Водний режим грунту і продуктивність культур
В Інституті сільського господарства степової зони НААН України провели спеціальні дослідження, головною метою яких стало вивчення закономірності формування водного режиму ґрунту та продуктивності культур у сівозмінах короткої ротації, залежно від систем обробітку ґрунту, способів загортання пожнивних залишків і добрив.
Експериментальну частину роботи проводили протягом 2001-2010 рр. у стаціонарному польовому досліді Інституту сільського господарства степової зони НААН України (Дніпропетровська обл.). У двох трипільних сівозмінах: чистий пар-пшениця озима-соняшник, чистий пар-пшениця озима-ячмінь ярий. При полицевій системі обробітку ґрунту в сівозміні восени проводили оранку плугом ПО-3-35 (чорний пар — 25-27, ячмінь та соняшник — 20-22 см). За мілкої (мульчувальної) — розпушування важким культиватором КР-4,5 або КШН-5,6 «Резидент» в ранньому пару (обробіток ґрунту навесні) і під ярі культури (обробіток ґрунту восени) на глибину 12-14 см. Використовували районовані сорти та гібриди польових культур (озима пшениця — Красуня одеська, Куяльник; ярий ячмінь — Вакула; соняшник — Дарій), які вирощували на двох агрохімічних фонах, що передбачали залишення подрібненої листостеблової маси попередників без мінеральних добрив та з їх внесенням за результатами ґрунтового тестування (пшениця — N30-60, ячмінь — N60, соняшник — N30P30K30). Інші елементи агротехніки — загальноприйняті для зони Степу.
Грунт дослідної ділянки — чорнозем звичайний важкосуглинковий із вмістом гумусу в шарі 0-30 см — 4,2%, нітратного азоту — 13,2%, рухомих сполук фосфору і калію (по Чирикова) відповідно 145 і 115 мг/кг. Гранична польова вологоємність шару 0-150 см становить 240 мм.
Оранка в посушливі роки сприяє втраті вологи
Як показали результати досліджень, рівень накопичення зимових опадів в пару після ячменю ярого на необробленому з осені агрофоні (ранній пар) щорічно переважав полицеву оранку. Проведення оранки в посушливі роки при майже повній зневодненості орного шару призводить до надмірної брилуватості ґрунту, що в поєднанні з сильними вітрами сприяє значній втраті вологи. У той же час при роботі на перезволоженому ґрунті залипають стояки плуга, не витримується задана глибина обробітку, погіршується кришення пласта, формується «плужна підошва». Ці явища повністю нівелюють переваги оранки, пов’язані зі збільшенням площі поглинаючої поверхні ріллі та гофрування нанорельєфу.
На ділянках стерньового раннього пару до часу стійкого похолодання формувався щільний захисний екран, утворений стоячою стернею, подрібненою соломою і відмерлою рослинністю. У рамках незайманого з осені фону спостерігалось істотне зниження швидкості вітру в приземному повітряному просторі, більш раннє і рівномірне відкладення снігу, підвищення його в’язкості і щільності. У поєднанні з високою буферною й утримуючою здатністю раннього пару це сприяло меншим втратам води на стік, випаровуванню, вимерзанню і видуванню, що, в свою чергу, збільшувало коефіцієнт засвоєння опадів і додаткове накопичення вологи в коренеактивному шарі ґрунту (0-150 см) порівняно з оранкою в середньому на 13,1 мм (табл. 1).
Таблиця 1. Запаси продуктивної вологи в ґрунті, мм
Запаси вологи після соняшнику
Після соняшнику запаси продуктивної вологи в ґрунті за 2002-2008 рр. навесні по ранньому і чорному пару становили 180-184 мм, тобто були однаковими. Спостерігалася зворотна залежність між кількістю вихідної (під час збирання соняшнику) і акумульованою вологою в ґрунті. Так, при наявності в шарі 0-150 см води на рівні 158 мм (2004 р.) за холодний період накопичено — 53-58 мм, при низьких залишкових запасах 35 мм (2003 р.) грунт поглинав максимальну кількість продуктивної вологи — 188-192 мм.
