Фактори проектування системи застосування добрив
При проектуванні СЗД у сівозміні враховуються наступні фактори (за. А.П. Лісовалом, 2002).
1. Біологічні особливості сільськогосподарських культур.
1. Потреба рослин у елементах живлення протягом періоду вегетації. Особливу увагу звертають на оптимальний рівень живлення рослин у критичний період та період максимального поглинання поживних речовин.
2. Відношення рослин до концентрації ґрунтового розчину.
З польових культур малочутливі до неї жито, пшениця, овес та ячмінь порівняно з горохом і льоном. Дуже чутливі до підвищення концентрації ґрунтового розчину в перший період вегетації кукурудза, а також огірки та морква.
3. Поглинальна здатність кореневої системи (враховують для того, щоб підбором відповідних видів і форм мінеральних добрив створити найсприятливіші умови формування високого врожаю).
4. Характер розвитку кореневої системи рослин (тип кореневої системи, площа взаємодії з грунтом, глибина проникнення).
5. Відношення рослин до реакції ґрунтового середовища (табл.11.2).
Оптимальне значення рН для більшості культур – 5,5-6,5 (табл. 10.2.). Найчутливіші до реакції середовища ґрунту, особливо лужного, рослини у перші фази росту і розвитку. Тому підбір культур у сівозміні роблять з урахуванням чутливості рослин до реакції ґрунтового середовища. Підкислення середовища ґрунту збільшує засвоєння рослинами аніонів, а підлуговування – стимулює поглинання катіонів.
Таблиця 10.2.
Відношення різних рослин до реакції грунту
(Д.С. Орлов, 1992)
| Рослина | Сприятливий інтервал рН | Рослина | Сприятливий інтервал рН |
| Люцерна | 7,8-8,0 | Соя | 6,5-7,5 |
| Цукрові і столові буряки | 7,0-7,5 | Горох | 6,0-7,0 |
| Конюшина | 6,0-7,0 | ||
| Конопля | 7,1-7,4 | Соняшник | 6,0-6,8 |
| Капуста | 6,5-7,4 | Бавовник | 6,5-7,3 |
| Огірки | 6,4-7,5 | Просо | 5,5-7,3 |
| Цибуля | 6,4-7,5 | Жито | 5,5-7,3 |
| Ячмінь | 6,8-7,5 | Овес | 5,5-7,5 |
| Пшениця | Гречка | 4,7-7,5 | |
| - озима | 6,3-7,6 | Льон | 5,5-6,5 |
| - яра | 6,0-7,5 | Картопля | 5,0-5,5 |
| Кукурудза | 6,0-7,0 | Люпин | 4,6-6,0 |
У кислих ґрунтах спостерігається підвищений вміст рухомих сполук алюмінію та мангану, які негативно впливають на ріст і розвиток культурних рослин. За відношенням до підвищеного вмісту в ґрунті алюмінію та мангану рослини поділяють на три групи (табл.10.3).
Таблиця 10.3.
Відношення культур до підвищеного вмісту в грунті Al та Mn
(М.М. Городній, 2003)
| Група культур | Аl | Мn |
| Дуже чутливі | Конюшина червона, | Конюшина, люцерна, |
| люцерна, буряки столові, | льон, озима пшениця, | |
| жито, цибуля, салат,шпинат | картопля | |
| Середньочутливі | Ячмінь, льон, морква, | Морква, буряки столові, |
| помідори | капуста, помідори, яра | |
| пшениця, гречка, горох | ||
| Стійкі | Овес, кукурудза, щавель, | Овес, кукурудза, люпин |
| картопля, тимофіївка |
6. Відношення рослин до доз добрив (сільськогосподарські культури розміщують у такій послідовності за збільшенням стійкості до доз мінеральних добрив: озима пшениця, ячмінь, овес, просо, льон, горох, люпин).
2. Грунтово-кліматичні умови.
Вплив ґрунту на врожайність культур визначається запасами в ньому елементів живлення і вологи, реакцією ґрунтового розчину, вмістом гумусу, фізичними і біологічними властивостями ґрунту.
Так, на дерново-підзолистих, світло-сірих і сірих лісових ґрунтах мінеральні добрива вносять у співвідношенні N:Р2О5:К2О=1,2-1,3 :1:1,2-1,3;
- на темно-сірих лісових ґрунтах, чорноземах опідзолених, вилугуваних і реградованих -1 : 1 : 1;
- на чорноземах Степу - 1 : 1-1,3 : 1 (якщо вони засолені 1 : 1-1,3 : 0).
