АКАДЕМІЇ АГРАРНИХ НАУК

Манівчук Георгій (Юрій) Васильович

УДК 581.55; 631.95; 631, 86/87; 631, 427

МЕХАНІЗМИ ВІДНОВЛЕННЯ САМОРЕГУЛЯЦІЇ, ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ, ОХОРОНИ ТА РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ЛУЧНИХ АГРОБІОГЕОЦЕНОЗІВ УКРАЇНСЬКИХ КАРПАТ

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Ужгородському національному університеті на кафедрах біологічного та економічного факультетів

Науковий консультант: доктор біологічних наук, професор

Йосиф Володимирович Царик

Львівський національний університет,
професор кафедри зоології.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор,

член-кор. НАН України

Анатолій Павлович Травлеєв

Дніпропетровський національний університет, професор кафедри геоботаніки, ґрунтознавства та екології.

доктор біологічних наук, професор,

Микола Миколайович Мірошниченко

ННЦ "Інститут ґрунтознавства та агрохімії

ім. О.Н. Соколовського" (м.Харків),

головний науковий співробітник відділу охорони ґрунтів

від техногенних забруднень

доктор біологічних наук, професор,

Тетяна Леонідівна Андрієнко-Малюк

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України

зав. лабораторією наукових основ заповідної справи

Захист відбудеться 6 листопада 2007 року о 11 год., на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології УААН за адресою: 03143, м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту агроекології УААН за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий "5 " жовтня 2007 року.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зростаючі потреби населення у біологічно повноцінній, безпечній для здоров’я населення продовольчій продукції і сільськогосподарській сировині обумовлюють необхідність пошуку шляхів відновлення механізмів саморегуляції в агроекосистемі і підвищення їхньої продуктивності та раціонального використання. Над вирішенням цих проблем сьогодні працюють багато вчених в усьому світі (Берестецький, 1986; Гаєр, 1991; Жученко, 1990; Мінеєв, 1990; Новіков, 1991; Шапкін, 1991; Schaumann, 1985; Vogtmann, 1985). Активно розробляють цю тематику вчені України (Тихонов, 1990; Гончар, 1986; Городній, 1990; Кисіль, 1989, 1997; Патика та ін., 2007; в т.ч. й автор цієї роботи в Карпатському регіоні України).

В гірській частині Карпат домінуючими за площею є лучні біогеоценози (68,4 %) як оригінальні дрібноконтурні утворення, що сформувалися в межах лісової рослинності. В попередні десятиріччя вони були залучені в процеси техногенної інтенсифікації, що призвело до збіднення в них біологічного різноманіття, порушення балансу речовин, втрати гумусу та їхньої деградації, погіршення якості вирощуваних кормів та вироблюваної на їх основі тваринницької продукції.

Проблема якості продовольчої продукції таких агробіогеоценозів, її безпечності для здоров’я людини стала актуальною у другій половині шістдесятих років минулого століття.

З цих міркувань розробка теоретичних основ і пошук прикладних шляхів застосування, ефективних природних механізмів функціонування, підвищення їхньої продуктивності, відновлення біологічного різноманіття як основи саморегуляції та стійкості біосистем є актуальною проблемою сьогодення.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є наслідком тривалої розробки програмної тематики фундаментальних і прикладних досліджень автора. Вона виконана у двох підрозділах Ужгородського національного університету: високогірному біостаціонарі біологічного факультету (Полонина Рівна) у 1965-1971 роках; на кафедрі економіки, менеджменту і маркетингу економічного факультету з 1975 по 2005 рік, про що свідчать річні звіти за відповідні періоди.

На високогірному біостаціонарі автор, як науковий співробітник цього стаціонару, забезпечував виконання тематики кафедри ботаніки з вивчення можливостей відновлення верхньої межі лісу в Українських Карпатах та самостійно проводив експериментальні дослідження щодо підвищення продуктивності високогірних лук і пасовищ шляхом використання біогенних і мінеральних добрив та зріджених на них деревно-чагарникових насаджень.

Під час роботи на кафедрі економіки, менеджменту та маркетингу розробляв моделі підвищення екологічної стійкості агросистеми.

Експериментальні дослідження автора виконувалась в три етапи: перший – на високогірному біостаціонарі; другий – на лучних угіддях північного макросхилу Карпат (Чорногірський масив Прикарпаття) (1975-1980 рр.); третій – на південному макросхилі Карпат, території колишнього колгоспу ім. Борканюка Рахівського району Закарпатської області в 1988-1995 рр.

Для виконання третього етапу досліджень був укладений договір №25-88 від 01.03.1988 про науково-виробниче співробітництво між Ужгородським державним університетом і колишнім колгоспом ім. Борканюка (на 1989-1995 рр.). Цим договором було передбачено проведення експериментальних досліджень, спрямованих на підвищення продуктивності лучних угідь ефективними засобами (біогенними добривами) та здійснення виробничої апробації одержаних результатів у підрозділах господарства.

Успішне виконання програми досліджень (за договором) стало приводом запрошення у 1990 році автора як виконавця теми, а колгоспу ім. Борканюка як базового господарства у Всесоюзну програму науково-технологічного центру “Альтагро” при ВАСГНІЛ (м. Москва) для розробки регіональної концепції альтернативної системи ведення сільського господарства в Карпатах. Програма координувалася Міжнародною федерацією руху за органічне сільське господарство IFOAM.

В 1994-1996 роках на базі напрацьованих експериментальних матеріалів під науковим керівництвом автора на кафедрі економіки, менеджменту та маркетингу УжНУна конкурсній основі виконана держбюджетна тема “Організаційно-економічний механізм управління виробництвом екологічно чистої сільгосппродукції”, № держреєстрації 0196U003259.

