Землеробство - Гудзь В.П. - 3.1.1. Розвиток наукових основ чергування сільськогосподарських культур

Необхідність чергування культур була давно встановлена практикою, але вона не мала достатнього обґрунтування. Ще стародавній римський діяч Колумелла вважав, що беззмінне вирощування рослин призводить до отруєння ґрунту, нагромадження в ньому шкідливих речовин, а також зменшення запасів поживних речовин. Звідси випливають рекомендації застосовувати гній, сидеральні культури, ретельно обробляти землю.

Римський письменник Вергілій у поемі "Георгіки" писав, що, змінюючи плоди, поля віддаються спокоєві. Пліній радив посів пшениці чергувати з бобами, люпином або викою, які поліпшують ґрунт.

Причини зниження врожаїв при беззмінних посівах тривалий час залишалися невідомими. 3'ясування їх стало можливим тільки з розвитком природничих наук.

З розвитком природничих і агрономічних наук були спроби глибше науково обґрунтувати суть чергування культур. Одними з перших, хто висунув токсичну теорію чергування посівів у XVIII ст., були швейцарські ботаніки Пирам і Альфонс Декан-долі. Згідно з нею, рослини виділяють у ґрунт отруйні речовини, що шкодять їм, але не шкідливі для інших рослин.

Наприкінці XVIII - на початку XIX ст. панувала гумусова теорія живлення рослин, згідно з якою поживою рослин вважали ґрунтовий перегній. Виходячи з цієї теорії, всі рослини польової культури поділялися на дві групи: що виснажують і що збагачують ґрунти на гумус. До першої групи відносили всі зернові культури, а до другої - кормові трави та інші широколисті рослини. Трави залишали багато органічної речовини з рослинними рештками, що надходили в ґрунт, а широколисті рослини затіняли ґрунт і цим сприяли поліпшенню його фізичних властивостей. Ті та інші при згодовуванні домашнім тваринам були джерелом утворення гною, внесення якого в ґрунт збагачувало його на органічну речовину.

У Росії теоретичні основи плодозміни (гумусову теорію) розвивав професор I. М. Комов (1788), у Німеччині - А. Д. Теєр (1812).

У країнах Західної Європи плодозмінні сівозміни почали широко застосовувати в середині XIX ст. В Росії, за винятком деяких районів, їх не впроваджували. О. В. Со-вєтов (1867) та інші вчені розвивали теорію плодозміни стосовно до природних умов Росії.

Перехід до плодозмінних сівозмін мав прогресивне значення, тому що в них дотримувався найважливіший принцип плодозміни - суворе чергування різних за біологічними особливостями та агротехнікою вирощування культур. Введення до трипільної сівозміни чотирьох груп культур замість двох відкривало широкі можливості для впровадження великої кількості варіантів плодозмінних сівозмін. Наприклад, завдяки швидкому розвитку в першій половині XIX ст. цукрової промисловості буряки були включені в такі сівозміни.

При плодозмінній системі сівозмін вирощували не тільки зернові культури, а й просапні та багаторічні бобові трави в рівних пропорціях, не висівали на одному місці культур однієї групи навіть два роки підряд, передбачали обов'язкове щорічне чергування культур та продуктивніше використання під ріллю кормових угідь.

Можливість вирощування різноманітних культур, значне підвищення продуктивності землеробства, збільшення виробництва зернових і технічних культур, велика гнучкість плодозмінних сівозмін - все це зробило їх найбільш пристосованими до умов та вимог виробництва.

Під впливом плодозмінних сівозмін, більш глибокого і старанного обробітку ґрунту, широкого і систематичного застосування добрив підвищилася родючість полів, зросла їхня загальна окультуреність, істотно збільшилися врожаї й загальна продуктивність сільського господарства в країнах Західної Європи, які їх впроваджували.

Водночас зміна складу та співвідношення культур у межах чотирипільної сівозміни не змогла повністю задовольняти потреб господарств. Тому це стали впроваджувати сівозміни з більшою ротацією полів. Впровадження плодозмінних сівозмін було лише першим кроком на шляху науково-технічного прогресу, зумовленого розвитком капіталізму в землеробстві.

Зовсім інше становище з впровадженням плодозмінних сівозмін було в Росії, особливо в центральних, східних та південних районах. Спроби перенесення таких сівозмін у Росію за західноєвропейським зразком, як правило, закінчувалися невдачею. Однією з важливих причин, що перешкоджали впровадженню плодозмінних сівозмін, було те, що площі під зерновими в них не збільшувалися, а навіть зменшувалися.

Серйозною перешкодою впровадженню плодозмінних сівозмін були і більш суворі природні умови, особливо часті посухи, які внаслідок скорочення площ чистого пару на великій території призвели до значних недоборів урожаю. На неудобрених і, крім того, погано оброблених землях зайнятих парів одержували дуже низькі врожаї озимого жита та озимої пшениці, тому в Росії пануючою системою сівозмін залишалося трипілля аж до 1917 р.

