Роль инновационных технологий в развитии орошаемого земледелия

Введение. В последние годы специалисты все чаще обращают внимание на глобальные изменения климата в сторону потепления. По их мнению, такие изменения приведут к снижению уровня обеспеченности водными ресурсами, особенно южных регионов Украины, и ухудшению их качества [1]. Существенное увеличение здесь в последние годы потенциального испарения и возрастания дефицита водного баланса стало главной причиной снижения урожаев выращиваемых сельскохозяйственных культур. Одним из основных факторов интенсификации растениеводческой отрасли в районах с недостаточным и нестойким природным увлажнением является орошение. Именно поэтому искусственное увлажнение широко распространилось в аридных зонах.

В мире за последние 20 лет площади орошаемых земель увеличились на 50 млн га, или на 17%, и составляют свыше 270 млн га, причем поливные земли обеспечивают более 40% мирового производства растениеводческой продукции, занимая лишь 18% площади сельхозугодий, т.е. продуктивность одного орошаемого гектара более, чем в два раза превышает продуктивность неполивного [2]. За этот же период мировая площадь под капельным и другими способами микроорошения возросла как минимум в 6,6 раза – с 1,6 до 10,5 млн га.

Вместе с тем мировые запасы пресной воды составляют 35 млн м³, из них примерно 8,5% – пресные водные ресурсы, сосредоточенные в реках, озерах и водохранилищах, которые являются традиционным источником водообеспечения. Неравномерное распределение водных ресурсов в мире обусловливает необходимость трансформационных изменений в мелиоративной отрасли и, в частности, внедрения ресурсосберегающих технологий и способов полива сельскохозяйственных культур. Для стран с ограниченными запасами водных ресурсов, к которым принадлежит и Украина, этот вопрос приобретает особую актуальность. Существует необходимость поиска стратегического направления развития орошаемого земледелия и нахождения альтернативных путей поддержания продуктивности поливных земель.

Особенная актуальность внедрения инновационных технологий в Украине обусловлена обострением проблемы экологобезопасного использования орошаемых земель, которая связана со снижением их плодородия, распространением эрозионных процессов, увеличением площадей деградированных и загрязненных земель.

Материал и методы. Задачей исследований было обоснование необходимости применения инновационных технологий в отрасли орошаемого земледелия, выявление существующих проблем, определение причин, которые их обусловили, и формирование предложений по их решению с учетом региональных особенностей. В процессе исследования использованы методы: абстрактно-логический, факторного анализа, монографический, сравнительного анализа и обобщения.

Результаты и обсуждение. В Украине, значительная часть территории которой находится в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения, продовольственное обеспечение в значительной степени зависит от эффективности использования орошаемых земель. Во второй половине ХХ в. здесь был выполнен огромный объем работ по строительству оросительных систем. Наивысшими темпы строительства были в 1965-1985 гг., когда ежегодно в эксплуатацию вводили по 100 тыс. га и более поливных земель [3]. Общая их площадь к 1992 г. составляла 2624 тыс. га.

В наиболее типичной с точки зрения развития орошения в Украине Херсонской области общая площадь орошаемых земель составляет 426 тыс. га (для сравнения в АР Крым 402 тыс. га, в Запорожской области – 240, Одесской – 227, Днепропетровской – 200, Николаевской – 191, Донецкой – 198, Харьковской – 117, Киевской – 115, Луганской – 96, Черкасской – 70, Кировоградской – 53, Полтавской – 52 тыс. га) [4]. К концу 80-х гг., благодаря высокому уровню использования таких значительных площадей полива, на этих землях в Херсонской области и в Крыму производили половину продукции растениеводства, а в целом по стране – до 30%. Почти на 80% орошаемых земель фактические урожаи культур соответствовали проектному их уровню. На протяжении 1991-1995 гг. объемы введения новых площадей орошения существенно сократились и составляли 4,5 тыс. га в год. После 1995 года строительство новых оросительных систем приостановлено практически полностью. По состоянию на начало поливного сезона 2017 года из 425,8 тыс. га орошаемых земель Херсонщины (или 21,6% к общей площади сельхозугодий) фактически орошалось около 300 тыс. га, что на 38 тыс. га меньше, чем в 1995 г. Из-за неудовлетворительного технического состояния внутрихозяйственных сетей, дождевальной техники и по другим причинам на сегодня не используются 125,8 тыс. га, в том числе около 8 тыс. га рисовых систем [5]. Аналогичная ситуация сложилась и в других регионах.

