Используйте свой социальный профиль для входа

Научные основы рационального использования агроресурсного потенциала территории в различных почвенно-климатических условиях Украины

Управленческие решения на государственном, отраслевом и хозяйственном уровнях могут приниматься лишь на основании всестороннего анализа информации об объекте управления. Особенно актуальна эта проблема в агропромышленном комплексе. Для более качественного информационного обеспечения сельскохозяйственного производства, прогнозирования его развития возникла необходимость в создании системы мониторинга агроресурсов. Ее целесообразно организовывать на базе региональных научных центров обеспечения агропромышленного производства, их стационарных агротехнических опытов, являющихся информационной базой при прогнозировании эффективности агроклиматических, почвенных, биологических, промышленных ресурсов, а также продуктивности отдельных культур и агросистем в целом. Апробация различных сценариев и моделей развития аграрного производства может базироваться на познании закономерностей круговорота веществ, потоков энергии с целью частичной замены не возобновляемых промышленных ресурсов биологическими с учетом прогнозируемых агрометеорологических факторов.

Например, стационарные опыты с удобрениями моделируют агротехнологии, характерные для определенной специализации сельскохозяйственного производства. Вариант без удобрений в опытах используется как контроль и может рассматриваться как модель производства растениеводческой специализации со сжиганием или отчуждением с поля побочной продукции урожая. Применение на удобрение соломы, всей побочной продукции, сидерации или их различных комбинаций с минеральными удобрениями также присуще растениеводческому направлению производства. Развитие отрасли животноводства предполагает использование большей части или всей растительной биомассы на корм скоту и подстилку. Применение навоза в разных дозах связывается с развитием животноводческой специализации и определенной насыщенностью землепользования сельскохозяйственными животными. Например, дозы навоза в пределах 7—24 т/га моделируют соотношение животных и пашни от 70 до 240 условных голов на 100 га площадей. Таким образом, наличие различных вариантов в долгосрочных агротехнических опытах позволяет моделировать и прогнозировать результаты хозяйственной деятельности, исходя из реальных производственных показателей, в т.ч. структуры посевных площадей, состояния плодородия почвы, ресурсного обеспечения, численности сельскохозяйственных животных, фактических или ожидаемых агрометеорологических условий.

На практике и в полевых агротехнических опытах полевые культуры по-разному реагируют на органические, минеральные удобрения и их комбинации в связи с особенностями климатических условий в разные годы. Однако в контролируемых условиях опытов, при наличии ряда данных по урожайности культур при разных системах удобрений встречаются годы–аналоги, которые сходны по уровню урожайности отдельных культур, продуктивности севооборотов и агрометеорологическому обеспечению. Анализ такой информации с помощью современных информационных технологий позволяет осуществлять прогноз эффективности агротехнических мероприятий, отвечающих хозяйственной специализации и с учетом ожидаемых погодных условий. Следовательно, агротехнологические рекомендации, базирующиеся на экспериментальных данных, позволяют корректировать управленческие решения разного уровня и, следовательно, более эффективно использовать имеющиеся агроресурсы.

Разные виды агроресурсов взаимосвязаны и находятся в постоянном взаимодействии (рис. 1). При этом минимальное значение какого-либо фактора лимитирует эффективное использование всех других, находящихся на оптимальном уровне. Долгосрочный прогноз агрометеорологического обеспечения позволяет планировать урожайность основных полевых культур. Ожидаемые показатели развития отрасли животноводства определяют потребность в кормах, площади посева и продуктивность кормовых культур, объемы накопления навоза и производства животноводческой продукции. Излишки нетоварной части урожая также являются ценным агроресурсом. По уровню урожайности полевых культур можно предусмотреть объемы накопления соломы и стеблевой массы и рекомендовать технологические приемы их рационального использования в связи с особенностями года. Информацию об ожидаемом уровне урожая, объемах побочной продукции, накоплении отходов животноводства используют для определения потребности в трудовых и промышленных ресурсах — технике, энергоносителях, агрохимикатах, семенах с учетом ожидаемых агрометеоусловий следующего года. В свою очередь, агротехнологи должны обеспечивать эффективное использование и рациональное сочетание промышленных, агрометео- и биоресурсов (осадки, тепловой режим, биологический азот, отходы животноводства и растениеводства, биомасса сидератов) на основе воспроизводства плодородия почвы. Научно-обоснованные показатели масштабов применения тех или иных агротехнологий в разных почвенно-климатических условиях используются для прогнозирования и своевременного регулирования изменений в качественных характеристиках почв, запасах органического углерода, элементах питания, обеспечивающих эффективное использование промышленных ресурсов и запланированную продуктивность посевов. Одной из важных задач комплексного мониторинга агроресурсов является перспективный анализ энегетического баланса на разных уровнях производства. Выражение всех видов ресурсов в единых энергетических единицах позволяет прогнозировать направленность развития агропроизводства. При потере агросистемой энергии, в особенности почвенной, происходит переход системы на более высокие энергетические уровни со стабильным увеличением выхода биомассы, позволяющей существенно сократить дефицит органического углерода, то есть энергии.

