Використання елементів біологізації при вирощуванні зернових і технічних культур з метою отримання високоякісної продукції та збереження довкілля

В’ячеслав Шебанін, Валентина Гамаюнова, Антоніна Дробітько, Ірина Смірнова, Любов Хоненко
Отримано: 05.11.2024 Доопрацьовано: 22.03.2025 Прийнято: 30.04.2025
Взято з Том 28, № 5, 2025 Сторінки: 32-43
Завантажити статтю Читати статтю

Анотація

Метою дослідження було оцінити ефективність впровадження елементів біологізації для підвищення врожайності та якості сільськогосподарських культур. Було проведено експеримент, у рамках якого проаналізовано вплив біологічних та органічних добрив, регульованого зрошення і контролю пестицидного оброблення на врожайність, якість продукції, вміст поживних речовин у ґрунті, викиди CO2 та біорізноманіття. Результати показали, що використання біологічних добрив (біопрепарати, компости, гумати) позитивно вплинули на врожайність всіх досліджених культур. Зокрема, у варіанті 2, де були застосовані сорти пшениці, кукурудзи, конопель і соняшнику з біологічними добривами, спостерігалося збільшення врожайності на 12-20 % залежно від культури. Органічні добрива у варіанті 3 також показали підвищення врожайності, хоча й у меншому обсязі (8-15 %). Регульоване зрошення і контроль пестицидів у варіанті 4 забезпечили стабільний приріст врожайності на 10-12  %, а комбіноване внесення добрив і зрошення у варіанті 5 дало найкращі результати, хоча й з меншими збільшеннями. Впровадження біологічних добрив також позитивно вплинуло на якість продукції. Олійність сої та соняшнику на ділянках з біологічними добривами також була вищою порівняно з контрольним варіантом 1. Аналіз вмісту поживних речовин у ґрунті показав, що біологічні добрива підвищили рівні азоту, фосфору і калію в ґрунті. Викиди CO2 зменшилися на 10-15 % на ділянках з біологічними добривами, що вказує на позитивний екологічний ефект застосування таких технологій. Біорізноманіття також покращилось, зокрема на ділянці з біологічними добривами спостерігалося зростання індексу біорізноманіття на 40 %. Таким чином, результати дослідження підтверджують, що інтеграція біологічних і органічних добрив, а також ефективне управління водними ресурсами і пестицидами може значно підвищити врожайність і якість сільськогосподарських культур, зменшити викиди CO2 і сприяти збереженню біорізноманіття

Ключові слова

сільськогосподарські культури; елементи технології; біологічні методи в рослинництві; екологія; урожайність і якість рослин

  1. Allam, M., Radicetti, E., Quintarelli, V., Petroselli, V., Marinari, S., & Mancinelli, R. (2022). Influence of organic and mineral fertilizers on soil organic carbon and crop productivity under different tillage systems: A metaanalysis. Agriculture, 12(4), article number 464. doi: 10.3390/agriculture12040464.
  2. Bangre, J., et al. (2024). Long-term impact of inorganic fertilizers and farmyard manure on soil quality and productivity in subtropical Vertisols under a soybean-wheat cropping system. Land Degradation and Development, 35(14), 4257-4270. doi: 10.1002/ldr.5220.
  3. Bashir, M.S., Saeed, U., Khan, J.A., Saeed, M., Mustafa, G., & Malik, R.N. (2024). Mitigating potential of polystyrene microplastics on bioavailability, uptake, and toxicity of copper in maize (Zea mays L.). Environmental Pollution, 356, article number 124299. doi: 10.1016/j.envpol.2024.124299.
  4. Convention on           Biological              Diversity.              (1992,     June).     Retrieved              from        https://treaties.un.org/doc/ treaties/1992/06/19920605%2008-44%20pm/ch_xxvii_08p.pdf.
  5. Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora. (1979, June). Retrieved from https://www.fisheries.noaa.gov/national/international-affairs/convention-international-trade-endangeredspecies-wild-fauna-and.