Особливо неприваблива картина спостерігалася в чорноземних районах. Тут переважали недосконалі трипільні сівозміни не тільки в селянських, а й у більшості поміщицьких господарств. У південних зернових районах переважною формою використання землі залишалася однобічна культура хлібів з толокою. Але й толока все більше скорочувалася, поступаючись безпаровій, безперервній культурі зернових. Єдиним районом, де були поширені плодозмінні сівозміни, був район поміщицького бурякосіяння.

Планомірне впровадження сівозмін у Росії і в Україні розпочалося в 30-і роки XX ст. Настав період масового переходу від трипільної системи сівозмін до багатопільних просапних і плодозмінних сівозмін.

Через 10 років після виходу в Росії книги А. Д. Теєра "Основи раціонального сільського господарства" (в Німеччині вийшла в 1812, в Росії - в 1830 р.) гумусова теорія живлення рослин піддалася різкій критиці. В 1840 р. вийшла відома книга Ю. Лібіха "Хімія в її застосуванні до землеробства і фізіології", в якій, на противагу гумусовій теорії, проголошувалося, що тільки мінеральні речовини доставляють поживу рослинам. За теорією Лібіха, не може бути рослин, які поліпшують ґрунт. Усі вони тільки виснажують його. Роль сівозміни, на його думку, зводилася лише до відстрочення неминучого виснаження ґрунту.

На основі аналізів було встановлено, що зола одних рослин містить більше калію, в других переважає кальцій, у третіх - кремнекислота. Вся роль сівозміни зводилася до того, що при зміні культур за однієї й тієї самої суми поживних речовин можна дещо відстрочити виснаження ґрунту порівняно з вирощуванням однієї й тієї самої культури, що призводить до швидкого виснаження ґрунту на будь-яку одну мінеральну речовину. Радикальним засобом проти виснаження ґрунту Лібіх вважав повернення взятих із нього мінеральних поживних речовин з добривами. Згодом це було визнано одним із законів землеробства. Проте Лібіх недооцінював значення азоту, вважаючи що рослини можуть задовольнити свою потребу в ньому за рахунок атмосфери.

Дослідженнями Бусенго у Франції і Лооза в Англії, які проводилися одночасно з появою книги Лібіха (1812), встановлено важливу роль азоту в живленні рослин. Виняток із цього загального правила становили рослини з родини бобових, які майже не реагували на внесення азотних добрив. Крім того, з'ясувалося, що після них ґрунт збагачується на азот.

Проведені Бусенго аналізи врожаю та складений баланс приходу і витрати поживних речовин за цілу ротацію різних сівозмін показали великі надлишки азоту в сівозмінах з конюшиною або люцерною. Таким чином, було підтверджено, що вони збагачують ґрунт не тільки на вуглець, а й азот.

У подальшому факти збагачення ґрунту на азот були відмічені при вирощуванні й інших бобових культур. На Ротамстедській дослідній станції в Англії це виявилося при культурі бобів.

Давно було помічено, що після люпину бідні піщані ґрунти ставали придатними для вирощування небобових культур, але лише в 60-х роках XIX ст. в господарському досліді Шульца (Німеччина) з'ясувалося, що цьому сприяв азот. Теорія Шульца лягла в основу сидеральних сівозмін. З відкриттям ролі азоту в житті рослин і здатності бобових збагачувати ґрунт на цей елемент теорія сівозмін одержала нову основу. Позитивне значення чергування культур стали пояснювати зміною бобових культур рослинами з інших родин, що споживають нагромаджений азот.

Причини такого впливу бобових культур на ґрунт і умови їх азотного живлення з'ясував у 80-х роках XIX ст. Гельрігел (Німеччина). На основі проведених дослідів він зробив висновок, що бобові заражуються певними бактеріями, утворюючи на корінні бульбочки, які набувають здатності засвоювати азот повітря. За відсутності в ґрунті відповідних бактерій бобові не здатні його використовувати і не відрізняються в цьому розумінні від рослин інших родин.

Слід зазначити, що ще раніше в Росії, в 1865 р., I. А. Воронін визнав мікроорганізми причиною утворення бульбочок на корінні бобових рослин, але їх наявність не пов'язувалась із засвоєнням азоту. Таким чином, давно помічений у практиці сприятливий вплив бобових рослин польової культури (особливо багаторічних) на родючість ґрунту і продуктивність наступних культур одержав наукове обґрунтування, яке зберегло своє значення й нині.

Друга половина XIX ст. ознаменувалася значним розвитком фізики ґрунтів як у західних країнах, так і в Росії (Мартін Евальд, Є. Вольні, П. А. Костичев). Було з'ясовано, що родючість ґрунту залежить не тільки від його хімічного складу, а й від фізичного стану. Високу родючість цілинних чорноземів П. А. Костичев пояснював доброю дрібногрудочкуватою структурою, яка утворюється під впливом багаторічної трав'янистої рослинності або швидкостиглого перелогу, що створюється сіяними травами.

П. А. Костичев і В. Р. Вільямс в основу сівозмін покладали структурну теорію, відповідно до якої беззмінне вирощування культур призводить до деградації фізичних властивостей ґрунту, зокрема його структури. Усі рослини В.Р. Вільямс поділяв на такі, що відновлюють структуру ґрунту і підвищують його родючість (сумішки багаторічних бобових та злакових трав), і такі, що її руйнують (однорічні рослини). Тому й виникала необхідність періодичної зміни культур на полі для відновлення втраченої ґрунтової структури.

