2. Відтворення родючості

У процесі розвитку природа виробила механізми відтворення родючості ґрунту, до того ж не простого, а розширеного. В історичний період людина своєю діяльністю порушувала цей механізм. Землі погіршувались, родючість падала, а коли врожайність ставала низькою, людина віддавала землю на відкуп природі, яка знову відновлювала її продуктивність. На такій взаємодії людини і природи базувались примітивні системи землеробства: вогнева, підрубна, переложна, заліжна. З ростом населення та зменшенням вільних земельних площ залишалось все менше можливостей віддавати землю на відкуп природі для відновлення її продуктивності. І людина почала шукати, як зупинити або хоча б загальмувати зниження родючості. Протягом віків методом "сліпої проби" вона "намацала" два шляхи: внесення органічних добрив та обертання скиби (полицева оранка).

Внесенням добрив людина інтуїтивно виконувала землеробський закон повернення, тобто повернення у ґрунт елементів живлення, винесених з врожаєм, але через слабкий розвиток тваринництва органічних добрив вносилось мало, недостатньо навіть для простого відтворення родючості. Це лише сповільнювало падіння врожайності вирощуваних культур.

Дію другого заходу — обертання скиби — розглянемо детальніше. Наукові чинники, що його пояснюють, отримані завдяки тривалим стаціонарним дослідам.

Всі примітивні системи землеробства базувались на обробітку ґрунту без обертання скиби. Примітивні знаряддя (соха, сабан, рало) лише розпушували грунт, не обертаючи скиби. Під впливом сонячних променів та кисню, що проникали на глибину до 15 см, у ґрунті інтенсивно розвивалась біота, підсилювалась його біологічна активність. Біота ґрунту потребувала живлення, а людина в агробіоценозах відчужувала з поля вирощену продукцію, збираючи і зерно, і солому. Кореневих решток, що залишалися у ґрунті, біоті для живлення не вистачало, і вона починала використовувати гумус як органічну речовину та джерело енергії. У ґрунті різко зменшувався вміст гумусу, особливо рухомого, внаслідок чого погіршувались його агрофізичні властивості. Ґрунт виснажувався. Ці природні закономірності нам вдалось встановити в багаторічному стаціонарному досліді на агрономічній станції "Митниця" у Київській обл.

В. В. Докучаєв (1883) визначив час як один з чинників ґрунтоутворення. Цей чинник досить ефективно виявлявся протягом тривалих спостережень за впливом часу і удобрення (без добрив, мінеральні і органо-мінеральні добрива) на ефективність різних систем обробітку ґрунту (оранка або плоско різ) і вміст гумусу в чорноземі..

У перші 4 роки у варіантах з удобренням і без нього прирости врожаю від мілкого та глибокого плоскорізного обробітку були на рівні 1-3,5 ц/га. Вже на 5-7-й роки на глибокому плоскорізному обробітку було зниження врожайності у порівнянні з оранкою на 2 ц/га, а на мілкому плоскорізному обробітку реалізовувалась природна родючість і було отримано додатково 6 ц/га врожаю.

У другій ланці сівозміни на варіантах без добрив ґрунт виснажився і зниження врожаю становило 4-8 ц/га. Про те, що ґрунт виснажився, свідчить зниження вмісту гумусу на 0,35% за кожні 4 роки. У варіантах з мілким плоскорізним обробітком моделювався варіант примітивних систем землеробства (заліжної, переліжної).

У варіантах з мінеральною системою удобрення, де винос гумусу компенсувався внесенням добрив, прирости врожаю як в першій, так і в другій ланці сівозміни були приблизно однаковими.

У варіантах з органо-мінеральною системою удобрення потенційна і ефективна родючість підвищувалась, особливо на мілкому плоскорізному обробітку. Якщо в перші 4 роки середньорічні прирости врожаю становили 3,5 ц/га, то в другі — 6, а в треті 4 роки — 17 ц/га. Вміст гумусу в ґрунті за останні 4 роки зріс на 0,43 %. Аналіз результатів цього та. інших стаціонарів дозволив дійти таких важливих висновків.

1. Безполицевий обробіток ґрунту без удобрення в сівозміні — шкідливий, а на фоні мінеральної системи удобрення — небажаний: врожаї ростуть, а потенційна родючість ґрунту знижується; на фоні органо-мінеральної системи удобрення такий обробіток є істотним чинником розширеного відтворення родючості та підвищення врожайності вирощуваних культур. Чим триваліший період обробітку без обертання скиби, тим вищими стають врожаї сільськогосподарських культур.

2. Обертання скиби — найнелогічніше ставлення до ґрунту. Воно порушує хід грунтотвірного процесу та всі внутрішньо ґрунтові взаємозв'язки, на відновлення яких потрібно 508 років систематичного безплужного обробітку ґрунту. Після відновлення цих зв'язків настає своєрідний "ривок" у продуктивності ґрунту, урожайність зростає на 11-17 ц/га порівняно з оранкою.

У примітивних системах землеробства оборот скиби приводить до розміщення біологічно активного шару ґрунту в частково анаеробних умовах. Та частина біоти, що потребує кисню, значною мірою гине. Це сприяє уповільненню зниження вмісту гумусу та виснаження ґрунту. Потенційна родючість ґрунту знижується, але повільніше. У тому і полягає історична роль плуга як знаряддя обробітку ґрунту.

