Собко, З. З. та Sobko, Z. Z. (2019) Обґрунтування стратегії сталого розвитку сільськогосподарського виробництва за умов зміни клімату (на прикладі Рівненської області). [Автореферати, дисертації] (Неопублікований)

Перегляд

Text Дисертація_Собко.zax.pdf Download(8MB) | Перегляд

Анотація

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) та вагомий вплив їх комплексної дії (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.

Title in English

Justification of the sustainable development strategy for the agricultural production in a changing climate conditions (case of Rivne region, Ukraine)

English abstract

Thesis is devoted to justification of the sustainable development strategy for the agricultural production in a changing climate conditions in the light of preservation of the agro-ecological soil conditions and its fertility (case of Rivne region, Ukraine). The analysis of existing studies indicated that formulation of the sustainable development strategy for the agricultural production in a changing climate conditions remain a pressing task. The lack of scientific attention had been devoted to such issues as: climate change influence on the agro-ecosystem structure and its productivity; adaptability of traditional crops to such climate shifts; the effects on the agro-ecosystems cuased by the integrating of heat-loving crops into the cropping system since agriculture is highly susceptible to any fluctuations. The analysis of Rivne region environmental conditions showed their favorability. The territory relief is plain. Local tectonic and geology conditions led to significant diversity of existing soil types wthat in turn formed the agro-ecological conditions of the study region. According to soil and agro-climatic zoning, the region is divided into two zones: the Polissya (northern part of the region) zone and the Forest-Steppe zone (southern part of the region). The results of agrochemical certification, that was carried out by the Rivne region office of State Institution "Soils Protection Institute of Ukraine", showed that, in contrast to the Forest-Steppe, soils of are less fertile their acidity and low humus. Rivne region has a moderate continental climate. It was noted that the annual-mean temperatures rise by 1°С in Forest-Steppe and Polissya zone during the study period (1986-2018) and there have been a corresponding rising of the active temperatures sum; declining of the precipitation amount and deterioration of the atmospheric humidity conditions; increasing of the atmospheric drought frequency and increasing of the dry wind and frost days number; increasing in duration of the frost-free period and frequency increasing of the winter crops freezing. Accordingly to the monitoring results the agriculture is the major sector of the regional economy with a predominance of the crop production in 2018 and with fall in the animal husbandry contribution by 19% against 90-s. It was noticed the reduction of the animal husbandry production during the period 1995-2018: the number of cattle declined by 6,0 times; the number of pigs decreased by 2,2 times; the number of sheep and goats fell by 9,3 times and corresponding to this, the production of livestock products (meat and milk) fell by 2,0-3,6 times. The dynamic of the farm land during the period 1995-2018 was analyzed and there were determined that the part of the arable area increased by 2 %, instead the area of the pasture and hayfields areas decreased by 4 %, the part of the permanent crops decreased by 16 % and the fallow areas fell by 82 %. As a result of the comparing of real and areas optimal meanings it was determined that the structure of the farming land within the study territory is unbalanced: the actual arable area exceeds the optimum value by the 7-17 % for the Polissya and by the 36-46 % for the Forest-Steppe zone, while the area of the natural grasslands is below the optimum by the 4-6 % and 28-31 %, respectively. It was noticed that in 2018 farmers of the region enlarged the spectrum of cultivated crops: such industrial crops as maize, rape, sunflower and soybeans accounted for the larger share in the total structure of grown crops compared to 1990. Research of plant production established that such processes as: double decrease of cereal and pulsess production, decline of the sugar beet production by 140 times, almost entirely ceased of the flax cultivation within Polissya took place during the period 1990-2018. It was also found out that potato and vegetable production increased by 1,8 and 2,3 times, respectively. Another directions of plant production development during this period were noticed within Forest-Steppe: the production all of the analyzed crops increased by 2-58 times, except for the sugar beet (the output declined by 2,8 times). The cultivation of maize, rape, sunflower and soybeans demonstrated a steadily upward trend within Forest-Steppe zone in recent years. The investigation of the dynamic in agroecosystems productivity during the period of 2000-2018 found out that: the cerea1 and pulsess crops yields increased by 1,9-2,6 times (from 15 centners per hectar to 59 centners per hectar); upward trends of the vegetable yields rates (from 127 centners per hectar to 363 centners per hectar) and soybeans (from 5 centners per hectar to 27 centners per hectar) took place; the yields of sunflower declined by 5,8-7,0 times (from 5 centners per hectar to 28 centners per hectar) and slight increase