В последние годы вследствие реформирования агропромышленного комплекса эффективность использования орошаемых земель в стране существенно снизилась. Резкое сокращение фактически политых площадей сопровождалось такими процессами:

— значительным ухудшением технического состояния имеющихся оросительных систем, особенно их внутрихозяйственной части;

— практически полным прекращением работ по реконструкции имеющихся и строительству новых оросительных систем, что является следствием значительного сокращения объемов бюджетного финансирования и отсутствия собственных средств у землепользователей;

— недостаточным количеством и неудовлетворительным обновлением парка дождевальной техники;

— нарушением существующего законодательства о том, что согласно ст. 26 Земельного кодекса Украины «…земельные участки, полученные гражданами вследствие приватизации земель государственных и коммунальных сельскохозяйственных предприятий, на которых размещены и функционируют мелиоративные системы, используют совместно на основании соглашения»;

— нарушением технологической целостности оросительных систем, причинами которой являются, с одной стороны, распаевание земель и, как следствие, мелкоделяночность и увеличение количества землепользователей, а с другой – передача внутрихозяйственных систем в коммунальную собственность и на баланс фермерских и коллективных предприятий при государственной  собственности на межхозяйственную сеть.

В таких условиях вода забирается и транспортируется к полю государственными учреждениями, а сами поливы должны проводить собственники внутрихозяйственной сети, то есть в большинстве своем сельские и поселковые советы, землевладельцы и землепользователи, которые не имеют достаточно средств, опыта и специалистов для выполнения этих работ. При этом землевладелец или землепользователь во многих случаях практически отстранен от участия в процессе управления оросительными системами. Имеют место:

— нарушения технологий возделывания сельскохозяйственных культур, структуры посевных площадей, несоблюдение севооборотов, исключительно низкий уровень ресурсного обеспечения технологий возделывания, что привело к их примитивизации технологических процессов и резкому падению урожаев сельскохозяйственных культур, которые на части поливных земель находятся на уровне неорошаемых;

— не проведение мелиоративных мероприятий по охране и повышению плодородия орошаемых почв;

— неудовлетворительное эколого-мелиоративное состояние орошаемых земель [6].

Анализ изменения температуры воздуха на протяжении вегетационного периода сельскохозяйственных культур (апрель-сентябрь) в зоне Южной Степи Украины за период с 1945 по 2016 год свидетельствует о том, что происходит ее повышение. Так, если среднемесячная температура воздуха на протяжении вегетационного периода 1945-1966 и 1967-1988 гг. составляла 17,4-17,9°С, то за период 1989-2010 гг. она повысилась до 18,3°С, или на 0,4-0,9°С.

Несмотря на значительное возрастание дефицита водного баланса, связанное со сменой климата, в этой зоне на большом протяжении разрушены открытые каналы и внутрихозяйственная сеть, процесс восстановления орошения происходит только в Херсонской области и очень медленно.

