1293715 Еколого-економічна ефективність зрошувальних проектів у контексті змін клімату

Размещено на http://www.allbest.ru/

Еколого-економічна ефективність зрошувальних проектів у контексті змін клімату

Леся Кучер, Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаева; Сергій Дрокін, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна; Євгеній Улько, ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О. Н. Соколовського»

Мета. Мета статті полягає в презентації результатів дослідження щодо оцінювання еколого-економічної ефективності реалізації меліоративних проєктів з урахуванням якості зрошувальної води (на прикладі конкретних проєктів у ґрунтово-кліматичних умовах Харківської та Донецької областей).

Методологія /методика / підхід. Методологія проведеного дослідження ґрунтується на використанні міждисциплінарного підходу. У процесі дослідження використано такі методи: монографічний (для узагальнення методологічного та практичного досвіду застосування зрошувальних проєктів); лабораторно-аналітичний (для визначення показників якості зрошувальної води); конструктивно-розрахунковий (під час обчислення показників економічної ефективності приросту врожайності в умовах зрошення); метод Монте-Карло (для імітаційного моделювання врожайності сільськогосподарських культур без зрошення та в умовах зрошення); статистичний (дисперсійний аналіз) (для оцінювання достовірності отриманих результатів); узагальнення (для підведення проміжних і загальних підсумків еколого-економічного аналізу експериментальних і модельних даних).

Результати. У результаті лабораторного аналізу здійснено оцінку якості води, яка може бути використана для зрошення. Обґрунтовано переваги проєкту організації виробництва аграрної продукції в умовах краплинного зрошення, оцінено інвестиційну привабливість цього проєкту. Доведено, що застосування краплинного зрошення сприяє зростанню не лише економічного ефекту, а й адаптації до зміни клімату. Здійснено оцінку економічної ефективності застосування зрошення в землеробстві, зокрема обмежено придатною водою, під час вирощування різних сільськогосподарських культур. З огляду на економічну оцінку, вирощування більшості сільськогосподарських культур в умовах зрошення обмежено придатною водою виявилося малоефективним.

Оригінальність / наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає в тому, що дістали дальшого розвитку положення щодо еколого-економічної ефективності застосування меліоративних проєктів з урахуванням якості зрошувальної води. Це одна з перших публікацій, що присвячена економічному управлінню зрошувальними проєктами в аграрному виробництві України в контексті змін клімату.

Практична цінність / значущість. Результати дослідження дозволяють зробити висновки щодо ефективності впровадження проєктів краплинного зрошення, ураховуючи можливі економічні ризики та очікувані вигоди. Результати імітаційного моделювання врожайності сільськогосподарських культур в умовах зрошення можуть бути використані аграрними підприємствами для управління проєктними ризиками.

Ключові слова: ефективність проєкту, вартість проєкту, інновація, якість зрошувальної води, урожайність, Україна.

Ecological-economic efficiency of irrigation projects in the context of climate change

Lesia Kucher, Kharkiv National Agrarian University named after V.V. Dokuchayev; Serhii Drokin, V.N. Karazin Kharkiv National University; Yevhenii Ulko, NSC «Institute for Soil Science and Agrochemistry Research named after O. N. Sokolovsky»

Purpose. The purpose of the paper is to present the results of research on the assessing of the ecological-economic efficiency of the implementation of reclamation projects taking into account the quality of irrigation water (on an example of the specific projects under soil-and-climatic conditions of Kharkiv and Donetsk regions).

Methodology / approach. The research methodology is based on the use of an interdisciplinary approach. The study used the following methods: monographic (to generalize methodological and practical experience in the use of irrigation projects); laboratory-analytical (to determine the quality indicators of irrigation water); constructive-calculated (for calculating the indicators of economic efficiency of yield growth under irrigation conditions); Monte Carlo method (for simulation of crop yields without irrigation and under irrigation conditions); statistical (analysis of variance) (to assess the reliability of the results); generalizations (to summarize the intermediate and general results of ecological-economic analysis of experimental and model data).

Results. As a result of laboratory analysis, water quality was assessed, which can be used for irrigation. The advantages of the project of organization of agricultural production under the conditions of drip irrigation are substantiated, and the investment attractiveness of this project was estimated. It is proved that the use of drip irrigation contributes not only to the economic effect, but also to adaptation to climate change. The economic efficiency of irrigation in agriculture, in particular, limited to suitable water (low quality) during the cultivation of various crops, was evaluated. Given the economic assessment, the cultivation of most crops under irrigated conditions with limited suitable water is ineffective.

