Вплив сумісного посіву на родючість ґрунту та врожайність цукрових буряків (частина 1)

 

Існує досить мало досліджень практики сумісного посіву цукрових буряків та впливу таких агроценозів на родючість ґрунтів та врожайність культур, особливо в умовах органічного землеробства. Із цієї причини Академія сільського господарства Університету Вітовта Великого (Литва) провела трирічний польовий експеримент. Цукрові буряки вирощувалися з сумісним посівом конюшини перської (Trifolium resupinatum L., MC), гірчиці білої (Sinapis alba L., MM) та ярого ячменю (Hordeum vulgare L., MB) у якості живої мульчі. Для порівняння використовувалося міжрядне розпушування (контрольний зразок, СТ) та мульчування з наявними бур’янами (MW). Результати показали, що при мінімальному удобренні міжрядне розпушування та проміжні, міжрядні культури збільшували середній вміст азоту, фосфору та калію в ґрунті. Однак, в окремих випадках мульчування з наявними бур’янами (MW) та у випадку ярого ячменю у якості живої мульчі (МВ) середній вміст магнію зменшувався, тоді як вміст сірки зменшився у всіх досліджуваних зразках. Сумісний посів значно зменшив урожайність цукрових буряків, а на якість майже не вплинув. Метеорологічні умови під час експериментів мали слабкий вплив на врожайність та якість коренеплодів. Як правило, практика сумісного посіву цукрових буряків вимагає проведення більш детальних досліджень щодо того, як мінімізувати конкуренцію між цукровим буряком, живою мульчою та бур’янами та як збалансувати умови живлення рослин.

За матеріалами статті на тему «Вплив сумісного посіву на родючість ґрунту та врожайність цукрових буряків» («The Impact of Intercropping on Soil Fertility and Sugar Beet Productivity») журналу «Агрономія» («Agronomy»), 10, 1406, січень 2020 р.

Екологічно прийнятна інтенсифікація сільського господарства зосереджена на збільшенні сільськогосподарського виробництва, а також оптимальному використанні ресурсів у гармонії із соціальним та економічним середовищем. Органічне землеробство сприяє збереженню біорізноманіття, що є основною проблемою, пов’язаною з інтенсифікацією сільського господарства. Проміжні, міжрядні культури, покривні культури, культури-приманки, ловчі культури, сумісні культури або культури живої мульчі, як компоненти альтернативної практики звичайного сільського господарства та додаткові захисники біорізноманіття можуть збільшити вміст органічного вуглецю в ґрунті, підтримати стабільність його структури, вологоутримуючу здатність та інфільтрацію; зменшити водну ерозію; підвищити біологічну (ферментативну) активність ґрунту; регулювати викиди CO2 та N2O з ґрунту та зменшити кількість шкідників та бур’янів на посівах. Проміжні, міжрядні культури також можуть зменшити вимивання поживних речовин і збільшити їх запас. Наприклад, у ґрунті з білою конюшиною та кроновою викою, що використовувалися як жива мульча, загальна кількість органічного вуглецю була на 16-44% більшою, порівняно з немульчованими ділянками, тоді як загальний обсяг азоту був на 50% меншим. Вчені виявили, що жива мульча з конюшини двозначної підвищує біоактивність ґрунту, ініціюючи збільшення вмісту азоту на 300%. Це було результатом того, що біомаса бобових культур стимулює мікробну активність у ґрунті, що сприяє розкладанню органічної речовини. Крім того, для бобових також характерна фіксація азоту.

Протягом вегетаційного періоду корені рослин-приманок виділяють специфічні продукти — секрети. Речовини розчиняють фосфор у ґрунті та роблять його більш доступним для рослин. У цьому процесі важливу роль відіграють симбіотичні мікоризні гриби. Подібним чином деякі вчені показали, що жива мульча з білої конюшини збагачує арбускулярну мікоризну колонізацію та збільшує поглинання фосфору.