Кроме того, на возрастание дефицита водного баланса повлияло и систематическое расширение пахотных земель. В зоне Южной Степи распаханность составляет 81,3% вместо 60-65% общей площади. Такие почвы не способны выполнять на надлежащем уровне экологические функции – поддерживать необходимые параметры водного, теплового, газового режимов, биохимической активности, биоты, предупреждать или смягчать негативные явления природного или антропогенного происхождения [7]. Самая высокая распаханность сельскохозяйственных угодий в Херсонской области, она составляет 90,2%. Для сравнения – в Кировоградской области – 86,8%, Николаевской – 84,6, Запорожской – 84,2, Днепропетровской – 84,0%. А распаханность угодий в отдельных районах Херсонской области еще выше: Горностаевский район – 97,9%, Чаплынский – 96,6, Нижнесерогозский – 96,3, Великолепетихский – 96,0, Нововоронцовский – 94,6, Генический – 93,6, Каховский – 92,3, Белозерский – 91,5%.

Из-за высокой распаханности угодий увеличиваются площади эродированных земель и отмечаются значительные ежегодные потери гумуса, а недобор урожая на этих землях составляет 50-56%.

На значительной площади пахотных земель южного региона, в первую очередь по причине увеличения доли посевов подсолнечника, выявлено массовое появление нетипичных для региона вредоносных адвентивных сорняков: амброзии полыннолистной, латука татарского, анизанты кровельной, циклахены дурнишниколистной, горчака обыкновенного и др. [8]. Из-за высокой конкурентной способности указанных сорняков они стали занимать в агрофитоценозах введенных в культуру растений доминирующее положение, что привело к снижению плодородия почв, а значит – и урожаев возделываемых сельскохозяйственных культур. Поэтому, согласно с рекомендациями Министерства аграрной политики и продовольствия и Национальной академии аграрных наук Украины, часть пахотной земли зоны Степи в современных условиях хозяйствования необходимо вывести из интенсивной обработки и перевести ее в природные кормовые угодья путем залужения многолетними бобовыми травами и бобово-злаковыми смесями, а также отвести под залесение.

Следствием бездеятельности оказалась дальнейшая потеря качества земельных ресурсов, на которых начали формироваться деградированные ландшафты, что связано с вырубкой лесов и полезащитных лесополос, а также увеличением площадей смытых, эродированных и дефляционно-опасных почв.

Исходя из этого, вопрос восстановления оросительных систем является актуальным, также актуальным остается вопрос оптимизации сельскохозяйственных земель.

Землепользование в Украине сориентировано на достижение максимальных выгод без соответственных мероприятий относительно повышения плодородия почв, осуществляется с существенными нарушениями научно обоснованной структуры посевов и соблюдения севооборотов, что является причиной истощения земель. Площадь деградированных почв ежегодно возрастает на 80 тыс. га; 32,8% пахотных земель подвержены водной, а 54,2% – ветровой эрозии. Ежегодные потери почвы составляют приблизительно 600 млн т, в частности свыше 20 млн т гумуса [9].

Аграрии в современных условиях, пытаясь сберечь и воспроизвести плодородие почв, используют инновационные ресурсосберегающие технологии, способные соединить в себе аспекты повышения эффективности производства с бережным использованием сельскохозяйственных угодий. Эти технологии также способствуют становлению равновесия между элементами агроэкосистем и обеспечением адаптивности индустриальных форм сельскохозяйственного производства к требованиям восстановления окружающей природной среды [10].

Одной из причин обеднения почв Херсонщины на элементы питания и ухудшения их свойств, а значит – и снижения урожаев сельскохозяйственных культур, являются низкие объемы применения органических и недостаточные – минеральных удобрений [11]. В таких условиях нужно обеспечить почвы необходимым количеством органических веществ, макро- и микроэлементами, а также создать соответственный водный и физико-химический баланс, который обеспечивает оптимальные условия для развития растений и формирования урожая сельскохозяйственных культур. Для этих целей целесообразно использовать в качестве органических удобрений сидераты (зеленые удобрения), солому зерновых колосовых культур, стебли сои, кукурузы, торф, сапропель, торфяной перегной, а также увеличить в севооборотах удельный вес многолетних бобовых и злаковых трав и других бобовых культур.

Широкомасштабное применение инноваций, прогрессивные технико-технологические и организационные изменения в отечественном орошаемом земледелии – объективная необходимость, обусловленная современным этапом развития продуктивных сил и трансформации производственных отношений в обществе [12].

