systema-zemlerobstva-no-till

На сьогодні не існує єдиної думки про те, де найкраще розміщувати органічну речовину для максимального перетворення її в гумус – на поверхні ґрунту, чи в нижніх шарах. За даними М.К.Шикули , мінімальний обробіток чорноземів на глибину 5 12 см в умовах органо мінеральної системи удобрення (розміщення органічної речовини в верхньому шарі ґрунту) забезпечує позитивний баланс органічної речовини і внаслідок цього у сівозміні відбувається розширене відтворення родючості ґрунту. Запаси гумусу в 0 30 см шарі при мінімальному обробітку, порівняно з оранкою, були вищими в 1,15 1,21 рази.

Іншої думки дотримуються німецькі вчені Е.Рюбензам та К.Рауе. Вони стверджують, що більші втрати гумусу ґрунтом пов’язані з його постійним поверхневим обробітком, так як процеси розкладу в поверхнево оброблюваному шарі ґрунту відбуваються більш інтенсивно, ніж в підорному. Поверхнево зароблені післяжнивні рештки та органічні добрива мінералізуються впродовж короткого часу, тому відбувається втрата поживних речовин і під питанням стає накопичення гумусу. Згадані вчені посилаються на типові приклади в США, де окремі ґрунти внаслідок тривалого поверхневого обробітку повністю втратили гумус і тим самим свою родючість.

За твердженням зарубіжних авторів і окремих повідомлень вітчизняних вчених відмова від механічного обробітку ґрунту (розміщення органічної речовини рослинних решток на поверхні ґрунту без їх заробки) призводить до збільшення вмісту органічної речовини в ґрунті.

Наприклад, при застосуванні нульового обробітку ґрунту впродовж 26 років в штаті Іллінойс спостерігалось постійне зростання кількості органічної речовини ґрунту. При цьому відмічено певні закономірності. Впродовж перших 19 років вміст органічної речовини в ґрунті збільшився з 1,75% до 3%. В наступні роки тенденція до збільшення вмісту органічної речовини в ґрунті зберігалась, проте темпи накопичення були дещо меншими. За другий період вміст її збільшився лише на 0,7% і склав 3,7%. В природних умовах вся органічна речовина залишається на поверхні ґрунту і в результаті в жодному випадку не зафіксовано зменшення вмісту гумусу. Але це положення не можна автоматично переносити на агроекосистему. По перше, в агроекосистемах значна частина створеної органічної речовини

91

забирається з системи і, по друге, в природних екосистемах співвідношення надземної і підземної синтезованої органічної речовини складає 1:2, а в агроекосистемах у більшості випадків воно складає 1:1.

З наведених даних можна зробити висновок, що відмова від механічного обробітку і залишення всієї побічної продукції на поверхні ґрунту більше відповідає природним закономірностям утворення гумусу, ніж її заробка в нижні шари кореневмісного шару. Таким чином,

в системі землеробства No till при позитивному балансі виносу і надходження поживних речовин є всі умови для розширеного відтворення вмісту гумусу в ґрунті – основи його родючості.

2.4.5 Закономірності функціонування ґрунту як живої біокосної системи

2.4.5.1 Ґрунт як жива матерія

Коли людина стоїть на землі, то в дійсності вона стоїть на даху іншого світу, який набагато більший і різноманітніший за наш надземний світ (Сінтія Грант, 2002). В ґрунті живе величезна кількість живих організмів, тому сам ґрунт часто називають живим. Крім кореневих систем рослин у ґрунті існують віруси, бактерії, гриби, водорості, кліщі, нематоди, черв’яки, мурахи, комахи та інші тварини. Чисельність живих організмів в ґрунті набагато більша, ніж на його поверхні. Всі вони суттєво відрізняються за розмірами, кількістю, екологією і біологією розвитку. Загальна ж закономірність така, чим менший організм, тим він більш стійкий до несприятливих умов.

Між живими організмами існує складна система взаємовідносин в основі якої лежать ланцюжки живлення. Взаємовідносини за типом «хижак – жертва» забезпечують контроль балансу присутності різних видів організмів в ґрунті. Землеробство може існувати, поки ґрунт живий, інакше це буде не землеробство, а гідропоніка – вирощування культур на неживому субстраті.

У процесах живлення рослин велику роль відіграють саме мікроорганізми, які живуть у ґрунті, особливо в прикореневій зоні (ризосфері). Вони розкладають органічні рештки, в результаті чого в ґрунті нагромаджуються доступні поживні речовини (нітрати та ін.). Бактерії, які живуть на коренях бобових, а також деякі бактерії, що вільно живуть у ґрунті, збагачують ґрунт на азот.

