Ефективність способів обробітку ґрунту при вирощуванні кукурудзи в умовах Лівобережного Лісостепу України: дис. на здобуття наук. ступеня д-ра філософії: 201 – Агрономія

Abstract

Основними факторами, що впливають на показники родючості чорнозему типового та врожайність сільськогосподарських культур, зокрема і кукурудзи, є обробіток ґрунту. Беручи до уваги неоднозначність впливу як оранки, так і безполицевих обробітків на агрофізичні показники ґрунту, накопичення вологи, розкриття гібридами кукурудзи свого генетичного потенціалу тощо, постає необхідність у вивченні та уточненні способу основного обробітку ґрунту, якого треба дотримуватись в агротехнічному процесі вирощування кукурудзи. Наукова новизна досліджень. Уперше: в умовах нестійкого та недостатнього зволоження на чорноземах типових обґрунтовано доцільність застосування безполицевого обробітку ПРН-31000 на глибину 33–35 см при вирощуванні кукурудзи на зерно; досліджено вплив локального обробітку чизельними знаряддями на агрофізичні, водно-фізичні та мікробіологічні показники ґрунту; визначено залежність стану поверхні ґрунту та стійкості агроценозу кукурудзи до ерозійних процесів на фоні застосування мінімального обробітку; на ділянках гібридизації кукурудзи ДБ Хотин рекомендовано проводити оранку на глибину 25–27 см у поєднанні з комплексним застосуванням ґрунтового гербіциду на основі діючої речовини пропізохлор 720 г/л і страхових гербіцидів з діючими речовинами клопіралід 300 г/л + тифенсульфурон-метил 750 г/кг. Удосконалено: окремі технологічні процеси вирощування кукурудзи на ділянках гібридизації, які спрямовані на підвищення урожайності та якості насінницького матеріалу. Набуло подальшого розвитку: дослідження впливу способів основного обробітку ґрунту при вирощуванні кукурудзи на зерно у Лівобережному Лісостепу України. Мета досліджень – визначити ефективність різних способів основного обробітку ґрунту при вирощуванні кукурудзи в умовах Лівобережного Лісостепу України. Для досягнення поставленої мети було передбачено вирішення таких завдань: дослідити зміни агрофізичного стану орного шару залежно від ступеня інтенсивності та глибини обробітку ґрунту; визначити вплив різних способів основного обробітку ґрунту на забезпечення вологою кореневмісного шару ґрунту; дослідити целюлозолітичну активність ґрунту залежно від способів основного обробітку ґрунту; встановити рівень ґрунтозахисної ефективності різних способів основного обробітку ґрунту; дослідити вплив способів основного обробітку ґрунту на гербологічні зміни та фітосанітарний стан у посівах кукурудзи; дослідити вплив різних способів основного обробітку ґрунту на ділянках гібридизації кукурудзи ДБ Хотин на фоні комплексного застосування ґрунтових і страхових гербіцидів; встановити рівень урожайності зерна кукурудзи та ефективності способів основного обробітку ґрунту; дати економічну та енергетичну оцінку вирощування гібриду кукурудзи ДБ Хотин за різних способів обробітку ґрунту. Дисертаційну роботу було виконано у рамках ініціативної тематики кафедри землеробства та гербології ім. О. М. Можейка у період 2021–2023 рр. «Розробити теоретичні основи ґрунтозахисної системи землеробства в Лівобережному Лісостепу та Північному Степу