Органіка для чорноземів Степу

Інтенсивне використання ґрунтових ресурсів у другій половині XX століття супроводжувалось посиленням деградаційних процесів, що зумовило зниження потенційної родючості та погіршення агрофізичних властивостей чорноземів звичайних Степу України

Фактичний середній уміст гумусу в їх орному шарі становить 3,5% за оптимуму 4,3%. Критичними же для цього типу ґрунтів уважаються показники в межах 3–3,5%. Тобто за вмістом органічної речовини ґрунтовий покрив зони поступово набуває небезпечного стану, який загрожує екологічній рівновазі польових агроценозів.

Зважаючи на обмежені можливості щодо застосування гною та високу вартість туків, перспективним напрямом є залучення в біологічний колообіг як добрива та поліпшувача чорнозему побічної продукції вирощуваних культур. Її ефективність у прямій дії і післядії залежить від низки чинників, зокрема кількості, якості та систематичності внесення у сівозміні, глибини та способу загортання, вихідної характеристики ґрунту, гідротермічних елементів погоди тощо. У сприятливі роки за наявності в орному шарі понад 4% гумусу щорічне загортання 4–5 т післяжнивних решток на 1 га сівозмінної площі дозволяє отримати на рівнині врожайність пшениці озимої та кукурудзи — 5,0–5,5 т/га, соняшнику — 2,0–2,5, ячменю ярого — 2,5–3,0, вівса — 3,5–4,0 т/га.

Проблема використання рослинних продуктів суттєво ускладнюється на еродованих землях із гіршими показниками родючості, а також в умовах посухи внаслідок слабкої активності мікробіоти, гальмування процесів накопичення і споживання азоту.

Для характеристики й оцінювання темпів, динаміки та ймовірних часових змін гумусного стану чорноземів звичайних середнього та важкосуглинкового гранулометричного складу залежно від особливостей їх використання і агротехніки, залучено наукові дані, отримані в тривалих стаціонарних дослідах лабораторій родючості ґрунтів і природоохоронних систем обробітку ґрунту Інституту зернових культур. Природним еталоном умов цілини слугувала ділянка 55-річного перелогу, розташована в межах землекористування Ерастівської дослідної станції.

Чинник сівозміни

У коротких сівозмінах без чистого пару тривале загортання в ґрунт усієї побічної продукції вирощуваних культур (4–5 т/га) навіть без унесення гною дозволяє зберігати досить високий рівень потенційної родючості чорнозему. За вихідної гумусованості орного шару 4,25% на час закінчення другої ротації сівозміни вміст загального гумусу (шар 0–30 см) у сівозміні з кукурудзою становив 4,23%, у сівозміні із соняшником — 4,29%. Також слід зазначити, що автономне використання післяжнивних решток підтримувало бездефіцитний баланс органічної речовини в ґрунті тільки за сприятливих умов для отримання високого врожаю вегетативної і кореневої маси рослин (перша ротація) і не забезпечувало повного відтворення гумусу в посушливі роки (друга ротація). Сукупно за дві ротації 3-пільної сівозміни кількість його зросла всього на 0,04–0,05 т/га, що не виходить за межі похибки досліду.

Застосування листостеблової маси на добриво сумісно з унесенням на 1 га ріллі 13 т гною зумовило вірогідне підвищення вмісту гумусу в орному шарі ґрунту на 0,17–0,34%. Експериментальні дані збігаються з балансовими розрахунками, згідно з яким середньорічне надходження в ґрунт новоутвореного гумусу на угноєному фоні становить 2,22–2,26 т/га, зокрема внаслідок трансформації гною 0,73 т/га (32–33%), пожнивних і кореневих решток 1,49–1,53 т/га (67–68%). За річної мінералізації органіки на рівні 1,28–1,33 т/га комбінована система вдобрення забезпечила позитивний баланс органічного продукту з річним приростом 0,93–0,94 т/га (табл. 1). Відтак оптимізація мінерального живлення і збереження високої родючості чорнозему можуть бути досягнуті навіть у разі зниження дози напівперепрілого гною до 5–6 т на гектар сівозмінної площі.