was noticed for the potato yields (from 117 centners per hectar to 199 centners per hectar) in Polissya and Forest-Steppe. The yields of sugar beet and maize, within the Forest-Steppe zone, increased by 3 times (from 159 centners per hectar to 504 centners per hectar and from 28 centners per hectar to 89 centners per hectar, respectively). It was established that the regional values of industrial crops yields are correlated with the same indicators of southern regions of Ukraine. Organic farming is a tool to mitigate the effect of agriculture on the agro-ecological status of the agro-ecosystems. This fact led to assess the suitability of farm lands for the implementation of organic agriculture. The other finding that based on the previous V.I. Kisil (2000) and H.M. Shevchuk (2010) research highlighted that over the recent 10 years the acreage of unsuitable for organic farming areas (within the Rivne region) increased by 2 times (from 472,5 to 953,0 thousands of hectars) and this lands mainly concentrated in Polissya zone. In 2017 the acreage under the organic agriculture was only 0,51 % of the total cropland area. The examination of the phyto-sanitary status of agro-ecosystems revealed that at the same time with climatic changes and changes in the structure of the sown areas, the deterioration of phyto-sanitary soil conditions took place. During the period of 2014-2017 was monitored the occurrence of pests and plant diseases such as: golden potato rot nematode and ambrosia polynolist – throughout the region; fire blight of fruit trees– in Polissya; tobacco ringspot nepovirus – in the Forest-Steppe, bacterial wilt of maize and western corn rootworm. The study investigated the issue of agriculture influence on agro-ecological status of theagro-ecosystems. It was revealed that this influence results in energy losses in the form of organic and nutrient substances of the agro-ecosystems. It was observed that for the period 2000-2018 within the Rivne region average values were the following: soil water balance was positive (+2,43 thousands m3/ha/year), hummus balance was negative (-0,24 t/ha/year), nitrogen – was positive (+9,37 kg/ha/year), phosphorus and potassium balances were negative (-2,13 kg/ha/ year and -4,75 kg/ha/year, respectively). Losses of humus occurred after the cultivation of almost all the considered crops. The worst losses of nitrogen were indicated after sugar beet, maize and forage crops cultivation (178-184 kg/ha),for the balance of phosphorus and potassium the maize (53 kg/ha) and sunflower (340,1 kg/ha) had the biggest effect, respectively. Cultivation of cereal, pulses and industrial crops (maize, rape and sunflower) leads to the formation of nutrient deficiency in the agro-ecosystems of the region. The findings of the investigations indicated that fertilizers use optimization should be implemented in order to achieve the balance of the agro-ecosystem, whereas the application of inorganic and organic fertilizers in 2018 reduced by two times compared to its levels in 90-s. Complicated mechanism of the climate change effect on the crop yields were revealed by conducted investigation of relationships between agro-ecosystem production, climatic and agro-meteorological factors. It was found that the individual effect of each factor on the crop yields is insignificant (r < 0,7), but in combination with each other they show a strong correlation with the crop yields (R > 0,7). Nonetheless, there were identified factors, that play a limiting role for the crop production, among them: average air temperature, the sums of positive and effective temperatures, soil surface temperature (r = 0,517-0,680). Pioneering attempt was made to develop the crop yield prediction models for Polissya and Forest-Steppe, that based on the regression analysis. Most of these models are statistically reliable when the error is under 5 %. Prediction of the crop yields was conducted using developed prediction models and artificial neural networks. According to prediction results, slight increase of crop yields is expected until 2025. The previous reserves of soil fertility with its subsequent decline, and in some cases with its rapid decline (rape and soybeans), are the main preconditions for increase of the yields levels due to prediction results. According to the results comparing of the the prediction models and artificial neural networks, were established the higher accuracy of the second method – the average relative inaccuracy ranged between 9 and 11 %. SWOT-analysis of the agricultural production in the conditions of the changing climate was carried out at the first time, via these analysis strengths, weaknesses, opportunities, and threats of agriculture development were indicated. SWOT matrix, that are the tools for comparing advanteges, challenges and risks, was constructed Policy options, goals and objectives of sustainable development to balance the agro-ecosystems, to recover and protect their acro-ecological status in conditions of changing climate were suggested. The strategy for the deficit-free humus balance were formulated and justified. This strategy have taken such directions as recovery of animal husbandry, restoration of livestock forage base, optimization of the farming land structure, green manure utilization and keeping the balance in sown area structure as a base. The set of indicators for agricultural production monitoring also were suggested.

Перегляд елементу

Завантажень