Між величиною сукупних витрат енергії і ефективністю виробництва існує тісний зв’язок, який обмежується в основному показниками родючості, а це зумовлено тим, що в процесі виробництва рослинницької продукції відбувається обіг матерії, загальною мірою якого є енергія. Для різних періодів господарювання в АПК Черкаської області сукупна енергія, нагромаджена в продукції рослинництва, буде відрізнятися, що зумовлено природно-кліматичними умовами, техніко-технологічними відмінностями, біологічними властивостями видів і сортів сільськогосподарських культур, рівнем розвитку тваринництва, структурою сівозміни, організаційно-економічними умовами та кон’юктурою зовнішнього і внутрішнього ринків.
Сільськогосподарське виробництво пов’язане з використанням двох видів енергії: сонячної, що засвоюється рослиною в процесі фотосинтезу та енергії, яка витрачається людиною у вигляді палива, органічних і мінеральних добрив, інших засобів ы власної праці для отримання врожаю. Порівняння енергії, акумульованої в урожаї, із сукупною енергією, затраченою на її виробництво, дає можливість об’єктивно оцінити технології та біоенергетичну ефективність виробництва рослинницької продукції та землеробства загалом. Тому енергетична ефективність технології виробництва в галузі землеробства визначається відношенням енергії, що уречевлена в основній продукції до витраченої додаткової та виражається енергетичним коефіцієнтом ефективності.
Важливість енергетичного аналізу
Енергетичний аналіз дає можливість розробити й оцінити ефективність у землеробстві та рослинництві в АПК Черкаської області, його основна мета — пошук і планування технологій виробництва, що забезпечують раціональне використання обох видів енергії, охорону навколишнього середовища. Досвід запровадження ресурсо-, енергоощадних технологій свідчить, що їх ефективність повністю залежить від своєчасного і точного дотримання всіх елементів технологічного процесу, а позитивна дія проявляється тільки за умови дотримання раціонального витрачання всіх видів енергії.
Ґрунти АПК Черкаської області вважаються найбільш родючими в Україні. Сільськогосподарські землі становлять 69% загальної площі області, провідне місце належить ріллі (87,7%). Ґрунтовий покрив представлено чорноземами типовими та чорноземами опідзоленими різного ступеня реградації (53,6%), темно-сірими опідзоленими і реградованими (29%), світло сірими та сірими лісовими ґрунтами (10,8%), а за гранулометричним складом ґрунти легкосуглинкові (21,4%), середньосуглинкові (41,3%) та важкосуглинкові (34,4%), а решта (2,9%) — супіщані й піщані ґрунти. Середньозважений уміст гумусу в ґрунтах сільськогосподарського використання станом на 2019 рік становить 3,03%.
Урожайні дані, структура посівних площ за 1956–2020 рр. проаналізовано за даними Головного управління статистики Черкаської області.
Результати дослідження
Статистичний аналіз показав, що в період з 1956 по 2020 рр. різко змінилася структура посівних площ в АПК Черкаської області. Так, відсоток площ зернових за медіаною відносно середнього зменшився в 1,2 раза, ярих колосових — 1,3, кукурудзи — 1,4, ярих колосових з кукурудзою — 1,23, технічних культур — 1,3, кормових культур — 1,2 раза, що свідчить про тяжіння медіанних значень нижнього типового значення відсотка площ у структурі сівозмін (табл. 1).
Таблиця 1. Нормовані параметри структури посівних площ в АПК Черкаської області за 1956–2020 роки
Зміна типового інтервалу значень за 50% рівнем найширшою виявилася для зернових загалом (Δ = 20,6%), ярих колосових з кукурудзою (Δ = 18%), технічних культур (Δ = 10%), кормових культур (Δ = 17,3%). Типовий інтервал зміни площ у структурі сівозміни за 10% рівнем для зернових становив — 24,3%, кукурудзи — 23, ярих колосових з кукурудзою — 21,3, технічних культур — 16,1, кормових культур — 25,9%.
Інтервальний розмах (Δ = мах–міn) найширшим був для площ зернових культур — 28%, ярих колосових без кукурудзи — 17,6, кукурудзи — 29,4, ярих колосових з кукурудзою — 24,4, технічних культур — 18,6, кормових культур — 28,9%, що свідчить про значну мінливість структури посівних площ у період з 1956 року по 2020 рік, яка підтверджується високим рівнем коефіцієнтів варіації площ зазначених культур. Найнижчими показниками варіації площ та інтервальними змінами характеризувалися площі посіву пшениці озимої, які мали слабо виражений спадний тренд за коефіцієнта варіації <10%. Розмір площі ріллі за медіаною перевищував площу за середнім значенням, що свідчить про зростання площі ріллі й тяжіння медіанного значення площ до верхнього типового значення площ (L0,75) за коефіцієнта варіації площ 18,3%.