України» (№ державної реєстрації 0121U108245), а також ГДТ з ТОВ «МАЯК ВВВ» (НДР № 8-24 Д), яка виконана за програмою досліджень держбюджетної теми № 2-24-26 БО від 12 січня 2024 р. «Розроблення заходів для забезпечення сталої продуктивності агрофітоценозів за впливу абіотичних і біотичних стресових факторів». Для вирішення поставлених завдань досліджували способи основного обробітку ґрунту: оранку ПЛН-4-35 на глибину 25-27 см; чизельний локальний обробіток ПЧ-2,5 на глибину 33-35 см; безполицевий обробіток ПРН 31000 на 33-35 см та дисковий обробіток БДМ-2,5 на 10-12 см. Визначено врожайність материнської форми гібриду кукурудзи ДБ Хотин на ділянках гібридизації. Було досліджено системи гербіцидного захисту на основі діючих речовин: нікосульфурон 45 г/л; 2,4 Д-етилгексиловий ефір 452 г/л + флоросулам 6,25 г/л; ацетохлор 900 г/л; клопіралід 300 г/л + тифенсульфурон-метил 750 г/к і пропізохлор 720 г/л; клопіралід 300 г/л + тифенсульфурон-метил 750 г/кг. Установлено, що заміна оранки на глибокий безполицевий або мілкий дисковий обробіток ґрунту призводить до підвищення значень по окремих агрофізичних показниках родючості ґрунту. Після застосування оранки значення щільності складення в орному шарі ґрунту було найнижчим – 1,18 г/см3 , а найвищим після чизельного локального та дискового обробітків – 1,23 і 1,24 г/см3 відповідно. Важливо відмітити, що щільність складення не перевищувала оптимальні значення як для чорнозему типового, так і для вирощування кукурудзи. Твердість ґрунту демонструвала подібні тенденції до щільності складення, а кореляційна залежність між цими показниками склала 0,99. Не було виявлено значної різниці по впливу досліджуваних обробітків ґрунту на верхній шар ґрунту 0–10 см – 7,8–8,9 кг/см2 . Завдяки перевертанню орного шару, оранка забезпечила найнижчу твердість з-поміж всіх варіантів – 17,4 кг/см2 . Дещо підвищені значення цього показника на безполицевому та чизельному варіантах обробітку ґрунту пов’язані із впливом робочих знарядь які, не перевертаючи ґрунт, спричиняли його ущільнення, що обмежувало аерацію і збільшувало твердість. Систематичне застосування дискування БДМ-2-5 на глибину 10–12 см підвищувало твердість орного шару ґрунту відносно оранки на 3,3 кг/см2 Усі досліджувані варіанти забезпечили добру оструктуреність шару ґрунту 0–30 см з вищими значеннями при безполицевому та чизельному обробітках. Так, на цих варіантах, уміст повітряно-сухих і водотривких агрегатів становив: 74,0–74,4 і 55,0–57,3 %, відповідно. При проведенні обробітку ґрунту БДМ-2,5 на глибину 10–12 см відбулося зниження вмісту агрегатів 0,25–10 мм приблизно на 2,6 %, а агрегатів 5–10 мм на 10 % відповідно. Щодо впливу на водно-фізичні показники ґрунту досліджувані обробітки ґрунту не мали значної різниці, однак чизельний обробіток створив умови для більшого накопичення вологи в орному шарі, а безполицевий обробіток ґрунту у метровому: 855 і 3090 м3 /га. Дисковий обробіток на глибину 10–12 см призвів до зниження запасів вологи на 11 і 122 м3 /га, відповідно. Виявлено високу целюлозолітичну активність шару ґрунту 0–30 см після проведення оранки на глибину 25–27 см. Лляне полотно на цьому варіанті було розкладено на 24 %. Активність мікробіому досягала