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.

РЕЗУЛЬТАТИ

Хімічний склад ґрунту

РН ґрунту, азот та фосфор

На початку експерименту в 2015 році дослідження ґрунту показали, що фоновий рН ґрунту становив 7,3-7,6, загальний азот — 1,10-1,18 г/кг^-1 та P₂O₅ — 210,8-248,2 мг/кг^-1. Зміни залежали від відмінностей у структурі ґрунту та фізичних властивостях. Протягом трьох років експериментів рН ґрунту змінювався, за винятком ділянок, де в якості живої мульчі використовувався ярий ячмінь (MB). На ділянках із живою мульчою у вигляді перської конюшини (MC) рН ґрунту значно знизився, порівняно з ділянками, де застосовувалося розпушування міжрядь (контрольних зразок, CT) та мульчування наявними бур’янами (MW) (Таблиця 3).

Таблиця 3. Вплив сумісного посіву на зміни рН, азоту та фосфору в ґрунті, 2015-2017 рр.

* Суттєві відмінності від контрольного зразка (CТ) при р < 0,05. Значення в колонках із різними літерами вказують на значну відмінність між способами посівної на 95% рівні достовірності.

Вміст загального азоту збільшився на всіх досліджуваних ділянках (Таблиця 3). Середні дані не показали суттєвих відмінностей між способами посіву, але помітніше збільшення вмісту азоту було виявлено під час міжрядного обрізання та мультування конюшиною перською (MC) та білою гірчицею (MM).

Вміст фосфору збільшився на всіх експериментальних ділянках. У контрольному зразку (СТ) без проміжної, міжрядної культури кількість фосфору також збільшилася на 31,5 мг/кг^-1, що може викликатися більшою кількістю залишків цукрових буряків (до 40 т/га), порівняно з іншими ділянками. Однак найібільш інтенсивне збільшення було виявлено на ділянках із міжрядним обрізанням та мульчуванням ярим ячменем (MB).

Ґрунтовий калій, магній і сірка

У 2015 році на початку експерименту фоновий вміст K₂O коливався від 86,5 до 98,8 мг/кг^-1, MgO — від 618,5 до 664,0 мг/кг^-1 та сірки — від 2,4 до 2,7 мг/кг^-1. Наприкінці експерименту вміст калію збільшився на всіх ділянках, але відмінності між ділянками були незначними (Таблиця 4). Незважаючи на це, найбільший приріст (83,0 мг/кг^-1) був виявлений на ділянках із міжрядним обрізанням та мульчуванням наявними бур’янами (МW).

Таблиця 4. Вплив сумісного посіву на зміни калію, магнію та сірки в ґрунті, 2015-2017 рр.

* Суттєві відмінності від контрольного зразка (CТ) при р < 0,05. Значення в колонках із різними літерами вказують на значну відмінність між способами посівної на рівні достовірності 95%.

Під час трирічних експериментів вміст магнію значно змінився (Таблиця 4). Найменший його вміст було виявлено на ділянках із міжрядним обрізанням та мульчуванням ярим ячменем (МB), скорочення його вмісту також відбулося на ділянках із мульчуванням бур’янами (МW).

На досліджуваних ділянках було дуже мало сірки в ґрунті. Протягом трьох вегетаційних періодів безперервного вирощування цукрових буряків частка сірки зменшилася на всіх ділянках. Помітніше зменшення спостерігалося на ділянках із білою гірчицею (MM) та перською конюшиною (MC) у якості живої мульчі (Таблиця 4).

У підсумку, при мінімальних підживленнях міжрядні, проміжні культури все-таки позитивно впливали на вміст азоту, фосфору та калію в ґрунті та зменшували вміст магнію в окремих випадках (МW, МB) та вміст сірки у всіх випадках. На контрольних ділянках (СТ) через відсутність конкурентів (бур’янів та проміжних, міжрядних культур) збільшилася частка усіх макроелементів, окрім сірки.