Напрацьовані матеріали послужили успішному виконанню на конкурсній основі наступної держбюджетної теми в 2003-2006 рр. “Організація і управління системою інноваційно-інвестиційного забезпечення стійкого еколого-економічного розвитку Карпатського регіону України”, № держреєстрації 0103U007900, в якій автор був відповідальним виконавцем. Об’єктами досліджень були найбільш поширені в регіоні галузі агропромислового і лісопромислового виробництва та сфера рекреаційно-туристичної діяльності, в яких були затребувані і примножені матеріали дисертаційних досліджень.

Мета й завдання досліджень – розробити теоретико-методологічні та прикладні засади формування стійких, біологічно розмаїтих високопродуктивних лучних агробіогеоценозів Карпат. На цій основі обґрунтувати механізми активізації природних процесів функціонування агроекосистеми та розробити наукову концепцію виробництва безпечної для здоров’я людей і тварин продукції сільського господарства в регіоні. Досягненню поставленої мети підпорядковані в дисертаційній роботі такі завдання:

- відслідити генезис і механізми функціонування карпатських лучних біогеоценозів, причини порушення в них балансу процесів накопичення й руйнації гумусу, посилення вологоємності ґрунтів, зміни у трофічних ланцюгах та можливості їх відновлення ефективними засобами;

- розробити ефективні системи локалізації руйнівних процесів у агробіогеоценозах, обумовлених антропогенними забрудненнями, ерозією та нераціональним їх використанням;

- віднайти біотичний механізм продукційного процесу в лучних агробіогеоценозах з метою більш повного використання енергії Сонця, СО2, азоту атмосфери, гумусу для підвищення їх продуктивності в гірському регіоні ефективними та малозатратними засобами;

- виявити вплив біогенних добрив на примноження біоенергетичних ресурсів ґрунтів, динаміку наростання фітомаси, зміщення фаз вегетації, сукцесії та відновлення рівноваги динамічних процесів в лучних агробіогеоценозах;

- розробити модель високопродуктивного лучнопасовищного господарства, яке не призводить до ерозійних процесів ґрунту, збіднення видового складу травостою і забезпечує одержання безпечної для здоров’я, конкурентноздатної продукції.

Об’єкт дослідження – лучні агробіогеоценози південного та північного макросхилів Українських Карпат в різних висотно-кліматичних поясах з різною продуктивністю та напрямом використання (пасовищні, сінокісні).

Предмет дослідження – екологічні взаємозв’язки в лучних агробіогеоценозах, які формуються під впливом природних і антропогенних факторів та механізми реанімації втраченої в них саморегуляції.

Методи дослідження. У відповідності з метою і завданнями роботи, які сформульовані в дисертації, були підібрані методи дослідження. В їх основу було покладено положення, наведені в книзі “Програма і методика біогеоценологічних досліджень стосовно вивчення лучних біогеоценозів” (за ред. М.В. Диліса) [132].

Вони передбачають такі підходи до вивчення лучних біогеоценозів:

- вивчення абіотичних чинників середовища (сонячна радіація, волога, ґрунти та ін.);

- дослідження автотрофів, їх видового складу, структури, продукції та її хімічного складу;

- вивчення біотрофів і сапрофагів як споживачів органічного матеріалу.

Взявши за основу ці методичні положення, ми зосередили увагу на вивчення кліматичних факторів, трофічності ґрунтів, видового складу лучних фітоценозів, їхніх едифікаторів, сукцесій, які з’являються під впливом природних і антропогенних чинників, динаміки наростання фітомаси, її поживності і вплив біотрофів та сапрофагів на них.

Був використаний також метод виробничої апробації одержаних результатів досліджень по виробництву біокомпостів, системі їх використання та одержання на їх основі безпечної продукції.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Уперше для Карпатського регіону України обґрунтована необхідність відновлення механізмів саморегуляції агробіогеоценозів, їх охорони і господарського використання.

2. Обґрунтована система біомеліоративних заходів спрямованих на підвищення біологічної активності ґрунтів, реанімації деградованих гірсько-лучних і високогірно-полонинських угідь.

3. Розроблена екологічно-ефективна система підвищення продуктивності лучних біогеоценозів.

4. Сформована концепція виробництва і використання біогенних добрив на базі місцевих ресурсів органіки та популяцій педобіонтів-редуцентів для їх переробки в біокомпости з метою збагачення матеріально-енергетичними компонентами.

5. Розкрито механізм формування сукцесійних процесів у лучних біогеоценозах за допомогою біогенних добрив.

6. Розроблена система оцінки біологічної повноцінності та якості лучнопасовищних кормів, вирощених на фоні використання біогенних добрив.

7. Обґрунтований комплекс заходів щодо природоощадливого ведення лучнопасовищного господарства в Карпатах.

8. Здійснено інтегральну оцінку природоощадливих систем технологій підвищення продуктивності агробіогеоценозів Карпат та систем ведення гірськолучного і високогірно-полонинського господарства на інноваційних засадах, що забезпечуватимуть виробництво не шкідливих для тварин і людей продуктів.

Практичне значення і реалізація отриманих результатів. Сформовані в роботі теоретичні положення щодо можливості реанімації механізмів саморегуляції лучних агробіогеоценозів Карпат дозволяють розробити природоощадливі технології ведення високопродуктивного пасовищного господарства в гірських умовах.

Запропонована виробництву система нагромадження і використання біогенних добрив дозволяє переходити на малозатратні технології відтворення родючості ґрунтів у горах, ефективно використовувати місцеві органічні ресурси, досягати замкнутого колообігу біофільних елементів, а завдяки цьому не використовувати ввізних зі сторони сумнівної якості добрив. Вона також забезпечує збільшення врожаю лучних трав до 5,2 т/га з перевагою в ньому частки високоякісних для тварин видів трав. Кормопротеїнова насиченість 1 кг сіна зростає з 0,37 до 0,59, значно поліпшуються ароматичність, смакові та інші показники екологічної якості.

