Вплив обробітку на агрофізичні властивості ґрунту та продуктивність сільськогосподарських культур в зрошуваних умовах степу України
Анотація
Основною метою дослідження було встановити вплив різних систем обробітку ґрунту на агрофізичні властивості темно-каштанового ґрунту в короткоротаційній зернопросапній сівозміні в зрошуваних умовах півдня України. Дослідження проводили протягом 2021-2022 рр. у стаціонарному досліді в чотирипільній сівозміні: кукурудза на зерно – ріпак озимий – пшениця озима – соя. Дослідне поле знаходилося в напівпосушливій степовій кліматичній зоні Інституту кліматично орієнтованого землеробства НААН. Досліджували три системи обробітку ґрунту з точки зору їх впливу на насипну щільність, пористість та водопроникність ґрунту, а саме: відвальний диференційований обробіток; диференційований чизельний обробіток; диференційований безполицевий обробіток з щілюванням ґрунту. Об'ємну масу ґрунту визначали за допомогою кернового методу. Пористість ґрунту розраховували як відношення загальної об'ємної маси до об'ємної маси суцільного зламу. Швидкість інфільтрації води, встановлена за допомогою методу водопоглинання, була використана як міра водопроникності ґрунту. Результати дослідження були статистично оброблені за допомогою загальноприйнятої процедури ANOVA з використанням критерію найменшої значущої різниці Фішера при P < 0,05. Крім агрофізичних параметрів ґрунту, оцінювали енергетичну продуктивність сівозміни. Встановлено, що відвальний обробіток ґрунту не має суттєвої переваги за показниками насипної щільності та пористості ґрунту. В той же час, оранка показала найкращі результати за водопроникністю ґрунту під всіма культурами сівозміни. Проте найвищий вихід енергії в сівозміні (119,1 ГДж/га) був зафіксований за безполицевої системи диференційованого обробітку ґрунту з щілюванням, тоді як відвальна оранка та чизельний обробіток забезпечили дещо нижчий вихід енергії – 112,0 та 108,6 ГДж/га відповідно. Таким чином, безполицевий диференційований обробіток ґрунту з щілюванням є найкращим варіантом для короткоротаційних зернових сівозмін в зрошуваних умовах півдня України з точки зору створення оптимальних агрофізичних властивостей ґрунту та отримання найвищої продуктивності сільськогосподарських культур
Ключові слова
полицева оранка; безполицевий обробіток; щільність складення ґрунту; пористість ґрунту; водопроникність; урожай
[1] Achankeng, E., & Cornelis, W. (2023). Conservation tillage effects on European crop yields: A meta-analysis. Field Crops Research, 298, article number 108967. doi: 10.1016/j.fcr.2023.108967.
[2] Al-Shammary, A.A.G., Kouzani, A.Z., Kaynak, A., Khoo, S.Y., Norton, M., & Gates, W. (2018). Soil bulk density estimation methods: A review. Pedosphere, 28(4), 581-596. doi: 10.1016/S1002-0160(18)60034-7.
[3] Beck, H.E., Zimmermann, N.E., McVicar, T.R., Vergopolan, N., Berg, A., & Wood, E.F. (2018). Present and future Köppen-Geiger climate classification maps at 1-km resolution. Scientific Data, 5, article number 180214. doi: 10.1038/sdata.2018.214.
[4] Burger, D.J., Schneider, F., Bauke, S.L., Kautz, T., Don, A., & Amelung, W. (2023). Fifty years after deep-ploughing: Effects on yield, roots, nutrient stocks and soil structure. European Journal of Soil Science, 74(6), article number e13426. doi: 10.1111/ejss.13426.
[5] Deines, J.M., Wang, S., & Lobell, D.B. (2019). Satellites reveal a small positive yield effect from conservation tillage across the US Corn Belt. Environmental Research Letters, 14, article number 124038. doi: 10.1088/17489326/ab503b.
[6] Hashimi, R., Kaneko, N., & Komatsuzaki, M. (2023). Impact of no-tillage on soil quality and crop yield in Asia: A meta-analysis. Land Degradation & Development, 34(4), 1004-1018. doi: 10.1002/ldr.4512.
[7] Isaak, M., Azawi, A., & Turky, T. (2024). Influence of various tillage systems and tillage speed on some soil physical properties. Progress in Agricultural Engineering Sciences. doi: 10.1556/446.2024.00070.
[8] Khursheed, S., Simmons, C., Wani, S.A., Ali, T., Raina, S.K., & Najar, G.R. (2019). Conservation tillage: Impacts on soil physical conditions – an overview. Advances in Plants & Agriculture Research, 9(2), 342-346. doi: 10.15406/ apar.2019.09.00446.
[9] Konieczna, A., Roman, K., Roman, M., Śliwiński, D., & Roman, M. (2020). Energy efficiency of maize production technology: Evidence from Polish farms. Energies, 14(1), article number 170. doi: 10.3390/en14010170.
[10] Kumar, S., Rani, V., Kumar, A., Pannu, R., & Mor, A. (2022). Effect of conventional tillage and zero tillage on different soil and yield parameters. Journal of Agriculture Research and Technology, 47, 105-113. doi: 10.56228/ JART.2022.SP117.
[11] Lykhovyd, P. (2021). Irrigation needs in Ukraine according to current aridity level. Journal of Ecological Engineering, 22(8), 11-18. doi: 10.12911/22998993/140478.
