Augalų biologinės įvairovės įtaka daugianarių agrocenozių tvarumui, produktyvumui ir energetiniam efektyvumui

Tyrimo hipotezė – tikėtina, kad didėjant agrocenozių biologinei įvairovei taikant pasėlių įvairinimą, didės agrocenozės biomasės produktyvumas iš ploto vieneto, gerės agrocenozės fitosanitarinė būklė ir dirvožemio savybės, efektyviau bus vartojama energija. Tyrimų tikslas – nustatyti skirtingų daugianarių agrocenozių poveikį augalų produktyvumui, dirvožemio savybėms, piktžolių, ligų plitimui ir įvertinti jų energetinį bei aplinkosauginį potencialą. Tyrimo uždaviniai: 1. Nustatyti daugianario pasėlio poveikį dirvožemio agrocheminėms ir agrofizikinėms savybėms bei dujų koncentracijai ir emisijai iš dirvožemio; 2. Įvertinti pasėlio įvairinimo poveikį jo biometriniams, fotosintetiniams ir produktyvumo rodikliams (aukščiui, pasėlio tankumui, clorofilo indeksui, fotosintetiškai aktyviai radiacijai, žaliosios ir sausosios biomasės produktyvumui ir kt.); 3. Nustatyti pasėlio įvairinimo poveikį kenkėjų ir ligų paplitimui; 4. Nustatyti pasėlio įvairinimo poveikį piktžolių rūšinei sudėčiai, gausumui ir biomasei; 5. Įvertinti naujai sukurtų daugianarių agrocenozių energetinį ir aplinkosauginį potencialą. Ginamieji disertacijos teiginiai: 1. Pasėlių įvairinimas turi mažesnę įtaką dirvožemio agrofizikinėms, agrocheminėms ir agrobiologinėms savybėms nei tyrimų metų vegetacijos sąlygos. 2. Pasėlių įvairinimo intensyvumas dažniausiai mažina atskirų žemės ūkio augalų rūšių biometrinius ir produktyvumo rodiklius, tačiau bendra sausoji pasėlių biomasė didėja. 3. Piktžolių rūšinė sudėtis, gausumas ir biomasė daugianariuose pasėliuose priklauso nuo augalų tarprūšinės konkurencijos ir vegetacijos sąlygų. 10 4. Pasėlių įvairinimo intensyvumui didėjant, ligų ir kenkėjų paplitimas pasėliuose dažniausiai mažėja. Mažiausiai žalos daugianariams pasėliams ligos ir kenkėjai padaro pirmaisiais jų auginimo metais. 5. Trinario pasėlio auginimas reikalauja didžiausių kuro ir energijos sąnaudų, tačiau dėl didesnio biomasės produktyvumo energijos išeiga yra didžiausia, o sąlyginė ŠESD emisija – tik vidutinė. Mokslinio darbo naujumas. Pirmą kartą Lietuvoje ir svetur buvo tirtos daugianarių daugiafunkcinių pasėlių, skirtų biomasės produkcijai energetikos reikmėms ypatybės, šių pasėlių kompleksinis poveikis dirvožemiui, aplinkai ir energetikai. Dažniau mūsų iškeltos problemos tirtos vienanarių ir dvinarių agrocenozių eksperimentuose, ypač su kukurūzais. Mūsų tyrimuose tvariosios žemdirbystės sąlygomis eksperimento apimtis išplėsta, tirti ne tik vienanariai ir dvinariai pasėliai, bet ir trinaris kukurūzų + kanapių + pupų daugiafunkcinis energetinis pasėlis, kuriame kukurūzai atliko gausios biomasės producento vaidmenį, kanapės – biomasės producento ir apsaugos nuo ligų ir kenkėjų vaidmenį, pupos – ekologinių paslaugų agrocenozėje teikėjo vaidmenį. Iki šiol nebuvo įvertintas tokių agrocenozių produktyvumas, energetinis efektyvumas ir tarša ŠESD (per CO2 ekv.). Nustatyti ne tik dirvožemio cheminių, fizikinių ir biologinių savybių pokyčiai, piktžolių išplitimas, ligų ir kenkėjų padaryta žala, išnagrinėti eksperimento veiksnių tarpusavio ryšiai, bet nustatyti dėsningumai jiems susidaryti. Darbo praktinė vertė. Gauti tyrimų duomenys suteiks galimybę sukurti optimalius daugianariuose pasėliuose auginamų augalų derinius bei patobulinti jų auginimo technologijas, kad kuo mažesnėmis sąnaudomis ir draugiškomis aplinkai priemonėmis būtų gaunamas didesnis biomasės derlius, kuris gali būti panaudojamas energetinėms reikmėms.

