Системи удобрення ґрунту та збереження його органічної складової

У структурі ґрунтового покриву країни більше третини належить ґрунтам, що потребують систематичних меліоративних заходів, за нехтування якими земля втрачає продуктивні властивості і її використання в обробітку неефективне.

Зокрема, за останні 130 років втрати гумусу в ґрунтах Лісостепу досягли 22%, у Степу — 19,5%, на Поліссі — близько 19% від початкової їхньої кількості. Загальна площа сільськогосподарських угідь, які зазнали згубного впливу водної ерозії, становить 13,3 млн га (32%), в тому числі 10,6 млн га орних земель. У складі еродованих земель налічується понад 2,5 млн га із середньо- та сильнозмитими ґрунтами, зокрема 68 тис. га повністю втратили гумусовий горизонт. Зменшення продукції землеробства від ерозії та втрат вологи із поверхневим стоком перевищує 9–12 млн т зернових одиниць щороку.

За різними даними, площа ґрунтів із надлишковою кислотністю, яка лімітує нормальний розвиток та зростання с.-г. культур, становить від 5,5 до 8,5 млн га та продовжує збільшуватися під впливом незбалансованих систем землеробства. На Півдні України виявлено 4,7 млн га ґрунтів із лужною реакцією середовища, що становить 48% орних земель, причому майже половину площ серед них займають сильно- і середньолужні ґрунти — 2,3 млн га. Засолених та солонцюватих ґрунтів в Україні 1,92 млн га, з них сильнозасолених — 116,3 тис. га, солончаків — 32,8 тис. га, солонців — понад 170 тис. га. Серед зрошуваних земель налічується близько 600 тис. га засолених та солонцюватих ґрунтів, із них 200–300 тис. га — вторинно солонцюватих.

Фізична деградація ґрунтів, як наслідок їхнього інтенсивного механічного обробітку та зниження вмісту органічної речовини, практично охопила всю орну площу України. Вона проявляється у знеструктуренні верхнього шару ріллі, брилистості поверхні після оранки, запливанні й кіркоутворенні, наявності плужної підошви, переущільненні підорного й глибших ґрунтових шарів.

Для попередження та запобігання подібних явищ Україна на сьогодні приєдналась до трьох Конвенцій Організації Об’єднаних Націй, які спрямовані на забезпечення сталого розвитку в усьому світі: Конвенція ООН про охорону біорізноманіття, про боротьбу з опустелюванням, Рамкова конвенція ООН про зміну клімату.

Детальніше в цій статті зупинимось на проблемі дегуміфікації та запобіганні втрат органічної речовини ґрунту.

Під впливом сільськогосподарської діяльності змінюється перебіг таких

ґрунтових процесів, як гуміфікація, гуміфіксація та мінералізація гумусу, що призводить до значної втрати останнього. Середньорічні гумусові втрати в ґрунтах ріллі внаслідок зростання тем­пів мінералізації органічної речовини становлять 0,6 т/га. За трансформації цілинних ґрунтів у ґрунти агроценозів переважання мінералізаційних процесів цілком логічно пояснюється зміною замкненого колообігу біогенних речовин на розімкнений. Це явище призводить до різкого зменшення надходження в ґрунт органічних решток, які виступають матеріальною субстанцією для гумусоутворення. А також цей негативний процес поглиблюється через зміну водного, повітряного, теплового, світлового режимів за розорювання ґрунтів, що зумовлює посилення мікро­біологічних процесів.

Для компенсації значної частини біогенних елементів як результату їхнього господарського винесення на формування врожаю зазвичай рекомендують вносити органічні добрива, яким відводять особливу роль у збереженні та підвищенні ґрунтової родючості. А от щодо впливу мінеральних добрив на гумусовий стан ґрунтів існують суперечливі точки зору. З одного боку, внесення мінеральних добрив, особливо у високих дозах, спричиняє дегуміфікацію через збільшення вмісту рухомих фракцій гумусу. А з другого — за збалансованої системи удобрення фактично не відбувається суттєвих змін умісту гумусу в бік зниження. Інші дослідження свідчать про збільшення загального вмісту гумусу за застосування мінеральної системи удобрення, особливо в комплексі з органічною.