92

Крім того, ґрунтові мікроорганізми розкладають мінеральні сполуки ґрунту, які містять недоступні рослинам поживні речовини, перетворюючи їх у доступні. Останнім часом встановлено також, що деякі мікроорганізми ризосфери синтезують речовини, які впливають на процеси обміну в рослинах.

Досліди, проведені у стерильних умовах, свідчать, що рослини можуть засвоювати азот, фосфор та калій і без допомоги мікроорганізмів. Проте, за відповідної мікрофлори рослини ростуть краще, більше засвоюють поживних речовин, в них інтенсивніше відбуваються фізіологічні процеси (фотосинтез, дихання). Поряд з бактеріями, грибками й актиноміцетами в ґрунті є багато водоростей і мікробів з групи найпростіших (Ргоtогоа), які теж відіграють важливу роль у живленні рослин. Деякі водорості здатні засвоювати атмосферний азот, найпростіші використовують органічні рештки і прискорюють розклад їх. Але вони можуть і шкодити культурним рослинам, знищуючи корисні мікроорганізми.

Діяльність мікроорганізмів у ґрунті досить мінлива і залежить від багатьох умов, а саме від вмісту органічних речовин, водно повітряного і теплового режимів, реакції ґрунтового розчину тощо. За несприятливих умов (нестача вологи й повітря, низька або дуже висока температура, кисла реакція) розвиток мікроорганізмів послаблюється і культурні рослини внаслідок цього терплять від нестачі доступних поживних речовин. Іноді мікроорганізми можуть і погіршувати умови живлення рослин, наприклад, денітрифікуючі бактерії, які в анаеробних умовах перетворюють нітратний азот в молекулярний, який рослинам недоступний (крім бобових). У ґрунті також завжди відбувається процес вбирання доступних поживних речовин мікроорганізмами (біологічна іммобілізація) і що також погіршує умови живлення рослин.

Таким чином, оптимальною буде та система землеробства, яка в найбільшій мірі підтримує і стимулює діяльність ґрунтової біоти і всі заходи якої узгоджені і не вступають в протиріччя з закономірностями її життєдіяльності.

Лише в такому випадку ґрунтотворчий процес відбуватиметься в напрямку збереження і підвищення родючості за рахунок природних процесів розвитку живого і здорового ґрунту, а не за рахунок привнесення штучних факторів родючості людиною.

Всі ґрунтові організми об`єднують у чотири групи:

93

1.Мікрофлора. Основу мікрофлори складають бактерії і гриби. Вони є основними складовими циркуляції поживних речовин, наприклад, азоту, фосфору та сірки. У бактерій і грибів різноманітні метаболістичні здатності. Вони можуть існувати окремо один від одного або в симбіозі і приймати активну участь у розкладанні або синтезі органічної речовини. Другим важливим наслідком їх життєдіяльності є формування стійких ґрунтових агрегатів.

2.Мікрофауна. Протозоа і нематоди є важливою ланкою між мікрофлорою та фауною. Вони регулюють популяції бактерій і грибів та відіграють велику роль в мінералізації поживних речовин.

3.Мезофауна. Кліщі і ногохвістки живляться післяжнивними залишками і сприяють фрагментації органічних решток. Вони споживають гриби і мікрофауну і відіграють важливу роль у регулюванні популяції мікробів та колообігу поживних речовин.

4.Макрофауна. Земляні черв’яки, терміти, гнойові жуки вважаються надзвичайно важливими біологічними організмами, які забезпечують фрагментацію органічних решток, а також рихлять ґрунт та сприяють формуванню його структури і порового простору.

Всі ґрунтові організми приймають участь у величезній кількості процесів, котрі визначають або впливають на здоров’я ґрунту та рівень його родючості, як в природних умовах, так і при вирощуванні сільськогосподарських культур. Їх загальна чисельність і активність залежить від змін навколишнього середовища. Технологічні операції, які виконуються на полі, можуть бути як сприятливими, так і несприятливими для ґрунтової біоти. В залежності від цього ґрунтова біота може знижувати або підвищувати продуктивність землеробства.

Найбільша активність ґрунтової біоти проявляється у верхньому 0 10 см шарі ґрунту, при цьому 80 90% ґрунтової біологічної активності припадає на гриби та бактерії.

Всю діяльність ґрунтових організмів можна поділити на 4 основні важливі функції.