Кількість вологи, втраченої під час парування, більшою мірою визначалася погодними умовами, а ніж агротехнічними заходами. Наприклад, в посушливому 2007 втрати її з ґрунту становили 323-709 м?/га (26,1-40,3%) від весняних вихідних запасів, у той час як у вологому 2004 році не перевищували 15 м?/га (0,6 %). Процеси випаровування вологи (переважно з шару 0-50 см) посилювалися при глибокій полицевій оранці і зменшувалися на весняному мілкому (мульчувальному) фоні, що пояснюється формуванням тут ущільненого шару ґрунту (10-20 см) і досить високим ступенем проективного покриття його поверхні рослинними залишками попередніх культур.
Реакція пшениці озимої та ячменю ярого
На час сівби пшениці озимої, чорний пар зберігав 159-171, а ранній — 168-181 мм продуктивної вологи в шарі 0-150 см. Такий рівень запасів, незалежно від способу утримання ріллі, повністю задовольняв потребу рослин у воді в період їх осінньої вегетації.
Внаслідок формування щільного стеблостою пшениці з осені і періодичних відлиг взимку, атмосферні опади добре поглиналися ґрунтом. У посівах пшениці за холодний період року відбувалося істотне поповнення запасів продуктивної вологи (40-60 мм) в шарі 0-150 см. Добра вологозабезпеченість посівів навесні формувалася як по чистому пару після ячменю (221-224 мм), так і по пару після соняшнику (216-218 мм), або відповідно 92-93 і 90-91% від граничної польової вологоємності для чорнозему звичайного. Тобто використання чорного і раннього пару в якості попередника пшениці озимої в Степу забезпечує майже повне відновлення ресурсів ґрунтової вологи, що навіть за відсутності агрономічно цінних опадів під час весняно-літньої вегетації рослин (наприклад, з 18 березня по 22 червня 2007), гарантує отримання стабільного врожаю зерна і дозволяє уникнути згубного впливу посухи.
Витрати ґрунтової вологи пшеничним полем у вологому 2004 році варіювали від 180-400 м?/га, а у відносно посушливому 2006 році до 2000-2400 м?/га, в середньому це становило 1320-1580 м?/га. Відстежувався прямий кореляційний зв’язок між величиною водоспоживання і продуктивністю посівів озимих культур. Меншим, зокрема, він був на ділянках мілкого (мульчувального) весняного обробітку в зерно-паровій сівозміні.
В середньому за роки досліджень весняні вологозапаси в шарі 0-150 см під ячменем ярим при оранці становили 201, по мілкому (мульчувальному) обробітку — 200 мм, під соняшником — відповідно 183 і 180 мм. Різниця у показниках між варіантами не перевищувала 4-7 мм в умовах теплої зими, періодичних відлиг, незначного промерзання і швидкого відтавання ґрунту навесні (2004, 2005, 2008, 2009 рр.). Перевага оранки в додатковому накопиченні води спостерігалася в роки з морозною сніжною зимою, повільним і тривалим сніготаненням (2006 р.), мілкого (мульчувального) розпушування ґрунту — при недоборі нормативної суми опадів протягом грудня-лютого, відсутності снігового покриву і активного вітрового режиму (2007 р.). Підвищена акумулятивна і вологозберігаюча здатність стерньового агрофону зумовлена меншою площею випаровування поверхні, наявністю захисного мульчувального екрану і збереженням «дренажної» системи, що утворюється після відмирання коренів попередньої культури.
Евапотранспірація вологи в сівозмінах
Показники витрат продуктивної вологи з ґрунту змінювалися по варіантах досвіду в межах 1290-1490 м?/га (ячмінь) і 1470-1670 м?/га (соняшник) та безпосередньо залежали від рівня урожайності основної продукції польових культур і були максимальними за полицевого обробітку на фоні внесення мінеральних добрив. Посіви соняшнику повніше використовували воду з нижньої частини кореневого шару (100-150 см) на відміну від пшениці та ячменю, що пояснюється головним чином біологічними особливостями (потужна коренева система, значна листова поверхня, тривалий вегетаційний період).