  6. Costa, O.Y., Chang, J., Chen, S., van Lith, W., & Kuramae, E.E. (2024). Enhancing cucumber plantlet growth and rhizosphere microbial communities with chitin and gelatin biostimulants. Environmental Technology and Innovation, 36, article number 103777. doi: 10.1016/j.eti.2024.103777.
  7. Cruz, C., Cardoso, P., Santos, J., Matos, D., Sá, C., & Figueira, E. (2023). Application of plant growth-promoting bacteria from cape verde to increase maize tolerance to salinity. Antioxidants, 12(2), article number 488. doi: 10.3390/antiox12020488.
  8. Didur, I., Tsyhanskyi, V., & Tsyhanskа, O. (2023). Influence of biologisation of the nutrition system on the transformation of biological nitrogen and formation of soybean productivity. Plant and Soil Science, 14(4), 8697. doi: 10.31548/plant4.2023.86.
  9. El Amine, B., Mosseddaq, F., Houssa, A.A., Bouaziz, A., Moughli, L., & Oukarroum, A. (2024). How far can the interactive effects of continuous deficit irrigation and foliar iron fertilization improve the physiological and agronomic status of soybeans grown in calcareous soils under arid climate conditions? Agricultural Water Management, 300, article number 108926. doi: 10.1016/j.agwat.2024.108926.
  10. Ergasheva, O., Qarshiboyev, S., Husanova, S., Atashev, E., Toshpulatov, N., Yuldosheva, C., & Mustofoyev, G. (2024). Study on the influence of fertilizers on the yield and quality of barley and potatoes. E3S Web of Conferences, 497, article number 03013. doi: 10.1051/e3sconf/202449703013.
  11. Fachini, J., Figueiredo, C.C., do Vale, A.T., da Silva, J., & Zandonadi, D.B. (2024). Potassium-enriched biochar-based fertilizers for improved uptake in radish plants. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 128, 415-427. doi: 10.1007/ s10705-023-10273-1.
  12. Fedoniuk, T., Zhuravel, S., Kravchuk, M., Pazych, V., & Bezvershuck, I. (2024). Historical sketch and current state of weed diversity in continental zone of Ukraine. Agriculture and Natural Resources, 58(5), 631-642. doi: 10.34044/j.anres.2024.58.5.10.
  13. Figueiredo, C.C., Melo, L.C., Silva, C.A., Fachini, J., da Silva Carneiro, J., de Morais, E.G., Ndoung, O.C., Singh, S.V., & Nandipamu, T.M. (2024). Nutrient enriched and co-composted biochar: System productivity and environmental sustainability. In S.V. Singh, S. Mandal, R.S. Meena, S. Chaturvedi & K. Govindaraju (Eds.), Biochar production for green economy: Agricultural and environmental perspectives (pp. 311-331). London: Academic Press. doi: 10.1016/ B978-0-443-15506-2.00010-9.
  14. Gao, W., Gao, K., Guo, Z., Liu, Y., Jiang, L., Liu, C., Liu, X., & Wang, G. (2021). Different responses of soil bacterial and fungal communities to 3 years of biochar amendment in an alkaline soybean soil. Frontiers in Microbiology, 12, 630418. doi: 10.3389/fmicb.2021.630418.
  15. Huo, W., Peng, Y., Maimaitiaili, B., Batchelor, W.D., & Feng, G. (2023). Phosphorus fertilizer recommendation based on minimum soil surplus for cotton growing in salt-affected soils. Field Crops Research, 291, article number 108799. doi: 10.1016/j.fcr.2022.108799.
  16. Kachanova, T., Manushkina, T., Samoilenko, M., Petrova, O. & Koloyanidi, N. (2021). Productivity of Kabuli chickpeas depending on the weather conditions of the year, varieties and methods of sowing in Ukraine. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 27(5), 919-925.