Рис. 1. Структура и взаимодействие климатических, возобновляемых биологических и невозобновляемых промышленных ресурсов в агроэкосистемах

Сравнительный анализ направлений энергетического развития агроэкосистем в различных почвенно-климатических условиях выполнен на примере разных вариантов агротехнологий в стационарных опытах:

Контроль (без удобрений).
Минеральная система (NPK).
Органическая система (навоз).
Органо-минеральная система (навоз + NPK), моделирующих растениеводческую, животноводческую или смешанную специализацию хозяйственной деятельности.Кроме стационарных опытов, в Черниговском ИАПП, Хмельницкой и Полтавской ГСХОС для сравнительной оценки эффективности использования агроресурсов был сделан анализ экспериментальной базы научных учреждений, которые в разные годы входили в состав НМЦ «Агроэкология» по НТП «Устойчивые агроэкосистемы»:

на дерново-подзолистых почвах Киевского Полесья Институт земледелия (Дегодюк С.Э.),
Житомирского Полесья — Институт сельского хозяйства Полесья (Стрельченко В.П.),
на черноземе обыкновенном в степной зоне — Запорожская ГСХОС (Бучек Э.Г.). Объекты исследований имеют следующие характеристики:

В Житомирском Полесье почва дерново-среднеподзолистая глинисто-песчаная, содержание гумуса — 0,94—1,29%, Nг — 43—90 мг/кг почвы, доступного фосфора — 73—191 мг/кг почвы, обменного калия — 47—112 мг/кг почвы, рНсол. — 5,88—5,73, Нг — 1,26—1,08 мг—экв. на 100 г почвы. Определялась энергетическая эффективность технологий без удобрений и с применением 9 т/га навоза на фоне N31P35K43 в севообороте: картофель, овес, клевер, озимая пшеница, лен, кукуруза, озимая пшеница, однолетние травы, озимая рожь. Посевная площадь делянки составляла 180 м², учетная 100 м², повторность 4—кратная. Определение энергетической эффективности различных агротехнологий проводилось в одном поле, через которое прошли все культуры севооборота.
В Киевском Полесье исследования проводились в севообороте: озимая пшеница, кукуруза на силос, люпин на корм, озимая рожь, картофель, ячмень, однолетние травы, озимая пшеница. Почва — дерново-подзолистая супесчаная со следующими показателями плодородия: содержание гумуса — 0,92—1,33%, Nг — 52—62 мг/кг почвы, подвижного фосфора — 34—227, обменного калия — 45—132 мг/кг почвы, рНсол. — 4,4—6,0, Нг — 2,7—0,9 мг—экв. на 100 г почвы. Посевная площадь делянки — 174 м², учетная — 100 м². Изучалась энергетическая эффективность агротехнологий, базирующихся на органических, минеральных и органо-минеральных системах применения удобрений. Органические удобрения вносилось под кукурузу на силос (36 и 72 т/га навоза) и картофель (60 и 120 т/га навоза), минеральные — под кукурузу на силос N120Р90К90 и N240Р180К180, под картофель N120Р80К180 и N240Р160К360, озимые N80Р60К60 и N160Р120К120 и ячмень N60Р60К60 и N120Р120К120. Кормовой люпин и однолетние травы использовали последействие удобрений.
В Степи севооборот: черный пар, озимая пшеница, кукуруза на зерно, ячмень, горох, озимая пшеница. Показатели плодородия чернозема обыкновенного: содержание гумуса 3,11—3,52%, Nг — 103—116 мг/кг почвы, доступного фосфора 124—318 мг/кг почвы, обменного калия 137—220 мг/кг почвы, рН сол. 6,1—6,8, Нг 0,5—0,9 мг-экв. на 100 г почвы.

