CC BY
6
Biosystems
Diversity
ISSN 2519-8513 (Print) ISSN 2520-2529 (Online) Biosyst. Divers., 26(2), 71-76 doi: 10.15421/011811
Reduction of anthropogenic loading on an agroecosystem by increasing its energy efficiency
T. Gnatiuk
Zhytomyr National Agroecological University, Zhytomyr, Ukraine
Article info
Received 19.02.2018 Received in revised form
07.03.2018 Accepted 09.03.2018
Zhytomyr National Agroecological University, Staryi Blvd., 7, Zhytomyr, 10008, Ukraine. Tel.: +38-093-633-25-65. E-mail:
gnattaha2011@gmail com
Gnatiuk, T. (2018). Reduction of anthropogenic loading on an agroecosystem by increasing its energy efficiency. Biosystems Diversity, 26(2), 71-76. doi:10.15421/011811
For full functioning , an artificially created agroecosystem should include qualitatively and quantitatively balanced components. This is possible if the anthropogenic burden on such a system is reduced and energy costs are balanced within it. In order to substantiate this statement, a production experiment was conducted in which short-term crop rotation was introduced on the land of an experimental field. Determination of energy efficiency of crop rotations and crop rotations in general was carried out by calculating technological maps of cultivating the corresponding crops. The higher the energy efficiency, the less the energy spent on cultivating crops and the less the cost of obtaining a unit of production from the corresponding area. After three years of research, we have determined that the most energy-intensive crop in short-term rotation is potatoes, less energy is spent on the cultivation of field pea-oat mixture, rye, oats with sowings of clover, and clover alone. The most energy-efficient was the organic fertilizer system (manure) for growing winter rye with a coefficient of energy efficiency of 5.10. For cultivation of field pea with oats for the same fertilizer system, the cultivation efficiency was 5.70. Growing oats with sowings of clover and using an organic system (manure) had an energy utility of 4.11. After application of the organic system (siderate) for the cultivation of winter rye, the coefficient of energy efficiency was 5.03 and for potatoes 2.21. After using the organoleptic system 50 : 50 to grow perennial grasses, this ratio was 33.05, and after the use of the mineral system for growing potatoes, 2.13. However for the cultivation of perennial grasses, we used the aftereffects of fertilizers introduced under the clover of the first year, and in the second year, under the perennial grasses, fertilizers were not applied at all, but for the cultivation of clover in crop rotation it is expedient to use an organomineral system of 50 : 50. Adhering to the basic principles of biological agriculture, namely the introduction of a scientifically grounded alternation of crops, rejecting the use of chemical plant protection products, avoiding the replacement of organic fertilizers (manure and siderate) by mineral fertilizers, it is possible to reduce energy costs for growing crops of crop rotation and crop rotation in general as a consequence, and thus to reduce the anthropogenic load on the whole agroecosystem .
Keywords: biologizing of agriculture; organic fertilizers; green manure; mineral fertilizers; productivity; energy expenditure; exit of energy
Зменшення антропогенного навантаження на агроекосистему шляхом тдвищення и енергетичноУ ефективносл
Т. О. Гнатюк
Житомирський нацюнальний агроекологгчний унгверситет, Житомир, Укра'та
Штучно створена агроекосистема для повнощнного функцюнування мае включати в себе яюсно та юлькюно збалансоват складовг Це можливо, якщо зменшення антропогенного навантаження на таку систему збалансувати енергетичними витратами всередит не!. Для обгрунтування цього твердження закладено виробничий дослщ, в якому впроваджено короткоротацшну авозмшу на землях дослщного поля Житомирського национального агроекологгчного ушверситету. Визначення енергетично! ефективносл культур авозмши та авозмши в щлому проведене шляхом розрахунку технологгчних карт вирощування вщповщних альськогосподарських культур. Чим вищий коефщент енергетично! ефективносл, тим менше витрачено енергй на вирощування культур i тим менше витрати на отримання одинищ продукцп з вщповщно! площг Пюля трьох роюв дослщжень найбшьш енергоемним у короткоротацшнш авозмт виявилося вирощування картогш, менше енергй витрачено на вирощування пелюшко^всяно! сумшг жита, вiвса з щдавом конюшини та конюшини. Енергетично найвигвдшшою виявилась оргашчна система удобрення (гнш) для вирощування жита озимого з коефйцентом енергетично! ефективносл 5,10. Для вирощування пелюшко^вса за "пе! ж системою удобрення ефективнють вирощування склала 5,70. Вирощуючи овес в годовом конюшини та застосовуючи оргагочну систему (гнш) отримали енергетичну вигвдгость 4,11. Пюля застосування оргатчно! системи (сидерат) для вирощування жита озимого отримали коефщент енергетично! ефективносл 5,03 та для картогш 2,21. Пюля використання органо-мшерально! системи 50 : 50 для вирощування багатсрчних трав цей коефйцент становив 33,05, а пюля застосування мшерально! системи для вирощування картопш - 2,13. Хоча для вирощування багатсрчних трав ми використали пюлядаю добрив, унесених тд конюшину першого року, а на другий рк год багатсрчго трави не вносились добрива взагат, проте для вирощування конюшини у авозмш дощльно використовувати органо-мшеральну систему 50 : 50. Дотримуючись головних принцитв бюлоггчного землеробства (впровадження науково обгрунтованого чергування культур, вщмови вщ хiмiчних заа^в захисту рослин, вiдмови чи
замши мшеральних добрив оргашчними - гнш та сидерат), можна знизити енерговитрати на вирощування культур сiвозмiни та авозмши в цiлому як наслщок i тим самим зменшити антропогенне навантаження на всю агроекосистему.
Ключоя слова: бюлопзащя землеробства; органiчнi добрива; сидерат; мiнеральнi добрива; урожайнiсть; витрати енергй; вих1д енерг!
