Підвищення ефективності використання природних ресурсів у землеробстві при зрошенні та реалізації принципів програмування врожаїв у Лісостепу України - Автореферат

Оскільки така особливість зони Лісостепу далеко не в повній мірі враховується існуючими методами розрахунків, тому актуальною стає проблема адекватного врахування умов природного зволоження з метою більш повного та раціонального використання ресурсу вологи на фоні різного співвідношення інших факторів. Така задача вимагає системного підходу до її розвязання з визначенням умов повного і раціонального забезпечення культури основними факторами росту з метою створення можливостей для формування запрограмованого врожаю, як функції цих факторів; зясування ролі та ступеню впливу вологи на дану функцію, як одного із факторів росту; оцінка її достатності в залежності від умов природного зволоження та економічній, екологічній і енергетичній обґрунтованості необхідної кількості цього ресурсу. При цьому в будь-якому разі встановлення математичної залежності урожайності культури від рівня забезпечення вологою при існуючому чи можливому співвідношенні інших факторів є необхідною умовою для подальшого проведення конкретних розрахунків по визначенню можливого ефекту від зрошення. Встановлена кількісна залежність необхідної щорічної прибавки врожайності при зрошенні (?У) як від економічних параметрів так і від умов природного зволоження, яка може бути використана уже на стадії техніко-економічного обґрунтування проекту: (2) де Р - вірогідність необхідності в зрошенні, %; Визначення можливої прибавки врожаю від зрошення може бути виконано кількома методами: шляхом підвищення забезпеченості культури фактором вологи через реалізацію кліматично забезпеченого врожаю (КУУ), схема якого наведена на рис.2; шляхом реалізації моделі “урожай - водний фактор” (рис.3), а також через реалізацію моделей агрометеорологічного прогнозування врожайності.Запропонована методика визначення величини ресурсозабезпеченого врожаю конкретної сільськогосподарської культури, що дозволяє в одному масштабі розглянути і оцінити роль та ступінь впливу основних зовнішніх факторів (світло, тепло, вода, природна родючість ґрунтів) на формування врожаю в залежності від ґрунтово-кліматичних умов зони в усьому можливому діапазоні значень цих факторів. Наведена методика дозволяє кількісно визначити вплив погодних умов, як одного із основних обєктивних лімітуючих факторів, на урожайність культури та їх вірогідність, що в свою чергу дає змогу оцінити кожну зону за рівнем впливу цих факторів та стратегію програмування врожаю в даних умовах. В результаті побудови та аналізу вірогідносних рядів дефіциту водного балансу вегетаційного періоду в цілому, окремо по місяцях і окремо для конкретних культур встановлено, що найбільш інтегральним показником умов природного зволоження є вірогідність необхідності зрошення. Встановлено, що визначення проектної прибавки врожаю від зрошення може бути виконане як з точки зору підвищення забезпечення культури водою як ресурсом, так і шляхом реалізації моделі “урожай - водний фактор”. Крім того доказано, що при встановленні проектної врожайності чи її прибавки від зрошення можуть бути використанні моделі агрометеорологічного прогнозування урожайності сільськогосподарських культур, адаптація яких полягає у створенні оптимальних умов зволоження і які, як і попередні методи, мають вірогідносний характер.

У дисертації розглянуті проблеми підвищення ефективності використання водно-земельних ресурсів при зрошенні в умовах Лісостепу України, що повязане з обґрунтуванням адекватних природному зволоженню, цільовому використанню системи і екологічно безпечних елементів режиму зрошення з одного боку та реалізацією основних принципів програмування врожаю в цих умова - з другого. Результати проведених досліджень дозволили сформулювати наступні основні висновки.

