2. Перспектива обробітку грунту

У плані екологізації землеробства перспектива вдосконалення систем обробітку ґрунту пов'язана з адаптуванням їх стосовно до різних грунтово-кліматичних, геоморфологічних умов та поглиб­леної диференціації відповідно до біологічних вимог сільського­сподарських культур. Загальновизначеним напрямом розвитку обробітку грунту є шлях до мінімізації. За останні декілька десят­ків років у світі, а також в нашій країні відбулось переосмислен­ня значення механічного обробітку ґрунту, його призначення, функцій і, зокрема, негативних наслідків.

Механічний обробіток руйнує природну будову ґрунту, яка інколи є оптимальною для певних культур. Позбавлення ґрунту природної мульчі (повсті, підстилки, дернини), розпилення верх­нього шару створює передумови для посилення стікання, ерозії, дефляції. Внаслідок механічного обробітку проходить руйнуван­ня ґрунтових зооценозів, скорочення зоонаселення, руйнування ходів черв'яків і коренів, зниження здатності до біологічного саморихлення. Під дією машин і робочих органів ґрунт часто пере­ущільнюється, що викликає необхідність чергового рихлення, створюючи шкідливе коло. При цьому переущільнюється підор­ний шар, утворюється плужна підошва.

За умов інтенсивного обробітку проходить активна мінералі­зація органічної речовини ґрунту, виникає непродуктивна витра­та гумусу. Обробіток ґрунту вимагає великих матеріальних і ене­ргетичних витрат.

Функції механічного обробітку ґрунту (регулювання будови ґрунту, структурного стану, водного, повітряного, теплового, по­живного режимів, загортання в ґрунт насіння рослин, органічних і мінеральних добрив, меліорантів; знищення бур'янів, шкідників і хвороб) в різних природних умовах мають досить неоднакове значення, а частину їх можуть виконувати інші агротехнічні або агрохімічні заходи.

На ґрунтах, рівноважна щільність яких близька до оптималь­ної для вирощування більшості польових культур (більша части­на чорноземів і темно-сірих ґрунтів, окультурених сірих лісових і дерново-підзолистих ґрунтів та ін.), механічний обробіток ґрунту зберігає в основному фітосанітарну роль, в першу чергу по усу­ненню забур'яненості посівів, і функції, пов'язані з регулюван­ням живлення і загортанням добрив. Якщо такі функції викону­ються добривами, пестицидами або іншими засобами, то система обробітку, можливо, може бути зведена до періодичної (лише де­кілька разів за ротацію сівозміни) оранки з загортанням органіч­них, мінеральних добрив і посіву з передпосівним обробітком або навіть без нього під відповідні культури.

Така сучасна загальна теорія питання, що допускає землеробс­тво з мінімальним обробітком ґрунту.

Вченими Національного аграрного університету така теорія обробітку ґрунту була підтверджена багаторічними (1981—2003 рр.) дослідженнями в стаціонарних польових зерно-просапних сі­возмінах в умовах лісостепової зони України.

Заходи обробітку грунту під озиму пшеницю тісно пов'язані із системою обробітку під інші культури сівозміни, що впливають на накопичення вологи, елементів мінерального живлення, по­ліпшення фізичних умов орного шару і наявність у ньому насіння бур'янів. Вивчення протягом 1984 — 2003 рр. впливу різних си­стем основного обробітку ґрунту в 10-пільній зерно-буряковій сі­возміні Правобережного Лісостепу України на формування ози­мої пшениці після таких попередників: конюшина на 1 укіс, горох і кукурудза на силос і результати багаторічних досліджень свідчать, що щільність ґрунту з застосуванням плоскорізного й поверхневого обробітків у сівозміні формують більш високі по­казники на відміну від полицевого обробітку. Проте ріст і розви­ток рослин проходить нормально, тому що щільність ґрунту при усіх обробітках знаходиться на рівні оптимальних значень.

