Тема 4. Вплив видів добрив на ступінь реалізації потенційної біопродуктивності та обмін органічної речовини в ґрунті по полям сівозміни

Мета: 1. Провести порівняльну оцінку інтенсивності обміну органічної речовини в грунті при використанні різних видів добрив та систем землеробства.

2. Порівняти ступінь реалізації потенційної біопродуктивності при використанні різних видів добрив та систем землеробства.

Спосіб виконання: розрахунковий.

Вступ

Розрахована, при виконання першої теми, потенційна біопродуктивність відображає можливості реалізації наявних агрокліматичних ресурсів в продуктивності сільськогосподарських культур. При її розрахунку ви не враховували рівень наявності такого фактору, як поживні речовини. Зумовлено було це тим, що даний ресурс в найбільшій мірі регулюється в сучасному землеробстві. В зв’язку з цим, в даній темі розглядається вплив на потенійну продуктивність не природних, а штучних джерел поживних речових.

Ресурс поживних речовин охоплює широкий перелік мінеральних речовин, які потребує рослина в процесі росту. Всі або більшість з них забезпечуються з грунту в результаті процесів розкладу органічної речовини, яка є основою його родючості. Виходячи з цього, елементом по якому в найбільшій мірі можна судити про рівень змін потенційної родючості грунту і можливу ступінь реалізації потенційної біопродуктивності сільськогосподарськими культурами обрано вуглець. Даний елемент є основним будівельним матеріалом рослини. В загальній масі сухої речовини рослин на його долю припадає в середньому 45%, а в гумусі - 58%. По сучасним науковим уявленням основну кількість вуглецю рослини споживають в вигляді вуглекислого газу, тому в даній роботі всі розрахунки будуть проводитись по вуглекислому газу.

Реалізація потенційної біопродуктивності рослинами в землеробстві досягається використанням цілого ряду факторів і прийомів, але обов'язковою умовою успішної землеробської діяльності є не лише отримання максимально можливого урожаю, а й збереження та розширене відтворення родючості грунту. Одним з основних показників останнього є баланс гумусу в грунті. Викладені теоретичні положення покладені в основу даної теми лабораторно-практичного курсу з світових агротехнологій та їх технічного забезпечення.

Розрахунки, які пропонується виконати в даній темі дозволяють:

1. Провести порівняльну оцінку ступеня реалізації потенційної біопродуктивності при використанні різних видів добрив.

2. Визначити напрям і рівень зміни потенціної родючості грунту по балансу гумусу при спробі реалізації потенційної біопродуктивності з використанням різних видів добрив.

Дана тема виконується на основі результатів отриманих при виконанні індивідуальних завдань першої теми і являється її продовженням, тому в розрахункових таблицях використовується сівозміна, визначена згідно індивідуального шифру в першій темі та розрахована величина потенційної біопродуктивності кожної культури.

Завдання 1. Розрахувати ступінь реалізації потенційної біопродуктивності та баланс гумусу по полям сівозміни без застосування добрив Теоретичні положеня та методика виконання

Можливість отримання потенційної біопродуктивності, розрахованої для кожного поля сівозміни, можна оцінити співставивши потребу в вуглекислому газі на формування рослинами такої біомаси та реальним його надходженням з різних джерел. Загальна потреба в вуглекислому газі розраховується виходячи з долі вуглецю в сухій речовині рослин за формулою:

де: - потреба в вуглекислому газі на формування потенційної біопродуктивності, т/га;

- потенційна біопродуктивність, т/га.

Далі в таблиці 4.1.1 розраховується надходження вуглекислого газу від різних джерел. Такими джерелами при не використанні добрив являються: атмосфера, гумус ґрунту та рослинні і кореневі рештки попередника.

У повітрі вуглекислий газ міститься в кількості 0,03% від його загальної маси. Про можливість забезпечення потреби рослин даним ресурсом з атмосфери можна судити по висоті стовпа повітря в якому буде міститися необхідна для забезпечення потенційної біопродуктивності рослин кількість вуглекислого газу.

Розрахунок проводять за формулою:

де: - потреба в вуглекислому газі на формування потенційної біопродуктивності, т/га;

- висота стовпа атмосфери, в якому міститься необхідна кількість вуглекислого газу для забезпечення потенційної біопродуктивності, км.

