УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ ГІДРОТЕХНІКИ І МЕЛІОРАЦІЇ

Шалай Сергій Васильович

УДК 631.62:633 (043.3)

ОБГРУНТУВАННЯ ЕФЕКТИВНОЇ ВРОЖАЙНОСТІ

СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР НА ОСУШУВАНИХ

ЗЕМЛЯХ ЗА ДОВГОТЕРМІНОВИМ ПРОГНОЗОМ

06.01.02 – сільськогосподарські меліорації

(сільськогосподарські науки)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному університеті водного господарства та природокористування (НУВГП) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Рокочинський Анатолій Миколайович,

Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедрою гідромеліорацій

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук

Мошинський Віктор Степанович,

Національний університет водного господарства та природокористування, професор кафедри землеустрою, геодезії та геоінформатики

кандидат сільськогосподарських наук

Бистрицький Віталій Степанович,

Інститут сільського господарства Полісся УААН,

старший науковий співробітник

Провідна установа Державний агроекологічний університет, м. Житомир

Захист відбудеться “20” вересня 2006 р. о 14 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ-22, вул. Васильківська, 37

Автореферат розіслано “18” серпня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Топольнік Т.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сучасному етапі розвиток осушувальних меліорацій ґрунтується на розробці нових підходів і прогресивних технологій водорегулювання з метою оптимізації природно-меліоративного режиму сільськогосподарських угідь з регульованим водним режимом. Це потребує розробки відповідного методу та методики його реалізації, що дасть змогу здійснити оцінку загальної еколого-економічної ефективності через продуктивність та можливий екологічний стан осушуваних земель. При цьому врожай вирощуваних культур є визначальною складовою загального еколого-економічного ефекту при розробці проектів будівництва, реконструкції та експлуатації меліоративних систем (Є.П. Галямін, Є.Є. Жуковський, М.К. Каюмов, Є.К. Міхєєв, В.С. Мошинський, А.М. Рокочинський, Ю.К. Росс, О.О. Собко, Х.Г. Тоомінг та ін.).

За існуючої практики проектна врожайність, яка є головним критерієм ефективності реалізації гідромеліоративних заходів, сьогодні розглядається як константа незалежно від умов реального об’єкта та приймається або за фактичними зональними значеннями, або наближено розраховується за наявними методами програмування врожаю. Це не дає змоги відображати можливість її досягнення в умовах реального об’єкта. Тому необхідно здійснити розробку сучасних методів, які мають ґрунтуватись на довготерміновому прогнозі ефективної (дійсно можливої) врожайності і дадуть змогу обґрунтовано прогнозувати її залежно від визначальних факторів впливу.

Актуальність теми узгоджується з “Комплексною програмою розвитку меліорації земель і покращання екологічного стану зрошуваних та осушуваних угідь у 2001–2005 роках і прогнозу до 2010 року”, де одним з головних завдань є всеохоплююча реконструкція наявних меліоративних систем.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано впродовж 2001 – 2005 рр. згідно тематичних планів науково-дослідних робіт НУВГП за держбюджетною й госпдоговірною тематиками відповідно до програм Міністерства освіти і науки та Держводгоспу України “Розробити наукові принципи та методичні рекомендації з оптимізації природно-меліоративних режимів сільськогосподарських угідь гумідної зони України” (номер державної реєстрації 0101U005464), “Розробити теоретичні засади моделювання продуктивності осушуваних гідроморфних ґрунтів для прогнозування їхнього екологічного стану” (0105U001486) та “Обґрунтування ефективної проектної врожайності на осушуваних землях при будівництві й реконструкції меліоративних систем” (0104U006400), де автор був відповідальним виконавцем.

Мета і завдання досліджень. Мета роботи полягає в розробці наукових підходів до обґрунтування ефективної врожайності сільськогосподарських культур за довготерміновим прогнозом у проектах будівництва, реконструкції та експлуатації осушувальних систем.

Для досягнення мети вирішували наступні завдання:

- аналіз та теоретичне узагальнення наявних наукових підходів до визначення врожайності сільськогосподарських культур;

- розробка загальних принципів побудови та реалізації моделі ефективної врожайності сільськогосподарських культур на осушуваних землях;

- розробка принципів побудови та реалізації комплексу субмоделей з прогнозної оцінки на довготерміновій основі змінних умов реального об’єкта;

- виробнича перевірка та оцінка ефективності вдосконаленого методу з обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях.

Об’єктом досліджень є складні процеси і явища формування врожаю вирощуваних культур на осушуваних землях у змінних природних, агротехнічних та меліоративних умовах.

Предметом досліджень є методи обґрунтування ефективної врожайності вирощуваних культур на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом.

Методи досліджень ґрунтуються на системному підході та моделюванні процесів формування врожаю на меліорованих землях. У цьому разі меліоративні об’єкти розглядаються як складні природно-технічні системи з притаманними їм закономірностями функціонування і розвитку.