1. Регулювання колообігу органічних речовин і поживних мінеральних елементів. Мікробна біомаса – «двигун» колообігу органічних речовин і елементів мінерального живлення. Ключовим елементом родючості ґрунту є мінералізація – розклад ґрунтовою біотою органічної речовини до доступних для рослин елементів мінерального живлення. З метою підвищення засвоєння специфічних поживних

94

елементів рослини утворюють симбіоз з ґрунтовими мікроорганізмами (бобові рослини з бульбочковими бактеріями для поліпшення азотного живлення, а багато інших видів рослин – з мікоризними грибами для поліпшення забезпеченості фосфором).

2.Біологічний розклад. Ґрунтові організми служать певним біологічним фільтром, який очищує ґрунт від забруднювачів антропогенного походження.

3.Збереження і відтворення структури ґрунту. Структура ґрунту і життєдіяльність біоти – взаємозалежні процеси. Слизові оболонки біоти сприяють з’єднанню частинок ґрунту в одне ціле – ґрунтові комплекси. Разом з тим, добре структурований ґрунт забезпечує кращі умови для ґрунтової біоти.

4.Взаємодія з рослинами. Вплив ґрунтової біоти на рослину може мати позитивний і негативний характер. Позитивний – пригнічення

іпопередження поширення хвороб, негативний – перенесення збудників хвороб і їх поширення.

2.4.5.2Поняття про ризосферу

У непорушеному ґрунті основний колообіг речовин і біологічна діяльність сконцентровані в орному шарі ґрунту, який називають основною зоною кореня або кореневмісним шаром. В цій зоні розміщена ризосфера, під якою розуміють частину ґрунту, яка розміщена біля кореня і на яку він безпосередньо впливає. Ризосфера це зона тісного зв’язку між коренем рослини, ґрунтом та ґрунтовими мікроорганізмами. Для неї характерна висока інтенсивність діяльності мікробів, тому що в ній найбільша концентрація продуктів фотосинтезу. Вони включають цукри, амінокислоти й органічні кислоти, які називають кореневими ексудатами (кореві виділення).

Співвідношення цих компонентів індивідуальне у кожного виду рослин, але їх загальна кількість в значній мірі залежить від фізичних та хімічних властивостей ґрунту. Якісний склад ексудатів визначає, які групи можуть переважати в ризосфері кореня того чи іншого виду рослин. Наприклад, такий симбіонт як бактерія Rhizobium добре пристосувалась до складу і кількості кореневих ексудатів бобових культур.

Біля кореня відбувається конкурентна боротьба за місце. Зброєю при цьому можуть слугувати виділення певних речовин мікроорганізмами (антибіотики, отруйні гази та ін.), які знешкоджують

95

конкурентів. У більшості випадків це стимулює ріст площі коренів і, відповідно, кількість виділень, які необхідна для життєдіяльності мікроорганізмів. Проте, ця зброя мікроорганізмів може в окремих випадках бути токсичною і для рослини.

Липкі секреції бактерій у поєднанні з ексудатами і мертвими гниючими клітинами кореня створюють водостійкі ґрунтові агрегати. Так створюється середовище сприятливе для розвитку хижих простих одноклітинних, нематод та кліщів, котрі в свою чергу служать джерелом живлення для бактерій та грибів.

Ґрунт розрихлений черв’яками, має кращу структуру, багатий азотом. Корені рослин можуть вільно проникати по ходах, які прорили дощові черв’яки. По цих ходах також вільно проникає в ґрунт повітря і вода. Вони не руйнуються водою, тому що їх стінки покриті липким секретом. У результаті цього підвищується вертикальна стійкість ґрунту до навантаження або, інакше кажучи, такий ґрунт витримує його при проході більш важкої техніки без переущільнення.

Отже, ризосфера являє собою, умовно кажучи, зону партнерства в ґрунті між рослинами і ґрунтовими організмами, в результаті якої вони змінюють ґрунт в сприятливому для землероба напрямку. Любий захід обробітку суттєво впливає на ґрунтове середовище і відповідно на його біологічну активність, що відображається на рості і розвитку рослин.

2.4.5.3 Ризосфера та грибкова везикулярно арбискулярна мікориза

Грибна мікориза створює зв’язок у ґрунті між рослиною і ґрунтовими мікроорганізмами (табл. 2.4). Такі взаємовигідні відносини створюється у 80% рослин з різних родин (бобових, злакових та ін.). Велике значення вона має для теплолюбних рослин таких як кукурудза, сорго, соняшник та картопля.