По отриманому результату можна зробити висновок, що при використані рослинами вуглекислого газу лише з атмосфери привело б до практично повної відсутності його в ній. Наукові дані свідчать, що кількість вуглекислого газу в атмосфері являється достатньо стабільною величиною, тому атмосфера не являється основним джерелом і не може повністю задовольнити потреби рослин в даному ресурсі, науковими спостереженнями встановлено, що вона забезпечує рослини в середньому лише приблизно 10% від їх загальної потреби.

Основним джерелом надходження вуглекислого газу для рослин є ґрунт. Вуглекислий газ утворюється в ґрунті в процесі розкладу органічної речовини мікроорганізмами. Без внесення органічних добрив основним джерелом органічної речовини для розкладу мікроорганізмами являються рослинні і пожнивні рештки та основна органічна речовина ґрунту - гумус. Розклад органічної речовини називається мінералізацією. Крім вуглекислого газу при цьому в ґрунтовий розчин виділяються мінеральні сполуки, які використовуються рослинами.

Для визначення кількості вуглекислого газу, який виділяється при мінералізації гумусу спочатку необхідно розрахувати його загальний запас в ґрунті. Розрахунок проводять за формулою:

де: - загальний запас гумусу в ґрунті на 1 гектарі, т/га;

- глибина гумусового горизонту, м;

- об'ємна маса грунту, г/см²;

- процент вмісту гумусу в ґрунті (додаток 10).

Гумус ніколи не розкладається весь, мінералізується лише незначна його частина. Інтенсивність мінералізації гумусу залежить від багатьох факторів. До останніх в першу чергу належать:

• фракційний склад гумусу;

• механічний склад гумусу;

• технологія вирощування культури, яка визначає рівень інтенсивності і тривалість механічного обробітку ґрунту.

Відомо, що гумус не являється однорідною органічною речовиною. В його складі виділяється три принципово відмінних групи - фульвокислоти, гумінові кислоти та гумати. Принципова відмінність між ними проявляється в їх здатності до мінералізації. В найбільшій мірі здатні мінералізуватись фульвокислоти, в меншій мірі - фульфокислоти і практично не мінералізуються гумати. В зв'язку з цією особливістю, розрахунок загальної маси гумусу, яка мінералізується розраховують за формулою:

де: - доля фульвокислот в загальній масі ґрунту;

- доля гумінових кислот від загальної маси гумусу;

- коефіцієнт мінералізації фульвокислот;

- коефіцієнт мінералізації гумінових кислот;

- коефіцієнт впливу механічного складу на мінералізацію гумусу (додаток 11);

- коефіцієнт впливу технології культури на мінералізацію гумусу (додаток 12);

- загальний запас гумусу в грунті, т/га;

- маса мінералізованого гумусу, т/га.

Доля гумінових та фульфокислот від загальної маси гумусу наведений в характеристиці ґрунту. Тип ґрунту визначений по індивідуальному шифру при виконанні першої теми (додаток 9 - 11).

Другим джерелом органічної речовини без застосування добрив для розкладу мікроорганізмами грунту є кореневі та пожнивні рештки попередника. Загальний обсяг кореневих і пожнивних решток визначається за формулою:

де: - маса кореневих і пожнивних решток, т/га;

- потенційна біопродуктивність попередника, т/га;

- коефіцієнт виходу пожнивних і кореневих решток.

Значення коефіцієнтів виходу пожнивних і кореневих решток по культурам наведено в додатку 13.

Будь-яка органічна речовина в грунті, крім гумусу, піддається одночасно мінералізації та гуміфікації. За даними наукових досліджень співвідношення між мінералізацією та гуміфікацією органічної речовини в ґрунті не являється стабільним. Прихильники безвідвальних способів обробітку ґрунту стверджують, що при розміщенні органічної речовини в верхньому шарі грунту переважають процесії утворення гумусу. Прихильники відвальних способів основного обробітку вважають, що при розміщенні органічної речовини в верхньому шарі ґрунту переважають процеси мінералізації, тому рекомендують заробляти органічну речовину в нижні шари орного шару.