В процесі досліджень використано аналітичний і статистичний методи, загальна теорія експерименту, математичне моделювання та машинний експеримент на ЕОМ. Опрацювання результатів виконано на ЕОМ за загальновідомими методами математичної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше запропоновано розглядати і визначати врожайність за довготерміновим прогнозом на рівні проекту як середньозважену за змінними природними й меліоративними умовами в часі та просторі величину;

- удосконалено принципи побудови і реалізації загальної моделі врожайності на осушуваних землях через уточнення основних її категорій від потенційно можливої до технологічно отримуваної та представлення її в умовах довготермінового прогнозу у вигляді моделі мультиплікативного типу;

- отримали подальшого розвитку методи довготермінового агрометеорологіч-ного прогнозу щодо встановлення строків сівби й розвитку культур, а також емпіричних залежностей зв’язку між ФАР та температурою повітря, які, на відміну від наявних, можуть бути використані при визначенні як потенційно можливої, так і технологічно отримуваної врожайності в структурі загальної моделі;

- отримали подальшого розвитку загальноприйняті методи програмування врожаю щодо ККД ФАР для сільськогосподарських культур проектної сівозміни, за якими, на відміну від наявних підходів, потенційно можливий ККД ФАР визначається покроковою ітерацією за умови, коли агротехнічно забезпечена врожайність не перевищує відповідну кліматично забезпечену;

- удосконалено методи програмування врожаю щодо оптимальних норм добрив, які, на відміну від наявних, полягають у коригуванні рекомендованих зональних норм добрив на осушуваних землях залежно від потенційної родючості ґрунтів реального об’єкта;

- дістали подальшого розвитку методи обґрунтування дольових часток впливу визначальних факторів на врожайність вирощуваних культур, що, на відміну від наявних, ґрунтуються на поєднанні довготермінового прогнозу із загальноприйнятими балансовим і статистичним методами.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що вони дають змогу підвищити обґрунтованість проектних технічних та технологічних рішень з водорегулювання осушуваних земель через відповідну оцінку ефективної врожайності вирощуваних культур у змінних природних, агротехнічних та меліоративних умовах реального об’єкта.

Для стадії проекту будівництва, реконструкції та експлуатації осушувальних систем розроблено методику розрахунку з обґрунтування ефективної врожайності сільськогосподарських культур, яка дасть змогу на багатова-ріантній основі здійснювати вибір оптимальних технічних та технологічних рішень з водорегулювання осушуваних земель.

Дані розробки пройшли апробацію на системах двобічної дії в Київській (на площі 155 га), Житомирській (487 га) та Волинській (412 га) областях, яка показала, що врахування притаманних об’єкту природних, агротехнічних та меліоративних умов дає змогу підвищити обґрунтованість визначення реальної врожайності порівняно із заданими проектом значеннями, що, у свою чергу, адекватно відображається на визначенні реального рівня капітальних вкладень і поточних меліоративних витрат, спрямованих на будівництво, реконструкцію або експлуатацію меліоративних об’єктів.

Результати дисертаційної роботи та її апробації в умовах виробництва було використано і достатньою мірою відображено у відповідних рекомендаціях, розглянутих і затверджених науково-технічною радою інституту Укрводпроект, протокол № 6 від 16 грудня 2004 року.

Крім того, розроблено проект посібника до ДБН, який вміщує два підходи для вирішення завдання щодо обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом: повну реалізацію розробленого методу за комплексом прогнозно-імітаційних моделей на ЕОМ і спрощений варіант його реалізації у виробничих умовах за нормованими значеннями корегуючих коефіцієнтів.

Результати досліджень покладено в основу реалізації спільно розробленого на кафедрах менеджменту та гідромеліорацій НУВГП методу інвестиційної оцінки меліоративних проектів у зоні осушувальних меліорацій, а також упроваджено в навчальний процес у вигляді навчально-методичного забезпечення теоретичних курсів, підготовки курсових, дипломних і магістерських робіт для студентів спеціальності “Гідромеліорація”.

Особистий внесок здобувача. На підставі узагальнення теоретичних та експериментальних досліджень автором особисто розроблено і сформульовано всі основні положення дисертаційної роботи щодо наукових підходів до обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень, включені до дисертації, оприлюднені на науково-технічній конференції РДТУ (Рівне, 2000), студентсько-викладацьких наукових конференціях УДУВГП (Рівне, 2002-2004) та НУВГП (Рівне, 2005), міжнародній конференції “Актуальні проблеми водного господарства на початку XXI ст.”, присвяченій 80-річчю УДУВГП (Рівне, 2002), міжнародній науковій конференції молодих вчених ІЗПР УААН (Херсон, 2002), експертній науково-технічній раді інституту “Укрводпроект” (Київ, 2005), конференції, присвяченій 75-річчю ІГіМ УААН (Київ, 2005).

Публікації. За результатами дисертаційних досліджень опубліковано 8 статей у фахових виданнях та видано 1 рекомендації виробництву.

