CC BY
62
УДК 631.81:633.1(571.1)
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ В ЗЕРНОПАРОПРОПАШНОМ СЕВООБОРОТЕ В ЗОНЕ ЛЕСОСТЕПНОГО ПОВОЛЖЬЯ
Г.А. Сатаров
ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»
Проведенные исследования свидетельствуют, что как с агрономической, так и с энергетической точки зрения применение удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур на выщелоченных черноземах лесостепи Поволжья является эффективным. Энергетическая оценка применения минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры показала, что наилучшие показатели коэффициента энергетической эффективности обеспечиваются в севообороте при внесении удобрений со среднегодовой дозой 104,1 кг д.в./га.
Ключевые слова: энергетическая эффективность, энергетические затраты, биоэнергетический КПД, сельскохозяйственные культуры, урожайность, прибавка, минеральные удобрения, химические средства защиты.
Введение. Эффективное управление производством невозможно без использования энергетического анализа. Денежная оценка природных ресурсов неадекватно отражает их реальную стоимость, поскольку не учитывает 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 сектора уменьшается относительная величина созданного продукта (выход продукции на единицу затраченной энергии), несмотря на увеличение объемов получаемой продукции. При этом снижается биоэнергетический коэффициент полезного действия (КПД), который рассчитывается как отношение энергии получаемой продукции к совокупной энергии, затраченной в процессе производства. Под биоэнергетической эффективностью понимают соотношение накопленной в урожае биологической энергии и затрат технической энергии на его выращивание, уборку, транспортировку и переработку.
Энергетическая эффективность изменяется по закону Тюрго-Мальтуса, который стал прописной истиной сельскохозяйствен-
ной экологии и формулируется следующим образом: повышение удельного вложения энергии в агроэкосистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности [3].
Например, в США в период 1945-1970 гг. за счет внедрения интенсивных методов производства произошло повышение урожайности кукурузы в 2,6 раза, что потребовало десятикратного увеличения совокупных расходов энергии. При этом биоэнергетический КПД снизился в 4,4 раза, расход энергии на производство средств производства вырос в 9,6 раза, а непосредственно в сельском хозяйстве - в 3,2 раза [3].
Таким образом, интенсификация сельскохозяйственного производства связана с ростом затрат невозобновляемой энергии. Поэтому важно создать технологии возделывания сельскохозяйственных культур с минимальными затратами энергии [1, 7, 8]. Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства.
Цель исследования. Определить энергетическую эффективность применения разных доз минеральных удобрений и химических
средств защиты в шестипольном севообороте на выщелоченных тяжелосуглинистых черноземах лесостепного Поволжья.
Материалы и методы. Исследования проводились в условиях лесостепного Поволжья на опытном поле Ульяновского НИИ сельского хозяйства. Изучалась эффективность ряда факторов, взятых в нескольких градациях норм и доз удобрений и химических средств защиты. Севооборот осуществлялся со следующим чередованием культур: пар, озимая рожь, кукуруза, яровая пшеница, ячмень, овес.
Расположение делянок на опытном участке - систематическое; учетная площадь делянок - 45 м2. Поперек основных делянок проводились защитные мероприятия с использованием пестицидов по фонам:
- без защиты (контроль);
- интегрированное применение средств защиты (по достижении порога вредоносности объекта);
- интенсивное применение средств защиты (обязательное применение без учета порога вредоносности).
Минеральные удобрения вносились осенью, в основное время внесения; азотные удобрения вносились под посев, весной. Технология возделывания культур в севообороте
Почвы характеризовались следующим агрохимическим составом: содержание гумуса - 5,91 %, рН 5,8, содержание нитратного азота и обменного калия - среднее, подвижного фосфора - высокое.
Схема опыта состояла из 16 вариантов, представляющих 1/4 полного факториального опыта. Опыт был развернут во времени и пространстве; повторность четырехкратная. Использовались аммиачная селитра (34 % действующего вещества (д.в.)), двойной гранулированный суперфосфат (42 % д.в.) и хлористый калий (60 % д.в.) (табл. 1).
являлась общепринятой для зоны лесостепного Поволжья.
Расчет энергетической эффективности применения удобрений проводился по методике [2]. Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по биоэнергетическому КПД их применения [4, 6].