  17. Kyselov, O. (2024). Influence of biologics on the development of soybean productivity elements in the conditions of the northern Forest-Steppe of Ukraine. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 20(6), 50-64. doi: 10.31548/dopovidi/6.2024.50.
  18. Law of Ukraine No. 1264-XII “On Environmental Protection”. (1991, June). Retrieved from https://zakon.rada. gov.ua/laws/show/1264-12#Text.
  19. Law of Ukraine No. 2775-IX “On Amendments to Certain Laws of Ukraine on Improving State Regulation in the Field of Pesticides and Agrochemicals”. (2022, November). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/2775-20#Text.
  20. Li, Y., Xu, Z., Zhang, L., Chen, W., & Feng, G. (2024). Dynamics between soil fixation of fertilizer phosphorus and biological phosphorus mobilization determine the phosphorus budgets in agroecosystems. Agriculture, Ecosystems and Environment, 375, article number 109174. doi: 10.1016/j.agee.2024.109174.
  21. Liu, Z., Wu, J., & Zheng, G. (2024). No tillage and organic fertilization improved kiwifruit productivity through shifting soil properties and microbiome. Land Degradation and Development, 35(15), 4549-4561. doi: 10.1002/ ldr.5240.
  22. Melo, L.C., & Sánchez-Monedero, M.Á. (2024). How biochar-based fertilizers and biochar compost affect nutrient cycling and crop productivity. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 128, 411-414. doi: 10.1007/s10705024-10358-5.
  23. Ministry of Agrarian Policy and Food of Ukraine. (2025). State register of plant varieties suitable for distribution in Ukraine. Retrieved from https://minagro.gov.ua/file-storage/reyestr-sortiv-roslin.
  24. Ning, Z., Lin, K., Gao, M., Han, X., Guan, Q., Ji, X., Yu, S., & Lu, L. (2024). Mitigation of salt stress in rice by the halotolerant plant growth-promoting bacterium enterobacter asburiae D2. Journal of Xenobiotics, 14(1), 333349. doi: 10.3390/jox14010021.
  25. Pacheco, C.A., Oliveira, A., & Tomaz, A. (2023). Effects of mineral and organic fertilization on forage maize yield, soil carbon balance, and NPK budgets, under rainfed conditions in the Azores Islands (Portugal). International Journal of Plant Production, 17, 463-475. doi: 10.1007/s42106-023-00250-7.
  26. Panfilova, A., Gamayunova, V., & Potryvaieva, N. (2021). The impact of nutrition optimization on crop yield and grain quality of spring barley varieties (Hordeum vulgare L.). Agraarteadus, 32(1), 111-116. doi: 10.15159/ jas.21.18.
  27. Pichura, V., Potravka, L.A., Domaratskiy, Y., Nikonchuk, N., & Samoilenko, M. (2024). The impact of pre-crops on the formation of water balance in winter wheat agrocenosis and soil moisture in the steppe zone. Journal of Ecological Engineering, 25(3), 253-271. doi: 10.12911/22998993/181553.
  28. Potashova, L.M. (2024). Innovative technologies in crop production. Kharkiv: State Biotechnological University.
  29. Rashmi, I., Meena, B.P., Rajendiran, S., Jayaraman, S., Joshy, C.G., Ali, S., Mina, B.L., Kumar, K., Kumar, A., Kumawat, A., & Kala, S. (2024). Can gypsum and organic amendments achieve sustainability, productivity and maintain soil health under soybean-mustard cropping in sodic soils of western India. Soil and Tillage Research, 240, article number 106075. doi: 10.1016/j.still.2024.106075.
  30. Semenchenko, E.V. (2024). The content and dynamics of the entry into the soil of the main nutrients in plant residues and grains of field crops. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 16(2), 253-270. doi: 10.12731/2658-6649-2024-16-2-846.
  31. Shahini, S., Kachanova, T., Manushkina, T., Petrova, O., & Shevchuk, N. (2023). Using organic nitrogen fertilisers to improve soil health and increase yields. International Journal of Environmental Studies, 80(2), 433-441. doi: 10.1080/00207233.2023.2174739.
