Агроекологічне обгрунтування та розробка елементів біологізованих технологій вирощування сільськогосподарських культур в умовах Півдня України

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора сільськогосподарських наук за спеціальністю 06.01.09 – рослинництво. – Херсонський державний аграрно-економічний університет, Херсон, 2021. У дисертаційній роботі висвітлено результати досліджень з розробки, удосконалення та агроекологічного обґрунтування елементів біологізованих технологій вирощування зернових і технічних культур, зокрема пшениці озимої, ячменю ярого, кукурудзи, сорго цукрового, соняшника та льону олійного в умовах Півдня України. Встановлено закономірності формування біометричних показників, ростових і продукційних процесів рослин досліджуваних культур, формування ними врожайності та якості продукції за поєднання невисоких доз мінеральних добрив з використанням стимуляторів росту рослин, мікродобрив, грунтових та ендофітних груп мікроорганізмів за проведення обробки насіннєвого матеріалу і позакореневих підживлень посівів в основні фази росту та розвитку рослин. Обгрунтовано агробіологічну оцінку сучасного сорто-гібридного складу досліджуваних культур відносно відповідності комплексу абіотичних та біотичних факторів. Проведено експериментальні дослідження з сортами та гібридами культур вітчизняної і зарубіжної селекції з високим потенціалом урожайності та якості продукції, вивчено їх реакцію на зміну технології вирощування і використання сидеральних культур в посушливих умовах Півдня України, встановлено оптимальні параметри живлення рослин за елементів біологізованих технологій вирощування, що забезпечило формування вищої потенційної продуктивності рослин і підвищення економічної, енергетичної та екологічної ефективності вирощування. За результатами проведених розрахунків можливих врожаїв сільськогосподарських культур, а саме пшениці озимої та ячменю ярого, на основі агрокліматичних ресурсів регіону Півдня України та надходження інтегрованої фотосинтетично-активної радіації (ФАР) можна стверджувати, що за біокліматичним потенціалом зони можливо отримувати врожайність в 4,89 та 3,69 т/га відповідно. У середньому за роки досліджень максимальну врожайність зерна формували рослини пшениці озимої сорту Місія одеська у варіанті за обробки насіння сумішкою комплексу мікродобрив Квантум дозою 3,5 л/т (КвантумЗЕРНОВІ (2 л/т) + Квантум СРКЗ (1 л/т) + Квантум Т80 (0,5 л/т)) та біопрепарату Біокомплекс-БТУ-р дозою 2 л/т в межах від 3,58 до 7,59 т/га залежно від погодних умов років вирощування. При цьому умовно чистий прибуток становив 6,15 тис. грн/га за енергетичного коефіцієнту 3,68. Ячмінь ярий за традиційною технологією вирощування з використанням сидерату (гірчиці білої), мікродобрив, грунтових та ендофітних мікроорганізмів, обробки насіння та позакореневих підживлень, формував найбільш високі показники продуктивності на фоні внесення мінеральних добрив у дозі N45P45K15, обробки насіння бактеріальним препаратом Органік-баланс (2,0 л/т), обробки посівів біопрепаратом Біокомплекс-БТУ-р (0,8 л/га). Рослини мали набільш високий габітус (101,5 см), листковий індекс (5,16) та урожайність в 3,99 т/га, що на 1,38 т/га більше контрольного варіанту. Ранньостигла кукурудза гібриду DКС 2971 формувала у середньому за 2011-2016 рр. урожайність на рівні 2,93 т/га, середньоранній гібрид DКС 3472 - 3,17 т/га, а середньостиглий гібрид DКС 4964 – 3,45 т/га. При цьому умовно чистий прибуток становив – 7,82; 8,86 та 10,25 тис. грн/га. Бактеріальні препарати за обробки насіння на фоні різних доз мінеральних добрив впливали на висоту рослин, площу листкової поверхні та урожайність культури. Дані показники збільшувалися відносно контролю за висотою рослин: гібрид DКС 2971 від 2,86% до 11,43%; гібрид DКС 3472 від 2,69% до 13,45%; гібрид DКС 4964 від 2,55 до 12,34%. Площа листкової поверхні зростала по гібриду DКС 2971 на 14,2-62,9%; по гібриду DКС 3472 на 13,1-45,1% та по гібриду DКС 4964 на 7,0-34,1% відповідно. Максимальна врожайність гібриду DКС 2971 становила 5,25 т/га, гібриду DКС 3472 – 5,45 т/га та гібриду DКС 4964 – 5,70 т/га. Застосування мікродобрив Квантум у фазу 5-6 та 10-12 листків кукурудзи (за дворазових підживлень) по гібриду DКС 4964 забезпечувало максимальну врожайність зерна – 3,95 т/га та 107,2% рівень рентабельності. Використання комплексу елементів біологізованої технології вирощування гібридів сорго цукрового, а саме технологій (традиційна, консервуюча, мульчувальна), обробки