З ростом знань про ґрунт людина почала усвідомлювати необхідність повернення у нього елементів живлення, винесених з врожаєм. Про це вперше заявив німецький вчений Ю. Лібіх (1877), розробивши мінеральну систему живлення рослин. Проте ця теорія, сприяючи розвитку промисловості з виробництва добрив, загальмувала наукові дослідження механізму відтворення родючості ґрунту. Вона не розв'язала питань джерел енергії ґрунтоутворення, без забезпечення якої ґрунт погіршується навіть при компенсації виносу елементів мінерального живлення. Дуже шкідливим для потенційної продуктивності ґрунту виявилось внесення добрив на запланований урожай. Шкода була спричинена не тим, що вносилось багато мінеральних добрив, а тим, що мало вносилось органічних.

Захоплення внесенням високих норм мінеральних добрив на фоні дуже малих норм органічних призвело до зростання швидкості дегуміфікації ґрунтів: в останні 20 років — у 4-5 разів порівняно з попереднім 100-річним періодом.

З мінеральними добривами у ґрунт надходять також одновалентні катіони, що витісняють двовалентні з ГВК, диспергуючи гумус, який починає текти вниз по профілю. Мікроорганізми теж краще використовують диспергований гумус як джерело енергії, підсилюючи його розклад.

Протягом мільйонів років природа розвивала механізм саморегуляції родючості ґрунту, який і зараз діє в біогеоценозах. Розоравши цілину, людина порушила цей механізм. Приводом для наших пошуків щодо розкриття цього механізму були дослідження гуміфікації органічних добрив при різних системах обробітку ґрунту у стаціонарному досліді на Новоодеській держсортодільниці Миколаївської обл., що вже понад 35 років проводиться І.Є. Щербаком.

У досліді вивчається порівняльна ефективність полицевої оранки і плоскорізного обробітку ґрунту та їх поєднання. В 1980 р. було визначено вміст гумусу у ґрунті на 20-річних фонах обробітку. За цей час на 1 га площі сівозміни вносилось в середньому за рік 2 т гною, 2,4 т соломи озимої пшениці та стебел кукурудзи, 180 кг NРК.

На фоні оранки вміст гумусу за 20 років у шарі 0-10 см збільшився з 3,79 до 3,81%, тобто на 0,02%. За той же час на варіанті з плоскорізним обробітком він зріс на 0,35%. У першому випадку відбулось просте, а в другому — розширене відтворення гумусу у ґрунті. Заслуговує на увагу збільшення гумусу в глибших шарах ґрунту, до яких при плоскорізному обробітку добрива не потрапляли. Це збільшення обумовило деяке нерозуміння з боку інших дослідників. Але знайшлося пояснення цьому явищу. Ще на початку 30-х років академік І.В. Тюрін висловив гіпотезу, що гумус утворюється у присутності кисню, тобто в аеробних умовах. Цю гіпотезу було розвинуто у працях М.М. Кононової, Є.М. Мішустіна, Л.М. Олександрової, Б. Новака. У кінцевому варіанті її можна сформулювати так: "У період осінніх мряк на поверхні та у верхньому шарі ґрунту в присутності кисню відбувається первинний гідроліз органічних речовин з утворенням мономерних сполук типу хінонів, амінокислот та ін., розчинних у воді. З низхідною течією води вони проникають у більш глибокі горизонти ґрунту, де конденсуються в ланцюжки гумусових кислот під впливом обезводнення — висихання чи виморожування".

Ця гіпотеза пояснює, чому в шарі, наприклад 20-30 см, в який органічні добрива на плоскорізному обробітку не вносились, вміст гумусу за 20 років зріс на 0,15%: у цьому шарі відбулося істотне збільшення вмісту гумусу, що і свідчить про його розширене відтворення.

Нову гіпотезу було перевірено в стаціонарному досліді НАУ в колективному сільськогосподарському підприємстві (КСП) "Дніпро" Київської обл. на чорноземі типовому .

Спосіб обробітку ґрунту впливає на швидкість розкладу та втрати гумусу: у варіантах з оранкою його втрати найбільші, у варіантах з мілким плоскорізним обробітком — найменші. При внесенні 12 т гною на 1 га площі сівозміни у варіантах з оранкою та поєднанням оранки з безплужним обробітком вміст гумусу за 8 років не змінився. У варіантах з безполицевими обробітками спостерігалась тенденція до збільшення вмісту гумусу від 0,07 до 0,09%. Доповнення гною помірними нормами мінеральних добрив сприяло підвищенню коефіцієнтів гуміфікації, особливо у варіантах з безполицевим обробітком. Проте подальше підвищення норм добрив уповільнювало гуміфікацію органічних решток та гною.

Ефективним органічним добривом виявилась солома озимої пшениці. За однакових норм органічних і мінеральних добрив їх заорювання сприяло простому відтворенню гумусу, а змішування з верхнім шаром ґрунту важкою дисковою бороною — розширеному його відтворенню.

Причину цього явища в тому, що заорювання гною та соломи на глибину 16-20 см призводить до того, що у ґрунті в анаеробних умовах відбувається не гуміфікація, а бродіння з виділенням пропіонової, оцтової та масляної кислот, токсичних для вищих рослин. На кожну одиницю гумусу, що утворилася при заорюванні гною та соломи, утворилося 24 одиниці органічної речовини під час загортання їх у шар до 6 см. Отже, спосіб загортання добрив у ґрунт істотно впливає на їх коефіцієнти гуміфікації: вони вищі при поверхневому загортанні порівняно з заорюванням. Органічні рештки (нетоварну частину врожаю) можна використовувати як органічне добриво для відтворення гумусу та родючості ґрунту.