Vplyv spôsobov obrábania pôdy na jej kvalitu
Pohľad na význam a výber spôsobov obrábania pôdy sa mení a väčšinou sa opiera o súčasný stav v pestovateľských technológiách, vo vývoji techniky a tiež vo vedeckých princípoch hospodárenia na pôde orientovaných nielen na šetrnosť k životnému prostrediu, ale aj k znižovaniu ekonomickej a energetickej náročnosti.
Neodškriepiteľne najdôležitejším ukazovateľom kvality pôdy a úrovne hospodárenia je jej úrodnosť. Úrodnosť pôdy je jej schopnosť poskytovať pre rastliny vhodné životné podmienky, teda uspokojiť ich požiadavky na vodu, pôdny vzduch a živiny počas vegetácie a tak zabezpečiť vitalitu, kondíciu a v konečnom dôsledku požadovanú úrodu.
Súčasný stav úrodnosti pôdy je nielen výsledkom prirodzeného vývoja, ale aj produktom činnosti človeka, ktorý na nej hospodári. Úrodnosť pôdy je ovplyvňovaná hnojením a manažmentom hospodárenia, vrátane obrábania pôdy, a najlepšie ju vystihujú chemické vlastnosti pôdy, ako pôdna reakcia, minerálne zloženie, živiny, organický uhlík a voda. Závisí však aj od fyzikálnych vlastností pôdy, s ktorými súvisí prítomnosť pôdneho vzduchu v závislosti od štruktúrnosti a miery utuženia a od polohy lokality, ktorej výsledkom sú rozdielne klimatické podmienky.
Významnou alternatívou, na Slovensku typických konvenčných technológií prípravy pôdy spojených s orbou, sú pôdoochranné technológie. Pri týchto technológiách dochádza k minimálnemu narušeniu povrchovej vrstvy pôdy. Najradikálnejšou, ale energeticky najmenej náročnou technológiou je priama sejba do neoranej pôdy. Rôzne agrotechnické zásahy, predovšetkým hĺbka a intenzita obrábania pôdy, ovplyvňujú rozmiestnenie a rozvrstvenie organickej hmoty pozberových zvyškov, ale aj zapracovanie aplikovaných priemyselných hnojív a následne množstvo a priestorové rozloženie živín v pôde.
NPPC - Výskumný ústav agroekológie Michalovce sa už dlhé obdobie venuje výskumu rozdielnych spôsobov obrábania pôdy na zmeny chemických a fyzikálnych parametrov pôdy. Na experimentálnom pracovisku v Milhostove (nadmorská výška 101 m, klimatický región T3) je od roku 1970 založený poľný stacionárny pokus na ťažkej ílovito-hlinitej fluvizemi glejovej.
Z výsledkov realizovaných v posledných desiatich rokov (2009 – 2018) posúdime, aký vplyv mala použitá rozdielna príprava pôdy na zmeny obsahov pôdneho organického uhlíka, celkového dusíka a pôdnej reakcie, a aký je predpoklad vývoja týchto parametrov pôdy pri uvedenom hospodárení. Súčasne zistíme, aký vplyv mala použitá rozdielna agrotechnika na zhutnenie pôdy a jej prevzdušnenie.