В даній роботі пропонується розраховувати кількість органічної речовини, яка пішла на утворення гумусових речовин через єдиний коефіцієнт гуміфікації (додаток 14), що дозволяє отримати співставимі результати і провести аналіз впливу різних видів добрив на гумусовий баланс ґрунту. Кількість утворених гумусових речовин з пожнивних та кореневих решток попередника розраховується за формулою:

де: - маса гумусу утвореного з кореневих і пожнивних решток, т/га;

- загальна маса кореневих і пожнивних решток, т/га;

- коефіцієнт гуміфікації рослинних кореневих і пожнивних решток.

Маса пожнивних і кореневих решток, які мінералізуються визначають, як різницю між загальною масою пожнивних і кореневих решток і їх масою, яка гуміфікувалась.

де: - маса пожнивних і кореневих решток, які мінералізувалась, т/га;

- загальна маса кореневих і пожнивних решток, т/га;

- маса пожнивних і кореневих решток, яка гуміфікувалась, т/га.

Кількість вуглекислого газу, яка виділиться при мінералізації органічної речовини пожнивних і кореневих решток розраховується за формулою:

де: - маса виділеного вуглекислого газу, т/га;

- маса пожнивних і кореневих решток, яка мінералізувалась, т/га.

Для визначення рівня забезпечення потенціальної біопродуктивності ресурсом вуглекислого газу, визначають баланс даного ресурсу за формулою:

де: - баланс вуглекислого газу, т/га;

- кількість вуглекислого газу, яка надходить з атмосфери, т/га;

- кількість вуглекислого газу, яка надходить від гуміфікації гумусу, т/га;

- кількість вуглекислого газу, яка надходить від мінералізації пожнивних і кореневих решток попередника, т/га;

- загальна потреба культури в вуглекислому газі для реалізації потенційної біопродуктивності, т/га.

В дужках приведені джерела надходження вуглекислого газу при відсутності використання добрив. В сумі вони складають реальний обсяг надходження вуглекислого газу. Від'ємне значення балансу свідчить про нестачу даного ресурсу, а позитивне - про надлишок, а значить можливість реалізації потенційної біопродуктивиості сільськогосподарською культурою на даному полі сівозміни.

Для визначення рівня впливу вирощування культур при даній технології і системі удобрення на потенційну родючість грунту розраховують баланс гумусу на кожному полі сівозміни за формулою:

де: - баланс гумусу в грунті, т/га;

- кількість гумусу, яка утворилася від гуміфікації поживних і кореневих решток, т/га;

- кількість гумусу, яка мінералізувалась в грунті, т/га.

По кожному показнику розраховують середнє значення по сівозміні в цілому. В таблиці 4.1.2 розраховують реально-можливу біопродуктивність сільськогосподарських культур по ресурсу вуглекислого газу та ступінь реалізації потенційної біопродуктивності по полям і сівозміні в цілому. Надходження вуглекислого газу по полям сівозміни визначають з попередньої таблиці. Реально можливу біопродуктивність розраховують по реальному обсягу надходження вуглекислого газу за формулою:

де: - реально можлива біопродуктивність, т/га;

- загальний обсяг надходження вуглекислого газу, т/га.

- коефіцієнт вмісту вуглецю в перерахунку на вуглекислий газ в абсолютно сухій масі рослин.

Ступінь реалізації потенційної біопродуктивності розраховується за формулою:

де: - ступінь реалізації потенційної біопродуктивності, %;

- реально-можлива біопродуктивність, т/га;

- потенційна біопродуктивність, т/га.

Значення балансу гумусу переносяться з попередньої таблиці. По отриманим результатам необхідно записати в таблицю висновки, в яких відобразити:

1. Ступінь реалізації потенційної біопродуктивності по полям і сівозміні в цілому при відмові від використання добрив;

2. Вплив такої технології вирощування на потенційну родючість ґрунту по показнику балансу гумусу.

Заповнені дві таблиці являються базовими для подальших розрахунків по даній темі, методика яких базується на викладеній вище і лише доповнюється по мірі необхідності деякими уточненнями і доповненнями.

Запропонована дія розрахунків не ставить за мету визначення точного балансу гумусу та вуглекислого газу по полям сівозміни, а вирішує задачу проведення порівняльного аналізу по цим двом найважливішим показникам використання різних видів добрив для визначення в подальшому стратегічних підходів при розробці найбільш оптимальної технології вирощування сільськогосподарських культур для максимального використання агрокліматичного потенціалу даної території при простому або розширеному відтворенні родючості ґрунту.