свого максимуму у шарі ґрунту 10–20 см, за винятком варіанту з безполицевим обробітком ПРН-31000, на якому вища целюлозолітична активність була зафіксована у шарі ґрунту 20– 30 см, а об’єм розкладеного полотна склав 25,0 %. Дисковий обробіток ґрунту на глибину 10–12 см негативно впливав на целюлозолітичну активність. Оранка як основний обробіток ґрунту забезпечила умови для отримання високого врожаю зерна кукурудзи. У цьому варіанті він був на рівні 6,70 т/га, а продуктивність склала 7,04 т к.-п. од./га. У варіанті з дискуванням на глибину 10–12 см відбулося зниження врожайності на 0,63 т/га, а продуктивності на 0,67 т к.-п. од./га. Серед інших обробітків, найближчі значення врожайності кукурудзи було отримано після проведення безполицевого обробітку ПРН-31000 на глибину 33–35 см. Варто зазначити, що на початковій стадії росту і розвитку кукурудзи було помічено високий рівень забур’яненості, однак після внесення гербіцидної суміші її шкідлива дія на культурні рослини була нівельована. Встановлено, що варіанти основного обробітку істотно не впливали на ґрунтозахисну ефективність посівів кукурудзи, однак наявність агрегатів розміром понад 1 мм у шарі ґрунту 0–10 см у межах 44,8–50,2 % вказувала на перевагу безполицевого обробітку ПРН-31000 на глибину 33–35 см у створенні найбільш оптимальних умов для протидії дефляційним процесам на поверхні ґрунту. Дослідження врожайності насіння гібриду кукурудзи ДБ Хотин на ділянках гібридизації показало, що розміщення рядів материнських рослин по схемі 2:6 найбільш ефективне, зокрема на відстані 1,4 м від батьківських. Найвища частка отриманого врожаю кукурудзи була отримана на ділянках із віддаленістю до 0,7 м – 21–22 %. Застосування оранки на глибину 25–27 см сприяло отриманню максимального врожаю насіння кукурудзи – 1,50 т/га. Майже однаковий врожай отримано після чизельного локального обробітку ПЧ 2,5 та безполицевого обробітку ПРН-31000 – 1,23–1,28 т/га, відповідно. При систематичному проведенні дискування БДМ-2,5 на глибину 10–12 см зафіксовано зниження врожайності насіння кукурудзи на 0,31 т/га. Подібні дані отримано і при виробничій перевірці результатів досліджень. Окрім того, при вивченні систем контролювання забур’яненості виявлено максимальну ефективність застосування гербіциду на основі діючої речовини пропізохлор 720 г/л з нормою 3 л/га. Цей гербіцид мав позитивний вплив у формуванні високого врожаю гібриду ДБ Хотин, який склав 1,62 т/га. У наших дослідженнях, за рахунок високої врожайності зерна та умовно чистого прибутку (3 650 грн) у варіанті з оранкою ПЛН-4-35 на 25–27 см рентабельність вирощування кукурудзи була найвищою – 13,8 %. Через низький прибуток і рівень врожайності у варіанті з дисковим обробітком БДМ-2,5, рентабельність вирощування кукурудзи виявилася нижчою на 7,5 %. Усі досліджувані обробітки ґрунту істотно впливали на енергетичну ефективність вирощування кукурудзи. Коефіцієнт енергетичної ефективності (Кее) був найвищим на варіанті з проведенням оранки ПЛН-4-35 на глибину 25–27 см – 4,35. За показниками енергетичної ефективності варіант з безполицевим обробітком ґрунту ПРН-31000 на глибину 33–35 см наближався до контролю, при цьому коефіцієнт енергетичної ефективності склав 4,24.