Вихід основної продукції (ОП) за медіанним значенням перевищував вихід основної продукції за середнім значенням, що свідчить про тяжіння медіани до верхнього типового значення виходу ОП за високого значення коефіцієнта варіації (>37,4%) (табл. 2).
Таблиця 2. Нормовані параметри виходу та енергомісткості складових фітомаси з урахуванням структури посівних площ в АПК Черкаської області за 1956–2020 роки
Примітка: ОП — основна продукція; з. о. — зернові одиниці; ПП — побічна продукція; ПР — пожнивні рештки; КР — кореневі рештки; ПБФ — біологічна фітомаса; ЗБМ — загальна біологічна маса.
Вихід зернових одиниць (з. о.) за медіаною був меншим за значення середнього виходу, що засвідчує тяжіння медіани до нижнього типового значення або про зменшення виходу з. о. внаслідок трансформації структури посівних площ у бік погіршення.
Вихід побічної продукції (ПП) за медіаною був вищим за середнє значення і тяжів до верхнього типового значення, що свідчить про зростання виходу ПП за високого значення коефіцієнта варіації (>30%). Аналогічно відбувалося зростання виходу пожнивних решток (ПР) і кореневих решток (КР), але їхній вихід був стриманим, про що свідчить невисокий коефіцієнт варіації (<20%).
Загальний вихід побічної біологічної фітомаси (ПБФ) за медіаною переважав середнє значення й тяжів до верхнього типового значення виходу ПБФ. Інтервальна зміна за типовим й амплітудним розмахом свідчить про інтенсивний вихід ПБФ, що підтверджується високим значенням коефіцієнта варіації (27,4%). Вихід загальної біомаси за значенням медіани був вищим за середнє значення і тяжів до верхнього типового значення (L0,75) за коефіцієнта варіації близько 30%, що свідчить про високу інтенсивність наростання виходу ЗБМ за трансформації структури посівних площ.
Чинники впливу на нагромадження енергії
Виявилося, що динамічні процеси трансформації структури посівних площ вплинули на нагромадження енергії в складових загальної біомаси. Так, енергомісткість ОП за медіанним значенням була меншою порівняно з енергомісткістю за середнім значенням, що свідчить про тяжіння медіани до нижнього типового значення (L0,25) енергомісткості за коефіцієнта варіації 29,8%. Енергомісткість ПП за медіаною була меншою за середню енергомісткість ПП за типового розмаху Δ = 24761 ГДж за коефіцієнта варіації 53,3%, що свідчить про високу динамічність зниження енергомісткості ПП.
Енергомісткість ПП і КР більшою мірою тяжіла до верхнього типового значення (L0,75), що свідчить про зростання нагромадження енергії в поверхневих рештках і коренях. Цей процес був слабо вираженим, що характеризується низьким рівнем коефіцієнта варіації (14,1–15,2%). Загалом енергомісткість ПБФ за медіаною була меншою за енергомісткість за середнім значенням, що свідчить про зниження енергомісткості ПБФ у процесі трансформації структури посівних площ в АПК області. Коефіцієнт варіації ПБФ був на рівні 38%, що свідчить про велику інтенсивність зниження ПБФ у часі за зміни структури посівних площ. Енергомісткість ЗБМ змінювалася за аналогічною закономірністю, яка виявлена для ПБФ, а інтенсивність процесу зниження загальної енергомісткості біомаси була досить інтенсивною: коефіцієнт варіації був на рівні 36%. Співвідношення енергомісткості ОП до енергомісткості ПБФ становило 0,7–0,8 до 1.
Аналіз структури енергомісткості загальної біологічної фітомаси показав (табл. 3), що на основну продукцію у період 1956–1960 рр. припадало 39,9% загальної енергомісткості з подальшим її зростанням до 48,8% (1976–1980) за найвищого значення 49% в 1991–1995 рр. Починаючи з 1996–2000 рр. енергомісткість основної продукції почала різко зменшуватися, і в 2011–2020 рр. вона знизилася в 1,37 раза до 1991–1995 рр. досягаючи 35,6–35,9% в загальній фітомасі.
Таблиця 3. Зміна структури енергомісткості складових загальної фітомаси в АПК Черкаської області за 1956–2020 рр.
У протилежній залежності (R = –0,88±0,03) енергомісткість побічної продукції в період з 1956–1966 рр. до 1996–2000 рр. змінювалася в інтервалі значень 32,9–3739%, а починаючи з 2001–2005 рр., відбувалося стрімке зростання енергомісткості побічної продукції: якщо в зазначений період припадало 33,9% енергії загальної фітомаси, то у 2016–2020 рр. енергомісткість ПП зросла в 1,6 раза, досягаючи 54,3% загальної енергомісткості загальної фітомаси.