Вступ
Агробюценоз - штучно створена система рослинних ! тварин-них угруповань !з маловираженим механизмом саморегуляцд, про-гнозована продуктивность яких регулюеться за рахунок прямих ! опосередкованих енергетичних швестицш, тсля припинення або критичного зменшення яких система деградуе (БшаШ е! а1., 2004; B1ancard & МаГт, 2014). Ми спробували встановити енергетичну доц1льн1сть застосування систем удобрення з р1зним насиченням органчними та мшеральними добривами та з компенсаЛею поживних речовин за рахунок поб1чно! продукцИ та сидератв у короткоротац1йн1й овозмш!
Необхаднють чергування культур у простор та час! - один !з неввд'емних чинниюв устшного отримання високих врожа!в не тльки в штенсивнш систем! землеробства, а й у бюлопчному зем-леробста також (К1аш е! а1., 2013; ТйопеИ, 2014; Тиск е! а1., 2014). За умов дотримання основних приннип1в бюлопчного землеробства сiвозмiна - головний елемент бюлопзаци, за допомогою яко! вдаеться не тiльки збалансувати елементи живлення стьськогос-подарських культур, а й поступово вдаовити та щдвищити ро-дючсть Грунту для отримання сталих врожа!в, запобiгти появi та поширенню хвороб, шюдниюв та щдвищити конкурентоздашють вирощуваних культур для врегулювання забур'яненосп посiвiв (Magdoff, 2007; Тиош^о е! а1., 2012; Сагг е! а1., 2013).
На нашу думку, питання щодо комплексного щдходу до зба-лансування живлення культур i отримання якiсного екологiчно чистого урожаю за мммальних витрат, якнайменшого застосування хМчних засобiв ! дотримання принцишв бюлопзаци землеробства досл!джено не в повному обсязг Тому у наши робот! впроваджено комплексний щдхщ ! поеднано низку заходв, серед яких упровадження науково обГрунтовано! авозмши з подбором взаемодоповнювальних культур, використання органiчних добрив та сидераттв, як! забезпечують збалансоБане живлення культур, компенсация поживних речовин та !х збалансування не ттльки оргашчними добривами, а ! помрними нормами мшеральних Наш! до-сл!дження слугуватимуть добрим доповненням у вивчення цього питання в науковiй лператург
За науково обГрунтованого чергування культур овозмши та сприйняття 11 як цщсно! системи, здатно! до саморегулювання, впливу на головн складов! ланки (елементи) за рахунок т!сного взаемозв'язку, виникае можлив!сть регулювати наявн!сть та к!ль-к!сть шкодочинних факторiБ, ! тим самим зменшувати наванта-ження в агробкщеноз! (de РопИ е! а1., 2012; уап Bruggen е! а1., 2016). Саме такий тдх!д застосовують у б!олог!чному землеробств!. Зменшення навантаження на агроекосистему шляхом мшМзши або припинення застосування хмчних методв захисту рослин також зменшуе витрати пального, економiчнi витрати, витрати людсько! пращ, зношування технши, що, у свою чергу, зменшуе енерговитрати щд час вирощування сшьськогосподарських культур (РтепЫ е! а1., 1983; Б^Д е! а1., 2015; Tinde е! а1., 2017).
В умовах досл!дного поля Державного нац!онального агро-еколог!чного ун1Берситету в стацюнарному дослщ вперше запро-поновано систему компенсации частини м1неральних добрив в!дпо-в!дною кшьюстю органiчних, збалансованих за ствв!дношенням елементв живлення. Крш того, запропоновано замшу традицш-них органiчних добрив (гною) альтернативними джерелами (солома, сидерати, тсляжнивн! рештки) з урахуБанням сгпввдаошення елементтв живлення в орган!чнш речовин!
Для кожно! агроекосистеми властивий певний енергетичний обмш, де головн! джерела енергii - сонячна рад!ац1я, завдяки якш вiдбуБаеться фотосинтез ! антропогенна енергя.
Сшьськогосподарське виробниптБо Украши все бшьше вико-ристовуе сировину та енергю, з кожним роком зростають його енергетичнi ресурси. З метою визначення найбiльш енергетично доцтьно! системи удобрення короткоротацино! авозмши ми
провели досл!дження енергетично! ефективност! як окремих культур авозмши, так ! овозмши в целому. Встановлено енергетичну ефективнють ! доц1льн!сть авозмши з р!зним насиченням органiчними та мнеральними добривами та з компенсащею поживних речовин за рахунок поб!чно! продукци та сидераттв.
Матерiал i методи дослiджень
На землях дослГдного поля ЖНАЕУ Черняхiвського району Житомирсько! област! предено дослГд з1 створення систем землеробства з компенсащею елементв живлення Грунту, внесенням оргаычних добрив, рослинних решток [ сидератв, щоб цим забез-печити розширене вiдгБорення родючост1 ГрунтгБ [ сташсть землеробства в зон1 Потсся. Цей дослГд включав короткоротац^йну сь возмгну та штсть вар1анттв систем удобрення. Овозмна складала-ся з таких полтб [ культур: поле 1 - пелюшко-вiвсяна сумгш, 2 -овес в п1дсТбом конюшини, 3 - багаторiчнi трави (конюшина), 4 -картопля, поле 5 - жито озиме. Варiанти систем удобрення, яю застосовували у овозмЫ для порТбняння та вивчення: 1 - бюло-г1чний контроль, 2 - оргаычна система (гнгй, 50 т/га ид картоп-лю), 3 - органо-мшеральна система (50% оргаычних добрив [ 50% мгнеральних добрив), 4 - органо-мшеральна система (75% орга-¿чних [ 25%о мшеральних добрив), 5 - органiчна система (сидерат), 6 - мшеральна система удобрення.