Zmeny vybraných chemických a fyzikálnych parametrov pôdy sme zisťovali pri troch technológiách obrábania pôdy, konkrétne pri konvenčnej agrotechnike (KA), redukovanej agrotechnike (RA) a priamej sejbe bez orby (PS). Pri konvenčnom obrábaní pôdy, teda pri bežnom spôsobe obrábania sa v závislosti od pestovanej plodiny urobila podmietka, orba, predsejbové spracovanie pôdy radličkovým náradím a sejba sejačkou Kinze 2000 (kukurica) alebo Great Plains (pšenica, jačmeň, sója). Pri redukovanom obrábaní pôdy bolo pri jesennom i jarnom spracovaní pôdy použité radličkové náradie a pre sejbu jednotlivých plodín boli použité rovnaké sejačky ako pri konvenčnej agrotechnike. Priama sejba bola realizovaná priamo do neobrobenej pôdy použitím vyššie menovaných sejačiek. V dlhodobom pokuse je vplyv spracovania pôdy sledovaný v 4 honovom osevnom postupe: kukurica siata na zrno, jačmeň siaty jarný, sója fazuľová, pšenica letná forma ozimná. Na začiatku analyzovaného obdobia (2009), v rámci uvedenej rotácie plodín, sa na hodnotenom hone pestoval jačmeň jarný a na konci obdobia (2018)sója. Pestované plodiny pri všetkých troch spôsoboch obrábania boli hnojené rovnakými dávkami živín.
Jedným z dôležitých parametrov úrodnosti pôdy je obsah pôdneho organického uhlíka, ktorého množstvo v pôde je výsledkom nepretržite prebiehajúcich procesov mineralizácie, transformácie a syntézy organických látok v pôde. Udržať vyrovnanú bilanciu pôdnej organickej hmoty umožňuje plné nahradenie strát pôdnej organickej hmoty vstupmi čerstvej organickej hmoty do pôdy. Intenzita procesov mineralizácie organických látok a s tým súvisiace straty uhlíka z pôdy sú rozhodujúco určované komplexom vlastností pôdno-ekologického stanovišťa, pričom intenzita je v zápornej korelácií s produkčným potenciálom pôd. Čím nižší produkčný potenciál, tým vyššie straty uhlíka z pôdy. Pre účely bilancie pôdnej organickej hmoty sú orné pôdy Slovenska rozčlenené do troch kategórií, pričom každej kategórií prislúchajú základné ročné straty uhlíka z pôdy (tab.). V súčasnosti, z dôvodu nedostatku organických hnojív, sú vstupy organických látok do pôdy veľmi nízke a preto by sa mali využívať spôsoby obrábania pôdy, pri ktorých sa predpokladá pokles rýchlosti rozkladu pôdnej organickej hmoty. Takúto možnosť predstavujú i nami sledované pôdoochranné varianty spracovania pôdy – RA a PS.
Tab.: Základné ročné straty organického uhlíka z pôdy (Bielek a Jurčová, 2010)
Rozkladné procesy v pôde výrazne ovplyvňuje chemické zloženie rastlinných zvyškov (pomer ľahko a ťažko rozložiteľných zložiek), pričom samotné straty uhlíka z pôdy významne ovplyvňujú pestované plodiny prostredníctvom odlišných nárokov na agrotechniku, dobu zotrvania na pozemku, dosahovaných úrod a v neposlednom rade i manažmentu pozberových zvyškov. Posudzovaný desaťročný sled plodín je z 4/5 tvorený plodinami (pšenica, jačmeň, sója) s indiferentným vplyvom na ročné straty uhlíka z pôdy (4,27 t.ha-1 pre fluvizeme glejové, ktoré patria medzi stredne produkčné pôdy) a 1/5 predstavuje kukurica, ktorá je z pohľadu strát uhlíka z pôdy agresívnou plodinou. Ročné straty uhlíka z pôdy sú pri kukurici 4,70 t.ha-1. V našom osevnom postupe chýba, čo možno označiť za nedostatok, plodina zo skupiny plodín, ktoré svojou prítomnosťou na pozemku tlmia mineralizačné a erózne (mechanické straty uhlíka z pôdy spôsobené eróziou pôdy) procesy v pôde. Plodiny patriace do tejto skupiny plodín sú označované ako inhibičné plodiny, ku ktorým patria iba viacročné plodiny v plných rokoch pestovania (nie v rokoch likvidácie, pretože v rokoch likvidácie patria k plodinám indiferentným). Skupinu agresívnych plodín, okrem už spomenutej kukurice na zrno, tvoria: repa cukrová a kŕmna, zemiaky, kukurica na siláž, kukurica na zrno s kôrovím, slnečnica ročná s kôrovím, mak siaty s makovinou a tabak so stonkami. Agresívne plodiny, kategorizácia a pomenovanie vo vzťahu k stratám uhlíka z pôdy, majú za následok zvýšenie intenzity mineralizačných a eróznych procesov a tým zvýšenie základných strát pôdneho uhlíka. Všetky ostatné nemenované plodiny patria do skupiny indiferentných plodín, t.j. plodín majúcich nepodstatný vplyv na výšku ročných strát uhlíka z pôdy.