Структура та обсяг дисертації. Дисертацію викладено на 190 сторінках машинописного тексту, вона містить 5 розділів, у яких представлено 22 таблиці та 14 рисунків, додатки обсягом 35 сторінок, що вміщують 20 таблиць і 1 рисунок, та список використаних літературних джерел вітчизняних і зарубіжних авторів із 167 найменувань на 14 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обґрунтовано її актуальність.

У першому розділі “Сучасний стан питання щодо визначення врожайності на осушуваних землях” обґрунтована необхідність визначення ефективної врожайності (розрахункового аналогу фактичної врожайності в заданих умовах реального об’єкта) вирощуваних культур за довготерміновим прогнозом. Це питання є складовою ланкою принципів обґрунтування оптимальних проектних технічних і технологічних рішень (ТТР) з водорегулювання осушуваних земель за А.М. Рокочинським (2002). Згідно з ними, остаточний вибір способів, схем та режимів водорегулювання і пов’язаних із ними типів, конструкцій, параметрів гідромеліоративних систем (ГМС) може бути здійснений тільки на основі техніко-економічного обґрунтування (ТЕО) і розгляду можливих альтернативних варіантів ТТР за комплексом прогнозно-імітаційних моделей. Це можливо за умови визначення відповідної врожайності вирощуваних культур, яка є показником ефективності реалізації відповідного ТТР.

Виконаний аналіз праць вітчизняних та зарубіжних науковців (В.С. Бистрицький, Є.П. Галямін, В.П. Дмитренко, Є.Є. Жуковський, М.К. Каюмов, А.Р. Константінов, Є.К. Міхєєв, В.С. Мошинський, Пеннінг де Фриз, А.М. Полєвой, Р.А. Полуектов, А.М. Рокочинський, Ю.К. Росс, І.Т. Слюсар, О.О. Собко, Ю.О. Тараріко, Х.Г. Тоомінг, Франс Дж., Торнлі Ф.Х.М. та ін.), присвячених дослідженню процесів формування врожаю, засвідчив, що наявні підходи, внаслідок невизначеності їхньої практичної реалізації на проектному рівні, не можуть бути ефективно використані в загальному комплексі прогнозно-імітаційних розрахунків з обґрунтування оптимальних проектних ТТР з водорегулювання осушуваних земель.

Тому завданням дисертаційної роботи є розробка сучасного методу, що дасть змогу обґрунтовано визначати за довготерміновим прогнозом реальну врожайність вирощуваних культур на осушуваних землях.

У другому розділі “Обґрунтування, об’єкти та методика проведення досліджень” встановлено, що за розглянутими теоретичними передумовами з вирішення поставленого у дисертації завдання є необхідність всебічного аналізу впливу на розвиток рослин визначальних змінних факторів реального об’єкта в їхньому взаємозв’язку.

Через необхідність визначення потенційно можливої врожайності за довготерміновим прогнозом, що не може бути здійснена в польових та лабораторних умовах і є характерною особливістю дисертаційного дослідження, вирішення окресленого завдання можливе тільки шляхом постановки і реалізації машинного експерименту на ЕОМ з відповідною перевіркою результатів за даними польових та виробничих досліджень. Він, у свою чергу, повинен здійснюватися за комплексом прогнозно-імітаційних моделей на основі сучасних методів програмування врожаю. Водночас визначальні умови реального об’єкта необхідно розглядати у вигляді схематизованих природно-меліоративних умов щодо сукупностей розрахункових метеорологічних режимів, грунтів, технологій водорегулювання та культур проектної сівозміни (А.М. Рокочинський, 2002).

Ідентифікацію комплексу імітаційних моделей з обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях виконано на дослідно-виробничому стаціонарі кафедри гідромеліорацій НУВГП “Травневий” (Переяслав-Хмельницький район Київської області) за ретроспективними багаторічними даними (1978–1991 рр.) на прикладі вирощування кукурудзи на силос. Верифікацію виконано за ретроспективними багаторічними даними (1967–1994 рр.) на дослідно-виробничому стаціонарі Інституту сільського господарства Полісся УААН (Коростенський район Житомирської області) на прикладі вирощування багаторічних трав на зелену масу в рамках сумісного виконання науково-дослідних робіт за державною програмою “Продовольство-95”, проблема 16 “Ефективне використання осушуваних земель”.

Для виробничої перевірки комплексу моделей на прикладі сівозміни було сплановано і здійснено машинний експеримент для умов реального проекту осушувальної системи площею 412 га в зоні західного Полісся України на землях СВК “Пархоменське” Любомльського району Волинської області. Тип і конструкція системи дають змогу реалізувати основні технології водорегулювання : s=1 – осушення, s=2 – попереджувальне шлюзування, s=3 – зволожувальне шлюзування, s=4 – зрошення дощуванням на фоні попереджувального шлюзування. Ґрунти на об’єкті представлені за спектром зміни їхніх водно-фізичних властивостей, розповсюдження та родючості у вигляді сукупності , : дерново-підзолисті глеюваті зв’язно-піщані (площа F=185 га, бонітет 24 бала), дернові глейові короткопрофільні зв’язно-піщані (F=131 га, Б=57), торфові (F=74 га, Б=30), дерново-карбонатні (F=5 га, Б=84).

