Управління продуктивністю агроценозів

972

Спочатку розглянемо, який агроценоз є оптимальним для отримання максимально цінного для господарства врожаю і які чинники це спричиняють.

Одним із найважливіших чинників, що зумовлюють високу продуктивність рослин, є фотосинтетично активна радіація (ФАР). Відомо, що в процесі фотосинтезу бере участь не вся сонячна енергія, а тільки її видима частина в діапазоні від 380 до 720 нм – це і є ФАР, енергія якої становить лише близько 50% від загальної енергії сонячної радіації. Інфрачервона частина сонячного спектра (теж близько 50%) не бере участі в фотохімічних реакціях фотосинтезу. Ці промені поглинаються ґрунтом, від якого нагріваються його верхній шар, приземний шар повітря та самі рослини, при цьому посилюється транспірація й випаровування вологи з поверхні ґрунту.

Кількість ФАР, що падає на одиницю поверхні ґрунту, залежить від географічної широти. У відповідних довідниках можна знайти середні значення ФАР як за місяцями року, так і за декадами місяця для різних географічних зон.

Таким чином, ефективними будуть такі посіви, в яких листя рослин поглинає енергію Сонця з максимально високим коефіцієнтом корисної дії, що, у свою чергу, сприяє максимальному нагромадженню біомаси та її зосередженню в господарсько цінній частині врожаю. Досягається це за допомогою певних технологічних операцій «конструювання» структури й архітектоніки агроценозів.

Процес фотосинтезу здебільшого відбувається в листках рослин. Існує показник, що характеризує ступінь розвитку листкового апарату рослин в агроценозі, – листковий індекс (ЛІ) – відношення сумарної площі листків до одиниці площі покритого рослинами ґрунту. Так, наприклад, якщо ЛІ дорівнює 2, то це означає, що над кожним квадратним метром ґрунту містяться 2 квадратних метри листкової поверхні вирощуваної культури.

Не менш важливим є інший показник ступеня розвитку агроценозу, що називається проективним покриттям (ПП). По суті, ПП, що виражається у відсотках від певної площі, – це площа горизонтальних проекцій окремих рослин усього рослинного покриву (всіх видів і ярусів) на поверхню ґрунту. Голий ґрунт має нульове значення ПП, а при зімкнутому добре розвиненому рослинному покриві говорять про 100% ПП. В останньому випадку поверхня ґрунту повністю затінена й на ній не спостерігаються плями від прямих сонячних променів.

Чимало агрономів навесні прагнуть якомога раніше розпочати сівбу, не чекаючи, поки стан ґрунту буде оптимальним. В підсумку спостерігається ущільнення ґрунту й утворення ґрунтових капілярів безпосередньо біля поверхні, в результаті чого верхній шар ґрунту швидко пересихає
Чимало агрономів навесні прагнуть якомога раніше розпочати сівбу, не чекаючи, поки стан ґрунту буде оптимальним. В підсумку спостерігається ущільнення ґрунту й утворення ґрунтових капілярів безпосередньо біля поверхні, в результаті чого верхній шар ґрунту швидко пересихає

Між цими двома параметрами рослинного покриву існує однозначний зв’язок. Треба, однак, розуміти, що в агроценозі ЛІ характеризує тільки культурні рослини, а ПП формується за рахунок всіх рослин, наявних на полі (у тому числі й бур’янистої рослинності).

В результаті наших багаторічних досліджень було встановлено, що для максимального використання ФАР на момент початку фази цвітіння агроценоз повинен мати ЛІ близько 5. Саме при таких значеннях цього показника досягається максимальне використання ФАР і «фотосинтетична фабрика» рослин здатна працювати на повну потужність. При цьому в колосових культур буде формуватися близько 800 колосоносних стебел на квадратному метрі. При менших значеннях ЛІ агроценозу на момент цвітіння врожайність пропорційно зменшується.

Важливим технологічним аспектом вирощування сільськогосподарських культур є формування так званого «твердого ложа» і «м’якої ковдри». Агрономи здебільшого пам’ятають про необхідність формування «твердого ложа» і намагаються його забезпечити. А от із «м’якою ковдрою» ситуація набагато гірша. Чимало агрономів під час весняної посівної прагнуть раніше розпочати сівбу, не чекаючи оптимального для посіву стану поверхневого шару ґрунту. В підсумку спостерігається непотрібне ущільнення ґрунту, й замість «м’якої ковдри» відбувається утворення ґрунтових капілярів безпосередньо біля поверхні ґрунту.

Якщо після сівби випадуть опади (мінімум 40–50 мм), то така ситуація трохи покращиться. Але частіше спостерігається відсутність опадів і весняна посуха. За наявності розвиненої системи ґрунтових капілярів 15-сантиметровий шар ґрунту висихає за лічені дні й ґрунт перетворюється на «цеглину». Коренева система, зростаючи, не встигає за вологою, яка зникає, і при цьому навіть дружні сходи зупиняються у своєму розвитку. Особливо помітно цей ефект проявляється,  якщо після посіву виконували прикочування.

