Ar tikrai visur ir visais atvejais privalu taikyti pastaruoju metu dažnai rekomenduojamas žemės dirbimo technologijas – neariminį dirbimą ar tiesioginę sėją? Kad atsakytume į šį klausimą, pirmiausia reikia įvertinti dirvožemių fizikines ir hidrofizikines savybes.

Daug girdime, esą žemės ūkis yra vienas iš didžiausių šaltinių, didinančių šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠESD) emisijas, o dirvožemiui tarp jų priskiriama daugiau kaip 10 proc. „kaltės“. Pateikiama daug įvairios informacijos apie neva neteisingas žemės dirbimo technologijas. Kai kurie dirvožemio kokybės ir tvarumo neigiami pokyčiai neabejotinai yra pastebimi, tačiau ar pakankamai žinomos ir įvertinamos to priežastys? Daug viešoje erdvėje yra kontrastingos informacijos, skatinančios tik vieną neva geriausią augalų liekanų (šiaudų) panaudojimo technologiją – įterpti juos į žemę.

Straipsnyje pateikiame kitą požiūrį į dirvožemio kokybę ir jos kitimo perspektyvas skirtingo intensyvumo žemdirbystės sistemose. Remiamės mūsų pačių tyrimų rezultatais, gautais ilgalaikiuose eksperimentuose ir vykdant Nacionalinės mokslo programos projektą „Agrotvara“.

Šlapymečiai kaitaliosis su sausromis?

Prognozuojama, kad Lietuvoje daugės kritulių, tačiau šlapymečiai kaitaliosis su sausromis. Temperatūrai kylant sparčiau negu kritulių kiekiui, gerokai kis gruntinių vandenų lygis. Tai įrodo ir pastarųjų kelerių metų meteorologinės sąlygos ir dirvožemių būklė.

Kintantis klimatas, naujos žemdirbystės technologijos keičia (koreguoja) pagrindinio žemės ūkio gamybos objekto – dirvožemio – prigimtinį potencialą. Netinkamai ar (ir) ne laiku pritaikytos technologijos potencialiai didina dirvožemio hidrofizikinių savybių pažeidžiamumo riziką. Klimato kaitos poveikis dirvožemiams, žemės ūkio technologijoms dar nėra pakankamai aiškus, todėl reikia atsakingai ir toliaregiškai jas pasirinkti.

Dirvožemis – kaip poringa kempinė

Pasaulyje pabrėžiama dirvožemių vandentalpos svarba. Įvairaus intensyvumo žemės dirbimo įtaka bendrajam poringumui, dirvožemių porų pasiskirstymui ir nuo to priklausančiai vandentalpai yra ne vienareikšmė. Ją lemia pirmiausia dirvožemių prigimtis, dirvožemių granuliometrinė sudėtis ir tik po to žemės dirbimas.

Skirtinguose Lietuvos regionuose atliktais tyrimais nustatyta, kad dirvožemio bendrasis poringumas (BP) moreniniuose priemoliuose (Vidurio ir Vakarų Lietuva) skyrėsi nedaug, tačiau limnoglacialiniame sunkiame priemolyje (Šiaurės Lietuva) jis buvo esmingai mažesnis.

Vadinasi, jau dirvožemių prigimtinės savybės užprogramuoja skirtingas pasekmes, reaguojant į dirvožemių eksploatavimo priemones, tarp jų ir žemės dirbimą. Supaprastintas žemės dirbimas (seklus neariminis ir (ar) tiesioginė sėja) Vidurio Lietuvos vidutinio sunkumo ir smėlingo lengvo priemolio dirvožemiuose lėmė esmingai didesnį bendrąjį poringumą (BP) negu tradicinis žemės dirbimas (skutimas + arimas), tačiau tik viršutiniame 0–10 cm dirvos sluoksnyje.

Gilesniame armens sluoksnyje, supaprastinto žemės dirbimo sistemose BP buvo mažesnis negu taikant tradicinį žemės dirbimą arba nesiskyrė. Vakarų Lietuvos vidutinio sunkumo priemolio dirvose didžiausią BP visame armenyje lėmė seklus arimas, o Šiaurės Lietuvos sunkaus priemolio dirvose – gilus ariminis žemės dirbimas bei seklus dirvos dirbimas davė panašius rezultatus.

Nuo plyšių iki mikroporų

Pagal porų tūrio klasifikavimą yra išskiriama dirvožemio įtrūkimai arba kitaip – plyšiai (jų skersmuo > 750 μm), tranzitinės poros (50–750 μm), vandenį išlaikančios poros (0.2–50 μm) ir smulkiosios poros, t. y. mikroporos ( < 0.2 μm).

