Цикл вуглецю та азоту за різних систем удобрення в сівозміні на дерново-підзолистому грунті в Поліссі


Наведено результати досліджень щодо впливу органічних і мінеральних добрив на продуктивність короткоротаційної зерно-просапної сівозміни, гумусний стан дерново-підзолистого грунту залежно як від кількості біомаси, що надходить у грунт, так і від співвідношення C:N. Установлено, що використання побічної продукції і сидерації на фоні N50P56K69 позитивно впливає на гумусний стан грунту і зниження емісії СО2 в атмосферу при практично однаковій продуктивності сівозміни з традиційною органомінеральною системою удобрення (10 т/га гною + N50P56K69).

Ключові слова: вуглець, азот, сівозміна, грунт, цикл, система удобрення.

Азот і вуглець у формі молекулярного азоту і вуглекислого газу є одними з основних складових атмосфери Землі. Грунт разом із зеленими рослинами в процесі фотосинтезу є трансформатором і акумулятором сонячної енергії з наступним її перетворенням на хімічну енергію органічної речовини, що створює умови життя на планеті Земля [1]. Накопичений органічний вуглець у вигляді кореневих та післязбиральних решток, що надходить у грунт, за трансформувальної дії живої речовини грунту перетворюється на біогенні сполуки і більш стабільну органічну речовину -- гумус, який визначає фізико-хімічні параметри. Отже, гумус є носієм та акумулятором сонячної енергії в грунтовому середовищі. Створити оптимальні умови його накопичення в грунті можливо тільки при внесенні в нього достатньої кількості органічної речовини, що особливо характерно для дерново-підзолистих грунтів з оптимальним співвідношенням вуглецю до азоту C : N, яке, за Кудеяровим, перебуває в межах (30-40) : 1 [2]. Якщо таке співвідношення не дотримується, то при ширшому співвідношенні матимуть місце значні непродуктивні витрати вуглецю у вигляді СО2, а при вужчому -- зниження вмісту азоту, який використовується з грунтовою мікрофлорою, що створює тимчасовий дефіцит азоту до рослин [3]. Отже, цикли вуглецю й азоту в грунті тісно пов'язані, що значно впливає на процеси гумусоутворення. Однак трансформація азоту і вуглецю в грунтах значно відрізняється. Азот у грунті при вивільненні з органічної речовини внаслідок мінералізації може швидко знову включатися в біохімічні процеси, а вуглець при мінералізації в основному або втрачається у вигляді CO2 в атмосферу і лише невелика його частина залишається в грунті, або при оптимальному співвідношенні C : N накопичується в грунті у вигляді гумусу.

Позитивний вплив гумусу на фізико-хімічні характеристики грунту насамперед пов'язаний з тим, що в ньому в органічній формі акумулюється 98 % запасів азоту, 60 -- фосфору, 80 % сірки та мікроелементи, які містяться в органомінеральних комплексах і надійно захищені від вимивання [4].

У грунтах під природними ценозами процеси мінералізації й гуміфікації зрівноважені. В агроекосистемах при недостатньому надходженні в грунт свіжої органічної речовини, яка компенсує мінералізаційні процеси та зниження співвідношення C : N до 25 : 1, відбуваються значні втрати родючості грунту, в тому числі гумусу, що супроводжуються емісією СО2 в атмосферу.

У 1990-2011 рр. в агроекосистемах України відбулося різке зменшення використання органічних добрив, а втрати гумусу за цей період внаслідок незбалансованого надходження в грунт органічної речовини, а також ерозійної деградації грунтів у середньому становили до 1,15 т/га за рік, що, безумовно, супроводжувалося втратами вуглецю у вигляді СО2.

Його концентрація в атмосфері за сторіччя збільшилася за різними джерелами, від 17 до 30 %, а продуктивність агроекосистеми, для якої він є джерелом живлення, не збільшилась [5], що дуже небезпечно. Для біосфери

Діоксид вуглецю в атмосфері майже на 90 % має грунтове походження [5]. Підвищення його концентрації в атмосфері призводить до потепління клімату, що супроводжується різким збільшенням кризових явищ, зокрема посух [6]. Так, якщо в Київській області посухи в минулому столітті спостерігались один раз на 100 років, то останнім часом вони повторюються кожні 10 років. Темпи зростання температури на території України вдвічі перевищують загальносвітові показники, які становлять 0,74 °С за останні 100 років [6, 7].