насіння мікродобривами та бактеріальними препаратами, різних способів використання сидерату впливали на біометричні показники рослин культури, структуру врожаю, урожайність, показники якості, енергетичну та економічну ефективність. Найбільш оптимальним варіантом у досліді по сорго цукровому було вирощування гібриду Медовий за обробки насіння мікродобривом Квантум та батеріальним препаратом Органік баланс (висота рослин 263,1 см, площа листкової поверхні 46,2 тис. м2 /га, умовний вихід цукрів – 6,517 т/га, урожайність зеленої маси – 69,8 т/га), використання традиційної системи вирощування з інокуляцією насіння сидерату та внесенням деструктора стерні ЕкоСтерн (урожайність зеленої маси 74,3 т/га, умовний вихід цукрів 8,75 т/га, умовно чистий прибуток – 39,2 тис. грн/га). В інших варіантах використання сидерату кращою була консервуюча система вирощування. Дослідженннями встановлено, що елементи продуктивності соняшника залежали від обробки насіння та фаз позакореневого підживлення мікродобривами і бактеріальними препаратами. Дещо більшу кількість зерен у кошику у всі роки досліджень формували рослини за обробки насіння сумішкою бактеріального препарату Біокомплекс-БТУ-р (5 л/т) та комплексом мікродобрив Квантум (Квантум-Технічні (3 л/т) + Квантум СРКЗ (1 л/т) + Квантум Т80 (1 л/т)). Так, у середньому за роки досліджень по фактору живлення, їх налічувалося 710 шт. (від 647 до 795 шт.), за маси 1000 насінин у варіанті – 72,9 г. Урожайність культури кращого варіанту за роки досліджень становила 2,30 т/га. Позакореневі підживлення підвищували врожайність гібриду соняшника до 0,61 т/га або на 34,3% порівняно з контролем, при застосуванні дворазового підживлення посівів сумішкою бактеріального препарату Біокомплекс-БТУ-р дозою 1 л/га сумісно з комплексом мікродобрив Квантум дозою 5 л/га (Квантум- Технічні (3 л/га) + Квантум БОР АКТИВ (1 л/га) + Квантум АкваСил (1 л/га)) у фазу 5-6 листків культури та обробка рослин сумішкою бактеріального препарату Біокомплекс-БТУ-р дозою 1 л/га сумісно з комплексом мікродобрив Квантум дозою 6 л/га (Квантум-Технічні (3 л/га) + Квантум БОР АКТИВ (1 л/га) + Квантум АкваСил (2 л/га)) у фазу 9-10 листків на фоні обробки насіння мікродобривами та бактеріальними препаратами. Використання вище наведених елементів агротехніки збільшувало умовний вихід олії на 0,458 т/га, умовний чистий прибуток на 5,5 тис. грн/га, рівень рентабельності на 23,5%, а енергетичний коефіцієнт на 0,43. Застосування мікродобрив та бактеріальних препаратів за обробки насіннєвого матеріалу льону олійного впливали на тривалість вегетаційного періоду, подовжуючи її на 2-6 діб залежно від варіантів досліду. Максимальними показники були за варіанту обробки насіння мікродобривом Квантум Технічні (4 л/т) та бактеріальним препаратом Органік баланс (2 л/т). У вище наведеному варіанті рослини мали більш високий габітус (49,8 см), листковий індекс (2,83), масу 1000 насінин (6,78 г), урожайність (1,71 т/га) та умовний вихід олії (0,773 т/га). За позакореневого підживлення мікродобривом та бактеріальним препаратом рослини за консервуючої технології мали тривалість вегетаційного періоду в 93 доби. Даний варіант з додатковим застосуванням аміачної селітри та біодеструктора стерні забезпечували висоту рослин культури в 54 см. Вирощування льону олійного за традиційною технологією та мульчувальною зменшували довжину вегетаційного періоду і висоту рослин, як і використання окремо тільки мікродобрива, або окремо тільки бактеріального препарату. Використання сумішки бактеріального препарату Біокомплекс-БТУ-р дозою 0,7 л/га та системи мікродобрив Квантум дозою 4 л/га (комплексне хелатне добриво Квантум - Технічні (2,0 л/га) + функціональне мікродобриво Квантум - АкваСил (2,0 л/га)) з додаванням карбаміду 5 кг/га за робочого розчину 300 л/га, було оптимальним у поєднанні із застосуванням по рослинним залишкам попередника аміачної селітри (100 кг/га) та біодеструктора стерні ЕкоСтерн (2,5 л/га) за консервуючої технології вирощування льону олійного. Даний варіант забезпечував максимальну врожайність культури у досліді (1,86-1,95 т/га). Застосування біодеструктора стерні ЕкоСтерн дозою 2-2,5 л/га збільшує загальну кількість грунтових мікроорганізмів, зокрема азофіксаторів та фосформобілізаторів, збільшує кількість сапрофітних целюлозорозкладаючих грибів, у 1,5 раза зменшує кількість денітрифікаторів, збільшує кількість рухомих форм азоту, фосфору та калію і їх ступінь рухомості та підвищує водоутримуючу здатність грунту.

