ФОСФОРНА ПРОБЛЕМА УКРАЇНСЬКИХ ЧОРНОЗЕМІВ ТА МОЖЛИВІ ШЛЯХИ ЇЇ ВИРІШЕННЯ

ФОСФОРНА ПРОБЛЕМА УКРАЇНСЬКИХ ЧОРНОЗЕМІВ ТА МОЖЛИВІ ШЛЯХИ ЇЇ ВИРІШЕННЯ

Сергій Крамарьов, головний науковий співробітник, доктор сільськогосподарських наук,

ДУ Інститут сільського господарства степової зони НААН

У степовій зоні України, особливо в посушливі роки, першим за важливістю елементом мінерального живлення рослин, який у більшості випадків лімітує їх ріст та розвиток, є фосфор. Справа в тому, що від рівня його засвоєння залежить проходження визначально важливих фаз розвитку рослин та формування продуктивності їх агроценозів. «Про це повинен пам " ятати кожен хлібороб...»: неодноразово наголошував у своїх наукових працях академік РАСГН Ст. Д. Панніков. Адже від рівня його засвоєння та метаболізму залежать визначально важливі етапи онтогенезу рослин та формування продуктивності агроценозів майже всіх зернових культур. Заради справедливості слід відмітити, що на основі багаторічних польових та вегетаційних дослідів академік Д. М. Прянішніков ще в 1924 році склав першу ґрунтово-агрохімічну карту колишнього СРСР, на якій він відносив чорноземну зону, в тому числі і чорноземи степової зони, до ґрунтів, які терміново потребують внесення фосфорних мінеральних добрив. Він писав, що в чорноземах є «...великий запас азоту, поки що вистачає калію: потрібно добавити лише один елемент – фосфор, щоб відновити чорнозем, виснажений тривалою культурою без добрив, яка розпочалася з часів хрещення Русі, або й ще раніше...». Це пов'язаність язано з тим, що в більшості типів ґрунтів фосфор знаходиться в слаборозчинній мінеральній та недоступній рослинам органічній формах.

Дослідженнями професора Чирикова Ф. Ст. було встановлено, що майже всі сільськогосподарські культури, лише за виключенням тих їх видів (гречка, люпин, горох та ін.) у яких співвідношення СаО/Р₂О₅ більше 1,3 здатні поглинати Р₂О₅ із Са₃(РО₄)₂ розчиняючи фосфати своїми ексудатами або вивільняючи фосфор за рахунок інтенсивного поглинання з ґрунтового розчину катіонів кальцію, а ярі та озімі зернові колосові культури поглинають лише рухому його форму, оскільки вище назване співвідношення значно менше цього показника. Ярі та озімі зернові культури (пшениця, жито, тритикале, ячмінь, кукурудза, соняшник) слабо засвоюють важкорозчинні сполуки фосфору з ґрунту, тому вони добре реагують на внесення легкорозчинних форм фосфорних добрив, оскільки енергійно вбирають фосфор і менше кальцій. За таких умів наявний надлишок катіонів кальцію хімічно зв'язку язує рухомий фосфор в слаборозчинні фосфати. Тому в умовах Степу в ґрунтах серед елементів живлення рослин, що знаходяться в дефіциті, на першому місці стоїть фосфор, а потім вже азот, цинк і т. д. В цій зоні у прирості врожаю зернових культур частка дії фосфорних добрив висока і складає 30-60 %, азотних значно менше 15-40 % і для калійних становить лише 0-20 %. Серед всіх форм фосфору найбільший вплив на врожай сільськогосподарських культур має рухома форма фосфатів. Безумовно, особливо важлива роль рухомих форм фосфору проявляється на початку росту та розвитку рослин і особливо сильно відчувається на стадії проростків, тому його обов'язково вносять у ґрунт завчасно. На пізніших фазах розвитку рослини слабше реагують на нестачу цього елемента живлення. Фосфор зменшує негативну дію надлишкового азотного удобрення, оптимізує використання рослинами мінерального азоту й підвищує ефективність дії азотних добрив. Проте поряд з цим, оптимальне забезпечення ґрунту рухомими формами цього елемента живлення є також важливим і впродовж всього онтогенезу рослин. Однак, в більшості типів ґрунтів рухомі форми фосфатів знаходяться в мінімумі і стримують подальшій ріст продуктивності сільськогосподарських культур. Тут доречним буде відмітити, що в Україні площа ріллі з низьким і середнім вмістом рухомого фосфору досягає 17812 га, або 57 % загальної площі. Саме через низьку забезпеченість ґрунтів доступним для рослин фосфором окупність фосфорних добрив досить висока – в середньому 1 кг Р₂Про₅ забезпечує приріст 4-5 кг зерна. У найближчі роки в Україні внаслідок зниження вмісту фосфору в ґрунті зменшення продуктивності сівозмін сягне 2,2 зернової одиниці.