За наявності 5-сантиметрового мульчувального шару на поверхні ґрунту можна отримати до 40 мм запасу вологи за вегетаційний період завдяки утворенню ґрунтових рос
За наявності 5-сантиметрового мульчувального шару на поверхні ґрунту можна отримати до 40 мм запасу вологи за вегетаційний період завдяки утворенню ґрунтових рос

Слабкі темпи росту й розвитку рослин призводять до того, що цвітіння починається при низьких значеннях ЛІ і ПП. У такій ситуації агроценоз як «біологічна фабрика» не в змозі виробляти орга­нічну продукцію в максимально продуктивному режимі. Якщо надалі випадають опади, агроценоз із низькими показниками ЛІ та ПП знижує врожайність пропорційно ступеню розвиненості листкового апарату в арифметичній прогресії (див. табл. 1).

Таблиця 1. Зв’язок між урожайністю посівів колосових культур і якісними/кількісними показниками ступеня розвитку агроценозу на початок фази виходу в трубку в різні за погодними умовами роки (за результатами середньобагаторічних спостережень)Зовсім інший результат отримують у посушливі роки. Зниження врожаю відбувається вже  в геометричній прогресії. Така реакція агроценозів обумовлена, як не дивно, також дією сонячної радіації, яка у посушливих умовах при слабкому розвитку листового апарату (ЛІ + ПП) чинить уже негативний вплив на формування господарсько цінної частини врожаю. Недостатні значення ЛІ/ПП призводять до того, що сонячна радіація потрапляє на відкритий ґрунт. Встановлено, що поглинаючі властивості чорноземних ґрунтів дуже близькі до поглинаючої здатності абсолютно чорного тіла (АЧТ). У сонячні дні відкрита поверхня ґрунту внаслідок високого поглинання сонячної радіації нагрівається до 70°С. При цьому тільки близько 3% поглиненої енергії йде на нагрівання нижніх шарів ґрунту, а решта енергії (близько 97%) перевипромінюється ґрунтом назад у навколишній простір в інфрачервоному (тепловому) діапазоні хвиль. Це випромінювання не видно неозброєним оком і його досить важко вимірювати, але воно існує й має значну енергетичну величину (близько 200 ккал/см2 за рік).

На парових полях перевипромінена енергія виходить безпосередньо в навколишнє середовище. Але за наявності на полі агроценозу відбувається підвищення температури усередині рослинного покриву. Рослини ніби потрапляють на розпечену сковорідку, і єдиною протидією такому стресу є різке збільшення транспіраційних процесів. Кількість води, яку випаровує розріджений рослинний ценоз у спекотний день, у 4–5 разів більша від цього показника у ценозі з 100% ПП. Тому розріджені посіви раніше й на більш тривалий час потрапляють у стан водно-температурного стресу. Як ця ситуація позначається на величині господарського врожаю, можна побачити в табл. 1.

У наших дослідах різниця між температурою повітря й добре забезпеченого вологою агроценозу доходила до 8, а іноді навіть до 10°С. Із цих дослідів стало зрозуміло, що чим менше запасів вологи у ґрунті, тим меншою стає різниця між температурою повітря й температурою посіву в найбільш спекотний (післяполуденний) час доби.

З аналізу даних щодо врожайності видно, що різниця між найкращими і поганими показниками в оптимальні роки становить 3,8 разу, тоді як в екстремальні (посушливі) роки – 12,5 разу. Різниця у врожайності агроценозів у межах одного рівня якісної оцінки, залежно від оптимальності або екстремальності погодних умов, коливається від 1,3 до 4,25 разу. У відсотковому відношенні це має такий вигляд: відмінні (з точки зору архітектоніки) посіви в посушливі роки знижують урожайність на 23%, гарні – на 29%, задовільні – на 47%, незадовільні – на 59%, погані – більше ніж на 75%.

Так, впливом теплового випромінювання від ґрунту в посушливі роки пояснюється зниження врожаю, і чим менше значення ЛІ й ПП, тим різкіше відбувається це зниження. Відповідно й на формування 1 ц урожаю витрачається різна кількість вологи – від 5 до 55 мм.

Спостерігається й інший негативний ефект відсутності «м’якої ковдри» – перешкоджання утворенню ґрунтових рос, про роль яких відомо з робіт М. Овсинского, датованих іще 1899 р. Сучасні дослідження свідчать про можливість отримання завдяки цьому явищу понад 40 мм запасу вологи за вегетаційний період. При цьому обов’язковою умовою утворення ґрунтових рос є наявність 5-санти­метрового мульчувального шару.

