Оптимальна щільність ґрунту — важлива складова успіху

Зупинимось лише на двох показниках, які часто залишаються поза увагою агрономів в умовах аграрного виробництва, а саме — рівноважна щільність ґрунту і його твердість. Іронічний читач може заперечити: навіщо агрономові-практику вести розмову про всякі теоретичні показники характеристики ґрунтів? Є конкретне поле, обрано конкретну заплановану до висіву культуру, наприклад кукурудзу. Ось, мовляв, і ведіть професійну розмову про те, як отримати 18–20 т/га зерна кукурудзи, і бажано, щоб це було реалізовано кожного року.

Ну що ж, можна піти й таким шляхом. Які параметри потрібно врахувати аграрієві для отримання такого рівня врожайності посівів? Насамперед — відповідність конкретної ґрунтово-кліматичної зони для розміщення посівів кукурудзи з бажаним показником ФАО гібриду і можливостями формування такого рівня біологічної продуктивності рослин. Гаразд, дібрали відповідний гібрид, закупили насіння і маємо його в господарстві. Що ще необхідно для досягнення успіху? Потік сонячної променевої енергії (ФАР), наявність у приземному шарі повітря молекул вуглекислого газу (СО₂), достатня сума опадів протягом календарного року.

Зокрема, на наявність потрібного для формування врожаю кукурудзи запасу сполук мінерального живлення рослин культури впливати ми цілком спроможні, тому заздалегідь подбаємо про їхній відповідний обсяг у ґрунті. Ще врахуємо обсяги доступних сполук, які вже є в орному шарі, заплануємо додатково обсяги внесення поживи у формі добрив з урахуванням коефіцієнтів їхнього використання рослинами. Далі вже зробимо розрахунки потреби в пестицидах, відповідних с.-г. машинах і обсягах коштів, потрібних на втілення урожайних планів. На практиці, в умовах виробництва, послідовність розрахунків буде близькою до наведеної загальної схеми.

І ось пройшов вегетаційний період. Рік був сприятливий, все на полі зробили згідно з власними розрахунками, а запланованих показників рівня врожайності посівів кукурудзи не отримали. Що ж було не так? Фон мінерального живлення був достатній, волога також була, гібрид обрали продуктивний, висіяли вчасно, сходи отримали дружні, провели своєчасний і надійний захист від бур’янів, хвороб і шкідників, збирання врожаю виконали якісно.

Чому ж тоді не отримали запланованих і теоретично реальних показників урожайності? Що не врахували? В організаційній площині технології вирощування, здається, все виконано було коректно. А в агрономічній і фізіологічній? Ми все порахували, не беручи до уваги головного компонента успіху — особливостей морфології рослин кукурудзи.

Адже не слід забувати, що агроном працює передусім із живими біологічними системами — рослинами. Спробуємо уявно запитати в рослин кукурудзи, чи всі умови середовища в процесі вегетації в посівах були для них оптимальними? Звісно, ні. На погодні фактори, як і на інші енергетичні показники, ми впливати не маємо можливості. Тож розглянемо лише ті, які мали можливість коригувати.

Повертаємось до специфіки умов вегетації рослин у ґрунті. Хто з агрономів звертає увагу в описі ґрунтів господарства на показник рівноважної щільності орного шару на конкретному полі? На жаль, далеко не всі. Більшість агрономів насамперед звертає увагу на обсяги доступних сполук азоту, фосфору та обмінного калію на такому полі. Так, безумовно, це показники важливі.

Проте повернемось до рівноважної щільності ґрунту. Цей показник специфічний, тому що ґрунт завжди повертається до природного стану своєї щільності. Розпушений оранкою або культивацією, орний шар поступово ущільниться сам до своїх природних параметрів, а після проходження коліс с.-г. техніки шар ґрунту стає переущільнений.

На жаль, для таких природних процесів оптимізації щільності ґрунту потрібен час, інколи таке відновлення триває до шести-семи років. Оскільки в реальному житті аграрії не дають змоги орним землям природним чином відновлювати свій здоровий стан, то як побічний ефект агродіяльності ми отримуємо на них переущільнення ґрунту, добре відоме всім як «плужна підошва». Про те, що вона шкідлива, знають усі. Та це знання ще не означає, що її регулярно руйнують.