Pestované plodiny a ich vedľajšie úrody - pozberové zvyšky a slama (kôrovie), vrátane koreňov, boli v našom prípade jediným zdrojom uhlíka. Pri jačmeni i sóji platí, že v daných pôdno-klimatických podmienkach nedokážu vyprodukovať dostatočné množstvo organického materiálu na pokrytie ročných strát uhlíka z pôdy. V prípade sóje je možné ročné straty uhlíka z pôdy pokryť až pri úrode 7,5 t.ha-1 a v prípade jačmeňa jarného dokonca až pri úrode 7,9 t.ha-1 v prípade zaorávania aj slamy a pri 16,6 t.ha-1 v prípade zaorávania bez slamy. Podobne aj pri pšenici ozimnej je zabezpečenie vyrovnanej bilancie uhlíka skôr ojedinelé, pretože dosiahnutie vyrovnanej bilancie uhlíka pri pšenici ozimnej je limitované úrodou zrna 5,8 t.ha-1 a podmienené zaorávaním aj slamy (v prípade nezaorávania slamy je požadovaná úroda 11,9 t.ha-1), čo je v daných pôdno-klimatických podmienkach skôr ojedinelé. Kladnú bilanciu uhlíka v existujúcich podmienkach zabezpečuje len kukurica s kôrovím, a to už pri úrode 5,5 t.ha-1.
Pôdne vzorky pre zistenie zmien všetkých parametrov pôdy boli odoberané každoročne v jeseni po zbere plodiny z hĺbky do 0,3 m. Zmeny obsahov pôdneho organického uhlíka v desaťročnom časovom období sú uvedené na obrázkoch 1a až 1c. Monitorovaná pôda bola stredne až dobre humózna, keďže priemerný obsah pôdneho organického uhlíka sa vyskytoval v rozmedzí 15,54 g.kg-1 až 16,84 g.kg-1. Lineárny trend vývoja obsahov pôdneho organického uhlíka pri priamej sejbe (Obr. 1c) poukazuje na jeho ročné zvýšenie o 0,037 g.kg-1, čo v prepočte na obsah organického uhlíka v ornici do 0,3 m predstavuje nárast o 0,17 t.ha-1. Naznačený trend indikuje možnosť sekvestrácie uhlíka po konverzii z klasickej agrotechniky na spracovanie pôdy bez orby.
Trend vývoja pôdneho organického uhlíka pri redukovanej agrotechnike, vyjadrený lineárnou rovnicou, poukázal na udržanie jeho obsahu v pôde (Obr. 1b) a pri konvenčnej agrotechnike (Obr. 1a) vypovedá o jeho ročnom poklese o 0,05 g.kg-1 (0,23 t.ha-1).
|
Obr. 1: Trend vývoja pôdneho organického uhlíka pri rozdielnej agrotechnike ílovito-hlinitej fluvizeme glejovej |
S obsahom pôdneho organického uhlíka úzko súvisí obsah celkového dusíka v pôde. Pri rozdielnej agrotechnike bola medzi organickým uhlíkom a celkovým dusíkom v pôde zistená význačná kladná závislosť (r = 0,63).
Pre fluvizeme Slovenska sa uvádza priemerný obsah celkového dusíka 1780 mg.kg-1. V desaťročnom slede pestovaných plodín v našich pôdno-klimatických podmienkach sa obsah celkového dusíka v pôde vyskytoval v rozmedzí 1527 – 1835 mg.kg-1. Z celkového dusíka v pôde je až 98 % viazaného v organických zlúčeninách.