1. Запропонована методика визначення величини ресурсозабезпеченого врожаю конкретної сільськогосподарської культури, що дозволяє в одному масштабі розглянути і оцінити роль та ступінь впливу основних зовнішніх факторів (світло, тепло, вода, природна родючість ґрунтів) на формування врожаю в залежності від ґрунтово-кліматичних умов зони в усьому можливому діапазоні значень цих факторів. Ця методика, одержана в результаті аналізу та адаптації існуючих методів і способів по визначенню кліматично забезпеченого врожаю та кількісних і принципово функціональних їх уточнень, є комплексною і дозволяє розглядати цей показник як вірогідносний. Доказано, що рівень агротехніки взагалі та окремі технологічні заходи зокрема можуть істотно впливати на показники ефективності використання природних ресурсів, а значить і на величину ресурсозабезпеченого врожаю. Наведена методика дозволяє кількісно визначити вплив погодних умов, як одного із основних обєктивних лімітуючих факторів, на урожайність культури та їх вірогідність, що в свою чергу дає змогу оцінити кожну зону за рівнем впливу цих факторів та стратегію програмування врожаю в даних умовах.

2. В результаті побудови та аналізу вірогідносних рядів дефіциту водного балансу вегетаційного періоду в цілому, окремо по місяцях і окремо для конкретних культур встановлено, що найбільш інтегральним показником умов природного зволоження є вірогідність необхідності зрошення. Цей показник разом зі значенням дефіциту водного балансу різної вірогідності дозволяє оцінювати і районувати територію за ступенем природного зволоження та кліматичною доцільністю зрошення.

3. Доказано, що прогнозування умов природного зволоження досить точно може бути виконано графоаналітичним методом Г.А.Алексеева. При цьому встановлено, що для умов Сумської області коефіцієнти варіації в переважній більшості випадків коливається в межах 0,82-2,77, асиметрія даних рядів не вище середньої і, як правило, позитивна, що в свою чергу вказує на істотно більшу частоту посушливих років ніж вологих.

4. Аналіз існуючих моделей впливу водного фактору на урожайність сільськогосподарських культур показав, що найбільш адекватною по суті такої залежності, найбільш загальною та моделлю з мінімальним значенням емпіричних коефіцієнтів є модель, яка за формою співпадає з розподілом Пірсона I типу. При цьому в даній моделі “урожай - водний фактор” умови зволоження (j) найбільш доцільно визначати через дефіцит водного балансу вегетаційного періоду культури (DW). Доказано, що дана модель є досить гнучкою і дозволяє уточнювати її параметри ( ) в залежності від існуючого в господарстві рівня агротехніки. Результатами виробничих досліджень і аналізом статистичних (звітних) даних доказано, що реалізація сформульованих моделей дозволяє достатньо точно оцінити і фактичну урожайність культури і ступінь використання води як ресурсу.

5. Доказано, що умови природного зволоження є досить суттєвим фактором як ефективності зрошення тієї чи іншої культури, так і обґрунтованих витрат на саме зрошення. Розроблена методика кількісного співвідношення вказаних показників дозволяє уже на стадії проектного обґрунтування визначитись з можливими значеннями необхідної прибавки врожаю з одного боку та величинами капітальних вкладень і експлуатаційних витрат в залежності від необхідного чи прийнятого строку окупності - з другого. По суті встановлена залежність вказаних параметрів від умов природного зволоження означає необхідність диференційованого підходу при проектуванні конструкції зрошувальної системи в у мовах різного природного зволоження.

6. Встановлено, що визначення проектної прибавки врожаю від зрошення може бути виконане як з точки зору підвищення забезпечення культури водою як ресурсом, так і шляхом реалізації моделі “урожай - водний фактор”. Розроблені методи таких визначень доведені до можливості практичного застосування. Крім того доказано, що при встановленні проектної врожайності чи її прибавки від зрошення можуть бути використанні моделі агрометеорологічного прогнозування урожайності сільськогосподарських культур, адаптація яких полягає у створенні оптимальних умов зволоження і які, як і попередні методи, мають вірогідносний характер.

