systema-zemlerobstva-no-till

Джерелом поживних речовин для рослин є ґрунт. Запаси поживних речовин у різних ґрунтах неоднакові і найбільше поживних речовин, особливо азоту і фосфору, містять чорноземи і значно менше порівняно з ними підзолисті ґрунти. Але в усіх ґрунтах запаси поживних речовин порівняно з потребою рослин у них великі.

Проте часто рослини терплять від нестачі поживних речовин і на ґрунтах із значним вмістом елементів живлення. Пояснюється це тим, що лише незначна частина поживних речовин ґрунту доступна рослинам, а більшість з них входить до складу нерозчинних сполук і недоступна рослинам (органічні рослинні і тваринні решти, гумусні речовини). Багато поживних речовин входить до складу нерозчинних сполук мінеральної частини ґрунту (кальцій, калій). Водночас певна, але значно менша частина їх увібрана колоїдами ґрунту. І лише деяка частина поживних речовин, які знаходяться в ґрунтовому розчині, найбільш доступна рослинам. Однак надмірна концентрація поживних речовин в ґрунтовому розчині може шкодити рослинам і стати причиною втрати поживних речовин з ґрунту внаслідок вимивання.

У природних умовах поживні речовини накопичуються в основному в верхніх шарах ґрунту і переміщуються в нижні за допомогою води атмосферних опадів, ґрунтових тварин та кореневих систем рослин. За системи землеробства No till відбуваються аналогічні процеси, тому що відсутній механічний обробіток ґрунту завдяки якому органічні рештки рослин загортаються в глибші шари. Це зумовлює необхідність розробки нових підходів як до системи удобрення культур, так і методології оцінки забезпеченості рослин доступними формами елементів мінерального живлення (в яких місцях, з яких шарів відбирати зразки для визначення вмісту запасів поживних елементів в ґрунті). За відсутності механічного обробітку відбувається диференціація орного шару за вмістом поживних елементів.

За системи землеробства Nо Till на думку багатьох вчених і практиків більше уваги слід приділяти саме органічним добривам, а не мінеральним. Позитивний баланс гумусу на полях має забезпечувати нетоварна частина урожаю: солома озимих культур, ячменю, зернобобових, а також подрібнені стебла кукурудзи, соняшника з обов’язковим внесенням азотної компенсації (внесення 10 15 кг діючої речовини азотних добрив на одну тону рослинних залишків).

81

При співвідношенні в органічній речовині азоту і вуглецю 1:30 і нижче не відбувається іммобілізація азоту. При співвідношенні в межах 1:20 30 настає рівновага між азотом, який спожитий при розкладі органічної речовини і азотом, який вивільнився в результаті розкладу.

Однією з основних відмінностей системи землеробства No till від інших є та, що післяжнивні рослинні рештки та побічна продукція залишаються на полі. На поверхні післяжнивні рештки розкладаються повільніше, ніж при їх заробці в ґрунт, через обмежений контакт з мікроорганізмами та їх меншою чисельністю. Крім того, мікроклімат на поверхні ґрунту менш сприятливий для розкладу, ніж у ґрунті.

Рослинні рештки на поверхні ґрунту, як зазначалось вище, суттєво змінюють його водно фізичні властивості та температурний режим ґрунту. В результаті змінюється швидкість мінералізації органічної речовини в ґрунті протягом вегетаційного сезону. Зниження швидкості розкладу рослинних решток, які розміщені на поверхні ґрунту може призводити до того, що надходження з них поживних речовин в часі не співпадає з їх споживанням наступною культурою. Особливо це спостерігається у перші роки переходу на технологію No till, коли відбувається накопичення органічної речовини. Це призводить до зростання в ґрунті дефіциту доступних для рослин поживних елементів і в першу чергу азоту. З часом, по мірі збільшення вмісту органічної речовини у верхньому шарі ґрунту, дефіцит буде зменшуватись і потреби

взастосуванні більшої кількості добрив не виникає.