Схема опыта:
Контроль (без удобрений).
Навоз 7 т/га — фон.
Фон+N63P42К29.

Установлено, что в среднем показатели энергозатрат по севооборотам в различных почвенно-климатических условиях на контроле колеблются в пределах 9,6—13,3 ГДж/га (рис. 2). В основном их значения зависят от уровня урожайности и состава культур в севооборотах, биомасса которых при уборке имеет высокую влажность, что требует дополнительных затрат энергии. По сравнению с естественным плодородием (контроль) при внесении средних доз минеральных удобрений (150—200 кг/га) энергоемкость агротехнологий возрастает более чем в 2 раза, что свидетельствует о сопоставимости суммарных затрат на выполнение минимума технологических операций и энергетического эквивалента самих минеральных туков.

Рис. 2. Затраты антропогенной энергии при применении различных агротехнологий в среднем по севооборотам, ГДж/га в год.

Агротехнологии, основаные на применении только высоких доз навоза (20—24 т/га), имеют такую же энергоемкость, как при использовании минеральных удобрений в дозах 300—350 кг/га. Соответственно при сочетании средних доз органических и минеральных удобрений энергоемкость агротехнологий остается на таком же уровне. Для обеспечения продуктивности севооборотов выше 50 ц к.ед./га затраты, связанные с применением удобрений, должны составлять около половины общей энергоемкости агротехнологий.

В Западной Лесостепи на фоне естественного плодородия чернозема оподзоленного по сравнению с другими регионами достигнут максимальный уровень продуктивности — 112 ГДж/га (1 ц к.ед.≈1,9 ГДж). В других почвенно-климатических условиях показатели энергии урожая и на контроле одинаковы и колеблются в пределах 72—91 ГДж/га, что соответствует 38—48 ц к.ед./га (табл. 1).

Таким образом, при соблюдении зональных агротехнических требований к выращиванию культур можно обеспечить достаточно высокий уровень продуктивности только за счет почвенно-климатического фактора. Однако в динамике по годам (рис. 3) наблюдается достоверная закономерность снижения продуктивности севооборотов как на контроле, так и при недостаточном количестве удобрений. Например, в стабильно благоприятных климатических условиях Западной Лесостепи колебания продуктивности зерно-пропашного севооборота без многолетних трав по годам довольно незначительны, что позволило в варианте без удобрений установить достоверную закономерность снижения выхода продукции с темпами в среднем 1,4 ц к.ед./га в год. Минеральные удобрения как будто бы стабилизируют продуктивность севооборота, но полученная закономерность недостоверна, что свидетельствует о неустойчивом влиянии минеральной системы удобрения на урожайность культур. Органическая система с высокой дозой навоза (24 т/га) и органо-минеральные системы удобрения, обеспечивающие бездефицитный или положительный баланс гумуса и биогенных элементов, наоборот, достоверно ежегодно повышают продуктивность на 1—3 ц к.ед./га. Таким образом, продуктивность пашни постепенно и закономерно возрастает при систематическом применении сбалансированных систем удобрения.

Рис.3 Динамика продуктивности зерно-пропашного севооборота при различных системах удобрения в Западной Лесостепи, ц к.ед./га

В среднем по типичному для Западной Лесостепи зерно-пропашному севообороту, минеральная система удобрения на черноземе оподзоленном обеспечивает выход энергии урожая на уровне 144 ГДж/га, а в Черниговском и Киевском Полесье значительно меньше — 119 и 102 ГДж/га. По влиянию на продуктивность агроэкосистем минеральная система удобрений приближается к органической во всех почвенно-климатических условиях (рис. 4).