7. Розроблена методика, яка дозволяє шляхом реалізації моделі “урожай - водний фактор” уточнювати сумарне водоспоживання (Е) та коефіцієнт біологічної кривої (К) до біокліматичного методу С.М.Алпатьєва для конкретної культури в конкретних умовах у випадку, коли для даної культури це є не визначеним. Крім того встановлено залежність коефіцієнта сумарного водоспоживання від погодних умов зони та урожайності сільськогосподарських культур, що є істотно повнішою за існуючі способи. Проведені виробничі дослідження підтвердили наявність такої залежності і достатню точність запропонованої формули.

8. Доказано, що визначення величини проектної зрошувальної норми і проектного режиму зрошення є двома частинами однієї задачі і вирішуватися вони повинні одночасно. Встановлено, що визначення проектної величини зрошувальної норми як і проектного режиму зрошення можна виконати або через реалізацію такого статистичного показника як мода, або безпосередньо шляхом встановлення найбільш вірогідного режиму зрошення, однак встановлення вірогідності умов можливе тільки першим способом. Одержані дані також однозначно вказують, що вірогідність умов природного зволоження вегетаційного періоду в цілому і умов природного зволоження місяців чи декад зовсім не співпадають, так як розрахунки при цих умовах дають явно завищені значення. Реалізація запропонованого методу визначення зрошувальної норми дозволяє уже на стадії проектування обґрунтовано зменшити проектну величину зрошувальної норми на 700- 1150м3/га.

9. Встановлено, що суттєвий вплив на вибір чи визначення розрахункової забезпеченості зрошувальної норми, а отже і її величини, має врахування умов розподілу води між культурами сівозміни в роки, які є посушливішими за розрахункові. Цей розподіл може бути яким завгодно, проте він визначається цільовим використанням зрошуваної ділянки. Запропонована методика дозволяє виконати таке визначення уже на стадії техніко-економічного обґрунтування, результати якого повинні бути обмежуючими умовами при реальному проектуванні системи. Встановлено, що врахування вказаного критерію веде до коливань оптимальної вірогідності зрошувальної норми на 20-45%, а її абсолютної величини на 300-450м3/га.

10. Встановлено, що в зоні чорноземів потужних природні умови ґрунтоутворення при оптимальному забезпечені вологою ( ) характеризувались коефіцієнтом сумарного водоспоживання за Г.К.Льговим в межах . При вирощуванні сільськогосподарських культур на зрошенні в цих же умовах (к = 0,2мм/0С) для забезпечення природних показників гідротермічних умов (ГТК = 0,9-1,1) екологічно обґрунтована величина зрошувальної норми коливається від 221-176мм (МС Тернопіль) до 292-248мм (МС Умань), а її забезпеченість є явно меншою за рекомендовану в цій зоні (Р = 75%) і складає лише 40 - 50%.

11. Доказано, що величина поливної норми при встановленні будь-якого режиму зрошення (проектний, плановий чи експлуатаційний) суттєво залежить від умов природного зволоження вегетаційного періоду і є тим меншою чим вологішими є умови. Запропонована залежність дозволяє для конкретних умов конкретної культури визначити цю величину як проектну, враховуючи кількість очікуваних або можливих опадів в міжполивний період. Встановлено, що в умовах Лісостепу ця величина в залежності від культури, фази її розвитку та умов погоди в 1,4-2,0 рази є меншою за розрахункову величину. Це в свою чергу забезпечує зменшення шару зволоження ґрунту в 1,4-2,0 рази, або знижує його післяполивну вологість до (0,90 - 0,85)НВ, що в повній мірі відповідає умовам забезпечення так званого меліоративного чи адаптивного режиму зрошення.

12. Розроблена і перевірена у виробничих умовах методика визначення шляхів більш повного використання водно-земельних ресурсів на існуючих зрошувальних системах, суть якої полягає в обґрунтуванні розміру “земель-супутників”, або в реалізації принципу рухомого зрошення. При цьому основним критерієм такого обґрунтування як найбільш обєктивним є невідповідність фактичних умов природного зволоження розрахунковим.