Таблиця 1. Середньорічний баланс гумусу в орному шарі ґрунту

Примітка. Наведено усереднені дані за системами обробітку ґрунту в сівозміні (полицева, мульчувальна)

У 3-пільних сівозмінах із чистим паром системне використання як органічного добрива усієї вторинної продукції рослинництва як самостійно, так і сумісно з туками (N_30-60, N_30-60P₃₀K₃₀) утримувало родючість орного ґрунту за вмістом гумусу на початковому рівні, близькому до позначки 4,2%. Відхилення від цього показника коливалось за варіантами у межах 0,01–0,17% і не перевищувало НІР₀₅ (0,21%). До того ж спостерігалась тенденція до покращення гумусного стану верхнього шару чорнозему (0–10 см) за мілкого безполицевого (мульчувального) обробітку, порівнюючи з оранкою на зяб. Більшою мірою ця закономірність притаманна комбінованому фону (післяжнивні рештки + NPK).

Водночас, згідно з математичними розрахунками, унесення рослинних решток підтримує бездефіцитний баланс гумусу тільки на мінеральному фоні та коли під зерновими культурами (пшеницею, ячменем) у структурі посіву більше як 65%. Особливо помітно витрати органіки зростали у паро-зерно-просапній сівозміні з підвищеним рівнем мінералізації в полі чистого пару (2 т/га/рік) і соняшнику (1,30 т/га/рік). Річне компенсаційне відшкодування становить усього 87–92%.

У п’ятипільній сівозміні «чистий пар — пшениця озима — соняшник — ячмінь ярий — кукурудза на зерно» поєднання поверхнево-кореневих решток із туками (N₆₀P₃₀K₃₀) дає можливість підтримувати компенсований (бездефіцитний) баланс гумусу в орному шарі тривалий час.

Це пояснюється насамперед більшим набором сільськогосподарських культур і залученням більших обсягів листостеблової маси завдяки покращенню мінерального живлення рослин. Однак застосування на добриво одних тільки рослинних субстратів не відшкодовує сумарні потенційні втрати органічної речовини від мінералізації навіть у разі 5-річної ротаційної схеми за наявності парового поля.

Вплив культури

Процеси трансформації (перетворення) залученої органіки значною мірою визначаються обсягами повернення NPK у ґрунт. Найбільше азоту (144–163 кг/га) надходить із побічною продукцією та кореневою системою пшениці озимої, фосфору (35–37 кг/га) — з рослинними рештками кукурудзи, калію (236–284 кг/га) — з листостебловою масою та коренями соняшнику. Відстежується менше надходження (відшкодування) N у сівозмінах короткої ротації, насичених ранніми зерновими культурами (ячмінь, овес) понад 50%. Фіксується зниження кількості повернутих фосфорних сполук у сівозмінах із чистим паром, особливо за наявності в натурі (просторі) тільки трьох полів. Суттєво поповнюються річні запаси калію в сівозмінах із соняшником унаслідок значного вмісту (1,5–3,0%) у стеблах і корінні цього елемента.

Ефект чизелювання

Суттєво впливають на гумусний стан чорнозему способи загортання органічних добрив у ґрунт. За поверхневого їх загортання посилюються мінералізаційні процеси, за глибокого заорювання — гальмуються. Як свідчать дослідження, за поверхневої локалізації органічної речовини просторово не збігаються зони надходження гумусоутворювачів і зони їх ефективної гуміфікації. За ґрунтового розміщення органіки процес додавання продуктів її розпаду в гумусні структури пришвидшується і набуває сталості в часі.

Ураховуючи специфіку ґрунтових перетворень і характер живлення рослин, Інститут зернових культур запропонував спосіб унесення органічних субстратів із залученням дисково-чизельних культиваторів, обладнаних пружинними стояками й наральниками напівгвинтового типу. За поєднання позитивних сторін оранки та безполицевого обробітку вузькосмугове чизелювання усуває одну з важливих проблем ґрунтозахисного землеробства, що стосується раціонального і безпечного застосування добрив. Спосіб стрічкової локалізації дозволяє зосередити до 70% органіки на глибині 10–20 см, тобто в зоні відносно стабільного зволоження, сприятливого для розвитку кореневих систем польових культур, а також суттєво зменшити втрати поживних речовин від ерозії та біологічної іммобілізації за розкладання рослинних решток і гною.