Originality / scientific novelty. The scientific novelty of the paper is that the provisions on ecological and economic efficiency of reclamation projects taking into account the quality of irrigation water has been further developed. This is one of the first paper devoted to the economic management of irrigation projects in Ukrainian agriculture in the context of climate change.

Practical value / implications. The results of the study allow to draw conclusions about the effectiveness of the implementation of drip irrigation projects, taking into account potential economic risks and expected benefits. The results of simulation modeling of crop yields under irrigation conditions can be used by agricultural enterprises to manage project risks.

Key words: project efficiency, project cost, innovation, irrigation water quality, yield, Ukraine.

Постановка проблеми

В умовах глобальних кліматичних змін зростає потреба в розробці та залученні методів раціонального природокористування задля заощадження електроенергії, водних та інших природних ресурсів, що використовують у процесі виробництва агропродовольчої продукції. Технології краплинного зрошення мають істотні переваги порівняно з іншими методами іригації ґрунтів, а їх використання сприяє підвищенню показників урожайності основних сільськогосподарських культур і дозволяє досягати відносно високих показників урожайності. Варто зазначити, що процес краплинного зрошення відбувається за мінімальних витрат зрошуваної води.

Ураховуючи високий потенціал розвитку сільського господарства в Україні та зростання попиту на продукцію агросектора у світі, залучення технологій краплинного зрошення є перспективним напрямом раціоналізації методів ведення сільського господарства та оптимізації витрат під час реалізації проєктів. Актуальність проблеми зумовлена тим, що за інтенсивністю впровадження проєктів краплинного зрошення Україна відстає від багатьох інших країн світу, маючи істотні переваги з огляду на своє географічне положення, кліматичні умови та земельні ресурси. В останні роки спостерігається збільшення тривалості періодів посухи, що призводить до зростання потреб у раціональному використанні водних ресурсів, ураховуючи їх дефіцит у світі, зокрема, й на території України.

Отже, з іншого боку, актуальність теми дослідження зумовлена змінами клімату в напрямі потепління та перспективою розвитку й запровадження систем краплинного зрошення, ураховуючи основні переваги цього методу іригації в процесі вирощування основних агрокультур в умовах обмеженої кількості прісної води, придатної для зрошення. Тому проведення відповідних досліджень у цій сфері нині є вкрай доцільним та актуальним в умовах посилення світової економічної кризи, глобальної зміни клімату та зростання екологічних проблем, зумовлених господарською діяльністю.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Питанням управління проєктами в аграрному виробництві присвячені праці багатьох учених. Так, економічні аспекти управління аграрними проєктами досліджували A. Fuentes- Penna, J. A. Ruiz-Vanoye, O. Diaz-Parra [1], Л. Кучер [2; 3], О. Присяжнюк, М. Плотнікова [4], В. Тимочко, Р. Падюка [5]. Питання, що пов'язані з органічними аграрними проєктами, розкриті в працях Л. Кучер, М. Хелдак, А. Орленка [6], Р. Салимбаєвої [7] Т. Фесенко, Г. Фесенко, Г. Фесенко [8]; своєю чергою, P. Rani, A. Singh досліджували проєкти зрошення [9]. Дослідження, що присвячені методам оцінювання ефективності упровадження проєктів і проєктного управління, висвітлені в працях А. Кучера, О. Анісімової, М. Хелдак, Є. Улька [10-14].