Рис. 4. Выход энергии урожая при различных системах применения удобрений (в среднем по севооборотам), ГДж/га

В Левобережной Лесостепи и Степи в результате применения органо-минеральной системы выход энергии урожая увеличивается соответственно до 122 и 144 ГДж/га, а при использовании только навоза — 104 и 103 ГДж/га. В Черниговском Полесье органо-минеральная система увеличивает выход энергии до 126 ГДж/га, что на 6—7 ГДж/га больше, чем при раздельном внесении органических и минеральных удобрений. В Киевском Полесье этот показатель при совмещении навоза и минеральных удобрений составляет 112 ГДж/га, а при раздельном их применении — на 10—12 ГДж/га меньше. Наибольшее накопление энергии (165,0 ГДж/га) органо-минеральная система удобрения обеспечивает на черноземе оподзоленном с преобладанием над раздельным применением навоза и NPK на 14—19 ГДж/га, или на 9—11%. В итоге, с точки зрения продуктивности агроэкосистем, полученные экспериментальные данные указывают на целесообразность и перспективность комбинированных органо-минеральных систем удобрения на разных типах почв.

Сравнение в динамике продуктивности севооборотов в варианте без удобрений и при органо-минеральной системе удобрения показало, что агроклиматические факторы, лимитируя урожай на контроле, распространяют свое действие и на эффективность удобрений. Эта закономерность прослеживается по всем объектам исследований. На рис. 5 показано динамику продуктивности типичного полесского севооборота, из которого видно, что по данному показателю 1992, 1994, 1995 и 2001 гг., 1996 и 2000 гг., 1993 и 1998 или на контроле 1991 и 1997 гг. аналогичны. То есть ретроспективное выявление особенностей метеоусловий в годы-аналоги позволяет прогнозировать их влияние на эффективность различных агротехнологических мероприятий в будущем.

Таблица 1.Изменение продуктивности культур (основная + побочная продукция) под влиянием удобрений в разных почвенно-климатических условиях, ц к.ед./га

Зона и культуры Контроль Навоз+NPK Зона и культуры Контроль Навоз+NPK
Киевское Полесье Западная Лесостепь
Озимая пшеница 49,3 65,8 Озимая пшеница 56,8 79,7
Кукуруза на силос 49,4 63,5 Сахарная свекла 73,9 111,1
Люпин на з/м 68,9 87,7 Ячмень 38,8 66,3
Озимая рожь 50,7 71,5 Кукуруза 91,7 122,4
Картофель 17,6 34,8 Горох 35,9 58,2
Ячмень 10,7 25,9 В среднем 59,4 87,5
Вико-овес 43,2 82,6
Озимая пшеница 49,4 63,9
В среднем 42,2 62
Житомирское Полесье Левобережная Лесостепь
Картофель 54,2 87,5 Озимая пшеница 43,9 56,8
Овес 32,3 42,7 Кукуруза 93,4 101,1
Клевер з/м 87,4 106,8 Кукуруза з/м 47,2 61,6
Озимая пшеница 49,8 53,5 Озимая пшеница 25,0 44,2
Лен 11,7 14,9 Сахарная свекла 66,8 99,8
Кукуруза з/м 76,4 133,0 Ячмень 19,3 33,0
Озимая пшеница 14,6 35,4 Горох 38,6 43,1
Вико-овес з/м 31,7 61,9 В среднем 47,7 58,1
Озимая рожь 28,9 46,1
В среднем 43,0 64,6
Черниговское Полесье Степь
Клевер 39,1 55,6 Озимая пшеница 62,6 70,8
Озимая пшеница 37,2 53,5 Кукуруза на зерно 84,6 177,0
Кукуруза 57,0 90,1 Ячмень 16,0 80,2
Ячмень 17,6 35,1 Горох 36,9 44,9
Люпин 53,1 55,6 Озимая пшеница 33,0 56,7
Озимая рожь 34,0 47,8 Подсолнечник 23,2 24,8
Картофель 45,3 83,0 В среднем 42,7 75,7
Овес 21,9 33,1
В среднем 38,2 56,7

Энергоемкость почвы определяется запасами органического углерода и показателями удельной теплоты его горения, которые колеблются от 40—100 Ккал/кг у дерново-подзолистых и серых оподзоленных почв до 230—260 Ккал/кг у черноземов типичных. На дерново-подзолистых почвах на контроле энергопотенциал ежегодно сокращается на 4—6 ГДж/га. На более богатых органическим веществом черноземах потери почвенной энергии достигают 28 ГДж/га. Если предположить, что общая площадь почв с сокращающимся содержанием гумуса составляет 20 млн га, а средние годовые потери почвенной энергии — среднее между минимальным (4 ГДж/га) и максимальным (28 ГДж/га) значениями — 16 ГДж/га, то общие потери энергии достигнут 320 млн ГДж. При этом ежегодно продуктивность пашни будет сокращаться минимум на 1 ц к.ед./га, или на 2 ГДж/га, то есть теряется еще 40 млн. ГДж. В сумме это составляет 360 млн. ГДж, что почти эквивалентно 10 млн т нефти, или 16 млн т каменного угля, добыча которых в Украине составляет соответственно 2,6 и 7,6 млн т в год.

Если направленность и темпы энергетической деградации почвенного покрова на современном этапе именно такие, то становится очевидной необходимость активных мер по ограничению огромных непродуктивных потерями органического углерода и энергии в агросфере Украины. Эта проблема должна решаться путем внесения компенсирующих доз органического вещества. В Лесостепи на черноземных почвах в интенсивных зерно-пропашных севооборотах без трав это может быть 2 т/га органического углерода в виде соломы, либо 3—4 т/га в виде навоза или всей побочной продукции. На дерново-подзолистых почвах Полесья при наличии в севообороте многолетних бобовых трав для воспроизводства гумусного состояния достаточно вносить 1,5—2,0 т/га органического углерода. В этих условиях при внесении только минеральных удобрений (150—200 кг/га) потери энергии сокращаются и составляют 1—3 ГДж/га, что объясняется приростом массы корневых и послеуборочных остатков в результате увеличения урожайности культур. На черноземе оподзоленном в зерно-пропашном севообороте без трав при минеральной системе удобрения в результате усиления минерализационных процессов снижение почвенного энергопотенциала даже выше, чем на контроле, и достигает 31 ГДж/га в год.

Рис. 5. Динамика продуктивности зерно-пропашного севооборота в Полесье (стационарный агротехнический опыт Черниговского ИАПП)

При органических системах удобрения (20 и 24 т/га) ежегодное накопление энергии в дерново-подзолистой почве Черниговского Полесья составляет 9, а на черноземе оподзоленном 15 ГДж/га (рис. 6). В Лесостепи и Степи на черноземе типичном и обыкновенном в интенсивных зерно-пропашных севооборотах без трав систематическое внесение 10 и 7 т/га (?1,2 и 0,8 т/га органического углерода) относительно контроля сокращает потери почвенной энергии соответственно на 28 и 21%. Это свидетельствует о том, что при таких условиях хозяйствования необходимо существенно увеличивать объемы поступления органического вещества в почву, в том числе за счет многолетних бобовых трав.

Органо-минеральные системы удобрения положительно влияют на накопление энергии в дерново-подзолистых почвах ежегодно в пределах 2—6 ГДж/га. На черноземе оподзоленном 12 т/га навоза совместно с минеральными туками стабилизирует энергетическое состояние почвы, а на черноземах типичном и обыкновенном действие органо-минеральных систем удобрения на почвенный энергопотенциал равноценно органическим.

Необходимо отметить, что сравниваемые агротехнологии во всех почвенно-климатических условиях энергетически прибыльные. Очевидно, что при оценке вариантов систем удобрения по общепринятому показателю — коэффициенту энергетической эффективности без учета их действия на энергопотенциал почвы (КЭЭп) во всех почвенно-климатических условиях преимущество имеют малозатратные технологии выращивания сельскохозяйственных культур без применения удобрений. Выход энергии урожая на единицу антропогенных затрат в Полесье на дерново-подзолистых почвах по контрольным вариантам всех опытов был на одном уровне и колебался в пределах 6,1—6,6 ГДж/га. При внесении удобрений энергетическая эффективность производства резко падает. На черноземных почвах наблюдается аналогичная закономерность, однако в связи с меньшей энергоемкостью производственного цикла в севооборотах Лесостепи и Степи по показателю КЭЭ применение агротехнологий как с органическими и минеральными удобрениями, так и без них имеет более высокую энергетическую эффективность по сравнению с полесскими севооборотами.

Следовательно, при меньших затратах ресурсов землепользователям энергетически выгодно применять агротехнологии без удобрений даже при меньшем выходе энергии урожая. При таком ведении земледелия весь производственный цикл формируется только из тех технологических операций, без которых невозможно обойтись (обработка почвы, посев и уборка урожая). Он направлен на мобилизацию энергетических запасов почвы, которые сельскохозяйственной деятельности является получение прибыли за счет использования почвенной энергии, которая, как правило, сопровождается экологической дестабилизацией и катастрофической деградацией всей глобальной агроэкосистемы. Такое использование земельных ресурсов направлено на получение прибыли за счет текущего производственного цикла без учета неизбежных отрицательных последствий. Оно в большинстве краткосрочное, поскольку почвы истощаются, усиливаются разные деградационные процессы, теряется устойчивость производства продукции, энергетическая и экономическая эффективность приближается к порогу целесообразности.

Рис. 6. Изменение энергопотенциала почв под влиянием разных агротехнологий в среднем по севооборотам за год

Понимание биоэнергетической сущности сельскохозяйственного производства и, прежде всего, использования потенциала почвенного плодородия позволяет обеспечить долгосрочное, стабильное, динамичное развитие землепользования с целенаправленным регулированием круговорота вещества и потоков энергии в процессе сельскохозяйственного производства. При обеспечении воспроизводства и улучшения энергетического состояния почвенного покрова с течением времени возрастает выход энергии с урожаем (1—3 ц к.ед./га за год), в системе идет накопление энергии, она переходит на более высокие энергетические уровни. В результате этого повышается окупаемость затраченных невозобновляемых ресурсов, энергетическая эффективность производства и прибыль при обеспечении экологической устойчивости окружающей среды. Для обеспечения такого направления развития необходима объективная оценка агротехнологий на основе полного анализа всех звеньев круговорота веществ для оптимизации энергетических потоков и обменов в агроэкосистеме. При наличии соответствующей информации появляется возможность определить объемы отложенных на будущее антропогенных ресурсов для воспроизводства исходного энергетического состояния землепользования, в том числе почвы.

Коэффициент энергетической эффективности с учетом влияния агротехнологий на энергопотенциал почвы в отличие от общепринятого показателя оказался самым низким на контроле и при минеральной системе удобрения (рис. 7). В полесских севооборотах он отличается несущественно и колеблется в пределах 4,4—4,9, а на черноземных почвах при более значительных потерях почвенной энергии — 2,5—3,0. Естественно, что при использовании органических и минеральных удобрений на всех почвенных разностях КЭЭп существенно возрастает. Максимальный выход энергии урожая на единицу затрат невозобновляемой энергии в Полесье обеспечивается при применении органо-минеральных систем удобрения в сочетании с повышенными дозами (13 т/га) навоза (или другого органического удобрения в эквиваленте по органическому углероду) и 150—170 кг/га минеральных удобрений (КЭЭп=9), а также при внесении высоких доз — 20 т/га навоза (КЭЭп=8). В условиях достаточного увлажнения в Лесостепи также преимущество имеет органическая система удобрения — 24 т/га навоза ((КЭЭп=15), а также органо-минеральная — 12 т/га навоза или в эквиваленте другого органического удобрения с 150—170 кг/га NPK (КЭЭп=6).

Рис. 7. Сравнительная энергетическая оценка агротехнологий в различных почвенно-климатических условиях

Таким образом, во всех природно-климатических зонах Украины высокая эколого-энергетическая эффективность агротехнологий формируется при условии воспроизводства и улучшения энергетических параметров почв. Достигается это при систематическом обеспечении энергетических потребностей почвенных микроорганизмов органическим углеродом при поддержке оптимального баланса элементов питания в севооборотах. Для производства, с точки зрения энергетической эффективности, при животноводческой специализации рекомендуются агротехнологии с внесением высоких доз навоза (КЭЭп=8—15), при растениеводческой специализации с развитым животноводством — средних доз навоза в сочетании с 150—170 кг/га минеральных удобрений (КЭЭп=5—9), а при растениеводческой специализации — всей побочной продукции в сочетании с 150—170 кг/га NPK (КЭЭп≈6). Следует учитывать и то, что в интенсивных зерно-пропашных севооборотах без трав средних доз навоза или всех отходов растениеводства может быть недостаточно для воспроизводства энергопотенциала почвы (КЭЭп=3—4) и для решения этой проблемы в севооборот целесообразно вводить поле многолетних трав (КЭЭп=5—6).

Реализация на практике этих положений позволяет не только значительно повысить эффективность производства и продуктивность севооборотов (до 100 ц к.ед./га), но и обеспечить стабильный рост этого показателя в среднем на 1 ц к.ед./га в год. При повышении урожайности культур увеличится вынос биогенных элементов, что приведет к необходимости корректирования доз минеральных удобрений с учетом оптимальной интенсивности баланса относительно конкретных уровней обеспеченности.

При формировании севооборотов необходимо также учитывать, что кукуруза во всех почвенно-климатических условиях лучше всего использует как естественный потенциал плодородия почв, так и действие внесенных удобрений. В Полесье с этой точки зрения заслуживают внимания также люпин и клевер, Лесостепи — сахарная свекла. Обязательным условием является то, что высокая энергетическая эффективность должна сопровождаться высокой продуктивностью, агротехнологии в разных почвенно-климатических условиях должны соответствовать следующим показателям. В Полесье высокая энергетическая эффективность (КЭЭп=6—8) при продуктивности севооборотов (65—70 ц к.ед./га) отмечается при систематическом внесении высоких доз навоза (20—24 т/га), а также при органо-минеральных системах удобрения. На не удобренном фоне (контроль) и при минеральной системе удобрения за счет значительных потерь почвенной энергии в результате минерализации гумуса КЭЭп снижается до 4,3—4,4 при продуктивности 43 и 56 ц к.ед./га. Следует иметь в виду, что дополнение минеральных удобрений известкованием увеличивает КЭЭп — до 6, а продуктивность до 63 ц к.ед./га, что свидетельствует о высокой эффективности этого мероприятия, особенно в зоне Полесья на дерново-подзолистых почвах.

В благоприятных почвенно-климатических условиях Западной Лесостепи на контроле энергетическая эффективность низкая (КЭЭп=2,5) при выходе продукции 54 ц к.ед./га. Такого же уровня КЭЭп достигает на фоне минеральной системы удобрения при продуктивности севооборота 76 ц к.ед./га. Очень высокая эффективность (КЭЭп=14,6) и продуктивность севооборота (80 ц к.ед./га) достигаются на фоне высоких доз навоза (24 т/га). Для сравнения, при органо-минеральной системе удобрения эти показатели составляют, соответственно, 6,1 и 87 ц к.ед./га.

В Левобережной Лесостепи и Степи при всех агротехнологиях из-за недостатка органического углерода, поступа в почву с удобрениями и растительными остатками, в севооборотах без трав происходят дегумификация почв и их энергетическая деградация. В результате этого на контроле продуктивность севооборота соответственно составляет 49 и 40 ц к.ед./га при КЭЭп на уровне 2,5. При применении средних доз навоза (7—10 т) продуктивность возрастает до 50—55 ц к.ед./га, а при его дополнении минеральными удобрениями — до 65—70 ц к.ед./га. При этом энергетическая эффективность этих систем удобрения остается низкой — КЭЭп в пределах 3—4.