Загальна евапотранспірація (кількість випаруваної вологи з ґрунту та листям рослин) вологи, яка значною мірою залежить від гідротермічних умов у період парування та вегетації польових культур, зростала в дощову погоду і істотно зменшувалася в посушливу. Частка її в структурі водоспоживання за першу ротацію сівозміни при середній сумі опадів 257-276 мм становила 20-29% (710-1060 м?/га), за другу ротацію при кількості опадів 188-209 мм досягала 36-42% (1116-1340 м? /га) (табл. 2). Сумарні витрати води по варіантах досвіду прямо корелювали з витратами ґрунтової вологи, тобто меншими були при системі мілкого (мульчувального) обробітку ґрунту в основному за рахунок зниження врожайності вирощуваних культур.
Таблиця 2. Загальна евапотранспірація вологи в сівозмінах
Формування продуктивності рослин по різних системах обробітку ґрунту в досвіді відбувалося при відносно високих вихідних показниках його зволоження і корегувалося сукупним впливом факторів сівозміни та добрив. В умовах розміщення пшениці озимої по пару, після соняшнику, варіанти полицевої оранки та мілкого (мульчувального) розпушування ґрунту по урожаю зерна виявилися рівноцінними між собою (6,31-6,60 і 6,30-6,66 т/га). При вирощуванні пшениці озимої по пару після стерньового попередника (ячмінь), різниця показників на користь відвальної оранки в середньому становила 0,17-0,25 т/га, а в окремі роки (2005, 2006) досягала 0,28-0,56 т/га (табл. 3).
Таблиця 3. Урожайність польових культур і продуктивність сівозмін, т/га
Застарілі знаряддя для культивації не створюють посівний шар з оптимальною структурою
Найбільш вірогідним поясненням зниження урожайності пшениці озимої по ранньому пару після стерньових попередників слід вважати погіршення умов азотного живлення рослин навесні, внаслідок іммобілізації і низхідній міграції нітратів, особливо в дощову прохолодну погоду. У цьому випадку підживлення посівів аміачною селітрою повинна бути обов’язковим агрозаходом, який знижує ймовірність закріплення азотних сполук ґрунту мікробним комплексом і створює передумови для інтенсивного протікання процесів нітрифікації.
За ефективністю впливу на врожайність ячменю ярого мілкий (мульчувальний) обробіток ґрунту поступався полицевій оранці, залежно від фону добрив на 0,31-0,42 т/га. Це явище зумовлене передусім способом загортання і місцем локалізації пожнивних залишків в орному шарі ґрунту, які істотно змінювали умови підготовки насіннєвого ложе. Використання звичайних парових культиваторів типу КПС-4 на фоні мілкого загортання великої кількості соломи (5-7 т/га), істотно погіршувало якість передпосівної підготовки поля і сівби, при цьому частина насіння (37-42%) висівалась сівалкою СЗ-3,6 на меншу глибину від заданої, що призводило до нерівномірності сходів.
При використанні застарілих знарядь для культивації і посіву важко створити посівний шар з оптимальною структурою і будовою ґрунту за мілкого (мульчувального) обробітку ґрунту. У посушливу погоду посівний шар швидко втрачає вологу, що призводить до затримки проростання насіння і зрідженості сходів. Негативні явища, пов’язані з локалізацією органічної маси попередника у верхньому шарі ґрунту по мілкому (мульчувальному) обробітку, частково нівелюються при випаданні дощів безпосередньо після посіву ячменю ярого (2008 р.), а також у випадках, коли опади збігаються у часі з критичними періодами водоспоживання зернової культур.
Зберегти вологу допоможе сучасна техніка
Рішення цієї проблеми полягає насамперед у вдосконаленні агротехніки вирощування ячменю ярого, зокрема, застосуванні сучасних культиваторів, конструкція яких обмежує коливання стійок у горизонтальній площині та сівба сівалками прямої дії (Great Plains, Massey Ferguson і ін.). Ці сівалки якісно працюють на мілкому (мульчувальному) агрофоні, рівномірно (за площею і глибиною) заробляють насіння у вологий грунт, що дає можливість отримати повноцінні сходи навіть при швидкому наростанні плюсових температур повітря в післяпосівної період.