1. На дшянщ бюлоггчного контролю ми будь-яких добрив не вносили, але на пол! залишали ус1 пТсляжниви1 рештки, крТм на-сТння. Таким чином зроблено спробу iмiгувати природне середо-вище з найменшим людським втручанням. Контрольна длянка введена на всТх п'яти полях сТбозмтни (жито озиме, картопля, бага-тор1чнТ трави, овес 1з пТдсТбом конюшини, пелюшко-овес) та у три-разовiй повторностт досл1ду.
2. Органiчна система (гнТй) включала внесення гною в норм! 50 т/га щд картоплю. Гнтй вносили восени пТсля збирання попе-редньо! культури шляхом рТбномТрного розкидання на всш площ1 делянки ! лише щд картоплю, тобто раз на п'ять рок1в, на !нших культурах авозмши досл1джували його пТслядТю. Таку длянку розташовували на вс!х полях авозмши у гриразовiй повторностт.
3. Органо-мшеральна система (50 : 50) включала 50% органч-них добрив (гною) та 50%о м1неральних, загальний вмст внесених елементiв у Грунт однаковий як пор!Бняно з орган!чною системою (гнш), органо-мшеральною системою (75 : 25), так ! з мшеральною системою. Р1зниця м1ж цими системами удобрення - лише у способах внесення головних елементв живлення. Цей баланс ви-значали з урахуванням того, що в 1 т гною мститься N - 200 кг, Р - 100 кг, К - 250 кг. Як добрива хмчного походження викорис-товували суперфосфат (20%), хлористий калш (51%) ! амзачну се-лпру (34%). При цьому враховано вмст головних елементв живлення у поб1чнш продукц!! - солом!, яка лишалася на пол! та у по-дальшому зароблялася у Грунт. Ми врахували, що пТсля жита озимого, пелюшко-в!вса та в!вса солома лишалася на пол!, для И кра-щого розкладання на кожну 1 т соломи використано по 10 кг азоту.
Для кожно! культури системи удобрення розраховували окре-мо, залежно в!д особливостей певних культур. На органо-м1не-ральних системах 50 : 50 та 75 : 75 на пол! з пелюшко-в!всом азот-н! добрива не вносили через те, що наявн1сть оджрчно! бобово! культури здатна забезпечити Грунт азотом самосттйно за рахунок симбюзу з бульбочковими бактерiями.
4. Орггано-м1неральна система 75 : 25 включала внесення 75%) ор-ган!чних [ 25% м1неральних добрив (N12^10,0^,5) та гн1й (37,5 т/га). Цю систему удобрення використано на вс!х полях сТвозм1ни у триразовш повторностт. На пол! сТбозмТни з багатсрчними травами добрива вносили згдно з вТдповТдними системами удобрення, але у перший рж розвитку конюшини - як щд покривну культуру, а на другий р!к культура розвивалась за рахунок запасу поживних елементтв у Грунт! та тслядц добрив за минулий вегетац1йний сезон.
Огувгя., 26(2)
5. Оргашчна система (сидерат) включала вирощування сиде-рально! культури пiсля збирання основно! культури. Як сидераль-ну культуру обрали прчицю бтлу, замтняючи цим гнш iз коефт-щентом перерахунку 0,8 на умовний гнш у розмiрi 16 т/га. Сиде-ральну культуру впивали шд пелюшко-овес i овес iз шдством конюшини, на Тнших полях сшозмши спостерiгали пiслядiю сидерату.
6. Для мтнерально! системи удобрення ми використовували по-мры норми внесення основних елементтв живлення грунту з ура-хуванням агротехнТчно! характеристики ясно-сiрого тсового грунту, його вбирних властивостей i особливостей культур сiвозмiни. Найбшьш норми внесен! шд картоплю, портвняно середнт - шд жито озиме та овес Тз птдством конюшини, а найменша кшьюсть добрив хтмтчного походження - шд пелюшко-овес.
У короткоротацинтй сТвозмты протягом трьох роктв дослТд-ження отримано дант втдповТдно до загальноприйнятих методик. По встх культурах ствозмтни складали технологiчнi карти вирощування культур вТдповтдно до регюну вирощування. Енергетичну ефективнтсть систем удобрення визначали на основ! технолопч-них карт за методикою О. К. Медведовського та П. I. 1ваненка (1988).
Результати
Найбiльш енергоемнт у короткоротацТйнтй сТвозмты серед устх культур - вирощування картошп, дат з меншою енергоемнТстю йде вирощування пелюшко-втвсяно! сумтшт, жита, вiвса з щдства-нням конюшини та конюшини (табл. 1). У процеа вирощування каргопш найбiльш енергетично вицдним виявилось застосування органично! (сидерат) i мшерально! систем удобрення. Коефшкнт енергетично! ефективностт для них - 2,0-2,4 (табл. 2). Найбшьш енергозатратними та найменш енергоефективними системами удобрення стали органтчна система (гнтй), органо-мтнеральна си-
стема 50 : 50, органо-мшеральна система 75 : 25, а також кон-трольний BapiaHT. Коефтщент енергетичжд ефективностт для цих систем коливався Big 1,1 до 1,7. Органчн добрива (гнтй) вносили саме пд картоплю, а для тнших культур авозмши у системах удобрення, де використано гнтй, дослiджено його пслядю.
Таблиця 1
Втдсоткове спввтдношення енергоемностт вирощування культур у ствозмтн (%), середне за 2013-2015 рр.