Пріоритетом науково обґрунтованої системи удобрення є досягнення балансу між вуглецевим циклом і балансом поживних речовин у ґрунті. Відомо, що за нестачі легкодоступного вуглецю рослинних решток і органічних добрив ґрунтові мікроорганізми посилено асимілюють вуглець гумусових речовин. Збалансована система застосування добрив позитивно впливає на функціонування мікробіологічної складової ґрунту, яка, своєю чергою, впливає на баланс гумусу в цілому. Посилення діяльності мікрофлори ґрунту за застосування добрив може бути пов’язане із залученням додаткового енергетичного матеріалу, а саме: збільшеної кількості рослинних решток; власне органічних добрив; гумусових речовин ґрунту, що стали більш доступні для мікробіологіч­ної деструкції.

Розрахунком балансу гумусу та оцінкою динаміки його запасів у чорноземах за використання різних систем удобрення, форм та видів мінеральних добрив зайнялись науковці ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського». Ми проводили цю роботу шляхом закладання трьох польових дослідів із різною їхньою тривалістю. Перший довготривалий стаціонарний дослід — на чорноземі типовому ДП ДГ «Граківське» ННЦ «ІГА імені О.Н. Соколовського» (Харківський район, Харківська обл.) із умістом загального гумусу 3,8–4%. Дослід було закладено 1969 року, експериментальні дані отримано на різних агрохімічних фонах, на яких вивчали післядію різних систем удобрення (органічну та органо-мінеральну) на вміст гумусу та його форм у порівнянні з абсолютним контролем і перелогом.

Другий довготривалий стаціонарний дослід виконували на чорноземі типовому ДП ДГ «Граківське» ННЦ «ІГА імені О.Н. Соколовського» (Чугуївський район, Харківська обл.), який було закладено 1990 року. Вміст загального гумусу в ґрунті цього досліду — 5,6–5,8%; системи удобрення, які досліджували: мінеральна, органічна та органо-мінеральна, а на контролі — без внесення добрив. Третій тимчасовий польовий дослід проводили на чорноземі опідзоленому (демонстраційне дослідне поле ПрАТ компанії «Райз-Максимко», Лохвицький район, Полтавська обл.) із умістом загального гумусу 2,3–2,5%. У досліді вивчали короткострокову динаміку показників родючості ґрунту, в тому числі динаміку запасів та баланс гумусу протягом вирощування культур ланки сівозміни в умовах застосування безводного аміаку.

Результати наших досліджень на чорноземі типовому першого польового досліду щодо зміни вмісту загального гумусу під впливом післядії високих норм мінеральних добрив певним чином збігаються з дослідними роботами, де не відмічено зміни у вміс­ті гумусу за внесення мінеральних добрив (табл. 1). Так, застосування мінеральних добрив у запас по фону гною (варіанти 4 і 5 у табл. 1) не сприяло підвищенню загального вмісту гумусу, порівняно з абсолютним контролем. Відповідно запаси гумусу в орному шарі на цих варіантах коливались у межах 96–98,4 т/га. Тоді як внесення 140 т/га гною достовірно підвищило й уміст загального гумусу, і його запаси, навіть попри те, що його післядія у досліді триває вже 13 років.

Найбільший ефект у стабілізації гумусного стану чорнозему типового в проведеному досліді отримано за систематичного внесення мінеральних добрив на фоні гною (вар. 6 у табл. 1), де загалом протягом шести ротацій шестипільної сівозміни було внесено N2990P2680K2860. Уміст загального гумусу тут становив відповідно 4,5%. Але навіть за умов використання такої системи удобрення вміст загального гумусу не досягав рівня природної екосистеми (перелогу).

Дослідження динаміки загального вмісту гумусу за шість ротацій шестипільної сівозміни показали (рис. 1), що на контрольному варіанті після розорювання перелогу втрати гумусу стабілізуються, починаючи з третьої ротації, на певному рівні, тобто в системі «ґрунт-рослина» встановлюється врівноважений стан, а на варіантах, де вносили найвищі дози добрив (систематично), відзначається найпомітніше зростання вмісту гумусу від ротації до ротації (починаючи з третьої).