The main factors affecting the fertility of typical chernozem and the yield of crops, including corn, are soil tillage. Taking into account the ambiguity of the impact of both ploughing and moldboardless tillage on soil agrophysical parameters, moisture accumulation, the disclosure of genetic potential by corn hybrids, etc., there is a need to study and clarify the method of basic tillage that should be followed in the agrotechnical process of growing corn. Scientific novelty of the research. For the first time: under conditions of unstable and insufficient moisture on typical black soils, the expediency of using the PRN-31000 moldboardless tillage at a depth of 33–35 cm for growing corn for grain has been substantiated; The impact of local tillage with chisel tools on agrophysical, water-physical and microbiological soil parameters was studied; the dependence of soil surface condition and resistance of corn agrocenosis to erosion processes on the background of minimal tillage was determined; on the corn hybridisation sites of DB Khotyn, it is recommended to plough to a depth of 25–27 cm in combination with the complex application of a soil herbicide based on the active ingredient propizochlor 720 g/l and insurance herbicides with the active ingredients clopyralid 300 g/l + tifensulfuron-methyl 750 g/kg. Improved: distinct technological processes of corn growing at hybridisation sites aimed at increasing yields and quality of seed material. Further development was made in the study of the impact of basic tillage methods for growing grain corn in the Left-Bank Forest-Steppe of Ukraine. The aim of the research is to determine the effectiveness of different methods of basic soil tillage for corn growing in the conditions of the Left-Bank Forest-Steppe of Ukraine. To achieve this goal, the following tasks were envisaged: to investigate changes in the agrophysical state of the tilth layer depending on the degree of intensity and depth of tillage; to determine the impact of different methods of basic tillage on the provision of moisture to the root layer of the soil; to investigate the cellulosolytic activity of the soil depending on the methods of basic tillage; determine the level of soil protection efficiency of different methods of basic tillage; to investigate the impact of primary tillage methods on herbological changes and phytosanitary conditions in corn crops; to investigate the impact of different methods of basic tillage on maize hybridisation plots at the DB Khotyn against the background of integrated use of soil and insurance herbicides; to determine the level of corn grain yield and the effectiveness of basic tillage methods; to give an economic and energy assessment of growing the corn hybrid DB Khotyn under different methods of soil tillage. The dissertation was carried out within of the initiative theme of the farming and herbology named after O.M. Mozheiko chair in the period 2021–2023 «Developing the theoretical foundations of a soil protection system of farming in the Left-Bank Forest Steppe and Northern Steppe of Ukraine» (state registration number 0121U108245), as well as the economic contractual topic with LLC «MAYAK VVV» (research and development work № 8-24 D), which was carried out under the research programme of the Ministry investigative project № 2-24-26 BO of 12 January 2024 «Development of measures to ensure the sustainable productivity of agrophytocenoses under the influence of abiotic and biotic stress factors». To solve the tasks, the following methods of basic tillage were investigated: ploughing PLN-4-35 to a depth of 25–27 cm; chisel local tillage PC-2.5 to a depth of 33–35 cm; moldboardless tillage PRN 31000 to 33–35 cm and discing BDM-2.5 to 10– 12 cm. The yield of the maternal form of the corn hybrid DB Khotyn on the hybridization sites was determined. Herbicide protection systems based on active substances were investigated: nicosulfuron 45 g/l; 2,4 D-ethylhexyl ether 452 g/l + florosulam 6.25 g/l; acetochlor 900 g/l; clopyralid 300 g/l + thifensulfuron-methyl 750 g/kg and propizochlor 720 g/l; clopyralid 300 g/l + thifensulfuron-methyl 750 g/kg. It has been established that replacing ploughing with deep moldboardless or shallow discing leads to an increase in the values of certain agrophysical indicators of soil fertility. After ploughing, the value of the density of compaction in the arable soil layer was the lowest –1.18 g/cm3 , and the highest after chisel local and disc cultivation – 1.23 and 24 g/cm3 , respectively. It is important to note that the density of the compaction did not exceed the optimum values for both typical chernozem and corn cultivation. The soil hardness showed similar trends to the density of the compaction, and the correlation between these indicators was 0.99. There was no significant difference in the effect of the studied tillage