Системи сумісного посіву підтримують баланс та запобігають конкуренції між основною культурою та проміжною, міжрядною культурою за сонячне світло, вологу та поживні речовини, оскільки від цього залежить врожайність та якість основної культури. Наприклад, сумісний посів пшениця + конюшина підземна викликав скорочення врожайності зернових у середньому на 15%, порівняно з чистою пшеницею, через конкуренцію між цими видами культур. Подібним чином було виявлено меншу врожайність овочів на ділянках із живою мульчою та високою щільністю насіння бур’янів. Зазначалося, що ячмінь у якості живої мульчі збільшує вміст цукру та зменшує вміст натрію, калію та концентрацію аміно-азоту в цукрових буряках. У результаті, дійшли висновку, що вирощування цукрових буряків ыз ячменем у якості живої мульчі може бути ефективним у підтримці екосистеми, не приводячи до зменшення виходу цукру, якщо це зменшення припиняється застосуванням гліфосату не пізніше, ніж на етапі росту другого трійчастого листка (V2). Продуктивність живої мульчі залежить від ряду факторів, таких як культура, клімат, термін посівної, діапазон розвитку, характер живлення тощо.

Серед Прибалтійських країн білий цукор виробляється лише в Литві, тому цукровий буряк є важливою культурою для місцевої цукрової галузі. У Литві посівна площа цукрових буряків становить близько 14,7 тис. га (або 0,7% від загальної площі орних земель), середня врожайністю складає 70,95 т/га (станом на 2019 рік). Литва також виробляє близько 4 тис. т органічного цукру щороку. Враховуючи прогнози збільшення виробництва органічного цукру, бракує знань стосовно вирощування органічного цукрового буряка. У всьому світі та в Литві проводяться детальні дослідження впливу різних сучасних методів та засобів сільського господарства на властивості ґрунту, врожайність та якість цукрових буряків. Крім того, більшість органічних господарств Литви використовують розгалужені системи мінеральних та органічних добрив, які зменшують частку поживних речовин у ґрунті та підтримують урожайність сільськогосподарських культур.

Припускаємо, що мульчована та розкладена біомаса проміжної, міжрядної культури збагачує ґрунт та компенсує можливі втрати врожайності та якості цукрових буряків, ініційовані конкуренцією між основною культурою, живою мульчою та бур’янами. Метою дослідження було визначити вплив сумісного посіву на (а) хімічний склад ґрунту; (b) кількісні та якісні параметри цукрових буряків, які вирощувалися протягом трьох років в умовах органічного землеробства.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ

Трирічний (2015-2018 рр.) польовий експеримент був проведений на експериментальній станції Університету імені Олександра Стульгінського (з 2019 року — Університет Вітовта Великого, Академія сільського господарства, Литва). Експериментальна станція знаходилася в 6 км від міста Каунас, на лівому березі річки Німан. Цей масив належить до регіону піщаних і мулових суглинкових ґрунтів.

Цукровий буряк висівався із перською конюшиною (Trifolium resupinatum L., MC), гірчицею білою (Sinapis alba L., MM) та яровим ячменем (Hordeum vulgare L., MB), які виступали в якості живої мульчі. У даних пілотних короткострокових дослідженнях ці проміжні, міжрядні культури позитивно впливали на пригнічення бур’янів та мали нейтральний вплив на урожайність та якість цукрових буряків. Біла гірчиця та ярий ячмінь швидко розвиваються, ефективно контролюючи бур’яни перед першим обрізанням та мульчуванням, а потім в основному гинуть, тому згодом вони не конкурують із цукровим буряком за простір, поживні речовини та сонячне світло. Конюшина перська, як бобова рослина, покращує баланс азоту в ґрунті і має значну біомасу (до 0,5 кг DM на м2 за вегетаційний сезон). На перших етапах вегетації розвиток цієї культури відбувається повільно, але після обрізання міжрядь цукрових буряків конюшина перська відростає дуже швидко, і її потрібно обрізати щонайменше тричі за один сезон, так як вона конкурує з основною культурою, але ефективно пригнічує розвиток бур'янів. Однак її значна біомаса в кінці вегетаційного сезону ускладнює збирання цукрових буряків. Міжрядне розпушування (СТ) застосовувалося в якості порівняльного контрольного зразка. Міжрядне мульчування з наявними бур’янами (MW) застосовувалося як система “природного землеробства”, яка імітує систему нульового обробітку ґрунту (No-Till).