Среди основных факторов, которые усиливают роль инноваций в развитии отрасли орошаемого земледелия, в сравнении с производством продукции на неполивных землях, следует выделить следующие:

— значительное влияние оросительных мелиораций на окружающую среду;

— опережающее развитие технологий с использованием разных способов орошения;

— более высокая конкурентоспособность орошаемого земледелия в зонах с неустойчивым и недостаточным увлажнением;

— необходимость привлечения больших по объему инвестиций и на длительный срок.

Нововведения в орошаемое земледелие имеют некоторые характерные черты: рыночную новизну применения для удовлетворения потребностей потребителя и научно-техническую новизну, которая лежит в самой инновационной идее. Это вызывает необходимость рассмотрения нововведений в орошаемое земледелие в беспрерывном процессе их распространения как составляющей части инновационного процесса, что является продолжением стадии исследований. Результатом реализации каждой стадии и этапов инновационного процесса в рыночных условиях должна быть научная продукция, инновационный товар.

Инновационная деятельность в орошаемом земледелии – это комплексный процесс создания новых, или более эколого- и экономически целесообразных технико-технологических решений, подходов, организационно-управленческих основ, которые охватывают этапы производственного и природного цикла – от зарождения идеи к внедрению инноваций в производство продукции [13].

Учитывая сложность и комплексность проблемы развития орошаемого земледелия в Украине, разработка и внедрение инноваций в отрасль должны носить научно обоснованный и сбалансированный характер и учитывать все аспекты производства сельскохозяйственной продукции на поливных землях.

Дальнейшее развитие оросительных мелиораций требует перехода отраслей водного хозяйства и орошаемого земледелия к инновационной модели, которая базируется на эколого-экономических принципах, прежде всего ресурсосбережения, энергосбережения и восстановления потенциала земельных и водных ресурсов, системности, комплексности, ориентации на удовлетворение потребностей и запросов потребителей с учетом экологических ограничений. Инновационная модель развития предусматривает принципиально новые подходы организационно-экономического, технологического, технического, нормативно-правового характера использования поливных земель [14].

Инновации в отрасли орошаемого земледелия, сгруппированные по характеру применения, должны отвечать требованиям, приведенным в    таблице 1.

Таблица 1 – Классификация инноваций в отрасли орошаемого земледелия в зависимости от требований

В отличие от технико-технологических инноваций, внедрение организационно-экономических нововведений требует изменений в институциональной среде, преобразований в организационной структуре сельскохозяйственных предприятий и органов государственной власти. Соответственно, возрастает термин их реализации. За годы реформирования сельского хозяйства Украины произошла трансформация форм собственности, реструктуризация коллективных сельскохозяйственных предприятий и создание на их базе новых форм хозяйствования на селе, которые функционируют на основе государственной, частной и смешанной форм собственности. С их утверждением возникла проблема создания и внедрения в таких предприятиях принципиально нового внутрихозяйственного экономического механизма, который заинтересовал бы наемных работников в эффективном труде, в достижении высоких результатов хозяйствования отдельными производственными подразделениями и предприятием в целом. Решаться эта проблема должна вместе с дальнейшим усовершенствованием арендных отношений на селе (имущественных и земельных), а также с внедрением адекватных статусу частных предприятий их построения и организационной структуры управления [15].

Кроме рассмотренных, важными составляющими звеньями организационно-экономических нововведений является разработка более точных методов планирования и прогнозирования производства, обоснование более объективных критериев оценки рыночной позиции предприятий, обеспечение маркетинговых преимуществ, усовершенствование организации производственных процессов.