У чорноземах звичайних вміст мінеральних форм фосфору переважає над органічними. Тому основну роль у фосфорному живленні рослин відіграють мінеральні форми фосфору. К. Є. Гінзбург відмічає, що в ґрунтах виявлено наявність 205 фосфоровмісних мінералів, які всі є солями ортофосфорної кислоти. В основному, мінеральні сполуки фосфору представлені дуже багатьма формами, які є переважно важкорозчинними, в основному малорухливими формами і слабо доступними рослинам фосфатами. Мінеральні фосфати у ґрунті складаються з багатьох солей, які утворилися з ортофосфорної кислоти і є різними за хімічним складом та ступенем доступності для рослин. Фосфор входить до складу мінералів: фторапатиту Ca₅F(PO₄)₃, гідроксил апатиту Ca₃(PO₄)₂∙Ca(OH)₂, та вівіаніту Fe₃(PO₄)₂∙8H₂O. Серед них домінуюче положення займають різновидності мінералу апатиту, головним чином, фторапатитом. В лесовій материнській породі чорноземів звичайних фосфор міститься у вигляді фторапатиту Са₅(F(PO₄)₃ і кальцій гідроксилапатиту Са₅(ВІН)(РО₄)₃. У процесі руйнування цих первинних фосфоровмісних мінералів утворюються вторинні мінеральні сполуки фосфору, які містять у своєму складі різні солі ортофосфорної кислоти. Мінеральні форми фосфору в ґрунті представлені солями ортофосфорної кислоти, в яких фосфатний аніон хімічно зв'язаний з катіонами Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Mn²⁺ та ін., значна частина яких знаходиться в поглинутому стані на поверхні ґрунтових колоїдів. Характерною особливістю фосфатних ґрунтових сполук є низька їх розчинність і слабка дисоціація на іони. Фосфатні іони добре фіксуються твердою фазою ґрунту і їх міграція в чорноземах звичайних дуже обмежена. Інтенсивне хімічне поглинання характерне для солей ортофосфорної кислоти, обумовлює слабку рухомість сполук фосфору. Швидкість їх дифузії в ґрунті незначна і варіює в межах від 10^-12 м²/сек до 10^-15 м²/сек., що уповільнює засвоєння фосфору рослинами, внаслідок чого прикоренева зона рослин швидко виснажується на цей елемент мінерального живлення. За рік максимальні його переміщення рухомих сполук фосфору від гранули внесеного в грунт фосфорного добрива становить 1 див. Зменшенню вмісту в ґрунті рухомих форм фосфору сприяють два досить поширені в Україні деградаційні процеси – де - гуміфікація і ерозія. Це пов'язаність язано з тим, що верхні, не карбонатні горизонти еродованих ґрунтів з інтенсивним розвитком ерозійних процесів стають менш потужнішими, а на сильно еродованих вони майже зовсім відсутні, а тому карбонати, які не в еродованих ґрунтах знаходяться на глибинах 40-70 см і більше, вже починають з'єднання являтися в орних і підорних шарах. Збільшення вмісту карбонатів призводить до перебудови складу поглинутих основ. Не дивлячись на те, що кальцій за висловом академіка О. Н. Соколовського: «кальцій – страж родючості», його карбонатна сіль сприяє зниженню ступеня рухомості фосфору. Це перш за все пов'язаність язано з тим, що розчинність фосфатів кальцію – Ca₃(PO₄)₂, утворених при взаємодії аніонів ортофосфорної кислоти з катіонами кальцію, дуже низька і становить всього лише 0,33 мг Р₂О₅ в 1 л. Тому в даному випадку карбонізація грунту є головним причиною зниження доступності фосфору за рахунок утворення слаборозчинних сполук фосфатів кальцію і до того ж вона ще й сприяє зростанню величини рН в еродованих ґрунтах. На вміст в ґрунті рухомих форм фосфору сильно впливають ще й умови зволоження. Так, при висиханні частина дигідро - і гідрофосфат-іонів переходити в фосфати кальцію та магнію і рівновага порушується, а при зволоженні ґрунту, навпаки, відбувається перехід у розчин додаткової кількості фосфат-іонів і рівновага відновлюється. Слід відмітити, що в чорноземах звичайних основна фіксація аніонів фосфору проходити в результаті їх хімічного зв'язку зв'язування катіонами кальцію, магнію та алюмінію. Органічні фосфати (нуклеїнові кислоти, фосфатиди, цукрофосфати та ін.), частка яких складає 10-50 % від загального вмісту фосфору, недоступні для рослин і беруть участь у живленні тільки після їх гідролізу і відокремлення фосфору. Тобто головним чином, фосфорорганічні сполуки ґрунту засвоюються рослинами лише після їх мінералізації. Альо частка вивільненого мікроорганізмами органічного фосфору, який приймає безпосередню участь у мінеральному живленні рослин незначна. Це пов'язаність язано з тим, що при розкладанні фосфатовмісних органічних сполук за участі мікроорганізмів, фосфор частково зв'язку язується ними і лише 4 % із загальної кількості фосфору звільняється і переходити в мінеральну форму після їх відмирання. У зв'язку з цим виникає великий розрив між валовим вмістом фосфору в ґрунті і його доступною кількістю для рослин.
Засвоєння рослинами фосфатних аніонів із важкорозчинних сполук проходити лише з ґрунтового розчину, це – основні положення фізіології рослин. Засвоєння рослинами фосфору із важкорозчинних фосфоровмісних сполук проходити поступово й фізіологи пояснюють тим, що кореневі волоски своїми кислими виділеннями (ексудатами) переводять у розчин апатити та фосфорити не в повній мірі. У зв'язку з цим, проблема фосфору в сучасному землеробстві є досить гострою і тому ми зобов'язаннями зобов'язані до цього елемента мінерального живлення відноситись з особливою увагою й турботою і постійно вести пошуки шляхів найбільш раціонального його використання в агроценозах зернових культур. Основним джерелом мінерального фосфору для рослин у чорноземах звичайних є одно - та двохвалентні аніони ортофосфорної кислоти. Серед наявних в цих ґрунтах фосфорних сполук рослини найбільш легко засвоюють добре розчинені у води солі одновалентних катіонів ДО₂НРО₄ і КН₂РО₄, а також двозаміщені солі кальцію ортофосфорної кислоти СаНРО₄.

Коренева система більш пристосована до поглинання аніона Н₂РО₄^– і дещо гірше вона засвоює НРО₄^2–, тобто, рослини краще засвоюють розчинні у води дигідрофосфати, ніж гідрофосфати, розчиненні в слабких кислотах, що пов'язаність язано з додатковими витратами енергії. До того ж аніон Н₂РО₄^– легше адсорбується коренями, ніж НРО₄^2–, значення якого зростає при високих показниках рН, оскільки в розчині з рН вище 7,2 цей аніон стає домінуючим іоном. Більшість проведених досліджень показали, що швидкість поглинання фосфору є найвищою в діапазоні рН від 5,0 до 6,6, коли в ґрунтовому розчині переважає аніон Н₂РО₄^- .

