Наукові основи формування сталих органічних агроекосистем у Східному Лісостепу України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук зі спеціальності 03.00.16 – екологія. – Поліський національний університет. Житомир, 2021. Проаналізовано результати двадцятирічних досліджень в польових дослідах і особливостей функціонування органічних агроекосистем, оцінено агроресурсний потенціал Східного Лісостепу, тенденції формування гідротермічного режиму. Проведено обґрунтування сівозмін для господарств різної спеціалізації. Розкрито закономірності впливу різних гідротермічних умов на динаміку властивостей ґрунту, проведено балансові дослідження особливостей кругообігу азоту, фосфору та калію. Здійснено пошук математичних зв’язків між урожайністю культур сівозмін та їх попередників, кількістю опадів, температурою повітря, обсягом надходження в ґрунт нетоварної частини врожаю та запасами в ньому основних елементів живлення. Установлено, що введення бобових культур в органічні агроекосистеми сприяє оптимізації агрофізичних показників родючості чорнозему типового, балансу поживних речовин у ньому, що створює сприятливі умови для розвитку рослин. Визначено продуктивність сівозмін. Найбільшою вона була в сівозмінах з бобовими попередниками пшениці озимої: соєю, горохом, сочевицю та вико-вівсяною сумішкою, за умов використання на третій рік ротації буряків цукрових. Вихід кормопротеїнових одиниць у цих варіантах становив 3,78; 3,75; 3,72 і 3,71 т/га. За умов розміщення гречки на третьому полі короткоротаційних сівозмін виявлено зниження їхньої продуктивності в 1,4 разу. Обґрунтовано доцільність введення моделей органічного землеробства з замкнутими циклами обігу елементів, забезпечення енергетичних потреб із власних джерел буде супроводжуватися зниженням собівартості органічної продукції на 30–40 % і зростанням її конкурентоспроможності на внутрішньому та зовнішніх ринках продовольства.

Проанализированы результаты двадцатилетних исследований в полевых опытах и особенностей функционирования органических агроэкосистем, оценён агроресурсный потенциал Восточной Лесостепи, тенденции формирования гидротермического режима. Раскрыты закономерности влияния гидротермических условий на динамику свойств почвы, проведены балансовые исследования особенностей круговорота азота, фосфора и калия. Осуществлён поиск математических связей между урожайностью культур севооборотов и их предшественников, количеством осадков, температурой воздуха, объёмом поступления в почву нетоварной части урожая и запасами в ней основных элементов питания. Установлено, что введение бобовых культур в органические агроэкосистемы способствует оптимизации агрофизических показателей плодородия чернозёма типичного, баланса питательных веществ в нём, что создаёт благоприятные условия для развития растений. Определена продуктивность севооборотов. Самой высокой она была в севооборотах с бобовыми предшественниками озимой пшеницы: соей, горохом, чечевицей и вико-овсяной смесью, при использовании на третий год ротации сахарной свёклы. Выход кормопротеиновых единиц в этих вариантах составил 3,78; 3,75; 3,72 и 3,71 т/га. При условии размещения гречихи в третьем поле короткоротационных севооборотов виявлено снижение их продуктивности в 1,4 раза. Проведено моделирование органического производства на примере хозяйства «Колос 2000» Чугуевского района Харьковской области с помощью компьютерного комплекса «Агроэкосистема». Проанализировано пять перспективных моделей развития предприятия, в том числе по производству различных видов органической продукции: органическое зерно; переработка органического зерна до продуктов питания; развитие животноводства и биоэнергетики, выращивание и переработка корнеплодов сахарной свёклы, повышение продуктивности севооборотов за счёт высокого уровня рециркуляции биогенных элементов с органическими удобрениями животного происхождения. Модель № 1 предполагает переход на производство органической продукции растениеводства с использованием на удобрение только нетоварной продукции. Урожайность культур: 1 – горох – 1,9 т/га, 2 – пшеница озимая – 3,7 т/га, 3 – гречиха – 1,2 т/га, 4 – ячмень яровой – 2,1 т/га. Этот сценарий предусматривает реализацию зерна без переработки. При среднем размере поля 507 га на предприятии его среднее валовое производства соответственно по культурах будет составлять: горох или другие зернобобовые исследуемых севооборотов – 900 т, пшеница озимая – 1800 т, гречиха 600 т, ячмень яровой – 1000 т. Вместе – 4300 т или 2,1 т/га. Модель № 2 аналогична модели № 1 с организацией инфраструктуры для хранения зерна, его постепенной переработки на крупы, фасовку и хранения готовой продукции. Ожидаемый валовой сбор: горох – 400 т, чина и чечевица – по 300 т, фасоль – 600 т, озимая пшеница – 3000 т, гречиха – 1000 т, ячмень яровой – 2000 т. Для переработки этого количества сырья необходимо иметь современное оборудование, что обеспечивает выход крупы зерновых и зернобобовых культур на уровне 80 %, а гречихи – 65 %. В результате в среднем по годам производство