Землеробство - Гудзь В.П. - 3.1.3. Вплив сівозміни на вміст органічної речовини в ґрунті

Здатність ґрунту створювати необхідні умови для розвитку сільськогосподарських культур та формування високих урожаїв нерозривно пов'язана із запасами в ньому органічних речовин. Відомо, що гумус зумовлює сприятливий поживний, водно-повітряний, тепловий і біологічний режими, структурність ґрунтів, нагромадження фізіологічно активних речовин. Багаті на гумус ґрунти відзначаються більшою сталістю врожаїв, вирощувані на них сільськогосподарські культури стійкіші проти збудників хвороб та несприятливих факторів зовнішнього середовища і дають продукцію вищої якості. На таких ґрунтах зменшується загроза забруднення їх токсичними речовинами.

В інтенсивних сівозмінах значення гумусу як регулятора родючості ґрунту значно зростає. Гумус як основа біогенності ґрунту, його фізико-хімічної і біологічної ємності та буферності, значною мірою зумовлює трансформаційні можливості ґрунту, тобто здатність найефективніше сприймати, акумулювати внесені з добривами елементи живлення і рівномірно забезпечувати ними рослини, вирівнювати концентрацію і забезпечувати швидку утилізацію пестицидів та інших хімічних препаратів, а також пом'якшувати дію екстремальних погодних умов. Такі особливості гумусу сприяють підвищенню ефективності удобрення, хімічного захисту рослин та інших агрозаходів.

Існує пряма залежність між гумусом, енергією ґрунту та врожаєм. Американські вчені Александер і Мідлтон так визначили роль органічних речовин: "... вміст органічних речовин у ґрунті є показником його стану й фізичних властивостей так само, як температура тіла є показником стану хворого".

Встановлено, що навіть при повному забезпеченні рослин мінеральним азотом урожай значною мірою (на 40-50%) формується за рахунок власне ґрунтового азоту, який походить здебільшого з гумусових речовин ґрунту. Тому якщо виключити повторне повернення в ґрунт цієї частини азоту у формі органічної речовини, то навіть при інтенсивному застосуванні мінеральних добрив баланс азоту й гумусу ґрунту буде неминуче від'ємним (О. М. Ликов, 1984).

У природних фітоценозах процеси синтезу органічної речовини ґрунту завжди переважають над розкладанням, відбувається нагромадження гумусу. Найбільше його містять чорноземи типові, де загальні запаси сягають 400-700 т/га. На північ і на південь від зони їх поширення запаси гумусу в ґрунтах зменшуються до 350-400 т/га у звичайних, 270-300 в чорноземах південних, 200 в каштанових ґрунтах і відповідно 300, 100-150 і 50 т/га в темно-сірих, сірих лісових та дерново-підзолистих ґрунтах.

Проблема дефіциту органічної речовини виникає при залученні ґрунтів у сільськогосподарське виробництво. Основні причини цього такі:

- відчуження значної частини фітомаси врожаю вирощуваних культур, внаслідок чого знижується рівень гуміфікації. За сучасної структури посівних площ з основною і побічною продукцією з поля виноситься 65-70% створюваної культурами сівозміни органічної маси;

- посилення процесів мінералізації і збільшення інших втрат органічної речовини (вимивання, ерозія та ін.) через розпушування ґрунту та тривалий період, коли його поверхня залишається без рослинного покриву.

Концентрація посівів просапних культур у зв'язку з біологічними особливостями і технологією вирощування негативно впливає на кругообіг органічних речовин, що призводить до порушення рівноваги процесів синтезу і розкладу в бік посилення останнього. Встановлено, що при збільшенні на 10% частки просапних культур у сівозміні щорічні втрати гумусу зростають на 0,2-0,4 т/га.

Втрати органічної речовини особливо збільшуються в ґрунтах з промивним режимом і активними процесами розкладу або вимивання, таких як дерново-підзолисті, сірі лісові, бурі, опідзолені та ін.

Основним джерелом нагромадження органічних речовин у ґрунті, який обробляється, є культура польових рослин, їх кореневі та післяжнивні рештки. З рослинними рештками в типових сівозмінах у ґрунт надходить органічних речовин більше, ніж з органічними добривами. Деяке нагромадження органічної речовини в ґрунті відбувається уже під час вегетації рослин за рахунок регенерації кореневої системи, кореневих виділень та посиленої діяльності мікроорганізмів. Отже, сільськогосподарські культури, як і взагалі рослини, є не лише "споживачами", а й активними "творцями" ґрунтової родючості.

