CC BY
109
УДК 631.81:633.1 (571.1) В.И. Попова,
Е.П. Болдышева
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД ОЗИМЫЕ ЗЕРНОВЫЕ КУЛЬТУРЫ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Ключевые слова: энергетическая эффективность, энергетические затраты, биоэнергетический КПД, озимая пшеница, озимая рожь, урожайность, прибавка, цинковые удобрения, микроудобрения, химический состав почвы.
Введение
Эффективное управление производством невозможно без использования энергетического анализа. Денежные оценки природных ресурсов неадекватно отражают их реальную стоимость, поскольку в них не учитывается вклад накоплений возобновляемых источников. Интенсификация сельского хозяйства повлекла за собой создание сложного производства, каждая технологическая ступень которого требует значительных энергетических затрат. При постоянно возрастающей энергоемкости аграрного производства уменьшается относительная величина созданного продукта (выход продукции на единицу затраченной энергии) несмотря на рост получаемой продукции. При этом снижается биоэнергетический КПД, который рассчитывается как отношение энергии получаемой продукции к совокупной энергии, затраченной в процессе производства.
Энергетическая эффективность изменяется по закону А. Тюрго-Т. Мальтуса, который стал прописной истиной сельскохозяйственной экологии и формулируется следующим образом: повышение удельного вложения энергии в агроэкосистему не дает адекватного, пропорционального увеличения ее продуктивности [1]. Напри-
мер, в США повышение урожайности кукурузы в 2,61 раза с 1945 по 1970 гг. за счет внедрения индустриальных методов производства потребовало десятикратного увеличения совокупных расходов энергии, при этом биоэнергетический КПД снизился в 4,4 раза, расход энергии на производство средств производства вырос за это время на 964%, а непосредственно в сельском хозяйстве — 318% [2].
Таким образом, интенсификация сельскохозяйственного производства связана с ростом затрат невозобновляемой энергии. Поэтому важно создание технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальными энергетическими затратами [3, 4].
Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства. Рассчитанный по этому методу энергетический КПД (энергоотдача) показывает соотношение между количеством энергии, полученной с дополнительной сельскохозяйственной продукцией, и энергетическими затратами, идущими для получения прибавки урожая. Применительно к нашим исследованиям этот показатель позволяет сравнить количество энергии, накопленной урожаем, и затраты энергии на получение этого урожая по стабильным энергетическим показателям.
Цель исследований — выявить энергетическую эффективность применения микроудобрений под озимые зерновые культуры на лугово-черноземной почве Омской области.
Полевые опыты проводились 2010 гг. на полях СибНИИСХа.
в 2007-
Объекты и методы исследований
Сорт озимой пшеницы — Омская 4, ржи — Сибирь 3. Содержание в пахотном слое нитратного азота и подвижного фосфора среднее, обменного калия — высокое, подвижных цинка, меди и марганца — низкое.
Расположение делянок на опытном участке — систематическое. Площадь делянок — 16 м2. Повторность вариантов в опыте — трёхкратная, расположение повторностей — в 1 ярус. Схемы опытов предусматривали изучение различных доз цинковых удобрений в основное внесение и опудривание семян цинком, медью, марганцем на различных фонах макроудобрений. Формы удобрений — аммиачная селитра, суперфосфат двойной, калий хлористый, сернокислые цинк, марганец, медь. Предшественник — кулисный пар. Агротехника — общепринятая для зоны.
Экспериментальная часть
Исследования выявили разнообразное положительное действие цинковых удобрений в основное внесение на урожайность озимых культур в зависимости от доз и фона применения (табл. 1). Внесение цинковых удобрений в дозах 4 и 8 кг/га без применения фосфорных удобрений позволило сформировать высокую прибавку урожая озимой пшеницы (0,64 и 0,50 т/га при урожайности в контрольном варианте 2,43 в среднем по годам исследований), при этом окупаемость цинковых удобрений была даже выше, чем от их внесения на фосфорном фоне. В целом наибольшая прибавка урожая зерна пшеницы 0,85 т/га сформировалась при применении дозы цинка 8 кг/га
на фоне Р60. В то же время внесение цинковых удобрений в дозе 4 кг/ га на фоне Р60 не привело к увеличению урожайности по сравнению с такой же дозой без фосфорного фона (прибавка урожая 0,64 и
0,69 т/га соответственно). Вероятно, это можно объяснить негативным влиянием на поступление цинка повышенного содержания фосфора в почве при применении фосфорных удобрений. Для преодоления негативного влияния данного фактора потребовалось увеличение дозы цинка до 8 кг/га, что позволило получить наивысшую урожайность в опыте.