Закономірно виникає запитання: то що має робити агроном на полях, які мають вищі показники рівноважної щільності, ніж цього потребують рослини кукурудзи для свого нормального зростання?

Передусім про таку невідповідність потрібно знати, а далі — планувати заходи для її зменшення, а ще краще — повного нівелювання. У розпорядженні агронома є цілий набір агротехнічних прийомів для тимчасового зниження показників надмірної рівноважної щільності орного шару. Першочергово — це проведення оранки. Тимчасово знижує показники рівноважної щільності й застосування плоскоріза та проведення чизелювання.

Агрономам відомі також прийоми довготривалого зниження показників рівноважної щільності орного шару ґрунту. Рівень рівноважної щільності передусім залежить від двох показників: особливостей материнської ґрунтоутворювальної породи та рівня наявного в ґрунті гумусу. Як відомо, переважна більшість площ орних земель у нашій країні сформована на лесоподібних суглинках і на лесі. Проте маємо й орні землі на материнській породі з глини, піску, карбонатів та інших форм.

Говорити агрономам про роль гумусу у формуванні агрономічно цінних параметрів ґрунту немає потреби — вони загальновідомі. Проте наявний гумус і, власне, його кількість здатні істотно покращувати показники рівноважної щільності ґрунту. В результаті збільшення кількості наявних сполук органічного вуглецю (С) на 0,1% рівноважна щільність ґрунту знижується на 0,01 г/см³. Такий позитивний ефект до того ж довготривалий. Тобто регулярне застосування органічних добрив на полях не лише стимулює ґрунтоутворювальні процеси в орному шарі та підвищує вміст у ньому гумусу, а й проявляє вагомий позитивний побічний ефект: оптимізує показники рівноважної щільності орного шару та забезпечує його відповідність фізіологічним потребам рослин у процесі їхньої вегетації. Якщо прийоми основного обробітку ґрунту забезпечують позитивне зниження таких показників протягом 50–200 діб, то підвищення вмісту гумусу в орному шарі проявляє позитивний вплив упродовж років.

Різні види агрокультур проявляють вимоги до показників рівноважної щільності ґрунту неоднаково. Якщо рослини пшениці, ячменю, жита успішно ростуть і розвиваються в діапазоні цього показника на рівні 1,2–1,3 г/см³, то такі види, як кукурудза, горох, соя, потребують показників щільності ґрунту в межах 1,2–1,25 г/см³. Для більшості видів культур оптимальні показники щільності ґрунту не перевищують 1,25 г/см³. А як формуватимуть урожай посіви на ґрунтах із більшими показниками щільності? На відхилення від оптимальних параметрів ґрунтових умов вони відповідають зниженням рівня своєї біологічної продуктивності.

У модельних дослідженнях впливу показників щільності ґрунту на рівень урожайності рослин кукурудзи встановлено, що підвищення показників щільності орного шару від 1,22 до 1,34 г/см³ знижувало рівень урожайності зерна кукурудзи до 40%. Ось така реакція рослин на відхилення від оптимальних умов вегетації!

Чому рослинам кукурудзи через підвищення показників рівноважної щільності ґрунту понад оптимальні стає некомфортно?

Адже наявність світла, тепла, вологи, запасу мінерального живлення й комплексний захист від шкідливих організмів у них однакові, як і насіння того ж самого гібрида.

Спробуємо розібратися в суті проблеми разом. Підвищена щільність ґрунту ускладнює процеси росту й розвитку кореневої системи рослин кукурудзи. Рослини мають витрачати більше енергії на забезпечення процесів росту своїх коренів і подолання опору часток ґрунту. Проте це ще не головна проблема для рослин культури. Підвищення показників щільності ґрунту понад оптимальний для культури рівень — це насамперед погіршення режиму мінерального живлення рослин. Здається, які тут можуть бути проблеми, адже фон живлення для всіх рослин однаковий. Так, у ґрунті є запас мінеральних сполук і наявна волога. Проте процес їхнього засвоєння рослинами за різної щільності ґрунту істотно відрізняється. Нагадаємо відомі факти. Рослини здатні засвоювати своїми кореневими волосками мінеральні речовини лише за умови, що останні перебувають у розчиненому стані.