Культура Вщсоток,%
Конюшина 100,0
Овес тз птдстванням конюшини 191,0
Пелюшко-овес 385,2
Жито озиме 778,7
Картопля 6 651,6
Пщ час вирощування жита озимого виявлено залежнтсть мтж рТзними системами удобрення та !х ефективнютю застосування. Найвищому коефшТенту енергетично! ефективносп стабшьно вТд-повТдала органчла система (гнтй) Т органтчна система (сидерат), а також у 2014 та 2015 роцт ще органо-мтнеральна система 75 : 25. Для органтчно! системи (гнтй) коефТцТент енергетично! ефективностт у 2013 роцт дорТвнював 3,6, у 2014 - 5,6, а у 2015 - 6,1 (табл. 3).
Для органично! системи (сидерат) у 2013 роцт коефТцтент енергетично! ефективностт становив 3,9, у 2014 - 5,5, а у 2015 - 5,7. Найбтльшт показники енергоефективностт мала органо-мтнеральна система 75 : 25 у 2014 роцт - 5,8, у 2015 - 5,3. Найменш енергови-гТдною системою виявилась мтнеральна система, для яко! у 2013 роцт коефТцтент енергоефективностт становив 2,3, у 2014 -4,7, а у 2015 - 3,9. Також найменш енерговипдною проявила себе органо-мтнеральна система 50 : 50, у 2013 роцт коефшТент для не! складав 2,5, у 2014 та 2015 - 4,4.
Таблиця2
Спввтдношення енергетичжд ефективностт картопш залежно втд систем удобрення, 2013-2015 рр.
Роки
2013
2014
2015
Середньозважент показники
Культури ствозмтни ± до ± до ± до ± до ± до ± до ± до ± до
контролю, контролю, контролю, контролю, контролю, контролю, контролю, контролю,
мДж % мДж % мДж % МДж %
Контроль - 100,0 - 100,0 - 100,0 - 100,0
Органтчна система (гаш) -0,3 77,8 -0,3 82,4 -0,6 70,3 -0,4 76,9
Органо-мшеральна система 50 : 50 0,3 122,8 0,1 108,4 -0,5 74,2 0,0 101,8
Органо-мшеральна система 75 : 25 0,0 97,6 0,0 101,2 -0,7 68,2 -0,2 89,0
Органтчна система (сидерат) 0,5 136,7 0,7 141,4 0,3 112,1 0,5 130,1
Мтнеральна система 0,6 141,1 0,6 137,4 0,0 100,9 0,4 126,5
Таблиця 3
Спввтдношення енергетичжд ефективностт жита озимого залежно втд систем удобрення, 2013-2015 рр.
Культури ствозмтни
2013
Роки 2014
2015
Середньозважет показники
± до контролю, МДж
± до
контролю,
%
± до контролю, МДж
± до
контролю,
%
± до контролю, МДж
± до
контролю,
%
± до контролю,
мДж
± до
контролю,
%
0,4 -0,8 -0,7 0,6 -0,9
100,0 111,6 76,2 78,4 119,9 71,9
0,3 -0,9 0,6 0,2 -0,5
100,0 106,1 82,9 110,6 104,0 90,4
0,6 -1,1 -0,2 0,2 -1,6
100,0
111.3 80,6 96,5
104.4 71,1
0,4 -0,9 -0,1 0,4 -1,0
100,0 109,7 79,9 95,1 109,4 77,8
Контроль
Оргатчна система (гнтй) Органо-мтнеральна система 50 : 50 Органо-мтнеральна система 75 : 25 ОрганТчна система (сидерат) Мшеральна система_
ЕнергоефективнТсть вирощування пелюшко-втвса значною мт-рою залежала не ттльки вТд систем удобрення, за впливу яких фор-мувався врожай, а Т вТд вдалого спТввТдношення певних погодних умов (вологостт) та способтв унесення Т шляхтв засвоення (розкла-дання) поживних речовин (табл. 4).
У 2013 роцт високий показник енергетично! ефективностт ви-явила органична система (сидерат) - 5,6. У 2014 роцт з найвищим показником коефшТента енергетично! ефективностт вийшла орга-но-мтнеральна система 50 : 50, втн становив 7,4.
Найменш ефективним вартантом виявився контрольний за ва три роки дослТджень. Невелик! показники енергетично! ефектив-
ностт мали у 2013 рощ органо-мтнеральна система 50 : 50 (4,8), у 2014 - органо-мтнеральна система 75 : 25 (6,6), у 2015 - органо-м-неральна система 75 : 25 (3,7), i органчна система (сидерат) (3,7).
Найвищий показник коефтщента енергетичжд ефективностт (5,6) виявлено в органо-мтнеральжд системи 75 : 25 у 2013 рощ.
Коефтщенти енергетичжд ефективностт птд час вирощування пелюшко-втвсяжд сумтшт за вст роки дослтджень для оpгaнiчноï системи (гнтй) становили 3,7-7,6. При цьому слтд зазначити, що у вартантт системи удобрення, де вносили сидерат, сидеральна культура виствалась на полях тз пелюшко-втвсом т втвсом тз птдстванням конюшини першого року, а для тнших культур ствозмтни дослтд-
жувалась Ëore тслядя. Caмe тoмy opгaнiчнa система yдoбpeння (cидepaт) на ra^rax, дe вис!вали cидepaльнy кyльтypy, мала дeщo нижчт кoeфiцiенти eнepгeтичнoï eфeктивнocтi.
Пpoaнaлiзyвaвши oтpимaнi peзyльтaти poзpaxyнкiв за 20132015 porn для виpoшyвaння нeлюшкo-вiвca, мoжнa дшти виств-кв, шo нaйкpaшi peзyльтaти за вст pom дocлiджeнь мала opгaнiч-на система (гнiй). У 2013 poui нoкaзник eфeктивнocтi на дани
кулк^! дopiвнювaв 5,3, y 2014 - 7,6, a y 2015 - 4,1. Сфимат peзyльтaти за 2013-2015 porn дocлiджeнь для внpoшyвaння вiвca з нiдciвaнням кoнюшинн свщчатъ, щэ найвищ1 нoкaзникн k^í-щента eнepгeтичнoï eфeктивнocтi cнocтepiгaлн июля застосування opгaнiчнoï cнcтeми yдoбpeння з yнeceнням гшю (2,9-5,1), а най-мeнш eнepгeтичнo eфeкIHвнoю виявилась мiнepaльнa система yдoбpeння (1,9-3,8) (табл. 5).