2.4.3.1Колообіг поживних речовин за системи землеробства

No till

Азот – основний елемент мінерального живлення, який найбільше визначає рівень урожаю і тому рослини використовують його в найбільших кількостях в порівнянні з іншими макроелементами. Джерелами азоту для рослин слугують ґрунт і повітря. Азот в ґрунті входить до складу переважно органічних сполук. Незначну частину азоту містять доступні рослинам його аміачні й нітратні сполуки.

Загальні запаси азоту в ґрунті можуть збільшуватися внаслідок опадів та біологічних процесів. В опадах є незначна кількість нітратних азотних сполук, що утворюються в атмосфері в результаті окиснення молекулярного азоту при електричних розрядах. Крім того, в опадах є амоніак, який вилучається з ґрунту в повітря. З опадами ці сполуки

82

надходять у ґрунт. За рік з опадами в зоні Полісся України в ґрунт надходить 5,5 6,5, а в Лісостепу — 8,5 кг/га (І.Г.Захарченко1980).

Поповнюють запаси азоту і бактерії, які вільно живуть у ґрунті (азотобактер та ін.) або на корінні бобових (бульбочкові бактерії). В результаті діяльності бульбочкових бактерій після вирощування бобових рослин ґрунт значно збагачується на азот.

У дослідженнях Українського науково дослідного інституту землеробства на дерново підзолистих і чорноземних ґрунтах різні бобові культури нагромаджували за рік таку кількість азоту (кг/га): люцерна 161 532, конюшина – 278, еспарцет – 130, люпин – 133, кормові боби – 141,

горох – 51 99.

Отже, багаторічні бобові культури (люцерна, конюшина) нагромаджують значно більше азоту, ніж однорічні. Набагато збільшується в ґрунті вміст азоту після приорювання бобових (люпину та ін.), які висівають на зелене добриво. Посилюється біологічне нагромадження азоту при внесенні фосфорно калійних добрив та використанні бактеріальних препаратів.

Нові наукові дослідження свідчать, що молекулярний азот за допомогою мікроорганізмів зв'язують також багато не бобових рослин (близько 200 видів). До мікроорганізмів, які вільно живуть у ґрунті і засвоюють азот, крім зазначених вище, слід віднести фотосинтезуючі бактерії з групи сірчаних, актиноміцети, деякі види дріжджів і синьо зелені водорості (останні особливо в умовах зрошувального землеробства).

Біологічна фіксація азоту має дуже важливе значення в народному господарстві країни, навіть в умовах зростаючого виробництва мінеральних добрив, тому що біологічний азот набагато дешевший, ніж азот технічних добрив, які виробляють на хімічних заводах.

У землеробстві всієї планети на біологічний азот, за даними О.О.Імшенецького, припадає в перерахунку на мінеральні азотні добрива близько 100 млн. тон в рік. Азотовмісні речовини, які надходять у ґрунт, зазнають різноманітних перетворень, внаслідок чого нагромаджуються доступні для рослин сполуки азоту. Проте, окремі процеси таких перетворень можуть бути і причиною втрати азоту з ґрунту.

В органічних речовинах азот перебуває переважно у складі білкових речовин. Перший процес під час перетворень — це

83

розщеплення білків з утворенням амоніаку, або амоніфікація. Відбувається він в аеробних і анаеробних умовах. Амоніак у вигляді йону NН4+ може бути використаний рослинами. Але в ґрунті при аеробних умовах він під впливом бактерій нітрифікаторів перетворюється спочатку в нітрити (солі азотистої кислоти), а потім у нітрати (солі азотної кислоти). Цей важливий процес, відомий під назвою нітрифікації, вивчений російським мікробіологом С.М.Виноградським, відбувається найбільш інтенсивно при температурі 25 30°, вологості 60% від повної вологоємкості ґрунту, нейтральній або слабколужній реакції і вільному доступі повітря. Мало нітратів утворюється рано навесні, коли в ґрунті не досить повітря і температура низька. Більше нітратів у ґрунті влітку, а восени вміст їх у ґрунті знову зменшується.