Dissertation for the degree of Doctor of Agricultural Sciences on the specialty 06.01.09 – Crop Production. - Kherson State Agrarian and Economic University, Kherson, 2021. The dissertation paper highlights the results of research on the development, improvement and agroecological substantiation of elements of biologized technologies for growing grain and industrial crops, in particular winter wheat, spring barley, corn, sugar sorghum, sunflower and oilseed flax in the conditions of southern Ukraine. The regularities of the formation of biometric indicators, growth and production processes of plants of the studied crops, the formation of their yield and product quality for a combination of low doses of mineral fertilizers using plant growth stimulators, microfertilizers, soil and endophytic groups of microorganisms for processing seed material and foliar top dressing of crops in the main phases of plant growth and development were established. The agrobiological assessment of the current variety-hybrid composition of the studied crops in relation to the correspondence of a complex of abiotic and biotic factors was justified. It were conducted experimental studies with varieties and hybrids of crops of domestic and foreign selection with a high potential of yield and quality of products, it was also studied their reaction to changes in the technology of cultivation and use of green manure crops in the arid conditions of the south of Ukraine, established optimal parameters of plant nutrition for elements of biologized cultivation technologies, which ensured the formation of the highest potential productivity of plants and increased economic, energy and environmental efficiency of cultivation. Based on the results of calculations of possible yields of agricultural crops, namely winter wheat and spring barley, based on the agroclimatic resources of the region of southern Ukraine and the receipt of integrated photosynthetic-active radiation (far), it can be argued that according to the bioclimatic potential of the zone, it is possible to obtain yields of 4.89 and 3.69 t/ha, respectively. On average, over the years of research, the maximum grain yield was formed by plants of winter wheat of the Mission Odessa variety in the variant of seed treatment with a mixture of the Quantum microfertilizer complex at a dose of 3.5 l/t (Quantum-cereals (2 l/t) + Quantum SRKZ (1 l/t) + Quantum T80 ( 0.5 l/t)) and biopreparation Biocomplex-BTU-R at a dose of 2 l/t in the range from 3.58 up to 7.59 t/ha depending on the weather conditions of the growing years. At the same time, the conditional net profit amounted to UAH 6.15 thousand/ha with for energy coefficient of 3.68. Spring barley according to the traditional cultivation technology using green manure (white mustard), microfertilizers, soil and endophytic microorganisms, seed treatment and foliar top dressing, formed the highest productivity indicators against the background of applying mineral fertilizers in a dose of N45P45K15, seed treatment with bacterial preparation Organic-Balance (2.0 l/t), crop treatment with biopreparation Biocomplex-BTU-R (0.8 L/ha). The plants had the highest habit (101.5 cm), leaf index (5.16) and yield of 3.99 t/ha, which is by 1.38 t/ha more than the control variant. Early-maturing corn hybrid DKS 2971 formed an average yield of 2.93 t/ha in 2011-2016 yrs, medium-early hybrid DKS 3472 formed yield of 3.17 t/ha, and medium-maturing hybrid DKS formed yield of 4964-3.45 t/ha. At the same time, the conditional net profit was 7.82, 8.86 and 10.25 thousand UAH/ha. Bacterial preparations for seed treatment against the background of various doses of mineral fertilizers affected the height of plants, leaf surface area and crop yield. These indicators increased in relation to plant height control: hybrid DKS 2971 indicators increased from 2.86% up to 11.43%; hybrid DKS 3472 indicators increased from 2.69% up to 13.45%; hybrid DKS 4964 indicators increased from 2.55 up to 12.34%. The leaf surface area increased by 14.2-62.9% for the DKS 2971 hybrid%; for the DKS 3472 hybrid it increased by 13.1-45.1% and for the DKS 4964 hybrid in increased by 7.0-34.1%, respectively. The maximum yield of the DKS 2971 hybrid was 5.25 t/ha, the DKS 3472 hybrid it was 5.45 t/ha and the DKS 4964 hybrid it was 5.70 t/ha. The use of quantum microfertilizers in the phase of 5-6 and 10-12 corn leaves (with double top dressing) for the DKS 4964 hybrid provided a maximum grain yield of 3.95 t/ha and a 107.2% level of profitability. The use of a complex of elements of biologized technology for growing sugar sorghum hybrids, namely technologies (traditional, preserving, mulching), seed treatment with microfertilizers and