Еколого-біологічні засади землеробства в умовах природно-техногенних комплексів степової зони України

Abstract

Наукова новизна одержаних результатів досліджень полягає у тому, що вперше: – розроблено оптимальні параметри функціонування природних та техногенних комплексів у землеробстві, заснованих на методах технологічного управління ґрунтовими режимами та ресурсами життєзабезпечення сільськогосподарських культур; – обґрунтовано принципи мінімалізації обробітку ґрунту з позиції регулювання твердості, щільності складення ґрунту та ефективного використання обмежених водних ресурсів; – модернізовано прийоми обробітку ґрунту в напрямку підвищення протиерозійної стійкості та зростання родючості ґрунтів з використанням рослинних рештків; – встановлена особливість трансформації видового складу бур’янів залежно від технологій вирощування та насичення культурами сівозміни, а також головні напрямки зниження забур’яненості ґрунту і посівів в природно-техногенних комплексах; – розроблені регламенти використання нових гербіцидів ґрунтової та вегетативної дії для застосування на посівах колосових зернових культур, кукурудзи на зерно та соняшника, які стали основою рекомендацій для ведення землеробства в степовій зоні; – проведена економічна та біоенергетична оцінка природно-техногенних комплексів спрямованих на збалансоване використання виробничих ресурсів. Удосконалено: – контролювання забур’яненості в умовах трансформації видового складу бур’янів у системах сівозмін і обробітку ґрунту та технологіях вирощування зернових і олійних культур. Набули подальшого розвитку: – наукові положення та базова інформація щодо прийомів основного обробітку ґрунту і оптимізації агрофізичного стану чорноземів спрямованого на підвищення протиерозійної стійкості. Наукове та практичне значення. Одержані результати досліджень мають фундаментальне і прикладне значення в галузі еколого-біологічного управління агротехнологіями в природно-техногенних агроценозах. Наукові положення дисертації розкривають закономірності трансформації агрофізичних показників ґрунту під впливом прийомів основного обробітку, визначають можливості його мінімалізації і біологічну реакцію культурних рослин. Основні теоретичні позиції передбачають вихід на практичний результат, який гарантує ефективне використання ресурсів та досягнення високого рівня продуктивності ріллі. Практична цінність роботи полягає в тому, що впроваджено сівозміни, розроблені на основі нового співвідношення впливу попередників, створення агрофізичного фону для додаткового накопичення ґрунтової вологи, досягнення позитивного гумусового балансу. Завдяки оптимізації фітотоксичної дії гербіцидів і фітоценотичної резистентності бур’янів досягнута можливість контролювання 95–98 % всього різновиду бур’янів. Для базових елементів землеробства розроблені комплексні заходи та технологічні рекомендації, які сприяли скороченню ресурсних і енергетичних витрат на 28–35 %, зростанню вмісту гумусу в ґрунті до 4,45–4,70 %, підвищення урожайності пшениці озимої на 1,64 т/га, кукурудзи на зерно – 2,54 т/га, соняшника – 0,52 т/га, ячменю ярого – 0,67 т/га. Апробація матеріалів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на засіданнях кафедри загального землеробства та ґрунтознавства і Вченій раді агрономічного факультету Дніпровського державного аграрно-економічного університету, а також на наукових симпозіумах, семінарах і конференціях різного рівня. Основні результати досліджень. У вступі наведені актуальність теми; зв’язок роботи з науковими планами, програмами та темами; мета та завдання досліджень; методи досліджень; особистий внесок здобувача; апробація результатів; публікації; обсяг та структура дисертації. У першому розділі проаналізовано та узагальнено результати наукових досліджень вітчизняних й зарубіжних вчених щодо питання необхідності практичної реалізації еколого-біологічних основ землеробства за системного формування природно-техногенних комплексів та теоретичне обґрунтування таких організаційних і технологічних позицій як структура посівних площ, сівозмінна ротація прийомів обробітку ґрунту, формування фітоценотично стійких посівів сільськогосподарських культур, а також специфіки застосування агротехнологій в зональних екотопах. У другому розділі проводиться аналіз ґрунтово-кліматичних умов проведення дослідження за темою дисертаційної роботи. Визначено, що ґрунтово-кліматичні умови дослідних ділянок мають характерні особливості для степової зони України та придатні для вирощування зернових, зернобобових, олійних культур і отримання врожаю високоякісного зерна. Агрометеорологічні умови за своїм різноманіттям протягом проведення досліджень