Взагалі, вважається, що органо-мінеральна система удобрення — оптимальна для посилення процесів гумусоутворення та гумусонакопичення.

Однак позитивна дія органо-мінеральних добрив залежить від їхньої дози. Так, у разі внесення 13,5 т/га гною разом із мінеральними добривами вміст гумусу стабілізується до початкового рівня. Позитивний баланс гумусу в просапній сівозміні досягається за внесення 12 т/га гною разом із мінеральними добривами.

У першому стаціонарному досліді на чорноземі типовому баланс гумусу в ланці сівозміни: вико-овес, пшениця озима та кукурудза на зелений корм (з/к) шостої ротації — на всіх досліджуваних варіантах був позитивний (табл. 1). Це стало можливим, головним чином, завдяки новоутвореному гумусу кореневих та поверхневих решток рослинної маси вико-вівса та пшениці озимої. Застосування тільки органічних добрив не сприяло досягненню максимального ефекту гумусонакопичення, що передусім пояснюється низькими врожаями, отриманими на цьому варіанті.

Традиційним способом оцінювання можливих втрат вуглецю з ґрунту є розрахунковий, який ґрунтується на складенні балансу між статтями надходження органічної речовини з органічними добривами та рослинними рештками, які піддаються гуміфікації, та втратами гумусу через його мінералізацію та вимивання. Балансовий метод не має високої точності, але він дає змогу кіль­кісно оцінити тренд змін гумусового стану ґрунту вже за основними статистичними відомостями про врожайність культур, спосіб обробітку ґрунту та систему удобрення. Окрім того, застосування балансового методу створює основу для того, щоб уже на перших роках упровадження нових складових системи землеробства (сівозмін, систем обробітку та удобрення) скласти прогноз секвестрації вуглецю в ґрунті та приблизно оцінити емісійні його втрати в коротко- та довгостроковій перспективі.

Для балансової оцінки емісійних втрат вуглецю в другому стаціонарному польовому досліді на чорноземі потужному з вивченням різних систем удобрення (мінеральної, органічної та органо-мінеральної) було використано дані врожайності за останню ротацію сівозмі­ни. Результати балансових розрахунків наведено в табл. 2.

Під час проведення досліду мінеральні добрива вносили врозкид у вигляді аміачної селітри, суперфосфату гранульованого, калію хлористого та калімагнезії. До початку досліджень усього внесено 170 т/га гною та N945–1890P880–1760K765–1530. Органічні добрива вносили в таких нормах: під соняшник — 30 т/га; під буряки цукрові — 40 т/га; під кукурудзу на зерно — 30 т/га.

Як свідчать наведені дані, через низьку врожайність культур, які вирощували на варіанті без застосування добрив, баланс гумусу є найбільш дефіцитним — ґрунт щороку збіднювався в середньому на 0,3 т/га. Така інтенсивність дегуміфікації є достатньо близькою до середніх значень для краї­ни (0,6 т/га за рік), оприлюднених у Національній доповіді про стан ґрунтів (але завдяки науково обґрунтованій сівозміні в досліді вона все-таки нижча).

Мінеральна система удобрення формує менш дефіцитний баланс гумусу завдяки тому, що маса поверхневих та кореневих решток збільшується в середньому на 12%, але все одно сальдо залишається від’ємним, а саме -0,21 т/га щороку. У зв’язку з цим повне відчуження побічної продукції за мінеральної системи удобрення, що може мати місце в господарствах, де нема тваринництва, і використання соломи для опалювальних цілей або взагалі її спалювання, що ще трапляється, призводитимуть до поступової дегуміфікації ґрунтів. Органічна та органо-мінеральна системи удобрення, навпаки, формують позитивний баланс гумусу із середньою інтенсивністю його накопичення на рівні 0,36 та 0,42 т/га відповідно.