Парадокс проблеми фосфорного живлення рослин полягає в тому, що валові запаси фосфору у більшості ґрунтів в основному значні, однак на 40 % площ орних земель світу продуктивність зернових культур лімітується нестачею рухомих форм фосфору. Це пояснюється тім, що в складі валових запасів фосфору в метровому шарі ґрунтів домінуюче положення займають слаборозчинні форми, а вміст рухомих форм, навпаки, незначний і не завжди відповідає потребам рослин.

Дослідження академіка Б. С. Носко свідчать, що родючість більшості ґрунтів в основному обмежується недостатньою забезпеченістю їх рухомими формами фосфору. За даними агрохімічного обстеження ґрунтів України в 1966-1970 роках вміст фосфору у середньому становив 7,1 мг/100 г ґрунту. Слід відмітити, що за вмістом фосфору ґрунтовий покрив відзначається більшою строкатістю порівняно з азотом. Це зумовлено, насамперед, властивостями лесових ґрунтоутворюючих порід та регіональними особливостями ґрунтоутворення, а також рівнем інтенсивності землеробства.

Крім того, за даними Маккелві Ст. Е., на відміну від інших елементів органічної речовини ґрунту (З, Н, Про, N), які надходять у ґрунт переважно із атмосфери, основним первинним джерелом фосфору є ґрунтоутворююча материнська порода, яка не завжди в змозі забезпечити в достатній кількості ґрунтовий розчин рухомими формами фосфору. Це також пов'язаність язано, ще й з тим, що фосфор за своїми хімічними властивостями має складну природу взаємодії з компонентами ґрунту. Ця обставина, значною мірою, ускладнює отримання об'єднання єктивної оцінки забезпеченості ґрунту фосфором, тому для уникнення його дефіциту, дуже важливим є своєчасне отримання інформації про вміст у ґрунті рухомих форм фосфору і підтримування оптимального рівня доступних для рослин його форм впродовж всього онтогенезу, внесенням фосфоровмісних добрив. Точне визначення показників рухомих сполук фосфору в ґрунті дає змогу ефективніше використовувати природні ресурси та прогнозувати ефективність дії фосфорних добрив. Недостовірна інформація про фосфатний стан ґрунтів, навпаки, призводить до вкрай неефективного використання мінеральних добрив. Застосування методів визначення вмісту фосфору без урахування конкретних особливостей ґрунтів, а також недостатнє відпрацювання методичних аспектів діагностики живлення рослин призводить до викривлення оцінки стану родючості ґрунтів цілих зон. Це пов'язаність язано з тим, що більшість методів базується на використанні, як екстрагентів розчінів сильних кислот, що свідчить про їх належність до так званих «жорстких» методів. Використання цих методів на дуже кислих ґрунтах призводить до істотного заниження даних за рахунок сильного повторного поглинання Р₂Про₅ при проведенні аналізу, а в ґрунтах, що мають підвищений вміст апатитоподібних сполук, навпаки, до істотного їх завищення. Навіть дуже слабка лужність ґрунтів викликає часткову нейтралізацію кислоти і знову ж, заниження результатів, які отримують.

З вище викладеного стає зрозумілим, що методично правильне визначення його вмісту в ґрунтовому розчині має надзвичайно важливе значення при проведенні розрахунків оптимальних доз внесення в ґрунт фосфорних добрив. Щоб чітко уявити собі це, потрібно провести порівняння вмісту в ґрунті валових і рухомих форм фосфору. Проведене співставлення показало, що в чорноземах звичайних вміст валових форм фосфору становить 1100-1200 мг/кг ґрунту (0,11-0,12 %). Вміст же його рухомих форм визначених за методом Чирикова, які переходять у слабокислотні витяжки 0,5 N оцтової кислоти й частково беруть безпосередню участь у фосфатному живленні рослин, містяться в ґрунті в незначній кількості й становлять всього лише 98-167 мг/кг ґрунту (8,2-13,9 %) від валового вмісту фосфору.

У науковій літературі поряд з терміном «рухомий», для виділення з всієї сукупності фосфоровмісних мінеральних сполук доступні для рослин форми, часто використовують й інші терміни, які є синонімами «засвоюваний», «лабільний» фосфор. Однак, нечіткість цієї низькі термінів заважає одержувати об'єднання єктивну оцінку поживного режиму конкретного ґрунту. Поняття "рухомий" фосфор, калій і ін. помилково асоціюється з концентрацією конкретного елементу живлення рослин у ґрунтовому розчині, залежною від властивостей ґрунтів і інших чинників. Рухомість – це скоріш міра доступності елементу рослинам. Вміст рухомих форм поживних речовин в екстенсивно використовуваній ріллі – величина постійна для кожного з елементів. Значення даних констант визначається фізико-хімічними умовами, характерними для поверхні планети. Ілюзія різної природної забезпеченості різних типів орних ґрунтів і строкатості конкретного поля відносно рухомих фосфатів зумовлена недосконалістю нормативних і методичних аспектів діагностики фосфорного живлення рослин.

Відповідно до класичного визначення академіка Д. М. Прянішнікова «засвоюваний фосфор не є певною хімічною сполукою й не перебуває в готовому вигляді в ґрунті». У тім про те, що не все так просто, свідчить назва єдиного міжнародного стандарту ДСТУ ISO 11263, що встановлює спектрометричний метод визначення рухомого фосфору в ґрунтах, в якому акцент зроблено не на ті, що визначаємо, а як визначаємо й за допомогою чого. Слід відмітити, що через безперервний процес поглинання цього поживного елемента рослинами, концентрація доступного фосфору завжди низька. Як відомо, рослини здатні поглинати фосфор із ґрунтового розчину навіть при невеликих його концентраціях, таких як 0,01-0,02 мг/л Р₂О₅. До того ж у чорноземах звичайних вміст розчинних у води фосфатів може відновлюватись за вегетаційний період більш ніж 100 разів. У зв'язку із цим для нормального росту і розвитку рослин важливою є не стільки висока його концентрація в ґрунтовому розчині, як здатність ґрунту поповнювати запаси рухомого фосфору і таким чином ліквідувати його дефіцит, що й спостерігається в польових умовах під час мінерального живлення рослин.