На перший погляд, яка різниця, яким шляхом надходитимуть у рослину сполуки мінерального живлення? Проте різниця є, і вона досить суттєва. Клітини кореневих волосків не здатні виконувати процеси фотосинтезу. Це важлива функція лише надземних частин рослин. Синтезовані зеленими частинами рослини вуглеводи надходять провідною системою флоеми в підземні частини, зокрема й до клітин кореневих волосків. У енергетичних центрах клітин (мітохондріях) молекули глюкози в процесі їхнього послідовного окислення звільняють наявну в них енергію хімічних сполук. Саме вона буде використана на формування молекул АТФ — універсальної сполуки, що забезпечує енергією більшість біохімічних процесів, що відбуваються у клітинах.

Саме в результаті витрати енергії макроенергетичних сполук молекул АТФ і відбувається активне мембранне перенесення до цитоплазми кореневих волосків аніонів із ґрунтового розчину. Для окислення молекул глюкози у мітохондріях потрібен вільний кисень (О₂) (процеси дихання), що надходить до цитоплазми кореневих волосків із ґрунтового повітря. Висока щільність орного шару ґрунту обмежує процеси аерації (обміну ґрунтового повітря з атмосферним) і відповідно наступного надходження вільного кисню (О₂) до клітин кореневих волосків у ґрунті. За умов дефіциту кисню в повітрі, що міститься в орному шарі й, відповідно, в цитоплазмі кореневих волосків зменшується інтенсивність процесів дихання, а отже, й можливість формування потрібної кількості молекул АТФ та зменшується обсяг засвоєння аніонів (особливо сполук фосфору) з ґрунтового розчину.

Про роль сполук фосфору у фізіологічних процесах рослин усі агрономи добре знають. Тобто навіть за наявності достатньої кількості доступних сполук фосфору в ґрунті це ще далеко не означає, що в орному шарі, який має підвищені показники щільності, вони будуть успішно засвоєні рослинами в потрібних для нормального перебігу фізіологічних процесів обсягах. Подібні ускладнення умов засвоєння аніонів у орному шарі ґрунту в процесі вегетації негативно впливають на рівень біологічної продуктивності рослин культури, а отже й на показники врожайності посівів.

Агроном змушений у своїй діяльності дослухатися до точки зору економістів і їхнього бажання мати раціональні витрати в процесі вирощування посівів. Проте в основі успіху роботи на орних землях має бути не стільки економія власне витрат, скільки висока ефективність капіталовкладень. Так от ці самі показники ефективності капіталовкладень передусім залежать від оптимальності умов вегетації посівів. Навіть використання продуктивних гібридів і внесені ефективні добрива не завжди здатні проявити запланований позитивний вплив на посіви.

Водночас показники рівноважної щільності ґрунту орних земель не вичерпують усіх питань, які виникають перед агрономом-практиком у процесі роботи на полях. Близьким, проте не тотожним поняттю щільності є показник твердості орного шару.

Сучасні технічні с.-г. комплекси відзначаються високою надійністю і значною продуктивністю в роботі. Вони потужні, мають широкий робочий захват. Проте всі ці агрегати змонтовані на колісному ходу різних конструкцій і здатні чинити значний питомий тиск на ґрунт. Ґрунт — біокосне тіло, тобто напівживий природний комплекс, що складається з материнської ґрунтоутворювальної породи, органічної речовини (гумусу) та комплексу живих організмів. Це цілий специфічний світ живого й неживого в усій складності біологічних, фізичних, біохімічних і енергетичних взаємозв’язків його компонентів.