На наш взгляд, на сегодня организационно-управленческие инновации в отраслях орошаемого земледелия и водного хозяйства целесообразно направлять на восстановление технологической целостности оросительных систем путем: разработки и принятия законодательно-нормативных и методологических основ консолидации землевладений в зоне орошения; перехода на бассейновый принцип управления водораспределением и водоподачей на орошение в условиях водохозяйственных систем комплексного назначения не только в зоне формирования гидрологического режима рек, но и в зоне функционирования больших магистральных каналов; усовершенствования методики определения стоимости услуг водохозяйственных организаций по подаче воды на потребности орошения; усовершенствования законодательно-нормативной базы земле- и водопользования в зоне орошения.

Опыт стран Европы, США, Японии и Южной Кореи, которые характеризуются высоким уровнем инновационной активности, показывает, что благодаря внедрению инноваций в производственный процесс привлекается высококвалифицированная рабочая сила с предпринимательским опытом, создаются новые системы, технические средства и методы управления, обеспечивается выпуск продукции улучшенного качества [16].

Конечно, размещение оросительных систем и, прежде всего, систем капельного орошения (СКО) требует дополнительных и существенных капиталовложений. Стоимость строительства таких систем составляет, по нашим подсчетам, в среднем приблизительно 2,5-3 тыс. дол. США на 1 га. Хотя есть компании, которые продают упрощенные СКО стоимостью в 700-720 дол./га с оптимальной площадью около 0,4 га.

В США под СКО находится 1,5 млн га. По расчетам американских ученых использование капельного способа полива обеспечивает экономию оросительной воды до 70% и повышение урожайности культур на 20-90%. На Филиппинах внедрение подпочвенных СКО на ферме сахарного тростника способствовало увеличению прибыльности на 90% в сравнении с поливами дождеванием на фоне экономии оросительной воды до 70% [17].

В Израиле, благодаря использованию ресурсосберегающих способов полива культур, расход пресной воды на сельскохозяйственные нужды был сокращен до 580 млн м³ [18]. Основное преимущество капельного орошения состоит в том, что вода подается непосредственно в прикорневую зону выращиваемых растений и в строго необходимых количествах. Капельное орошение с расходом воды 1-20 л/час на одну капельницу, с максимальным показателем полезного использования воды 95% применяется для интенсивного орошения. Вторая разновидность – малообъемное капельное орошение с расходом воды до 200 г/час на одну капельницу, широко применяется в тепличных хозяйствах, особенно при использовании малообъемных технологий на искусственном субстрате. Всевозможные конструкции спринклеров и распылителей применяются в садах, когда к каждому дереву подведен персональный распылитель, и в теплицах для полива и поддержания заданной влажности воздуха, а также для охлаждения.

В исследованиях с применением разных способов полива под сахарную свеклу, проведенных в Турции, урожайность корнеплодов при применении СКО составляла 75 т/га, что соответственно на 20 и 25% выше, чем при дождевании и поливе по бороздах, т.е. высокая стоимость СКО быстро компенсируется. К тому же использование СКО, сравнительно с дождеванием, способствует экономии затрат водных ресурсов в 1,6 раза, затрат на работы, связанные с борьбой с сорняками, – в 1,4 раза, с внесением удобрений – в 1,6, на электроэнергию для подачи воды – в 1,8 раза [19].

В Южной Степи Украины, в зоне рискованного земледелия, в засушливые годы общее производство зерновых и овощных культур уменьшается в 2-3 раза, что подтверждает целесообразность развития орошаемого земледелия.

Согласно с данными исследований Института водных проблем и мелиорации НААН, которые проводили в Херсонской области, применение капельного орошения является высокоэффективным инструментом интенсификации растениеводства и обеспечивает высокие экономические показатели. Так, при выращивании овощей чистая прибыль составила от 70,3 до 282,2 тыс.грн/га, а уровень рентабельности – 79,8-147,4%, соответственно арбуза – 19,6 тыс.грн/га и 48,8%, раннего картофеля – 39,9 тыс.грн/га и 72,7%, кукурузы на зерно – 28,7 тыс.грн/га и 66,9%, сои семенной – 58,5 тыс.грн/га и 155,2%. В то же время без орошения урожайность, например, моркови снизилась на 74%. [20].

Наши исследования также показали, что применение технологии капельного орошения дает возможность предприятиям получать дополнительную прибыль от выращивания овощных культур, в частности томатов [21]. С учетом того, что оборудование СКО используется на протяжении трех лет, а затраты на его приобретение окупаются полностью за первый год, то прибыльность выращивания томатов на второй и третий годы будет в несколько раз выше, чем при выращивании культуры при поливе дождеванием (см. табл. 2).

Таблица 2 – Прибыльность выращивания томатов в Херсонской области на капельном орошении и при поливе дождеванием

Академик НААН М.И. Ромащенко отмечает, что кроме экологических преимуществ использования микроорошения, следует обратить внимание на следующее: эффективность использования поливной воды достигает от 85 до 98% благодаря точной подаче необходимого количества воды в корнеобитаемый слой почвы; при условии сочетания орошения с одновременным внесением удобрений (фертигация) урожай культур повышается минимум на 20%, максимум – в 5 раз; эксплуатационные затраты сокращаются на 20-30% [22].

Наряду с капельным орошением перспективными считаются такие способы полива:

— микродождевание (орошение мелкими каплями поверхности растений и почвы, что способствует формированию особенного микроклимата и дает возможность бороться с заморозками);

—    мелкодисперсное орошение (периодическое увлажнение поверхности листьев микроскопическими каплями воды).

Отличительной особенностью этих способов полива является экономия воды, низкое рабочее давление, короткие промежутки орошения, однородность распределения удобрений при фертигации, возможность использования в борьбе с заморозками и во избежание состояния депрессии растений.

Для подъема и подачи воды в напорную СКО можно применять альтернативные источники энергии (гелио- и ветроэлектростанции), что является актуальным для зоны Южной Степи Украины, где постоянно есть ветер и много солнечной энергии. В этом вопросе можно использовать опыт Израиля, США, Испании, Австралии. Предварительные расчеты показывают, что при промышленном внедрении таких систем окупаемость проектов составляет от 6 до 9 лет. В 1992-1993 гг. подобный новаторский проект был реализован на базе ГП «Опытное хозяйство «Херсонской селекционной опытной станции бахчеводства УААН» (с. Большие Клины Голопристанского района Херсонской области).

Применение инновационных ресурсосберегающих технологий в орошаемом земледелии будет содействовать: предупреждению деградации земель, сохранению и восстановлению плодородия почв, рациональному их использованию, улучшению экологического состояния окружающей среды; повышению урожайности сельскохозяйственных культур и экономической эффективности производства; стабильности в производстве продукции; обеспечению конкурентоспособности отечественной продукции; адаптации ресурсосберегающих технологий к широкомасштабному использованию в разных регионах страны.

Выводы.

1. Начиная с 1991 г., и до нынешнего времени в Украине происходит сокращение площадей орошаемых земель. Особенностью этого процесса являются опережающие темпы сокращения участков фактического полива относительно имеющейся в наличии площади орошения.

2. Для обеспечения стабильного развития отрасли орошаемого земледелия, укрепления ее экономической и технологической безопасности необходимо внедрение инновационных технологий, что даст возможность повысить результативность ее деятельности. За счет этих технологий можно достигнуть увеличения производства валовой продукции, улучшить ее качество, сократить затраты ресурсов, что, в свою очередь, будет способствовать повышению эффективности и прибыльности аграрного производства.

3. Использование новейших прогрессивных технологий в орошаемом земледелии будет способствовать: предупреждению деградационных процессов, сохранению плодородия почв, рациональному их использованию, улучшению экологического состояния окружающей среды, повышению урожаев сельскохозяйственных культур и экономической эффективности производства; орошение земель способствует стабильности в производстве продукции, обеспечению конкурентоспособности отечественной продукции; ресурсосберегающие технологии можно адаптировать к широкомасштабному использованию в разных регионах.