Сільськогосподарські культури за їх здатністю нагромаджувати рослинні рештки можна розподілити на три основні групи: багаторічні трави (бобові, злакові та їх сумішки), які нагромаджують найбільше кореневих і післяукісних решток - 50-80 ц/га і більше сухої маси, що в 1,3-1,5 разу більше від сформованого врожаю; озимі жито й пшениця, які залишають рослинних решток 40-50 ц/га, що дорівнює врожаю або дещо менше від нього; ярі культури, які нагромаджують порівняно мало решток, - 20-40 ц/га і менше.

Серед них найменше органічної маси залишають просапні - кукурудза, картопля й коренеплідні культури, а також льон - 5-50% маси рослин, яка відчужується з урожаєм.

Як показують досліди, проведені в основних ґрунтово-кліматичних зонах країни, зональні та ґрунтові умови істотно не впливають на нагромадження кореневих і післяжнивних решток у кореневмісному шарі ґрунту, їхня кількість визначається біологічними особливостями культур і рівнем урожаїв (табл. 14).

Рослинні рештки містять багато елементів живлення, які використовують наступні культури сівозміни. Тому облік їхньої маси і наявності в них поживних речовин має важливе значення для вирішення багатьох інших важливих теоретичних і практичних питань, таких як розроблення систем удобрення, сівозмін та ін.

У рештках бобових культур переважає коріння, особливо багаторічних трав. Так, частка коріння еспарцету, конюшини, вико-вівса становить 70% рослинних решток, гороху - 60, люпину - 40%. Аналогічне співвідношення в деяких просапних культур - кукурудзи і цукрових буряків.

У соняшнику і картоплі, навпаки, стеблові та листкові рештки втроє переважають масу коріння. Тому приорювання гички картоплі, цукрових буряків та стеблових решток соняшнику поліпшує баланс органічних речовин ґрунту в спеціалізованих просапних сівозмінах.

Таблиця 14

Біомаса польових культур, ц/га (Ф. И. Левін, 1977)

У зернових культур (озима пшениця, жито, ячмінь) післяжнивні рештки становлять 60-70% загальної маси рослинних решток.

Нагромадження рослинних решток у ґрунтах зумовлюється конкретним складом, розміщенням та співвідношенням культур у сівозміні. Змінюючи співвідношення площі під різними культурами сівозміни, можна певною мірою регулювати надходження органічної речовини в ґрунт з рослинними рештками. Безперервне вирощування просапних культур без внесення органічних добрив неминуче призводить до зменшення природних запасів ґрунтового гумусу, тоді як беззмінна культура багаторічних трав сприяє нагромадженню органічної речовини і поповнює нестачу розчинних мінеральних сполук поживних елементів.

Незважаючи на те, що рослинні рештки становлять незначну частину (10-15%) загальної кількості органічної речовини ґрунту, їм належить важлива роль у постачанні рослин елементами живлення. Вони легше піддаються мікробіологічному розкладу порівняно з гумусом і за своєю дією наближаються, а інколи й перевищують органічні добрива. Проте вплив їх на родючість ґрунту і урожайність наступних культур залежить від хімічного складу, особливо від співвідношення вуглецю і азоту.

При розкладанні рослинних решток із широким співвідношенням С : N (понад 20 : 1) увесь азот, що міститься в них, використовується мікроорганізмами. Більше того, при недостатній кількості його в матеріалі, який розкладається, бактерії споживають азот мінеральних сполук ґрунту. В процесі розкладання органічної речовини з вузьким співвідношенням С : N частина азоту, який при цьому звільняється, також використовується мікроорганізмами, а інша частина залишається для живлення рослин. За вмістом азоту в рослинних рештках культури можна розмістити в такій послідовності: багаторічні бобові трави < зернові бобові < коренеплідні < кукурудза < зернові. Кореневі і наземні рештки ярих зернових дещо багатші на азот порівняно з озимими на (0,1-0,15%).