Задана проектом сівозміна складається з наступної сукупності культур та їхніх посівних площ , : озимі зернові (площа F=124 га), льон (F=21 га), картопля (F=15 га), буряк кормовий (F=24 га), кукурудза на силос (F=35 га), багаторічні трави (F=172 га), овочеві (помідори) (F=3,7 га).

Бонітет ґрунтів визначено за методикою Р.С. Трускавецького (1992), удосконаленою В.С. Мошинським (2002).

Розрахунки виконано для 5 типових розрахункових періодів вегетації : дуже вологі (p=10%), вологі (p=30%), середні (p=50%), сухі (p=70%), дуже сухі (p=90%) (А.М. Рокочинський та ін., 1996). При обґрунтуванні потенційно можливої врожайності закладали значення відповідного ККД ФАР в інтервалі 0,5…5% з розрахунковим кроком через 0,5%. Розглядали 2 варіанти щодо добрив: без внесення та з внесенням оптимальної їхньої кількості залежно від загальної родючості ґрунту.

В рамках машинного експерименту досліджено 6720 варіантів, що практично не можливо в польових та лабораторних умовах за визначений час. Опрацювання результатів досліджень виконано на ЕОМ із використанням сучасних математичних методів.

У третьому розділі “Науково-методичні підходи до обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом” за виконаними теоретичними дослідженнями визначено, що модель з прогнозної оцінки врожайності осушуваних земель на проектному рівні необхідно створювати з урахуванням визначальних умов реального об’єкта впродовж проектного терміну його функціонування як середньозважених у часі і просторі величин. Такий підхід узгоджується з принципами обґрунтування оптимальних проектних ТТР з водорегулювання осушуваних земель за А.М. Рокочинським (2002).

Тому, з урахуванням реалізації кліматологічної стратегії управління складними метеоролого-економічними (або природно-технічними) системами за Є.Є. Жуковським (1981), на основі байесівського підходу, модель середньозваженої врожайності на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом може бути представлена як

, ц/га. (1)

Тут – розрахункова величина ефективної (технологічно забезпеченої) врожайності k-ї культури, отриманої у заданих кліматичних і ґрунтових g умовах для відповідної технології водорегулювання s та різних типових щодо умов тепло- й вологозабезпеченості розрахункових періодів вегетації p; f , fg – дольові частки площ розповсюдження кліматичних та ґрунтових g відмін у межах об’єкта; – відомі (або визначені) значення повторюваності (часток) можливого стану типових схем метеорологічних режимів у розрахункові за тепло - й вологозабезпеченістю періоди вегетації у межах проектного терміну функціонування об’єкта, приведеного до 1.

Реалізація моделі (1) потребує визначення величини ефективної врожайності , що відображає вплив природних, агротехнічних та меліоративних факторів на розвиток рослин. Тому, через розгляд основних категорій врожайності від потенційної до технологічної, нами удосконалено принципи побудови й реалізації загальної моделі врожайності на осушуваних землях. Для цього за основу обрано відомий підхід Х.Г. Тоомінга (1986), який запропонував розглядати наступні основні категорії врожайності (рис. 1, а).

Оскільки цей підхід має структурну невизначеність щодо його реалізації на проектному рівні, нами, на відміну від Х.Г. Тоомінга, введені уточнені категорії врожайності (рис. 1, б), які розкривають структуру загальної моделі.

З урахуванням зазначеного, загальна модель ефективної врожайності на осушуваних землях для умов довготермінового прогнозу нами представлена аналогічно до підходу А.Ф. Чудновського (1980) у мультиплікативному вигляді і визначає перехід від потенційної до технологічної врожайності

, ц/га . (2)

У представленій моделі (2) - кліматично забезпечена врожайність k-ї культури; K1 – коефіцієнт зниження врожайності за бонітетом ґрунту g (0 K1 1); K2 – коефіцієнт збільшення врожайності за внесеними добривами, (K21, але 0 K1 K2 1); K3 – коефіцієнт зниження врожайності при відхиленні строку посіву (відновлення вегетації) від оптимального (0 K3 1); K4 – коефіцієнт впливу на врожайність поточних природно-меліоративних умов (клімату щ, р та технологій водорегулювання s) періоду вегетації культури (0 K4 1); K5 – коефіцієнт зниження врожайності при відхиленні строку збирання від оптимального (0 K5 1); K6 – коефіцієнт зниження врожайності за рахунок втрат при збиранні та транспортуванні (0 K6 1).

Визначення складових моделі (2) можливе тільки на основі застосування методу математичного моделювання на ЕОМ за відповідними моделями з прогнозної оцінки метеорологічних режимів розрахункових періодів вегетації, водного режиму і технологій водорегулювання осушуваних земель.