Результати досліджень зумовили розробку цілого ряду практичних рекомендацій для КСП, фермерських господарств, господарських органів. На їх основі колишній колгосп імені Борканюка Рахівського району Закарпатської області у 1990 році впровадив екологічно ефективні системи ведення рослинництва й тваринництва, а в 1992 році за нашим проектом він реорганізований в агропромислову екофірму “Гірська”.

Розроблено в 1996 році для Кабміну України пропозиції щодо вдосконалення організаційно-економічного механізму управління виробництвом нешкідливої для здоров’я людей і тварин сільськогосподарської продукції.

Практичні рекомендації щодо природоощадливого ведення лучнопасовищного господарства в гірських умовах опубліковані у таких виданнях:

1. Екологічно ефективні системи підвищення продуктивності лучних біогеоценозів Карпат. – К.:Наукова думка, 2003. – 295 с.

2. Продукційний процес і сукцесійні зміни в лучних фітоценозах Карпат під впливом дії екологічно ефективних біогенних добрив // Екологія та ноосферологія. – 2002. – 11, № /2. – С. 69-76.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, які викладені в дисертації і виносяться на захист, отримані автором особисто. Здобувачем особисто розроблена методологія досліджень, підібрані суміжні методи вивчення, зроблені узагальнення отриманих даних та їхня практична апробація. Абсолютна більшість публікацій написана автором особисто. З наукових праць, опублікованих у співавторстві (одна праця), в дисертації використані лише положення і напрацювання, виконані здобувачем. Особистий внесок здобувача у спільних інших публікаціях вказаний в авторефераті в переліку основних праць за темою дисертації.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на таких наукових конференціях, симпозіумах і семінарах: на щорічних підсумкових наукових конференціях професорсько-викладацького складу Ужгородського національного університету (1976-2005), Всесоюзній науковій конференції “Екологічні й економічні основи меліорації” (м. Таллінн, 1988), на звітних наукових сесіях і конференціях ВАСГНІЛ з проблем альтернативного сільського господарства (Москва, 1990-1991), Міжнародній науковій конференції з проблем соціально-економічних аспектів екологічного сільського господарства (Будапешт, 1990), Всесоюзній науковій конференції з проблем агроекологічного моніторингу (Яремче, Івано-Франківська область, 1990), на Першій всесоюзній науково-практичній конференції “Альтернативне сільське господарство” (Суздаль, 1991), Міжнародній науковій конференції “Наукові основи застосування добрив в екологічному землеробстві” (Кірхгаттен, ФРН, 1991), на симпозіумі по проблемі “Біоконверсії органічних відходів і екологічне оздоровлення населених пунктів” (Івано-Франківськ, 1992), українсько-польському семінарі з проблем еколого-економічного співробітництва прикордонних територій України і Польщі (Ужгород, 1995), Міжнародному регіональному семінарі “Охорона навколишнього середовища: сучасні дослідження в екології і мікробіології” (Ужгород, 1997), науково-практичній конференції “Сучасний стан, шляхи поновлення і перспективи розвитку харчової і переробної промисловості Закарпаття” (Ужгород, 1998), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Трансформація гуманітарної освіти” (Ужгород, 1998), Міжнародній науково-практичній конференції “Карпатський регіон і проблеми стійкого розвитку”, присвяченої 30-річчю Карпатського біосферного заповідника (Рахів, 1998), Міжнародній конференції “Гори і люди” (Рахів, 2002)Міжнародній конференції “Проблеми освіти в галузі економіки навколишнього середовища й екології” (Дніпропетровськ, ), Міжнародній науково-практичній конференції “Механізм створення і функціонування спеціальної економічної зони “Закарпаття”” (Ужгород, 1999), на Міжнародній науково-практичній конференції по екологічному сільському господарству (Бєльці, Молдова, 2000),на третій міжнародній науково-практичній конференції “Економічні проблеми виробництва та споживання екологічно чистої агропромислової продукції (Суми, 2003), на VІ з’їзді ґрунтознавців та агрохіміків України (Умань, 2002), на семінарах-нарадах, що проводилися на базі колишнього колгоспу ім. Борканюка (Закарпаття), де здійснювалися наші експериментальні дослідження і їх виробнича апробація за участю експертів і Президента Міжнародної федерації руху за органічне сільське господарство (IFOAM), керівництва НТЦ “Альтагро” (Москва) у липні 1990 року та учасників Всесоюзної наукової конференції по агроекологічному моніторингу в м. Яремче в жовтні 1990 року.

Дисертаційна робота була рекомендована до захисту в спеціалізованій вченій раді на спільному засіданні міжкафедрального семінару біологічного та економічного факультетів Ужгородського національного університету (протокол №1 від 7 травня 2007 р.).

Публікації. За темою дисертаційного дослідження автором опубліковано 44 наукові праці, з яких 2 – одноосібні монографії: 1.Екологічно ефективні системи підвищення продуктивності лучних біогеоценозів Карпат. – К.: Наукова думка, 2003. – 295 с.; 2.Екологічні системи аграрного виробництва в Карпатах. – Ужгород: Закарпаття, 1996. – 276 с. та 1 у співавторстві: Медоноси Карпат. – Ужгород: Карпати, 1975. – 175 с., 18 статей у фахових виданнях із списку затверджених ВАК України (4 – Екологія та ноосферологія, 8 – Науковий вісник Ужгородського університету, серія Біологія, 1 – Науковий вісник Київського університету, серія Біологія, 1- Науковий вісник Чернівецького університету, серія Біологія, 1- Вісник Харківського університету, серія Геологія-географія-екологія, 1 – Аграрна наука і освіта, 2 – Агроекологічний журнал), 8 – у збірниках наукових праць, 12 – у вигляді матеріалів і тез наукових конференцій та 3 – у науково-виробничих та довідкових виданнях. Загальний обсяг цих публікацій, які становлять основу дисертації, перевищує 48 друкованих аркушів, з яких 46 – особистий внесок здобувача.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 367 сторінках комп'ютерного тексту, з яких таблиці займають 14, рисунки – 1. Складається робота із вступу, 8 розділів, висновків та пропозицій виробництву, містить 33 таблиці, 39 рисунків, 8 додатків. Список літератури містить 455 джерел вітчизняних і зарубіжних авторів, що займає 41 сторінку.

