Потенціал зернобобових культур для сталого розвитку аграрної галузі
Анотація
Метою дослідження було визначити агроекологічні переваги вирощування зернобобових культур у порівнянні з традиційними зерновими, зокрема їхній вплив на якість ґрунту, біологічну активність та продуктивність агроекосистем. У статті досліджено вплив зернобобових культур – гороху (Pisum sativum), сочевиці (Lens culinaris) та квасолі (Phaseolus vulgaris) – на фізико-хімічні властивості ґрунту, мікробіологічний склад, біологічну фіксацію азоту, урожайність та стабільність агроекосистем у посушливих умовах Півдня України. Дослідження проводилося у порівнянні з контрольними ділянками, засіяними пшеницею (Triticum aestivum) та ячменем (Hordeum vulgare), що дозволило оцінити ефективність зернобобових у покращенні родючості ґрунту та їхній внесок у підтримку стійкості агросистем. Результати показали, що вирощування зернобобових сприяло збільшенню вмісту гумусу, підвищенню капілярної пористості ґрунту та покращенню його водоутримувальних властивостей, тоді як на контрольних ділянках зі злаковими культурами ці показники залишалися нижчими. Також було зафіксовано значне зростання чисельності азотфіксувальних (Bradyrhizobium, Azotobacter) та фосформобілізуючих (Pseudomonas, Bacillus) бактерій на ділянках із зернобобовими, що свідчило про активізацію біологічних процесів у ґрунті. Урожайність пшениці та ячменю виявилася залежною від рівня мінерального живлення, тоді як зернобобові забезпечували стабільний рівень продуктивності без додаткового внесення азотних добрив. Отримані результати підтверджують доцільність інтеграції зернобобових у сівозміни для підтримки родючості ґрунтів, покращення мікробіологічного балансу та зниження залежності від мінеральних добрив. Встановлено, що біологічна фіксація азоту горохом, сочевицею та квасолею забезпечує підвищення рівня доступного азоту в ґрунті, що позитивно впливає на продуктивність агроекосистем у порівнянні з традиційними зерновими культурами
Ключові слова
родючість; азотфіксація; органічне відновлення; екологічна стійкість; мікробіологічна активність
- Ahmed, M., Hayat, R., Ahmad, M., ul-Hassan, M., Kheir, A.M., ul-Hassan, F., ul-Rehman, M.H., Shaheen, F.A., Ali Raza, M., & Ahmad, S. (2022). Impact of climate change on dryland agricultural systems: A review of current status, potentials, and further work need. International Journal of Plant Production, 16(3), 341-363. doi: 10.1007/s42106-022-00197-1.
- Anderson, J.P., & Domsch, K.H. (1978). A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils. Soil Biology and Biochemistry, 10(3), 215-221. doi: 10.1016/0038-0717(78)90099-8.
- Balázs, B., Kelemen, E., Centofanti, T., Vasconcelos, M.W., & Iannetta, P.M. (2021). Integrated policy analysis to identify transformation paths to more sustainable legume-based food and feed value-chains in Europe. Agroecology and Sustainable Food Systems, 45(6), 931-953. doi: 10.1080/21683565.2021.1884165.
- Belachew, K.Y., Maina, N.H., Dersseh, W.M., Zeleke, B., & Stoddard, F.L. (2022). Yield gaps of major cereal and grain legume crops in Ethiopia: A review. Agronomy, 12(10), article number 2528. doi: 10.3390/agronomy12102528.
- Bremner, J.M. (1960). Determination of nitrogen in soil by the Kjeldahl method. Journal of Agricultural Science, 55(1), 11-33. doi: 10.1017/S0021859600021572.
- Conti, M.V., Guzzetti, L., Panzeri, D., de Giuseppe, R., Coccetti, P., Labra, M., & Cena, H. (2021). Bioactive compounds in legumes: Implications for sustainable nutrition and health in the elderly population. Trends in Food Science & Technology, 117, 139-147. doi: 10.1016/j.tifs.2021.02.072.
- Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/995_030#Text.
- Cusworth, G., Garnett, T., & Lorimer, J. (2021a). Agroecological break out: Legumes, crop diversification and the regenerative futures of UK agriculture. Journal of Rural Studies, 88, 126-137. doi: 10.1016/j.jrurstud.2021.10.005.
- Cusworth, G., Garnett, T., & Lorimer, J. (2021b). Legume dreams: The contested futures of sustainable plantbased food systems in Europe. Global Environmental Change, 69, article number 102321. doi: 10.1016/j. gloenvcha.2021.102321.
- Dave, K., Kumar, A., Dave, N., Jain, M., Dhanda, P.S., Yadav, A., & Kaushik, P. (2024). Climate change impacts on legume physiology and ecosystem dynamics: A multifaceted perspective. Sustainability, 16(14), article number 6026. doi: 10.3390/su16146026.
