Impact of tillage and fertilisation on organic matter accumulation and soil fertility

Abstract

The study aimed to determine the effectiveness of traditional, minimum and no-till tillage in combination with organic fertilisation methods, such as green manure, organic compost and green manure. The study was based on field experiments conducted on plots with different soil types, which was used to assess the impact of the applied agricultural technologies in different agroecological conditions. The results showed that no-till with combined fertilisation (NPK + manure) provided the highest increase in soil organic matter (SOM) by 0.7% (up to 3.4% in 2024) and humus by 0.5% (up to 2.6% in the 0–10 cm layer) compared to the control (1.7% SOM for ploughing). The nitrogen (N) content increased by 0.04% (to 0.16%), phosphorus (P) by 7 mg/kg (to 57 mg/kg), and potassium (K) by 20 mg/kg (to 140 mg/kg). Deep ploughing resulted in a loss of SOM (from 2.3% to 1.7%), while minimum tillage-maintained SOM at 2.1–3.3%. Organic fertilisers (manure, green manure) stabilised humus with a correlation of r = 0.85 – 0.90 (p < 0.05), while no-till increased soil moisture by 10–15% and cation exchange by 510%. On fertile soils (Eutric Cambisol), no-till with combined fertiliser increased the SOM by 0.7%, while on sandy soils (Quartzipsamment) organic fertiliser added 0.4%. The ANOVA analysis confirmed the significant effect of tillage (F = 45.2, p < 0.001) and fertiliser (F = 38.7, p < 0.001) on the SOM. The seasonal dynamics showed a peak in the spring (3.6% in 2023 for no-till). No-till with combined fertiliser was found to be the most effective. The results obtained can be useful for improving agricultural technologies in the field of organic farming, developing ecological farming systems and formulating practical recommendations for farmers and agronomists on optimal soil resource management.

Метою дослідження було визначення ефективності традиційного, мінімального та безорного обробітку ґрунту в поєднанні з методами органічного удобрення, такими як сидерати, органічний компост та зелене добриво. Дослідження базувалося на польових дослідах, проведених на ділянках з різними типами ґрунту, які були використані для оцінки впливу застосованих сільськогосподарських технологій у різних агроекологічних умовах. Результати показали, що безорний обробіток ґрунту з комбінованим удобренням (NPK + гній) забезпечив найбільше збільшення вмісту органічної речовини (ОРР) у ґрунті на 0,7 % (до 3,4 % у 2024 році) та гумусу на 0,5 % (до 2,6 % у шарі 0-10 см) порівняно з контролем (1,7 % ОРР під оранку). Вміст азоту (N) збільшився на 0,04 % (до 0,16 %), фосфору (P) на 7 мг/кг (до 57 мг/кг) та калію (K) на 20 мг/кг (до 140 мг/кг). Глибока оранка призвела до втрати поверхневого органічного складу (з 2,3 % до 1,7 %), тоді як мінімальний обробіток ґрунту підтримував рівень поверхневого органічного складу на рівні 2,1–3,3 %. Органічні добрива (гній, сидерати) стабілізували гумус з кореляцією r = 0,85 – 0,90 (p < 0,05), тоді як безорний обробіток збільшив вологість ґрунту на 10–15 %, а катіонний обмін – на 510 %. На родючих ґрунтах (евтричний камбісоль) безорний обробіток з комбінованими добривами збільшив рівень поверхневого органічного складу на 0,7%, тоді як на піщаних ґрунтах (кварцовий ґрунт) органічні добрива додали 0,4 %. Дисперсійний аналіз підтвердив значний вплив обробітку ґрунту (F = 45,2, p < 0,001) та добрив (F = 38,7, p < 0,001) на рівень поверхневого органічного складу. Сезонна динаміка показала пік навесні (3,6 % у 2023 році для безорного обробітку). Безорний обробіток з комбінованими добривами виявився найефективнішим. Отримані результати можуть бути корисними для вдосконалення сільськогосподарських технологій у сфері органічного землеробства, розробки екологічних систем землеробства та формулювання практичних рекомендацій для фермерів та агрономів щодо оптимального управління ґрунтовими ресурсами.