Значно поліпшити умови росту і розвитку ячменю ярого на жорсткому стерньовому фоні можна за рахунок внесення мінеральних добрив за результатами тестування ґрунту. Підживлення посівів азотом (N60) в кінці фази кущіння рослин хоча і виявилося тут менш ефективним, ніж по оранці, проте забезпечило досить високу надбавку зерна (0,92 т/га або 26,8%) при врожайності 3,43 т/га.
На контролі без мінеральних добрив ячмінь на початку вегетації був слаборозвиненим, особливо за мілкого залягання соломи. Надалі завдяки опадам, частковій інактивації шкідливих речовин і зростанню фазової резистентності рослин до стрес-факторів в 2004, 2006 і 2008 рр. рослини були в хорошому стані. У несприятливих 2005, 2007 і 2009 рр. не підживлені посіви по мілкому (мульчувальному) обробітку мали слабку кореневу систему, відставали в рості, залишалися зрідженими, тому сформували низький урожай (0,91-2,06 т/га).
За рівнем урожайності насіння соняшнику оранка не мала суттєвих переваг порівняно з мілким обробітком ґрунту (відповідно 2,30-2,48 і 2,22-2,44 т/га). Відносно тривалий період від початку весняно-польових робіт до посіву олійної культури дозволяє виконати на полі ряд технологічних операцій, що забезпечують подрібнення, розпушування і часткове перемішування ґрунту. Внаслідок чого можна сформувати на стерньовому агрофоні сприятливі вихідні умови для життєдіяльності мікробних популяцій, розкладання ними післяжнивних залишків і вивільнення іммобілізованих азотних сполук в ґрунтовий розчин. Оптимізація процесів живлення рослин досягалася за рахунок мінеральних добрив (N30P30K30), від застосування яких додатково отримано по оранці 0,18 т/га, мілкого (мульчувального) обробітку — 0,22 т/га насіння.
Аналіз отриманих даних показує, що зерно-паро-просапна сівозміна з полем соняшнику виявилась більш продуктивною, а ніж зерно-парова з полем ячменю ярого (відповідно 3,19-3,42 і 2,80-3,35 т зернових одиниць/ на 1 га сівозмінної площі). У першій сівозміні різні системи обробітку ґрунту (полицева (оранка), мілка (мульчувальна)) в межах окремих фонів удобрення по продуктивності ріллі були однаковими, у другій перевагу мала полицева оранка, через погіршення агротехнічних умов вирощування пшениці озимої та ячменю ярого на фоні мілкого залягання післяжнивних залишків. Внесення мінеральних добрив сприяло підвищенню продуктивності сівозмін у цілому на 5,6-11,7%.
Висновки
В умовах Степової зони України при залученні в кругообіг післяжнивних залишків вирощуваних культур утримання ріллі по типу раннього пару (мілкий весняний обробіток ґрунту) не призводить до погіршення водного режиму ґрунту в порівнянні з глибокою оранкою на зяб. На час сівби пшениці озимої ранній пар акумулює у коренеактивному шарі 168-181 мм, а в період відновлення весняної вегетації рослин — 216-221 мм продуктивної вологи (відповідно 70-75 і 90-92% від граничної польової вологоємності для чорнозему звичайного важкосуглинкового), що дозволяє в умовах посухи отримати 5 т/га, а в сприятливі по зволоженню роки — 7-8 т/га зерна пшениці.
У зерно-паро-просапній сівозміні альтернативна система обробітку ґрунту (мілка (мульчувальна) за рівнем урожайності пшениці та соняшнику виявилась рівноцінною із полицевою оранкою. Введення в короткоротаційну сівозміну соняшнику забезпечує підвищення продуктивності гектару сівозмінної площі.
Тривале застосування системи мілкого (мульчувального) обробітку ґрунту в сівозміні пар-пшениця озима-ячмінь ярий, створює належні умови вологозабезпеченості посівів, однак спричиняє ризики, безпосередньо пов’язані з топографією розміщення великої кількості соломи в орному шарі (гальмування нітрифікації, погіршення якості польових робіт, зрідження стеблостою, зниження урожайності зернових колосових культур). Негативним явищам можна запобігти за рахунок диверсифікації сівозмін, оптимізації мінерального живлення рослин, вдосконалення технології допосівної підготовки ґрунту та сівби.