Якість агрегатного складу грунту залежить в першу чергу від попередників. Чим більше залишає культура після себе ґрунтових решток, тим більше утворюється гумусових речовин, що позити­вно впливають на структурність ґрунту. Перш за все це спостері­гається після конюшини, де, як правило, і міститься найбільш аг­рономічно цінних агрегатів. На полях озимої пшениці, що розміщується після кукурудзи на силос, існує стійке зниження агрономічно цінних агрегатів в середньому до 50—60 % та збі­льшення пилової фракції.

Продуктивної вологи більше накопичується при застосуванні плоскорізного та поверхневого обробітку ґрунту, кращі запаси продуктивної вологи формуються після конюшини на один укіс у порівнянні з горохом і особливо з кукурудзою на силос.

Мінімалізація обробітку ґрунту призводить до зниження во­допроникності. Причиною цього є руйнування ґрунтових агрега­тів та на цій основі зменшення пружних некапілярних пор. Зни­ження водопроникності призводить до застою води на поверхні ґрунту і створення умов для розвитку ерозійних процесів, а в зи­мовий період створюється загроза утворення льодяної кірки на посівах озимих культур.

Урожайність озимої пшениці, як свідчать дослідження профе­сора В. П. Гудзя, помітно відрізняється як залежно від попе­редників, так і від застосування систем основного обробітку ґру­нту (табл. 38).

Заміна полицевого обробітку ґрунту після багаторічних трав призводить до зниження урожайності пшениці, хоч цей попере­дник забезпечує більше накопичення вологи. Величина врожаю після кукурудзи на силос формується нижчою в порівнянні з отриманою після конюшини, але перевищує врожайність після гороху.

Адекватне судження про проблему обробітку грунту можливе лише при усвідомленні багатогранного фактичного матеріалу в географічному і історичному розумінні, адже ця проблема весь час в полі зору з III ст. до нової ери до сьогодення. Апогей про­цесу розвитку теорії і практики обробітку ґрунту приходиться на сьогоднішнє покоління, що повинне зробити помітні теоретичні узагальнення по цій проблемі, незважаючи на дискусійність багатьох положень.

Активний розвиток питання обробітку ґрунту під польові культури розпочався в кінці XIX ст. в Західній Європі, де сфор­мувалась система оранки, яка одержала широке застосування, бо відповідала природним умовам і вимогам сформованої на той час плодозміни. Поширення оранки в Східну Європу нерідко призво­дило до негативних наслідків, у зв'язку з чим П. А. Костичев, зо­крема, звертав увагу на перевагу мілкої оранки перед глибокою в посушливих умовах. На початку XX ст. оранка з обертанням пла­ста залишалась незаперечною, хоч посухи в Західній Європі і царській Росії в 1891, 1901, 1921 рр. спонукали до пошуку нетра­диційних рішень.

Видана в 1899 р. книга І. Є. Овсінського «Нова система земле­робства» в якій було подане перше обґрунтування безплужного обробітку, стала науковою і фактичною сенсацією. Автор праці виходив з того, що в природному стані ґрунт пронизаний коре­нями рослин, ходами дощових черв'яків, внаслідок чого ґрунт повітропроникний на значну глибину і характеризується достат­ньою водопроникністю. Він стверджував, що звичайна оранка, знищуючи в ґрунті сітку каналів, утворених перегнившими коре­нями і ходами дощових черв'яків, перетворює ґрунт в однорідну безструктурну масу, наслідком чого є погіршення водного і повітряного режимів, в той час як рекомендований ним поверхневий обробіток ґрунту до 5 см знищує бур'яни і створює рихлий пове­рхневий мульчуючий шар, який добре зберігає вологу в ґрунті. Коріння ж культурних рослин в ущільнених нижніх шарах добре розвивається, і рослини дають добрий урожай.

