CC BY
15БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО РАЗМЕЩЕНИЯ С/Х КУЛЬТУР В ЗОНАЛЬНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ Цугленок Н.В.
Цугленок Николай Васильевич - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, вице-президент,
научный руководитель, Восточно-Сибирская ассоциация биотехнологических кластеров, г. Красноярск
Аннотация: в статье приводится биоэнергетическая теория эколого-географического размещения с/х культур в зональных экосистемах. Существующие критерии урожайности Утах и энергосодержания единицы веса продукта e не позволяют одновременно оценить и сравнить возделываемые в России культуры и сорта по их зональной биологической энергоотдаче и питательной ценности, сравнить величину объема энергии биомассы по различным культурам и сортам и оценить эффективное влияние на нее существующих машинно-технологических комплексов. Решение данной проблемы мы исследовали и проверили по получаемым данным энергопродуктивности в различных природно-климатических зонах Красноярского края. Проведенные нами исследования показали, что комплексный показатель энергопродуктивности Еп.уд, представляющий собой произведение урожайности Утах и энергосодержания единицы веса продукта, позволяющий в единой системе энергетических единиц дать сравнительную оценку различных с-х культур по их хозяйственной полезности и питательной продуктивности, энергоотдаче каждого гектара занимаемой площади на любой конкретной территории и оценить энергозатраты технологического комплекса при производстве продукции растениеводства, т.е. выбрать культуры для конкретной экологической зоны, имеющие максимальную энергопродуктивность при соответствующем максимальном биоэнергетическом КПД ^ растений.
Ключевые слова: биоэнергетическая теория, эколого-географическое размещение с/х культур, зональные экосистемы зональная биологическая энергоотдача, питательная ценность, энергии биомассы, машинно-технологический комплекс.
Существующие критерии урожайности Утах и энергосодержания единицы веса продукта е не позволяют одновременно оценить и сравнить возделываемые в России культуры и сорта по их зональной биологической энергоотдаче и питательной ценности, сравнить величину объема энергии биомассы по различным культурам и сортам и оценить эффективное влияния на нее существующих машинно-технологических комплексов. Решение данной проблемы мы исследовали и проверили по получаемым данным энергопродуктивности в различных природно-климатических зонах Красноярского края.
Для исследования динамики нарастания биомассы растений от внешних экологических и антропогенных энергетических воздействий для комплексной, количественной и качественной оценки удельного энергосодержания полученного урожая с единицы площади предлагается использовать показатель
энергопродуктивности, который можно записать в следующем виде [27, 28]:
Еп=е ■ У, (1)
где е - энергосодержание продукта, ккал/кг, мДж/кг; У -урожайность, кг/га.
Комплексный показатель энергопродуктивности позволяет оценить одновременно объем полученной продукции и ее питательную ценность, дать в единой энергетической системе единиц сравнительную оценку различных с. -х. культур по их биоэнергетической питательной ценности с единицы площади, т.е. энергоотдачи каждого гектара занимаемой площади, и в единой системе единиц сравнить энергетическую прибавку биомассы урожая с
энергоматериальными затратами технологического комплекса на их производство в течение всего периода биологического цикла I.
Комплексный показатель энергопродуктивности Еп можно использовать при системном анализе энергосопряжения энергетических и продуктивных потоков с.-х. технологий при оптимальном формировании максимальной энергопродуктивности с.-х. культур, и выборе наиболее энергетически ценных с/х культур и сортов и использовать их при планировании структуры посевных площадей в любых зональных экосистемах.
Комплексный показатель энергопродуктивности Еп.уд.позволяет в единой системе энергетических единиц дать сравнительную оценку различных с. -х. культур по их хозяйственной полезности и питательной продуктивности, энергоотдаче каждого гектара занимаемой площади на любой конкретной территории и оценить энергозатраты технологического комплекса при производстве продукции растениеводства, т.е. выбрать культуры для конкретной экологической зоны, имеющие максимальную энергопродуктивность при соответствующем максимальном биоэнергетическом КПД ^ растений [7;12;22;25;26].
Основные эколого-энергетические факторы указывают на существующую разницу в зональных особенностях климата определенного района (пространства) и являются основой формирования урожая в конкретной зоне. ^обходимо отметить, что вся территория Российской Федерации была разделена на 20 природно-климатических зон, и системы машин к ним разрабатывались как зональные. С точки зрения биоэнергетической теории, в каждой из 20 условных зон наблюдается существенная разница в микроклиматических условиях. Шпример, в Красноярском крае в соседних Балахтинском и Емельяновском районах радиационный и световой режимы разные, и благоприятный период возделывания с. -х. культур при установлении положительных температур в Балахтинском районе короче на 10 дней.
Поэтому формирование максимальной
энергопродуктивности различных с.-х. культур на полях бывших колхозов и совхозов страны определяется в основном уровнем экологической энергии,
микроклиматическими особенностями,
влагообеспеченностью почвы, составом почв, характеристиками полей и зональной системой машин, не всегда приемлемой для конкретных зональных условий.