За даними Ф. І. Левіна (1972), з рослинними рештками різних культур у ґрунт повертається (від загальної кількості їх в урожаї) 27-60,5% азоту, 18,5-51,7% фосфору, 16,7-48,1% калію, 27,6-54% кальцію. За часткою азоту, що залишається в рослинних рештках, культури розміщуються в такий ряд: багаторічні бобові трави < однорічні трави < зернові < кукурудза < картопля.

Позитивний вплив сільськогосподарських культур на родючість ґрунту визначається не тільки кількістю, а й якістю рослинних решток, зокрема вмістом азоту. Рештки бобових культур містять цього елемента 2-2,5% і більше, а рештки злакових - лише 0,5-1,5%.

У перерахунку на 1 га посіву з рештками багаторічних трав, зокрема конюшини, в ґрунті залишається 90-200 кг азоту, люпину - 70, озимих пшениці і жита - 55, а з рештками просапних культур (кукурудзи, картоплі) - тільки 20-40 кг.

Значна частина азоту, який залишається в ґрунті з рештками бобових культур, засвоюється ними з повітря, тоді як після злакових культур у ґрунт надходить з рослинними рештками лише азот, який рослини з нього ж і використали.

Якісно кореневі рештки біологічно цінніші, ніж стеблові, особливо багаторічних бобових трав.

Надходження з рослинними рештками бобових трав великої кількості багатого на азот свіжого органічного матеріалу забезпечує підвищення біологічного потенціалу ґрунту, посилює в ньому процеси перетворення органічної речовини і формування гумусу. Тому сівозміни з 20% і більше бобових трав у багатьох випадках забезпечують стабілізацію запасів гумусу в ґрунті.

За даними В. І. Матвєєвої (1977), розміри щорічної мінералізації гумусу в орному шарі дерново-підзолистих ґрунтів становлять (т/га): під зерновими і льоном - 0,7-0,9; картоплею - 1,3-1,5; цукровими буряками, кормовими коренеплодами та овочевими культурами - 1,5-1,7; кукурудзою на силос - 1,2-1,3; однорічними травами на сіно - 0,6-0,8 і силосними - 0,5-0,7. Орієнтовні параметри середньорічних втрат гумусу на чорноземах під просапними 1,5-2,0 і в чорному пару - 2,0-2,5 т/га.

Для розрахунку новоутвореного гумусу з рослинних решток і гною використовують коефіцієнти їхньої гуміфікації. Вони являють собою частку вуглецю рослинних решток, що після їхньої трансформації надійшла до гумусу ґрунту. Коефіцієнти гуміфікації рослинних решток в орному шарі чорнозему типового становлять: для цукрових буряків - 0,10, озимої пшениці на зелений корм і картоплі - 0,13, соняшнику - 0,14, кукурудзи на силос - 0,17, озимої пшениці і кукурудзи на зерно - 0,20, ячменю - 0,22, гороху - 0,23, люцерни - 0,25, гною - 0,23 (Г. Я. Чесняк, 1985).

Відповідною зміною складу культур сівозміни, зокрема застосуванням багаторічних трав, проміжних і сидеральних культур, можна звести втрати гумусу до мінімальної величини. Проте застосування виключно мінеральних добрив навіть при найбільшому надходженні в ґрунт рослинних решток не забезпечує повної компенсації азоту, що утворився при мінералізації органічної речовини ґрунту і винесеного з господарським врожаєм. Якщо виключити повторне повернення в ґрунт частини поживних речовин у формі гною та інших органічних добрив, то навіть при інтенсивному застосуванні мінеральних добрив баланс азоту та органічної речовини ґрунту буде неминуче від'ємним.

Внесення органічних добрив усіх видів, структура посівних площ у сівозміні, яка враховує відтворення гумусу, і всі заходи, спрямовані на бережне ставлення до ґрунтового гумусу та скорочення його непродуктивних втрат, - обов'язкові умови розширеного відтворення ґрунтової родючості і постійного підвищення продуктивності ґрунту.