- Desire, M.F., Blessing, M., Elijah, N., Ronald, M., Agather, K., Tapiwa, Z., Florence, M.R., & George, N. (2021). Exploring food fortification potential of neglected legume and oil seed crops for improving food and nutrition security among smallholder farming communities: A systematic review. Journal of Agriculture and Food Research, 3, article number 100117. doi: 10.1016/j.jafr.2021.100117.
- 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.
- Ditzler, L., van Apeldoorn, D.F., Pellegrini, F., Antichi, D., Bàrberi, P., & Rossing, W.A. (2021). Current research on the ecosystem service potential of legume inclusive cropping systems in Europe. A review. Agronomy for Sustainable Development, 41, article number 26. doi: 10.1007/s13593-021-00678-z.
- DSTU No. 4138-2002 “Crop seeds. Methods of quality determination”. (2002). Retrieved from https://online. budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=91465.
- DSTU No. 4744:2007 “Soil quality. Determination of structural and aggregate composition by the sieve method in the modification of N.I. Savvinov”. (2007). Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/docpage.html?id_doc=72891.
- Ferreira, H., Pinto, E., & Vasconcelos, M.W. (2021). Legumes as a cornerstone of the transition toward more sustainable agri-food systems and diets in Europe. Frontiers in Sustainable Food Systems, 5, article number 694121. doi: 10.3389/fsufs.2021.694121.
- Jena, J., Maitra, S., Hossain, A., Pramanick, B., Gitari, H.I., Praharaj, S., Shankar, T., Palai, J.B., Rathore, A., Mandal, T.K., & Jatav, H.S. (2022). Role of legumes in cropping system for soil ecosystem improvement. In Ecosystem services: Types, management and benefits. New York: Nova Science Publishers.
- Jones, K., Nowak, A., Berglund, E., Grinnell, W., Temu, E., Paul, B., Renwick, L.L., Steward, P., Rosenstock, T.S., & Kimaro, A.A. (2023). Evidence supports the potential for climate-smart agriculture in Tanzania. Global Food Security, 36, article number 100666. doi: 10.1016/j.gfs.2022.100666.
- Kebede, E. (2021). Contribution, utilization, and improvement of legumes-driven biological nitrogen fixation in agricultural systems. Frontiers in Sustainable Food Systems, 5, article number 767998. doi: 10.3389/ fsufs.2021.767998.
- Kiurchev, S., Verkholantseva, V., Kiurcheva, L., & Dumanskyi, O. (2020). Physical-mathematical modeling of vibrating conveyor drying process of soybeans. Engineering for Rural Development, 19, 991-996. doi: 10.22616/ ERDev.2020.19.TF234.
- Kumar, S., Bamboriya, S.D., Rani, K., Meena, R.S., Sheoran, S., Loyal, A., Kumawat, A., Jhariya, M.K. (2022). Grain legumes: A diversified diet for sustainable livelihood, food, and nutritional security. In R.S. Meena & S. Kumar (Eds.), Advances in legumes for sustainable intensification (pp. 157-178). Cambridge: Academic Press. doi: 10.1016/ B978-0-323-85797-0.00007-0.
- Kumara, K., Pal, S., Chand, P., & Kandpal, A. (2023). Carbon sequestration potential of sustainable agricultural practices to mitigate climate change in Indian agriculture: A meta-analysis. Sustainable Production and Consumption, 35, 697-708. doi: 10.1016/j.spc.2022.12.015.
- Kumari, S., & Maiti, S.K. (2022). Nitrogen recovery in reclaimed mine soil under different amendment practices in tandem with legume and non-legume revegetation: A review. Soil Use and Management, 38(2), 1113-1145. doi: 10.1111/sum.12787.
- Kuyah, S., Sileshi, G.W., Nkurunziza, L., Chirinda, N., Ndayisaba, P.C., Dimobe, K., & Öborn, I. (2021). Innovative agronomic practices for sustainable intensification in sub-Saharan Africa. A review. Agronomy for Sustainable Development, 41, article number 16. doi: 10.1007/s13593-021-00673-4.
- 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.
- Lamichhane, J.R., Alletto, L., Cong, W.F., Dayoub, E., Maury, P., Plaza-Bonilla, D., Reckling, M., Saia, S., Soltani, E., Tison, G., & Debaeke, P. (2023). Relay cropping for sustainable intensification of agriculture across temperate regions: Crop management challenges and future research priorities. Field Crops Research, 291, article number 108795. doi: 10.1016/j.fcr.2022.108795.
- Laposha, O.A., Senin, S.A., Midyk, S.V., Iakubchak, O.M., Taran, T.V., Zabarna, I.V., Ishchenko, L.М., Ishchenko, V.D., & Ushkalov, V.O. (2020). Determination of t-2 and ht-2 toxin in wheat grain by hplc with fluorescence detection. Methods and Objects of Chemical Analysis, 15(3), 137-143. doi: 10.17721/moca.2020.137-143.