Таким образом, используя выражение (1), можно получить строгую иерархию энергопродуктивности по культурам и сортам в любой агроэкологической экосистеме, что позволит при организации планирования структуры и объема посевных площадей заранее избавиться от культурных растений с низкой энергопродуктивностью, несмотря на их, может быть, большую урожайность, и планомерно вести селекцию по отобранным культурам с целью увеличения качественных биоэнергетических показателей
энергопродуктивности.
Особенно это положение важно для максимизации энергопродуктивности с/х культур, используемых для внутрихозяйственного производства продукции
животноводства, где необходимо иметь
максимальнуюэнергопродуктивность при минимуме энергетических затрат.
Используя данную зависимость по существующей отчетной статистике по урожайности различных культур и сортов в зональных технологиях подтаежных районов Красноярского края определялась энергопродуктивность Emax различных культур возделываемых на этих территориях. Данные приведены в таблице 1.
Таблица 1. Экологическая энергопродуктивность возделываемых культур в Красноярском крае
№ п/п Культур а Урожайн ость, ц/га Энергосо держани е, МДж/кг Энергоп родуктив ность Етах, МДж/га
1 Топинамбур зеленая масса 500 2,9 145000
2 Топинамбур (корнеплод) 300 2,5 75000
3 Сахарная свекла 200 2,5 50000
4 Свекла кормовая 333 1,5 49950
5 Кукуруза силосная 223 2 44600
6 Подсолнечник (на силос) 209 2 41800
7 Картофель 163 2,4 39120
8 Ячмень 27,5 10,8 29700
9 Корнеплоды 190 1,5 28600
10 Подсолнечник (на зерно) 18 15,5 27900
11 Горох (зел. масса) 100,6 2,68 27000
12 Овес 24,3 11 26730
13 Зерносенаж 101 2,5 25300
14 Горох 20 12,45 24913
15 Гречиха 15 12,3 19500
16 Клевер (сено) 24,8 6,65 16500
17 Рожь 19,2 11 21120
18 Соя 14 13,9 19428
19 Пшеница 16 12,8 17280
20 Капуста 155 1,09 16895
21 Сено люцерны 30 2,56 7700
Анализ иерархической системы зональной энергопродуктивности сельскохозяйственных культур, возделываемых в подтаежных зонах Красноярском крае, показывает, что максимальная энергопродуктивность принадлежит кормовой свекле, имеющему самый высокий биоэнергетический КПД к сожалению, возделываемому только на единичных производственных о участках (табл. 1).
Пшеница, занимаемая в севообороте Красноярского края одно из ведущих мест, так же как и в других регионов Российской Федерации в различных зонах Красноярского края по энергопродуктивности находится лишь на 19 месте. Урожайность пшеницы на исследованных территориях составляла в объеме 8-16 ц/га, несмотря на одинаковые применяемые технологические приемы и машины. Это говорит о том, что главными факторами от которых зависит энергопродуктивность, являются эколого-энергетические и почвенно-климатические [2;4;11;20;30].
В результате неправильных действий партийного руководства страны по плановому размещению зерновых, в основном пшеницы в таежных и подтаежных зонах Российской Федерации, например в Красноярском крае привели к банкротству всех предприятий на данных территориях. Результат этих действий наших горе руководителей всех уровней, когда энергетические и экономические затраты на производства пшеницы превышали энергетический и экономический доход, что привело к полному прекращению сельскохозяйственного производства, и на этих территориях более 1 млн. гектар земли в Красноярском крае выведено из севооборота и уже более 10 лет зарастает лесом [17].
В качестве положительного примера хочется привести АПК Томской области, вся территория которой находится в таежной и подтаежной зонах. После развала Советского Союза они вынуждены были учесть наши рекомендации по безубыточному производству с/х продукции и в первую очередь перестроили структуру посевных площадей и ввели в севооборот высокоэнергетические в основном кормовые культуры, и из зерновых сеяли ячмень и овес и успешно начали развивать животноводство (Табл. 2). Внедрили результаты наших исследований по подготовке семян к посеву наиболее преемлемые энергетически совершенные технологии ВЧ и СВЧ обработки и обеззараживания семян от вирусных, грибных и бактериальных инфекций, исключающие применение
ядохимикатов [1;6;8;10;13;14;18;19;21;23;24], эффективные технологии сушки и обеззараживания при производства продуктов питания ИК-лучами и ВЧ и СВЧ знергией позволяют получать экологически чистое продовольствие для человека [3;5;8;10] и автоматизированные системы искуственного освещения облучении и обогрева теплиц терморезисторами используется сельскими
товаропроизводлителями включенными в учебный процесс соответствующими министерствами и позволяют получить раннюю экологически чистую продукцию в Сибирских условиях [9-15,16 29].