Питання крапельного зрошення в контексті теорії управління та концепції збалансованого природокористування висвітлено в працях В. Витоптової, Н. Бондаренко [15], D. Majumdar [16]. Проблемам зрошення в Україні та розвитку краплинного зрошення зокрема присвячені праці М. Ромащенка та С. Балюка [17; 18]. У цьому контексті важливо зазначити, що актуальність питань зрошення нерозривно пов'язана із проблемою зміни клімату. Ці та інші питання досліджено в працях X. Zou, Y. Li, Q. Gao, Yu. Wan [19], А. Кучера [20]. Проблема дефіциту водних ресурсів, яку лише посилюють зміни клімату, є актуальною для багатьох країн світу. Це зумовлює вивчення питань ефективності зрошення та потенціалу економії води [21; 22], впливу зрошення на продуктивність сільськогосподарських угідь у цілому [23], а також ефективності зрошення конкретних сільськогосподарських культур як в Україні [24; 25], так і далеко за її межами [26-28]. Ефективність застосування системи крапельного зрошення в умовах дефіциту води досліджено в працях Y. Hassani та інших [29], H. Li, J. Zhao [30], при цьому економічну цінність водопостачання для зрошення розкрито в дослідженнях М. Mesa-Juradoa та інших [31], а також F. Garcia Suarez, L. Fulginiti, R. Perrin [32]. Проблему ризиків для сільського господарства через дефіцит води висвітлено в дослідженнях М. Li, W. Xu, T. Zhu [33] та G. Sampson, Е. Perry [34]. Зарубіжні вчені також ґрунтовно досліджують питання підвищення ефективності використання води для зрошення й оптимізації управління цим процесом [3540], у тому числі в аспекті розумного управління водними ресурсами в контексті сільського господарства 4.0 [41], стратегії підвищення врожайності та зниження небезпеки засолення [42], фактори успішності зрошувальних проектів на основі моделі державно-приватного партнерства [43]. Разом із цим, можливість і доцільність застосування інновацій у зрошуваному землеробстві вимагає зважених дій та одержання чітких експериментальних результатів, оскільки неповнота врахування чинників призводить не лише до економічних втрат конкретних сільськогосподарських товаровиробників, а й безпосередньо завдає екологічний збиток, що відображається на родючості ґрунтів.

Мета статті полягає в презентації результатів дослідження щодо оцінювання еколого-економічної ефективності реалізації меліоративних проєктів з урахуванням якості зрошувальної води (на прикладі конкретних проєктів у ґрунтово-кліматичних умовах Харківської та Донецької областей).

Виклад основного матеріалу дослідження

Узагальнюючи результати виконаних досліджень і ґрунтуючись на попередніх розробках одного зі співавторів [2; 3; 6], на першому етапі запропоновано концептуальну модель управління зрошувальними аграрними проектами в контексті змін клімату (рис. 1). З огляду на нагальну необхідність адаптації агробізнесу до змін клімату, що особливо гостро проявилися в останні роки у формі дефіциту вологи, метою проектного управління визначено підготовку, прийняття, виконання та контроль рішень щодо підвищення ефективності агровиробництва й адаптації до змін клімату шляхом упровадження зрошувальних проектів. Ключовими завданнями управління цими проектами можна вважати такі: розроблення бізнес-плану проекту; оцінювання ефективності проекту; пошук джерел фінансування проекту; обґрунтування й прийняття рішень щодо агроекологічних, гідромеліоративних, техніко-технологічних й організаційно - економічних аспектів реалізації проекту; оцінка проектних ризиків. В основу формування концептуальної моделі управління зрошувальними аграрними проектами варто покласти такі концептуальні ідеї: спрямованість на адаптацію до змін клімату шляхом кліматично розумного сталого землеробства (climate- smart agriculture); зміщення пріоритетів у напрямі індустрії 4.0 (industry 4.0).

У складі запропонованої моделі визначено структурно-функціональні компоненти, які вважаємо сталими, тобто такими, що є приблизно однаковими в будь-якому проекті, та змістово-практичні компоненти, тобто сукупність конкретних управлінських рішень, характер і зміст яких у кожному конкретному проекті буде відрізнятися й залежатиме, в першу чергу від того, яку мету і завдання передбачено вирішити. Змістово-практичні компоненти охоплюють відповіді на запитання щодо: виду меліорації (зрошувальні або дренажно-зрошувальні системи) та способу зрошення (дощування, поверхневе, внутрішньоґрунтове, крапельне чи лиманне зрошення) ; системи краплинного зрошення; купівлі обладнання вітчизняного або зарубіжного виробництва; обґрунтування ресурсного забезпечення проекту може змінюватися (варіювати) залежно від обсягу, джерел фінансування проекту й ситуаційних особливостей.

З урахуванням розробленої концептуальної моделі наступний етап нашого дослідження передбачав здійснення модельних прогнозних розрахунків щодо можливості організації ефективного аграрного виробництва в умовах зрошення на прикладі конкретного державного підприємства Національної академії аграрних наук України, що розташоване в Харківській області, шляхом реалізації інвестиційно-інноваційного зрошувального проекту в цій галузі. Аналіз та узагальнення наявних наукових досліджень і досвіду застосування різних систем і способів зрошення дозволив зробити висновок про те, що на сучасному етапі одним із найбільш перспективних є краплинне зрошення, оскільки цей спосіб має істотні переваги (у першу чергу, в аспекті ресурсоощадності) порівняно з іншими способами іригації.