Таблица 2.Баланс энергии в зависимости от специализации производства и ресурсного обеспечения на примере стационарного опыта Хмельницкой ГСХОС, ГДж/год

Специализация Возможные системы удобрения ±ΔЕП ЕА ЕУ Баланс
Растениеводческая Без удобрений -28 -12 103 62
Сидераты, 9 т/га -28 -13 118 76
Солома, 2 т/га -24 -13 109 73
Солома + сидерат -15 -13 123 95
N110P106MK98 -31 -25 144 88
Солома + N110P106K98 -14 -25 159 120
Растениеводческо-животноводческая (120 у.г./100 га пашни) Навоз, 12 т/га + N55P53K49 -1 -26 165 138
Навоз, 12 т/га +N55P53K49 + солома + сидераты 6 -26 196 175
Животноводческая (240 у.г./100 га пашни) Навоз, 24 т/га 15 -25 151 141

На примере стационарного опыта Хмельницкой ГСХОС показаны возможности разноуровневого прогнозирования энергетического состояния агросистем в зависимости от их специализации и масштабов применения тех или других агротехнологий. Как показано в табл. 2, при растениеводческой специализации в интенсивных зерно-пропашных севооборотах без многолетних трав раздельное применение на удобрение 2 т/га севооборота соломы, 9 т/га сидератов, N110P106K98 не обеспечивает воспроизводство энергетических свойств почвы и при таких моделях развития система теряет 24—31 ГДж/га за год почвенной энергии, 2 ГДж/га (1 ц к.ед.) энергии урожая, а также 12—25 ГДж/га антропогенных ресурсов. При таких технологиях суммарные затраты энергии колеблются в пределах 38—58 ГДж/га в год. Солома в сочетании с сидератами и, особенно, совместно с минеральными удобрениями стабилизирует энергетическое состояние почвы. При растениеводческо-животноводческой и, особенно, при животноводческой специализации в результате поступления в почву достаточного количества органического вещества происходит переход системы на новый энергетический уровень, который соответственно сопровождается значительным повышением продуктивности и улучшением энергетического баланса в агроэкосистеме.

Следовательно, такой подход к оценке энергетического баланса агросистем позволяет значительно улучшить эффективность производства путем соответствующей обработки статистической информации относительно масштабов применения различных агротехнологий, структуры посевных площадей, численности поголовья сельскохозяйственных животных, агроклиматическом обеспечении и т.д. На этой основе создаются условия для разработки оптимальных сценариев и моделей развития хозяйственной деятельности разной специализации, долгосрочного прогнозирования объемов производства продукции, определения потребности в промышленных ресурсах и возможностей их замены биологическими факторами для сокращения затрат, что позволит принимать адекватные управленческие решения.

Изложенное позволяет сделать следующие выводы:
Результаты стационарных агротехнических опытов являются теоретической базой прогнозирования плодородия почв, продуктивности агроэкосистем и моделирования их развития при разных уровнях ресурсного обеспечения и почвенно-климатических условиях.
Глобальное падение плодородия почв, уменьшение почвенного энергетического потенциала при сокращении связывания солнечной энергии в агроэкосистемах приводит к колоссальным непродуктивным энергетическим потерям, адекватным количеству энергии, добываемому в стране в виде нефти или угля.
Комплексный мониторинг почвенных, промышленных, биологических и агрометеорологических ресурсов на базе агротехнических стационарных опытов региональных научных центров обеспечения АПК позволяет прогнозировать реальные модели и сценарии развития аграрного производства для разных уровней управления, что особенно важно в условиях внешней энергетической зависимости Украины.
С учетом теоретического и практического значения стационарных агротехнических опытов необходимо создать единую базу экспериментальных данных, проанализировать и, при необходимости, скорректировать программы исследований, некоторым из них предоставить статус “Национального достояния” и обеспечить их финансовую поддержку.
Биоэнергетический анализ позволяет дать объективную всестороннюю оценку эффективности агротехнологий, систем земледелия и в целом аграрного производства.

Тарарико Ю.А., доктор сельскохозяйственных наук

Источник – agromage.com



Похожие материалы
Новости Статьи Документы