Підсилення мінералізаційних процесів до певного рівня можна визнати позитивним явищем, адже паралельно відбувається підвищення продуктивності польових культур.
Дослідження проводили в Державному підприємстві «Дослідне господарство «Дніпро» Державної установи Інституту зернових культур НААН України в стаціонарному польовому досліді лабораторії сівозмін та природоохоронних систем обробітку ґрунту в п’ятипільній сівозміні горох-пшениця озима-соняшник-ячмінь ярий-кукурудза відповідно до загальноприйнятих методик дослідної справи.
До схеми досліду входили також три кардинально різні системи основного обробітку ґрунту, а саме: полицева (під всі культури сівозміни виконується полицева оранка), диференційована (поєднання різних способів безполицевого (дисковий, плоскорізний, чизельний) і полицевого обробітку в сівозміні) та нульова (пряма сівба). Обробіток ґрунту проводили наступними знаряддями: 1. полицева оранка — плугом ПО-3–35 на глибину 20–22 см під ячмінь ярий та соняшник, 23–25 см під кукурудзу, 25–27 см під чорний пар (восени); 2. чизелювання — чизелем Chisel Plow на глибину 14–16 см під соняшник і ячмінь ярий (восени); 3. дискування — бороною БДВП-6,3 на глибину 10–12 см під ячмінь ярий та чистий пар (восени); 4. плоскорізне розпушування — комбінованим агрегатом КШН-5,6 «Резидент» або КР-4,5 на глибину 14–16 см під кукурудзу і 12–14 см під соняшник (восени) в ранньому пару (навесні).
Як органічне добриво ґрунту використовували післяжнивні залишки попередників, які, як відомо, після мінералізації повертають у грунт значну частину раніше відчужених елементів живлення рослин (N-NO3, P2O5, K2O). З огляду на це схема досліду включала три системи удобрення із розрахунку на один гектар сівозмінної площі: 1) без добрив + післяжнивні залишки; 2) N24Р18К18+ післяжнивні залишки; 3) N48P18K18 + післяжнивні залишки. Мінеральні добрива вносили навесні розкидним способом під передпосівну культивацію.
Ґрунт дослідної ділянки — чорнозем звичайний важкосуглинковий з умістом в орному шарі: гумусу — 4,2%, нітратного азоту — 13,2 мг/кг, рухомих сполук фосфору і калію (за Чириковим), відповідно, 145 та 115 мг/кг.
Найбільшу органічну масу в сівозміні закономірно залишала після себе кукурудза, а мінімальну — ячмінь ярий та соняшник. Суттєвий перерозподіл проективного покриття поверхні поля рослинними рештками та перемішування їх із ґрунтом у профілі орного шару здійснювали різні способи та системи основного обробітку ґрунту.
Як свідчать результати досліджень, мінімалізація обробітку ґрунту сприяє більшій локалізації рослинних решток у верхніх шарах орного шару (0–20 см) та на його поверхні, в той час, коли застосування полицевої системи обробітку призводить до загортання майже всієї біомаси в нижні шари ґрунту (20–27 см).
У всіх полях культур сівозміни навесні проявлялась чітка закономірність диференціації розподілу зони між верхнім менш твердим шаром 10–15 кг см² та глибшим ущільненим горизонтом із механічною протидією для коренів рослин — 25–30 кг/см². Тобто глибина залягання твердого шару ґрунту суттєво залежить від способів основного обробітку і біологічних особливостей культур сівозміни.
Протягом вегетаційного періоду відбувалося поступове ущільнення орного шару, але зберігалася тенденція, що характерна для весняного визначення. Так, на початку червня найглибше залягання ущільненого шару було за полицевої системи обробітку — 24 см, особливо в полях соняшнику та кукурудзи, в той час, коли за диференційованої системи (особливо за дискування — 8 см), ущільнення виявлено на глибині 8–16 см у посівах гороху, ячменю ярого і пшениці озимої. За нульової системи обробітку ґрунту не відмічено суттєвої диференціації орного шару за показниками щільності, де вона була максимальною і становила 1,35 г/см³.
В цілому мінімізація обробітку супроводжувалась ущільненням орного шару ґрунту (0–30 см) глибше за 8–16 см, у той час як на фоні полицевої оранки відмічено більш сприятливі умови для росту і розвитку кореневої системи до 27 см.