  32. Shahini, S., Skura, E., Huqi, A., Shahini, E., Ramadhi, A., & Sallaku, F. (2024). Integrated management of the mediterranean fruit fly (Ceratitis capitata) on citrus in the Konispol, Albania. Grassroots Journal of Natural Resources, 7(2), 324-346. doi: 10.33002/nr2581.6853.070217.
  33. Shuvar, I., Korpita, H., Shuvar, A., Shuvar, B., Balkovskyi, V., Kosylovych, H., & Dudar, I. (2022). Relationship of potato yield and factors of influence on the background of herbological protection. Open Agriculture, 7(1), 920925. doi: 10.1515/opag-2022-0153.
  34. Skok, S., & Almashova, V. (2023). Biologization of agriculture as an element of increasing economic efficiency of crop production in the territory of southern Ukraine. In B. Gechbaia, D. Djakons, O. Prokopenko, L. Horal & V. Koval (Eds.), Innovative management of business integration and education in transnational economic systems (pp. 140-147). Riga: ISMA University.
  35. State Standard of Ukraine No. 4884:2007 “Organic and organo-mineral fertilisers”. (2007). Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=26029.
  36. State Standard of Ukraine No. ISO 10390:2007 “Soil quality. Determination of pH”. (2007). Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=29452.
  37. Trembitska, O., & Bohdan, S. (2023). Evaluation of the effect of sugar mud and organic fertilizers on the productivity of sugar beets in the conditions of Podillia. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 27(4), 9098. doi: 10.56407/bs.agrarian/4.2023.90.
  38. Wang, D., Lan, Y., Chen, W., Liu, Z., Gao, J., Cao, D., Wang, Q., Mazhang, & An, X. (2024). Response of bacterial communities, enzyme activities and dynamic changes of soil organic nitrogen fractions to six-year different application levels of biochar retention in Northeast China. Soil and Tillage Research, 240, article number 106097. doi: 10.1016/j.still.2024.106097.
  39. Wegner, L.H. (2022). Empowering roots – some current aspects of root bioenergetics. Frontiers in Plant Science, 13, article number 853309. doi: 10.3389/fpls.2022.853309.
  40. Xie, X., Gan, L., Wang, C., & He, T. (2024). Salt-tolerant plant growth-promoting bacteria as a versatile tool for combating salt stress in crop plants. Archives of Microbiology, 206, article number 341. doi: 10.1007/s00203024-04071-8.
  41. Yang, X., Zheng, R., Wan, Z., & Zhang, Z. (2024). Differences of soil carbon pools and crop growth across different typical agricultural fields in China: The role of geochemistry and climate change. Environmental Research, 260, article number 119623. doi: 10.1016/j.envres.2024.119623.
  42. Zhou, Z., Liu, J., Zhang, J., Li, W., Wen, Y., Chen, R., Chen, P., Li, H., Gao, X., Zhu, Y., & Wang, Z. (2024). Combining magnetized water with biodegradable film mulching reshapes soil water-salt distribution and affects processing tomatoes’ yield in the arid drip-irrigated field of Northwest China. Agricultural Water Management, 303, article number 109021. doi: 10.1016/j.agwat.2024.109021.
  43. Zhuang, L., Wang, P., Hu, W., Yang, R., Zhang, Q., Jian, Y., & Zou, Y. (2024). A сomprehensive study on the Impact of chemical fertilizer reduction and organic manure application on soil fertility and apple orchard productivity. Agronomy, 14(7), article number 1398. doi: 10.3390/agronomy14071398.
Shebanin, V., Gamayunova, V., Drobitko, A., Smirnova, I. , & Khonenko, L. (2025). Use of biologisation elements in the cultivation of grain and industrial crops to obtain high-quality products and preserve the environment. Scientific Horizons, 28(5), 32-43. https://doi.org/10.48077/scihor5.2025.32