Также выявлено положительное действие цинковых удобрений и на урожайность озимой ржи (табл. 1). Основное внесение сернокислого цинка оказалось эффективнее на фоне Р60. Так, цинк в дозе 4 кг/га на фоне Р60 обеспечил прибавку урожая зерна озимой ржи в 0,95 т/га, что выше, чем применение цинковых удобрений как в такой же дозе без фосфорного фона, так и при применении 8 кг/га цинка.
Эффективность опудривания семян озимых зерновых культур цинком, медью и марганцем при проведении исследований была неодинаковой (табл. 2).
При исследовании применения различных доз микроудобрений при опудривании семенного материала озимой пшеницы выявлено, что совместно с P60K60 наиболее эффективно их применение 100 г/ц. При опудривании цинком получена прибавка урожая зерна 0,98 т/га, или 40,7% к контролю, медью — 0,94 т/га (39,0%), марганцем — 1,01 т/га, или 41,9%. При опудривании несколькими микроэлементами наибольшую эффективность имела обработка семян Zn50Cu50Mn50 (прибавка составила 1,09 т/га, или 45,2% к контролю).
Таблица 1
Влияние основного внесения цинковых удобрений на урожайность зерна озимых культур на лугово-черноземной почве (по фону Мх, среднее за 2007-2010 гг.)
Вариант Озимая пшеница Озимая рожь
урожайность, т/га прибавка урожайность, т/га прибавка
т/га % к контролю т/га % к контролю
Контроль 2,43 - - 3,67 - -
7п4 3,07 0,64 26,3 3,85 0,18 4,81
7П8 2,93 0,50 20,6 4,15 0,48 13,1
Р60 2,96 0,53 21,8 4,08 0,41 11,2
Р60 + Zп4 3,16 0,69 28,4 4,62 0,95 25,9
Р60 + Zп8 3,28 0,85 35,0 3,81 0,14 3,82
НСР05 0,16-0,22 0,16-0,24
Таблица 2
Влияние обработки семян микроэлементами на урожайность озимых зерновых культур на лугово-черноземной почве (по фону Ы30, среднее за 2007-2010 гг.)
Вариант Озимая пшеница Озимая рожь
урожай- ность, т/га прибавка урожайность, т/га прибавка
т/га % к контролю т/га % к контролю
Контроль 2,41 - - 3,77 - -
о 'О о 'О 0_ 2,71 0,30 12,4 4,20 0,43 11,4
Р60К60 + ^50 2,87 0,46 19,1 4,66 0,89 23,6
Р60К60 + ^00 3,39 0,98 40,7 4,73 0,96 25,5
Р60К60 + Си50 3,04 0,63 26,1 4,35 0,58 15,4
Р60К60 + Си100 3,35 0,94 39,0 4,60 0,83 22,0
Р 60К60 + Мп50 2,90 0,49 20,3 4,77 1,00 26,5
Р60К60 + МпЮ0 3,42 1,01 41,9 4,13 0,36 9,5
Р 60К60 + Zп50Cu50 3,39 0,98 40,7 4,45 0,64 17,0
Р 60К60 + Zп50Mп50 3,43 1,02 42,3 4,83 1,06 28,1
Р 60К60 + Zп50Cu50Mп50 3,60 1,09 45,2 4,59 0,82 21,8
НСР05, т/га 0,16-0,21 0,16-0,23
При опудривании семенного материала озимой ржи солями цинка и меди выявлено, что наиболее эффективно их применение в дозе 100 г/ц. Получена прибавка урожая зерна 0,96 и 0,83 т/га соответственно, или 25,5 и 22,0% к контролю. Наиболее эффективная доза сернокислого марганца 50 г/ц, применение которой способствовало получению прибавки урожая 1,00 т/га, или 26,5%. Максимальная урожайность озимой ржи в среднем за три года получена при совместном опудривании семян сернокислым цинком и марганцем и в дозе 50 г/ц, прибавка к контролю составила 28,1%.
Таким образом, в результате проведённых исследований была выявлена высокая эффективность применения цинковых удобрений в основное внесение и опудри-вание семян озимой пшеницы и ржи микроэлементами при их выращивании на лугово-чернозёмной почве южной лесостепи Омской области.
Расчёт энергетической эффективности применения удобрений проводился по следующей методике [5]. Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по энергоотдаче или по биоэнергетическому КПД их применения. Для его определения использовали и вычисляли следующие показатели:
- приходная часть — количество энергии, накопленной в надземной массе от применения минеральных удобрений:
- расходная часть — энергетические затраты на применение минеральных удобрений, на уборку урожая, уход за посевами и т.д.