Грибна мікориза проникає в клітини кореня, не пошкоджуючи його. Одночасно мікроскопічні гіфи пронизують у вигляді сітки тонких шовкових ниток ґрунтову масу навколо кореня. Вони є високоефективною транспортною системою між рослиною і ґрунтом через котру надходить вода і поживні речовини до рослини, а від неї багаті вуглеводами продукти фотосинтезу.

Користь від грибної мікоризи полягає в підвищенні забезпечення

96

рослини малодоступними мінеральними речовинами такими як фосфор (P), кальцій (Ca), цинк (Zn) та мідь (Cu). (Джил Клэппертон ., 1996). Часто цим можна пояснити, що досягнутий рівень урожайності культур при використанні технології No till вищий, ніж прогнозований, який розрахований балансовим методом за кількістю наявних елементів живлення в ґрунті, визначений в лабораторії в ґрунтових зразках. Кількість отриманих поживних речовин рослиною залежить від рівня її взаємодії з мікоризою. При цьому гіфи грибка за допомогою секрету глобуліну, який перетворюється у клей зв’язують ґрунтові частинки в стійкі до ерозії ґрунтові агрегати.

Таблиця 2.4. Рівень взаємодії культурних видів з грибною мікоризою

Висока залежність	Мала залежність	Не поєднуються
Горох, боби та інші	Пшениця та інші	Ріпак, гірчиця та інші
бобові культури	злакові культури	капустяні рослини
Льон		Люпин
Соняшник
Кукурудза

Якщо корені рослин колонізовані грибною мікоризою, це змінює біохімічні процеси та їх фізіологію. У них підвищується рівень накопичення продуктів фотосинтезу, зростає рівень ефективності використання вологи, змінюється ризосферне угруповання мікроорганізмів. В них зменшується кількість патогенних організмів і зростає кількість нітрифікаторів.

Мікориза дуже чутлива до механічного обробітку ґрунту. При полицевому обробітку вона зазвичай відсутня в ґрунті.

2.4.5.4 Дощові черв’яки

«Плуг один із самих древніх і цінних винаходів людини; але задовго до існування людини землю розпушували земляні черв’яки і цей процес продовжується до цього часу», так писав в свій час Чарльз Дарвін. Більш, ніж 2000 років тому в Єгипті фараони захищали своїми указами дощових черв’яків, забороняючи видалення їх з природного середовища.

97

2.4.5.4.1Види та біологія дощових черв’яків

Види дощових черв’яків визначаються за принципом живлення, а тому різні екологічні групи заселяють різні ділянки ґрунту і відповідно справляють неоднаковий вплив на ґрунтове середовище. Дощові черв’яки розподіляються на три чітко виражені екологічні групи:

1.Черв’яки, що живуть біля поверхні ґрунту (заселяють підстилку). Ця група живиться підстилкою, що знаходиться на поверхні ґрунту. Вони

восновному рухаються горизонтально через підстилку і практично не споживають і не заглиблюються в ґрунт. Зазвичай вони невеликого розміру і не зустрічаються в ґрунтах з низьким рівнем органічної речовини. До даної екологічної групи належить, наприклад, такий вид як

Lumbricus rubellus.

2.До другої групи належать дощові черв’яки, для яких характерним є ендогенний тип поведінки. Вони неглибоко заглиблюються в ґрунт і проявляють свою активність в підстилці і верхніх шарах ґрунту. Вони створюють трьохмірний лабіринт ходів, споживаючи велику кількість ґрунту. До даної екологічної групи належить, наприклад,

такі види, як Diplocardia та Aporrectodea.

3.До третьої групи належать дощові черв’яки, що живуть глибоко

вґрунті (anecic) в постійних і майже вертикальних ходах, глибина яких може досягати кількох метрів. Черв’яки цієї групи живляться рослинними залишками, що знаходяться на поверхні ґрунту. Вони втягують їх в свої ходи. До даної екологічної групи належить, наприклад, такий вид, як

Lumbricus terrestris (Coleman, Crossely, 1996).

Для сільськогосподарського виробництва важливі ендогенні види та види, що живуть в більш глибших шарах ґрунту. Дощові черв’яки, як і інші живі організми, впливають на властивості ґрунту. Їх основний вплив проявляється на агрегатному стані ґрунту, рівні інфільтрації води ґрунтом. Вони створюють ходи діаметром біля 0,5см, через які в ґрунт проникає повітря, вода і може вільно проникати коренева система рослин. Зазвичай черв’яки можуть проникати і в підорний шар ґрунту. Наприклад, дослідження, проведені в штаті Іллінойс (США), показали, що корені сої проникають в канали, які утворили дощові черв’яки на глибині 30 45 см. Потім ці корені продовжують рости по цих каналах до їх закінчення і інколи проникають на глибину 127 см.