Одним із потужних факторів, що нівелюють зниження твердості ґрунту, є рівень забезпечення ґрунту та рослин водою.
Після інтенсивних злив на рівні 45 мм опадів у літній період на час збирання ранніх зернових культур, а також у фазі молочно-воскової стиглості зерна кукурудзи та цвітіння соняшнику найбільш сприятливий шар ґрунту відносно його твердості для рослин суттєво розширювався на глибину його промочування. Після проливних дощів глибина залягання лінії диференціації розмежування твердого і розпушеного шару в посівах ранніх зернових культур поглиблювалася до 16–23 см, а у полях просапних культур (соняшник, кукурудза) — до 21–27 см, що на 3–9 см було глибше, ніж до випадіння дощів. Проте навіть попри суттєве зволоження орного шару ґрунту перевага полицевої системи обробітку над диференційованою та нульовою за здатністю розущільнювати орний шар за рахунок кращої вбирної функції ґрунту проявлялася також і після випадання інтенсивних опадів. Особливо інтенсивно ці процеси відбуваються в осінньо-зимовий період за максимальної зволоженості ґрунту, а також взаємнопротилежних процесів його замерзання та відтаювання, коли відбувається руйнування глибистих фракцій ˃ 10 мм до найбільш цінних ґрудочок менших розмірів (від 0,25 до 10,0 мм).
Способи основного обробітку ґрунту мали також значний вплив на показники проективного покриття поверхні ґрунту рослинними рештками після кожної польової культури в сівозміні, що має неабияке важливе значення у боротьбі з ерозійними процесами (водна та вітрова ерозії) у період відсутності рослинного покриву.
Динаміка проективного покриття поверхні поля рослинними рештками показала, що способи основного обробітку ґрунту суттєво відрізнялися за характером протиерозійної ефективності та процесами мікробіологічного руйнування соломи під впливом вологи, температури і механічної дії. При цьому способи мінімального обробітку ґрунту сприяли посиленню протиерозійної стійкості поверхні чорнозему від ударної енергії дощових крапель, а також забезпечували більш сприятливі умови для гуміфікації органічних решток замість небажаної інтенсивної мінералізації.
Протягом зимового періоду рослинні рештки також проходили повільну стадію деструкції і розкладу, зокрема, за диференційованої системи обробітку на фоні мілкого дискування до початку весняно-польових робіт зниження біомаси решток в різних полях сівозміни становило в межах 0,24–0,48 т/га, а у випадку нульового обробітку і прямої сівби — 0,21–0,80 т/га.
Інтенсивність розкладання органічної маси в ґрунті є процесом неоднорідним, який передусім залежить від визначальних факторів — вологи, температури і рівня аерації оброблюваного шару чорнозему. Як показали наші дослідження, біологічна активність ґрунту залежала від фаз розвитку рослин польових культур і мала достатньо широку амплітуду коливання. Так, на прикладі полицевої оранки видно, що недостатнє прогрівання ґрунту за нормального зволоження у момент проведення сівби кукурудзи було причиною зниження біологічної активності до 33,1 мг СО2/кг ґрунту/добу. Максимум інтенсивності дихання ґрунту (47,5 мг СО2/кг ґрунту/добу) припадав на 30 добу після сівби кукурудзи, коли відмічалося оптимальне поєднання температури і вологості ґрунту.
Аналогічні закономірності та тенденції щодо виділення СО2 з ґрунту протягом окремих фаз розвитку кукурудзи відмічені також за диференційованої та нульової систем обробітку, але із дещо нижчими загальними показниками виділення СО2, відповідно, на 1,7–5,3 мг СО2/кг ґрунту/добу (10–12%) та 5,8–9,8 мг СО2/кг ґрунту/добу (12–22%) порівняно з полицевою системою обробітку ґрунту.
Одна з причин зниження біологічної активності ґрунту, залежно від способів основного обробітку, полягає у різній профільній дислокації рослинних решток. Тобто доступність кисню, вологи, оптимальні агрофізичні властивості ґрунту та наявність значної кількості рослинних залишків по профілю орного шару за полицевої системи обробітку створює найбільш сприятливе середовище для мікроорганізмів.
