Вплив способів основного обробітку на агрофізичні показники ґрунту

Головним багатством України є найродючіші у світі чорноземні ґрунти, які займають площу понад 26 млн. га, що становить 62% від сільськогосподарських угідь. Це найбільш освоєні ґрунти держави. Розораність їх в певних областях досягає 85−95%. Інтенсивне використання ґрунтів в сільськогосподарському виробництві призвело до погіршення властивостей ґрунту та родючості чорноземів в цілому. При цьому, негативні зміни від надмірної оранки та застосування важкої техніки зазнають головним чином агрофізичні показники ґрунту, що в свою чергу у великій мірі втратили агрономічно-цінну структуру, для них стала властивою розпиленість ґрунтової маси, а в деяких регіонах її злитизація та брилястість. Це, в свою чергу, помітно вплинуло на продуктивність вирощуваних культур та екологічний стан довкілля.

Безперечним стає той факт, що у процесі обробітку ґрунтів, як наслідок механічне подрібнення руйнує структуру і в результаті погіршуються водний, повітряний, поживний та інші режими, тобто спостерігається деградація агрофізичних властивостей. Разом з тим встановлено, що надмірна інтенсифікація землеробства призводить до швидкого руйнування агрономічно-цінної структури, посилення процесів водної і вітрової ерозії, втрати гумусу та зниження родючості ґрунту.

Погіршення структурного стану чорноземів, тобто розпилення структури, створення брилуватості при тривалому сільськогосподарському використанні, плужної підошви і деградація всього комплексу агрофізичних показників, зменшення стійкості до ерозії, відзначалось ще В.В. Докучаєвим та його сучасниками. П. А. Костичев встановив, що в нетривало розораних цілинних чорноземах переважає велика кількість зернистих агрономічно цінних агрегатів. При довготривалому обробітку цих ґрунтів структурні грудочки в орному шарі руйнуються, у зв’язку з чим погіршується водний і повітряний режими.

В.В. Медведєв відзначає, що в природних умовах структура чорноземів відносно стабільна як у річному, так і в сезонному циклах. При механічному обробітку в середньоі важкосуглинкових ґрунтах діапазон динаміки щільності може сягати ±0,40 г/см3, тобто механічний обробіток і викликані ним зміни у щільності статури є головною причиною динаміки водно-фізичних властивостей орних земель.

Тривалий час панувало вчення про культурну оранку, сформульоване В.Р. Вільямсом. У оранці він вбачав не тільки операцію по розпушування ґрунту і поліпшенню водно-повітряного режиму в її орному шарі, але велике значення надавав і переміщенню горизонтів орного шару. В.Р. Вільямс вважав, що розпилений верхній горизонт орного шару, скинутий на дно борозни, повинен в умовах відносного анаеробного стану відновити структуру, так як в ньому при нестачі кисню накопичуються «перегнійні» речовини, що цементують ґрунтові агрегати. Значення глибокої оранки визнавалося в минулому багатьма видатними вченими.

Накопичені до теперішнього часу факти дозволяють зробити висновок, що припущення В.Р. Вільямса про більш інтенсивний синтез «перегною» в глибоких шарах ґрунту експериментально не підтвердилося. Однак його положення про неоднорідність горизонтів орного шару за складом і властивостями слід вважати правильним. Так, колоїдні часточки, кальцій та інші речовини вимиваються з верхніх горизонтів у більш глибокі, в нижніх горизонтах орного шару накопичується більше рухомих органічних речовин тощо. У зв’язку з цим можна очікувати, що переміщення нижньої частини орного шару на поверхню (хоча б періодичне) має позитивне значення. Цілком очевидно, що закладення трав’яного пласта неможливо без звичайної оранки. Вапнування і гіпсування ґрунту також не можна проводити без оранки з оборотом пласта. Таким чином, звичайна оранка не може бути виключена з агротехнічних прийомів.