13. Аналіз моделей урожайності сільськогосподарських культур, які одержані для умов зрошення Півдня України, сформульованих під керівництвом академіка УААН В.О.Ушкаренка, є достатньо повні та інформативні, дозволяють проводити їх подальшу реалізацію з встановленням якісних і кількісних взаємозвязків між продуктивністю культури і основними факторами росту та факторами між собою і функціонально вони можуть бути основою для програмування врожаїв на зрошуваних землях Лісостепу України. При цьому основними критеріями оцінки можуть бути ступінь використання природної родючості ґрунтів та внесених добрив в залежності від рівня забезпечення вологою, використання енергетичних ресурсів в залежності від строків сівби, встановлення співвідношення між рівнем живлення та оптимальною густотою посіву, роль і місце густоти посіву в підвищенні врожайності культури і т.п.

14. В результаті аналізу вказаних моделей можна констатувати, що проблеми, які слід вважати необхідними для вивчення на зрошуваних землях і в умовах Лісостепу аналогічні тим якісним залежностям, які встановлені для умов Півдня України: ефективність використання природної родючості ґрунтів визначається рівнем забезпечення вологою, глибиною основного обробітку ґрунту, строками сівби та густотою посіву і набуває максимальних значень при оптимальних значеннях зазначених факторів;

ефективність використання природної родючості ґрунтів і внесених добрив залежать від рівня забезпечення вологою, є величинами взаємозалежними, а ціна 1 балу бонітету ґрунту, крім всього іншого, визначається і кількістю внесених добрив: рівень урожайності кукурудзи в повторних посівах при всіх інших рівних умовах визначається ступенем використання енергетичних ресурсів, при цьому найбільш повна їх реалізація як і внесених добрив можлива тільки при ранніх строках сівби: в умовах зрошення існує досить тісна відповідність між рівнем живлення і густотою посіву, оптимальне співвідношення яких при всіх інших рівних умовах дозволяє сформувати максимальний урожай.

15. Розроблена методика оцінки впливу густоти посіву сільськогосподарських культур на їх урожайність дозволяє визначити крім оптимального її значення (Хорт) такі характеристики як базисну (Х0), при якій конкуренція в посіві відсутня, та критичну (ХК) - густота, при якій конкуренція в посіві стає істотною. Ці дані разом з відповідними значеннями продуктивності 1 рослини ( ) та урожайністю посіву загалом ( ) дають можливість значно повніше і більш аргументовано оцінити вплив даного фактору на формування врожаю та визначитися з конкурентною здатністю рослин в посіві при різних умовах вирощування.

16. Встановлено, що при економічній оцінці запрограмованого рівня врожайності сільськогосподарської культури в умовах природного зволоження суть розрахунків частіш за все зводиться до встановлення відповідності доз добрив та забезпеченості вологою. При цьому виникає ряд конкретних задач по обмеженні за ціною, кількістю, природній родючості ґрунтів тощо. Такі розрахунки можуть бути виконані за спеціально складеними компютерними програмами, розроблені алгоритми яких наводяться в роботі. При економічному обґрунтуванні запрограмованого рівня врожайності в умовах зрошення в загальні витрати крім сільськогосподарських входять і додаткові у вигляді меліоративних та екологічних. При цьому для товаровиробника проблема вибору частіш за все полягає в економічному обґрунтуванні рівня живлення на фоні оптимального забезпечення вологою при постійному значенні додаткових витрат. На відміну від такого обґрунтування в умовах богара, дози добрив доцільно розглядати тільки в зоні їх лімітуючої дії, з попередньо встановленим характером їх впливу та оптимального значення.