Результати наукових досліджень доводять, що без істотної шкоди для сухого й стиглого ґрунту він успішно витримує механічні навантаження, що не перевищують 0,6 кг/см². Це своєрідна верхня межа безпечних фізичних (механічних) навантажень на орні землі. Сучасні комплекси с.-г. машин часто проявляють питомий тиск на ґрунт від 1,6 до 2,6 кг/см². У результаті такого механічного впливу коліс відбувається значне переущільнення орного шару ґрунту. Найінтенсивніше формується ґрунтова плужна підошва навесні, з початком проведення польових робіт. Верхній шар ґрунту на полях уже достиг і відновив структуру, а нижні горизонти орного шару ще залишаються перезволоженими й дуже чутливими до механічних навантажень колесами машин.

Що отримуємо в результаті? Деформація ґрунту в колії сучасних потужних тракторів проявляється в діапазоні від 0,7 до 1,3 м глибини. Залишкова механічна деформація орного шару від попередніх сільськогосподарських виробничих сезонів у наступні роки проявляється у формі утвореної плужної підошви. Твердість такого переущільненого шару на глибині 25–40 см часто виходить далеко за межі прийнятного показника й становить від 35,1 до 42,6 кг/см².

Це створений людиною як побічний результат її господарської діяльності потужний механічний бар’єр на шляху проникнення в ґрунт повітря та опадів, перешкода для нормального росту й розвитку кореневих систем культурних рослин. Для руйнування плужної підошви найефективніше періодично застосовувати чизелювання на глибину до 40 см.

Показники твердості орного шару ґрунту залежать від взаємодії і поєднання багатьох факторів. І в першу чергу — від специфіки материнської породи, вмісту гумусу, рівня структурованості ґрунту, наявності вологи, а також вмісту в орному шарі сполук натрію (Na).

Для успішної вегетації посівів більшості агрокультур бажано, аби твердість орного шару ґрунту не виходила за межі 11,5–22,5 кг/см². Реальне перевищення верхніх величин істотно ускладнює умови вегетації і призводить до зниження рівня біологічної продуктивності культур.

Тобто показники твердості ґрунту здатні коливатися в широких межах. Ситуацію ускладнює також відсутність розвиненого рослинного покриву на орних землях. В умовах жорсткої посухи під дією прямих сонячних променів верхній шар ґрунту нагрівається в полудень до 60–71°С і пересихає наскільки, що стає дуже твердим та розривається глибокими тріщинами. Натомість на ділянках із розвиненою природною рослинністю таких явищ нема. Надмірне пересихання верхнього шару ґрунту і формування дуже високого рівня твердості є також наслідком значних процесів мінералізації (зниження вмісту гумусу в орному шарі) та незахищеності поверхні ґрунту рослинами або їхніми залишками. В такому разі поле перетворюється на територію, що наближається за своїми характеристиками до пустинного такиру.

Вегетація зелених рослин за умов підвищеної твердості орного шару ґрунту дуже ускладнена цілим комплексом стресових проявів. Це й висока температура, й дефіцит вологи, й обмежена аерація орного шару та кореневої системи, й обмеження обсягів засвоєння мінерального живлення, й надмірний осмотичний тиск наявного ґрунтового розчину. Як реалізувати високий біологічний потенціал, що був закладений у насінні, за таких складних умов вегетації посівів?

Показники твердості орного шару на полях істотно залежать і від фактора наявності в посіві бур’янів. Немає потреби зупинятися на поясненні негативного впливу бур’янів на рослини культури в процесі їхньої спільної вегетації на полі. Вони загальновідомі. Проте про певну специфіку використання вологи рослинами диких видів все ж таки доцільно нагадати.

Більшість видів бур’янів відзначаються високими транспіраційними коефіцієнтами використання води в процесі вегетації. Наприклад, такий масовий і досить набридливий бур’ян, як просо півняче, має транспіраційний коефіцієнт 470–500, паслін чорний — 480–520, щириця звичайна (загнута) — 560–590, лобода біла — 600–630, гірчак розлогий — 635–660, амброзія полинолиста — 840– 980. Порівняйте ці показники з транспіраційними коефіцієнтами культурних видів рослин, і ви відчуєте різницю.