На початку ХХ сторіччя російський агроном І.Є. Овсінський висунув пропозицію про дрібну безполицеву оранку (на 5 см). Він вважав, що ґрунт, як правило, пронизаний коренями рослин, ходами дощових черв’яків і тріщинами. При мілкому обробітку зазначений пористий простір цілком забезпечує проникнення вглиб кореневої системи рослин. І.Є. Овсінський вважав, що його система обробітку створює умови, близькі до природних, коли коренева система розкладається в ґрунті, а надземні частини рослин в його поверхневому шарі. Для проведення дрібного безполицевого обробітку І.Є. Овсінським був розроблений спеціальний культиватор. Однак запропонована система землеробства не отримала розвиток через те, що одна з головних причин гальмування впровадження поверхневих і безполицевих обробітків у виробництво — неминуче наростання забур’яненості ріллі. А на відносно чистих від бур’янів полях такі обробітки створюють кращі умови для зернових культур і забезпечують підвищену урожайність в перші роки. Проте через декілька років забур’яненість полів зростає, і землероб вимушений повертатися до глибокої оранки. Саме тому достатньо широка перевірка системи Овсінського в кінці 19 — на початку 20 ст. дала суперечливі результати.

В 40-х роках ХХ ст. поверхневий обробіток ґрунту рекомендував американський фермер Е. Фолкнер. Цікаво, що як система доказів його, так і практичні заходи подібні до тих, що пропонував Овсінський: обробіток ґрунту проводити на глибину 7,5 см в поєднанні з мульчуванням листям, що опало, і відмерлими стеблами овочевих рослин. Е. Фолкнер пише: «Плуг — традиція… Плуг — це найбільше прокляття землі… Застосування плуга фактично знищило продуктивність наших ґрунтів. Але можна додати, що знищило, на щастя, тимчасово. Полицевий плуг є злодієм в світовій сільськогосподарській драмі. Чим більший і кращий плуг, тим більш спустошуюча його дія».

Пізніше увагу агрономічного загалу привернули роботи Т. С. Мальцева, який запропонував глибоку оранку (на 40−50 см) без переміщення горизонтів орного шару. Такий обробіток здійснюється спеціальним плугом. На думку Т. С. Мальцева, щорічна оранка ґрунту з оборотом орного шару погіршує його структуру. При оранці за його методом рослинні рештки потрапляють в орний шар, не піддаються сильній аерації і тому краще гумусуються, оструктурюючи ґрунт. Т. С. Мальцев вважає, що для підтримання структури ґрунту досить пожнивних решток однорічних рослин. Глибокий безполицевий обробіток ґрунту він рекомендував проводити один раз на 5−6 років, а в проміжки між глибоким полицевим обробітком — безполицеве лущення ґрунту.

На сьогодні існує дві взаємно протилежні думки про вплив обробітку на родючість ґрунту. За даними В. А. Францесона (1956), М. Г. Чижевского (1957), П.Т. Кібасова (1968), С.С. Сдобнікова (1968), П.К. Іванова, А. Н. Мельничука, В. Ф. Зубенко, (1974), Л.І. Акентьевой (1977), В. Г. Яценко (1978), І.П. Макарова (1983), В.В.Медведєва та інших (1986) впровадження ґрунтозахисних та енергозберігаючих систем безполицевого обробітку не витісняє із сівозмін традиційної оранки, яку рекомендується застосовувати періодично, особливо, для загортання органічних добрив. Цілий ряд інших вчених пропонують на сучасному етапі вдосконалення систем обробітку ґрунту повністю перейти до безполицевого способу. Такі різні думки, на нашу думку, пояснюються різними умовами, що склалися під час проведення досліджень і, насамперед, особливостями фітосанітарного стану дослідних ділянок або полів.

До теперішнього часу накопичений величезний експериментальний матеріал, який дозволяв встановити чіткі закономірності впливу різних способів основного обробітку на фізико-хімічні властивості ґрунтів, динаміку водного та поживного режимів, мікробіологічну активність, характер і ступінь забур’яненості, урожай і якість продукції які, разом з тим, по різному проявляються в різних ґрунтово-кліматичних зонах. В сучасних умовах головним напрямом у землеробстві є пошук ефективних шляхів зниження негативного впливу обробітку на ґрунт шляхом зменшення глибини і кількості обробок, впровадження мінімального обробітку.