Експеримент проводили з чотирма повтореннями та використовували рандомізовану повноблокову випробувальну схему (RCBD). Площа кожної експериментальної ділянки становила 24 м2 (3 × 8 м), а чотирьох повторень разом — 96 м2 (Рис. 1а). Червоні лінії на карті відокремлюють кожну експериментальну ділянку. Чорна область показує захисні зони між ділянками (повтореннями) експерименту.

Рис. 1. Карта експериментальної ділянки: (a) фактичні експериментальні ділянки; (b) електропровідність ґрунту (0–30 см шару ґрунту)

Повторення Обробки 1 — міжрядне розпушування;
2 — міжрядне обрізання та мульчування наявними бур’янами;
3 — міжрядне обрізання та мульчування конюшиною перською;
4 — міжрядне обрізання та мульчування білою гірчицею;
5 — міжрядне обрізання та мульчування ярим ячменем.

4
3
2
1

3
2
4
1
1
3
5
4
5
1
2
5
2
4
3
2
4
5
1
3

Попередником цукрових буряків був ярий ячмінь. Протягом трьох років експериментів цукрові буряки вирощувалися безперервно, щоб визначити накопичувальний вплив сумісної посівної. Агротехнічні операції, які застосовувалися в експерименті, наведені в Таблиці 1.

Таблиця 1. Агротехнічні операції експерименту

Після збирання культури-попередника цукрових буряків ґрунт розпушували дисковою бороною Väderstad Carrier 300 (Väderstad AB, Väderstad, Швеція) на глибині 12-15 см. В експериментах використовувався трактор John Deere 6620 (Deere and Company, Moline, IL, США). У жовтні ґрунт орався плугом Gamega PP-3-43 (ТОВ «Gamega», м. Гарлява, Литва) з напів спіральними відвалами. Навесні проводився неглибокий обробіток ґрунту культиватором Laumetris KLG-3.6 (ТОВ «Laumetris», Литва) на глибині 2-3 см. Насіння висівалося за допомогою механічної сівалки Kverneland Accord (Kverneland Group, Klepp Stasjon, Норвегія). Ширина міжрядь цукрових буряків становила 45 см, а відстань між насінинами буряка в рядку складала 16 см. Міжрядні, проміжні культури живої мульчі (біла гірчиця та конюшина перська) висівалися ручною машиною для теплиць з нормою висіву 10 кг/га-1, а ярий ячмінь — із нормою 200 кг/га-1 після проростання цукрових буряків. Міжрядні, проміжні культури та бур’яни (МW) обрізалися та розсіювалися по поверхні ґрунту 2-3 рази за вегетаційний період за допомогою ручного кущоріза Stihl FS – 550 (Швеція). Оскільки експеримент проводився згідно з рекомендаціями щодо органічного землеробства, пестициди та основні органічні добрива не використовувалися. Протягом кожного вегетаційного періоду посіви оброблялися універсальним біоорганічним нано добривом «НАГРО» (Росія) (1 л/га-1 + 200 л/га-1 води). Це добриво сертифіковано для використання в органічному землеробстві і складається з фульвової та гумінової кислот (105,8 мг/л-1), азоту (1,2%), фосфору (0,01%), калію (0,23%), магнію (0,04%), 10 мікроелементів, органічної речовини (6,21 г/л-1) та органічного вуглецю (2,26 г/л-1).

Ґрунт на експериментальній ділянці — муловий суглинок Планосол із середнім складом 46% піску, 42% мулу та 12% глини. Мінливість текстури ґрунту була високою та узгоджувалася з електропровідністю ґрунту, як показано на карті (Рис. 1b).

Електропровідність вимірювалася до початку проведення експериментів восени 2014 року за допомогою мобільної машини Veris 3150 MSP (США). Машина перевіряла електропровідність ґрунту на глибині до 90 см і була оснащена системою GPS. Картування електропровідності проводилося за допомогою комп'ютерної програми SMS Advanced (США). На основі даних цієї карти було скориговано місця відбору проб в експерименті. Зразки ґрунту відбиралися з однакових кольорових зон експериментальної ділянки. Із кожної ділянки відбирали принаймні по 10 зразків ґрунту в зонах з однаковим кольором (провідністю). Було відібрано групові проби. Глибина їх відбору становила 0-25 см. Потім зразки ґрунту досліджувалися в лабораторіях Литовського дослідницького центру сільського та лісового господарства.