У четвертому розділі “Комплекс субмоделей з визначення ефективної врожайності на осушуваних землях” представлено принципи побудови і реалізації складових субмоделей загальної моделі ефективної врожайності (2) на основі розгляду її уточнених категорій (див. рис. 1, б).

Відповідно до сформульованих принципів побудови загальної моделі (2) потенційно можлива врожайність є визначальною характеристикою. В свою чергу, її найважливіша складова – кліматично забезпечена врожайність , може бути визначена в структурі загальноприйнятого методу програмування врожаю за підходом М.К. Каюмова (1977, 1989). Ця величина відповідно визначає максимально можливу врожайність у конкретних природно-кліматичних умовах регіону, де розташований об’єкт, і характеризується, перш за все, кліматичними умовами періоду вегетації культури, основною з яких є прихід фотосинтетичноактивної радіації (ФАР) та рівень її використання рослинами, що традиційно визначається відповідним значенням коефіцієнта корисної дії (ККД).

Але оскільки цей підхід утримує в собі елемент невизначеності щодо його реалізації на проектному рівні внаслідок неможливості прогнозування змінних кліматичних умов, нами розв’язано наукову задачу агрометеорологічного забезпечення прогнозних розрахунків для схематизованих умов, що полягає, по-перше, у встановленні зв’язку між ФАР та температурою повітря, по-друге, у визначенні строків сівби (відновлення вегетації) і розвитку культур.

Зв’язок між ФАР і температурою повітря може бути представлено у вигляді встановлених нами за сформованими масивами довідникових даних емпіричних рівнянь

. (3)

Тут і – прихід ФАР для відповідних періодів березень – липень та серпень – жовтень у межах p-го розрахункового періоду вегетації k-ї культури, кДж/см2; – середньодекадна температура повітря за -у декаду p-го розрахункового періоду вегетації. Рівень точності рівнянь (3) за коефіцієнтом детермінації становить d = r2 = 0,98.

Настання строків сівби (відновлення вегетації) визначається датою стійкого переходу середньодобової температури через граничне значення, вище якого починається розвиток рослин, як . Тут – нормоване значення нижньої температурної межі початку розвитку k-ї культури (біологічний мінімум). Відповідно тривалість періоду вегетації може бути обмежена кількістю діб, упродовж яких відбувається накопичення суми активних температур, необхідних для проходження всіх фаз розвитку культури.

Водночас хід зміни температури, як і інших метеофакторів (опади, дефіцит вологості повітря тощо), визначаються за відповідними моделями їх довготермінового прогнозу (А.М. Рокочинський та ін., 1996).

Крім цього, обґрунтовано величину ККД ФАР, зміну значень якої пропонується розглядати від потенційно можливих до ефективних (фактичних) за аналогією побудови загальної моделі (див. розд. 3). Суть підходу полягає у тому, що за структурою загальної моделі величина агротехнічної врожайності YA не може перевищувати кліматично забезпечену врожайність YF. Для реалізації такої умови за результатами виконаного машинного експерименту визначено, що існує тісний зв’язок (d = 0,95…0,97) між потенційно можливими значеннями ККД ФАР та відношенням YA / YF .

Характер такого зв’язку добре узгоджується з експоненціальною кривою, яка може бути побудована для будь-яких районованих культур. Величина потенційного ККД ФАР визначається за допомогою покрокової ітерації побудови функції на основі машинного експерименту до виконання заданої умови YA / YF 1. Як приклад, на рис. 2 наведено зв’язок потенційного ККД ФАР з обумовленим відношенням для багаторічних трав на сіно у разі вирощування їх на дерново-підзолистих ґрунтах у СВК “Пархоменське” Любомльського району Волинської області.

Врожайність за бонітетом ґрунту YБ у моделі (2) визначається на основі корегування величини кліматично забезпеченої врожайності за відповідним коефіцієнтом зниження врожаю (К1), який, у свою чергу, може бути встановлений як відношення природного бонітету ґрунтової різниці до бонітету еталонного ґрунту. Для визначення природного бонітету ґрунту добре показали себе загальновизнані підходи А.І. Сєрого (1990), Р.С. Трускавецького (1992) та В.С. Мошинського (2002).

Прибавка врожайності від дії добрив через відповідний коефіцієнт її збільшення (К2) може визначатися як

, (4)

де – прибавка врожайності завдяки внесенню добрив, ц/га,

– урожайність, забезпечена природною родючістю (бонітетом) ґрунту, ц/га.

Величину визначають за загальновизнаними моделями методики програмування врожаю, в яких, як правило, використовують загальні рекомендовані зональні середні норми внесення добрив. Але на наш погляд, такі рекомендації втрачають свою практичну цінність при застосуванні їх у реальних умовах, оскільки не враховують диференціацію ґрунтових відмін та взаємозв’язку між екологічними і економічними вимогами до системи застосування добрив.

Для кількісної оцінки зв’язку оптимальних проектних норм добрив із різною родючістю грунтів у зоні осушувальних меліорацій нами запропоновано нормовану криву у вигляді складених тригонометричних функцій.