Відповіддю на питання «плуг або плоскоріз» повинні бути наукові критерії при виборі технологій і засобів виробництва, в основу яких покладені оптимальні параметри кореневмісного шару, які дозволяють реалізувати потенціал продуктивності сучасних сортів.

Важлива роль у забезпеченні умов життя рослин належить необхідним параметрам структурності агрегатів і щільності ґрунтових горизонтів. Ряд вчених засвідчують, що фізичні властивості є одними з найважливіших факторів управління родючістю ґрунтів. Створення оптимальних фізичних умов для кожної культури, сорту в сівозміні є важливою проблемою і при цьому особливо важлива роль у регулюванні росту та розвитку рослин відводиться обробітку ґрунту.

Отже, варто зазначити, що у досліді В.В. Заїки на четвертий рік застосування беззмінного глибокого плоскорізного обробітку, кількість водостійких агрегатів збільшувалася в 2,6 рази порівнянно з оранкою, а при застосуванні дрібного плоскорізного обробітку в 4 рази. Оцінюючи роль різних систем обробітку у створенні оптимального стану ґрунту А. Г. Фрагин і С. А. Шульга зазначають, що при проведенні полицевого обробітку відбувається руйнування агрономічноцінної структури. За даними В. Е. Казакова глибоке розпушування без обороту пласта є одним з ефективних засобів регулювання температурного режиму ґрунту без зниження і погіршення її структури.

Щільністю ґрунту називають масу одиниці її об'єму в незруйнованому стані. Від неї залежить водно-повітряні, теплові та біологічні властивості. В даний час в сільському господарстві обробіток розглядається насамперед з точки зору регулювання щільності ґрунту. Удосконалення прийомів обробітку неможливо без знань величин оптимальної і рівноважної щільності ґрунту. Надто пухкий або щільний ґрунт виявляється несприятливим для росту і розвитку культурних рослин, і призводить до того що, в щільному ґрунті спостерігається нестача кисню і надлишок вуглекислого газу, погіршення його водопроникності, водного режиму і більший супротив росту коренів рослин. У пухкому ґрунті відбувається зменшення концентрації вологи і поживних речовин, посилення витрат води на випаровування, пошкодження кореневої системи рослин через природний процес його ущільнення і осідання.

На думку Н.Ф. Коптєва, при тривалому застосуванні плоскорізного обробітку спостерігається помітне збільшення щільності складення ґрунту, особливо в шарах глибше 0−10 см. При підвищенні або зниженні об'ємної маси (щільності ґрунту) на 0,1−0,2 г/см3 порівнянно з оптимумом, урожай знижується, а при значному ущільненні різко падає.

Однак, в окремі фази розвитку рослин щільність ґрунту залежить від способу обробітку. Поверхневий обробіток знижує щільність верхнього 0−10 см шару, а полицева оранка _ нижньої частини орного шару.

Найбільша щільність складення орного шару ґрунту під ячменем на чорноземі типовому малогумусованому важкосуглинковому спостерігалась у варіантах з плоскорізним обробітком на глибину 10−20 см і дисковим обробітком на глибину 10−20 см (відповідно 1,26 і 1,29 г/см3 у фазі кущіння ячменю; 1,25 і 1,28 г/см3 збиранням, проти 1,19 та 1,15 г/см3 по оранці). Комбінований обробіток у сівозміні сприяв зменшенню щільності складення ґрунту порівняно з її величиною з постійним мілким обробітком (1,25 г/см3 проти 1,26 і 1,29 г/см3 перед збиранням).

Дослідження, проведені Л. Н. Йодко в польовій сівозміні з горохо-вівсяною сумішкою на сірих лісових ґрунтах також виявили тенденцію до збільшення щільності ґрунту при мілкому обробітку в шарах ґрунту 10−20 і 20−30 см.