Рис. 1. Концептуальна модель управління зрошувальними аграрними проектами в контексті змін клімату

Джерело: авторська розробка з урахуванням попередніх досліджень [2; 3; 6].

Отже, в основу розроблення проекту для досліджуваного підприємства пропонуємо покласти технологію краплинного зрошення з метою одержання економічного ефекту за одночасного зменшення антропогенного навантаження на екосистему.

Узагальнення результатів визначення сильних і слабких сторін внутрішнього середовища підприємства та встановлення факторів впливу зовнішнього середовища (можливості й загрози) на реалізацію проекту краплинного зрошення (табл. 1) дало змогу побудувати матрицю прийняття управлінських рішень (табл. 2) щодо: SO - заходів, що варто провести, щоб використовувати сильні сторони для збільшення можливостей проекту; WO - заходів, які варто провести, долаючи слабкі сторони й використовуючи можливості; ST - заходи, які використовують сильні сторони для запобігання загроз; WT - заходи, які мінімізують слабкі сторони для запобігання загроз.

Розробка проекту системи краплинного зрошення повинна враховувати аналіз джерела зрошення, що передбачає оцінку якості води для краплинного зрошення за агрономічними, екологічними й технічними критеріями відповідно до чинних в Україні національних стандартів.

Таблиця 1. SWOT-аналіз реалізації проекту краплинного зрошення

Джерело: складено авторами з урахуванням аналізу літератури.

Таблиця 2. Матриця прийняття управлінських рішень на основі попередніх даних SWOT-аналізу реалізації проекту краплинного зрошення

Джерело: складено авторами з урахуванням аналізу літератури.

Так, стандарт ДСТУ 7591:2014 «Якість води для краплинного зрошення. Агрономічні, екологічні та технічні критерії» установлює вказані критерії, показники й параметри оцінювання якості природних (поверхневих і підземних) вод для краплинного зрошення. Своєю чергою, ДСТУ 2730:2015 «Захист довкілля. Якість природної води для зрошення. Агрономічні критерії» установлює критерії, за якими визначають якість природної води, що використовують для зрошення, за її впливом на ґрунти. Відповідно до цього стандарту зрошувальну воду поділяють на три класи: І (придатна), ІІ (обмежено придатна), ІІІ (непридатна). Вода І класу може використовуватися для зрошення без жодних обмежень, тоді як використання води ІІ класу передбачає застосування заходів із запобігання деградації ґрунтів або поліпшення води до І класу. Зрошувальну воду ІІІ класу можна використовувати лише після поліпшення показників її якості до ІІ або І класу.

Узагальнення результатів лабораторного аналізу води (табл. 1), відібраної з поверхневого джерела (річки), що розташована в безпосередній близькості від об'єкта дослідження, дало змогу оцінити якість води на предмет відповідності вимогам чинних національних стандартів за основними критеріями. Отже, лабораторний аналіз довів, що за проаналізованими показниками, зокрема вмістом важких металів і фенолів, досліджувана вода відповідає І класу якості й не становить небезпеки для технічного стану систем краплинного зрошення.

Таблиця 3. Результати лабораторного аналізу води, що потенційно може бути використана для зрошення

Джерело: сформували автори за результатами лабораторного аналізу.

Отже, в результаті дослідження встановлено, що вода із запропонованого джерела може бути використана для цілей краплинного зрошення. Наступний етап дослідження передбачав економічне обґрунтування ефективності проекту краплинного зрошення за такими основними дисконтованими показниками: чиста приведена вартість, індекс прибутковості та дисконтований строк окупності. Методика економічного обґрунтування меліоративного проекту передбачала визначення середніх показників урожайності кожної з досліджуваних агрокультур та розрахунку потенційного її приросту після встановлення системи краплинного зрошення на основі усереднених багаторічних експериментальних даних.

Очікуваний додатковий прибуток розраховано на основі додаткового доходу, який підприємство зможе одержати від приросту врожайності після впровадження систем краплинного зрошення. Амортизацію визначали лінійним методом відповідно до життєвого циклу проєкту, тривалість якого прийнято на рівні п'яти років. Ставку дисконтування розраховували як середньозважене між рентабельністю авансованого капіталу та ставкою кредитування (22,0 %) з урахуванням прогнозної інфляції (7,0 %). Рентабельність авансованого капіталу визначено для кожної агрокультури, враховуючи фактичні середні показники. Маркетингове дослідження показало, що станом на 2019 р. середня вартість установлення системи краплинного зрошення становила 5870 грн/га. З урахуванням фактичного складу та структури ріллі, а також ринкової кон'юнктури, проектом передбачено вирощування чотирьох культур (пшениця, соя, соняшник та огірки) на площі 570 га (табл. 4). Прогнозна загальна вартість проекту становить 3345,9 тис. грн.