Автор висловлює глибоку вдячність науковому консультанту, доктору біологічних наук, професору Йосипу Володимировичу Царик, доктору біологічних наук, професору В.І.Чопику, доктору сільськогосподарських наук, професору В.Г. Мінєєву, кандидату сільськогосподарських наук О.С. Шапкіну, голові акціонерної агропромислової екофірми “Гірська” І.В. Кебузу, головним спеціалістам екофірми за багаторічне плідне співробітництво, підтримку і допомогу в проведенні і виконанні програми досліджень.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, мету і завдання досліджень, наукове і прикладне значення одержаних результатів, стан апробації, перспективи і напрями використання у практиці.

У першому розділі дисертаційної роботи – АГРОБІОГЕОЦЕНОЗ ЯК ФУНКЦІОНАЛЬНА ОДИНИЦЯ АГРОЕКОСИСТЕМИ, ПРИНЦИПИ І НАПРЯМКИ ВІДНОВЛЕННЯ ЙОГО САМОРЕГУЛЯЦІЇ (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)– представлено літературно-оглядовий матеріал, що розкриває стан розробки теми і найважливіші теоретичні положення. Тут констатовано, що лучні агробіогеоценози як функціональні одиниці агроекосистеми поширені на досить великій території Карпатського регіону України. Займаючи 68,4% площі сільгоспугідь, вони є не тільки головним джерелом надходження кормових ресурсів, але і фактором впливу на навколишнє середовище, оскільки є суттєво зміненими застосовуванням все нових і нових транспортно-технічних засобів, видів мінеральних добрив, пестицидів (арборицидів), систем меліоративного поліпшення земель, і залучення в біологічний колообіг великої розмаїтості не властивих для них речовин канцерогенної дії.

Тому в межах екології активно розвивається вчення про агроекосистеми, її агробіогеоценози, склад, структуру, систему функціонування, вплив людини на них і на цій основі розробляються способи подолання негативних наслідків впливу антропічних чинників на агробіогеоценози, підвищення їх продуктивності природоощадливими системами технологій і засобами (рис. ).

Карпатська агроекосистема з її агробіогеоценозами знаходиться в тісному контакті з природними угрупованнями(лісовими, водними й ін.) і тому її забруднювачі легко поширюються в них, призводячи до структурно-функціональних змін в цілому регіоні.

Навколишнє середовище – це частина біосфери, середовище життя і виробничої діяльності людини, яке використовуємо для задоволення життєвих і виробничих потреб. В районі наших досліджень представлене воно гірськими ландшафтами з характерними рисами рельєфу території, ґрунтового покриву, кліматичних умов, рослинного й тваринного світу. Людина підкорила його своїм інтересам, істотно видозмінила і перетворила для задоволення своїх потреб. Зважаючи на те, що орні землі тут обмежені і “малоземелля” – характерна ознака регіону, ми поділяємо точку зору В.Г.Мінєєва, Б.Дебрецені, Т.Мазур (1993) про те, що нині “...необхідно підвищення продуктивності всіх угідь, всього агроландшафту”. Отже не тільки рілля, але й інші категорії угідь, зокрема луки й пасовища, сьогодні представляють величезний, ще недостатньо використовуваний при умові застосування природоощадливих технологій резерв для збільшення виробництва кормів високої якості, а відповідно, поголів'я і продуктивності худоби, продовольчої продукції тваринного походження. Особливо це стосується такого регіону як Карпати, де третина лук і пасовищ деградована, а частина низько-, та середньопродуктивна і тільки п'ята – забезпечує максимально можливу продуктивність.

Рис.1. Схема використання екологічних знань для охорони агросфери і навколишнього середовища. Умовні позначення: 1 – навколишнє середовище (а - природне, б – видозмінене (агросфера), в – соціальне ); 2 – вчення про навколишнє середовище і його агросферу; 3 – структурні рівні агробіогеоценозів і їх взаємодія в агроекосистемах

Виходячи з особливостей генезису і напрямків використання агробіогеоценозів слід підкреслити, що тут сформувалися дві їх категорії – радикально змінені людиною для задоволення своїх продовольчо-сировинних потреб і природні території агробіотичного характеру. Можна виділити і категорії сильно й слабо піддані техногенній інтенсифікації. Так, до першої категорії варто віднести просапні агробіогеоценози, а також багаторічних плодово-ягідних насаджень. Друга категорія охоплює післялісові природні гірсько-лучні, а також високогірні полонинські біогеоценози. У зв’язку з чим змінювався механізм функціонування агробіогеоценозів, що відбилося як на продуктивності їх, так і на якості вироблюваної в них продукції.

Масове застосування агрохімікатів поряд з іншим потужним техногенним навантаженням спричинило суттєві зміни в агробіогеоценозах регіонального й глобального характеру. Вони стали об’єктами досліджень багатьох учених – Д.М. Андерсон (1985), М.С. Гіляров (1984), М.А. Голубець (1987, 2000), Ю.А. Злобін (1986), К.А. Малиновський (1978, 1988), В.Г. Мінєєв (1984, 1990), В.Г. Мінєєв, Б. Дебрецені, Т. Мазур (1993), А.Г. Тихонов (1990), P. Fragstein (1985), F. Noirtalise (1974), W.(1985, 1991), Ю.В. Манівчук (1988, 1989, 1995, 1996) та ін.