За даними Л.І. Акєнтьєвой і М. С. Чижовой на чорноземі звичайному малогумусованому важкосуглинковому на лесовидному суглинку в польовій сівозміні при тривалому плоскорізному обробітку відбувається розпушення поверхневого шару ґрунту (0−10 см) і деяке закономірне ущільнення нижніх шарів (0 — 30 см). Різниця становила 0,1+ 0,05г/см3 і була математично достовірною. При полицевому обробітку вона була несуттєвою (0,05−0,06 г/см3). Показники щільності ґрунту при різних системах обробітку ґрунту коливалися в межах оптимального стану. Таким чином, ґрунтозахисні технології при нетривалому застосуванні формують у шарі 10−30 см підвищені параметри щільності, що не виходять за рамки імовірно оптимальних параметрів для більшості культур.

Однак, не ясно, зазначає В.В. Медведєв, як поведе себе оброблюваний шар при більш тривалій мінімалізації, наприклад, більш ніж 12 років. Виключати переущільнення, вважає він, не можна.

Водний режим ґрунту за різних систем основного обробітку та добрив вивчали і інші автори. Ґрунтова волога знаходиться в складних відносинах з твердою і газоподібною фазами ґрунтів, що часто зумовлює ступінь її доступності для сільськогосподарських рослин. Від водного режиму ґрунту залежить не тільки постачання рослин вологою, але і технологічні властивості ґрунту (здатність кришитися і розпадатися на окремості при обробітку та ін), а також фізико-хімічні та мікробіологічні процеси, що зумовлюють засвоєння поживних речовин і надходження їх разом з водою в рослину. Тому вивчення вологості ґрунту, її сезонної та багаторічної динаміки необхідно при введенні систем землеробства та індустріальних технологій вирощування сільськогосподарських культур в різних ґрунтово-кліматичних регіонах. Таким чином, створення в ґрунті водного режиму сприятливого для культурних рослин, шляхом застосування агротехнічних прийомів є однією з основних завдань землеробства.

Аналізуючи наявні в літературі дані щодо вологозабезпеченості ґрунту при різних системах обробітку ґрунту, необхідно відзначити особливу її важливість для обробітку сільськогосподарських культур. А.А. Ізмаїльський, О. Н. Соколовський, вважали, що на чорноземі необхідна глибока оранка для успішної боротьби з посухою.

Вологість і запаси доступної вологи в ґрунті залежать не тільки від систем обробітку, але більшою мірою від висоти залишеної на поверхні поля стерні і снігозатримання.

У роботах деяких дослідників зазначено, що безполицевий обробіток не має переваг перед звичайною полицевою оранкою за змістом запасів води в ґрунті. Однак за даними И. А. Чуданова, Н. Ф. Бенедичук плоскорізний обробіток ґрунту забезпечує додатково накопичення продуктивної вологи до початку весни. Більше накопичення її за плоскорізного і нульового обробітку вони пояснюють тим, що збережені рослинні рештки в зимовий період сприяють кращому затриманню снігу, а у весняний _ за рахунок мульчування, запобігають втратам вологи на випаровування.

Поряд з цим, у сприятливі за зволоженням роки різні технології основного обробітку ґрунту (полицева, плоскорізна, комбінована, мінімальна, дискова) не зробили істотного впливу на запаси доступної води в метровому шарі ґрунту під ячменем на чорноземі типовому малогумусованому важкосуглинковому.

В той же час, Казаков B.C. своїми дослідженнями підкреслює, що запаси доступної води в ґрунті при різних способах обробітку під горох істотно не змінювалися. У середньому за три роки в початковий період росту і розвитку вони склали 135−137 мм, а в фазі кущіння і перед збиранням 99−109, 97−150 мм відповідно.

Не можна пропустити роботи М. К. Шикули та І.І. Назаренко, які відзначали, що у посушливі роки необхідно віддати перевагу ґрунтозахисній технології обробітку ґрунту в забезпеченні накопичення і збереження запасів доступної вологи.

В останні роки сільське господарство отримує нові ґрунтообробні знаряддя, нові сорти, засоби захисту, все це надає певний вплив на систему обробітку ґрунту.

Ґрунт можна рихлити менше, ніж це рекомендувалося 30−40 років тому, так як з’явилися нові знаряддя обробітку (плоскорізи, чизель, плуги зі стійками СібІМЕ, БІГ-3, ґрунтообробні комплекси) і нерозумно було б залишатися на колишніх позиціях застосування при основному обробітку тільки оранки.