З нітратами і нітритами, що утворюються в ґрунті, можуть відбуватися такі перетворення: денітрифікація, хімічне відновлення нітритів, мікробіологічне відновлення до нітритів і амоніаку, біологічна іммобілізація і вимивання. Всі ці перетворення, а також вбирання нітратів рослинами призводять до зменшення кількості азоту в ґрунті. Особливо шкідливі денітрифікація (перетворення деякими бактеріями нітратів на вільний азот, який вилучається з ґрунту), хімічне відновлення нітритів та вимивання нітратів з ґрунту.

Денітрифікація відбувається переважно в анаеробних умовах за наявності великої кількості нерозкладеної органічної речовини, яка містить багато клітковини та інших вуглеводів і нейтральній або лужній реакції. Часто таке явище може відбуватися за перезволоження ґрунту.

Досить поширений у ґрунті процес біологічної іммобілізації азоту, який полягає в тому, що мінеральні сполуки азоту використовують мікроорганізми у процесі життєдіяльності, внаслідок чого вони перетворюються в органічні сполуки (білки) плазми цих організмів. Цей процес значно посилюється при внесенні в ґрунт багатих на вуглець і бідних на азот речовин — соломи, стебел кукурудзи соняшнику, післяжнивних решток, соломистого гною.

Якщо в рослинних залишках співвідношення C:N більше ніж 30:1, популяції мікробів, що розкладають цю органічну речовину, будуть використовувати будь який доступний ґрунтовий азот. З іншого боку, якщо співвідношення C:N в рослинних рештках менше, ніж 20:1, популяції мікробів почнуть вивільняти доступний азот з початком розкладання рослинної маси. Цей процес називається мінералізацією.

84

В органічній речовині бобових культур, у порівнянні з іншими культурами, найбільша концентрацію азоту. Співвідношення C:N у бобових культурах звичайно менше ніж 20:1, що рівноцінно сирому (неочищеному) протеїну, в якому вміст азоту становить більш 12 %. Тому з початком процесу розкладання рослинних рештків бобових культур азот вивільняється у формі нітратів. Це й послужило причиною того, що бобові культури вважаються джерелом родючості ґрунтів.

Кукурудзяні стебла мають співвідношення C:N 70:1. Приблизно таке ж співвідношення має солома злакових культур З початком розкладання таких рослинних залишків, мікроорганізми починають закріплювати (іммобілізувати) нітрат азоту з ґрунту. Щоб уникнути такого процесу необхідно вносити додаткову кількість мінерального азоту із розрахунку 10 15 кг д.р. на тону органічних решток. У соломі зернових культур і стеблах кукурудзи міститься від 4,5 7,5 кг азоту на тону рослинних залишків. Після 3 4 років застосування No Till, об'єм розкладання рослинних залишків досягає такого рівня, що додатковий об'єм азоту вносити вже не потрібно. Після цього, практично весь азот, який був спочатку закріплений у рослинних залишках зернових культур, кукурудзи й просо, буде (мінералізованим) вивільненим.

Явище біологічної іммобілізації шкідливе навесні, коли мінеральний азот потрібний для живлення рослин, і корисне восени, коли біологічне зв'язування азоту запобігає вимиванню його з ґрунту.

Після того, як мікроорганізми відімруть і розкладуться, поживні речовини знову можуть бути використані культурними рослинами. Виходячи з цього, слід регулювати процеси біологічної іммобілізації, зокрема не вносити в ґрунт незадовго до сівби недостатньо розкладений гній або приорювати навесні післяжнивні рештки; слід робити це восени, щоб до сівби залишилося досить часу для розкладання органічних решток. В цілому краще, коли періоди інтенсивного розвитку мікроорганізмів не збігаються з періодами активного росту рослин, коли потреба в азоті та інших поживних речовинах особливо велика.

Вимивання нітратів спостерігається найбільше на піщаних ґрунтах в районах достатнього зволоження. Так, у поліській зоні України, за даними І.Г.Захарченко, 1980), залежно від агротехнічного фону і кількості опадів вимивалося від 2,1 до 25,6 кг/га азоту нітратної форми за рік.