Ці співвідношення можуть змінюватись залежно від біологічних особливостей культур.
Ефективність добрив значною мірою залежить від кліматичних умов, насамперед, від водного режиму ґрунту. Якщо вологи в ґрунті не вистачає, то ефективність добрив понижується. Тому в районах із недостатнім зволоженням важливо передбачати більшу глибину заробляння добрив та доцільність підживлення сільськогосподарських рослин. За достатнього зволоження або під час зрошення мінеральні добрива вносять у підвищених нормах, але запобігають вимиванню поживних речовин у нижчі шари ґрунту.
3. Агротехнічні умови.
1. Залежність ефективності добрив від рівня агротехніки. Внесенням порівняно невеликих норм добрив на фоні високого рівня агротехніки досягають значного ефекту, а високі норми на фоні низького рівня агротехніки дуже часто врожаєм не окуповуються.
2. Вплив попередника. Одна й та сама культура в межах однієї сівозміни на фоні однакових ґрунтово-кліматичних умов має отримувати добрива у різних кількостях і різного складу з урахуванням місця в сівозміні.
3. Тривалість дії добрив. Добрива, внесені в сівозміні, діють протягом кількох років. Особливо тривала післядія спостерігається після внесення високих норм підстилкового гною та компостів, фосфоритного борошна. У сівозмінах, де під сільськогосподарські культури систематично вносили органічні і мінеральні добрива, норми їх зменшують, а у сівозмінах, де добрива у попередні роки вносили в недостатній кількості, – збільшують. Від ротації до ротації сівозміни ефективність добрив підвищується.
Оцінка мінеральних добрив як екологічного фактору є необхідним етапом у розробці збалансованої СЗД, оскільки дозволяє зважити позитивін та негативні сторони застосування добрив, передбачити наслідки розбалансованої СЗД для функціонального стану агроекосистеми. Оцінка проводиться за такими групами факторів:
1) вплив мінеральних добрив на екологічний стан грунту (за прямими і побічними ефектами впливу);
2) вплив мінеральних добрив на якість сільськогосподарської продукції (за прямими і побічними ефектами впливу);
3) побічний вплив мінеральних добрив на стан навколишнього природного середовища у випадках їх міграції (грунтові та поверхневі води).
Порушення технології зберігання й транспортування добрив є також досить суттєвим фактором забруднення навколишнього середовища. Втрати елементів живлення у процесі транспортування та зберігання, тобто на етапі завод – поле, є досить суттєвими. За деякими даними вони сягають 10-15 % і більше. Це пояснюеться не лише невисокою якістю деяких добрив, а й поганою організацією транспортування, нестачею машин, складів тощо.
Охарактеризуємо основні фактори екологічної оцінки мінеральних добрив.
1. Взаємодія добрив із грунтом.
Добрива можуть справляти такі впливи на грунт:
● зменшення або підвищення біологічної активності грунту;
● підкислення або підлуження середовища грунтового розчину;
● погіршення або покращення ахрохімічних та агрофізичних властивостей грунту;
● сприяння обміному вбиранню іонів або витіснення їх до грунтового розчину;
● сприяння мінералізації або синтезу гумусу;
● спричинення синергізму або антагонізму поживних елементів щодо поглинання рослинами.
Залежно від спрямованості цих процесів добрива можуть бути безпечним і дуже важливим чинником збалансування землеробства або джерелом певної екологічної небезпеки.
2. Вплив мінеральних добрив на якість сільськогосподарської продукції може мати такі наслідки:
● забруднення продукції нітратами;
● забруднення продукції важкими металами (баластними речовинами викопних міндобрив);
● розбалансування або збалансування біохімічного складу сільськогосподарської продукції.
3. Побічний вплив мінеральних добрив на стан навколишнього природного середовища може виявлятися у процесах:
● евтрофікації або підвищенні продуктивності водойм,
● забрудненні ґрунтових вод нітратами та погіршенні якості питної води.
Негативні наслідки впливу міндобрив на елементи НПС виявляються в умовах розбалансованої системи застосування добрив.
Розбалансована СЗД має такі основні риси:
1) нераціональне співвідношення між застосуванням органічних і мінеральних добрив (недостатній рівень насичення органікою, завищені або занижені норми мінеральних добрив);
2) необґрунтовані норми добрив під окремі культури та по сівозміні в цілому;
3) відхилення доз добрив від оптимальних;
2) відхилення строків, способів та глибин внесення добривм від оптимальних;
3) добір форм добрив без урахування їхніх агрохімічних властивостей, та грунтово-кліматичних умов.