Урожайність цукрових буряків

У Литві за традиційною системою землеробства урожайність цукрових буряків становила в середньому 55,82 т/га (2017 рік) та 57,21 т/га (2018 рік). У даному експерименті врожайність буряків варіювалася від 13,73 до 40,57 т/га^-1 у 2015 році, від 36,36 до 71,07 т/га^-1 у 2016 році та від 30,46 до 54,17 т/га^-1 у 2017 році. Проміжні міжрядні культури в якості живої мульчі та бур'яни, як конкуренти цукрових буряків, мали досить негативний вплив на врожайність основної культури (Таблиця 5).

Таблиця 5. Вплив сумісного посіву на врожайність та хімічний вміст цукрових буряків, 2015-2017 рр.

* Суттєві відмінності від контрольного зразка (CТ) при р < 0,05, ** при р < 0,05. F_YxT — взаємодія року та способу посівної. Значення з різними літерами вказують на значні відмінності між методами посіву на рівні достовірності 95%. СТ — розпушування міжрядь (контрольний зразок); М — міжрядне обрізання та мульчування наявними бур’янами; MC — міжрядне обрізання та мульчування перською конюшиною; ММ — міжрядне обрізання та мульчування білою гірчицею; МB — міжрядне обрізання та мульчування ярим ячменем.

Урожайність на ділянках із міжрядними, проміжними культурами була в середньому на понад 20 т/га нижчою, ніж в умовах розпушування міжрядь (контрольний зразок, CT). Однак, завдяки позитивному впливу біомаси проміжної культури на родючість ґрунту, різниця між ділянками з проміжними, міжрядними культурами та контрольним зразком зменшувалася кожного року. У 2015 році ця різниця становила 55-66%, у 2016 році — 30-49% та 6,5-44% — в 2017 році.

Експериментальні дані 2015-2016 рр. показали значну негативну кореляцію між біомасою проміжних, міжрядних культур та врожайністю цукрових буряків. У 2015-2017 рр. урожайність буряків головним чином залежала від загального вмісту азоту (r = 0,482) та магнію (r = 0,804) в ґрунті. Більше того, було виявлено значну (р < 0,01) взаємодію між експериментальними роками та способами посіву (Таблиця 5); однак зв’язок між температурою повітря, нормою опадів, сонячним світлом та врожайністю цукрових буряків протягом трьох вегетаційних сезонів був слабким.

Хімічний склад цукрових буряків

Хімічний склад цукрових буряків головним чином залежить від метеорологічних умов вегетаційного періоду, особливо норми опадів, температури повітря та сонячного світла. Однак у даному експерименті температура повітря та норма опадів протягом вегетаційних сезонів не були пов’язані з вмістом цукру та калію в буряках. Також був незначний зв’язок між нормою опадів та вмістом натрію та α-аміно-азоту. Умови сонячного випромінювання (тривалість сонячного дня) не впливали на склад цукрових буряків. Хімічний склад коренеплодів суттєво змінювався протягом років: було виявлено значну взаємодію між роком та способом посіву (Таблиця 5). Вміст цукру коливався від 173,2 до 163,2 г/кг^-1 у 2015 році, від 174,6 до 167,2 г/кг^-1 у 2016 році та від 154,8 до 163,4 г/кг^-1 у 2017 році. Вміст калію коливався від 27,4-28,9, 32,7-35,9 до 42,0-44,5 ммоль/кг^-1; натрію — 2,1-2,7; 2,9; 3,6 та 3,3-3,7 ммоль/кг^-1; а α-аміно-азоту становив 0,735; 0,918; 1,143-1,687 та 1,347-1,727 г/кг^-1. Узагальнені дані за три роки досліджень показали, що якісні параметри цукрових буряків суттєво не відрізнялися, за винятком вмісту натрію, який був значно нижчим на ділянках із мульчування наявними бур’янами (МW), конюшиною перською (MC) та білою гірчицею (ММ), порівняно з контрольним зразком (СТ) (Таблиця 5).

Окрім метеорологічних умов, також був визначений вплив хімічного складу ґрунту на склад цукрових буряків (Таблиця 6). Загальний вміст азоту в ґрунті впливав на врожайність буряків та частку небажаних домішок (калію, натрію, α-аміно-азоту). Подібним чином надмірна кількість магнію в ґрунті дещо збільшила вміст цих домішок у коренеплодах (Таблиця 6), що є попередженням про те, що засолення ґрунту може негативно впливати на якість цукрових буряків.