І. Є. Овсінський особливо підкреслював, що за такого обробі­тку ґрунту створюються виключно сприятливі умови для розвит­ку бур'янів. При запізненні з основним обробітком ґрунту одним поверхневим обробітком їх знищити важко.

Виходячи з цього положення, він наголошував, щоб перший обробіток починали слідом за збиранням хлібів, не очікуючи ви­везення врожаю з поля, і запропонував в осінній час, а на чисто­му пару і в весняно-літній період — до самої сівби в міру з'явлення бур'янів. Багато теоретичних положень, викладених І. Є. Овсінським, не застаріли до цього часу і одержали подаль­ший розвиток.

У 1910 р. незалежно від І. Є. Овсінського фермер Жан на півдні Франції застосував замість оранки ґрунту обробіток ґрунту пру­жинним культиватором з наступним поглибленням до 20—22 см.

В 1921 р. Ф. Ахенбах видав працю, в якій висловив аналогічну думку про недоцільність обертання орного шару.

Дефляція ґрунтів на Великих рівнинах Америки, де в 30-х рр. суцільне розорювання степів плугами призвело до утворення пи­лових бур, спонукала до розробки термінових заходів для збе­реження ґрунту. Внаслідок великих напружених пошуків була створена плоскорізна система обробітку ґрунту із збереженням пожнивних решток, упереджуючих ерозію. Ці заходи були бли­зькими до системи І. Є. Овсінського.

Проте цей сигнал не був сприйнятий на інших континентах. В Європі продовжували вдосконалювати оранку. В Росії В. Р. Вільямс ввів культурну оранку плугом з передплужником, обґрунту­вавши її необхідністю оструктурення скинутого на дно борозни верхнього шару.

Після критики травопільної сівозміни В. Р. Вільямса з'явилися нові концепції, що обґрунтовували систему культурної оранки. На підставі аналізу даних про диференціацію орного шару за ро­дючістю вченими держави було сформульоване положення про розвиток дернового ґрунтотворного процесу під впливом як бага­торічних, так і однорічних культур. Причину зниження родючос­ті нижньої частини орного шару пов'язували з накопиченням то­ксичних метаболітів, мікроорганізмів, що переміщуються зверху. Звідси витікав висновок про необхідність покращання несприятливих властивостей нижньої частини орного шару шляхом пере­міщення його на поверхню з допомогою відвального плуга. Та­ким чином, усунення диференціації орного шару за родючістю стало новим обґрунтуванням культурної оранки. Були також інші пропозиції здійснення переміщування ґрунту в межах орного ша­ру за допомогою фрезерних робочих органів, що сприяє підви­щенню біологічної активності ґрунту.

Одночасно з основним напрямком теорії обробітку ґрунту в світі продовжувався розвиток напрямку безплужного обробітку ґрунту. В 40-х рр. минулого сторіччя увага світової агрономічної спільноти була спрямована до виданої в США книги Е. X. Фолкнера «Безумство орача», в якій доводилась шкода обробітку ґрун­ту з обертанням скиби і пропонувався безплужний обробіток. Проте хоч будь-яких теоретичних постулатів з цього приводу во­на не містила.

Перше теоретичне підґрунтя мінімізації обробітку ґрунту створене Т. С. Мальцевим у 40—50-х рр. Віддаючи належне ві­домій теорії В.Р.Вільямса, він висунув положення про можли­вість синтезу гумусу і відповідно формування водостійкої струк­тури на основі анаеробного розкладу кореневої системи одно­річних трав. Для створення умов за яких розвивались би анаеро­бні процеси, він запропонував систему, яка передбачала поверх­невий обробіток ґрунту лущильниками з періодичним глибоким безполицевим рихленням. Теоретичні уявлення про механізм гумусоутворення з того часу суттєво змінились. Якраз саме це є конкретним вкладом Т. С. Мальцева в розвиток теоретичних ос­нов землеробства. Велика заслуга Т. С. Мальцева полягає в тому, що ним знайдене системне рішення мінімізації обробітку ґрунту стосовно конкретних умов з визначенням частки чистого пару, зернових культур, заходів по боротьбі з бур'янами та ін. Внаслі­док цього, почавши з компромісу з теорією В. Р. Вільямса, Т. С. Мальцев прийшов до протилежних позицій.