Як приклад, на рис. 3 наведено графік залежності внесення норм добрив (Н) під картоплю від загальної родючості ґрунту (Б) та рівняння, що його описують для умов досліджуваного об’єкта в СВК “Пархоменське” Любомльського району Волинської області (див. розд. 2).

На відміну від наявних, застосування такого підходу дає змогу диференційовано підійти до визначення норм добрив за економічними та екологічними вимогами з урахуванням рівня родючості ґрунтів.

Для реалізації субмоделей з визначення втрат врожаю за відхиленням від оптимальних термінів сівби та збирання культур на осушуваних землях (за відповідними коефіцієнтами К3 та К5) можуть бути використані розробки В.Г. Муранова і М.О. Лазарчука (1989, 1992). На стадії проекту рекомендується приймати К3 = 1 та К5 = 1.

Вплив природно-меліоративних умов періоду вегетації на формування технологічно забезпеченої врожайності (YS) за коефіцієнтом К4 , залежно від способів водорегулювання осушуваних земель, можна визначити за методами прогнозування водного режиму осушуваних ґрунтів, розробкою яких в Україні займалися А.М. Янголь, О.В. Скрипник, М.О. Лазарчук та ін. Основою її реалізації щодо прогнозування врожаю є функція зниження продукційних процесів, що представлена А.М. Рокочинським (2002) через динаміку водоспоживання культури впродовж періоду вегетації у вигляді відношення рівнів її ефективного та потенційно можливого водоспоживання.

В структурі оцінки технологічно забезпеченої врожайності за втратами при збиранні та транспортуванні вирощеної продукції (за коефіцієнтом K6) останню можна визначити на основі узагальнених рекомендацій В.С. Мошинського (2002). З урахуванням їхнього аналізу, на стадії проекту будівництва, реконструкції та експлуатації ГМС рекомендується приймати K6 = 0,80...0,85.

Реалізація розглянутих субмоделей у структурі загальної моделі ефективної врожайності дасть змогу обґрунтовано здійснювати прогноз останньої залежно від визначальних факторів впливу реального об’єкта.

У п’ятому розділі “Виробнича перевірка та оцінка ефективності результатів наукових досліджень” виконано виробничу перевірку та оцінку ефективності запропонованого підходу в природних, агротехнічних та меліоративних умовах осушувальної системи на землях СВК “Пархоменське” Любомльського району Волинської області для культур проектної сівозміни (див. розд. 2). Так, для усереднених ґрунтових умов по досліджуваному об’єкту розрахункові прогнозні значення ефективної врожайності багаторічних трав на сіно, залежно від способів водорегулювання (за основу розглянуто найменш ефективний – осушення та найкращий – зрошення дощуванням на фоні попереджувального шлюзування, способи) та рівня внесених добрив, коливається від 16,6 до 49,5 ц/га. Такий розмах варіювання узгоджується з відповідними значеннями заданої за проектом (28 ц/га) та фактичної врожайності за період 1991 – 1995 рр. (19,0...22,1 ц/га) даної культури. Одержані аналогічним чином результати для інших культур проектної сівозміни також добре узгоджуються з відповідними проектними та фактичними їхніми значеннями для зональних умов досліджуваного об’єкта.

Крім того, у рамках перевірки ефективності результатів досліджень, удосконалено метод з визначення дольових часток (вагових коефіцієнтів) впливу визначальних факторів на врожайність культур шляхом поєднання довготермінового прогнозу врожайності з диференціюванням її складових щодо змінних природних, агротехнічних та меліоративних умов реального об’єкта із загальновідомими балансовим та статистичними методами, які традиційно використовуються для вирішення таких завдань.

Так, для розглянутого об’єкта, при вирощуванні багаторічних трав на дерново-підзолистих ґрунтах (Б=24 бала), в умовах дуже сухого року (р=90%) та роботи системи в режимі осушення – найбільшого впливу на врожайність здійснює фактор внесення добрив (49%). Якщо у відповідних умовах застосувати найкращу технологію – зрошення на фоні попереджувального шлюзування, то дольова частка від дії добрив підвищується до 54,7%, у свою чергу зростає і ефективність технології водорегулювання з 11,4% до 14,4%. За умови, якщо добрива не вносять, у 2...2,5 рази зростає вплив родючості ґрунту, сортового ресурсу та технології водорегулювання.

Одержані дані свідчать про правомірність даного підходу, який узгоджується з наявними (В.С. Мошинський, 2002) і дає змогу визначати основні фактори впливу на умови розвитку вирощуваних культур та здійснювати управління ними на довготерміновій основі.

