Development of agroecosystems under climate change in Western Polissya, Ukraine

New agricultural operations using intensive technologies more and more intensify processes of soil cover degradation, which are substantially accelerated due to climate changes. Climate is the primary factor that determines agricultural productivity. Due to the significant increase of air temperature in winter months, the temporal shift of development of natural processes, prolongation of frost-free period and duration of vegetation period for crops, there happens a change of agroclimatic conditions of growth, development, and productivity of crops. The purpose of this article is to present the results of a study of peculiarities of agroecosystems state formation in the Western Polissya region of Ukraine under effects of climate change and to determine agroecological consequences of such changes. The study was performed in conditions of the Rivne region (oblast) located within the Western Polissya region of Ukraine. Climate changes have enabled growing non-typical Western Polissya warm-weather crops, including early- and late-ripening sunflower varieties. During the last five years, sunflower yields in the Rivne region are 19% greater than average yields in Ukraine and 39% greater than average yields in southern regions of Ukraine, for which this agricultural crop is typical. Thanks to sufficient water availability, plantings do not require irrigation, which substantially decreases costs. At the same time, much greater washing out of organic compounds and nutrients from the soil. An increase of sunflower cultivation area displaces traditional cereal cultures will aggravate the disbalance of agroecosystems of Ukrainian Western Polissya, promote further development of degradation processes, and impede agrosystems self-recovery and self-regulation. According to prognosis results, we estimated that it is necessary to maintain a balanced approach to growing crops (first of all, the new warm-season ones, which have appeared in the structure of planted areas due to climate change). We also suggest changing their growing techniques, as it is impossible to obtain high productivity with no environmental damage just thanks to climate changes, without maintaining an ecological balance in the agroecosystems

Обґрунтування стратегії сталого розвитку сільськогосподарського виробництва за умов зміни клімату (на прикладі Рівненської області)