Pri diferencovanej agrotechnike fluvizeme glejovej bolo zistené udržanie obsahov celkového dusíka v pôde, ako to vyplýva z lineárneho trendu vyjadreného rovnicami na obrázkoch 2a až 2c. Rozdielna príprava pôdy pod plodiny pestované na fluvizemi glejovej nemala vplyv na zmeny obsahov celkového dusíka v pôde.
|
Obr. 2: Trend vývoja celkového dusíka pri rozdielnej agrotechnike ílovito-hlinitej fluvizeme glejovej |
K dôležitým parametrom kvality pôdy patrí aj pôdna reakcia. Vyššia kyslosť pôdy znižuje rozpustnosť mnohých látok niekedy až pod životné minimum rastlín a preto je potrebné sledovať zmeny pôdnej reakcie a pri jej negatívnych zmenách realizovať vápnenie pôdy.
V posudzovanom desaťročnom slede plodín sa pri diferencovanom obrábaní pôdy hodnoty výmennej pôdnej reakcie vyskytovali v rozmedzí 6,20 až 6,71 a podľa kritérií hodnotenia (Vyhláška MPRV SR č. 151/2016 Z. z.) bola pôdna reakcia slabo kyslá až neutrálna. Z vývoja hodnôt výmennej pôdnej reakcie pri rozdielnom obrábaní fluvizeme glejovej počas desaťročného obdobia bolo potvrdené udržanie ich hodnôt (Obr. 3a až 3c).
|
Obr. 3: Trend vývoja hodnôt výmennej pôdnej reakcie pri rozdielnej agrotechnike ílovito-hlinitej fluvizeme glejovej |
Z trendovej analýzy vyplynulo, že ročný pokles hodnôt pôdnej reakcie pri konvenčnom obrábaní pôdy bol na úrovni len dvoch stotín a pri pôdoochrannom obrábaní pôdy ešte na nižšej úrovni.
Úrodnosť pôdy, teda zabezpečenie vhodných životných podmienok pre rastliny, súvisí aj so zhutnením pôdy a obsahom pôdneho vzduchu. Limitné hodnoty penetrometrického odporu zhutnenej poľnohospodárskej pôdy podľa Zákona č. 220/2004 Z.z. pre ílovito-hlinité pôdy sú v rozpätí 3,2 – 3,7 MPa. Na obrázku 4 je uvedený priebeh penetrometrického odporu zistený pri rozdielnom obrábaní pôdy do hĺbky 0,6 m. Pri pôdoochrannom obrábaní pôdy rýchlejšie narastali hodnoty penetrometrického odporu v porovnaní s konvenčným obrábaním pôdy. Spodná hranica limitnej hodnoty 3,2 MPa pri redukovanom obrábaní bola dosiahnutá už v hĺbke 0,11 m a pri priamej sejbe dokonca v hĺbke 0,08 m, kým pri konvenčnej agrotechnike až v hĺbke 0,50 m. Pri klasickom obrábaní pôdy sa postupne zvyšoval penetrometrický odpor pôdy. Iná situácia však bola pri pôdoochrannom obrábaní pôdy, keď odpor pôdy rýchlo narástol a postupne dochádzalo k jeho miernemu poklesu. Od hĺbky 0,15 m mierne klesal penetrometrický odpor pri redukovanej agrotechnike. Podobne pri priamej sejbe došlo k rýchlemu nárastu penetrometrického odporu pôdy, keď už v hĺbke 0,10 m bol odpor pôdy na úrovni 4,46 MPa a mierne klesal do hĺbky 0,25 m a od tejto hĺbky opäť dochádzalo k zvýšeniu penetrometrického odporu pôdy až na úroveň 5,34 MPa v hĺbke 0,60 m.