Отже, запропонований метод дає змогу з достовірністю 70...90% здійснювати довготерміновий прогноз ефективної врожайності вирощуваних на осушуваних землях культур щодо змінних природних, агротехнічних та меліоративних умов реального об’єкта, а також оцінку різних варіантів проектних ТТР із вибором найкращого з них.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове розв’язання наукової задачі, що полягає в необхідності обґрунтування ефективної врожайності (розрахункового аналогу фактичної врожайності в заданих умовах реального об’єкта) вирощуваних на осушуваних землях культур через удосконалення сучасних методів програмування врожаю. Показано, що здійснення такого підходу потребує розвитку теоретичних основ та удосконалення наявних методів програмування врожаю з визначення врожайності для умов довготермінового прогнозу.

2. Науково обґрунтовано, що при довготерміновому прогнозі на проектному рівні ефективну врожайність доцільно розглядати у вигляді середньозваженої в часі та просторі величини за схематизованими змінними природними, агротехнічними та меліоративними умовами реального об’єкта.

3. В розвиток наявних підходів до моделювання продуктивності меліорованих земель удосконалено принципи побудови і реалізації загальної моделі врожайності на осушуваних землях через уточнення прийнятих основних категорій врожайності: кліматично забезпеченої, за природним бонітетом ґрунту, агротехнічно забезпеченої за внесеними добривами й технологічно забезпеченої – та представлення її у вигляді моделі мультиплікативного типу (2).

4. Для реалізації загальної моделі врожайності одержали подальшого розвитку методи довготермінового агрометеорологічного прогнозу щодо встановлення строків сівби і розвитку культур проектної (чи планової) сівозміни та визначення емпіричних залежностей зв’язку між приходом ФАР й температурою повітря на підставі узагальнення довідникових даних. На відміну від наявних підходів це дасть змогу обґрунтовано визначати як потенційно можливу, так і технологічно забезпечену врожайність у структурі розрахунків.

5. На основі теоретичних досліджень удосконалено наукові принципи визначення потенційно можливого рівня використання рослинами сонячної радіації як обов’язкової умови реалізації довготермінового прогнозу. Експериментально доведено, що ця величина визначається покроковою ітерацією за умови, коли потенційний агротехнічно забезпечений врожай не перевищує відповідний кліматично забезпечений. На відміну від наявних підходів це дає змогу обґрунтовано визначати кліматично забезпечену врожайність у структурі загальної моделі з урахуванням змінних умов реального об’єкта.

6. Визначено та запропоновано тригонометричні функції зв’язку норм добрив із загальною родючістю меліорованих земель. У структурі обґрунтування агротехнічно забезпеченої врожайності такий підхід дає змогу корегувати рекомендовані зональні норми добрив залежно від загальної родючості ґрунтів реального об’єкта з дотриманням екологічних та економічних вимог.

7. У структурі оцінки ефективності розробленого підходу до обґрунтування ефективної врожайності, на основі поєднання довготермінового прогнозу із загальноприйнятими балансовим і статистичними методами удосконалено підхід та визначено вплив визначальних факторів на врожайність вирощуваних культур. Це дає змогу визначати ступінь впливу на врожайність визначальних факторів та здійснювати управління ними.

8. Запропонований підхід з обґрунтування ефективної врожайності на осушуваних землях, на відміну від наявних, дає змогу диференційовано здійснювати прогноз продуктивності осушуваних земель залежно від змінних умов реального об’єкта та підвищити обґрунтованість технічних й технологічних рішень у проектах будівництва, реконструкції та експлуатації меліоративних систем.

Виробнича перевірка розробленої методики на реальних системах двобічної дії в Київській, Житомирській та Волинській областях показала, що за структурою побудови, рівнем складності, інформаційного забезпечення й достовірністю отриманих результатів (70...90%) вона відповідає необхідним вимогам щодо застосування у виробництві.

9. Результати наукових досліджень покладено в основу розробленої на кафедрах менеджменту та гідромеліорацій НУВГП методики інвестиційної оцінки меліоративних проектів у зоні осушувальних меліорацій. Вони увійшли до складу тимчасових рекомендацій і проекту посібника до ДБН, які передано проектним й експлуатаційним водогосподарським організаціям України та впроваджено в навчальний процес при підготовці фахівців за спеціальністю “Гідромеліорація”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у фахових виданнях

1. Шалай С.В. Підходи до створення загальної моделі врожайності на осушуваних землях // Матеріали міжнародної наукової конференції молодих вчених “Актуальні проблеми землеробства на початку нового тисячоліття та шляхи її вирішення”: Зб. наук. праць, №3. – Херсон: ІЗПР УААН. – 2002. – С. 21–25.

2. Рокочинський А.М., Шалай С.В. Принципи побудови загальної моделі врожайності на осушуваних землях // Вісник Рівненського державного технічного університету. – 2000. – Вип. 3(5). – С. 33–38.

3. Рокочинський А.М., Шалай С.В., Майса І.М. Визначення ефективної проектної врожайності осушуваних земель при будівництві та реконструкції меліоративних систем // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. – Рівне, 2002. – Вип. 4(17). – С. 109–116.