17. Оскільки суть енергозберігаючої технології полягає в зміні структури використання енергії на користь збільшення частки поновлювальної її частини (природної), нами розроблені і запропоновані методичні підходи такої оцінки як технології вирощування культури взагалі, так і окремих заходів, включаючи зрошення. Доказано, що додаткові витрати непоновлювальної (викопної) енергії можуть бути ефективними тільки у випадку, коли ресурс поновлювальної енергії буде достатнім для формування запрограмованого рівня врожаю.

18. Сформульовані за результатами досліджень висновки для умов Лісостепу можуть бути реалізовані на різних рівнях діяльності: при проектуванні нових, реконструкції та експлуатації існуючих зрошувальних систем уточненню підлягають такі елементи: зрошувальна норма з різного роду обмеженнями та режим зрошення; можливість розширення площі зрошення за рахунок реалізації принципу рухомого зрошення чи “земель-супутників”; проектна прибавка врожаю від зрошення, та необхідне співвідношення між капітальними та експлуатаційними витратами в залежності від умов природного зволоження;

в умовах зрошуваного землеробства уточненню підлягають такі елементи як величина поливної норми та економічна і енергетична оцінка запрограмованого рівня врожайності в існуючих ринкових умовах з вибором оптимального варіанту;

при проведенні науково-виробничих досліджень предметом подальшого вивчення і уточнення можуть бути ступінь впливу умов природного зволоження на можливість формування запрограмованого врожаю через уточнення ефективності використання природної родючості ґрунтів і внесених добрив з одного боку та окремих елементів агротехніки - з другого, як при зрошенні так і на богарі

1. Харченко О.В. Основи програмування врожаїв сільськогосподарських культур: Навчальний посібник. - Суми, Університетська книга, 1999. - 241с.

2. Харченко О.В. Основи програмування врожаїв сільськогосподарських культур: Навчальний посібник (видання друге). - Суми, Університетська книга, 2003. - 297с.

3. Харченко О.В. Водно-солевой режим почво-грунтов затопленного рисового поля в условиях центральной части Краснознаменской оросительной системы. // Бюллетень ВНИИРИСА. - Краснодар. - 1977. - вып.ХХІІІ. - С. 67 - 74.

4. Харченко О.В. Агроклиматическая характеристика территории Сумской области с точки зрения потребности сельскохозяйственных культур в орошении. //Труды Харьковского СХИ. - 1983. - Т.283. - С. 59 - 64.

5. Харченко О.В. Обоснование целесообразности орошения в зоне неустойчивого увлажнения. // Гидротехника и мелиорация - М.: Колос. - 1984. - №4. - С. 72 - 74.

6. Харченко О.В. О необходимости фильтрации оросительной воды на рисовом поле. // Почвоведение. - М.: АН СССР. - 1985. - №1. - С. 94 - 97.

7. Харченко О.В. Выбор проектной урожайности сельскохозяйственных культур на орошаемых землях в условиях неустойчивого увлажнения. // Оптимизация процессов комплексного мелиоративного регулирования. - М.: Московский гидромелиоративный институт. - 1985. - С. 106 - 109.

8. Харченко О.В. Расчет прибавки урожая от орошения. // Гидротехника и мелиорация - М.: Агропромиздат. - 1987. - №4. - С. 67 - 70.

9. Харченко О.В. Продуктивность орошаемых земель в условиях неустойчивого естественного увлажнения. // Комплексное мелиоративное регулирование. - М.: Московский гидромелиоративный институт.-1988. - С. 61 - 66.

10. Харченко О.В. Уточнение средневзвешенных за вегетационный период коэффициентов суммарного водопотребления к методу С.М.Алпатьева. // Мелиорация и водное хозяйство. - 1989. - вып. 71. - С. 12 - 16.

11. Харченко О.В. Выборочное орошение в условиях неустойчивого увлажнения. // Мелиорация и водное хозяйство. - М.: Агропромиздат. - 1990. - №12. - С. 45 - 48.