Для определения биоэнергетического КПД вычислялись следующие показатели:
1. Приходная часть - количество энергии У0, накопленной в зерне и надземной биомассе от применения минеральных удобрений, МДж/га:
Уо^у-Я^У-Ш, где Yп - прибавка урожая от применения удобрений, ц/га; Ri - коэффициент перевода сельскохозяйственной продукции в сухое
Таблица 1
Дозы внесения минеральных удобрений под культуры, кг д.в./га
Культура Уровни насыщения удобрениями
000 111 222 333
N Р К N Р К N Р К
Пар (чистый) - - 30 60 - 60 120 - 90 180
Озимая рожь - 60 - - 120 - - 180 - -
Кукуруза - 40 40 60 80 80 120 120 120 180
Яровая пшеница - 45 60 90 90 60 90 135 90 135
Ячмень - 30 30 40 60 60 80 90 90 120
Овес - 40 30 45 80 60 90 120 90 135
В среднем - 35,8 26,6 41,7 71,6 53,3 83,3 107,5 80 125
Всего - 104,1 208,2 312,3
вещество; I - содержание общей энергии в 1 кг сухого вещества продукции, МДж; 100 -коэффициент перевода центнеров в килограммы.
2. Расходная часть - энергетические затраты А0 на применение минеральных удобрений и пестицидов, уход за посевами, уборку урожая и т.д., МДж/га: Ао=(Н^ха^)+(НРхаР)+(НКхаК)+(УпХауб)+ +(НФВхавн), где НЫ, НР, НК - фактические дозы внесения азотных, фосфорных, калийных удобрений соответственно, кг д.в./га; НФВ - дозы азота,
фосфора и калия в физической массе, ц/га; ауб, авн - затраты энергии на уборку урожая и внесение удобрений, МДж; аЫ, аР, аК -энергозатраты в расчете на 1 кг д.в. азотных, фосфорных и калийных удобрений, МДж/кг.
Результаты и обсуждение. Известно, что энергетическая эффективность удобрений и других средств химизации зависит от вида и доз их применения, а также набора и чередования культур в севообороте. Биоэнергетическая оценка возделывания культур зер-нопаропропашного шестипольного севооборота приведена в табл. 2.
Таблица 2
Энергетическая оценка возделывания сельскохозяйственных культур зернопаропропашного севооборота в зависимости от доз удобрений и фонов защиты
Вариант Средняя урожайность, ц/га Масса соломы, ц/га Затраты техногенной энергии, тыс. МДж Накоплено энергии, тыс. МДж/га Коэффициент энергетической эффективности, у.е.
в основной продукции в общей биомассе основной продукции общей биомассы
Без защиты (контроль)
000 27,8 46,0 21,4 46,1 132,2 2,15 6,17
200 37,3 64,2 29,6 62,3 178,0 2,11 6,02
020 30,5 50,4 23,1 50,5 144,7 2,20 6,26
002 29,7 47,4 23,1 49,2 139,6 2,14 6,03
220 40,3 65,7 31,8 66,6 184,8 2,08 5,81
202 39,4 59,9 30,8 65,2 475,4 2,13 5,70
022 29,3 51,0 24,2 48,5 146,8 2,03 6,06
222 40,2 70,7 33,1 66,4 193,5 2,00 5,85
111 37,9 65,8 28,0 62,7 181,0 2,23 6,47
311 42,8 72,4 36,2 70,7 199,9 1,94 5,52
131 39,2 66,8 29,0 64,9 184,7 2,23 6,38
113 37,4 64,4 29,0 61,8 180,4 2,14 6,23
331 42,8 68,6 36,7 70,7 195,8 1,90 5,34
313 43,3 72,4 37,3 71,6 202,4 1,91 5,43
133 40,1 66,6 29,8 66,4 183,5 2,21 6,17
333 42,3 70,8 37,9 69,9 196,7 1,84 5,19
Интегрированная защита
000 29,3 48,0 23,4 48,5 138,0 2,07 5,89
200 41,2 62,6 33,1 68,1 179,5 2,03 5,43
020 33,4 56,9 24,6 55,2 158,8 2,26 6,46
002 32,8 62,5 25,7 54,2 168,3 2,10 6,54
Вариант Средняя урожайность, ц/га Масса соломы, ц/га Затраты техногенной энергии, тыс. МДж Накоплено энергии, тыс. МДж/га Коэффициент энергетической эффективности, у.е.