Наші дослідження показали, що найкращим мульчувальним шаром є рослинні залишки (наприклад солома). Завдяки світлому кольору вона вдень добре відбиває сонячну радіацію, не даючи їй нагрівати ґрунт. Уночі така порожниста мульча менше охолоджується. Амплітуда коливання температури «день/ніч» у такій ситуації – найменша. Мульчувальний шар із ґрунтового пилу гірший від рослинних залишків, але в рази кращий від твердого ґрунту (причину вже було вказано вище).

Ефективність мульчувального шару має таку пріоритетність:

  • мульча з рослинних залишків;
  • мульча з подрібненого ґрунту;
  • залишені бур’яни, які разом із культурними рослинами екранують ґрунт від сонячного перегрівання.

Останній варіант неодноразово виручав і підтверджував доцільність використання. Щоправда, для цих цілей найкраще підходять хрестоцвітні рослини. Відділене насіння суріпки продавалось як технічний ріпак.

Читати по темі: Як покращити родючість грунту

На полях із нульовим обробітком ґрунту в разі наявності ущільненого поверхневого шару ми переходили на мінімальний обробіток. Дискували лущильниками зі швидкістю понад 12 км/год на глибину не більше ніж 7 см. Відстань між дисками має бути не більшою за 17 см. Це дає змогу отримати рівну поверхню (без «шиферу») під обробленим шаром.

Краще зробити мілкий обробіток, ніж на початку вегетації ризикувати втратою вологи.

Все сказане вище було опубліковано у більше ніж 25 статтях у спеціалізованих виданнях, в тому числі й у журналі «Агроном». Публікації з’являлися в міру усвідомлення нових фактів і розуміння причинно-наслідкових зв’язків.

Досить яскравим прикладом є спостереження за вирощуванням гороху на полях північних районів Миколаївської області, проведені в 2017–2018 роках. Два роки поспіль на всіх полях посіяного гороху ложе було твердим. Але й ковдра виявилася теж твердою. З одного боку, це було зумовлено поспіхом – бажанням якомога швидше посіяти. Всі боялися втратити час. Сіяли у вологий ґрунт. Вся поверхня формувалася колесами тракторів і прикочувальними пристосуваннями сівалок. Багато господарств прикочували додатково. Всім дуже подобалися дружні й гарні сходи. Але практично ні в кого не викликали тривоги повільний ріст і відсутність розгалуження.

Дві весни були зовсім різними: в 2017-му – холодна й затяжна, а 2018-му, навпаки, спостерігався різкий перехід від зими до літа. Але результат стану ґрунтової поверхні виявився абсолютно однаковим – капіляри в поверхневому шарі ґрунту. За лічені дні відбулося висихання ґрунту на глибину 15 і більше сантиметрів. По сходах пішли тріщини. Розгалуження було повністю відсутнє. Цвітіння почалося при висоті рослин 25–30 см, листковому індексі приблизно 1,5 і проективному покритті близько 50%. У 2017 році утворилося 4–5 бобиків по 4–5 насінин при максимальній врожайності 15 ц/га, а в 2018 –  всього по 2–3 бобики з максимальною врожайністю трохи більше ніж 10 і мінімальною 4–5 ц/га. Водночас на полях через дорогу максимальний урожай зернових в одних господарствах становив близько 70 ц/га, в інших – 10–12 ц/га. У всіх від початку вегетації й до збирання дощів не було. До початку вегетації запас вологи в метровому шарі ґрунту в обидва роки не опускався нижче за 50 мм (у різних частинах району). На формування 1 ц зернових в одних пішло трохи більше ніж 2 мм запасу вологи, тоді як в інших – 12,5 мм. Це не відсотки розходжень, а рази. Тому цінотичну посухостійкість я ставлю на перше місце, а потім уже буде видова, сортова та ін.

Якщо оцінювати переваги й недоліки технологій, то варто сказати, що традиційна технологія вирощування (з оранкою) має солідний запас міцності в плані ризикованості.

Навіть якщо якась технологічна операція не буде виконана або виконана неякісно – це, як правило, не спричинить катастрофічних втрат урожаю. При оранці забезпечується додаткове надходження поживних речовин у ґрунт від мінералізації: 1–2 тонни гумусу на гектар. Однак досягнення цього ефекту прямо залежить від часу оранки, вологості ґрунту й кількості тепла.

Застосування нульової технології такої кількості додаткових елементів живлення забезпечити не може. Мінімальна й нульова технології більш різко реагують на помилки у проведенні технологічних операцій. Найчастіше фахівці й не знають, що було зроблено неправильно, – а результат виявився негативним. Тому пояснення шукають в нетиповості ґрунтів або навіть клімату.

Мінімальна й нульова технології – це пілотаж більш високого рівня, й за технологічні помилки доводиться платити більшу ціну, що виражається у втратах урожаю. Щоб уникнути цього, необхідне краще розуміння процесів, що відбуваються в агроценозах, і максимально якісне виконання технологічних операцій.

О. А. Войнов, канд. біол. наук, агроном

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2018

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram