжнивні) залишали значну частину органічного субстрату, який при гуміфікації та мінералізації частково перетворюється у гумус, а також рухомі елементи живлення (N-NO3, Р2О5, К2О). Максимальну кількість рослинних залишків після себе залишала пшениця озима (N — 108,8-132,6 кг/га; Р2О5 — 23,7-24,5; К2О — 124,3-131,5 кг/га) та соняшник (N — 78,8-92,6 кг/га; Р2О5 — 18,7-20,3; К2О — 181,6-216,4 кг/га), значно менше ячмінь ярий (N — 59,0-70,8 кг/га; Р2О5 — 13,2-14,8; К2О — 63,0-73,1 кг/га). Задіяна в біологічний кругообіг загальна кількість рослинних залишків розподілялася по окремих органах рослин зернових культур у такому співвідношенні: основна продукція — 44%, післяжнивні залишки (побічна продукція) — 39-40%, коренева система — 16-17%, а соняшнику — відповідно 32, 52 і 16%.
Способи і системи основного обробітку ґрунту мали в цілому незначний вплив на загальну величину повернення елементів живлення із рослинними залишками, що, в свою чергу, тісно пов’язано з урожайністю польових культур. Так, при загальній, дещо більшій урожайності за полицевої оранки, відповідно і повернення елементів живлення було вищим порівняно з мілкою (мульчувальною) системою по азоту в 1,15-1,2; фосфору — 1,03-1,05; калію — 1,13-1,15 рази.
Відносні показники можливого повторного використання макроелементів після мінералізації рослинних залишків вирощуваних культур становлять відносно N — 48-53%, Р2О5 — 30-34%, К2О — 72-90% від обсягів їх біологічного кругообігу на формування врожаю. Виходячи з цього, при плануванні систем удобрення в сівозміні слід враховувати передусім компенсацію використаного азоту і фосфору, які в найменшій кількості повертаються у грунт.
Як відомо, різні способи основного обробітку ґрунту дають можливість регулювати практично всі ґрунтові процеси, створювати сприятливі умови для розвитку рослин і забезпечувати високу ефективність використання мінеральних добрив разом із післяжнивними залишками попередника, які забезпечують процес розширеного відновлення родючості та відновлення природного ґрунтоутворення чорноземів в агроценозах.
Спосіб загортання має значення
Спосіб загортання післяжнивних залишків у ґрунт суттєво впливає на коефіцієнт їх гуміфікації. Так, при поверхневому загортанні (мілка (мульчувальна) система) він на третину вищий у порівнянні з полицевою оранкою, що свідчить про можливість використання нетоварної частини врожаю як органічного добрива для відновлення гумусу і родючості чорноземів.
Використання в наших дослідженнях післяжнивних залишків вирощуваних культур разом із мінеральними добривами в помірних дозах N30-60, N30-60P30K30 зумовлювало певні зміни в показниках потенційної і ефективної родючості ґрунту. Систематичне, протягом 6 років, загортання у грунт (50% при мілкій (мульчувальній) системі і практично повне при полицевій оранці) біомаси побічної продукції культур сівозміни, навіть в автономному використанні (без мінеральних добрив) забезпечувало бездефіцитний баланс гумусу. При вихідній гумусованості шару 0-30 см — 4,2%, на кінець другої ротації вміст загального гумусу в зерно-паровій сівозміні становив 4,21-2,24%, зерно-паро-просапній — 4,22-4,28%, а при поєднанні з внесенням мінеральних добрив зростав відповідно на 0,03-0,13 і 0,01-0,04% (табл. 3). Тобто внесення мінеральних добрив у поєднанні з післяжнивними залишками сприяло зростанню коефіцієнту гуміфікації, а відповідно і більшому накопиченню гумусу не тільки за мілкої (мульчувальної) системи обробітку ґрунту, а навіть і при використанні полицевої оранки.