в основной продукции в общей биомассе основной продукции общей биомассы
220 44,0 72,8 34,5 72,8 201,7 2,08 5,85
202 40,8 67,5 34,4 67,5 190,4 1,95 5,54
022 31,7 51,9 26,3 52,4 149,1 1,99 5,67
222 45,0 76,2 35,7 74,3 210,3 2,07 5,89
111 41,1 69,7 28,5 68,0 193,4 2,21 6,34
311 46,5 73,6 38,3 76,9 206,3 1,98 5,39
131 43,0 71,8 31,4 71,1 198,7 2,24 6,32
113 41,9 68,4 31,3 69,2 190,9 2,19 6,11
331 45,5 74,5 39,3 75,2 206,3 1,89 5,25
313 46,1 71,2 39,4 76,2 202,0 1,91 5,13
133 42,8 70,5 32,2 70,7 194,7 2,17 6,04
333 46,6 72,7 40,3 77,1 205,3 1,89 5,09
Интенсивная защита
000 34,1 55,1 24,8 56,3 157,4 2,29 6,35
200 44,3 76,6 43,3 73,3 207,1 1,60 4,78
020 36,4 66,7 26,9 60,1 180,0 2,25 6,70
002 35,4 62,6 26,8 58,6 172,7 2,20 6,45
220 46,4 76,0 35,4 73,8 208,1 2,07 5,87
202 45,2 79,8 35,6 74,7 215,5 2,09 6,05
022 39,1 66,0 27,8 63,0 180,4 2,27 6,48
222 46,7 77,8 36,5 77,2 213,3 2,10 5,85
111 41,3 70,0 30,9 68,3 194,8 2,22 6,30
311 46,1 79,5 39,5 76,2 217,1 1,92 5,49
131 44,9 72,3 32,4 74,2 202,7 2,29 6,25
113 41,9 68,0 32,3 69,3 192,7 2,16 5,97
331 48,7 75,8 40,5 80,5 214,2 1,98 5,29
313 46,1 72,5 40,3 76,2 206,4 1,89 5,12
133 45,2 75,7 33,4 74,7 207,9 2,23 6,22
333 46,7 79,8 41,3 77,1 218,1 1,86 5,27
При применении фосфорных и калийных удобрений по отдельности в среднегодовых дозах 53,3 и 83,3 кг д.в./га соответственно затраты техногенной энергии возрастали лишь до 23,1 тыс. МДж/га, что на 1,7 тыс. МДж/га больше контроля. Количество накопленной энергии в зерне и в целом в биомассе остава-
лось примерно на уровне контроля, поэтому и коэффициенты энергетической эффективности повышались незначительно.
Азотные удобрения, вносимые в среднегодовой дозе 71,6 кг д.в./га, существенно повышали продуктивность и накопление энергии в зерне и биомассе. Однако затраты тех-
ногенной энергии из-за высокой энергоемкости минеральных азотных удобрений и химических средств защиты возрастали и достигали 29,6 тыс. МДж/га. Коэффициент энергетической эффективности как основного продукта, так и биомассы в целом оказывался ниже контрольного. Следовательно, применение азотных удобрений с энергетической точки зрения не всегда эффективно.
Показатели энергетической эффективности при использовании минеральных удобрений в двойных комбинациях: азот-фосфор, азот-калий, фосфор-калий - также уступали контрольным. Расчеты показали, что лучшим по показателю энергетической эффективности (2,23 и 6,47 у.е.) был вариант с внесением минимальных среднегодовых доз этих удобрений без проведения защитных мероприятий, когда среднегодовая продуктивность составила 37,9 ц/га, что на 36,3 % выше контроля, а затраты техногенной энергии на удобрения, уборку, подработку и т.д. -28,0 тыс. МДж/га.
Высокие коэффициенты энергетической эффективности (2,21 и 6,34 у.е.) получены также при внесении минимальной дозы удобрений и на фоне интегрированной защиты; в этом варианте среднегодовая продуктивность сельскохозяйственных культур на 40,3 % превысила контрольные значения.
В варианте с внесением одинарной дозы удобрений на фоне интенсивной защиты продуктивность составила 41,3 ц/га, затраты техногенной энергии варьировали в пределах 30,9 тыс. МДж/га, коэффициенты энергетической эффективности были примерно на уровне аналогичных вариантов с другими фонами.
Явные преимущества по энергетической эффективности имели варианты с применением фосфора: коэффициенты энергетической эффективности составили соответственно по фонам 2,20 и 6,26; 2,26 и 6,46; 2,25 и 2,70 у.е.
Повышение продуктивности пашни при использовании минеральных удобрений обеспечивается лишь в случае гарантированной защиты сельскохозяйственных культур с применением химических средств защиты, на производство которых также затрачивается определенное количество энергии. В связи с этим нами была определена энергетическая
эффективность средств химизации в севообороте. Расчеты показали, что использование интегрированной и особенно интенсивной защиты сопровождалось увеличением затрат техногенной энергии на 9,3 и 15,9 %, при этом урожайность зерна возрастала лишь на 5,4 % и общей биомассы - на 22,7 %. Соответственно, возрастала и энергия накопления основной продукции и общей биомассы. В связи с этим коэффициенты энергетической эффективности оказались довольно высокими, особенно на фоне интенсивной защиты (2,29 и 6,35 у.е.).
Подробный анализ результатов расчетов энергетической эффективности применения удобрений на фоне разных уровней защиты растений показал, что наилучшими по энергетической эффективности по всем фонам являются варианты с внесением минеральных удобрений в среднегодовой суммарной дозе 104,1 кг д.в./га.
Выводы:
1. Использование энергетического подхода дает возможность изучить и выявить структурные и функциональные зависимости между компонентами сельскохозяйственных систем, а также исследовать динамику влияния различных энергетических источников на поведение агроэкосистем.
2. Биоэнергетическая оценка позволяет количественно проанализировать энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства.
3. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что как с экономической, так и с энергетической точки зрения применение удобрений и химических средств защиты растений при возделывании сельскохозяйственных культур на выщелоченных черноземах лесостепи Поволжья является эффективным.
4. Энергетическая оценка применения минеральных удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур показала, что наилучшие показатели энергетической эффективности обеспечиваются в севообороте со среднегодовой суммарной дозой 104,1 кг д.в./га при всех фонах защиты.
1. Ермохин Ю. И. Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур : монография / Ю. И. Ермохин, И. А. Бобренко. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. - 284 с.
2. Ермохин Ю. И. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения удобрений : методические рекомендации / Ю. И. Ермохин, А. Ф. Неклюдов. - Омск, 1994. - 44 с.
3. Кирюшин В. И. Экологические основы земледелия / В. И. Кирюшин. - М. : Колос, 1996. - 367 с.
4. Методика биоэнергетической оценки технологий производства продукции растениеводства / Е. И. Базаров [и др.]. - М. : Минсельхоз СССР, 1983. - 44 с.
5. Методика оценки новых видов органических удобрений по энергетическому критерию (с примером расчета эффективности производства и применения биогумуса) / Б. Г. Стадник [и др.]. -М. : Информагротех, 1997. - 59 с.
6. Методика оценки энергетической эффективности применения средств защиты растений
/ В. А. Захаренко [и др.]. - М. : ВАСХНИЛ, 1991. -50 с.
7. Новиков Ю. Ф. Энергетическая цена индустриализации агросферы / Ю. Ф. Новиков, А. А. Созинов // Природа. - 1985. - № 5. - С. 11-19.
8. Оценка энергетической эффективности технологий возделывания озимой пшеницы в шести ротациях севооборота многолетнего стационара / Н. И. Цимбалист [и др.] // Агрохимия. -2007. - № 7. - С. 49-63.
9. Сисо А. В. Биоэнергетическая оценка различных агроприемов возделывания озимой пшеницы, сахарной свеклы и сои в орошаемом травя-но-зернопропашном севообороте / А. В. Сисо, А. В. Югов, В. Н. Герасименко // Политематический сетевой электронный научный журн. Кубанского гос. аграрного ун-та (Научный журн. КубГАУ). - 2007. - № 04 (28). - С. 43-51. - URL: http://www.dissercat.com/content/ energeticheskaya-otsenka-tekhnologii-vozdelyvaniya-i-uborki-ozimoi-pshenitsy-pri-dlitelnom-p#ixzz3n8xzUjic.
BIOENERGETIC EFFICIENCY USES OF MINERAL FERTILISERS ON THE VOLGA REGIONS FOREST-STEPPE
G.A. Satarov
Ulyanovsk State University
The carried out research shows that using of fertilizers for plant cultivation is effective for leached chernozems of the Volga region's forest-steppe both, from agricultural and energetic view points. The best of energetic efficiency is provided using average annual quantity -104,1 kg reactant per ha.
Keywords: energetic efficiency, expenditure of energy, bioenergetical coefficient of efficiency, agricultural plants, crop capacity, increase, mineral fertilizers, chemical weed and pest killers.
