Харченко О.В. Ресурсне забезпечення та шляхи оптимізації умов вирощування сільськогосподарських культур у Лісостепу України

Краткое содержание

Суть проблеми, що розглядається в даній роботі, полягає в пошуку шляхів та методів підвищення ефективності використання природних ресурсів у лісостеповій зоні України на прикладі території Сумської області. Не викликає сумніву, що основним напрямом таких пошуків є оптимізація умов вирощування сільськогосподарських культур, які можна розділити на зовнішні і внутрішні.

            Відомо, що зовнішні умови загалом характеризуються кліматичними особливостями зони та погодними умовами кожного вегетаційного періоду. Основними показниками для сільськогосподарської культури є забезпеченість світлом, теплом та вологою. Це зумовило необхідність розробити метод оцінки комплексного впливу зазначених факторів на продуктивність культури з визначенням ролі і місця кожного із них у формуванні урожайності та встановлення лімітуючого (І.С. Шатілов, М.К. Каюмов, С.Д. Лисогоров, В.О. Ушкаренко, В.Д. Муха, В.А. Пелипець, І.Т. Нетіс, А.О. Лимарь, В.І. Панченко та інші). Оскільки на переважній більшості території держави для основних культур лімітуючим фактором є волога, то виникає потреба детально розглянути вологозабезпечення вегетаційного періоду, встановити величину водопотреби для різних культур різної вірогідності та визначити показник умов доцільності зрошення.  Подальші дослідження полягали у встановленні основних параметрів зрошення, що характеризується величиною зрошувальної норми та розподілом її на протязі вегетаційного періоду з врахуванням екологічних обмежень (В.П. Остапчик, Л.М. Рекс, В.В. Шабанов, М.І Ромащенко, П.І. Ковальчук, Л.Б. Лелявський, Г.Т. Селянинов, О.Д. Сиротенко, І.П. Айдаров, А.І. Голованов та інші). Враховуючи далеко неповну реалізацію прийнятої в проекті зрошувальної норми за роками, виникає необхідність розглядати можливість підвищення ефективності використання водно-земельних ресурсів через реалізацію рухомого зрошення та “земель-супутників” (М.С. Горюнов, К.І. Шавва, В.І. Благодатний, Д.Т. Зузік, С.М. Алпатьє та інші). Важливим елементом обгрунтування зрошення є встановлення можливого, проектного та економічно доцільного рівня урожайності  в умовах зрошення даної зони, оскільки ця величини при всіх інших рівних умовах буде визначатися рівнем природної вологозабезпеченості (В.В. Шабанов, О.Д. Сиротенко, Н.М. Соляник, П.В. Клюшин, Е.П. Галямін, Р.Н. Горбачева та інші).    

Проблема оптимізації внутрішніх умов полягає перш за все в реалізації основних принципів програмування урожайності як в умовах природного зволоження так і в умовах зрошення. Метою таких досліджень є встановлення лімітуючих факторів, які можуть бути оптимізовані технологічними прийомами. За основу прийнято розроблені для зрошуваних умов Півдня України моделі залежності урожайності від таких факторів як передполивна вологість грунту, глибина основного обробітку, дози добрив, густота посіву, тривалість вегетаційного періоду повторних посівів (С.Д. Лисогоров, В.О. Ушкаренко, А.О.Лимарь, А.А. Собко та інші). Зазначені фактори в конкретних умовах можуть бути лімітуючими і в зоні Лісостепу, проте характер таких моделей повинен бути описаний рівняннями не прямолінійної множинної регресії, а криволінійної. Це пояснюється тим, що умови природного зволоження, як фон в даній зоні, можуть перевищувати оптимальне значення, а це може викликати неоднозначний вплив інших факторів на урожайність культури.

Відомо, що метою будь-якої оптимізації факторів є формування того чи іншого рівня врожайності. В умовах переходу сільськогосподарського виробництва на ринкові засади проблема полягає у формуванні не найбільшого, а економічно найбільш доцільного рівня врожайності. Факторами, які визначають цей вибір, крім рівня агротехніки, є ринкові умови – ціни на добрива, пестициди, пальне, послуги і т.д. з одного боку, та ціна на продукцію – з іншого. Це обумовлює необхідність економічного вибору варіанта запрограмованого рівня врожаю, тобто вимагає економічного програмування. Визначення техгологічних, організаційних і ринкових складових можна здійснити із застосуванням комп’ютерних технологій. Крім того, під кутом зору оцінки існуючого стану речей та аналізу отриманих результатів слід розглядати й проблему оцінки економічної доцільності застосування зрошення та добрив, що загалом дозволяє формулювати вимоги до ціни на продукцію і добрива, з одного боку, та витрат на зрошення – з іншого. На підставі цього може бути встановлений необхідний рівень агротехніки та необхідна ефективність зрошення.

На відміну від економічного обґрунтування рівня врожайності, пов’язаного з кон’юктурою ринкових відносин, енергетичне обґрунтування вважається більш сталим та об’єктивним (М. Адамович, І.К. Александров, Є.І. Базаров, А.О. Лимарь, В.Ф. Ківер, О.К. Медведовський, П.І. Іваненко та інші). Власне проблема полягає у встановленні укрупнених енергетичних показників технологічних витрат, з одного боку, та у визначенні критерію енергозбереження – з іншого.Отже не викликає сумніву, що тільки та частина енергетичності врожаю, яка сформована за рахунок використання поновлюваної енергії, та її питома вага в структурі цієї енергетичності і є показником енергозбереження.

Ресурсозабезпечена врожайність сільськогосподарської культури як алгоритм її можливостей у конкретних умовах

            При обґрунтуванні доцільності та можливої ефективності зрошення необхідно визначитися перш за все з рівнем природного забезпечення вологою, як одним  із факторів росту, в умовах кожної конкретної зони. Забезпеченість даним фактором у тих чи інших умовах слід розглядати на фоні природної забезпеченості іншими екологічними факторами, що дає змогу визначитися з роллю і місцем кожного з них у формуванні врожаю. З іншого боку, встановлення ресурсозабезпеченого врожаю є необхідним першочерговим розрахунком при програмуванні продуктивності культури як в богарних умовах, так і при зрошенні. На першому етапі програмування необхідно визначитися з можливостями природних ресурсів і тими врожаями, які вони можуть сформувати. Відомо, що такими ресурсами є фотосинтетична активна радіація (ФАР), волога, тепло та природна родючість ґрунтів. Слід відзначити, що всі ці ресурси, крім родючості ґрунтів, коливаються по роках у різних межах і мають випадковий характер. Це пояснює необхідність розглядати ресурсозабезпечений урожай не тільки для середніх умов (М.К. Каюмов, В.Д. Муха та інші), що призводить до значного спрощення таких розрахунків і значно знижує достовірність висновків, але і в усьому можливому діапазоні зміни природних ресурсів, тобто проводити їх  вірогіднісний аналіз.

            Аналіз існуючих способів та методів визначення кількісного впливу основних факторів росту на урожайність культури (М.К. Каюмов, В.Д. Муха, О.М. Костяков,

Рис.1 Вірогідносна крива ресурсозабезпеченої врожайності цукрових буряків (МС Суми):

ПУ –  потенційна врожайність;

КУ_В – кліматично забезпечена врожайність ресурсами вологи;

КУ_t – кліматично забезпечена врожайність ресурсами тепла при співвідношенні вологих і теплих умов (КУ_t,1) та вологих і холодних (КУ_t,2) умов;

У_бон – урожайність за рахунок природної родючості ґрунту.

В.А. Пелипець, І.С. Шатілов, А.І. Столяров, А.М. Рябчиков та ін.) дозволив розробити методичні основи вірогіднісної оцінки впливу цих факторів в усьому їх можливому діапазоні значень (рис. 1). При цьому вдалося в одному масштабі визначити і порівняти всі можливі рівні врожайності: потенційний (ПУ), кліматично забезпечений ресурсами вологи (КУ_В) і тепла (КУ_t) та урожайність за природною родючістю ґрунтів (У_бон).

            Потенційний урожай враховувався як за умови врахування основної та побічної продукції, так і при врахуванні кореневих залишків, тобто частини сформованої біомаси. Враховуючи, що даний рівень врожайності є максимальним, прихід ФАР може бути використаний як норма.

При встановлені кліматично забезпечених врожаїв ресурсами тепла та вологи необхідною умовою є перш за все визначення можливих значень цих ресурсів. Величину кліматично забезпеченого врожаю за ресурсами тепла доцільно визначати найбільш адекватним для даних цілей  методом, який враховує біокліматичний потенціал (БКП). При цьому сформульоване принципово інше функціональне значення коефіцієнта культури землеробства (КЗ), що в даному разі означає урожайність (т/га), яка може бути сформовано кожною 1000⁰С.

При встановленні кліматично забезпеченого врожаю за ресурсами вологи  враховувалась вся можлива кількість продуктивної вологи (в ґрунті  і опади) та залежність між урожайністю (У) та сумарним водоспоживанням (Е).

Визначення урожайності за рахунок природної родючості ґрунтів (У_БОН) може бути проведене як балансовим методом так і методом окупності.

Наведені вище розрахунки є потенційною можливістю конкретної культури формувати урожай у конкретних ґрунтово-кліматичних умовах, алгоритмом її можливостей. Розрахунки по основних культурах дозволяють визначитись з рівнем забезпеченості культури природними факторами, перш за все вологою, і прогнозувати можливу ефективність внесених добрив. До того ж аналіз цих даних може бути основою для можливого інвестування чи не інвестування як галузі в цілому так і окремої культури. 

            Встановлено, що такий фактор як рівень агротехніки, що включає в себе технологію вирощування культури взагалі, або окремі технологічні заходи, може істотно впливати на ефективність використання  природних ресурсів.