Porų struktūros analizė išsamiai atskleidžia dirvožemio sluoksnių fizikinį vaizdą:

• plyšiai leidžia migruoti į gilesnius dirvožemio sluoksnius vandens pertekliui ir taip apsaugo jį nuo užmirkimo;
• tranzitinės poros užtikrina tinkamą oro ir vandens judėjimą dirvožemyje bei leidžia augti ir vystytis augalų šaknims;
• poros, išlaikančios savyje vandenį, sudaro palankias sąlygas augalams pasisavinti mitybos elementus iš dirvožemio, jų proporcija porų struktūroje reguliuoja augalų pasiekiamo vandens tūrį;
• mikroporos savyje vandenį laiko taip sandariai, kad jo augalai pasisavinti tiesiogiai negali.

Taigi, svarbiausios yra poros, išlaikančios vandenį. Būtent šių porų, kaip ir plyšių bei tranzitinių porų mažiausiai yra Joniškėlio limnoglacialiniame sunkaus priemolio dirvožemyje. Vadinasi, drėgmės pertekliaus sąlygomis, dėl mažo plyšių ir tranzitinių porų tūrio, paviršiniam vandeniui migruoti į gilesnius dirvožemio sluoksnius yra sunkiau. Užsitęsus tokioms sąlygoms dirvos yra linkusios greičiau užmirkti.

Pati gamta užprogramavo kai kurių dirvožemių didesnį jautrumą ekstremaliems pokyčiams. Didžiausiu vandens pralaidumu pasižymi Vidurio Lietuvos vidutinio sunkumo bei smėlingo lengvo priemolio rudžemiai, šiek tiek mažesniu – Vakarų Lietuvos balkšvažemiai, mažu – Šiaurės Lietuvos sunkių priemolių rudžemiai. Pačiu mažiausiu vandens pralaidumu išsiskyrė Joniškėlio sunkaus priemolio dirvožemis, kuriame taikyta tiesioginė sėja.

Tačiau ir esant sausringoms sąlygoms, kokios buvo 2018 ir 2019 m., sunkios granuliometrinės sudėties dirvos greičiau perdžiūva dėl mažo vandenį išlaikančių porų tūrio. Beveik dvigubai daugiau tinkamą vandens migraciją užtikrinančių porų turi Vidurio Lietuvos vidutinio sunkumo bei smėlingų lengvų priemolių rudžemiai ir dar šiek tiek daugiau Vakarų Lietuvos vidutinio sunkumo priemolių balkšvažemiai. Tokį porų pasiskirstymą labiausiai lemia molio dalelių kiekis. Kuo jų daugiau – tuo vandens migraciją lemiančių porų yra mažiau. O kuo mažiau tokių porų, tuo mažesnis ir vandens pralaidumas.

Žmogaus veiklos įtaka dirvožemio savybėms

Dirvožemio savybes lemia ne tik pati gamta, bet ir žmogaus veikla, taikomos technologijos – žemės dirbimas, augalų liekanų (pvz. šiaudų) panaudojimas. Šiaudų vaidmuo neturėtų būti vertinamas vienareikšmiškai. Jų įterpimo efektyvumas labai priklauso nuo dirvožemio granuliometrinės sudėties, žemės dirbimo.

Mūsų ilgamečiuose, dvidešimtus metus besitęsiančiuose eksperimentuose, vidutinio sunkumo priemolyje šiaudų įterpimas tiek tradicinio žemės dirbimo, tiek ir tiesioginės sėjos sistemose esmingai padidino vandens pralaidumą armenyje. Tačiau lengvesniame smėlingo lengvo priemolio dirvožemyje įterpti šiaudai esmingai sumažino pralaidumą, nepriklausomai nuo taikytos žemės dirbimo sistemos.

Sunkesnės granuliometrinės sudėties dirvožemiuose augalų liekanos (šiaudai) armenyje veikia kaip dirvą purenanti priemonė, o lengvesnės sudėties dirvožemiuose – kaip poras kemšanti priemonė.

Augalų pasiekiamas vanduo laikosi 0,2–30 μm skersmens dirvožemio porose. Mūsų tyrimų rezultatai atskleidė, kad tiesioginės sėjos taikymas esmingai padidino augalams prieinamo vandens kiekį armenyje, palyginti su tradiciniu ariminiu žemės dirbimu. O šiaudų vaidmuo vėl buvo nevienareikšmis – vidutinio sunkumo priemolyje jie esmingai padidino augalams prieinamo vandens kiekį, tačiau smėlingame lengvame priemolyje jų veikimas buvo neesminis.