Таблиця 4
Cнiввiднoшeння eнepгeтичнoï eфeктивнocтi нeлюшкo-вiвca зaлeжнo вщ систем yдoбpeння, 2013-2015 pp.
Pora
2013
2014
2015
Cepeдньoзвaжeнi шказники
Kyльтypи ciвoзмiни i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO
кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю,
МДж % МДж % МДж % МДж %
Koнтpoль - 100,0 - 100,0 - 100,0 - 100,0
OpraKiHKa система (гнш) 0,7 115,5 1,4 122,6 0,3 107,3 0,8 115,2
Opгaнo-мiнepaльнa cиcтeмa 50 i 50 0,2 104,9 1,2 118,5 0,1 101,3 0,5 108,2
Opraнo-мiнepaльнa cиcтeмa 75 i 25 1,0 121,3 0,3 105,1 -0,1 97,2 0,4 107,8
Opraнiчнa cиcтeмa (сидфат) 1,0 121,8 0,7 110,6 -0,1 97,6 0,5 110,0
Miнepaльнa cиcтeмa 0,6 113,9 0,5 108,4 0,0 99,3 0,4 107,2
Таблиця 5
Cнiввiднoшeння eнepгeтичнoï eфeктивнocтi вiвca з щдованням кoнюшини зaлeжнo вщ систем yдoбpeння, 2013-2015 pp.
Pora
2013
2014
2015
■ Cepeдньoзвaжeнi пoкaзники
Kyльтypи ciвoзмiни i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i Дo i ДO i ДO
кoн^poлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoн^poлю,
МДж % МДж % МДж % МДж %
Koнтpoль - 100,0 - 100,0 - 100,0 - 100,0
Opraнiчнa cиcтeмa (гнш) 1,1 158,9 1,2 129,1 0,4 110,9 0,9 133,0
Opraнo-мiнepaльнa система 50 i 50 0,5 127,5 0,2 105,3 -0,1 97,3 0,2 110,0
Opraнo-мiнepaльнa система 75 i 25 1,0 150,8 1,2 131,0 0,3 107,3 0,8 129,7
Opгaнiчнa система (сидфат) 0,9 150,4 0,1 103,7 0,2 105,8 0,4 120,0
Miнepaльнa cиcтeмa 0,1 106,3 -0,6 83,6 0,0 101,2 -0,2 97,1
Пpoaнaлiзyвaвши oтpнмaнi peзyльтaти за 2013-2015 poM до-cлiджeнь виpoщyвaння вiвca з нiдciвaнням юнюшини, мoжнa зpo-бити вжтжж, шo нaйвищi кoeфiцiенIи eнepгeтичнoï eфeктивнo-cri cmcrepíaM в opгaнiчнiй систем тз застосуванням гнoю та складом у 2013 ponj - 2,9, у 2014 - 5,1, а у 2015 - 4,2.
Opгaнo-мiнepaльнa cнcтeмa 75 ; 25 ташж мала витою знaчeн-ня кoeфiцiентa eнepгeтичнoï eфeктнвнocтi, який дopiвнювaв у 2013 poní - 2,8, у 2014 - 5,2, а у 2015 - 4,1. Caмe у 2013 poní oдним тз нaйбiльшиx кoeфiцiентiв eнepгeтичнoï eфeкIивнocтi видiлялacь i opгaнiчнa система (cидepaт) тз нoкaзникoм 2,8. Haймeнш eнepгe-тичнo eфeктивнoю стала мiнepaльнa cнcтeмa; у 2013 pomi - 2,0, у 2014 - 3,3, а у 2015 - 3,9. Eфeктивнicть дажа системи виявилась
^^«e oднaкoвoю навпь тз кoнтpoльним вapíaнroм, дe у 2013 pomi шказник був 1,9, у 2014 - 3,9, а у 2015 - 3,8. Lie шяснюеться тим, щo xoчa за мiнeplaльнoï системи yдoбpeння внocилн дoбpивa, pi-вeнь ypoacarnocri нiдвишyвaвcя, aлe виIpaти на виpoшyвaння кyльтypн за даша системи значш нepeвищилн виxiд eнepгíï та ж випpaвдoвyвaлн виIpaт на oтpимaння 1 ц зфна. Caмe тому застосування opгaнiчнoï cклaдoвoï у систем! yдoбpeння мае вeликий внлив на eнepгeтичнy eфeктивнicть виpoшyвaння вiвca з тдован-ням кoнюшини. Для ви^ш/вання бaraтоpíчниx Ipas дoцiльним виявилocь ви^иси^я opгaнo-мiнepaльнoï системи 50 i 50 у ci-вoзмiнí (табл. 6), к^щет' eнepгeтичнoï eфeктивнocтí був найви-щим нpoтягoм тpьox po^ дocлíджeнь (28,5-38,7).
Таблиця 6
Cнiввiднoшeння eнepгeтичнoï eфeктивнocтi юнюшини зaлeжнo вщ систем yдoбpeння, 2013-2015 pp.