[12] Lykhovyd, P.V. (2024). Biological activity of soils in Ukraine depending on tillage options: A metaanalysis. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 15(1), 119-128. doi: 10.15421/022418.
[13] Maliarchuk, M., Maliarchuk, A., Tomnytskyi, A., Maliarchuk, V., & Lykhovyd, P. (2021). Influence of basic tillage systems and fertilization on productivity and economic efficiency of irrigated crop rotation. Scientific Papers Series Management, Economic Engineering in Agriculture and Rural Development, 21(4), 345-353.
[14] Menshov, O., & Kruglov, O. (2023). Agricultural soil degradation in Ukraine. In Impact of agriculture on soil degradation II: A European perspective (pp. 325-347). Cham: Springer International Publishing. doi: 10.1007/698_2022_951.
[15] Nagy, L., Tabácks, A., Huszák, T., Mahler, A., & Varga, G. (2013). Comparison of permeability testing methods. In Proceedings of the 18th international conference on soil mechanics and geotechnical engineering (pp. 399-402). Paris: France.
[16] Nweke, I.A. (2018). The good, the bad and the ugly of tillage in agricultural sustainability - a review. Greener Journal of Agricultural Sciences, 8(9), 217-250. doi: 10.15580/GJAS.2018.9.090618130.
[17] Pavlova, Ya., & Litvinov, D. (2024). The influence of previous crops and tillage on available moisture reserves of chernozem typical for growing spring barley. Plant and Soil Science, 15(2), 32-41. doi: 10.31548/plant2.2024.32.
[18] Qian, Y., Yang, X., Zhang, Z., Li, X., Zheng, J., & Peng, X. (2024). Estimating the permeability of soils under different tillage practices and cropping systems: Roles of the three percolating pore radii derived from X-ray CT. Soil and Tillage Research, 235, article number 105903. doi: 10.1016/j.still.2023.105903.
[19] Quinton, J.N., Öttl, L.K., & Fiener, P. (2022). Tillage exacerbates the vulnerability of cereal crops to drought. Nature Food, 3(6), 472-479. doi: 10.1038/s43016-022-00533-8.
[20] Ramzan, S., Pervez, A., Wani, M.A., Jeelani, J., Ashraf, I., Rasool, R., Bhat, M.A., & Maqbool, M. (2019). Soil health: Looking for the effect of tillage on soil physical health. International Journal of Chemical Studies, 7(1), 17311736.
[21] Reynolds, S.G. (1970). The gravimetric method of soil moisture determination Part IA study of equipment, and methodological problems. Journal of Hydrology, 11(3), 258-273. doi: 10.1016/0022-1694(70)90066-1.
[22] Sharifnasab, H., Soltani, E., Karami, H., Grądecka-Jakubowska, K., & Gancarz, M. (2024). Meta-analysis of tillage methods and their influence on wheat productivity. International Agrophysics, 38(4), 345-351. doi: 10.31545/ intagr/190044.
[23] Steponavičienė, V., Rudinskienė, A., Žiūraitis, G., & Bogužas, V. (2023). The impact of tillage and crop residue incorporation systems on agrophysical soil properties. Plants, 12(19), article number 3386. doi: 10.3390/ plants12193386.
[24] Talukder, R., Plaza-Bonilla, D., Cantero-Martínez, C., Wendroth, O., & Lampurlanés, J. (2023). Soil hydraulic properties and pore dynamics under different tillage and irrigated crop sequences. Geoderma, 430, article number 116293. doi: 10.1016/j.geoderma.2022.116293.
[25] Vozhehova, R.A., Maliarchuk, M.P., Biliaieva, I.M., Maliarchuk, A.S., Tomnytskyi, A.V., Lykhovyd, P.V., Kozyrev, V.V., & Markovska, O.Y. (2019). The effect of tillage system and fertilization on maize yield and water use efficiency in irrigated conditions of the South of Ukraine. Biosystems Diversity, 27(2), 125-130. doi: 10.15421/011917.
[26] Wang, B., Liu, J., Li, Z., Morreale, S.J., Schneider, R.L., Xu, D., & Lin, X. (2023). The contributions of root morphological characteristics and soil property to soil infiltration in a reseeded desert steppe. Catena, 225, article number 107020. doi: 10.1016/j.catena.2023.107020.
[27] Williams, L.J., & Abdi, H. (2010). Fisher’s least significant difference (LSD) test. Encyclopedia of Research Design, 218(4), 840-853.
[28] Woźniak, A., & Soroka, M. (2018). Effect of crop rotation and tillage system on the weed infestation and yield of spring wheat and on soil properties. Applied Ecology & Environmental Research, 16(3), 3087-3096. doi: 10.15666/aeer/1603_30873096.
[29] Zhang, B., Jia, Y., Fan, H., Guo, C., Fu, J., Li, S., Li, M., Liu, B., & Ma, R. (2024). Soil compaction due to agricultural machinery impact: A systematic review. Land Degradation & Development, 35(10), 3256-3273. doi: 10.1002/ ldr.5144.
[30] Zhang, D., Li, D., Wang, H., Li, H., Li, R., Batchelor, W.D., Ju, H., & Li, Y. (2023). Tillage practices offset wheat yield reductions under limited irrigation regime in the North China Plain. Soil and Tillage Research, 230, article number 105687. doi: 10.1016/j.still.2023.105687.