V ornici, teda v hĺbke pôdy do 0,3 m bola priemerná hodnota penetrometrického odporu 1,60 MPa pri konvenčnej agrotechnike a omnoho vyššia pri redukovanom obrábaní pôdy (2,83 MPa) a viac ako dvojnásobná pri priamej sejbe do neobrobenej pôdy (3,30 MPa). Z hľadiska zhutnenia pôdy dlhodobé neobrábanie pôdy malo negatívny vplyv.
Utláčaná pôda je nedostatočne prevzdušnená a dostatok vzduchu v pôde je podmienkou dobrého vývoja kultúrnych rastlín. V desaťročnom období boli pri všetkých troch agrotechnikách zistené nepriaznivé hodnoty minimálnej vzdušnej kapacity, ktoré varírovali v širokom rozmedzí od 2,0 % do 12,5 %. Keďže optimálne hodnoty tohto pôdneho fyzikálneho parametra nemajú byť nižšie ako 10 %, z desaťročných údajov vyplýva, že v pôde nie je dostatok vzduchu potrebného pre biologické procesy rastlín.
Optimálna hodnota minimálnej vzdušnej kapacity má dosahovať 30 % z celkovej pórovitosti pôdy. Priemerná celková pórovitosť pôdy počas desiatich rokov bola od 43,3 % do 44,8 %. Z porovnania zistených hodnôt minimálnej vzdušnej kapacity s celkovou pórovitosťou, by minimálna vzdušná kapacita mala v priemere dosiahnuť 13,3 % pri konvenčnej agrotechnike, 13,4 % pri redukovanej agrotechnike a 13,0 % pri priamej sejbe, čo sú hodnoty omnoho vyššie ako aktuálne zistené hodnoty v desaťročnom časovom období. Z lineárneho trendu vývoja minimálnej vzdušnej kapacity bol zistený len mierny ročný nárast na úrovni 0,16 % pri konvenčnej príprave pôdy a o polovicu nižší pri pôdoochrannom obrábaní pôdy, teda pri takomto hospodárení je potrebné počítať s nedostatočnou prevzdušnenosťou pôdy.
Klasická príprava pôdy v rastlinnej výrobe poskytuje určitú istotu hospodárenia. Orba však spôsobuje intenzívnejší rozklad pôdnej organickej hmoty v porovnaní s pôdoochrannými technológiami. Z agronomického hľadiska je dôležité, aby sa časť vyprodukovanej fytomasy vracala do pôdy formou pozberových zvyškov. Pri použití konvenčnej agrotechniky, ak chceme dlhodobo udržať obsah pôdneho organického uhlíka, teda úrodnosť pôdy, musíme vložiť vyššie vstupy organickej hmoty ako pri použití pôdoochranných technológií, pretože napriek vyšším dosiahnutým úrodám plodín a teda vyššiemu množstvu naakumulovanej koreňovej a pozberovej biomasy, je pri konvenčnej agrotechnike zvýšený rozklad organickej hmoty. Len pôda dobre zásobená organickou hmotou vie lepšie odoláva výkyvom počasia a iným nepriaznivým faktorom.
Diferencované obrábanie pôdy sa neprejavilo na vývoji obsahov celkového dusíka a hodnôt výmennej pôdnej reakcie. Počas dlhodobého využívania rozdielnej prípravy pôdy boli obsahy celkového dusíka a hodnoty pôdnej reakcie zachované.
Z hľadiska zhutnenia pôdy malo dlhodobé neobrábanie pôdy negatívny vplyv. Penetrometrický odpor pôdy pri konvenčnej agrotechnike bol omnoho nižší než pri redukovanom obrábaní pôdy a priamej sejbe. Utláčaná pôda je nedostatočne prevzdušnená a tým životné podmienky pre rast plodín sú obmedzené.
|
Obr. 4: Zhutnenie pôdy (MPa) pri rozdielnej agrotechnike ílovito-hlinitej fluvizeme glejovej |