Kontrastingi tyrimų rezultatai ir dvi išvados

Ar tikrai tiesioginė sėja padeda taupyti drėgmę visada ir visų dirvų viršutiniame sluoksnyje? Tyrimų duomenys dviejuose skirtingos granuliometrinės sudėties dirvožemiuose atskleidė kontrastingus rezultatus. Tiesioginės sėjos efektas buvo ryškus tik šlapiais metais. Ir vidutinio sunkumo priemolyje, ir smėlingame lengvame priemolyje šlapiais 2017 m. drėgmės armenyje padaugėjo, palyginti su tradiciniu žemės dirbimu, iš esmės, tačiau sausais 2018 ir 2019 m. šiose skirtingose žemės dirbimo sistemose drėgmė nesiskyrė. Šie rezultatai leidžia daryti dvi išvadas. Pirma, taikant tiesioginę sėją, drėgmės daugėja viršutiniame dirvos sluoksnyje, bet apatiniuose sluoksniuose jos būna mažiau. Antra, jei podirvis yra tokios pat arba sunkesnės granuliometrinės sudėties negu armuo, tuomet, taikant tiesioginę sėją, galima tikėtis drėgmės padidėjimo, palyginti su ariminiu žemės dirbu. Tačiau, jei podirvis yra lengvesnės granuliometrinės sudėties negu armuo, tiesioginės sėjos pranašumo drėgmei taupyti dirvoje tikėtis neverta.

Teigiamas šiaudų įterpimo efektas drėgmei taupyti dirvos viršutiniame 0–10 cm sluoksnyje taip pat pasireiškė tik šlapiais 2017 metais. Įterpus šiaudus jos reikšmingai padaugėjo, nelygu dirvožemio granuliometrinė sudėtis ir taikyta žemės dirbimo sistema. Sausringais 2018 ir 2019 m. vidutinio sunkumo priemolio dirvoje šiaudų įterpimas lėmė tik nežymias drėgmės sumažėjimo, o smėlingame lengvame priemolyje – nežymaus padidėjimo tendencijas.

Maisto elementai kaupiasi viršutiniame sluoksnyje

Dar vienas faktas išryškėjo ilgamečiuose bandymuose, t. y. tai, kad neariminio žemės dirbimo ir (ar) tiesioginės sėjos ilgametis taikymas lemia ryškią augalų mitybos elementų stratifikaciją (susisluoksniavimą). Tokiose žemės dirbimo sistemose su organinėmis ir (ar) mineralinėmis trąšomis į dirvą patekusios augalų maisto medžiagos kaupiasi viršutiniame sluoksnyje. Dėl sumažėjusio dirvos mechaninio maišymo apatinio armens sluoksnio agrocheminiai parametrai beveik nepakinta arba pradeda prastėti.

Naudojant tiesioginę sėją sausą pavasarį, drėgmės dirvoje būna daugiau tik viršutiniame 0–5 cm dirvos sluoksnyje. Tai padeda greitai ir vienodai sudygti sėkloms ir tikėtis vienodo pasėlio. Tačiau nustatyta, jog tiesioginės sėjos sistemoje gilesniuose dirvos sluoksniuose drėgmės pradeda mažėti, o 20 cm sluoksnyje drėgmės net būna mažiau negu dirvas ariant. 

Mitybos elementų stratifikaciją parodo jos koeficientas, t. y. atitinkamo rodiklio reikšmių santykis 0–10 cm/10– 20 cm. Kuo šis santykis didesnis, tuo daugiau maisto medžiagų yra susikaupę dirvos paviršiuje. Tai ypač ryšku Vakarų Lietuvos balkšvažemiuose ir Šiaurės Lietuvos sunkaus priemolio rudžemiuose.

Vidurio Lietuvoje, vidutinio sunkumo priemolyje, ilgalaikis tiesioginės sėjos taikymas lėmė ryškų suminio azoto, judriojo K₂O bei organinės anglies kaupimąsi armens viršutiniame sluoksnyje. Judriojo P₂O₅ stratifikacijos koeficientas rodo, kad šio sluoksnio fosforingumas esmingai sumažėjo, palyginti su dirvos fosforingumu tradicinio žemės dirbimo sistemoje. Taip įvyko todėl, kad visus 20 eksperimento vykdymo metų dėl labai didelio dirvožemio fosforingumo nebuvo naudojamos fosforo trąšos. Šiaudų įterpimas padidino judriojo P₂O₅ ir organinės C stratifikacijos koeficientą.