Щоб запобігти вимиванню нітратів у цих районах у другій половині літа треба висівати післяжнивні культури, які використовують ці

85

сполуки для формування органічної речовини. На чорноземних ґрунтах нітрати вимиваються рідко, спостерігається лише їх міграція у глибші шари (до 2,5 м, а при внесенні високих доз добрив і до 5 м) восени. Проте, піднімаються вони у верхні шари навесні і влітку. Глибина опускання нітратів залежить від вологості ґрунту.

Випаровування – це втрата азоту з добрив у вигляді амоніаку та NO2. З амонійних форм добрив, наприклад, сечовина швидко втрачає азот у випадку її розміщення на поверхні ґрунту, особливо в ситуації, коли умови для випаровування сприятливі – висока температура, низька відносна вологість повітря та вітер.

Як зазначалося раніше, азот повітря також може слугувати джерелом поповнення ґрунтових його запасів. Атмосферне повітря містить 78 79% азоту в газоподібному стані. Цей азот може бути зв'язаний і стати доступним для рослин природним шляхом і промисловим способом. Промисловий спосіб передбачає одержання спочатку безводного амоніаку (NH3) з повітря чи природного газу. Безводний амоніак є основою для виробництва всіх інших промислових азотних добрив. Природній шлях передбачає фіксацію (зв'язування) азоту симбіотичними і вільноживучими ґрунтовими мікроорганізмами. Деякі види симбіотичних бактерій поселяються на кореневих системах бобових культур і створюють свого роду колонії або потовщення на коріннях. Вони зв'язують (фіксують) азот повітря для рослини, а рослина, в свою чергу, живить бактерії речовинами, створеними в процесі фотосинтезу. В такий спосіб виникає симбіоз. У кожного виду бобових культур є свій особливий тип симбіотичних бактерій. Цікавим є той факт, що за природних симбіотичних процесів і промислового виробництва практично відбуваються однакові процеси, а саме, спочатку відбувається фіксація (зв’язування) атмосферного азоту (N2), а далі вже перетворення його в NH3.

Вільноживучі (несимбіотичні) ґрунтові мікроорганізми здатні фіксувати азот з повітря без співжиття з іншими рослинами. Щорічна кількість азоту, фіксована несимбіотичними бактеріями, може становити максимум 6 кг/га. При застосуванні системи землеробства No till, за деякими розрахунками, одержано в 2,5 рази більше азоту, фіксованого несимбіотичними мікроорганізмами.

Зростання чисельності популяції мікроорганізмів і залишення всіх рослинних решток на поверхні при відсутності обробітку ґрунту зумовлює

86

збільшення процесів фіксації азоту в ґрунті. При застосуванні покривних культур, особливо бобових, спостерігається збільшення доступності азоту.

Незначна кількість азоту надходить у ґрунт з повітря також з опадами, що в середньому щорічно складає від 4 до 7 кг/га. Ще І.Є.Овсінський (2007) підкреслював, що приблизно така ж кількість азоту може надходити в ґрунт з росою і туманом. Таким чином, з повітря в ґрунт може потрапити за сезон 10 15 кг/га азоту.

Фосфор є надзвичайно важливим елементом мінерального живлення рослин і значення його всебічне. Він відіграє важливу роль в усіх процесах обміну речовин в рослинних організмах, є стимулятором енергетичного балансу та спадковості, входить до складу кожної клітини, концентрується в насінні, регулює ріст і розвиток рослин.

Як свідчать дослідження останніх років, біологічний колообіг фосфору більш складне явище, ніж колообіг вуглецю чи азоту. При цьому основна роль належить мікроорганізмам. Їхній вплив на колообіг фосфору відбувається за трьома напрямками: використання доступного фосфору, розкладання органофосфатів, стимулювання розчинення неорганічних його форм.