Таблиця 6. Співвідношення між кінцевим (з 2015 по 2017 рік) хімічним складом ґрунту (x), урожайністю коренеплодів та їх хімічним складом за останній (2017) рік досліджень

n — незначне співвідношення. * — значне при р < 0,05

Було виявлено значне співвідношення між урожайністю цукрових буряків та вмістом цукру (r = -0,964**), вмістом натрію (r = 0,618), α-аміно-азоту (r = 0,739), між вмістом цукру в буряках та вмістом α-аміно-азоту (r = −0,859). Під час експериментів рН ґрунту змінився лише незначно, і ця зміна не впливала на врожайність та якість цукрових буряків.

ОБГОВОРЕННЯ

Хімічний склад ґрунту

У даному експерименті фонова частка хімічних речовин у ґрунті змінювалася між ділянками через різницю у структурі та фізичних властивостях ґрунту. За три роки експериментів рН ґрунту став практично на одному рівні, але на ділянках із перською конюшиною (МС) він значно зменшився, порівняно з контрольним зразком та мульчуванням наявними бур’янами (Таблиця 3).

За три роки загальний вміст азоту збільшився на всіх досліджуваних ділянках (Таблиця 3). Середні дані показали, що найбільший приріст азоту був виявлений на ділянках із конюшиною перською (MC) та білою гірчицею (ММ), оскільки вони мали найбільшу свіжу біомасу. Більше того, бобові культури-ловці містять велику кількість азоту і швидко розкладаються в ґрунті. Подібно до даного експерименту, вчені зазначали, що мульчування білою гірчицею було ефективним для накопичення азоту. В експерименті також було виявлено позитивний зв’язок між біомасою конюшини та накопиченням азоту. Також виявлено, що загальний вміст азоту був значно вищим при вирощуванні ловчих культур, тоді як концентрація наявного фосфору була нижчою. pH верхнього шару ґрунту збільшився в середньому на 4%, загальний вміст азоту — на 62%, фосфору — на 18% та калію — на 22%. І навпаки, частка нітратів у ґрунті зменшилася на 30% після покривних культур, незалежно від того, чи була покривна культура бобовою, чи ні.

Протягом трьох вегетаційних сезонів вміст фосфору в ґрунті збільшився на всіх досліджуваних ділянках (Таблиця 3), у тому числі на ділянках із міжрядним розпушуванням (контрольний зразок, СТ) без проміжних, міжрядних культур. Це могло бути пов’язано з більшою кількістю залишків цукрових буряків (до 40 т/га) в контрольному зразку (СТ). Найбільш помітне збільшення було виявлено на ділянках із ярим ячменем (МB). Подібним чином вчені встановили, що ловчі культури ефективно збільшують частку фосфору в ґрунті. Крім того, зазначалося, що вміст доступного фосфору в ґрунті залежав від виду ловчої культури, норми мінералізації та циклу фосфору.

Під час безперервного посіву цукрових буряків вміст калію в ґрунті збільшився на всіх ділянках, але не сильно (Таблиця 4). Найбільший приріст було виявлено на ділянках із мульчуванням наявними бур’янами (MW).

Посіви ячменю (MB) та бур'яни (MW) в якості живої мульчі стимулювали інтенсивніше зменшення вмісту магнію в ґрунті; проте вміст сірки зменшився на всіх експериментальних ділянках (Таблиця 4). Найбільше зменшення сірки спостерігалося на ділянках із білою гірчицею та перською конюшиною. Більше того, методи сумісного посіву (живої мульчі) та наявність залишків мають значний вплив на швидкість розкладання біомаси, надходження та накопичення живильних речовин у ґрунті.

Параметри врожайності та якості цукрових буряків

Урожайність цукрових буряків на порослих бур’янами ділянках та ділянках без міжрядних проміжних культур (СТ) була в середньому на понад 20 т/га більшою; однак розкладена біомаса проміжних культур збільшила родючість ґрунту, а різниця між контрольним зразком та ділянками з живою мульчою зменшувались кожного року (Таблиця 5). Урожайність цукрових буряків головним чином залежала від відмінностей у загальному вмісті азоту та магнію в ґрунті (Таблиця 6), оскільки відповідність між температурою повітря, нормою опадів, сонячним світлом протягом вегетаційних сезонів та врожайністю буряків була незначною. За даними вчених, азот є тим живильним елементом, який має найбільший вплив на виробництво цукрових буряків.