За п’ятирічний період досліджень на тлі загортання тільки післяжнивних решток тут спостерігали збільшення кількості гумусу в шарах 0–10 см (0,17%) і 10–20 см (0,04%). В інших варіантах досліду цей показник був на рівні або нижче вихідних величин. Поєднання рослинного субстрату з гноєм за чизельного обробітку забезпечило приріст гумусу по всьому профілю орного шару, за глибокого безполицевого — у прошарку 0–20 см, мілкого плоскорізного — тільки у верхньому шарі ґрунту 0–10 см (табл. 2).

Таблиця 2. Родючість еродованого ґрунту на різних агрофонах

Динаміка змін

Згідно з аналітичними даними, уміст гумусу в орному шарі перелогу (умовний еталон) класифікується як високий (6,41%), а ріллі — як середній (4,17%). Тобто різниця за варіантами становить 2,24%, а його щорічні втрати за тривалого сільськогосподарського використання ділянки досягають 0,041%. Аналогічні тенденції стосуються також запасів органіки в ґрунті. Відповідно до оцінювальної шкали староорна ділянка мала низький рівень накопичень, які для шару 0–20 см становили 93 т/га, перелог — середній (140 т/га). Загалом кількість гумусу в орному шарі до еталона за вмістом зменшилась на 35%, а його запаси — на 34% (табл. 3).

Таблиця 3. Гумусний стан чорнозему

Моделювання процесів гуміфікації і мінералізації органічної речовини ґрунту, здійснено розрахунковим методом із застосуванням кінетичного рівняння першого порядку та нелінійного рівняння миттєвого балансу, показало, що у разі компенсації втрат гумусу на рівні 62% (контроль — без добрив) простежуватиметься від’ємна динаміка його вмісту в орному шарі чорнозему, через 100 років він зменшиться з 4,17 до 3,80%. Натомість науково обґрунтована раціональна система удобрення (рослинні рештки + гній, рослинні рештки + NPK, рослинні рештки + гній + NPK) є складовою гумусовідновлюваних технологій і може забезпечити зростання кількості новоутвореної органічної речовини до позначки 4,40%.

Висновки

1. На чорноземах звичайних Степу України позитивний баланс гумусу в орному шарі ґрунту забезпечує систематичне (щорічне) внесення всієї побічної продукції вирощуваних культур у поєднанні з гноєм або туками. Автономне (окреме) використання рослинних решток стабілізує родючість орних земель на вихідному рівні у сівозмінах короткої ротації без чистого пару і не компенсує втрати новоутвореної органічної речовини від мінералізації в сівозмінах із паровим полем.

2. За розрахунками найбільше азоту (144–163 кг/га) надходить із побічною продукцією та кореневою системою пшениці озимої, фосфору (35–37 кг/га) — із рослинними рештками кукурудзи, калію (236–284 кг/га) з листостебловою масою та коренями соняшнику. Спостерігається менше відшкодування N у сівозмінах, насичених ранніми зерновими культурами (ячмінь, овес) понад 50%, P₂О₅ — у сівозмінах із часткою чистого пару понад 20%.

3. За ступенем позитивного впливу на родючість еродованого чорнозему кращим визнано варіант загортання органічних добрив (гній, післяжнивні рештки) важким чизельним культиватором, обладнаним прямими дисками, пружними стійками, ліво- і правобічними наральниками напівгвинтового типу.

4. Під впливом тривалого сільськогосподарського використання земельної ділянки втрати гумусу в шарі ґрунту (0–20 см) досягли 2,24% або 47 т/га. У разі компенсації втрат органіки на рівні 62% її вміст через 100 років може зменшитися з 4,17 до 3,80%. Натомість комбіновані системи удобрення (рослинні рештки + гній, рослинні рештки + розрахункові дози NPK, рослинні рештки + гній + NPK) потенційно здатні забезпечити збільшення кількості гумусу в орному шарі до 4,40%.

Андрій Горбатенко, Володимир Чабан,
Володимир Судак,
кандидати с.-г. наук
Сергій Семенов
ДУ Інститут зернових культур НААН України