Вчені виявили, що з 15 хімічних характеристик наявний фосфор, загальний вміст азоту, pH, калій та магній були найкращими представниками родючості ґрунту. Тому в даному експерименті цим параметрам приділялося більше уваги. Загальний вміст азоту в ґрунті досліджувався відповідно до стандарту ISO 11261:1995, наявний фосфор та калій — методом Егнера-Ріма-Домінго (AL) (LVP D 07:2016), доступний магній — за LVP D-13:2016 , а pHKCl ґрунту — потенціометричним методом, визначеним в 1 М KCl (співвідношення ґрунту та розчину 1:2,5) (ISO 10390:2005 — Якість ґрунту. Визначення рН).

Хімічні показники цукрових буряків (вміст натрію (Na), калію (K), альфа-аміно азоту та цукру) визначалися в лабораторії на базі цукрового заводу акціонерного товариства Nordic Sugar Lietuva (м. Кедайнян, Литва). Вміст цукру визначався за допомогою методу холодного дигерування, вміст розчинної золи (Na, K) — застосовуючи кондуктометричний метод, а вміст альфа-аміно азоту — спектрометричним методом. Щонайменше вісім зразків коренеплодів відбиралися з ділянки на площі 0,45 м2. Потім була сформована та перевірена представницька проба для експериментальної ділянки.

Метеорологічні умови трьох вегетаційних періодів представлені в Таблиці 2. Враховувалися довгострокові середні показники температури та опадів із 1974 року.

Вегетаційні періоди були досить різними з точки зору температури, опадів та сонячного випромінювання. У 2015 році погода була холоднішою за середньострокову, за винятком квітня, серпня та вересня, а опади були нижчими середнього рівня, крім квітня. У 2016 році липень, серпень та вересень були трохи холоднішими за середньострокові значення, а розподіл опадів був нерівномірним. Липень і серпень були надзвичайно вологими; а в травні та вересні, навпаки, спостерігався дефіцит вологи. Більшу частину 2017 року температура була нижчою або близькою до середньострокового середнього рівня, опади, як і в 2016 році, розподілялись нерівномірно. Квітень і вересень були надзвичайно вологими, травень і серпень — надзвичайно сухими, а вологість повітря в червні та липні була подібною до середньострокової. Завдяки таким вегетаційним умовам проростання та розвиток цукрових буряків, міжрядних культур та бур’янів щороку відрізнялися, але не були сильно пов’язані з кількісними та якісними параметрами коренеплодів.

Таблиця 2. Метеорологічні умови під час вегетаційних періодів цукрових буряків, Каунаська метеостанція

Експериментальні дані були статистично оброблені із застосуванням однофакторного дисперсійного аналізу (ANOVA). Серед досліджуваних методів сумісного посіву були визначені суттєві відмінності шляхом обчислення найменш значущої різниці на рівні достовірності 95% та 99% (p < 0,05 та p < 0,01). Було проведено дисперсійний аналіз із використанням методу найменшої значущої різниці Фішера для виявлення суттєвих відмінностей між середніми значеннями. Результати перевірялися шляхом обчислення числових значень для точності випробування, було виявлено точні результати (з коефіцієнтом точності p < 0,05 або p < 0,01). За однофакторним дисперсійним аналізом (A) із 95% рівнем достовірності, значення в колонках, позначені однією і тією ж літерою (a, b, c тощо), суттєво не відрізнялися. Середні дані (2015-2017 рр.) врожайності цукрових буряків та якісних параметрів перевірялися на взаємодію «рік х спосіб посіву». Кореляційний аналіз проводився за допомогою програмного забезпечення STAT. Матриця аналізу включала дані метеорологічних умов, параметри родючості ґрунту, урожайність цукрових буряків та їх якісні параметри.


1043