В даному випадку доступність фосфору в ґрунті для рослин залежить від його мобілізації та іммобілізації, які пов'язані з процесами розчинення чи осадження, сорбції і десорбції, мінералізації та біологічного закріплення його сполук. Основним джерелом поповнення ґрунтового розчину рухомими формами фосфору є валові його запаси, які зосереджені в материнській породі та фосфоровмісних органічних сполуках ґрунту. Але поряд з ними суттєву роль відіграють і водорозчинні сполуки фосфору, які надходять у ґрунт з мінеральними добривами.

Як вже відмічалося вище, у ґрунті валові запаси фосфору відносно високі. Так, в орному шарі чорноземів звичайних вміст валових форм фосфору становить 0,11-0,12 %, а його валові запаси порівняно з азотом та калієм невеликі і варіюють в межах 5,4-5,5 т/га, а в метровому – 17,5-18,0 т/га, що значно нижче, ніж вміст в цих ґрунтах валових форм калію. Основна кількість валового фосфору міститься у верхньому (0-25 см) шарі ґрунту, що пов'язаність язано з діяльністю рослин, активним поглинанням його ґрунтом і внесенням добрив. Внаслідок процесів біологічного перенесення, в гумусовому горизонті кількість його завжди більша, ніж у нижче розташованих горизонтах та материнській породі.

Забезпечення ґрунту фосфором може здійснюватись в основному лише за рахунок внесення фосфорних добрив. Слід відмітити, що у великих обсягах фосфорні добрива вносять в ґрунт лише економічно розвинуті країни, такі як Японія, США, Великобританія, Німеччина, Франція, Данія, Італія, Китай. Причому в Німеччині навіть виникає проблема зафосфачування ґрунтів (Hammond J. P., 2003). Тому на думку окремих авторів, при збереженні цієї тенденції й на далі, запаси фосфору на Земній кулі можуть бути вичерпані вже через 60-80 років і глобальний пік використання запасів фосфатної сировини, за прогнозами деяких дослідників буде припадати на 2040 рік.

Статистичні дані свідчать, що за період 1966-1990 рр. обсяги застосування фосфорних добрив у землеробстві України постійно зростали. Загальний баланс фосфору в 1971-1975 рр. був позитивним (+3,9 кг/га Р₂О₅), у наступні періоди 1976-1980 рр. – +10,1 кг/га); 1981-1985 рр. – +15 кг/га; 1986-1990 рр. – +20,6 кг/га Р₂О₅. За даними агрохімічного обстеження 1991-1995 рр. площі орних земель з підвищеним і високим вмістом фосфору зростали, а з низьким та середнім вмістом залишалися, порівняно з першим туром обстеження на рівні 30 % (1966-1970 рр.). Середньозважений вміст рухомого фосфору в Степу зріс від 6,7 мг на 100 г ґрунту до 9,3 мг на 100 г ґрунту (рис.1).

Розпочинаючи з 1991 року рівень внесення фосфорних добрив різко зменшується і в 1997 р. дорівнював 4,1 кг/га Р₂О₅. Дефіцит мінерального фосфору щорічно становить
15-20 кг/га, що зумовлює зниження вмісту фосфору у ґрунті на 0,4-0,5 мг/100 г ґрунту. Це поступово погіршує фосфатний режим чорноземів звичайних. Саму низьку кількість фосфорних добрив було внесено в 2000 р. – всього лише 2 кг/га Р₂О₅. В 2001 та 2002 роках також було внесено невелику кількість цих добрив – 3 кг/га Р₂О₅ (рис. 2).

Поступове нарощування кількості внесених фосфорних добрив розпочалося з 2004 р. – 4 кг/га, аналогічну кількість було внесено в 2005 році. У 2006 р. їх вже було внесено 7 кг/га Р₂О₅, у 2007 р. – 10 кг/га Р₂О₅. З 2008 р. знову почала спостерігатись тенденція до зменшення обсягів їх внесення, спочатку до 9 кг/га, а потім, в 2009 та 2010 рр. – до 7 кг/га Р₂О₅. Таке тривале внесення невеликих обсягів фосфорних добрив викликало поступове погіршення фосфатного режиму цих ґрунтів. Згідно з розробленим прогнозом, за повного припинення застосування фосфорних добрив вміст рухомого фосфору в ґрунтах знизитися на
3,0-3,2 мг/100 г ґрунту, а за таких умів господарювання ґрунти повністю втратять ту кількість фосфору, яка ними була накопичена за роки інтенсивної хімізації.

Тобто, за останні 25 років кількість внесеного фосфору на 1 га посівної площі знизилась із 40 кг діючої речовини до 3-4, азоту – з 60 кг діючої речовини до 5-15, калію – з 35 кг діючої речовини до 1-2. В останнє десятиліття виробництво фосфорних добрив в Україні різко скоротилося, зокрема у 2005 році знизилося на 22,9 %, що і призвело до різкого падіння рівня застосування мінеральних фосфорних добрив.

Україна має значно кількість родовища фосфоритів (Волинська, Ізюмсько - Донецька групи родовищ та ін.), поклади яких приурочені до відкладів Нижнього Кембрію, Верхньої Крейди та Палеогену. В Західному Поліссі вже розвідано родовища зернистих та жовнових фосфоритів у складі агроруди, поклади якої залягають від 10 до 20 м, іноді ближче до поверхні [43]. Але через невисоку концентрацію в них Р₂О₅ ці фосфорити не переробляються на суперфосфат й інші водорозчинні фосфорні добрива і тому для їх виробництва в основному використовують імпортну сировину, що обумовлює їх високу собівартість.