Эти наглядные примеры говорят о том, что исходя из биоэнергетической теории эффективного эколого-географического размещения с/х культур являющего доминирующим по отношению к машинно-
технологическому комплексу их возделывания, необходимо еще раз проанализировать и пересмотреть структуру севооборотов в административных территориях Российской федерации особенно в таежных и подтаежных зонах, которая по нашему мнению нуждается в серьезной коррекции.
Список литературы
1. Влияние электромагнитного поля высокой частоты на энергию прорастания и всхожесть семян томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 21.
2. Высокоэнергетическая кормовая культура топинамбур в кормопроизводстве Красноярского края. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Аникиенко Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2007. № 4. С. 127-130.
3. Влияние импульсной инфракрасной сушки на сохранность активно действующих веществ. Алтухов И.В., Цугленок Н.В., Очиров В.Д. Вестник Ставрополья, 2015. №1(17) С. 7-10.
4. Имитационные модели пространственно распределенных экологических систем. Лапко А.В., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И. Ответственный редактор: д.т.н., профессор А.В. Медведев. Новосибирск, 1999.
5. Использование СВЧ энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба. Цугленок Н.В., Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И., Коман О.А. Ж. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2004. № 2. С. 16-17
6. Исследование температурных полей при предпосевной обработке семян масленичных культур ЗМПСВЧ. Бастрон А.В., Исаев А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2011. № 2-1. С. 4-8.
7. Концепция информатизации аграрной науки Сибири. Гончаров П.Л., Курцев И.В., Донченко А.С., Кашеваров Н.И., Чепурин Г.И. и др. СО РАСХН. Отв. за выпуск А.Ф. Алейников, А.И. Оберемченко. Новосибирск, 2003.
8. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. М-во сел. хоз-ва РФ, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
9. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по освещению и облучению. Долгих П.П., Кунгс Я.А., Цугленок Н.В. Учебное пособие для студентов. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. / Красноярск, 2002.
10. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. Учеб. пособие для студентов вузов. М-во сел. хоз-ва РФ, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
11. Мелкоплодные яблоки Сибири в функциональном питании. Типсина Н.Н., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ. 2009. № 1 (28). С. 152-155.
12. Оценка влияния оптимальных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на энергозатраты технологического процесса. Цугленок Н.В., Журавлев С.Ю. Вестник КрасГАУ, 2010. № 10 (49). С. 146-152.
13. Обеззараживание и подготовка семян к посеву. Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 1984. № 4. С. 4.
14. Обеззараживающее действие электромагнитного поля высокой частоты на семена томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 33.
15. Резисторы из композитов в системах энергообеспечения агропромышленных комплексов. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ. 2006. № 6. С. 314-319.
16. Резисторы в схемах электротеплоснабженияГорелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. КрасГАУ. Красноярск, 2008 (2-е издание, переработанное и дополненное).
17. Состояние социально-трудовой сферы села и предложения по ее регулированию. Ежегодный доклад по результатам мониторинга 2006 г. / Ответственные за подготовку доклада: Д. И. Торопов, И.Г. Ушачев, Л.В. Богдаренко. Москва, 2007. Том Выпуск 8.
18. Способ обработки семян и устройство для его осуществления. Цугленок Н.В., Шахматов С.Н., Цугленок Г.И. Патент на изобретение RUS 2051552 22.04.1992.
19. Система защиты зерновых и зернобобовых культур от семенных инфекций. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Халанская А.П. М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2003.
20. Технология и технические средства производства экологически безопасных кормов. Цугленок Н.В., Матюшев В.В. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2005.
21. Технология и технические средства обеззараживания семянэнергией СВЧ-поля. Бастрон А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2007. № 1. С. 268-271
22. Цугленок Н.В. Формирование и развитие технологических комплексов растениеводства. Вестник КрасГАУ, 1997. № 2. С. 1.
23. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Авт-т дис. докт. техн. наук / КрасГАУ. Барнаул, 2000.
24. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Диссерт. на соискание док-ра техн. наук / Красноярск, 2000.
25. Цугленок Н.В. Концепция устойчивого развития АПК Красноярского края. Вестник КрасГАУ, 1996. № 1. С. 1.
26. Цугленок Н.В. Биоэнергетическая концепция формирования технологических комплексов АПК. Вестник КрасГАУ,1998. № 3. С. 9.
27. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование структуры АПК. Вестник КрасГАУ, 2000. № 5. С. 1.
28. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование. Учеб. пособие для студентов вузов по агроинженер. специальностям. М-во сел. хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2004.
29. Энерготехнологическое оборудование тепличных хозяйств. Цугленок Н.В., Долгих П.П., Кунгс Я.А. Учебное пособие для вузов / КрасГАУ. Красноярск, 2001.
30. Эколого-энергетические и медико-биологические свойства топинамбура. Аникиенко Т.И., Цугленок Н.В. М-во сельского хоз-ва РФ, КрасГАУ. Красноярск, 2008.