Pom
2013
2014
2015
Cepeдньoзвaжeнi пoкaзники
Kyльтypи ciвoзмiни i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO i ДO
кoнтpoлю, кoн^poлю, кoн^poлю, кoн^poлю, кoн^poлю, кoнтpoлю, кoнтpoлю, кoн^poлю,
МДж % МДж % МДж % МДж %
Koнтpoль - 100,0 - 100,0 - 100,0 - 100,0
Opraнiчнa система (гнш) 2,4 109,3 2,4 107,2 2,3 110,6 2,4 109,0
Opraнo-мiнepaльнa cиcтeмa 50 i 50 6,4 124,9 6,2 119,0 6,4 128,8 6,3 124,2
Opraнo-мiнepaльнa cиcтeмa 75 i 25 5,4 121,0 5,2 116,1 5,2 123,7 5,3 120,3
Opгaнiчнa cиcтeмa (cидepaт) 1,1 104,3 1,3 103,9 1,0 104,7 1,1 104,3
М^^альна cиcтeмa 4,9 119,3 5,0 115,3 5,1 122,8 5,0 119,1
Haйбiльшoю eфeктивнícтю на шова* кoнюшинн внpíзнялacь opгaнo-мiнepaльнa система 50 i 50 за 2013-2015 poM дocлiджeнь. Пoкaзник кoeфiцiентa eнepгeтичнoï eфeктивнocтi в щ^му винадку дopiвнювaв у 2013 pomi 31,9, з нюш 3,3% нpинaдaлo на наиння юнюшини, а 96,6% на cirn. У 2014 pomi eфeктивнícть на opraœ-мiнepaльнiй систем 50 i 50 складала 38,7, з rnx 2,7% нpинaдaлo на нaciння i 97,3% - на cirn. У 2015 pomi даний нoкaзник стаювив 28,5, з ник 3,2% ^mo нaciння, а 96,8% - на cirn кoнюшинн. Най-мeншoю eнepгeтичнoю eфeкIивжcтю для кoнюшинн xapaкrepи-зувалися кoнIpoльний вapíaнт i opгaжчнa система тз застосуван-
ням cидepaтy. Or®e, пд час виpoшyвaння бaгaтоpíчниx Ipaa дo-цiльнo викopнcтовyвaти opгaнo-мiнepaльнy систему 50 i 50 у ciвo-змм, ora^M виIpaти eнepгíï на виpoщyвaння даша кyльтypн нpoнopцiйнi K^iukmy eнepгeтичнoï eфeкIивнocтí та oбepнeнo нpoнopцiйнi виxoдy eнepгíï вщ ypoжaю.
Elame завдання - нe ттльки нpoaнaлiзyвaти eфeкIивнicть застосування liei чи iншoï системи yдoбpeння на кyльтypax ciвoзмiни oкpeмo, a i визначити, яка caмe eфeкIивжcть виpoщyвaння для ваа с^амши, якщo дoтpнмyвaтиcь швем системи yдoбpeння. Псля oцiнювaння eфeкшвнocri внpoшyвaння кyльтyp ciвoзмiни
зроблено певн узагальнення. Якщо просумувати Bci витрати енер-riï на вирощування кожно! культури овозмши, вихтд енерги з урожаю, витрати енерги на 1 ц урожаю та врахувати коефштенти енергетично! ефективностт, отримаемо загальну ефективнiсть ство-зм1ни для кожно! системи удобрення (табл. 7).
Таблиця7
Енергетична ефективнiсть систем удобрення сТвозмтни на 1 га посТвно! площi за 2013-2015 рр.
Усього
витра- Вихтд Затрати Коефщтент
Вартанти удобрення чено енергт!, на 1 ц, енергетично!
енергт!, МДж МДж ефективностт
МДж
2013 ртк
Контроль 13 539 Органчна система (гаш) 19 344 Органо-мiнеральна система 50 : 50 18 712 Органо-мшеральна система 75 : 25 19 419 Органчна система (сидерат) 13 977 Мшеральна система_17 133
2014 ртк
Контроль 13 696 77 636 265,6 9,9
Органична система (гаш) 19 551 92 487 232,9 10,9
Органо-мтнеральна система 50 50 18 884 99 548 258,8 11,3
Органо-мтнеральна система 75 : 25 19 294 99 435 241,3 11,4
Органчна система (сидерат) 14 147 88 283 240,7 10,5
Мшеральна система 17 367 99 366 270,2 10,9
2015 ртк
Контроль 13 701 64 311 269,8 7,5
Органчна система (гаш) 19 504 74 023 259,7 8,1
Органо-мшеральна система 50 50 18 817 76 556 292,0 8,4
Органо-мшеральна система 75 25 19 217 75 072 278,6 8,4
Органчна система (сидерат) 14 112 69 459 261,2 7,8
Мшеральна система 17 314 78 267 291,2 8,2
Псля проведення необхщних пдрахунюв визначено, що, не-зважаючи на значну перевагу органнчних систем удобрення (гаш) та (сидерат) для бшьшостт культур овозмши, найвищу ефектив-шсП) сiвозмiни в цшому виявлено псля використання органо-м-неральних систем 75 : 25 та 50 : 50. Така тенденця спостерiгаeться протягом усiх роив дослщжень. Пiсля використання цих систем удобрення прослщковуетъся не ттльки високий коефiцieнт енергетично! ефективностi, а i шйвищ) витрати енергтт для вирощування культур у овозмтш в цлому. Вихщ енергг! пiсля використання органо-мнеральних систем 50 : 50 та 75 : 25 також найвищий, але витрати на вирощування 1 ц продукцй авозмтни, завдяки отри-манню досить високих врожатв iз дiлянок iз цими системами удобрения, мають невеликi показники порiвняно з iншими системами удобрення.
Згтдно з нашими пдрахунками, органiчна система (гни) мае середнгй коефшкнг енергетично! ефективностт сiвозмiни пор)вня-но з шшими системами удобрення. Але водночас спостерiгали найменшi витрати енергтт на вирощування культур овозмши та найменшi витрати на вирощування одинищ продукцй овозмши. Вихщ енерги з урожаю овозмши середнш пор)вняно з шшими системами удобрення.