Количество энергии (Vf0, МДж/га), накопленной в основной продукции, полученной от применения минеральных удобрений, определяется по формуле:
V/о = Уп х Ril ■ 1000 (1)
где Уп — прибавка урожая зерна от применения удобрений, т/га;
Ri — коэффициент перевода сельскохозяйственной продукции в сухое вещество;
l — содержание общей энергии в 1 кг сухого вещества продукции, Мдж;
1000 — коэффициент перевода т в кг.
Энергетические затраты (Л0, МДж/га) на применение минеральных удобрений определяют по формуле:
А0 = (Н N ■ аи ) + (НР ■ ар ) + (Н К ■ ак ) + (2)
+ (УП ■ ауб) + (Нф.в. ■ авн)
где Ны, НР, НК — фактические дозы внесения азотных, фосфорных, калийных удобрений, кг д.в/га;
УП — прибавка урожая от применения удобрений, ц/га;
НФВ — дозы азота, фосфора и калия в физической массе, ц/га;
ау, аВ Н — затраты энергии на уборку и внесение удобрений, МДж;
ам, аР; аК — энергозатраты в расчете на 1 кг д.в. азотных, фосфорных и калийных удобрений.
Расчет энергетической эффективности (энергоотдача или биоэнергетический КПД) применения удобрений (п) определяется по формуле:
При внесении удобрений на единицу энергетических затрат получено 1,198,64 единиц энергии, содержащейся в прибавке урожая от минеральных удобрений (табл. 3, 4).
Таблица 3
Биоэнергетическая эффективность применения цинковых удобрений в основное внесение под озимые зерновые культуры (по фону Ы30, среднее за 2007-2010 гг.)
где Ую — количество энергии, полученной в прибавке продукции от минеральных удобрений, МДж/га;
А0 — энергетические затраты на применение удобрений, МДж.
Вариант Прибавка, т/га Количество энергии, накопленной в основной продукции (У^, МДж/га) Энергетические затраты на применение минеральных удобрений (А0), МДж/га Энергетические затраты на получение дополнительной продукции за счет удобрений, МДж/т Биоэнерге- тический КПД
Озимая пшеница
7п4 0,64 10528 1218 1903 8,64
2пя 0,50 8225 1123 2246 7,32
Р 60 0,53 8719 2416 4558 3,60
Р60 + ^П4 0,69 11351 2825 4094 4,01
Р60 + ^П8 0,85 13983 3235 3806 4,32
Озимая рожь
7п4 0,18 3017 443 2461 6,81
7п8 0,48 8045 1089 2269 7,38
8 'С Р 0,41 6872 2213 5398 3,10
Р60 + ^П4 0,95 15922 3263 3435 4,87
Р60 + ^П8 0,14 2346 1971 14079 1,19
Таблица 4
Влияние опудривания семян микроэлементами на биоэнергетическую эффективность применения макроудобрений под озимые зерновые культуры (по фону Ы30, среднее за 2007-2010 гг.)
Вариант Прибавка, т/га Количество энергии, накопленной в основной продукции (У{0, МДж/га) Энергетические затраты на применение минеральных удобрений (А0), МДж/га Энергетические затраты на получение дополнительной продукции за счет удобрений, МДж/т Биоэнерге- тический КПД
Озимая пшеница
Р60К60 0,30 4935 3156 10520 1,56
Р60К60 + ^П50 0,46 7567 3425 7446 2,21
Р60К60 + ^П100 0,98 16121 4302 4390 3,75
Р60К60 + Си50 0,63 10364 3712 5892 2,79
Р60К60 + Си100 0,94 15463 4234 4504 3,65
Р 60К60 + Мп50 0,49 8061 3476 7094 2,32
Р60К60 + Мп100 1,01 16615 4352 4309 3,82
Р60К60 + ^П50Си50 0,98 16121 4302 4390 3,75
Р60К60 + ^П50МП50 1,02 16779 4369 4283 3,84
Р60К60 + ^П50Си50Мп50 1,09 17931 4487 4117 4,00
Озимая рожь
Р60К60 0,43 7207 3375 7849 2,14
Р60К60 + ^П50 0,89 14916 4150 4663 3,59
Р60К60 + ^П100 0,96 16090 4268 4446 3,77
Р60К60 + Си50 0,58 9721 3627 6253 2,68
Р60К60 + Си100 0,83 13911 4049 4878 3,44
Р 60К60 + Мп50 1,00 16760 4335 4335 3,87
Р60К60 + Мп100 0,36 6034 3257 9047 1,85
Р 60К60 + ^П50Си50 0,64 10726 3729 5827 2,88
Р 60К60 + ^п50Мп50 1,06 17766 4436 4185 4,00
Р 60К60 + ^П50Си50Мп50 0,82 13743 3981 4855 3,45
Основное внесение цинковых удобрений наиболее энергетически эффективно без фосфорных удобрений, так как энергетические затраты при этом относительно невелики при высокой дополнительной энергии в прибавке урожая. Внесение цинка на фоне Р60 способствовало увеличению энергетической эффективности применения удобрений как при возделывании озимой пшеницы (где биоКПД составил в варианте Р6^п4 4,01), так и при возделывании озимой ржи (4,87). Без внесения цинковых удобрений биоКПД фосфорных удобрений был меньше, соответственно, 3,60 и 3,10.