bacterial preparations, various methods of using green manure affected the biometric indicators of crop plants, crop structure, yield, quality indicators, energy and economic efficiency. The most optimal variant in the experiment on sugar sorghum was the cultivation of a honey hybrid for seed treatment with Microfertilizer Quantum and bacterial preparation Organic Balance (plant height 263.1 cm, leaf surface area 46.2 thousand m2 /ha, conditional sugar yield – 6,517 t/ha, green mass yield – 69.8 t/ha), the use of a traditional cultivation system with inoculation of green manure seeds and the introduction of stubble destructor Ecostern (green mass yield 74.3 t/ha, conditional sugar yield 8.75 t/ha, conditional net profit – 39.2 thousand UAH/ha). In other uses of green manure, a preservative growing system was preferred. Studies established that the elements of sunflower productivity depended on seed treatment and foliar top dressing phases with microfertilizers and bacterial preparations. A slightly larger number of grains in the basket in all years of research was formed by plants treated with a mixture of the bacterial preparation Biocomplex-BTU-R (5 l/t) and a complex of microfertilizers Quantum (3 l/t) + quantum SRKZ (1 l/t) + Quantum T80 (1 l/t)). So, on average, over the years of research on the nutrition factor, there were 710 of them (from 647 up to 795 PCs) by weight of 1000 seeds in the variant – 72.9 g. The yield of the best crop variant over the years of research was 2.30 t/ha. Foliar top dressing increased the yield of the Sunflower hybrid up to 0.61 t/ha or by 34.3% compared to the control, when using double top dressing of crops with a mixture of the bacterial preparation Biocomplex-BTU-R at a dose of 1 l/ha together with the complex of microfertilizers Quantum at a dose of 5 l/ha (Quantum-Technical (3 l/ha) + Quantum Boron Active (1 l/ha) + Quantum Aquasil (1 l/ha)) in the phase of 5- 6 leaves of culture and treatment of plants with a mixture of bacterial preparation Biocomplex-BTU-R dose of 1 l/ha compatible with the complex of microfertilizers Quantum dose of 6 l/ha (Quantum-Technical (3 l/ha) + Quantum Boron Active (1 l/ha) + Quantum Aquasil (2 l/ha)) in the phase of 9-10 leaves against the background of seed treatment with microfertilizers and bacterial preparations. The use of the above-mentioned elements of agricultural machinery increased the conditional oil yield by 0.458 t/ha, the conditional net profit by 5.5 thousand tons. UAH / ha, the level of profitability increased by 23.5%, and energy coefficient for 0.43. The use of microfertilizers and bacterial preparations in the treatment of oilseed flax seed material affected the duration of the growing season, extending it by 2-6 days, depending on the experimental variants. The maximum values were obtained with the variant of seed treatment with Quantum Technical microfertilizer (4 l/t) and Organic Balance bacterial preparation (2 l/t). In the above variant, the plants had a higher habit (49.8 cm), leaf index (2.83), weight of 1000 seeds (6.78 g), yield (1.71 t/ha) and conditional oil yield (0.773 t/ha). According to foliar top dressing with microfertilizer and bacterial preparation, plants using conservation technology had a growing season duration of 93 days. This variant with the additional use of ammonium nitrate and stubble biodestructor provided a plant height of 54 cm. Growing oilseed flax using traditional technology and mulching reduced the length of the growing season and the height of plants, as well as using only microfertilizers separately, or only a bacterial preparation separately. The use of a mixture of the bacterial preparation Biocomplex-BTU-R with a dose of 0.7 l/ha and the Quantum microfertilizer system with a dose of 4 l/ha (complex chelated fertilizer Quantum - Technical (2.0 l/ha) + functional microfertilizer Quantum - Aquasil (2.0 l/ha)) with the addition of urea 5 kg/ha with a working solution of 300 l/ha, was optimal in combination with the use of ammonium nitrate precursor (100 kg/ha) on plant residues and Ecostern stubble biodestructor (2.5 l/ha) using conservation technology for growing oilseed flax. This variant provided the maximum crop yield in the experiment (1.86-1.95 t/ha). The use of Ecostern stubble biodestructor with a dose of 2 up to 2.5 l/ha increased the total number of soil microorganisms, in particular nitrogen fixers and phosphormobilizers, it increased the number of saprophytic cellulose-decomposing fungi, reduced the number of denitrifiers by 1.5 times, and it also increased the number of mobile forms of nitrogen, phosphorus and potassium and their degree of mobility and did not increase the water retention capacity of the soil.