Фосфор в ґрунті входить до складу органічних і мінеральних сполук. Мінеральні сполуки — це переважно солі одновалентних і лужноземельних металів, а також алюмінію та заліза. Розчинність їх неоднакова — у воді розчиняються лише фосфати одновалентних і частково лужноземельних металів. Решта сполук у воді нерозчинна і для більшості рослин малодоступна. Лише деякі рослини (люпин, гречка, горох, гірчиця та ін.) здатні засвоювати слаборозчинні фосфати ґрунту.

При розкладі органічних речовин відбувається процес мобілізації фосфатів, тобто фосфати ґрунту стають більш доступними; недоступні органічні сполуки перетворюються при цьому на мінеральні і під час розкладу органічних речовин утворюється багато кислот, які розчиняють слаборозчинні мінеральні фосфати ґрунту.

Але під час розкладу органічних речовин відбувається і протилежний процес — біологічне вбирання мінеральних фосфатів мікроорганізмами і перетворення їх на органічні фосфати мікробів. Залежно від того, який процес переважає — мобілізація чи біологічне вбирання,— розчинність фосфатів при розкладанні органічних речовин у ґрунті може збільшуватися або зменшуватися.

87

Отже, якщо обробітком ґрунту, який є однією з основних ланок традиційних систем землеробства, можна завжди сприяти мобілізації азотних речовин ґрунту, то про фосфати цього сказати не можна. А особливо це стосується системи землеробства No till, за якої механічний вплив на ґрунт ґрунтообробних знарядь взагалі відсутній.

З переходом до системи землеробства No till особливо важливо довести вміст фосфору в ґрунті до кількості, за якої рівень забезпеченості цим елементом оцінювався б як високий або дуже високий. Це дозволить у майбутньому поступово зменшити норми внесення фосфорних добрив (лише на компенсацію його виносу попередником). Така стратегія роботи з регулювання фосфорного режиму ґрунту дозволить оптимізувати рівень врожайності культур та економічну доцільність фосфорних добрив, як в посушливі, так і вологі роки. Стратегічної мети можна досягти або разовим внесенням великої кількості фосфорних добрив з розрахунку на кілька років, або щорічним внесенням до досягнення високого його вмісту в ґрунті.

Збільшення запасів рухомих фосфатів визначається не тільки характером розподілу органічних і мінеральних добрив при їх внесенні, але й збільшенням рухомості фосфатів, які є в ґрунті. Це явище до певної міри пов’язане з рядом специфічних факторів і процесів, які відбуваються в ґрунті при переході на мінімальні чи нульові технології обробітку ґрунту і системи землеробства, які базуються на їх застосуванні.

Встановлено, що систематичний мінімальний обробіток значно збільшує насиченість коренями верхніх шарів ґрунту. Коренева система рослин є активним продуцентом водорозчинних органічних речовин. До того ж нею продукується і частина вуглекислого газу, який підсилює розклад ґрунтових компонентів, змінюючи фосфатний режим ґрунту. В зв’язку з цим виникає припущення, що більш висока рухливість фосфатів за мінімального обробітку ґрунту обумовлена накопиченням більшої кількості СО2. Це частково впливає на зменшення кількості ввібраного кальцію внаслідок заміни його воднем. Іншими словами, відбувається підкислення ґрунтового розчину, що особливо це характерно для чорноземів, і внаслідок збільшується доступність фосфору рослинам. Таке припущення можливе і при застосуванні технології нульового обробітку ґрунту.

Позитивним моментом відмови від механічного обробітку ґрунту є забезпечення більш оптимальних умов для розвитку мікоризи (явище

88

симбіозу окремих видів грибів з вищими рослинами). Гриби, поселяючись на кореневих системах, позитивно взаємодіють з рослиною. Внаслідок мікоризного симбіозу гриб дістає від рослини поживні речовини (здебільшого вуглеводи) й допомагає рослині засвоювати недоступні їй немінералізовані органічні як азотисті, так і фосфорні сполуки.