За висновками, грунтова органічна речовина досить динамічно реагує на зміни управління грунтовою родючістю. Отже, грунтове середовище може функціонувати як джерело емісії або депонування атмосферного вуглецю, який може відігравати важливу роль у секвестрації вуглецю, тобто зв'язування рослинами СО2, і таким чином сприяти зменшенню парникового ефекту [8].

Науково обгрунтоване управління вуглецем в агроекосистемах сприяє підвищенню протиерозійної стійкості грунту ерозії, забрудненню грунтових вод, поліпшенню якості повітря, зменшує формування здорового грунту і в результаті забезпечує вищу продуктивність агроекосистем. Отже, якщо припинити тенденцію зниження вмісту вуглецю в грунті, то це забезпечить не тільки кращий контроль балансу світового вуглецю, й значно поліпшить умови існування людини [8].

Виходячи з усього цього, ми поставили за мету дослідити ефективність екологічно безпечних низьковуглецевих систем удобрення на основі сидерації, використання побічної продукції як добрива та оптимальних норм мінеральних добрив і їх вплив на урожайність культур сівозміни, баланс органічної речовини, в тому числі гумусу, та порівняти з традиційною органомінеральною системою удобрення (гній + NPK).

Експериментальні дослідження виконувалися в стаціонарному досліді Інституту сільського господарства Полісся, закладеному в 2004 р. на дослідному полі с. Грозине Коростенського району Житомирської області. Дослідження проводилися в 4-пільній сівозміні: люпин -- тритикале -- картопля -- овес. Грунт дерново-підзолистий супіщаний з вмістом гумусу 1,27 %, рухомого фосфору 84 мг/100 г грунту, обмінного калію 10,2 мг/100 г грунту, рНсол. -- 5,0, Нг -- 2,25 мг/екв. на 100 г грунту.

Схему досліду дози добрив представлено в табл. 1. Кількість органічної речовини у вигляді побічної продукції, післязбиральних решток та коренів, що надходять у грунт, визначали за урожайними даними за рівнянням Левіна. Загальний гумус визначали за методикою Тюріна ГОСТ 26213-91. Зразки грунту для аналізу відбирали та готували згідно з ДСТУ 4287:2007 та ДСТУ 19011464:2007.

Порівняльний аналіз впливу систем удобрення на урожайність культур сівозміни показав, що при одинарній нормі мінеральних добрив на фоні гною та застосуванні як добрива побічної продукції, разом із сидерацією отримано практично однакову урожайність зерна люпину, вівса, а також картоплі. Тритикале краще реагував на пряму дію соломи люпину, ніж на післядію гною. При збільшенні норми мінеральних добрив на фоні гною простежувалася тенденція підвищення урожайності всіх культур сівозміни. У підсумку продуктивність сівозміни на цьому варіанті була на 6 % вищою, ніж на одинарній нормі мінеральних добрив.

Таблиця 1 Надходження в грунт рослинних решток та вуглецю залежно від систем удобрення

№ вар.

Органічна речовина

Суха маса органічної речовини, т/га

Орган..

Люпин

Тритикале

Картопля

Овес

Всього, т

Т/га

Т/га

1

Без добрив (контроль)

2,91

2,22

1,90

2,54

9,57

2,39

0,96

2

Гній 10 т/га + N50P56K66

3,34

2,93

4,64

4,10

15,0

3,75

1,50

6

Солома + сидерат

6,07

4,21

7,76

8,44

26,5

6,62

2,65

8

Солома + сидерат + N50 P56 K66

6,60

5,72

12,45

10,22

35,0

8,75

3,50

11

Гній 10 т/га + N80P82K102

3,48

3,36

5,05

4,15

16,0

4,0

1,60

Побічна продукція + сидерат без мінеральних добрив забезпечували порівняно відносно невисоку продуктивність сівозміни порівняно з контролем (табл. 2).

Як було сказано, гумусний стан грунту визначається в основному кількістю органічної речовини, що надходить у нього з добривами та органічними рештками (див. табл. 1). Отже, від величини врожаю основної продукції залежить кількість надходження в грунт свіжої органічної речовини, в тому числі у вигляді коренів, післязбиральних решток та побічної продукції. Як показано в табл. 2, органічні і мінеральні добрива істотно підвищують як урожайність основної продукції, так і біомасу побічної продукції, в тому числі пожнивних решток та коренів. За органомінеральної системи удобрення, при внесенні на 1 га сівозмінної площі 10 т гною + N50P56K-66, утворилось органічної речовини на 39 % більше, а на фоні полуторної дози добрив -- 63 % порівняно з контролем (без добрива). Заміна 10 т гною побічною продукцією і сидерацією разом з мінеральними добривами забезпечила збільшення надходження в грунт органічної речовини на 3,7 т/га.