Розрахунки показали, що для зони Полісся в типовій 8-пільній сівозміні з 37% просапних культур і одним полем конюшини при внесенні мінеральних добрив з розрахунку (РК) середньорічна мінералізація гумусу може досягати 1 т/га. Для поповнення такої кількості гумусу рослинних решток навіть при нагромаджені їх до 4-5 т/га звичайно не вистачає. Внаслідок гуміфікації рослинних решток поповнення гумусу в ґрунті становитиме в кращому випадку лише 0,6 т/га. Таким чином, близько 0,4 т/га гумусу необхідно поповнювати внесенням органічних добрив. Щоб поповнити цю кількість гумусу і підвищити родючість ґрунту, необхідно вносити на 1 га площі сівозміни не менше як 9-10 т органічних добрив. У сівозмінах з більшим насиченням просапними культурами, особливо на легких піщаних і супіщаних ґрунтах, а також враховуючи втрати внаслідок ерозії ґрунту, норму внесення органічних добрив доцільно збільшувати.

У зерно-просапній сівозміні (просапних - 40%, зернових - 50% при одному полі конюшини) на чорноземах Лісостепу, де середньорічна мінералізація гумусу на не-удобреному ґрунті досягає 0,9 т/га, а щорічне надходження рослинних решток не перевищує 3-5 т/га, з яких може утворитися лише 0,4-0,6 т/га гумусу, дефіцит його становить 0,4-0,5 т/га. Щоб відновити цю кількість гумусу, необхідно вносити 7-8 т/га гною, а враховуючи втрати внаслідок ерозії, - до 12 т/га (В.Ф.Зубенко та ін., 1985).

Результати тривалих досліджень, проведених лабораторією сівозмін Інституту землеробства УААН на чорноземах, показують, що при вирощуванні в сівозміні 20% бобових трав, по 20% озимої пшениці та ячменю, по 20% цукрових буряків та кукурудзи на фоні внесення на 1 га ріллі 6-7 т гною у поєднанні з помірними (30-50 кг) дозами основних поживних речовин у ґрунті створюється зрівноважений або навіть позитивний баланс гумусу й поживних речовин, фізико-хімічні властивості ґрунту перебувають в оптимальному режимі. За таких умов продуктивність сівозмін досить висока. Урожайність зернових становить 47-48 ц/га, збір кормових одиниць досягає 90-100, перетравного протеїну - 6-7 ц/га. Сівозміна забезпечує високий вихід органічних решток рослин - 35-45 ц/га.

Досліди наочно показують, наскільки важлива роль у регулюванні балансу гумусу належить багаторічним бобовим травам. Серед усіх культур, які вирощують у сівозмінах, лише вони забезпечують позитивний баланс гумусу: при врожайності сіна 50-70 ц/га середньорічне нагромадження гумусу становить 1 т/га. Саме тому серед контрольних сівозмін (без фону добрив) сівозміни з високим вмістом бобових трав (20-25%) і низьким - просапних культур (20-25%) позитивно впливали на гумусний режим ґрунту: швидкість розкладання гумусу та величина його витрат тут виявилися найменшими (0,20-0,25 т/га на рік).

Послідовне збільшення у структурі сівозмін частки високоінтенсивних просапних культур (цукрових буряків, кукурудзи) при одночасному зменшенні або повному виключенні бобових трав призводить до збільшення мінералізації гумусу та зростання його дефіциту до рівня 0,7-1 т/га за рік. За такого стану гумусового балансу стає найнижчою продуктивність чорноземів - урожайність озимої пшениці не перевищує 25 ц/га, цукрових буряків - 200-250, кукурудзи - 15-25 ц/га. У таких сівозмінах різко зростають витрати на покриття дефіциту гумусу й азоту в ґрунті за рахунок добрив. Зокрема, для забезпечення рівня продуктивності культур, що відповідає сівозмінам з бобовими травами, тут слід вносити на 1 га ріллі не менше ніж 10 т гною в поєднанні з високими, на рівні 90-100 кг/га діючої речовини, нормами мінеральних добрив.

Отже, аналіз дослідних даних, порівняння їх із даними гумусоутворення на ділянках перелогу показує, що інтенсивна система землеробства призводить до активних витрат потенційного запасу органічної речовини чорноземних ґрунтів.

Основою регулювання вмісту органічної речовини, гумусу, азоту в ґрунті є насамперед дотримання сівозмін із оптимальним співвідношенням зернових та просапних культур, наявністю багаторічних бобових трав і внесенням добрив.

У разі якщо оптимальне співвідношення культур у сівозмінах порушується і збільшується частка культур, що створюють напружений баланс гумусу та азоту, основним фактором їхньої стабілізації стає внесення добрив, передусім органічних.