При низькому рівні вмісту фосфору в ґрунті мікориза забезпечує рослинам покращення фосфорного живлення, особливо на початку вегетаційного періоду. Про це свідчать результати досліджень Miller (2000) Bittman et al. (1998), які показали, що завдяки інтенсивному механічному обробітку ґрунту в значній мірі ушкоджується міцелій мікоризних грибів. За системи землеробства No till рівень присутності мікоризи та її вплив на культуру різко зростає за рахунок відсутності механічного обробітку ґрунту.

Міцелій мікоризних грибів не гине протягом тривалого зимового періоду, а отже може використовувати вільний фосфор з ґрунту і забезпечувати ним культурні рослини, як тільки утворить симбіоз з їх кореневою системою, що формується навесні. Фосфор, яким забезпечує мікориза рослину в перші 4 6 тижнів вегетації, має великий вплив на ріст, розвиток і кінцевий урожай (Grant et al. 2001). Мікориза добре розвивається не на всіх культурах. Дуже погано розвивається мікориза на ріпаку і тому після нього варто збільшувати норму внесення фосфорних добрив.

2.4.4Органічна речовина ґрунту, як основа його родючості

Обробіток ґрунту, в якому б технологічному варіанті він не застосовувався, так чи інакше є дуже впливовим фактором на один з найважливіших показників родючості ґрунту – органічну речовину, яка на 85 90% складається з гумусу. Вона впливає майже на всі інші показники родючості і проходить у ґрунті складний шлях перетворень, що в узагальненому понятті визначає його гумусний стан.

Гумус – основне джерело енергії для процесів перетворення мінеральних сполук та життєдіяльності мікроорганізмів. Вміст його визначається природними факторами і в першу чергу характером рослинності, кліматичними умовами, гранулометричним складом ґрунту та ін.

89

Вдаючись до деяких умовностей у порівняннях, у ґрунті функціонує потужний біологічний реактор. Чисельна ґрунтова біота з надзвичайною швидкістю переробляє органічну речовину, яка надходить у ґрунт з рослин, які ростуть, а потім відмирають.

На динаміку гумусу може істотно впливати технологія обробітку ґрунту внаслідок зміни його фізичних показників, які визначають інтенсивність хімічних та мікробіологічних процесів в ґрунті. В результаті збільшення надходження кисню посилюються процеси окислення, а також інтенсифікуються мікробіологічні процеси розкладу органічної речовини.

З літературних джерел відомо, що з часів В.В.Докучаєва наші ґрунти втратили до 45% гумусу. Певну частку втрат слід віднести і на рахунок обробітку ґрунту. За даними М.К.Шикули, вміст і запаси гумусу в типовому чорноземі за 54 роки за традиційної технології обробітку з використанням оранки зменшилися на 31% або на 42,1 т/га у порівнянні з ділянкою цілини. Цьому причиною була інтенсивна мікробіологічна активність в орному шарі внаслідок значної його розпушеності.

Про значні втрати гумусу внаслідок інтенсивного обробітку ґрунту свідчать дані зарубіжних авторів. За 100 років з 1880 по 1980 в Аргентині вміст гумусу в ґрунті зменшився з 6,0 до 2,5%. В Україні про значні втрати гумусу ґрунтами в різних природно економічних зонах свідчать дані О.О.Бацули, (1987), наведені в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3. Динаміка вмісту гумусу в ґрунтах України

	Зона	Вміст гумусу, %			Втрати гумусу (середньорічні), т/га
		1882 р.	1961 р.	1981 р.	1882 1961	1961 1981	за 100 р.
	Полісся	2,44	2,30	1,98	0,07	0,57	0,18
	Лісостеп	4,51	3,81	3,52	0,34	0,56	0,37
	Степ	4,49	3,96	3,63	0,24	0,58	0,31
	В Україні	4,17	3,64	3,32	0,30	0,57	0,32

За традиційної системи землеробства зменшити втрати гумусу в ґрунті можливо шляхом застосування розроблених з цією метою цілого ряду заходів:

-по перше, внесення відповідної кількості гною або інших видів органічних добрив для досягнення розширеного відтворення родючості ґрунту;

-по друге, захист ґрунтів від водної та вітрової ерозії.

90