На думку В.І. Коровіна, який глибоко проаналізував і узагальнив дослідження з обробітку ґрунту в нашій країні і за кордоном традиційні уявлення про необхідність регулярного розпушування ґрунту значною мірою перебільшені, оскільки рівноважна щільність здебільшого ґрунтів виявилася близькою до оптимальної для зернових і деяких інших культур. У той же час різноманітність систем обробітку визначається не тільки екологічними умовами, а й рівнем інтенсифікації виробництва. При цьому можливості мінімалізації обробітку ґрунту зростають у міру забезпеченості виробничими ресурсами і професійними знаннями. Можливості мінімалізації збільшуються з просуванням з півночі на південь, особливо на ґрунтах зі сприятливими агрофізичними показниками.

Обробіток ґрунту, впливає на ґрунтові параметри, зрештою, робить значний вплив на врожайність культур, продуктівність ріллі в польових сівозмінах. Причому вплив цей, по літературним даним, також різноманітний, як і вплив обробокітку на всі вище-перелічені фактори і залежить від кліматичних умов, типу ґрунту, оброблюваних культур. Це ще раз підкреслює необхідність розробки зональної системи обробітку ґрунту.

Більшість авторів пояснює зниження врожайності значним збільшенням засміченості, і можливістю застосування безполицевого обробітку бачать в комплексній хімізації, чергуванні цих обробітків з безполицевими, застосування їх по попередниках, чистим від бур’янів. При дотриманні цих вимог позитивний ефект по безполицевому обробітку відзначений у багатьох роботах. Так, результати СібНІІЗХіма, СібНІІЗХоза, НИИСХ Північного Зауралля, в північному Казахстані, доводять можливість при застосуванні комплексу засобів хімізації (добрив, гербіцидів, інсектицидів і фунгіцидів) отримання навіть при вираженій мінімалізації обробітку чорноземів і темно-сірих лісових ґрунтів приблизно таких же врожаїв зернових культур, як і при оранці або глибокому безполицевому обробітку.

Володіючи тими чи іншими перевагами, полицевий, а особливо безполицевий і мінімальний обробіток мають свої недоліки. Так, за Д.Є. Ванину щорічна глибока оранка на 30 см і більше забезпечує прибавку, врожаю на 2,3−17,1%, а з іншого боку призводить до посилення розкладання органічної речовини, знижуючи її потенційна родючість: 13-річний обробіток на карбонатному чорноземі зменшував вміст гумусу на 10% в 0−20 см шарі, а 30-річна — на 20%. Безполицевий і мінімальний обробіток при систематичному застосуванні, часто посилюючи засміченість і погіршуючи живлення рослин, ведуть, як правило, до зниження врожаїв.

В північному лісостепу Омської області в тривалому досвіді (35 років) за останні 12 років (1993;2005) у варіанті з мінімально-нульовий обробітком ґрунту без засобів хімізації вихід зерна з 1 га ріллі в зернопаропросапної сівозміні скоротився в середньому на 21% в порівнянні з варіантом оранки.

Однак на тлі комплексної хімізації (добрива, пестициди) врожайність зернових, незалежно від системи обробітку ґрунту збільшувалася в середньому на 46%. Економічна оцінка систем обробітку ґрунту показала при цьому, що при мінімально-нульового обробітку ґрунту (без хімізації) витрати скорочуються на 34%, а прибуток на 17%. На тлі комплексної хімізації при мінімально-нульовому обробітку при зниженні витрат на 17% прибуток отриманий практично такий же, як і при полицевому обробітку.

Таким чином, аналіз проведених досліджень показує, що вдосконалення обробітку ґрунту в напрямку мінімалізації може бути ефективним при диференційованому підході при виборі системи обробітку. Однак далеко не всі аспекти цієї проблеми глибоко розроблені. Для північної лісостепу Західного Сибіру є необхідність подальшого вивчення, наукового обґрунтування та вдосконалення системи обробітку.

Немає односторонньої думки вчених про вплив різних способів основного обробітку на агрофізичні показники, тому наші дослідження присвячені рішенню даної проблеми, в частості на чорноземі важко суглинковому.