Це і обумовило розвиток ідеї застосування природних механізмів функціонування біогеоценозів, екологізації в сільськогосподарському виробництві. Вона започаткована ще в 1924 році в роботах Р.Штайнера. Пізніше ця ідея була розвинута в працях Х.П.Руша в 1968 році, а згодом W.Schaumann (1985), H.Vogtmann (1985), P.Schreiber (1985), P.Grosch (1985), А.А.Жученка (1990), В.Г.Мінєєва (1990), В.Г.Мінєєва, Е.Х.Ремпе (1990), В.Г.Мінєєва, Б.Дебрецені, Т.Мазур (1993), А.Г.Тихонова (1990), Я.Д.Мансфельта (1991, 1992), О.С.Шапкіна (1991), Ю.Новикова (1991), В.І.Киселя (1989, 1997), В.П. Патики (2003), В.П. Патики та ін. (2007), Ю.В. Манівчука (1996, 1997, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007).

У другому розділі дисертаційної роботи – МЕТА, ПРОГРАМА І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ – дається характеристика методичних підходів до вивчення лучних агробіогеоценозів, продукційного процесу в них та напрямів його активізації, а також етапи виконання програми досліджень.

Об’єктом дослідження були лучні біогеоценози лісового поясу, а також високогірні полонинські пасовища обох макросхилів Карпат, розташованих у межах України. Вивчали ґрунти і видовий склад його біоти, дію добрив біогенного походження (компост, біокомпост, гній, гноївка, деревний попіл й ін.) на формування величини та якості врожаю трав, сукцесійні процеси в біогеоценозах і динаміку їхньої продуктивності. Вивчали також вплив техногенно-інтенсивної системи на підвищення врожайності трав і наслідки її застосування в агроекосистемі.

Серед методів досліджень домінував експериментальний, метод спостережень, викладений у книзі “Польова геоботаніка” (М.-Л.: Наука, 1964. – Т.1-3), аутекологічний, демекологічний, синекологічний, а також статистичний та ін.

В основу методичних підходів під час проведення польових досліджень лучних біогеоценозів використані праці К.А.Малиновського (1959, 1978, 1988), Т.О.Работнова (1985, 1987), Е.М.Лавренка (1959), І.В.Ларіна (1934, 1956), Б.М.Міркіна (1985), А.А.Жученка (1990), М.А.Голубця (1978), В.Драєр, С.Розенова (1991), P.Fragstein (1985), H.Vogtmann (1985), I.Lьnzer (1985).

Перші стаціонарні дослідні ділянки з вивчення продуктивності пасовищних угідь були закладені нами на високогірному біостаціонарі Ужгородського національного університету (Полонина Рівна) у 1967 році. На південному схилі гори Рівна, на висоті 1320 м над рівнем моря на площі 1 га серед типових біловусників було закладено 20 варіантів дослідів. Вони стосувалися застосування різних добрив: біогенних (компост, гній, гноївка, деревний попіл), мінеральних, азотних (аміачна селітра, сечовина), фосфорних (подвійний суперфосфат), калійних (калійна сіль); доз внесених добрив; поєднань різних видів і доз добрив як між собою, так і з деревно-чагарниковими насадженнями.

Другий етап стаціонарних науково-виробничих досліджень проводилия з 1975 до 1980 року на північному макросхилі Карпат (с.Яблониця, Надвірнянський район, Івано-Франківська область, ур. Під’ясінь) на висоті 800 м над рівнем моря. Лучне угруповання сінокосно-пасовищного використання, яке розташоване на південному схилі крутизною 8-100 було обрано для комплексного вивчення впливу збільшених доз органіки і міндобрив на підвищення продуктивності та якості врожаю. Тут було закладено три варіанти наукових дослідів на площі 0,15 га з варіантами: 1 – без добрив (контроль); 2 – гній (30 т/га); 3 – гній (30 т/га) + аміачна селітра (150 кг/га діючої речовини).

Третій етап стаціонарних досліджень проводили в чотирьох місцях гірсько-лучного масиву у підніжжі гори Пєтрос (с. Ясіня, Рахівський район, Закарпатська область, ур. Буковина). Були підібрані масиви, ідентичні за генезисом, різні за ґрунтовими умовами, крутизною схилів, мезо- і мікрорельєфом, вихідною рослинністю сінокосно-пасовищного використання на висоті 900, 950 і 1000 м над рівнем моря. Тут було закладено 24 варіанти дослідів.

Усі варіанти дослідних ділянок, розміром 10х10 м, у триразовому повторенні, розділялися між собою доріжками, завширшки 50 см, і обрамляли борозною 10х10 см, проробленої в дернині за шнуром. Між повторностями прокладалися тільки ровики, завглибшки і завширшки до 10 см. На кожній ділянці був передбачений варіант без добрив (контроль).

Добрива вносилися ручним способом у пообідній час перед дощем, на початку травня.

До внесення біогенних добрив і в процесі їх дії з кожного варіанта відбирали ґрунтові проби для агрохімічних і мікробіологічних аналізів. Вивчали також “насиченість” ґрунтів дощовими черв’яками.

Ґрунти вивчали на підставі методичних положень книги “Принципи організації і методи стаціонарного вивчення ґрунтів” (М.: Наука, 1976. – С. 5-33), а її мікробіоту – за методичними вказівками, наведеними у книзі “Інструментальні методи в ґрунтовій мікробіології” (К.: Наукова думка, 1982) .