Незважаючи на розвиток нових уявлень про систему обробіт­ку ґрунту, аж до 60-х рр. минулого століття теоретики і практики землеробства в переважній більшості притримувались класичних позицій оранки.

Універсальність цих уявлень зруйнувалась після масових роз­орювань цілинних і перелогових земель. Внаслідок широкого розвитку дефляції виникла необхідність заміни традиційного об­робітку ґрунту такою системою, при якій забезпечувалось збере­ження на поверхні ґрунту пожнивних решток для захисту його від руйнуючої дії вітру. Дуже своєчасно був використаний досвід Канади по застосуванню плоскорізних знарядь. За короткий час був створений комплекс машин для плоскорізного обробітку гру­нту і посіву по стерньових фонах.

Вирішуючи проблему захисту ґрунтів від дефляції, плоскорізна система обробітку ґрунту в районах прояву ерозії певною мі­рою сприяє зменшенню шкідливої дії посухи завдяки накопичен­ню зимових опадів за рахунок збереженої стерні.

Поєднання плоскорізної системи обробітку ґрунту з оптима­льними строками і способами посіву, нормами висіву, смуговим розміщенням парів і сільськогосподарських культур, застосуван­ня добрив, гербіцидів, снігозатримання і інших заходів у зерно-парових і зернопросапних сівозмінах з короткою ротацією склало ґрунтозахисну систему землеробства. Вона була розроблена ко­лективом вчених відомого Наукового центру в селищі Шартанди в Казахстані під керівництвом академіка О. І. Бараєва. Ця систе­ма подібна до канадської, але не повторювала її, практично вря­тувала орні землі цих регіонів від руйнування.

Значення плоскорізних і безвідвальних обробітків ґрунту в нако­пиченні вологи і упередженості ерозійних процесів посилюється за­вдяки скороченню втрат гумусу за рахунок зниження темпів його мінералізації, що було доведено дослідженнями В. 1. Кірюшина і І. М. Лебєдєвої на дослідному стаціонарі ВНДІЗГ (Шортанди).

Зниження темпів мінералізації органічної речовини при безполицевому і мінімальному обробітках скорочує накопичення мінерального азоту. Внаслідок зменшуються втрати нітратів за рахунок міграції в нижні шари ґрунту.

В умовах інтенсивного використання азоту, особливо в агроценозах Полісся і Північного Лісостепу, плоскорізний і безвідвальний обробіток створюють дефіцит мінерального азоту, внаслі­док чого знижується урожайність зернових по непарових попередниках. Тут мінімалізація обробітку ґрунту вимагає засто­сування азотних добрив, тобто вона є досягненням інтенсивного землеробства на відміну від екстенсивного, за якого єдиним дже­релом азоту слугує органічна речовина ґрунту, а найбільш ефек­тивним засобом його вивільнення — полицева оранка. Невипадкова традиційна турбота теоретиків землеробства про підвищен­ня біологічної активності ґрунту, усунення диференціації орного шару, що відбувається внаслідок більшої активності мікрофлори в поверхневих шарах. Перемішування ґрунту сприяє рівномірній гомогенності всього орного шару і відповідно посиленню проце­сів мінералізації органічної речовини в усьому об'ємі ґрунту на фоні підвищеної аерації.

Подальше посилення мінімізації обробітку ґрунту (скорочення її глибини і частоти) ще більше послаблює процеси мінералізації органічної речовини і відповідно азоту, підвищує протиерозійну стійкість ґрунту, сприяє кращому вологонакопиченню.