12. Харченко О.В. Методика расчета проектной урожайности на орошаемых землях. // Мелиорация и водное хозяйство. - 1991. - вып.75. - С. 8 - 12.

13. Харченко О.В. Реализация принципа подвижного орошения в условиях неустойчивого естественного увлажнения. // Мелиорация и водное хозяйство. - 1992. - вып.77. - С. 7 - 12.

14. Харченко О.В. Особенности расчета поливной нормы в условиях неустойчивого естественного увлажнения. // Мелиорация и водное хозяйство. - 1993. - вып.79. - С. 20 - 23.

15. Харченко О.В. Техніко-економічне обґрунтування зрошення в умовах різного природного зволоження. // Меліорація і водне господарство. - 1994. - вип. 81. - С. 36 - 39.

16. Харченко О.В. Оцінка можливої врожайності сільськогосподарських культур в конкретних сільськогосподарських умовах. // Гідротехніка і меліорація в Україні (Збірник наукових праць УКРНДІГІМ). - 1994. - вип.3. - С. 74 - 80.

17. Харченко О.В. Вибір проектного режиму зрошення сільськогосподарських культур. // Меліорація і водне господарство. - 1996. - вип.82. - С. 35 - 41.

18. Харченко О.В. Ресурсозабезпечений врожай сільськогосподарської культури в конкретних природнокліматичних умовах. // Вісник Сумського сільськогосподарського інституту. - 1997. - вип.1. - С. 57 - 60.

19. Харченко О.В., Прасол В.І., Голоха В.В. Енергетичне обґрунтування рівня живлення сільськогосподарських культур в залежності від умов природного зволоження. // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 1999. - вип.3. - С. 113 - 116.(75% авторства, постановка задачі, методичне забезпечення).

20. Коваленко А І., Харченко О.В., Прядка М.І., Оліхненко О.В. Оцінка відповідності гідрометеорологічних умов для вирощування озимої пшениці. // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 1999. - вип. 3. - С. 68 - 70.(75% авторства, постановка задачі, методичне забезпечення).

21. Харченко О.В. Економічне обґрунтування варіанту реалізації цукрових буряків. // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 2000. - вип.4. - С. 224 - 227.

22. Харченко О.В., Дмитрівська А.О., Оцінка впливу густоти посіву на його продуктивність // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 2000. вип. 4. - С. 134 - 139.(80% авторства, постановка задачі, методичне забезпечення, розрахунки)

23. Харченко О.В., Прасол В.І. Встановлення економічно оптимального рівня живлення цукрових буряків. // Збірник наукових праць Уманської державної аграрної академії. - 2001. - вип.52. - С. 42 - 48.(80% авторства, постановка задачі, програмне забезпечення).

24. Харченко О.В. Обґрунтування дози органічних добрив під озиму пшеницю в залежності від варіанту реалізації продукції і умов підрядника. // Вісник Львівського державного аграрного університету, Агрономія №5. - 2001. - вип. - С. 197 - 201.

25. Харченко О.В., Прасол В.І. Рівень агротехніки та його кількісна оцінка. // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 2001. - вип.5. - С. 18 - 21. (75% авторства, постановка задачі, методичне забезпечення).

26. Харченко О.В. Встановлення порогу збиткової врожайності сільськогосподарських культур. // Вісник Сумського державного аграрного університету. - 2002. - вип.6. - С. 80 - 82.

27. Харченко О.В., Решетняк Н.Ф. Повышение эффективности орошаемых земель в условиях Сумской области. // Пути повышения эффективности производства и качества сельскохозяйственной продукции. - Сумы. - 1985. - С. 10 - 12.(60% авторства, постановка задачі).

28. Харченко О.В. До питання про екологічне обмеження зрошення. // Тези доповідей IV зїзду ґрунтознавців та агрохіміків України. - Харків. - 1994. - С. 113 - 114.