on the topsoil 0–10 cm – 7.8–8.9 kg/cm2 . Due to the turning of the topsoil, the ploughing resulted in the lowest hardness of all the variants at 17.4 kg/cm2 . The slightly higher values of this indicator in the moldboardless and chisel tillage variants are due to the impact of working tools that, without turning the soil over, caused its compaction, which limited aeration and increased hardness. The systematic use of disking with BDM-2-5 to a depth of 10–12 cm increased the hardness of the tilth layer of soil relative to ploughing by 3.3 kg/cm2 . All the variants studied provided good structure of the 0–30 cm soil layer, with higher values in the case of moldboardless and chisel tillage. For example, in these variants, the content of air-dry and water-resistant aggregates was as follows: 74.0– 74.4 and 55.0–57.3%, respectively. When the soil was tillage with BDM-2.5 to a depth of 10–12 cm, the content of 0.25–10 mm aggregates decreased by about 2.6%, and that of 5–10 mm aggregates by 10%, respectively. In terms of the impact on the water-physical parameters of the soil, the studied tillage did not have a significant difference, but chisel tillage created conditions for greater moisture accumulation in the arable layer, and moldboardless tillage in the layer of 0–100 cm: 855 and 3090 m3 /ha. Discing to a depth of 10–12 cm led to a decrease in moisture reserves by 11 and 122 m3 /ha, respectively. The high cellulosolytic activity of the 0–30 cm soil layer after ploughing to a depth of 25–27 cm was found. The linen fabric on this version was decomposed by 24%. The microbiome activity reached its maximum in the soil layer of 10–20 cm, except for the variant with moldboardless tillage of PRN-31000, where the highest cellulosolytic activity was recorded in the soil layer of 20–30 cm, and the volume of decomposed fabric was 25.0%. Discing to a depth of 10–12 cm had a negative impact on cellulosolytic activity. Ploughing as the main tillage method provided the conditions for a high yield of corn grain. In this variant, it was 6.70 t/ha, and the productivity was 7.04 t of feed protein units/ha. In the variant with disking to a depth of 10–12 cm, there was a decrease in yield by 0.63 t/ha and productivity by 0.67 t feed protein units/ha. Among other treatments, the nearest values of corn yield were obtained after the PRN-31000 was tillage without moldboard at a depth of 33–35 cm. It is worth noting that at the start stage of corn growth and development, a high level of weeds was observed, but after the application of the herbicide mixture, its harmful effect on cultivated plants was levelled. It was established that the variants of the basic tillage did not significantly affect the soil protection efficiency of corn crops, but the presence of aggregates larger than 1 mm in the soil layer of 0–10 cm in the range of 44.8–50.2% indicated the advantage of moldboardless tillage with PRN-31000 to a depth of 33–35 cm in creating the most optimal conditions for counteracting deflationary processes on the soil surface. The research of the seed yield of the corn hybrid DB Khotyn in the hybridisation plots showed that the arrangement of rows of mother plants according to the 2:6 scheme is the most effective, in particular at a distance of 1.4 m from the father plants. The highest proportion of the corn yield was obtained in plots with a distance of up to 0.7 m – 21–22%. The use of ploughing to a depth of 25–27 cm contributed to the maximum yield of corn seeds – 1.50 t/ha. Almost the same yield was obtained after chisel local tillage of PC-2.5 and moldboardless tillage of PRN-31000 – 1.23–1.28 t/ha, respectively. With systematic disking of the BDM-2.5 to a depth of 10–12 cm, a decrease in corn seed yield of 0.31 t/ha was recorded. The similar data were obtained during the production testing of the research results. In addition, the study of weed control systems revealed the maximum efficiency of using a herbicide based on the active ingredient propizochlor 720 g/l at a rate of 3 l/ha. This herbicide had a positive influence on the formation of a high yield of the hybrid DB Khotyn, which was 1.62 t/ha. In our research, due to the high grain yield and conditional net profit (UAH 3,650) in the variant with PLN-4-35 ploughing at 25–27 cm, the profitability of corn growing was the highest – 13.8%. Due to the low profit and yield level in the variant with the BDM-2.5 discing, the profitability of corn growing was 7.5% lower. All of the soil tillage treatments studied had a significant impact on the energy efficiency of corn growing. The energy efficiency factor (EEF) was the highest in the variant with ploughing PLN-4-35 to a depth of 25–27 cm – 4.35. In terms of energy efficiency, the variant with moldboardless tillage PRN-31000 at a depth of 33–35 cm was approaching control, with an energy efficiency coefficient of 4.24.