Агрокліматичні параметри зони – основа для прийняття

оптимізаційних рішень

Особливістю зони нестійкого природного зволоження, до якої належать територія північно-східної частини України, є наявність років як з достатньою, так і недостатньою кількістю атмосферних опадів. Значна кількість атмосферних опадів, які випадають в окремі роки і місяці, істотно впливає як на розширення зрошуваних земель в цій зоні, так і на якість експлуатації існуючих.

Наразі існує досить багато різних методів оцінки території за необхідністю проведення меліорації (О.М. Костяков, Г.Т. Селянінов, С.А. Сапожнікова, Н.Н. Іванов, С.М. Алпатьєв,  А.М. Алпатьєв, Д.І. Шашко, А.А. Черкасов, В.П. Остапчик, Е.П. Панов, Д.Б. Циприс,  Г.В. Ільменко, та ін.). У результаті порівняльного аналізу оцінок умов природного зволоження даної зони однозначно встановлено, що найбільш об’єктивним і повним показником є дефіцит водного балансу, який і був прийнятий при всіх подальших розрахунках.

Проведені розрахунки за 34-річний період спостережень для семи метеостанцій, розміщених на території Сумської області, яка в даному випадку була взята за приклад, дозволили побудувати і проаналізувати 77 емпіричних вірогідносних рядів дефіциту водного балансу як по окремих місяцях, так і по вегетаційним періодам деяких культур.  Крім того проведені розрахунки дозволили визначитись з таким показником як вірогідність необхідності в зрошенні (Р_i), що являє собою частоту посушливих років, з різного роду уточненнями та обмеженнями. Це дало змогу досить повно оцінити умови природного зволоження як за окремими періодами так і території в цілому. Результатами таких розрахунків стало районування території області з точки зору потреби в зрошенні та за середніми значеннями (Р=50-75%) зрошувальної норми.

Усі емпіричні вірогіднісні ряди було статистично опрацьовано і математично визначенно різні за природним зволоженням роки на майбутнє, що тією чи іншою мірою слід вважати як агрометеорологічний прогноз. Аналіз методів такої оцінки (А.К.Митропольський,  Г.Л.Громико, Д.П.Соколовский, А.Н.Іванов  Т.А.Неговска, П.А.Ляпічев, Н.А.Картвелішвілі, Б.А.Доспехов, В.Г.Вольф та інші) показав, що найбільш повним та універсальним є графоаналітичний метод Г.А.Алексеева (1960), за свою відносну простоту та можливість застосування за будь-якого типу розподілу.

Встановлено, що з точки зору адекватності даного методу фактичним значенням, він є досить точним і в діапазоні вірогідностей 40-80% дає достатньо близькі результати. По суті проведених визначень можна констатувати, що в переважній більшості випадків (69 із 77) посушливі умови повторюються значно частіше ніж вологі. Крім того встановлено, що за даними семи  метеостанцій в умовах самих північних (Глухів та Хутір Михайлівський) найбільш посушливим місяцем є червень, а в інших – травень. Зрозуміло, що умови в ці періоди досить часто є лімітуючими, оскільки саме вони визначають одержання сходів та формування густоти посіву.

Проектна врожайність сільськогосподарських культур

 в умовах зрошення

            Обґрунтування доцільності впровадження зрошення в тій чи іншій зоні та встановлення проектної величини врожайності сільськогосподарських культур є  необхідною початковою умовою. При цьому з точки зору порівняльного аналізу та оцінки можливої ефективності даного заходу неабияке значення має так звана проектна прибавка врожайності, що являє собою різницю між проектною та фактичною врожайністю.

            Відомо, що проектна врожайність, як і її прибавка від зрошення, залежать від особливостей культури і умов природного зволоження, з одного боку, та співвідношення дуже багатьох чинників, яке  може бути яким завгодно, – з іншого. Встановлення математичної залежності урожайності  культури від рівня забезпечення вологою при існуючому чи можливому співвідношенні інших факторів є необхідною умовою для подальшого проведення конкретних розрахунків.

            Не виникає сумніву, що створення моделі відгуку продуктивності культури на водний фактор є проблемою актуальною і постійно існуючою. Її складність полягає в тому, що визначення кількісного впливу вологи на урожайність культури так чи інакше вимагає врахування як внутрішніх (біологічних особливостей культури і сорту та технології), так і зовнішніх (забезпеченість іншими факторами росту) чинників, вплив яких при відповідних їх співвідношеннях може бути дуже суттєвим. У ряді випадків ця суттєвість може привести до незначної істотності впливу основного фактора (вологи) на врожайність культури, тобто  коли лімітуючим фактором стає не вологозабезпеченість посіву, а забезпеченість, наприклад, теплом, мікро- чи макроелементами і т.п. Це пояснюється наявністю значної кількості таких моделей  і далеко не завжди їх однозначністю. Зазначимо, що в загальному агробіоценоз, будучи досить складною системою, є поки що мало вивченим. Отже будь-яка формалізація його структури завжди є явно наближеною. З точки зору вирішення поставленої задачі проблема полягає у виборі чи створенні такої моделі, яка так чи інакше дозволила б установити кількісний вплив одного чи сукупності факторів на формування врожаю як кінцевий результат функціонування агробіоценозу.