Облік урожаю проводили щодекадно протягом вегетаційного періоду методом пробних укосів з площі 1м2 (в межах дерев'яної рамки) у дев’яти повтореннях на варіанті. Трав'яний сніп спочатку зважували, вимірювали висоту, а потім розбирали за ботанічним cкладом і висушували для визначення маси сухого сіна, а також відбору проб для зоотехнічних аналізів.

В основі вивчення сукцесійних змін у лучних агробіогеоценозах використані фундаментальні положення В.М.Сукачова (1945, 1954, 1955), В.М.Сукачова і М.В.Диліса (1964), Е.М. Лавренка (1959), Б.М. Міркіна (1985). Був використаний і метод метеорологічних спостережень за зміною атмосферних явищ в умовах стаціонарних досліджень високогірно-лучних біогеоценозів (полонина Рівна).

Вивчаючи динаміку наростання зеленої маси, фази вегетації, тривалість дії біогенних і мінеральних добрив, сукцесійні процеси в складі травостою, а також якість урожаю, його духмяність і біологічну повноцінність та поїдаємість великою рогатою худобою, вівцями та кролями, ми прийшли до висновку, що найбільш ефективними за впливом на лучний агробіогеоценоз були біогенні добрива (біокомпост).

Виробництво біокомпостів ми налагодили на основі ефективного використання місцевих ресурсів органічної сировини (гною, гноївки, соломи, деревної тирси, кори і листя, рослинних відходів та ін.) та ґрунтової біоти для їх переробки. Як критерій основних вимог до такої сировини виставили відсутність у них техногенних забруднень (відходів хімічного виробництва, полімерних матеріалів, токсичних речовин). Змішували сировину в таких співвідношеннях: гній великої рогатої худоби (5-6 місячного визрівання) – 50деревна тирса, кора – 40відходи рослинництва (солома, прогниле сіно) – 5верхній шар ґрунту або дернини, дернові мулисті наноси ґрунту – 3деревний попіл – 2 і укладали в наземні кагати. Конфігурація і розмір кагатів були різними, однак ширина і висота, як показали дослідження, не повинна перевищувати 1,5 м. Такі кагати легко перелопачувати вилами, вони повітро- і вологопроникні, мають оптимальний біотемпературний режим, тісний контакт із ґрунтом, звідки мігрують додаткові дощові черв’яки і мікробіота.

Змішана сировина в аеробних умовах ефективно перепріває в природному режимі температури і вологи, при накритті не товстим шаром соломи чи сіна, хвої і рясному поливі гноївкою з розрахунку 10 л на 1 м3 маси. Впродовж 5-7 місяців усі види змішаної сировини біологічно переробляються ґрунтовою біотою в дрібнозернисту гомогенну масу, рясно насичену дощовими черв’яками, бактеріями, грибами та іншими педобіонтами.

Економічна оцінка природоощадливого луківництва розроблена ще недостатньо. Тому ми зробили спробу підібрати систему показників і розкрити очікувану ефективність лучнопасовищного господарства в Карпатах в умовах його екологізації. Для цього розраховували загальну продуктивність гектара по виходу кормових і кормопротеїнових одиниць. Такі розрахунки дозволяють визначити не тільки разовий, але і сукупний господарський ефект. Для цього ми розрахували кількість кормових одиниць в одному центнері корму у варіантах дослідів і на ділянці без добрив за формулою:

,

де: КП – кількість кормопротеїнових одиниць у 1ц корму (сіна); Ко – вміст кормових одиниць; П - перетравного протеїну; 9 – коефіцієнт перерахунку, що забезпечує вміст в одній кормовій одиниці 110 г перетравного протеїну.

Таке істотне зростання кормопротеїнового вмісту в центнері корму – дуже важливий критерій економічної оцінки природоощадливих систем підвищення продуктивності лучних агробіогеоценозів.

Вихід кормопротеїнових одиниць з одного гектара розрахували як добуток врожайності сіна з гектара (у фізичних одиницях) на вміст кормопротеїнових одиниць у центнері корму.

КПО = У* КП,

де: КПО – вихід кормопротеїнових одиниць з 1га, ц; У – середня врожайність, ц/га.

На контрольному варіанті досліду (ІІІ ділянка) вміст кормопротеїнових одиниць у 1 ц (сіна) становив 0,37, а у варіанті з внесенням біокомпостів – 0,59, а у варіантах, де вносилися гній і деревний попіл, він був дещо нижчим, ніж у варіанті з внесенням біокомпосту і становив відповідно 0,48 і 0,45.

Отримані результати досліджень математично опрацьовано методами дисперсійного та кореляційного аналізу за Б.О. Доспеховимм (1979) з використанням програмних засобів Microsoft Excel за сприяння групи математичного забезпечення науково-дослідних завдань ННЦ “Інститут землеробства УААН”.

У третьому розділі дисертації – СТАН ЕКОЛОГІЧНОГО БАЛАНСУ АГРОБІОГЕОЦЕНОЗІВ І ШЛЯХИ ЙОГО ВІДНОВЛЕННЯ В КАРПАТСЬКОМУ РЕГІОНІ – розкрито специфіку і генезис агробіогеоценозів на фоні загальної геоморфологічної, ґрунтової, кліматичної та флористичної характеристик гірської екосистеми. Висотно-поясний характер рельєфних, ґрунтово-кліматичних, гідрологічних і фітоценологічних умов зумовив формування тут великого розмаїття біогеоценозів, серед яких дрібноконтурні лучні й просапні агробіогеоценози тісно контактують з ними.

Отже, впродовж багатьох століть тут формувалися природні лучні та просапні агробіогеоценози, а також агрозооценози домашнього й громадського тваринництва з характерним типом розосередження по території, комунікацій для зберігання гною, сіна, виробничих будівель для тварин, їх утримання і водопостачання та система сезонного відгінно-пасовищного використання розповсюджених у високогірному поясі полонинських лучних типів біогеоценозів.