Дисертацію присвячено обґрунтуванню стратегії сталого розвитку сільськогосподарського виробництва за умов зміни клімату із врахуванням збереження агроекологічного стану та родючості ґрунтів. Результати аналізу літературних джерел свідчать, що на даний час розробка стратегії сталого розвитку сільськогосподарського виробництва за умов зміни клімату залишається актуальним питанням. Недостатньо вивченим є питання впливу зміни клімату на структуру і продуктивність агроекосистем, адаптації до таких змін сільськогосподарських культур традиційного вирощування, наслідків для агроекосистем введення в сівозміну теплолюбних технічних культур, оскільки сільське господарство є дуже чутливим до будь-яких змін. За результатами аналізу природних умов розвитку агроекосистем встановлено, що Рівненська область має сприятливі природні умови. Територія області характеризується рівнинним рельєфом, тектонічна та геологічна будова зумовили формування значного розмаїття ґрунтових відмін, які, в свою чергу, сформували агроґрунтові умови території. Згідно агроґрунтового і агрокліматичного районування Рівненська область поділяється на два райони: зона Полісся (північна частина області) та зона Лісостепу (південна частина області). За результатами агрохімічної паспортизації, що була проведена Рівненською філією «Інститут охорони ґрунтів України», встановлено, що територія Полісся, на відміну від Лісостепу, має менш родючі ґрунти, що пояснюється розташуванням там кислих, з низьким вмістом гумусу ґрунтів. Рівненська область знаходиться в помірному кліматичному поясі. За період 1986-2018 рр. на території Полісся і Лісостепу області встановлено підвищення середньорічної температури повітря на 1 °С, відповідно зростання суми активних температур, зменшення кількості атмосферних опадів та погіршення умов атмосферного зволоження, збільшення повторюваності виникнення атмосферної посухи, кількості днів із суховієм та заморозками, тривалості безморозного періоду та повторюваності років із явищем вимерзання озимини. На підставі проведеного моніторингу сільськогосподарського виробництва Рівненської області встановлено, що сільське господарство є провідною галуззю економіки області з переважанням у 2018 р. рослинництва та зменшенням частки тваринництва в обсязі виробництва сільськогосподарської продукції на 19 % у порівнянні з 90-ми рр. У тваринництві за період 1990-2018 рр. відмічено зменшення поголів’я великої рогатої худоби у 6,0 разів, свиней у 2,2 рази, овець та кіз у 9,3 рази та, відповідно, зменшення виробництва тваринницької продукції (м’яса і молока) у 2,0-3,6 рази. Проаналізувавши динаміку площ сільськогосподарських угідь встановили, що за період 1995-2018 рр. площа ріллі збільшилася на 2 %, натомість зменшилися площі пасовищ та сіножать на 4 %, багаторічних насаджень – на 16 %, і перелогів – на 82 %. В результаті порівняння оптимальних і фактичних значень площ встановили, що структура земельних угідь і на Поліссі, і в Лісостепу області є незбалансованою: фактична площа ріллі є більшою на 7-17 % на Поліссі та на 36-46 % в Лісостепу області, а площа природних кормових угідь навпаки, меншою на 4-6 % та 28-31 % відповідно за оптимальну. Станом на 2018 р. відносно 1990 р. розширився спектр вирощуваних сільськогосподарських культур, а саме з’явилися площі посівів технічних культур – кукурудзи, ріпаку, соняшника та сої. Аналіз виробництва рослинницької продукції за період 1990-2018 рр. показав, що для території Полісся характерним стало зменшення виробництва зернових та зернобобових культур у 2 рази, цукрових буряків у 140 разів та повне припинення вирощування льону-довгунця. Проте відмічається збільшення виробництва картоплі та овочевих у 1,8 та 2,3 рази відповідно. У Лісостепу навпаки, спостерігається зростання виробництва практично усіх розглянутих сільськогосподарських культур у 2-58 разів, за винятком цукрових буряків, виробництво яких зменшилося у 2,8 рази. А також саме для цієї зони стало характерним (в останні роки) вирощування кукурудзи, ріпаку, соняшника та сої. Дослідивши динаміку продуктивності агроекосистем на території Рівненської області за період 2000-2018 рр., отримали збільшення у 1,9-2,6 рази врожайності зернових та зернобобових (з 15 ц/га до 59 ц/га), овочевих культур (з 127 ц/га до 363 ц/га) та сої (з 5 ц/га до 27 ц/га), у 5,8-7,0 рази соняшника (з 5 ц/га до 28 ц/га), незначне зростання урожайності картоплі (з 117 ц/га до 199 ц/га) на території Полісся і Лісостепу. Урожайність цукрового буряка зменшилась у 2,5 рази на території Полісся (з 250 ц/га до 100 ц/га та). Урожайність цукрового буряка та кукурудзи в Лісостепу зросла у 3 рази (з 159 ц/га до 504 ц/га та з 28 ц/га до 89 ц/га відповідно). Встановлено, що врожаї технічних культур за рахунок достатнього зволоження та зростання теплозабезпечення на території Рівненщини співвідносні з показниками південних областей України. Оскільки одним із способів зменшення негативного впливу сільськогосподарського виробництва на агроекологічний стан агроекосистем є органічне землеробство було проаналізовано придатність для цього земель. На основі досліджень Кисіля В.І. (2000 р.) та Шевчук Г.М. (2010 р.) було виявлено, що за 10 років на території Рівненської області збільшилась площа непридатних для органічного землеробства земель у 2 рази (з 472,5 до 953,0 тис. га) і зосереджені вони на Поліссі. Площа земель, що зайняті органічним землеробством на 2017 р. не перевищує 0,51 % площі сільськогосподарських угідь Рівненської області. Дослідження фітосанітарного стану агроекосистем виявили, що одночасно із кліматичними змінами та привнесенням нетипових технічних культур він зазнає погіршення. За період 2014-2017 рр. набули поширення по всій території області – золотиста картопляна нематода і амброзія полинолиста; на Поліссі – бактеріальний опік плодових; в Лісостепу – неповірус кільцевої плямистості тютюну, бактеріальне в’янення кукурудзи та західний кукурудзяний жук. В роботі досліджено вплив рослинництва на агроекологічний стан агроекосистем. Встановлено, що агроекосистеми зазнають втрат енергії у вигляді органічних і поживних речовин. В середньому за період 2000-2018 рр. по Рівненській області баланс вологи – додатній (+2,43 тис. м3/га/рік), гумусу – від’ємний (-0,24 т/га/рік), азоту – додатній (+9,37 кг/га/рік), фосфору – від’ємний (-2,13 кг/га/рік), калію – від’ємний (-4,75кг/га/рік). Втрати гумусу відбуваються після вирощування практично всіх розглянутих культур. Найбільше агроекосистеми втрачають азоту після вирощування цукрових буряків, кукурудзи та кормових культур (178-184 кг/га), фосфору – кукурудзи (53 кг/га), калію – соняшника (340,1 кг/га). Вирощування зернових і зернобобових та технічних культур (кукурудзи, ріпаку та соняшника) призводить до формування дефіциту поживних речовин в агроекосистемах області. У результаті досліджень було встановлено, що для досягнення збалансованості агроекосистем на території Рівненської області необхідно відновити оптимальне застосування добрив, оскільки на 2018 р. кількість внесення мінеральних та органічних добрив зменшилася у 2 та 15 разів відповідно у порівнянні з 90-ми рр. За дослідженням залежності продуктивності агроекосистем області від кліматичних і агрометеорологічних факторів виявили незначну роль їхнього впливу поокремо при формуванні врожайності сільськогосподарських культур (r 0,7), що підтверджує наявність складного механізму формування впливу змін клімату на урожайність сільськогосподарських культур. Однак все ж було встановлено лімітуючі фактори впливу на врожайність сільськогосподарських культур – це середня температура повітря і, відповідно, позитивні і ефективні температури, а також температура поверхні ґрунту (r = 0,517-0,680). На основі регресійного аналізу вперше було розроблено моделі врожайності сільськогосподарських культур для Полісся і Лісостепу Рівненської області, більшість з яких є статистично достовірними при рівні похибки не більше 5 %. Здійснено прогнозування врожайності за моделями та з використанням штучних нейронних мереж, за результатами якого до 2025 р. варто очікувати незначне зростання врожайності за рахунок попередніх резервів родючості ґрунтів з подальшим її зниженням, а в окремих випадках і стрімким (ріпак та соя). Порівняння результатів прогнозування за моделями і штучними нейронними мережами довело вищу точність останніх – середня відносна похибка коливається в межах 9-11 %. Вперше проведено SWOT-аналіз сільськогосподарського виробництва за умов зміни клімату, встановлено сильні та слабкі сторони, можливості та загрози його розвитку. Побудовано SWOT – матриці порівняльних переваг, викликів, та ризиків. Запропоновано стратегічні напрями, цілі та завдання для досягнення сталого розвитку сільськогосподарського виробництва, збалансування агроекосистем та відновлення і збереження їх агроекологічного стану за умов зміни клімату Розроблено стратегію бездефіцитного балансу гумусу, основу якої склали стратегічні завдання: відновлення галузі тваринництва, відновлення кормової бази, оптимізація структури сільськогосподарських угідь, використання сидератів, збереження збалансованості структури посівних площ та виокремлено рекомендовані показники для моніторингу сільськогосподарського виробництва