98

Загальна кількість черв’яків у ґрунті залежить від багатьох чинників, але в першу чергу від наступних:

-інтенсивності механічного обробітку ґрунту (чим більше

рихлимо, тим менше черв’яків). За результатами досліджень Летбриджського дослідного центру на 1м2 при відсутності механічного обробітку ґрунту нараховувалось 300 особин дощових черв’яків і жодного на ділянці, де ґрунт обробляли за традиційною технологією;

-виду рослинних залишків, які є на полі;

-структури ґрунту (чим грубша структура, тим менше черв’яків);

-рівня зволоження (в сухому ґрунті черв’яків завжди менше, ніж в вологому);

-використаних ґрунтових пестицидів (токсичні для черв’яків пестициди різко можуть знизити їх чисельність);

-кількості внесених органічних добрив (чим більше внесено органіки, тим більше в ґрунті черв’яків).

У дощових черв’яків відсутня система травлення та виділення сечовини. Ця речовина виділяється через поверхню тіла черв’яків, що призводить до гідролізу амоніаку і подразненню їх шкіряного покриву. Ось чому їх приваблюють вологі ґрунти, де вони можуть швидко стерти з себе сечовину і амоніак. З цією ж метою під час опадів вони виходять на поверхню ґрунту. Проте, в такому випадку, при наявності схилу, під час дощу вони можуть бути змиті потоками води вниз.

2.4.5.4.2Роль дощових черв’яків

Хоча дощові черв’яки є не єдиними організмами, котрі впливають на властивості ґрунту, для більшості вчених і практиків аксіомою вважається те, що присутність дощових черв’яків позитивно впливає на родючість ґрунту. Їх чисельність може слугувати до певної міри індикатором родючості ґрунту.

Позитивна дія дощових черв’яків на ґрунт проявляється в наступному:

-подрібнення рослинних решток, що забезпечує в подальшому їх більш швидкий розклад;

99

-поглинаючи ґрунт, вони створюють ґрунтові агрегати з підвищеним вмістом азоту, фосфору і калію, а також мікроелементів;

-поліпшують стабільність ґрунтових агрегатів «склеюючи» частинки ґрунту;

-збільшують пористість, утворюючи стійкі до порушення біопори, які здатні зберігатися, за твердженнями деяких вчених (Джилл Клэппертон, 2008) до кількох десятків років.

Дощовим черв’якам належить важлива роль у формуванні щілинності ґрунту. Їхні ходи пронизують верхній шар ґрунту в різних напрямах. Вони за один тиждень можуть переробити до 9 тон ґрунту на одному гектарі. Крім того, що дощові черв’яки дренують ґрунт, їх виділення сприяють покращенню структури і її міцності. В науковій літературі є дані, які свідчать, що за технології мінімального обробітку ґрунту в шарі 0 5 см на 1 кв. метрі налічувалось 53,6 штук особин, при застосуванні оранки – 26,9.

Пори зумовлюють підвищення аерації ґрунту та збільшують швидкість інфільтрації води, що захищає його від водної ерозії. Для збереження високих інфільтраційних властивостей ґрунтом, ходи дощових черв’яків повинні бути відкриті на поверхні ґрунту. Щоб через них не випаровувалася волога, в системі No till вони завжди повинні бути прикриті рослинними рештками.

Біологічні пори зумовлюють збільшення доступності азоту для рослин. Механізм цього явища на сьогодні пояснюють збільшенням нітрифікуючих бактерій в ходах дощових черв’яків.

Біопори, які утворюють дощові черв’яки, суттєво відрізняються від пор, які створюються в ґрунті механічними знаряддями обробітку (рис. 2.4). Стінки біопор насичені продуктами мікробіологічної діяльності. Як вказують деякі вчені, в біопорах відмічається більша кількість фосфатазних ензимів, що в результаті формує перегній. Взагалі відмічається більша біологічна активність мікроорганізмів біля дощових черв’яків. Завдяки дощовим черв’якам відбувається до певної міри переміщення органічної речовини в нижні шари ґрунту та забезпечуються сприятливі умови для росту кореневої системи рослин.

100