Основними екологічно небезпечними наслідками розбалансованого застосування добривможуть бути такі:
1) порушення родючості грунту внаслідок зміни концентрації агресивних іонів (підкислення, підлуження, засолення), яке виявляється в розвитку процесів деградації;
2) порушення родючості грунту внаслідок накопичення баластних речовин (важких металів, одновалентних іонів тощо);
3) порушення якості продукції рослинництва під впливом біогенних та токсичних елементів та ін.;
4) інфільтрація добрив у грунтові води та поверхневий змив, що спричиняють отруєння ґрунтових вод та водойм;
5) газоподібні непродуктивні втрати азоту міндобрив.
Порушення родючості грунту внаслідок зміни концентрації агресивних іонів.Систематичне застосування фізіологічно кислих мінеральних добрив на кислих дерново-підзолистих грунтах підвищує їхню кислотність та сприяє вимиванню з орного горизонту кальцію та магнію. Фізіологічно лужні форми добрив навпаки підлужнюють грунтовий розчин, сприяють пептизації колоїдів. Наслідками цих процесів у обох випадках є погрішення структурно-агрегатного складу та зменшення ємності катіонного обміну грунту, в результаті чого погіршуються іонообмінні властивості грунту і відбувається зменшення потенціалів буферності.
Крім того, застосування добрив може не тільки мобізувати окремі елементи живлення, а й зв'язати їх, перетворивши у недоступну для рослин форму. Наприклад, однобічне використання високих доз фосфорних добрив часто істотно знижуе вміст рухомого цинку, внаслідок чого спостерігається цинковий голод рослин.
Погіршення родючості грунту внаслідок накопичення баластних речовин.Отруєння грунтів баластними речовинами добрив значною мірою залежить від сировини та прийнятої технології виготовлення туків.
Застосування надмірно високих доз, наприклад, фосфорних добрив призводить до перенасичення грунту фтором, який визначаеться високою хімічною активністю. За умов його нестачі у людини розвиваєгься каріес зубів, але його надлишок шкідливий для здоров'я людей і тварин. Найбільша кількість фтору може міститися в амофозі (до 3,5-4,0 %).
Важливою слід вважати також проблему накопичення в грунтах кадмію, що вноситься з добривами. Цей процес іде повільно, але у зв'язку з високою канцерогеннністю кадмію, його вміст необхідно контролювати.
Погіршення якості продукції рослинництва під впливом біогенних та токсичних елементів – серйозна проблема сьогодення.
Найбільшу небезпеку викликає зростання кількості нітратного азоту в продукції рослинництва, що зумовлено нераціональним застосуванням азотних добрив. Особливо часто підвищений вміст нітратів зустрічається у овочах та баштанних культурах, хоча нітрати містяться також і у зерні та зеленій масі. Найбільша кількість нітратів звичайно накопичується у листках та черешках у порівнянні із плодами, тому із вегетативною масою деяких овочевих культур (салат) до організму людини може потрапити більше нітратів, аніж, наприклад, із томатів або огірків.
На здоров'я тварин негативно впливає також підвищений вміст калію у фуражній продукції. Надлишок калію перешкоджає засвоєнню рослинами магнію, що призводить до захворювання худоби. Велику небезпеку становить і нагромадження у рослинницькій продукції фтору та важких металів.
Інфільтрація добрив у грунтові води і водойми та поверхневий змив. Внаслідок змиву та інфільтрації сполук азоту й фосфору у водойми надходять стоки, що викликають їхню евтрофікацію. Всесвітньою організаціею охорони здоров'я (ВОЗ) встановлена межа допустимої концентрації (МДК) нітратного азоту у питній воді на рівні 22 мг/л для помірних широт та 10 мг/л для тропічних зон. Проте у районах інтенсивного застосування азотних добрив досить часто вміст азоту у питній воді значно перевищує МДК. Аналогічне становище спостерігається і зі вмістом фосфорних сполук. На 1 кг фосфору, що потрапив у водойми, утворюється близько 100 кг фітопланктону. Результати досліджень евтрофікації показують, що цвітіння води за рахунок водоростей починається вже тоді, коли вміст фосфору перевищує концентрацію 0,01 мг/л. Оптимальні умови для еврофікації спостерігаються при концентрації фосфору 0,09-1,8 мг/л і нітратного азоту – 0,9-3,5 мг/л.