При застосуванні на органічні добрива тільки побічної продукції і сидерації без мінеральних добрив було отримано невисоку урожайність основної продукції всіх культур сівозміни і, відповідно, надходження в грунт органічного вуглецю, яке було вищим відносно контролю лише на 18 %.

Гумусний стан грунту визначається не тільки кількістю органічної речовини, яка надходить у нього, а й її хімічним складом, а також системою удобрення і, зокрема, нормами азотних добрив.

При використанні на добриво побічної продукції та біомаси сидератів на фоні N50P56K69 в грунт надійшла найбільша кількість органічної речовини із співвідношенням C : N, близьким до оптимального (31 : 1). Підвищення норм мінеральних добрив на фоні гною 10 т/га сприяло, порівняно з одинарною дозою, збільшенню надходження в грунт органічної речовини, однак супроводжувалося значним звуженням співвідношення C : N -- 18 : 1 і, як наслідок, створення дефіциту азоту через його поглинання мікрофлорою грунту. Таким чином, система удобрення значною мірою залежить від надходження в грунт кількості органічної речовини та співвідношення C : N, що визначає активність процесів гуміфікації в грунті. За одинарної норми мінеральних добрив, на фоні 10 т гною, запаси гумусу в шарі 0-40 см підвищились відносно контролю на 28, а за полуторної дози -- на 33 %. Підвищення запасів гумусу на 37 % щодо контролю отри

Мано при використанні побічної продукції разом із сидерацією на фоні мінеральних добрив N5оР56^-69' На ділянці без мінеральних добрив побічна продукція разом із сидерацією внаслідок нижчої врожайності культур сівозміни та зеленого добрива в грунт надійшла невисока кількість органічної речовини і, відповідно, запаси гумусу в грунті підвищилися лише на 16 % порівняно з контролем.

Збільшення кількості утвореного гумусу сприяло зменшенню надходження в атмосферу вуглекислого газу (табл. 3). Використання соломи на добриво разом із сидерацією на фоні мінеральних добрив також сприяло зменшенню емісії СО2 в атмосферу порівняно з традиційною системою удобрення.

ВИСНОВКИ

При дефіциті органічних добрив тваринного походження, збалансованого розвитку підтримання конкурентоспроможності агроекосистем, врівноваженого балансу гумусу та зменшення емісії CO2 в атмосферу на дерновопідзолистих грунтах Полісся можна досягти при застосуванні як органічних добрив усієї побічної продукції сільськогосподарських культур та рослинних решток у поєднанні із сидерацією та невисоких норм мінеральних добрив. Така технологія забезпечує оптимальний цикл вуглецю й азоту та створення низьковуглецевих екологічно збалансованих агроекосистем.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

    1. Мовчан А. А. Влияние леса на окружающую среду / А. А. Мовчан. -- М.: Наука, 1973. -- 368 с. 2. Кудеяров В. Н. Дыхание почв России: анализ базы данных, многолетний мониторинг, общие оценки / В. Н. Кудеяров, И. Н. Курганова // Почвоведение. -- 2005. -- № 9. -- С. 1112 -- 1122. 3. Канівець В. І. Життя грунту / В. І. Канівець. -- К.: Аграрна наука, 2001. -- 131 с. 4. Мазур Г. А. Роль гумусу в родючості та відтворення його вмісту / Г. А. Мазур // Вісн. аграрної науки. -- 2000. -- Вип. 3. -- С. 12-16. 5. Яцик А. В. Экологические основы рационального водопользования / А. В. Яцик. -- К.: Генеза, 1997. -- 628 с. 6. Сайко В. Ф. Наукові основи стійкого землеробства в Україні / В. Ф. Сайко // Зб. наук. пр. -- К., -- 2000. -- Вип. 3. -- С. 3-17. 7. Щербань І. М. Небезпечні агрометеорологічні явища в Україні / І. М. Щербань // Фізична географія та геоморфологія. -- 2009. -- Вип. 57. -- С. 75-81. 8. Каплун А. Быть в гармонии с природой / А. Каплун // Ексклюзив Агро. -- 2008. -- № 1. -- С. 23.

Похожие статьи




Цикл вуглецю та азоту за різних систем удобрення в сівозміні на дерново-підзолистому грунті в Поліссі

Предыдущая | Следующая