У більшості ж випадків українські фосфорити містять у своєму складі до 5 % Р₂О₅ або 12-15 % фосфоритнокальцієвих мінералів та фосфатизованих їх порід й тому потребують проведення додаткового їх збагачення після проведення якого буде суттєво зростати вартість фосфорних добрив. У зв'язку з цим ці фосфорити використовують лише на кислих ґрунтах Полісся та Карпат і на слабокислих ґрунтах Лісостепової зони: у кислому середовищі слаборозчинні фосфати легко розчиняються. На ґрунтах з нейтральною реакцією ґрунтового розчину фосфати практично не засвоюються корінням рослин і їх там практично не застосовують. На цих ґрунтах слід надати перевагу водорозчинним тукам.

У більшості ж країн світу, таких як зокрема і в Україні, дози внесення цих добрив невисокі й винесення фосфору з ґрунту отриманими врожаями сільськогосподарських культур переважає його надходження з туками. У зв'язку з тім, щоб прослідкувати за змінами, які відбулися з рухомими формами фосфору в ґрунті та порівняти ступінь їх рухомості в чорноземах звичайних на ріллі по відношенню до цілини й виникла необхідність у проведенні досліджень.

Рілля, яка становить 53,8 % території України, належить до найбільш нестійких ландшафтів, а порушення сівозмін, засилля монокультури та різке зменшення обсягів внесення мінеральних і органічних добрив посилюють нестабільність агрохімічних показників агроландшафтів. Ці умови призводять до дефіциту у ґрунті рухомих форм поживних речовин рослин, збільшення площ деградованих земель і породження екологічних проблем.

При роздержавленні та перерозподілі земель порушилися сівозміни. Згідно з показниками Держкомстату України посівні площі основних сільськогосподарських культур в Україні за 1990-2010 роки зменшилися більш як на 7,1 млн. га і становлять 24,6 млн. га. При цьому, посіви зернових і зернобобових культур залишаються на рівні 15,0 млн. га
(61 %), проте посіви соняшнику невпинно збільшуються і становлять 4,57 млн. га, або 19 % загальної площі посівів. Площа посівів ріпаку щорічно змінюється, але сягає 1,2-1,7 млн. га (5-7 %), а посіви кормових культур зменшилися на 9,4 млн. га і на їхню частку припадає лише 10,5 %.

В Україні провідними науковими установами для кожного природно-сільськогосподарського регіону прийняті нормативи оптимального співвідношення культур у сівозмінах, а також терміни повернення окремих культур у сівозміні. Тільки у степових регіонах насичення соняшнику у сівозміні допускається 10-15 %, а ріпаку 5-12 %. Зіставлення фактичних і нормативних показників співвідношення культур свідчить про масове недотримання сільськогосподарськими підприємствами науково обґрунтованих сівозмін або, навіть, їх відсутність. Посіви ж кон'юнктурних культур призводять до виснаження ґрунтів, утворення малопродуктивних земель і, в кінцевому підсумку, до їхньої деградації. Площа таких земель щороку збільшується і вже зараз налічує понад 1,4 млн. га. Усе це свідчить про неефективне використання земель і відсутність надійної охорони останніх у сільськогосподарських підприємствах.

В даній статті наведені зміни вмісту рухомих форм фосфору, які відбулися в чорноземах звичайних на ріллі по відношенню до цілини. Об єктивно оцінити стан та встановити напрямок трансформації сучасних еволюційних змін фосфорного режиму чорнозему звичайного дає змогу порівняння цілинних та орних земель за вмістом рухомих форм фосфору, визначених за методом Чирикова та сольовим методом Карпінського-Зам'ятиної.

Джерелом надходження фосфору на цілині є відмерлі частини рослин, а на ріллі – добрива та пожнивних-кореневі залишки. Проблема загострюється ще й безповоротністю втрат фосфору, обумовленою виносом цього елемента з ґрунту рослинами, оскільки накопичення його переважає в зерні, а не у вегетативній масі, яка після збирання врожаю в процесі мікробіологічного розкладу поповнює запаси недоступних для рослин елементів.

На ріллі основна маса фосфору вилучається з ґрунту разом з зерном, яке щорічно вивозиться з полів. За даними Мінєєва В. Р. в зерні зосереджена основна кількість фосфору (0,65-0,85 %), яка майже в три-чотири рази перевищує його вміст в листостебловій масі (0,20-0,28 %) (табл. 1). Тому залишена на полі вся листостеблова маса не в змозі в повній мірі компенсувати винесеного з врожаєм зерна фосфору. Для того, щоб у ґрунті не виникав від'ємний баланс фосфору, в нього потрібно повертати цей важливий елемент мінерального живлення з фосфоровмісними добривами.

Мобілізація фосфору з важкорозчинних природних сполук відбувається, переважно, під дією продуктів метаболізму мікроорганізмів. Особливого значення набувають бактерії, що мають потенційну здатність перетворювати важкорозчинні фосфати ґрунту у доступну для рослин форму за рахунок продукування органічних кислот, які підкислюють ґрунтовий розчин, та дії специфічних ферментів – фосфатаз.