Важливим аспектом поповнення ґрунту органічною речовиною та, відпо­відно, зниження втрат вуглецю з поверхні ґрунту є обрання таких видів і форм мінеральних добрив для побудови системи удобрення, щоб останні практично не впливали на пептизацію органічних колоїдів та не зумовлювали посилення їхньої рухомості. На думку В.І. Філона, мінеральні добрива за агресивністю дії на органічну речовину ґрунту можна поділити на: найбільш реакційноздатні — азотні та комплексні; другі за впливом — фосфорні. Калійні добрива володіють контрастною дією, яка залежить від їхнього аніонного складу: хлоридні форми практично не впливають на органічні колоїди, а сульфатні, навпаки, значно посилюють рухомість органічних сполук.

Серед сучасного асортименту азотних добрив найбільш концентрованим та агресивним є безводний аміак, що обумовлює особливу дискусійність питання щодо його впливу на вміст та рухомість гумусу. Поряд із цим, безводний аміак є найдешевшим азотним добривом, через що останнім часом привертає увагу багатьох фермерів. Деякі дослідники вважають, що внесення безводного аміаку може негативно впливати на вміст гумусу, зумовлюючи підвищену рухомість його активних форм. Однак J. Neuberg стверджував, що побоювання щодо несприятливого впливу аміаку на гумус невиправдані, оскільки аміак, за нормальних ґрунтових умов, нітрифікується протягом трьох тижнів і втрачає властивості, які негативно впливають на органо-мінеральний вбирний комплекс ґрунту.

Дослідження впливу форм азотних добрив на процеси гумусонакопичення проводили в умовах третього тимчасового польового досліду на чорноземі опідзоленому. Розрахунок балансу гумусу виконували в ланці сівозміни: кукурудза на зерно — пшениця озима — соняшник (в основне удобрення вносили безводний аміак та аміачну селітру — табл. 3).

В умовах нашого досліду, де вся побічна продукція залишалась у полі, найвищий баланс гумусу в ланці сівозмі­ни, який становить 5,71 т/га, було отримано за застосування безводного аміаку. За внесення аміачної селітри баланс гумусу становив 4,15 т/га, що на 27% менше порівняно з удобренням безводним аміаком. Формування позитивного балансу гумусу за роки досліджень підтверджується розрахунками запасу гумусу в орному шарі ґрунту. За застосування як безводного аміаку, так і аміачної селітри в 2012 році його запаси становили 52,8 т/га порівняно з 54,7 т/га — на контролі. На кінець проведення дослі­джень, у 2014 році, виявлено суттєві зміни запасів гумусу залежно від форми добрив: за внесення безводного аміаку — 59,8 т/га, аміачної селітри — 59,0 т/га та на неудобрюваній ділянці — 57,8 т/га.

Таким чином, застосування безводного аміаку в дозі 100 кг азоту на гектар протягом трьох років на чорноземі опідзоленому не спричиняє зниження загального вмісту гумусу, а, навпаки, зумовлює тенденцію до його збільшення в ґрунті. Крім того, застосування безводного аміаку в ланці сівозміни, залежно від кількості надходження побічної продукції, формує позитивний або бездефіцитний баланс гумусу. Але слід враховувати, що для уникнення дегуміфікації ґрунту за застосування безводного аміа­ку в якості азотного добрива потрібно вести моніторинг гумусового стану з періодичністю один раз на три-п’ять років шляхом визначення абсолютного та відносного вмісту лабільного гумусу.

Наостанок акцентуємо вашу увагу на такі положення:

органо-мінеральна система удобрення — оптимальна для посилення процесів гумусоутворення та гумусонакопичення, проте недостатня для досягнення рівня природної екосистеми за кругообігом вуглецю;

мінеральна система удобрення формує більш напружений баланс гумусу, але може забезпечити бездефіцитний рівень за високої врожайності та заорювання рослинних решток;

за розробки науково обґрунтованої системи удобрення слід враховувати вплив форми та виду добрив, обробітку та сівозміни на баланс органічної речовини ґрунту;

балансові розрахунки є інструментом оцінки спрямованості кругообігу вуглецю під час випробування різ­них агротехнологій перед їхнім упровадженням у виробництво, але потребують удосконалення.

М. Мірошниченко, д-р біол. наук

Є. Гладкіх, канд. с.-г. наук

А. Ревтьє-Уварова, канд. с.-г. наук

О. Сябрук, канд. с.-г. наук

ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського»

Журнал «Пропозиція», №11, 2018 р.