The ever–increasing demand for energy, the increase in greenhouse gas emissions in the atmosphere and the dwindling oil reserves are driving the search for alternative fuels. Lithuania does not have its own sources of fossil energy raw materials. This makes the country's economy more economically and politically dependent on neighbouring countries. Crop biomass energy is becoming an increasingly sought–after alternative energy source, such as wind or solar energy (Mao et al., 2018). Currently, maize, hemp, faba bean and other agricultural crops have one of the highest biomass productivity, nutritional and energy potential in Lithuania. The cultivation of these crops produces not only the main nutritional and/or feed products (grains, seeds), but also secondary products such as harvesting waste, which can be used for energy purposes. Research hypothesis – it is likely that increasing the biodiversity of agrocenoses through crop diversification will lead to an increase in agrocenoses biomass productivity per unit area, an improvement in the phytosanitary status of agrocenoses and in the soil properties, and a more efficient use of energy.􀀃 The research objective is to determine the multi–cropping impact on crop productivity, soil properties, the spread of weeds, diseases and to evaluate their energy and environmental potential.􀀃 Research tasks: 1. Determine the effect of a multi–crop on soil agrochemical, agrophysical and agrobiological properties and soil gas concentrations and emissions; 2. To assess the impact of crop diversification on its biometric, photosynthetic and productivity parameters (height, crop density, chlorophyll index, photosynthetically active radiation, green and dry biomass productivity, etc.); 3. Determine the impact of crop diversification on the incidence of pests and diseases; 4. Determine the effect of crop diversification on weed species composition, abundance and biomass; 5. Evaluate the energy and environmental potential of the newly developed multi–cropped agrocenoses. Propositions to be defended: 1. Crop diversification has less influence on soil agrophysical, agrochemical and agrobiological properties than the growing conditions of the study year. 2. The intensity of crop diversification tends to reduce the biometric and productivity indices of individual crop species, but increases the total dry biomass of the crop. 3. Weed species composition, abundance and biomass in multi–crops depend on interspecific crop competition and meteorological conditions. 185 4. Disease and pest incidence in crops tends to decrease as the intensity of crop diversification increases. Diseases and pests cause the least damage to multi–crops in the first year of cultivation. 􀏱􀍘 Ternary crops are the most fuel– and energy–intensive, but their higher biomass productivity results in the highest energy yield and only moderate relative GHG emissions. 􀀃 Novelty of the research work For the first time in Lithuania and abroad were studied the characteristics of multi–cropping intended for biomass production for energy purposes, the complex effects of these crops on soil, environment and energy. More often these problems have been studied in mono and binary agrocenosis experiments, especially with maize. In our research, under the conditions of sustainable agriculture, the scope of the experiment was expanded, not only mono and binary crops were studied, but also a ternary maize + hemp + faba bean multifunctional energy crop, in which maize played the role of abundant biomass producer, hemp played the role of biomass producer and protection against diseases and pests, faba bean – the role of the provider of ecological services in agrocenosis. The productivity, energy efficiency and GHG pollution (per CO2 eq.) of these crops were evaluated. Also, changes in the chemical, physical and biological properties of the soil, the spread of weeds, damage caused by diseases and pests, and the interrelationships of the experimental factors were examined. Practical value of the research The research findings will enable the development of optimal combinations of crop and the improvement of cropping technologies to achieve higher biomass yields for energy use at the lowest possible cost and in an environmentally friendly way.