дозволили всебічно оцінити вплив прийомів основного обробітку на формування елементів родючості ґрунту, особливості розвитку фітоценозів бур’янів та біологічної ефективності гербіцидів в залежності від рівня забезпеченості кліматичними ресурсами. Польові досліди закладали і проводили у відповідності з прийнятими в агрономічних дослідженнях методиками. У третьому розділі наведено результати досліджень щодо трансформації агрофізичних та фізико-механічних властивостей ґрунтів під впливом техногенного навантаження. Встановлено особливості трансформації твердості, щільності складення та вологості ґрунту під впливом основних факторів землеробства. Розкрито основні агробіологічні та технологічні методи підвищення протиерозійного потенціалу ґрунтів у сівозміні. У четвертому розділі висвітлено результати досліджень щодо динаміки видового складу бур’янових синузій агрофітоценозів та оптимізація регламентів застосування гербіцидів в посівах сільськогосподарських культур. У п’ятому розділі знаходять обґрунтування результати досліджень, які розкривають теоретичні та практичні основи перспективних систем землеробства в умовах високого техногенного навантаження. У шостому розділі показано результати виробничих досліджень ефективності методів використання екотопів в господарствах степової зони, в основу яких покладена перевірка ефективності прийомів основного обробітку ґрунту і контролювання бур’янів при вирощуванні соняшника, а також його мінімалізації в системі чорного пару при вирощуванні пшениці озимої. У сьомому розділі розглядаються біоенергетичні та економічні параметри оцінки природно-техногенних комплексів. Встановлена економічна ефективність технологічних прийомів оптимізації функціонування агроценозів на основі поелементних нормативів витрат на виконання технологічних операцій при вирощуванні та збиранні зернових, зернобобових та олійних культур в зоні Степу України. Розрахована біоенергетична ефективність агротехнологічного комплексу вирощування сільськогосподарських культур. The scientific novelty of the obtained research results is that for the first time: – optimal parameters of functioning of natural and anthropogenic complexes in agriculture based on methods of technological management of soil regimes and crop life support resources have been developed; – the principles of minimizing soil tillage from the point of view of regulating soil hardness, density and efficient use of limited water resources were substantiated; – soil cultivation methods were modernized in the direction of increasing erosion resistance and increasing soil fertility using plant residues; – the peculiarity of transformation of weed species composition depending on cultivation technologies and crop rotation saturation, as well as the main directions of reducing weed infestation of soil and crops in natural and technogenic complexes were established; – developed regulations for the use of new soil and vegetative herbicides for use on crops of spiked cereals, corn and sunflower, which became the basis for recommendations for farming in the steppe zone; – economic and bioenergy assessment of natural and technogenic complexes aimed at the balanced use of production resources. Improved: – weed control in the context of transformation of weed species composition in crop rotation and soil cultivation systems and technologies for growing grain and oilseeds. Further development has been made: – scientific provisions and basic information on the methods of basic tillage and optimization of the agrophysical state of chernozems aimed at increasing erosion resistance. Scientific and practical significance. The obtained research results are of fundamental and applied importance in the field of ecological and biological management of agrotechnologies in natural and technogenic agrocenoses. The scientific provisions of the dissertation reveal the regularities of transformation of agrophysical indicators of the soil under the influence of basic tillage methods, determine the possibilities of its minimization and the biological response of cultivated plants. The main theoretical positions provide for a practical result that guarantees efficient use of resources and achievement of a high level of arable land productivity. The practical value of the work is that crop rotations developed on the basis of a new ratio of the influence of predecessors, the creation of an agrophysical background for additional accumulation of soil moisture, and the achievement of a positive humus balance have been implemented. By optimizing the phytotoxic effect of herbicides and phytocenotic resistance of weeds, we