- Mazur, V.A., Goncharuk, I.V., Didur, I.M., Pantsyreva, G.V., Telekalo, N.V., & Kupchuk, I.M. (2021). Innovative aspects of technologies for growing, storing and processing of leguminous crops. Vinnytsia: Nilan Ltd.
- Movchaniuk, A. (2021). Investment potential of agricultural production as a basis for ensuring sustainable development of the agricultural sector of Ukraine. Efficient Economy, 9. doi: 10.32702/2307-21052021.9.91.
- Nord, A., Bekunda, M., McCormack, C., & Snapp, S. (2022). Barriers to sustainable intensification: Overlooked disconnects between agricultural extension and farmer practice in maize-legume cropping systems in Tanzania. International Journal of Agricultural Sustainability, 20(4), 576-594. doi: 10.1080/14735903.2021.1961416.
- Panfilova, A., Korkhova, M., & Markova, N. (2023). Influence of biologics on the productivity of winter wheat varieties under irrigation conditions. Notulae Scientia Biologicae, 15(2), article number 11352. doi: 10.55779/ nsb15211352.
- Rahman, M.M., Alam, M.S., Islam, M., Kamal, M.Z., Rahman, G.K., Haque, M.M., Miah, G., & Biswas, J.C. (2022). Potential of legume-based cropping systems for climate change adaptation and mitigation. In R.S. Meena & S. Kumar (Eds.), Advances in legumes for sustainable intensification (pp. 381-402). London: Academic Press. doi: 10.1016/B978-0-323-85797-0.00030-6.
- Raihan, A., Ridwan, M., & Rahman, S. (2024). An exploration of the latest developments, obstacles, and potential future pathways for climate-smart agriculture. Climate Smart Agriculture, 1(2), article number 100020. doi: 10.1016/j.csag.2024.100020.
- Ramya, K.R., Tripathi, K., Pandey, A., Barpete, S., Gore, P.G., Raina, A.P., Khawar, K.M., Swain, N., & Sarker, A. (2022). Rediscovering the potential of multifaceted orphan legume grasspea – a sustainable resource with high nutritional values. Frontiers in Nutrition, 8, article number 826208. doi: 10.3389/fnut.2021.826208.
- Richards, L.A. (1954). Diagnosis and improvement of saline and alkali soils. Washington: United States Department of Agriculture.
- Sahoo, U., Maitra, S., Dey, S., Vishnupriya, K.K., Sairam, M., & Sagar, L. (2023). Unveiling the potential of maizelegume intercropping system for agricultural sustainability: A review. Farming and Management, 8(1), 1-13. doi: 10.31830/2456-8724.2023.FM-124.
- Semba, R.D., Ramsing, R., Rahman, N., Kraemer, K., & Bloem, M.W. (2021). Legumes as a sustainable source of protein in human diets. Global Food Security, 28, article number 100520. doi: 10.1016/j.gfs.2021.100520.
- Singh, K., Gera, R., Sharma, R., Maithani, D., Chandra, D., Amin Bhat, M., Kumar, R., & Bhatt, P. (2021). Mechanism and application of Sesbania root-nodulating bacteria: An alternative for chemical fertilizers and sustainable development. Archives of Microbiology, 203, 1259-1270. doi: 10.1007/s00203-020-02137-x.
- Tereshchenko, A., & Tarabrina, A.-M. (2025). Performance of grain and leguminous crops under resource saving cultivation technology in the Southern Steppe of Ukraine. Ukrainian Black Sea Region Agrarian Science, 29(1), 72-83. doi: 10.56407/bs.agrarian/1.2025.72.
- Tomashuk, I.V., & Horobchuk, R.O. (2024). Socio-economic potential of the agrarian sector of Ukraine: Prospects for development and opportunities for improving the efficiency of its use. Tavrian Scientific Bulletin. Series: Agricultural Sciences, 138, 193-201. doi: 10.32782/2226-0099.2024.138.24.
- Uebersax, M.A., Cichy, K.A., Gomez, F.E., Porch, T.G., Heitholt, J., Osorno, J.M., Kamfwa, K., Snapp, S.S., & Bales, S. (2023). Dry beans (Phaseolus vulgaris L.) as a vital component of sustainable agriculture and food security – a review. Legume Science, 5(1), article number e155. doi: 10.1002/leg3.155.
- Upadhyay, S.K., Rajput, V.D., Kumari, A., Espinosa-Saiz, D., Menendez, E., Minkina, T., Dwivedi, P., & Mandzhieva, S. (2023). Plant growth-promoting rhizobacteria: A potential bio-asset for restoration of degraded soil and crop productivity with sustainable emerging techniques. Environmental Geochemistry and Health, 45(12), 9321-9344. doi: 10.1007/s10653-022-01433-3.
- Zymaroieva, A., Zhukov, O., Fedoniuk, T., Pinkina, T., & Hurelia, V. (2021). The relationship between landscape diversity and crops productivity: Landscape scale study. Journal of Landscape Ecology (Czech Republic), 14(1), 39-58. doi: 10.2478/jlecol-2021-0003.