При всіх перевагах безвідвальних і плоскорізних систем обро­бітку ґрунту вони мають певні недоліки, головні з яких — наро­щування забур'яненості посівів, особливо при підвищеному зво­ложенні. При нестачі гербіцидів і азотних добрив доцільно застосовувати комбіновані системи, що поєднують різноглибин­ний обробіток з полицевою оранкою.

Розширення плоскорізного обробітку і різних його комбінацій в лісостепові і степові райони довго стримувалось консерватив­ними причинами. Їх усуненню значною мірою сприяв великома­сштабний полтавський експеримент, що тривав протягом 10 ро­ків під керівництвом професорів Ф. Т. Моргуна і М. К. Шикули.

Мінімізація обробітку ґрунту одержала розвиток і в Західній Єв­ропі — епіцентрі класичної оранки. Численними експериментами Г. Канта та інших дослідників доведена можливість мінімізації об­робітку ґрунту навіть на дерново-підзолистих ґрунтах. Ефективність мінімізації обробітку залежить значною мірою від властивостей ґрунтів і умов зволоження. Як правило, це стає доцільним на дрено­ваних ґрунтах легкого і середнього гранулометричного складу з сприятливими для рослин фізичними властивостями, відносно стій­ких до ущільнення та з достатньо високою родючістю.

Крім зростаючої забур'яненості посівів, розвитком деяких хвороб, підвищеного дефіциту мінерального азоту, диференціації орного шару за вмістом рухомих фосфатів, при мінімальних об­робітках ґрунту виникають труднощі, пов'язані з несприятливим впливом надлишкової кількості післязбиральних решток. Перш за все вони є істотною механічною перепоною для якісного заго­ртання насіння і одержання дружних сходів, що супроводжується послабленням кущення, високим відсотком загибелі озимих культур зимою і ранньою весною. Крім того в процесі розкладу післязбиральних решток утворюється цілий ряд сполук — ети­лен, аміак, органічні кислоти і феноли, особливо в кислій формі, токсичні не тільки для рослин, а й для багатьох корисних мікро­організмів, в тому числі пов'язаних з мобілізацією поживних ре­човин ґрунту і післязбиральних решток. При наявності великої кількості післязбиральних решток необхідні ґрунтообробні зна­ряддя з великим кліренсом, а також спеціальні сівалки.

У зв'язку з мульчуючим ефектом рослинних решток різниця в температурі поверхневого шару при мінімальному обробітку і полицевій оранці досягає 3—5 °С і більше. Це відіграє позитивну роль в умовах жаркого і сухого клімату і є небажаним в умовах відносно холодного і короткого вегетаційного періоду в зв'язку з затримкою появи сходів і дозрівання врожаю.

З урахуванням перерахованих особливостей в різних регіонах і від набору культур в сівозміні та ґрунтово-кліматичних умов можливе застосування різних комбінованих систем обробітку ґрунту, що поєднують оранку (перш за все під просапні культури з одночасним внесенням органічних, фосфорних і калійних доб­рив про запас на ряд років) з безвідвальними способами обробіт­ку — глибокою і мілкою культивацією, чизелюванням, дискуванням аж до прямої сівби непросапних культур. Якщо не використовуються органічні добрива, сидерація, то замість полицевої оранки застосовують глибоке рихлення. В цілому виходять із необхідності всебічної оцінки позитивних і негативних наслід­ків повної чи часткової відмови від оранки, щоб не допустити не­добору врожаю.

Можливості скорочення обробітку ґрунту обмежуються не­сприятливими водно-фізичними властивостями, наявністю ущі­льнених шарів, проте потенціал її може бути розширеним за ра­хунок хімічних, агротехнічних і комбінованих меліорацій.

Мінімізація обробітку ґрунту поряд з скороченням глибини і періодичності основного обробітку розвивається також і в плані суміщення в одному робочому процесі передпосівних обробітків, внесення добрив, сівби за допомогою комбінованих ґрунтообро­бних і посівних агрегатів.