У ході досліджень нами встановлено, що в ґрунтовому розрізі на цілині та ріллі чорнозему звичайного (околиця с. Байківка Пятихатського району Дніпропетровської області) найвищою чисельністю фосфатмобілізуючих бактерій характеризується верхній гумусовий горизонт цілини (табл. 2). Виявлено, що чисельність бактерій, що розчиняють органофосфати ґрунту була значно більше у порівнянні з кількістю бактерій, що розчиняють мінеральні фосфати ґрунту. Порівняльний аналіз вмісту рухомого фосфору у ґрунтових профілях ріллі та цілини переконливо показавши його накопичення у верхніх шарах ґрунту в порівнянні з розташованими глибше. Це, перш за все, пов'язаність язано з біологічною акумуляцією фосфору кореневими системами рослин, які за рахунок своїх ексудатів розчиняють фосфати кальцію і магнію, переводячи їх у гідро - та дигідрофосфати і нагромаджують цей елемент мінерального живлення в поверхневих горизонтах ґрунту.

Аніон РВ₄^3– у ґрунті міститься в органічних комплексах (нуклеопротеїди, фосфатиди) і в різних співвідношеннях з катіонами Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺. Ці фосфати в різній мірі доступні кореням рослин. Зміни вмісту загального фосфору у ґрунті на цілинних та орних ділянках ґрунту притаманні лише верхньому (0-10 см) шару – 0,164 % і 0,148 %. Починаючи з шару ґрунту 10-20 см та глибше по профілю, його запаси знаходились на одному рівні. Тому в своїх дослідженнях основна наша увага зосереджена на рухомих формах фосфору, які в більшості випадках є лімітуючим фактором для росту і розвитку рослин та формування урожайності сільськогосподарських культур.

Вивчення фосфатного стану чорнозему звичайного у ґрунтових профілях ріллі та цілини показало наступне: за вмістом рухомого фосфору (за методом Чирикова) ґрунти характеризуються високою забезпеченістю фосфором ‒ відповідно 167 мг Р₂О₅/кг ґрунту і 163 мг Р₂О₅/кг ґрунту (табл. 3) за методом Карпінського-Зам'ятиної – ґрунти характеризуються лише середньою забезпеченістю фосфором.

Розбіжність в оцінці фосфатного стану ґрунту пояснюється наступним: проведеними нами дослідженнями було встановлено (табл. 4), що чорноземи важко-суглинкового і глинистого гранулометричного складу на лесових породах містять підвищену або високу кількість апатитоподібних сполук фосфору – понад 200 мг Р₂О₅ / кг (фракція Са-Р, метод Чанга і Джексона).

Фосфор, що міститься в цих мінералах, рослинам безпосередньо не доступний альо частково екстрагується розчинами сильних кислот, у тому числі 0,5 н оцтовою кислотою (метод Чирикова згідно ДСТУ4115), саме це і призводить до істотного завищення оцінки фосфатного стану ґрунтів. Визначення Р₂О₅ в цих ґрунтах за методом Карпінського-Зам'ятіної показує реальний природний вміст рухомого фосфору і відповідає, так званого, рівню динамічної рівноваги, тобто 0,04-0,06 мг/дм³ (табл. 4).

Вміст рухомого фосфору у досліджуваних зразках чорнозему звичайного дещо вище рівня динамічної рівноваги фосфатних систем ґрунтів 0,17-0,19 мг Р₂О₅/л в ріллі і
0,13-0,14 мг Р₂О₅/дм³ в шарі 10 см цілини (табл. 3). Для ріллі дани підвищення вмісту фосфору в ґрунті пояснюється наявністю залишкових фосфатів добрив.

Що стосується цілини, то можна відмити наступне. Завдяки комплексу біохімічних, хімічних, фізико-хімічних і інших ґрунтотворних процесів, характерних для верхнього гумусового горизонту цілинних і перелогових ґрунтів їх фосфатні системи характеризуються підвищеною кількістю вільної енергії. Безумовно, основним джерелом цієї енергії, що компенсує виробіток ентропії при біологічних і хімічних процесах, є органічна речовина. Дані сполуки нейтралізують позитивні заряди на поверхні глинистих мінералів, зв'язку язують активні катіони заліза, алюмінію і блокують фіксацію аніонів фосфорної кислоти. Тому цей горизонт ґрунту характеризується, як правило, підвищеною, або високою забезпеченістю фосфором.

Фосфатний стан нижніх горизонтів ріллі та цілини практично однаковий і відповідає рівню динамічної рівноваги. Наявність більш високого вмісту рухомого фосфору (за методом Карпінського-Зам'ятіної) в окремих шарах ґрунту (0,10-0,12 мг Р₂О₅ /дм³) створюється за рахунок наявності карбонатів кальцію. Внаслідок появи цих сполук нейтральне значення сольової витяжки (рН-5,8) зсувається в лужну сторону, що підвищує її екстрагуючу здатність.

Вміст рухомих форм фосфору в ґрунті залежить від багатьох факторів, в тому числі і від рівня його зволоження, що пов'язаність язано з різною активністю біоти. Так, при підсиханні ґрунту вміст рухомих форм фосфору зменшується, а після зволоження спостерігається тенденція до його зростання. Ця закономірність дуже часто спостерігається у посушливі роки, коли при висиханні ґрунту, доступність фосфору знижується через швидке формування нерозчинних комплексів аніонів (РО₄^3-, НРО₄^2-, Н₂РО₄^-) із катіонами (CaO, Fe, Al та ін. ) та за рахунок залучення його в органічні сполуки мікроорганізмами. Тому коефіцієнт використання фосфору з мінеральних добрив навіть при достатньому його внесенні становить лише 10-20 %, тоді, як азоту – до 50 %, калію – до 70 %

Низька температура ґрунту ( < 10 С) спричиняє нестачу фосфору для рослин навіть за високої їх вмісту у валовій формі. За низької температури підвищується до в'язкість ґрунтового розчину і знижується інтенсивність його поглинання з ґрунтового розчину кореневою системою рослин. Підвищення температури в ґрунтовому розчині на 1-2 ° С призводить до збільшення вмісту фосфору в ґрунтовому розчині на 2,0 %. За нестачі вологи засвоєння фосфору з ґрунту уповільнюється.