have achieved control over 95–98 % of all weed species. Comprehensive measures and technological recommendations were developed for the basic elements of agriculture, which contributed to a 28–35 % reduction in resource and energy costs, an increase in soil humus content to 4.45–4.70 %, and a 1.64 t/ha increase in winter wheat yields, 2.54 t/ha in corn, 0.52 t/ha in sunflower and 0.67 t/ha in spring barley. Approbation of dissertation materials. The main provisions and results of the dissertation work were reported and discussed at meetings of the Department of general agriculture and Soil Science and the Academic Council of the Faculty of agronomy of Dnipro state agrarian and economic University, as well as at scientific symposia, seminars and conferences of various levels. Main research results. The introduction shows the relevance of the topic; the connection of work with scientific plans, programs and topics; the purpose and objectives of research; research methods; personal contribution of the applicant; approbation of results; publications; scope and structure of the dissertation. The first section analyzes and summarizes the results of scientific research of domestic and foreign scientists on the need for practical implementation of the basics of ecological and biological agriculture for the systematic formation of natural and man-made complexes and the theoretical justification of such organizational and technological positions as the structure of sown areas, crop rotation methods of tillage, the formation of phytocenotically stable crops of agricultural crops, as well as the specifics of the use of agricultural technologies in zonal ecotopes. The second section provides an analysis of the soil and climatic conditions of the event research on the topic of the dissertation work. It is determined that the soil and climatic conditions of the experimental plots are characteristic of the steppe zone of Ukraine and are suitable for growing grain, legumes, oilseeds and obtaining a high-quality grain crop. Agrometeorological conditions for their diversity during the research allowed us to comprehensively assess the influence of basic cultivation methods on the formation of soil fertility elements, features of the development of phytocenoses of weeds and the biological effectiveness of herbicides depending on the level of availability of climatic resources. Field experiments were laid and conducted in accordance with the methods adopted in agronomic research. The third section presents the results of research on the transformation of agrophysical and physical-mechanical properties of soils under the influence of man-made loads. It is established that the features of transformation of hardness, density of composition and soil moisture under the influence of the main factors of Agriculture. The main agrobiological and technological methods of increasing the anti-erosion potential of soils in crop rotation are revealed. The fourth section presents the results of studies on the dynamics of the species composition of weed synusions of agrophytocenoses and optimization of regulations for the use of herbicides in agricultural crops. The fifth section presents the results of research that reveals the theoretical and practical foundations of promising agricultural systems under high man-made loads. In the sixth section, the results of production studies of the effectiveness of methods of using ecotopes in farms of the Dnipropetrovsk region, which are based on checking the effectiveness of methods of basic tillage when growing sunflower, the influence of various methods of basic tillage on the yield of spring barley grain, minimizing the main cultivation of black steam when growing winter wheat. The sixth section shows the results of production studies of the effectiveness of methods of using ecotopes in the farms of the steppe zone, which are based on the verification of the effectiveness of the methods of basic soil cultivation and weed control in the cultivation of sunflowers, minimization of the main cultivation of black fallow in the cultivation of winter wheat. The seventh section presents bioenergy and economic parameters for evaluating natural and technogenic complexes. The economic efficiency of technological methods for optimizing the functioning of agrocenoses based on element-by-element standards of costs for performing technological operations in the cultivation and harvesting of grain, legumes and oilseeds in the steppe zone of Ukraine has been established. Calculated bioenergy efficiency of the agrotechnological complex for growing agricultural crops.