Тому вибір оптимальних варіантів системи обробітку ґрунту, що визначається декількома групами природних і виробничих факторів, досить широкий. Проте на ґрунтах, підданих дефляції і водній ерозії, він лімітується необхідністю збереження на повер­хні ґрунту пожнивних решток. При цьому в посушливих умовах степової зони ґрунтозахисний обробіток має чітко виявлену спрямованість в бік мінімізації, а в складних ерозійних ландшаф­тах — протиерозійний обробіток повинен включати глибоке рих­лення, щілювання та інші способи, що забезпечують акумуляцію вологи і зменшення стікання.

В інших ландшафтах з помірним проявом ерозії або дефляції при побудові систем обробітку ґрунту можливі різні комбінації його прийомів. На практиці важливо ураховувати не тільки сере­дні багаторічні кліматичні умови та інші усереднені фактори, на які розраховані наукові рекомендації, а й конкретні обставини: ущільнення ґрунту, засміченість полів, погоду та інші. Для цього повинні використовуватись набори технологій обробітку ґрунту, машин, знарядь, робочих органів. Зокрема диференціювання безвідвального обробітку ґрунту пов'язане з застосуванням ряду рихлячих органів: плоскорізів, стійок, чизелей, щілювачів залежно від ґрунтових умов.

У світовій практиці все більшої уваги надається чизелюванню. Його розглядають як ефективний захід усунення шарів ґрунту, утворених при обробітку ґрунту дисковими, плоскорізними зна­ряддями, і руйнуванням плужної підошви. Високі ґрунтозахисні показники при чизелюванні забезпечуються внаслідок збережен­ня на поверхні основної маси післязбиральних решток і різного ослаблення поверхневого стікання. Чизелювання ефективне і як прийом вологонакопичення, особливо за умов вологої осені. Піс­ля чизельного обробітку з осені не відбувається суцільного заме­рзання ґрунту, що забезпечує сприятливі умови для поглинання талих вод і зменшення їх стікання, особливо, якщо вона прово­диться в можливо більш пізні передзимні строки. Все більшого поширення набуває поєднання в одному агрегаті чизельних ро­бочих органів, що оброблюють ґрунт на глибину до 30 см, з дис­ковими. Для осіннього обробітку ґрунту після високостеблових культур запропоновані роторно-чизельні агрегати, які забезпечу­ють рівномірний розподіл по полю рослинних решток і якісний обробіток ґрунту.

У напрямі розвитку систем обробітку ґрунту в бік мінімізації та поглибленої диференціації наявне протиріччя між бажаною біологізацією землеробства, з одного боку, і вимушеним у бага­тьох випадках застосуванням пестицидів — з іншого. За умов мульчуючого безплужного обробітку створюються умови для ак­тивного розвитку зоофауни, особливо дощових черв'яків, які не лише «обробляють» орний шар, покращуючи його структуру, а також забезпечують проникнення ґрунтового профілю за рахунок численних ходів, що досягають близько 1 м. Проте застосування безплужного обробітку нерідко обмежене підвищеним розвитком забур'яненості і хвороб, доводиться використовувати гербіциди і фунгіциди, які негативно впливають на зоофауну.

Завдання зменшення забур'яненості в значній мірі може бути вирішене за рахунок створення сприятливих умов для пророс­тання насіння бур'янів в ранньовесняний і осінній періоди з на­ступним знищенням їх механічними засобами, особливо в райо­нах з продовженим вегетаційним періодом. У поєднанні з раціональним чергуванням культур в сівозміні, оптимальною ча­сткою чистого або зайнятого пару, застосуванням проміжних культур, своєчасного виконання польових робіт, що виключає, зокрема, утворення насіння бур'янів в осінній період, — це завдання в більшості випадків може бути вирішене без застосування гербі­цидів. До економічного і екологічного краху рільництво може бути доведено при підміні агротехніки хімічними засобами.