Визнання водотривкої структури ґрунту головною умовою родючості, а багаторічних трав - єдиним засобом її створення лягло в основу травопільних сівозмін і травопільної системи землеробства. "Система заходів, - писав В. Р. Вільямс (1946), - при якій ми підтримуємо тривкість, тобто нерозмивність водою грудочкуватої структури ґрунту, носить назву системи землеробства". В основу травопільних сівозмін було покладено періодичну зміну однорічних рослин сумішками бобових і злакових багаторічних трав.

Позитивний вплив багаторічних трав на родючість ґрунту і врожай наступних однорічних культур був відомий давно. Травосіяння застосовувалось у багатопільно-трав'яних, поліпшених зернових і плодозмінних сівозмінах.

Новим у вченні про травопільні сівозміни і травопільну систему землеробства була друга роль травосіяння, яка виражалася в наданні тривкості структурним частинкам ґрунту.

Наступними численними дослідженнями вітчизняних і зарубіжних вчених було встановлено, що багаторічні трави при дво- або трирічному використанні хоч і поліпшують фізичні властивості ґрунтів, проте не доводять їх до стану цілинних чорноземів. Позитивна дія багаторічних трав на родючість ґрунту пояснюється головним чином збагаченням його на органічну речовину і поліпшенням азотного балансу. В цьому відношенні багаторічні злакові трави і сумішки їх з бобовими не мають переваг перед бобовими. Фізичні властивості ґрунту, зокрема його структура, можуть поліпшуватися іншими засобами, в тому числі й однорічними рослинами при відповідній технології їх вирощування. Внесенням розрахункових норм добрив у сівозмінах можна і без багаторічних трав підтримувати бездефіцитний баланс органічної речовини й азоту в ґрунті. Таким чином, травосіяння у сприятливих природних умовах - важливий елемент сівозміни і на сучасному етапі розвитку землеробства.

На початку XX ст. В. Г. Ротмістров (1910), за даними тривалих спостережень на Одеському дослідному полі, зробив висновок про важливе значення чергування сільськогосподарських культур, які мають різну кореневу систему, з урахуванням вмісту вологи в ґрунті.

Усі польові культури за глибиною проникнення кореневої системи в ґрунт можна розподілити на три групи: з неглибокою (гречка, просо, картопля, льон, коноплі, горох, сочевиця) - до 1,5 м; із середньою (жито, пшениця, ячмінь, вика) - до 3 м; з глибокою (люцерна, буркун, конюшина) - понад 3 м. Відповідно до цього рослини використовують вологу з різних за глибиною шарів ґрунту і підґрунтя, що впливає на вологозабезпеченість наступних культур. В. Г. Ротмістров висунув теорію коренезмі-ни, тобто такого чергування культур, в основі якого лежала б диференціація вирощуваних рослин за властивостями їхніх кореневих систем.

В. Г. Ротмістров виступав проти включення в сівозміни південних районів Європейської частини колишньої Росії багаторічних трав, оскільки вони висушують ґрунт на велику глибину. Тільки паровий обробіток поля, на його думку, здатний повернути такому сухому шару необхідну вологість. Цю точку зору поділяв О. С. Єрмолов, який вважав, що в основу чергування культур у посушливих районах має бути покладена ідея коренезміни.

Із розглянутого короткого огляду розвитку теоретичних основ сівозміни до середини XX ст. видно, що в певні історичні періоди розвивалася то одна, то інша теорія необхідності чергування культур, але переважала теорія живлення і вологозабезпеченості рослин.

Усі ці теорії обґрунтовували необхідність чергування культур, але однобоко, тоді як науковий метод потребує врахування взаємодії всіх факторів, що зумовлюють ефективність чергування культур у сівозміні. Саме з таких позицій до цього питання підійшов академік Д. М. Прянішніков, об'єднавши в чотири групи всі причини, які зумовлюють необхідність чергування культур у сівозміні:

1) хімічні основи сівозміни, або вплив правильного чергування культур на умови живлення рослин;

2) фізичні основи сівозміни, або вплив правильного чергування культур на агрофізичні властивості та вологість ґрунту;

3) біологічні основи сівозміни, або вплив правильного чергування культур на зменшення забур'яненості сільськогосподарських культур, кількість шкідників та збудників хвороб;

4) економічні основи сівозмін, або організаційно-господарське їхнє значення. Подальші дослідження з питань сівозмін дали можливість зробити два надзвичайно важливих висновки.

1. У міру інтенсифікації землеробства (хімізація, меліорація та ін.) і застосування високої агротехніки науково обґрунтоване чергування культур забезпечує краще використання добрив, зрошувальної води, дає змогу розширити склад попередників для багатьох культур. Одночасно зростає значення біологічних причин чергування культур.

2. В умовах інтенсифікації землеробства є можливість спеціалізувати сівозміни, тобто насичувати їх головними культурами і застосовувати повторні посіви однієї й тієї самої культури.