В результаті поступової антропогенізації гірської екосистеми в минулому, особливо інтенсивно в попередні 60 років, зменшилася лісистість передгірних і низькогірних районів, значно знизилася верхня межа лісу, змінився видовий склад, просторова й вікова структура, а також продуктивність як лісових, так і лучних біоценозів, розширилась нині і площа зранених тракторами лучних і лісових угідь, берегів річок, гірських струмків. Безсистемне випасання худоби, особливо великими чередами на гірських і високогірних пасовищах, посилило пошкоджуваність дернини, розширились площі ацидофільних рослин (Rumex alpinus L., R. carpaticus Zapal.), а також деградованих лучних угідь.

Масове використання агрохімікатів і важких технічних засобів у гірських умовах призвело до того, що агробіогеоценоз не здатний підтримувати, екологічний баланс між втратами і відновленнями ресурсу родючості ґрунтів, популяціями шкідливої і корисної біоти, вчасно локалізувати й призупинити ерозійні процеси, забезпечувати стійку продуктивність. Все це пояснюється протиприродністю, агресивністю, канцерогенністю і персистентністю забруднюючих ґрунт речовин, багатогранністю впливу техногенних факторів на біологічні процеси й екологічні зв’язки.

Відновлення екологічного балансу саморегуляції в поширених тут агробіогеоценозах, як показали наші дослідження, можна досягти впровадивши ефективну систему активізації та збільшення біоенергетичних ресурсів у ґрунтах, посилення обмінних процесів у них і на цій основі більш повного використання сонячної енергії, СО2, вільного азоту атмосфери. Шляхом застосування біогенних добрив, здатних оптимізувати трофічний режим ґрунтів, їх біологічну активність, розширити видовий склад фіто- і зооценозів, та продуктивність вдається посилити і стійкість їх до водної ерозії та відновити біоекологічну саморегуляцію.

Застосувавши природоощадливу систему використання агроекосистем можна досягти замкнутого колообігу біофільних елементів, усунувши потребу у ввізних, штучно синтезованих добривах.

Отже, концепція переорієнтації на пріоритети використання місцевих добрив, біоенергетичного потенціалу ґрунтів, біологічного азоту атмосфери, як величезних, сьогодні недостатньо використовуваних ресурсів біогенних елементів, здатна вирішувати не тільки екологічні, але й соціальні та економічні проблеми регіону.

У четвертому розділі роботи – ВІДТВОРЕННЯ РОДЮЧОСТІ ҐРУНТІВ І ПОСИЛЕННЯ САМОРЕГУЛЮЮЧОЇ ФУНКЦІЇ АГРОБІОГЕОЦЕНОЗІВ – констатується, що в екологічному луківництві і гірському землеробстві необхідно мати достовірну інформацію не тільки про генезис, фізичні, агрохімічні, але й агроекологічні властивості ґрунту завдяки довготривалим комплексним дослідженням.

Проведені нами довготривалі дослідження карпатських гірських ґрунтів показали, що в місцях тривалого й інтенсивного застосування агрохімікатів відбулося підкислення і дебіологізація ґрунтового шару. Так, у ґрунтових вибірках з 1 м2 не вдавалося виявити особин дощових черв’яків, мікробіота була представлена зрідженими популяціями їхніх колоній утворюючих одиниць (КУО).

Характерно, що висока насиченість мікробіотою спостерігалися в середньо- і високоокультурених типах ґрунтів (9,60 і 12,58 млн. КУО). При цьому циклічність їх розвитку (табл. 1) дуже виражена. Наші дослідження показали, що при внесенні біогенних добрив, особливо біокомпостів (15 т/га), має місце активізація життєдіяль-

Таблиця 1.

Циклічність чисельності мікробіоти, що бере участь у мінералізації органічних речовин (с.Ясіня, Закарпатська обл., 1990), млн. КУО у 1 г абсолютно сухого ґрунту

Типи ґрунтів і основні асоціації травостоїв | Весна | Літо | Відхи-лення до весни | Осінь | Відхилення | Середнє за сезон

до літа | до весни

Гірські лісові опідзолені середньозволожені, північна експозиція (біловусові асоціації) І дослідна ділянка | 5,01 | 7,53 | +2,52 | 1,69 | -5,84 | -3,32 | 4,14

Гірські лісові опідзолені суходільні луки, південна експозиція (біловусові асоціації) ІІ дослідна ділянка | 2,11 | 2,36 | +0,25 | 2,96 | +0,60 | +0,85 | 2,48

Гірські лісові середньо-окультурені помірно зволожені, похилий схил (злаково-різнотравні асоціації) ІІІ дослідна ділянка | 4,93 | 9,60 | +4,67 | 2,36 | -7,24 | -2,57 | 5,63

Гірські лісові високоокультурені на присадибній ділянці (злаково-кульбабині асоціації) | 4,13 | 12,58 | +8,45 | 1,45 | -11,13 | -2,68 | 6,05

ності ґрунтової біоти, що здатна формувати екологічний оптимум для всіх компонентів агробіогеоценозу через високий вміст біогумусу: 11,8у природному стані, 29,6– у сухій речовині (табл. 2). Біогумус, як сукупність органічних речовин ґрунту, що пройшли біохімічні перетворення, має більш стійкі властивості до розмивання, здатний тривалий період підтримувати біоенергетичний баланс на схилових, мінімальних за товщиною ґрунтових горизонтах. Саме він найкраще задовольняє потреби ґрунтової біоти і рослин, коренева система яких розміщується в таких плинтих ґрунтових горизонтах. Це, насамперед, конюшина повзуча (Trifolium repens L.), приворотень (Alchimilla monticola, A. pastoralis Bus.), які в лучних фітоценозах здатні створювати стійку дернину і протидіяти ерозійним процесам на схилах пасовищних угідь.