Для того, щоб простежити за нагромадженням рухомого фосфору, нами були створені сприятливі умови щодо зволоження 60 % від повної вологоємкості ґрунту і сприятливий температурний режим 28,5 ºС. За таких умов в термостаті проводилося компостування ґрунтових зразків, відібраних з різних генетичних горизонтів. В цих зразках через 10, 20 та 30 діб визначали вміст рухомих форм фосфору за методом Чирикова, а ступінь їх рухомості – за методом Карпінського-Замятиної. Дослідження показали, що найбільш інтенсивно відбувалось накопичення рухомих форм фосфору в перші 10 діб, у меншій мірі – через
20 діб, а після 30-ти діб компостування спостерігалась тенденція до зменшення вмісту в ґрунті вище названих форм фосфору (табл. 5).

Таким чином, дослідження, проведені з використанням сучасних методів ґрунтової діагностики показали, що реальна природна забезпеченість фосфором чорноземів звичайних Північного Степу України є невисокою, що лімітує отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур. Внаслідок цього дані ґрунти так само потребують внесення фосфорних добрив, як і інші ґрунти України. Точна інформація про трофічний стан ґрунтів, перш за все щодо макроелементів живлення рослин та динаміку їх родючості дозволяє без істотних додаткових витрат більш ефективно використовувати добрива, підвищувати врожаї сільськогосподарських культур і якість одержуваної продукції.

Відновити вміст в ґрунті рухомих форм фосфору можливо за рахунок внесення фосфорних добрив, які дають значні прирости врожаю майже на всіх типах ґрунтів, альо смороду найефективніші на дерново-підзолистих ґрунтах і чорноземах. При використанні фосфорних добрив спостерігається така залежність: чим вищий вміст рухомих сполук фосфору в ґрунті, тим нижча їх ефективність і навпаки. Стабільний приріст врожаю від внесення фосфорних добрив грунт спостерігається в тому випадку коли вміст рухомих сполук фосфору в ґрунті не перевищує 100 мг/кг ґрунту, при більш високому вмісті даного поживного елемента приріст врожаю зернових культур буде нестійкий, а якщо вміст становить 150 мг/кг і вище, то в такому випадку ефективність добрив майже не виявляється (за винятком екстремальних погодніх умов). Вносити фосфорні добрива потрібно під основний обробіток грунту у вологі його шарі. Особливо це важливо в умовах нестійкого та недостатнього зволоження. В цих умовах фосфор найкраще засвоюється тоді, коли фосфорні добрива зароблені в кулю грунту 20-25 см. Норми внесення фосфорних добрив встановлюють з урахуванням рівня запланованого врожаю, біологічних особливостей сільськогосподарських культур, попередників, вмісту в ґрунті рухомих форм фосфору та з урахуванням інших показників. У зв'язку з малою рухомістю фосфатів у ґрунті перенесення частини фосфору з основного удобрення для підживлення або заміна ним основного удобрення недоцільна навіть тоді, коли використовують його легкодоступні форми.

У зв'язку з тім, що останнім часом різко скоротилося застосування фосфорних добрив у сільському господарстві України, зупинятися на особливостях внесення фосфорних добрив під основний обробіток грунту не будемо. Таке скорочення пов'язаність язано з порушенням паритету цін на ці добрива і сільськогосподарську продукцію, тому дані туки під основний обробіток грунту у високих нормах нині майже не вносяться. Стримує товаровиробників від внесення восени, цих добрив під основний обробіток грунту ще й невисокий коефіцієнт використання з них фосфору, який не перевищує 20 відсотків. Більш економним внесенням є застосування локального способу внесення. За такого способу застосування фосфор добрив з ґрунтом взаємодіє лише на периферії стрічки внесених добрив, тому рослини краще його засвоюють. Локальні внесення фосфорних добрив під зернові культури на 20-30% підвищує їх ефективність. Але не дивлячись на відносно високу ефективність цього способу внесення добрив він в основному застосовується у господарствах з добрим економічним станом.

На ґрунтах, достатня забезпечених рухомими формами фосфору, а також при вирощуванні культур, які інтенсивно його засвоюють (горох, гречка та ін..), розчинність фосфорних добрив не має особливого значення. На ґрунтах слабо кислих або нейтральних, з низьким вмістом рухомих фосфатів, зокрема при вирощуванні культур, які потребують багато фосфору на початку росту перевагу потрібно надати легкорозчинним форм фосфорних добрив.

Нині фосфорну проблему забезпечення рослин рухомими сполуками фосфору аграрії вирішують за рахунок нанесення сполук фосфору на поверхню насіння під час проведення передпосівної інкрустації та з використанням фосфатмобілізуючих бактеріальних препаратів, припосівного внесення та позакореневих підживлень рослин в критичні фазі розвитку водорозчинними фосфорними добривами.