готовой продукции будет составлять около 3,5 тис. т. Модель № 3 рассматривается для оценки целесообразности организации производства органической продукции животноводства. Урожайность культур в севооборотах: 1 – горох – 1,9 т/га, 2 – озимая пшеница – 3,7 т/га, 3 – однолетние травы (на сено, сенаж) – 15 т/га зелёной массы, 4 – кукуруза на силос – 23 т/га зеленой массы. Солома будет использована на потребности животноводства. Как было установлено в стационарном опыте ее соотношение с зерном для гороха и озимой пшеницы составляет 1:1,5. Модель № 4 аналогична Модели № 3 с привлечением в структуру посевных площадей сахарной свёклы (25 %) и её переработкой с получением сахара. Средняя по годам урожайность корнеплодов в опыте 27 т/га, соотношение корнеплодов к ботве 1:0,4. Этим сценарием предусматривается включение в инфраструктуру сахарного завода. Главные ожидаемые преимущества над предыдущей моделью – высокая продуктивность корнеплодов сахарной свеклы, сопутствующее основной продукции получение сочных кормов в виде ботвы и жома, возможность его систематичного включения в рацион кормления животных в свежем виде, значительное повышение усвояемости концентрированных кормов путем прибавления патоки. Модель № 5. В случае внедрения Модели № 3 или № 4 по сравнению с растениеводческой специализацией, с биогумусом, после переработки перегноя на биогаз в почву будет возвращаться большая часть вынесенных с урожаем макро- и микроэлементов, что даст возможность систематически улучшать её питательный режим. Приблизительно такое же количество компенсирующих вынос минеральных удобрений в стационарном опыте, даст возможность повысить продуктивность севооборотов в среднем на 30 %. Поэтому одной из главных задач этого сценария является установление объёмов повышения финансовых затрат на производственную инфраструктуру в случае её формирования с учетом кормовой базы в будущем. Обоснована целесообразность введения моделей органического земледелия с замкнутыми циклами оборота элементов, обеспечения энергетических потребностей из собственных источников будет сопровождаться снижением себестоимости органической продукции на 30– 40 % и ростом её конкурентоспособности на внутреннем и внешних рынках продовольствия. При современной практике аграрного производства в восточной Лесостепи Украины прибыль без применения агрохимикатов составляет 2,6–9,0 тис. грн/га. С внедрением растениеводческой специализации, при средней многолетней урожайности полевых культур в опыте чистая прибыль составляет 0,2 тис. у. е./га. При организации переработки органического сырья растениеводства капитальные финансовые затраты составят 100 у. е./га. С доведением прибыли до уровня 0,3 тис. у. е./га. со сроком их окупаемости один год. В условиях сбалансированной отраслевой структуры с животноводством, переработкой, биоэнергетическим комплексом капитальные затраты составят 4,5 тис. у. е./га, а чистая прибыль – 3,6 тис. у. е./га. В случае сертификации полученной продукции как органической цена реализации возрастёт на 60– 100 % с чистой прибылью 0,9-8,8 тис. у. е./га.

The results of twenty-year studies of the peculiarities of the functioning of organic agroecosystems are analyzed, the agro-resource potential of the Eastern Forest-Steppe, the tendencies of the formation of the hydrothermal regime are estimated. The substantiation of crop rotations for farms of various specializations has been carried out. The regularities of the influence of different hydrothermal conditions on the dynamics of soil properties are revealed, the balance researches of the peculiarities of the nitrogen, phosphorus and potassium cycle are carried out. The search for mathematical relationships between the productivity of crops of crop rotations and their predecessors, the amount of precipitation, air temperature, the amount of non-commercial part of the crop entering the soil and the reserves of the main nutrients in it has been carried out. It is established that the introduction of legumes into organic agroecosystems contributes to the optimization of agrophysical indicators of fertility of typical chernozem, the balance of nutrients in it, which creates favorable conditions for plant development. The productivity of crop rotations is determined. It was the largest in crop rotations with leguminous predecessors of winter wheat: soybeans, peas, lentils and vetch-oat mixture, under the conditions of use for the third year of rotation of sugar beets. The yield of feed protein units in these variants was 3.78; 3.75; 3.72 and 3.71 t/ha. Under the conditions of placing buckwheat on the third field of short rotation crop rotations, a decrease in their productivity by 1.4 times was revealed. The expediency of introducing models of organic farming with closed cycles of elements circulation has been substantiated, ensuring energy needs from its own sources will be accompanied by a decrease in the cost of organic products by 30– 40 % and an increase in its competitiveness in the domestic and international food markets.