Газоподібні втрати азоту в атмосферувиникають внаслідок процесів денітрифікації, що відбуваються у грунті. Відомо, що ці процеси призводять до утворення і втрат із грунту в атмосферу молекулярного азоту, аміаку, оксиду та двоокису азоту. Значної частини газоподібних втрат азоту в атмосферу можна уникнути за рахунок розподілу норми на невисокі дози, підживленням азотом в середині періоду вегетації, коли формується максимальна біомаса фотосинтетичного апарату і азот споживається високими темпами, забезпечення оптимального рівня зволоження та аерації грунту .
10.4. Роль гумусу в регулюванні родючості грунту та стабілізації агроекосистеми
У теорії та практиці землеробства питання формування родючості ґрунту розглядають у нерозривному зв'язку із кількістю та якістю гумусу в ньому. Роль гумусу багатогранна, але, за визначенням В.А.Ковди, найважливішим є те, що він акумулює сонячну енергію, яку щорічно трансформують автотрофні організми. При цьому гумус слугує постійним джерелом енергії для життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів і рослинності, визначає інтенсивність біохімічних процесів у ґрунті. За даними М.М. Кононової, в гумусі сконцентровано 95-98% ґрунтового азоту, 80% – сірки, до 60 % – фосфору, значна кількість калію, кальцію, магнію та інших елементів живлення рослин.
Гумус утворюється в грунті внаслідок процесів гуміфікації органічних решток – ланцюгу біохімічних перетворень відмерлих рослинних, тваринних, мікробних решток на гумус.
Кінцевою стадією розкладу органіки є її повна мінералізація.
Важливим найближчим резервом поповнення гумусу в грунті є детрит– передгумусова фракція органічної речовини грунту у вигляді напіврозкладених органічних рештків, що втратили свою анатомічну будову. Детрит є першочерговим резервом біогенів для мікроорганізмів.
До складу гумусу входять три групи специфічних органічних гумусових сполук: гумінові кислоти (ГК), фульвокислоти (ФК) та гумін (ГН), а також комплекс інших органічних сполук – неспецифічних: білки, амінокислоти, бітуми та ін.
Колоїдна природа гумусу, і, насамперед, його гумінової складової, великою мірою впливає на фізичні властивості ґрунту, посилює здатність до агрегації механічної частини і тим самим, разом із кальцієм, створює водостійку структуру верхніх горизонтів, визначає їхню щільність, водно-повітряний режим.
Вихідним матеріалом для утворення гумусу в орних землях, як уже зазначалося, є кореневі і післяжнивні рештки, мікроорганізми й органічні добрива.
За рахунок своєї динамічності та поліелементності, що характерна органічним сполукам, гумус виконує ряд наступних важливих функцій у ґрунті.
1. Визначає генезис грунту, формування його морфологічних ознак, хімічного складу та властивостей:
● забезпечує формування специфічного профілю;
● забезпечує утворення агрегатів за участю гумусових та глиногумусових сполук і, як наслідок – водостійкої структури грунту;
● впливає на щільність складення (зменшує) та водно-фізичні властивості грунту;
● забезпечує утворення рухомих сполук, здатних до міграції, включення мінеральних компонентів грунту у біогеохімічний кругообіг.
● забезпечує формування сорбційних, кислотно-основних та буферних властивостей грунту.
2. Гумус бере безпосередню участь у живленні рослин:
● виступає джерелом елементів мінерального живлення вищих рослин (N, Р, К, Са, мікроелементи);
● є джерелом органічного живлення для гетеротрофних організмів;
● є джерелом СО2 у приземному шарі атмосфери (впливає на продуктивність фотосинтезу);
● є джерелом біологічно активних речовин грунту.
3. Гумус виконує санітарно-захисні функції в грунті:
● забезпечує прискорення мікробіологічного розпаду пестицидів, каталіз швидкості цього розладу;
● сприяє закріпленню забруднювачів у ґрунті (сорбція, утворення комплексних сполук) та зниженню рівнів їхнього надходження у рослини;
● зменшує міграційну здатності токсикантів.
Часто вчені називають гумус «інтегралом родючості» грунту, оскільки спостерігається дуже тісний кореляційний зв'язок між вмістом гумусу в ґрунті та рівнем врожайності сільськогосподарських культур.