Як вже зазначалось вище всі сільськогосподарську культури дуже чутливі до нестачі фосфору на початку свого онтогенезу. Висока чутливість до нестачі фосфору особливо чітко виявляється на ювенільних стадіях розвитку рослин. Живлення рослин фосфором на початку їх зростання відбувається переважно за рахунок поживних речовин зосереджених в насінні, але їх не вистачає для нормального росту проростка. Справа тут вісь в чому: на етапі проростання насіння до появи та до початку діяльності асиміляційного апарату в проростках переважають процеси розщеплення запасних органічних речовин ендосперму насіння і у цей період відбувається закладання кореневої системи. Тих же запасів фосфору, які є в насінині вистачає проростку рослин лише на два тижню після його проростання. Тому, щоб більш надійно забезпечити проросток сполуками фосфору в цей відповідальний період зростання та розвитку на поверхню насіння під час його інкрустації наносять в бакову суміш Дефенс З у рекомендованих нормах, що містить у своєму складі водорозчинну сіль фосфору – монофосфат калію. Порядок використання фосфоровмісної бакової суміші Дефенс З при проведенні передпосівної інкрустації насіння використовують біопрепарати створені на основі мікроорганізмів, здатних до трансформації важкорозчинних сполук фосфору. Мікроорганізми, що входять до складу цих препаратів перетворюють нерозчинні форми фосфатів на легкозасвоювані рослинами за рахунок виділених ними різних видів органічних кислот, кетокислот при бродінні або неповному окисленні вуглеводів. За рахунок цих виділень вміст рухомого фосфору в ґрунті зростає на 10-20% та сприяє підвищенню врожайності зернових культур на 8-12%. Серед фосфатмобілізуючих препаратів виділяють: фосфоентерин, фосфобактерин, поліміксобактерин, альбобактерин, ФМБ 32-3 та ін. Кожен з цих мікробних препаратів має свої особливості. Так, фосфоентерин містить у своєму складі штамів бактерій, здатний розкладати важкорозчинні органічні фосфати (фітати), що важливо при його застосуванні на південних ґрунтах. Фосфобактерин містить активну форму спороносної бактерії, що руйнує фосфорорганічні сполуки і перетворює їх на доступні для рослин форми. Ативність фосфобактерину не знижується при внесенні фосфорних добрив. При цьому посилюється ріст кореневої системи, підвищується продуктивність рослин. Слід також зазначити, що вище названі препарати ефективні лише за наявності в ґрунті достатньої кількості вологи й також не потрібно забувати, що оброблене ними насіння перед висівом його у грунт потрібно берегти від дії прямого сонячного проміння до якого вони дуже чутливі.

За своїми фізіологічними особливостями. У зв'язку з низькою концентрацією виділяємих ексудатів, коренева система молодих рослин слабко засвоює важкорозчинні сполуки фосфору ґрунту. До того ж якщо прийняти масу орного шару ґрунту за три тисячі тон на кожному гектарі та врахувати, що його вологість весною становить близько 25 відсотків, то за концентрації 0,05 мг/л ґрунтового розчину загальна його кількість становитиме лише 0, 4 кг/га, у статистичних умова міграція аніонів Н₂РО₄ майже відсутня. Тому на початку вегетації за низької розчинності фосфорних добрив і значних відстанями між їх гранулами виникає ймовірність позиційної недоступності засвоєння фосфору рослинами у зв'язку з цим потрібно мати поблизу коренів резерв добре розчинних сполук цього елемента живлення. За таких обставин для часткового вирішення проблеми фосфору, потрібно щоб обов'язковим агротехнічним заходом стало припосівне (стартове) внесення фосфорних добрив у дозі 10-20 кг/га Р₂О₅ при сівбі сільськогосподарських культур. При цьому бажано враховувати біологічні особливості висіваємої культури. Так, проростки (кукурудзи, соняшнику) дуже пригнічуються від контактування їх насіння з добривами. Тому між ними має бути прошарок грунту, а доза добрив мінімальною й не більшою ніж 10 кг/га за діючою речовиною Р₂О₅. Під час сівби можна вносити різні види фосфорних і комплексних добрив – суперфосфати, амофос, нітрофоску, нітроамофоску, амофосфат, рідкі комплексні добрива але серед них найкращим добривом є амофос. Про ті слід відзначити, що останнім часом досить мало звертається уваги на цей спосіб внесення фосфорних добрив. В деякій мірі це можна пояснити посиланням на досвід Західної Європи та на ті, що більш простіше виготовити сівалки лише для висівання насіння ніж для одночасного висівання насіння й внесення добрив.

У разі підживлення рослин розчином солей фосфору через листя переміщення його в інші органи відбувається досить повільно і в невеликих кількостях. Для того, щоб прискорити цей процес був створений вітчизняний препарат Антистрес, до складу якого входять компоненти (наприклад, диметилсульфоксид та ін.), завдяки яким фосфор легко проникає через біологічні мембрани при проведені ним позакореневого підживлення рослин в початкові фазі вегетації. В агроценозах озимих культур. цей препарат використовують пізно осінню перед входженням озимих в зиму і сприяє підвищенню їх морозостійкості і навесні у фазі кущення завдяки чому зростає їх посухостійкість. В посівах ярих зернових культур його використовують на початку вегетації для підвищення посухостійкості та продуктивності агроценозів.

На основі проведених досліджень можна зробити такі висновки:

Висновки.

1. Чорноземи звичайні на лесових породах важкого гранулометричного складу Північного Степу України містять підвищену кількість апатитоподібних сполук. Використання будь-яких кислотних методів згідно ГОСТ 26204 (метод Чирикова) призводить до істотного штучного завищення оцінки фосфатного стану ґрунтів (на 40-80 мг Р₂О₅/кг ґрунту ).
 

2. Для діагностики фосфатного стану даних ґрунтів використовують один з трьох методів: Карпінського-Зам'ятіної (ДСТУ 4727), Мачигіна (ДСТУ 4114) або Олсена (ДСТУ ISO 11263).

3. Реальна природна забезпеченість орного шару чорноземів звичайних фосфором відповідає межі низької і середньої забезпеченості цим елементом живлення рослин.

4. Підвищеною або високою забезпеченістю фосфором характеризується лише орний шар ґрунту, що містить залишкові фосфати добрив, а також верхній гумусовий горизонт цілинних ґрунтів. Тому, для отримання високих врожаїв із високою якістю на чорноземах звичайних Північного Степу України необхідно вносити не менше фосфорних добрив, ніж на інших ґрунтах країни виходячи з даних ґрунтової діагностики.

5. В системі удобрення сільськогосподарських культур створити сприятливий фосфорний режим можливо шляхом внесення фосфорних добрив під основний обробіток грунту, провівши передпосівну інкрустацію насіння з нанесенням на їх поверхню водорозчинних сполук фосфору, внесенням фосфорних добрив при сівбі та при проведенні позакореневих підживлень.