При опудривании семян микроэлементами биоКПД применения фосфорнокалийных удобрений Р60К60 под озимые культуры в годы исследований изменялся от 1,56 до 4,00. При этом наивысшей биоэнергетической эффективности удобрения Р60К60 способствовало применение под озимую пшеницу Zn50Cu50^Лn50, а под озимую рожь — Zn50Mn50; в обоих случаях биоКПД составил 4,0. Таким образом, можно сделать значительно более энергетически эффективным применение макроудобрений под озимые зерновые культуры при помощи микроудобрений.
Энергетические затраты на получение 1 т дополнительной продукции (зерна) за счет удобрений уменьшаются в более эффективных вариантах с точки зрения энергетической эффективности применения удобрений (табл. 3, 4).
Так, при применении возрастающих доз цинковых удобрений в основное внесение под озимую пшеницу на фосфорном фоне (Р60) энергетические затраты на получение 1 т зерна уменьшились с 4558 до 3806 МДж при увеличении биоКПД с 3,60 до 4,
0.9
0.8
Г7
к 0 6
•
|05 2
с 0.2 0.1 0
Рис. 1. Зависимость между дозами цинковых удобрений в основное внесение под озимую пшеницу на фоне Р60 и показателями энергетической эффективности
2 (рис. 1).
4800
4600
5 2
4400
в I а § *
4200 51§
а ~ * ? «'
4000
3800 її
С
эвоо
3400
Дозы удобрений, кг д.в./г*
ептческие затраты на попучвмп допохмлвгъной 1 т зерна, к
Подобные закономерности наблюдались и при совместном применении мак-ро- и микроудобрений при опудривании семян озимых пшеницы и ржи. Так, при применении возрастающих доз цинковых удобрений затраты энергии на получение дополнительной 1 т зерна озимой пшеницы уменьшались с 10520 (в варианте
Р60К60) до 4390 МДж (Р60К60 + ^100^ а озимой ржи — с 7849 до 4446 МДж (рис. 2, 3).
РвОКвО РвОКвО * 2П50 Р60К60 ♦ 2Л100
Дозы удобрений, кг a.шJт»
СИа прибе»«а уро*»в зерна. игш ♦ Энергетические мтретм не получение ДОПММЛОЛЬИОЙ 1 Томми зерен МДм
Рис. 2. Влияние опудривания семян цинком на энергетическую эффективность применения макроудобрений под озимую пшеницу
рвокво Рвокво♦2п5о Рвокво • аиоо
Дозы удобрений, кг д п/га
гт.я приОеека урожая зерна, «га • ■ Энергетические затраты на получение допогхительной 1 тонны зерна МДж
Рис. 3. Влияние опудривания семян цинком на энергетическую эффективность применения макроудобрений под озимую рожь
Выводы
Использование энергетического подхода дает возможность выявить и изучить структурные и функциональные зависимости между компонентами сельскохозяйственных систем, а также исследовать в динамике влияние различных энергетических источников на поведение агроэкосистем [6]. Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства.
Проведенные исследования свидетельствуют, что как с агрономической, так и с энергетической точки зрения применение удобрений при возделывании озимой пшеницы и ржи в условиях луговочерноземных почв Западной Сибири является эффективным.
Библиографический список
1. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. — М.: Колос, 1996. — 367 с.
2. Созинов А.А., Новиков Ю.Ф. Энергетическая цена индустриализации агросферы // Природа. — 1985. — № 5. — С. 11-19.
3. Ермохин Ю.И., Бобренко И.А. Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур (на основе «ПРОД»): монография. — Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. — 284 с.
4. Оценка энергетической эффективности технологий возделывания озимой пшеницы в шести ротациях севооборота многолетнего стационара // Н.И. Цимбалист, В.Ф. Ладонин, В.А. Бузько, А.М. Алиев, В.А. Шмонин, С.Н. Цимбалист // Агрохимия. - 2007. - № 7. - С. 49-63.
5. Ермохин Ю.И., Неклюдов А.Ф. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения удобрений: методические рекомендации. — Омск, 1994. — 44 с.
6. Сисо А.В., Югов А.В., Герасименко В.Н. Биоэнергетическая оценка различных агроприемов возделывания озимой пшеницы, сахарной свеклы и сои в орошаемом травяно-зернопропашном севообороте // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. — 2007. — № 04(28). — С. 43-51.
+ + +