ОЦІНКА ВПЛИВУ АГРОТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ НА АГРОЕКОЛОГІЧНИЙ СТАН ҐРУНТІВ РІВНЕНСЬКОЇ ОБЛАСТІ

У статті розглянуто вплив таких агротехнологічних факторів, як застосування органічних і мінеральних добрив та зміни у структурі посівних площ на агроекологічний стан ґрунтового покриву Рівненської області. Здійснено розрахунок балансів гумусу, азоту, фосфору та калію. Встановлено, що ґрунти Рівненської області характеризуються незадовільним агроекологічним станом, оскільки відбувається втрата органічних і поживних речовин. Виявлено, що основною причиною зменшення родючості ґрунтів є недостатнє застосування органічних і мінеральних добрив та збільшення площ посіву кукурудзи, ріпаку, соняшника та сої

АГРОКЛІМАТИЧНЕ РАЙОНУВАННЯ ТЕРИТОРІЇ РІВНЕНСЬКОЇ ОБЛАСТІ

В статті розглянуто агрокліматичне районування Рівненської області, яка поділяється на північний та південний райони. Північний район фактично відповідає зоні Полісся, південний – зоні Лісостепу. В статті наведено характеристику агрокліматичних районів, досліджено специфіку виробництва рослинної та тваринної продукції. Наведено результати досліджень зміни метеорологічних та агрокліматичних показників. Встановлено, що територія Рівненської області, як і більшість територій України та світу, піддається впливу змін клімату, що виникають внаслідок глобального потепління. Виявлено переорієнтацію сільськогосподарського виробництва Рівненської області внаслідок зміни клімату

ЗАЛЕЖНІСТЬ ВРОЖАЙНОСТІ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР ВІД АГРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИХ ТА АНТРОПОГЕННИХ ФАКТОРІВ

Проаналізовано вплив агрометеорологічних і антропогенних факторів на показники врожайності озимої пшениці і кукурудзи на території Рівненської області. Встановлено залежність врожайності досліджуваних сільськогосподарських культур від температури повітря і кількості внесених мінеральних і органічних добрив