Таблиця 3. Вміст гумусу, валового азоту і фосфору по закінченню другої ротації сівозмін,
залежно від систем обробітку ґрунту, %
Процес гуміфікації
У цілому спостерігалася тенденція до поліпшення гумусного стану ґрунту за систематично мілкої (мульчувальної) системи обробітку в сівозмінах короткої ротації, внаслідок зниження процесів мінералізації та підвищення гуміфікації порівняно з полицевою оранкою.
Використання післяжнивних залишків як органічного добрива забезпечує енергетику культурного ґрунтоутворювального процесу в агроценозах за умови внесення азотних добрив (азоткомпенсаціі) 8-10 кг діючої речовини на 1 тонну післяжнивних залишків для забезпечення життєдіяльності мікроорганізмів. Краще всього використовувати азот в аміачній або амідній формі, тобто сульфат амонію, хлористий амоній або карбамід. При цьому сповільнюється використання мінерального азоту ґрунту мікроорганізмами і гальмується процес мінералізації органічних речовин в результаті високої біогенності ґрунту. Окрім цього, при розкладанні кореневих і післяжнивних залишків зернових культур з відносно низьким вмістом азоту процеси мінералізації переважають над процесами гуміфікації, оскільки безазотисті гумусові сполуки нестійкі і швидко мінералізуються. Встановлено, що для кореневих залишків пшениці озимої коефіцієнт гуміфікації побуває у межах 0,15-0,18 (C:N — 35-40:1), для соломи — приблизно 0,10 (C:N — 80:1). Коефіцієнт гуміфікації органічних добрив (гною) становить 0,2-0,3 (C:N — 25-35:1). Виходячи з цього, спільне використання післяжнивних залишків і мінеральних добрив у рекомендованих дозах збільшує коефіцієнт гуміфікації на 23-25%.
Найдоцільніше диференційована система обробітку грунту
На думку багатьох науковців, зменшення мінералізації органічних речовин і збільшення частки процесів гуміфікації до 50% можливо досягти при глибокому заорюванні органічних субстратів вглиб оброблюваного шару. Мілкий (мульчувальний) обробіток ґрунту по типу дискування знижує мінералізацію органіки, що свідчить про більш раціональне використання продуктів мінералізації органічної речовини ґрунту польовими культурами. Тому найдоцільнішим, з точки зору стабілізації гумусного стану, є раціональне застосування мілкого (мульчувального) обробітку ґрунту з полицевою оранкою, тобто використання диференційованої системи обробітку ґрунту.
Використання післяжнивних залишків (солома ранніх зернових, стебла соняшнику і кукурудзи) на добриво має також велике екологічне значення:
- рівномірно розподілені по полю післяжнивні залишки захищають грунт від ерозійних процесів, пересихання та ущільнення;
- утилізується велика кількість органічної маси, а елементи напіврозпаду повністю поглинаються ґрунтовим комплексом;
- органічна маса повторно включається у кругообіг мінерального і органічного живлення рослин для формування нового врожаю;
- органічна маса розкладається в ґрунті протягом тривалого часу, не забруднює його високими концентраціями нітратного азоту, органічного фосфору і калієм;
- стабільний баланс надходження у грунт і втрат елементів живлення рослин з післяжнивними залишками виключає можливість вимивання рухомих елементів живлення і їх винесення з поверхневими стоками у водойми;
- залишення на полі післяжнивних залишків сприяє розвитку ґрунтової фауни, що підвищує активність бактерій, черв’яків та інших організмів, поліпшенню агрохімічних і фізичних властивостей ґрунту.
Таким чином, при суттєвому скороченні обсягів використання органічних добрив в Україні можлива часткова компенсація втрат поживних речовин за рахунок залишеної на полі нетоварної частини врожаю (побічна продукція). Залишені післяжнивні залишки дають можливість на кінець другої ротації короткоротаційних сівозмін підвищити вміст гумусу в оброблюваному шарі на 0,03-0,13% і повернути в грунт значну частину рухомих елементів живлення (N-NO3, Р2О5, К2О). Тобто рослинні залишки сприяють збереженню рівня ґрунтової родючості не тільки за мілкого (мульчувального) обробітку ґрунту, а й при використанні полицевої оранки.