Таблиця 4. Проектні вихідні дані та розрахунок орієнтовної вартості проекту краплинного зрошення

Джерело: авторські розрахунки.

Економічний аналіз узагальнених результатів розрахунку дисконтованих показників орієнтовної економічної ефективності (табл. 5) у цілому свідчить про ефективність запропонованого проекту краплинного зрошення. Разом із цим, у розрізі конкретних видів продукції аналізовані показники ефективності виявилися доволі відмінними, що вказує на різний рівень інвестиційної привабливості краплинного зрошення. Так, найбільш ефективним може бути проект краплинного зрошення огірків, тоді як проект краплинного зрошення сої може виявитися неефективним за поточних умов інвестування.

Таблиця 5. Узагальнені результати розрахунку орієнтовної економічної ефективності проекту краплинного зрошення

Джерело: авторські розрахунки.

Отже, результати модельних розрахунків показали екологічну та маркетингову можливість (спроможність) й економічну доцільність реалізації інвестиційно-інноваційного проекту краплинного зрошення на прикладі вирощування пшениці озимої, соняшника й огірків навіть за умови, що втілення проекту передбачає залучення інвестицій за рахунок банківського кредиту строком на п'ять років під 22 % річних. Разом із цим, прогнозовані показники економічної ефективності вирощування сої за краплинного зрошення вказують на недостатній рівень ефективності, тому є потреба в пошуку резервів її підвищення або заміні цієї культури на іншу більш інтенсивну, наприклад, кукурудзу. Слід наголосити, що ці результати є попередніми й потребують додаткового обґрунтування на передінвестиційній стадії.

Результати дослідження дозволяють зробити висновки щодо ефективності впровадження проекта краплинного зрошення, враховуючи можливі еколого-економічні ризики та прибутки, а також позитивний вплив зрошуваної води І класу на стан ґрунтів і технічних систем зрошення. Використання технологій краплинного зрошення може сприяти зростанню показників урожайності та ощадному споживанню зрошуваної води в умовах зміни клімату, тому такі проекти можуть бути використані у своїй діяльності як традиційними сільськогосподарськими підприємствами, так і великими агрохолдингами.

Рис. 2. Гістограма нормального розподілу врожайності сільськогосподарських культур від проведеної імітації по сівозміні для варіанта № 1 (контроль, без зрошення) Джерело: побудовано авторами.

На завершальному етапі дослідження здійснено оцінку економічної ефективності застосування зрошення в землеробстві обмежено придатною водою під час вирощування різних сільськогосподарських культур в умовах Донецької області. У цьому випадку з урахуванням багаторічних експериментальних даних за допомогою методу Монте-Карло виконано імітаційне моделювання врожайності сільськогосподарських культур за двома проектними варіантами: 1) без зрошення (без проекту); 2) в умовах зрошення мінералізованою водою (з проектом). Результати статистичного аналізу гістограм підтвердили гіпотезу про відповідність модельної вибірки нормальному розподілу врожайності сільськогосподарських культур як у варіанті без проекту (рис. 2), так й у варіанті з проектом (рис. 3).

Аналіз зведених результатів імітаційного моделювання врожайності досліджуваних сільськогосподарських культур і в цілому по сівозміні за варіантом № 1 (табл. 6) і за варіантом № 2 (табл. 7), свідчить про статистичну достовірність одержаних результатів і відносно вищу технологічну ефективність другого варіанта порівняно з першим.

Рис. 3. Гістограма нормального розподілу врожайності сільськогосподарських культур від проведеної імітації по сівозміні для варіанта № 2 (зрошення мінералізованою водою)

Таблиця 6. Імітаційний аналіз (за методотом Монте-Карло) урожайності сільськогосподарських культур (ц/га) і в цілому по сівозміні (ц зерн. од./га)

Джерело: авторські розрахунки.

Таблиця 7. Імітаційний аналіз (за методом Монте-Карло) урожайності сільськогосподарських культур (ц/га) і в цілому по сівозміні (ц зерн. од./га)

Джерело: авторські розрахунки.

Таблиця 8 Розрахунок додаткового прибутку (збитку) від приросту врожайності за мінімального значення порівняно з контролем на 1 га посівної площі та на сівозміну, 2009-2017 рр.