Також можна видтити мтнеральну систему удобрення, яка за енергетичною ефектившстю поодае трете мiсце, тодт як органична система (сидерат) мае показники енергетично! ефективностт, на-ближенi до контрольного вартанта. Отже, енергетична ефектив-шсП) авозмтни в цтому виявилась найвищою псля застосування органо-мтнеральних систем 75 : 25 та 50 : 50, але, водночас, задят високт витрати енергтт на вирощування культур авозмши. Проте непоганi показники енергоефективностт отриманi псля застосування органично! системи (гаш), але з найменшими витратами енерги на вирощування культур овозмши
Обговорення
В агроекосистем^ де Грунт - виробничий ресурс, удоскона-лення структури енерговитрат можна досягти не ттльки шляхом
регулюванння використання магерiально-технiчних ресурсiв, а й за допомогою рацюнального використання потенцклу культурних рослин, клтматичних, мжроклтматичних, грунтових умов (Medvedov-skyi & Ivanenko, 1988; Smahlii et al., 2004). Напприклад, накопичен-ня бобовими птд час симбтотично! фжсанци 100 кг азоту рТвно-значне збереженню 130 кг ртдкого пального (Smahlii et al., 2004; Bedoussac et al., 2015).
Odum (1986) зазначае, що близько 40% орних земель свтту ш-тенсивно використовуються з великими енергетичними витратами. На думку Kant (1980), основы стал! споживання енерги - застосування азотних добрив (43% загальних енерговитрат) i паливно-мастильних матерiалiв (29% загальних витрат). Максимальну еко-ном1ю енерги можна забезпечити шляхом застосування бтологтч-ного азоту замiсть хiмiко-технiчного, мштмзши обробки Грунту, бтолопчного розпушування шляхом правильного птдбирання культур овозмши та !х чергування, а також зменшення витрат на пестициди та замши хтмчних засобiв захисту рослин на бтологтчн (Smahlii et al., 2004; Magdoff, 2007; Bedoussac et al., 2015).
У сучасному стльському господарствт значно зростае наванта-ження на агроекосистему за рахунок посиленого використання хтмчних методтв захисту рослин втд хвороб, шктдниюв i бур'ян1в (Carr et al., 2013; van Bruggen et al., 2016). Однак за науково об-Грунтованого чергування культур овозмши та сприйняття ïï як цт-тсно! системи, здатно! до саморегулювання, впливу на головн складовт ланки (елементи) шляхом ттсного взаемозв'язку виникае можливтсть регулювати наявнiсть та шгенсивнють шкодочинних факгорiв, тим самим зменшуеться навантаження в агробтоценозт (Crowder & Jabbour, 2013; Balogun et al., 2016; Peigne et al., 2016). Саме такий птдхвд застосовують у бтологтчному землеробствт. Зменшення навантаження на агроекосистему шляхом мiнiмiзацi! або припинення використання хтмчних методтв захисту рослин також зменшуе витрати пального, економчн витрати, витрати людсько! працi, зношування техники, що, у свою чергу, зменшуе енерговитрати гад час вирощування стльськогосподарських культур (Céline et al., 2009; Dabney et al., 2009; Keshav et al., 2014).
Отже, якщо у стльськогосподарському виробництвт почнуть упроваджувати на посттйнтй основт наш птдхТд щодо зба-лансування живлення культур за мштмальних витрат, використо-вуючи мштматзшш у застосуваннт хмчних засобiв i дотримую-чись принципов бiологiзацiï землеробства (впровадження науково обгрунтовано! авозмши з подбором взаемодоповнювальних культур, використання органнчних добрив та сидераттв, якт забезпечать збалансоване живлення культур, в компенсацтею поживних речо-вин та !х збалансуванням не ттльки органтчними добривами, а i помрними нормами м1неральних), невдовзт стане можливим ввдчути такi результати як щдвищення врожайностт вирощуваних культур, пол1пшення мжробтологтчних процесiв у грунт! що збшьшить його родючтсть, отримання екологтчно чисто! продукцй за умов енергетично! збалансованостт агроекосистеми в ц1лому (Pelosi et al., 2009; Dahal et al., 2014).
Висновки
Найбшьш енергоефективними виявились органчна система (гни) для вирощування жита озимого (5,1), пелюшко-втвса (5,7), втвса з пТдством конюшини (4,1 ), органчна система (сидерат) - для вирощування жита озимого (5,0) та картопт (2,2), органо-мтне-ральна система 50 : 50 - для вирощування багатортчних трав (33,0), мшеральна система удобрення - для картоплТ (2,1).
Птд час вирощування багатортчних трав використано пТслядТю добрив, унесених птд конюшину першого року, а на другий ртк птд багатортчт трави добрива не вносили взагалт Зважаючи на це, доц1льно у сТвозмшт використовувати органо-мТнеральну систему 50 : 50.
Енергетична ефективнють овозмши в цтлому виявилась найвищою птсля застосування органо-мшеральних систем 75 : 25 та 50 : 50, але одночасно здтйснент високт витрати енергт! на вирощування культур сТвозмши. Непогант показники енергоефективностт отримант також птсля застосування органтчно! системи (гнтй), але з
56 659 432,3 7,3
67 931 376,6 8,2
76 281 446,8 8,7
74 682 409,9 8,7
68 250 360,0 8,2
74 393 472,5 8,4
HafiMeHmHMH BrnpaiaMH eHepriï HE BHpO^yBaHHH KynKiyp ciBO-3MÎHH. OTSCe, gOTpHMyTOHHCt HEyKOBO OÔIpyHTOBaHOÏ tiBO3MÎHH, Big-MOBHBmHct Big XMHHHX 3aco6iB 3axHciy pocnHH i KOMneHcyroHH MÎHepantHi go6pHBa OprEHHHHMH, MOXHE OTpHMETH 3HHXeHHH HE-BEHTa^eHHH HE aipOeKOCHcreMy Ta rrigBH^HiH eHepreiHHHy e^eK-THBHOCTb He ràbKH OKpeMO B33TOÏ cintctKOrOcnOgapcBKOï KyntTypH, a i ciBO3MÎHH B LcinOMy.