В цих умовах важливу роль відіграє моніторинг (monitoring) як система спостережень й контролю за станом навколишнього середовища, попередження про появу антропогенних факторів небезпеки. Разом з тим, біогенні добрива не зумовлюють депресії життєдіяльності ґрунтової біоти, а служать живильним середовищем її активізації, її агрегації, а значить, посилення самовідновних функцій ґрунтів в агробіоценозах (рис. 2).

Особливо цінні властивості має біокомпост (табл. 2). Так, насиченість біокомпосту мікроорганізмами, що беруть участь у мінералізації органічної речовини, була в 7,1 раза вищою, ніж в обстежених лучних ґрунтах. В одному грамі біокомпосту нараховували 177 млн. КУО мікроорганізмів цієї групи (мінералізаторів органічної речовини).

Рис. 2. Характеристика ознак біогенних добрив.

Таблиця 2.

Хімічний склад біокомпосту після 7 місяців визрівання (с.Ясіня, ур.Буковина, 1990),

Компоненти | У природній масі (речовині) | У сухій речовині

Вологість | 61,52 | -

Суха речовина | - | 38,48

Біогумус | 11,80 | 29,6

рН | 7,15 | 7,15

Загальний азот: | 0,61 | 1,595

амонійний | 0,017 | 0,045

нітратний | 0,031 | 0,082

Загальний фосфор | 0,591 | 0,960

Загальний калій | 0,520 | 1,350

Інші | 24,11 | 29,24

NPK у 1 т біокомпосту, кг | - | 39,0

Особливо важливою біологічною властивістю біокомпостів є їхня насиченість дощовими черв’яками. При оптимальному режимі приготування біокомпосту в одній тонні його нараховували від 15 до 25 тис. особин.

Під впливом активного функціонування нітрифікаторів вміст нітратного азоту в ґрунті був значно вищим з використанням біокомпостів або гною, ніж у варіантах без добрив (рис. ).

Рис. 3. Вміст нітратного азоту в ґрунті при внесенні різних видів біогенних добрив.

Умовні позначення: 1 – без добрив; 2 – біокомпост, 15 т/га; 3 – гній, 15 т/га;

4 – деревний попіл, 5 т/га

Таким чином, біокомпост, насичений життєздатною ґрунтовою біотою, має найбільш цінні якості порівняно з іншими видами біогенних добрив, що сприяє розширеному відтворенню і нагромадженню додаткового ресурсу родючості.

У п’ятому розділі – ФОРМУВАННЯ ВИСОКОПРОДУКТИВНИХ ГІРСЬКО-ЛУЧНИХ ФІТОЦЕНОЗІВ – розкрито еколого-біологічний механізм функціонування гірсько-лучного агробіогеоценозу, формування трофічного режиму ґрунтів, фотосинтезу, деструкції наземних і підземних органів, нагромадження рослинних решток, їх розкладання, гуміфікація, утворення гумусу, а також його мінералізація.

Фотосинтез, як унікальний і головний біологічний цикл трансформації сонячної енергії в енергію хімічних речовин фітомаси, є центральною ланкою продукційного процесу, початком колообігу біофільних елементів у лучному біогеоценозі. В його процесі формується не тільки надземна зелена фітомаса, як пасовищний чи сінний кормовий ресурс, але – біоенергетичний потенціал ґрунтового середовища.

Фітоценози, як найбільш продуктивний компонент лучних біогеоценозів, являють собою динамічне утворення. Для них властиві природні й антропогенні сукцесії, відбувається флуктуація видового складу рослин, що характеризується оборотністю і формує відносну стійкість флористичного складу.

Наші дослідження показали, що біогенні добрива, які істотно змінюють трофічні умови ґрунту, обумовлюють цілий комплекс сукцесій у лучних біогеоценозах. Так, поверхневе внесення біогенних добрив (біокомпостів) на біловусниковій луці для Nardus stricta L. – тут головний фактор. Види рослин з високою екологічною валентністю (Poa pratensis L.) здатні ефективно засвоювати поживний потенціал ґрунтів, посилюють фотосинтез, нарощують фітомасу. Поліпшений поживний режим ґрунтів веде до появи в травостої нових едифікаторів і субедифікаторів високопродуктивного лучного фітоценозу, зокрема, таких рослин, як мітлиця тонка (Agrostis tenuis Sibth.), костриця лучна (Festuca pratensis L.), тимофіївка лучна (Phleum pratense L.), грястиця збірна (Dactyllis glomerata L.), конюшина повзуча (Trifolium repens L.), к. гірська (T. montanum L.), к. червона (T. rubens L.), лядвенець український (Lotus corniculatus L.) та ін.

За допомогою різних видів і доз біогенних добрив удається одержувати і закріплювати позитивні сукцесійні процеси. Так, наприклад, при одноразовому внесенні 10 т/га біокомпостів (рис. 4) біловус поступається місцем тонконогу і конюшині на незначний період – 3 роки. Якщо не закріпити ці сукцесійні зміни новим внесенням біокомпостів, то неминуче повернення до вихідної ситуації – домінування біловуса (рис. 5).

Поліпшуючи родючість ґрунтів за допомогою біогенних добрив, удається підсилювати одночасно їхню вологоємність, що нівелює негативний вплив дефіциту опадів і відповідно спад продуктивності фітоценозів у найбільш посушливі періоди червня та серпня. Так, у першій половині червня з посушливим періодом продуктивність травостою продовжувала зростати, сягаючи 87–90 ц/га, у той час як на варіанті без добрив вона знижувалася до показника нижче 40 ц/га. Максимум продуктивності зафіксований у 1 і 3 декадах липня (рис. 6).

Рис. 4. Домінування едифікаторів лучних фітоценозів під впливом біокомпосту. Умовні позначення: 1 – біловус;2 – тонконіг;