Експериментальні дані попереднього дослідження на тій же ділянці показали сильні негативні кореляційні зв’язки між біомасою проміжних, міжрядних культур та врожайністю цукрових буряків через конкуренцію за простір, сонячне світло та поживні речовини.

У пілотних короткострокових дослідженнях біла гірчиця та ярий ячмінь швидко розвивалися, ефективно контролюючи бур’яни перед першим обрізанням та мульчуванням, після чого вони не відростали та не конкурували з цукровим буряком. Перська конюшина (бобова культура) покращила ґрунтовий баланс азоту та мала великий обсяг біомаси. Нюансом цієї проміжної культури був повільний розвиток на перших етапах вегетації та швидке відростання пізніше. Завдяки швидкому відростанню перська конюшина ефективно пригнічувала бур’яни, але конкурувала з основною культурою. Більше того, великий обсяг біомаси перської конюшини в кінці вегетації ускладнює збирання цукрових буряків. Бракує інформації про вплив сумісного посіву цукрових буряків; проте вчені виявили позитивний вплив інтеграції люцерни (бобова культура) у сівозміну на врожайність цукрових буряків та вихід білого цукру. І навпаки, вайда фарбувальна та пажитниця багаторічна (англійський райграс) мали негативний вплив через конкуренцію з основною культурою, пізнє поглинання азоту та повільне виділення азоту із залишків. У попередніх експериментах однорічний райграс виявився досить агресивним щодо основної культури (цукровий буряк, кукурудза), саме тому він не був включений в експерименти.

Згідно з середніми даними, якісні параметри цукрових буряків між способами посіву суттєво не відрізнялися, за винятком вмісту натрію (Na), який був значно нижчим на ділянках із мульчуванням наявними бур’янами (МW), перською конюшиною (МC) та білою гірчицею (ММ), порівняно з міжрядним розпушуванням (контрольний зразок, СТ) (Таблиця 5). У попередніх дослідженнях на різних ділянках Литви густота цукрових буряків була головним фактором, який викликав зміни в хімічному складі буряків.

Хімічний склад цукрових буряків часто залежить від вологи, температури повітря та умов сонячного світла під час вегетаційного сезону. І навпаки, в даному експерименті метеорологічні умови мали незначний вплив на хімічний склад буряків. Хімічний склад ґрунту був основним фактором, що викликав відмінності у складі коренеплодів (Таблиця 6). Збільшення загального вмісту азоту в ґрунті підвищило частку небажаних домішок (калію (K), натрію (Na), α-аміноазоту). Кількість домішок також залежала від вмісту магнію в ґрунті, що є попередженням, оскільки більшість родючих (придатних для вирощування цукрових буряків) литовських ґрунтів мають надлишок магнію.

Насправді більшість проміжних міжрядних культур збільшували концентрацію хімічних елементів у ґрунті, але це збільшення також було виявлено і на ділянках із міжрядним розпушуванням (контрольний зразок, СТ). Хімічний склад цукрових буряків був однаковим у всіх варіантах посівної протягом трьох років безперервного посіву. Однак у результаті конкуренції з міжрядними культурами (r = -0,565) та бур'янами (r = -0,836), внаслідок неефективного обладнання для міжрядного обрізання та мульчування, а також незбалансованого живлення рослин, врожайність цукрових буряків значно зменшилася. Однак обробіток ґрунту (міжрядне розпушування на контрольних ділянках без проміжних, міжрядних культур) має негативний екологічний вплив на фізичні та біологічні властивості ґрунту. З екологічної та економічної точок зору, сумісний посів може бути допустимою практикою для органічного вирощування цукрових буряків, якщо ефективно використовувати техніку обробітку міжрядних, проміжних культур та бур’янів, а також забезпечувати та підтримувати збалансоване живлення рослин. Подібним чином вчені дійшли висновку, що бобові покривні культури є доступною альтернативою для боротьби з бур’янами в умовах органічного землеробства, але потрібно мінімізувати їх негативний вплив на ріст та врожайність основної культури.