References
Balogun, R. B., Ogbu, J. U., Umeokechukwu, E. C., & Kalejaiye-Matti, R. B. (2016). Effective micro-organisms (EM) as sustainable components in organic farming: Principles, applications and validity. Organic farming for sustainable agriculture. Sustainable Development and Biodiversity, 9, 259-291. Bedoussac, L., Journet, E. P., Hauggaard-Nielsen, H., Naudin, C., Corre-Hellou, G., Jensen, E., Prieur, L., & Justes, E. (2015). Ecological principles underlying the increase of productivity achieved by cereal-grain legume intercrops in organic farming. A review. Agronomy for Sustainable Development, 35(3), 911-935. Blancard, S., & Martin, E. (2014). Energy efficiency measurement in agriculture
with imprecise energy content information. Energy Policy, 66, 198-208. Carr, P. M., Gramig, G. G., & Liebig, M. A. (2013). Impacts of organic zero tillage systems on crops, weeds, and soil quality. Sustainability, 5(7), 3172-3201. Crowder, D. W., & Jabbour, R. (2013). Relationships between biodiversity and biological control in agroecosystems: Current status and future challenges. Biological Control, 75, 8-17. Dabney, S. M., Delgado, J. A., & Reeves, D. W. (2009). Using winter cover crops to improve soil and water quality. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 32, 1221-1250. Dahal, K., Knowles, V. L., Plaxton, W. C., & Hünera, N. P. A. (2014). Enhancement of photosynthetic performance, water use efficiency and grain yield during long-term growth under elevated CO2 in wheat and rye is growth temperature and cultivar dependent. Environmental and Experimental Botany, 106, 207-220.
de Ponti, T., Rijk, B., & Ittersum, M. K. (2012). The crop yield between organic
and conventional agriculture. Agricultural Systems, 108, 1-9. Kant, H. (1980). Zemledelye bez pluha [Farming without Plow]. Kolos, Moscow (in Russian).
Kant, H. (1988). Byolohycheskoe rastenyevodstvo: Vozmozhnosty byolohyches-kykh ahrosystem [Biological plant crop: Possibilities of biological agrosystems]. Agropromizdat, Moscow (in Russian).
Klaus, V. H., Kleinebecker, T., Prati, D., Gossner, M. M., Alt, F., Boch, S., Gockel, S., Hemp, A., Lange, M., & Muller, J. (2013). Does organic grassland farming benefit plant and arthropod diversity at the expense of yield and soil fertility? Agriculture Ecosystems and Environment, 177, 1-9.
Magdoff, F. (2007). Ecological agriculture: Principles, practices, and constraints. Renewable Agriculture and Food Systems, 22(2), 109-117.
Medvedovskyi, O. K., & Ivanenko, P. I. (1988). Enerhetychnyi analiz intensyv-nykh tekhnolohii v silskohospodarskomu vyrobnytstvi [Energy analysis of intensive technologies in agricultural production]. Urozhai, Kyiv (in Russian).
Odum, Y. P. (1986). Ekologija [Ecology]. Vol. 1. Mir, Moscow (in Russian).
Peigne, J., Casagrande, M., Payet, V., David, C., Sans, F. X., Blanco-Moreno, J. M., Cooper, J., Gascoyne, K., Antichi, D., & Barberi, P. (2016). How organic farmers practice conservation agriculture in Europe. Renewable Agriculture and Food Systems, 31(1), 72-85.
Pelosi, C., Bertrand, M., & Roger-Estrade, J. (2009). Earthworm community in conventional, organic and direct seeding with living mulch cropping systems. Agronomy for Sustainable Development, 29, 287-295.
Pimentel, D., Berardi, G., & Fast, S. (1983). Energy efficiency of farming systems: Organic and conventional agriculture. Agriculture, Ecosystems and Environment, 9(4), 359-372.
Smahlii, O. F., Malynovskyi, A. S., & Kardashov, A. T. (2004). Enerhetychna otsin-ka ahroekosystem [Energy assessment of agroecosystems]. Volyn, Zhytomyr (in Ukrai^an).
Strasil, Z., Vach, M., & Smutny, V. (2015). The energy effectiveness of crops in crop rotation under different soil tillage systems. Agriculture (Pol'nohospo-dárstvo), 61(3), 77-87.
Tinde, L. K., Acharya, S. K., & Sai, A. K. (2017). The energy ecology in agriculture: The concept, application and management. Advances in Plants and Agriculture Research, 6(4), 1-3.
Tittonell, P. (2014). Ecological intensification of agriculture - sustainable by nature. Current Opinion in Environmental Sustainability, 8, 53-61.
Tuck, S. L., Winqvist, C., Mota, F., Ahnstrom, J., Turnbull, L. A., & Bengtsson, J. (2014). Land-use intensity and the effects of organic farming on biodiversity: A hierarchical meta-analysis. Journal of Applied Ecology, 51(3), 746-755.
Tuomisto, H. L., Hodge, I. D., Riordan, P., & Macdonald, D. W. (2012). Comparing global warming potential, energy use and land use of organic, conventional and integrated winter wheat production. Annals of Applied Biology. Environmental Impacts of Contrasting Farming Systems, 161, 116-126.
van Bruggen, A. H. C., Gamliel, A., & Finckh, M. R. (2016). Plant disease management in organic farming systems. Pest Management Science, 72(1), 30-44.