Smėlingame lengvame priemolyje ilgalaikis tiesioginės sėjos taikymas lėmė ryškų suminio azoto, judriųjų P₂O₅ ir K₂O bei organinės anglies kaupimąsi armens viršutiniame sluoksnyje. Įterpus šiaudus, judriųjų P₂O₅ ir K₂O stratifikacijos koeficientai esmingai sumažėjo.

Badauja ant trąšų krūvos?

Gerai ar blogai tai, kad augalų mitybos elementai kaupiasi dirvos paviršiuje? Esant optimaliai drėgmei, tai teigiamas rezultatas, kadangi augalų šaknims būtų sudaromos idealios sąlygos dirvos paviršiuje rasti reikalingų maisto medžiagų. Tačiau, apėmus sausrai, dėl greičiausiai perdžiūstančio dirvos paviršiaus augalų mityba sutrinka – augalai nepasisavina vandenyje neištirpusių cheminių elementų.

Vaizdžiai kalbant – augalas auga ant trąšų krūvos, tačiau badauja. Tai tęsis tol, kol nepalis lietus arba kol dirvožemio kapiliarais nepakils vanduo iš gilesnių dirvožemio sluoksnių.

Gresiant užmirkimui, išauga aplinkos taršos pavojus – medžiagos ne tik įsiplauna į gilesnius dirvožemio sluoksnius, bet jos taip pat gali būti nunešamos į melioracijos kanalus, upes, ežerus. Toks pavojus ypač išauga kalvoto (banguoto) reljefo zonose.

Organinės anglies sankaupų kitimas

Ar verta visuose dirvožemiuose taikyti tiesioginę sėją manant, kad ji garantuos didesnes organinės C sankaupas negu tradicinis žemės dirbimas? Tyrimai parodė, kad tik sunkesnės granuliometrinės sudėties dirvožemiuose tiesioginės sėjos efektas C-org sankaupoms yra ryškus ir tik viršutiniame dirvos sluoksnyje.

Vidutinio sunkumo priemolyje, tradicinio žemės dirbimo sistemoje, Corg kiekis 0–10 cm sluoksnyje fone su šiaudais buvo 19–22 proc. mažesnis, o 10–20 cm sluoksnyje – 12–26 proc. mažesnis negu fone be šiaudų. Tiesioginės sėjos sistemoje taip pat nustatyta, kad įterpiant šiaudus, C-org kiekis 0–10 cm sluoksnyje buvo 5–24 proc. mažesnis, o 10–20 cm sluoksnyje 20–33 proc. mažesnis negu fone be šiaudų.

Vis dėlto, lyginant žemės dirbimo sistemas, tiesioginės sėjos sistemoje Corg kiekis, nepriklausomai nuo šiaudų panaudojimo būdo ir tręšimo, buvo 16– 24 proc. didesnis negu tradicinio žemės dirbimo sistemoje, tačiau toks tiesioginės sėjos pranašumas pasireiškė tik 0–10 cm dirvos sluoksnyje.

Priešingai negu sunkesnės granuliometrinės sudėties dirvožemyje, smėlingame lengvame priemolyje, tradicinio žemės dirbimo sistemoje, C-org kiekis 0–10 cm sluoksnyje, fone su šiaudais buvo 30–32 proc. didesnis, o 10–20 cm sluoksnyje – 41–43 proc. didesnis negu fone be šiaudų.

Tiesioginės sėjos sistemoje šiaudų efektas buvo šiek tiek kitoks – įterpiant šiaudus C-org kiekis 0–10 cm sluoksnyje esmingai nepakito, o 10–20 cm sluoksnyje 13–17 proc. padidėjo, palyginti su C-org kiekiu fone be šiaudų.

Lyginant žemės dirbimo sistemas, tiesioginės sėjos sistemoje C-org kiekis buvo 18 proc. didesnis negu tradicinio žemės dirbimo sistemoje tik šiaudus pašalinant iš lauko ir tik 0–10 cm dirvos sluoksnyje.

Šiaudų fone C-org sankaupos 0–10 ir 10–20 cm sluoksniuose, tiesioginės sėjos sistemoje, buvo atitinkamai 9 ir 16 proc. mažesnės negu tradicinio žemės dirbimo sistemoje.

Tęsinys kitame numeryje