4. Шалай С.В., Бежук В.М., Рокочинський А.М. Метеорологічне забезпечення прогнозно-імітаційних розрахунків з визначення продуктивності осушуваних земель на довготерміновій основі. // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. – Рівне, 2003. – Вип. 4(23). – C. 96–107.

5. Шалай С.В., Майса І.М., Павлічук В.М., Рокочинський А.М. Оцінка впливу сонячної радіації у формуванні продуктивності осушуваних земель на довготерміновій основі // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. – Рівне, 2003. – Вип. 6(19). – С. 133–145.

6. Вальчук Л.В., Кучерова А.В., Шалай С.В., Веремеєнко С.І., Рокочинський А.М. Оптимізація норм добрив щодо родючості ґрунту в проектах будівництва й реконструкції осушувальних систем // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. – Рівне, 2004. – Вип. 2 (26). – С. 66–72.

7. Шалай С.В., Рокочинська Н.А., Павлічук В.М., Рокочинський А.М. Обґрунтування економічної ефективності проекту реконструкції меліоративної системи в зоні західного Полісся України // Вісник Національного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. - Рівне, 2004. – Вип. 3 (27). – С. 86–96.

8. Шалай С.В., Рокочинський А.М. Диференційована оцінка впливу визначальних природно-агро-меліоративних факторів на продуктивність осушуваних земель // Меліорація і водне господарство. – К.: Аграрна наука, 2004. – Вип. 91. – С. 122–128.

Брошури

1. Тимчасові рекомендації з обґрунтування ефективної проектної врожайності на осушуваних землях при будівництві й реконструкції меліоративних систем. – Рівне, 2004. – 43 с.

АНОТАЦІЯ

Шалай С.В. Обґрунтування ефективної врожайності сільськогосподарських культур на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.02 – сільськогосподарські меліорації (сільськогосподарські науки). – Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ. – 2006.

Дисертацію присвячено питанням обґрунтування ефективної врожайності (розрахункового аналогу фактичної врожайності в заданих умовах реального об’єкта) сільськогосподарських культур на осушуваних землях за довготерміновим прогнозом. У ній дістали подальшого розвитку методи програмування врожаю щодо довготермінового прогнозу врожайності вирощуваних культур та розроблено підходи до створення і реалізації відповідного комплексу прогнозно-імітаційних моделей. Дані розробки дадуть змогу підвищити обґрунтованість проектних рішень з водорегулювання осушуваних земель та рівень використання природних і матеріально-технічних ресурсів.

Ключові слова: модель, осушувані землі, ефективна врожайність, довготерміновий прогноз.

АННОТАЦИЯ

Шалай С.В. Обоснование эффективной урожайности сельскохозяйственных культур на осушаемых землях на основе долгосрочного прогноза. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 06.01.02 – сельскохозяйственные мелиорации (сельскохозяйственные науки). – Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев. – 2006.

Диссертация посвящена вопросам обоснования эффективной урожайности (расчетного аналога фактической урожайности в условиях реального объекта) сельскохозяйственных культур. В ней получили дальнейшее развитие методы программирования урожая выращиваемых культур на основе его долгосрочного прогноза с использованием комплекса прогнозно-имитационных моделей. Эта задача решалась путем усовершенствования основных категорий урожайности осушаемых земель.

Для реализации предложенного подхода обоснованы методы долгосрочного агрометеорологического прогноза по установлению сроков сева, развития культур, прихода ФАР и потенциального уровня ее использования растениями. Кроме того, усовершенствованы расчетные методы, позволяющие уточнять общие зональные рекомендованные нормы удобрений в зависимости от уровня плодородия почвы, а также производить оценку, на основании совместного использования долгосрочного прогноза, балансового и статистического методов, степени влияния основных природных, агротехнических и мелиоративных факторов реального объекта на формирование урожайности выращиваемых культур.

По результатам исследований подготовлены производственные рекомендации, позволяющие осуществить прогнозную оценку эффективной урожайности сельскохозяйственных культур, выращиваемых на осушаемых землях, как на основании имитационного компьютерного моделирования, так и использования упрощенной методики ее оценки по корректирующим коэффициентам. Все это в комплексе позволит повысить экономическую и экологическую обоснованность проектов строительства, реконструкции и эксплуатации осушительных систем относительно различных вариантов водорегулирования, а также уровня использования природных и материально-технических ресурсов.

Ключевые слова: модель, осушаемые земли, эффективная урожайность, долгосрочный прогноз.

SUMMARY

S. Shalay. Substantiation of effective crop capacity of agricultural crops on the drained lands by long-term forecast. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 06.01.02 – agricultural melioration. – Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation, UAAS, Kiev, 2006.

The dissertation is devoted to questions that are connected with the substantiation of effective crop capacity on the drained lands by long-term forecast. They have the further development methods of agricultural cultures crop capacity programming by long-term forecast. The approaches to creation and realizations of a corresponding complex of prognostic and imitation models are developed. It will allow raising validity of design decisions on water-regulation of the drained lands and also a level of natural and material resources using.

Key words: model, drained lands, effective crop capacity, long-term forecast.