Енергомісткість загальної побічної фітомаси з 1956–1960 рр. до 1991–1995 рр. мала стійку тенденцію до зниження в 1,2 раза, а з 1996 по 2020 рр. енергомісткість побічної біомаси зросла в 1,3 раза, досягаючи 64,4% енергомісткості загальної фітомаси, що перевищило енергомісткість побічної біомаси в 1956–1961 рр. на 4,3%.
Зміна співвідношення енергомісткості
Відповідно до встановленої закономірності змінювалося співвідношення енергомісткості основної продукції до побічної. З 1956–1960 рр. по 1991–1995 рр. співвідношення зросло в 1,3 раза, досягаючи значення 1,5 до 1 на користь основної продукції. У наступні роки співвідношення енергомісткостей основної продукції до побічної зменшилося у 2,3 раза, досягаючи значень 0,66–0,68 до 1 на користь побічної продукції. Аналогічно змінювалося співвідношення енергомісткості основної продукції до всієї побічної фітомаси. У період з 1976 року по 1995 рік співвідношення досягало 0,92–0,96 до 1, тоді як у період з 2006 року по 2020 рік воно знизилося 0,55–0,57 до 1 на користь енергомісткості побічної фітомаси.
Розрахунок показав, що між енергомісткістю побічної фітомаси та відсотком площ кукурудзи, ярих зернових із кукурудзою та технічними культурами виявлено прямий кореляційний зв’язок (R = +0,85 – 0,88±0,03, R² = 0,72 – 0,79), а з площами кормових культур виявлено обернений зв’язок сильної кореляції (R = -0,87±0,02, R² = 0,76).
З виходом загальної фітомаси виявлено аналогічні кореляційні зв’язки на рівні прямої сильної кореляції (R = +0,77 – 0,89±0,03) для відсотка площ кукурудзи й технічних культур та обернена сильна кореляція (R = –0,79±0,03) для кормової групи культур. Встановлені кореляційні зв’язки показують важливий вплив зміни структури посівних площ за 1956–2020 рр. на зміну структури енергомісткості загальної фітомаси, яка за своїм співвідношенням вказує на суттєве погіршення співвідношення енергомісткості основної продукції до енергомісткості побічної фітомаси в умовах господарювання за 2006–2020 рр.
Так, виявлено, що співвідношення виходу основної продукції до побічної фітомаси у фізичній вазі до 2000 року схилялося на користь основної продукції, тоді як з 2001 року по 2020 рік співвідношення складових загальної фітомаси схилялося у бік виходу побічної фітомаси і досягало 0,69 до 1 у 2016–2020 рр. Зміна співвідношення енергомісткості основної продукції до побічної до 2000 року була на користь урожайної частини співвідношення 1,16–1,50 до 1, тоді як у 2006–2020 рр. більш енергомістким був вихід побічної продукції, а співвідношення у 2006–2020 рр. становило 0,66 до 1.
Аналогічна закономірність виявлена для співвідношення енергомісткості основної продукції до загальної побічної біомаси, якщо в період з 1976 року по 1995 рік співвідношення наближалося до 1 до 1, то з 2001 року по 2020 рік співвідношення становило 0,55–0,59 до 1 на користь енергомісткості загальної побічної фітомаси.
Попереднім аналізом установлено, що протягом з 1956 року по 2020 рік виробництво рослинницької продукції зазнавало трансформації за співвідношенням виходу основної продукції до побічної як за валовим виходом, так і енергомісткістю складових. Виявлено, що у період нарощування тваринництва (1956–1990) вихід основної продукції перевищував вихід побічної продукції за рахунок кормових культур, площі яких у структурі посівних площ становили >25% (табл. 4).
Таблиця 4. Зміна складових урожаю та структури енергомісткості складових загальної фітомаси в АПК Черкаської області за 1956–2020 рр.
У наступні роки (1991–2000) співвідношення почало вирівнюватися, а в період з 2001 року по 2020 рік вихід побічної біомаси почав домінувати над виходом основної продукції. За аналогічною схемою змінювалося співвідношення енергомісткості основної продукції до побічної продукції і загальної фітомаси побічної продукції. Щодо 1991–1995 рр. у 2016-2020 рр. співвідношення між основною й побічною продукцією зменшилося у 2,3 раза.
О. В. ДЕМИДЕНКО, д-р с.-г. наук, директор
Черкаська державна сільськогосподарська
ДС ННЦ «Інститут землеробства НААН»
С. В. ВІТВІЦЬКИЙ, канд. с.-г. наук, доцент
Національний університет біоресурсів
і природокористування України