Найінтенсивніше рослини більшості видів бур’янів поглинають воду з ґрунту в першій половині вегетаційного періоду. Встановлено, що до другої половини червня без проведення необхідного захисту широкорядних посівів (соняшник, кукурудза, соя, буряки цукрові) від бур’янів останні здатні поглинути до 120 мм і більше доступної вологи. Тобто це майже обсяг стратегічного запасу вологи, який землероби мають у своєму розпорядженні на початку вегетаційного періоду в метровому шарі ґрунту.

Тому забезпечення своєчасного і якісного захисту посівів від бур’янів — це не прямий, проте дієвий спосіб збереження вологи в орному шарі ґрунту й запобігання його пересушуванню та формуванню високої твердості.

Після короткого огляду проблем, які виникають у результаті наявності або в процесі формування високих показників рівноважної щільності та твердості орного шару ґрунту на орних землях, потрібне відповідне конструктивне узагальнення: яких заходів маємо вжити в практичній площині, щоб уникати таких небажаних проявів?

Передусім агрономові варто завжди пам’ятати про специфіку показників рівноважної щільності орного шару на полях, де він висіває агрокультури, й відповідно коригувати технології їхнього вирощування. На полях, що мають рівноважну щільність понад 1,25 г/см³, недоцільно планувати або впроваджувати системи основного обробітку, які не передбачають розпушення орного шару ґрунту (ноу-тілл, стрип-тілл), тобто нульовий обробіток ґрунту, поверхневий обробіток, прямий висів. Орні землі, що мають підвищені показники рівноважної щільності орного шару, потребують регулярного активного зниження ґрунтового переущільнення шляхом застосування оранки, використання плоскоріза, чизеля. Таке тимчасове зниження високої щільності орного шару сприятиме реалізації продуктивного потенціалу посівів агрокультур.

Формування плужної підошви на орних землях потребує регулярного її руйнування, що позитивно впливає на умови вегетації кореневих систем посівів і дає змогу повніше й ефективніше використовувати капіталовкладення у технології вирощування агропосівів. Для уникнення формування високої твердості орного шару ґрунту та індукування стресів у культурних рослин у процесі їхньої вегетації орні землі потребують застосування заходів щодо накопичення запасів вологи та зниження непродуктивних втрат вологи з ґрунту. Цей комплекс заходів має включати: формування розвиненої рослинності на орних землях, використання рослинної мульчі на поверхні ґрунту, зниження швидкості потоку повітря над поверхнею ґрунту шляхом упровадження вітрозахисних куліс, контурної сівби, формування лісонасаджень.

Максимальної уваги потребують питання збереження й нарощування вмісту гумусу в орному шарі ґрунту.

Саме наявність достатньої кількості гумусу здатна знижувати показники рівноважної щільності ґрунту на довгий період, оптимізувати показники структури й твердості орного шару, утримувати вологу, покращувати водопроникність і аерацію ґрунту, оптимізувати умови життя кореневих рослинних систем і забезпечувати повнішу реалізацію високого продуктивного потенціалу сортів і гібридів культурних рослин.

Високий уміст гумусу в орному шарі суттєво знижує чутливість посівів до несприятливих погодних умов у процесі вегетації посівів, зокрема до періодичної посухи, нерівномірного випадання опадів, високих температур тощо. Загал проблем, із якими стикається агроном-виробничник у процесі своєї роботи на орних землях, звичайно, значно ширший і не обмежується впливом на ефективність діяльності лише факторів, які ми розглянули вище, а саме рівноважної щільності та твердості ґрунту.

Є чинники об’єктивні й імперативні. Ми не можемо їх відмінити своїм бажанням, проте можемо, враховуючи їхню дію, істотно змінювати й відчутно покращувати ситуацію на орних землях. Така робота здатна суттєво підвищити ефективність капіталовкладень у технології вирощування агрокультур і, відповідно, позитивно позначитися на показниках рівня врожайності. Безумовно, рівень професійної майстерності — важливий ключ до успіху роботи на орних землях.

О. Іващенко, дійсний член НААН, Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків НААН

О. Іващенко, д-р с.-г. наук, старш. наук. співробітник, Інститут захисту рослин НААН

Журнал «Пропозиція», №9, 2020 р.