CC BY
13
УДК 631.862
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЗОТА ПРИ ВНЕДРЕНИИ НДТ ИНТЕНСИВНОГО ЖИВОТНОВОДСТВА
Александр Юрьевич Брюханов, к. техн. наук, доцент Эдуард Вадимович Васильев, к. техн. н. Наталья Павловна Козлова, к. техн. н.
ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Россия, г. Санкт-Петербург
В настоящее время ведется разработка российских информационно-технических справочников наилучших доступных технологий (НДТ) «Интенсивное разведение свиней» и «Интенсивное разведение сельскохозяйственной птицы». В качестве аналога предполагается использовать справочник НДТ по интенсивному животноводству Европейского Союза, который отражает современный европейский опыт в области снижения негативного воздействия сельскохозяйственного производства на окружающую среду.
Одним из ключевых при разработке справочников является вопрос обоснования критериев оценки воздействия объектов на окружающую среду. Выбираемые для оценки критерии и показатели должны быть доступны для понимания и интерпретации, иметь возможность сопоставимости, измерения и формализации. Таким требованиям отвечают оценки эффективности использования азота, поскольку основными загрязнителями окружающей среды при производстве животноводческой продукции являются соединения азота.
В статье приведены основные положения методики расчета баланса по азоту на уровне сельхозпредприятия.
Приведена оценка результативности внедрения на предприятии смешанного типа (растениеводство и животноводство) технологий переработки и внесения навоза, рассматриваемых как НДТ в европейских справочниках (применение укрывного материала компостных буртов и применение непосредственной запашки органических удобрений после внесения). Расчетные значения суммарных потерь азота снижаются на 20%, экономия на минеральных удобрениях за счет увеличения содержания азота в органических удобрениях, вносимых на поля, может составить 18 т/год.
Результаты апробации методики расчета азотного баланса для сельскохозяйственных предприятий Ленинградской области показали целесообразность применения показателя эффективности использования питательных веществ как инструмента для оценки эффективности использования питательных веществ и соответственно экологической нагрузки на окружающую среду.
Ключевые слова: интенсивное животноводство, эффективность использования азота, наилучшие доступные технологии, азотный баланс.
Введение
В настоящее время ведется разработка российских информационно-технических справочников
наилучших доступных технологий (ИТС НДТ) «Интенсивное разведение свиней» и «Интенсивное разведение сельскохозяйственной пти-
цы». Разрабатываемые документы должны отражать современные тенденции исследований по экологической оценке и мерам по снижению негативного воздействия сель-хозпроизводства на окружающую среду; в качестве аналога предполагается использовать существующие варианты европейского справочника BREF [3, 7].
Большой объем информации по снижению загрязнения окружающей среды сельскохозяйственным производством содержится в документах Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния Европейской Экономической комиссии ООН - одном из важных международных договоров по контролю загрязнения воздушной среды, ратифицированных Россией, http//www.unece.org. В настоящее время в России начата подготовка к ратификации одного из восьми протоколов Конвенции - Гетеборгского Протокола (ГП) о борьбе с подкис-лением, эвтрофикацией и приземным озоном [2, 4, 8, 9]. ГП устанавливает предельные значения для четырех загрязнителей (SO2, NOx, ЛОС, NH3). Главный источник выбросов в атмосферу аммиака - системы обращения с навозом при производстве сельскохозяйственной продукции.
Целевая Группа по химически активному азоту Рабочей группы по стратегиям и обзору Конвенции -Task Forceon Reactive Nitrogen (TFRN) http://www.clrtap-tfrn.org -создана в 2008 году для разработки технической и научной информации и решений для обоснования полити-
ки в области снижения загрязнения воздуха азотом в контексте азотного цикла.
Документы, разработанные TFRN, содержание которых перекликается с содержанием ИТС НДТ и положения которых во многом совпадают с документами ХЕЛКОМ:
- Руководящий документ о предотвращении и сокращении выбросов аммиака из сельскохозяйственных источников - Guidance document for preventing and abating ammonia emissions from agricultural sources;
- Рамочный кодекс по аммиаку предназначен для оказания поддержки Сторонам в разработке или обновлении их национальных рекомендательных кодексов надлежащей сельскохозяйственной практики для ограничения выбросов аммиака в соответствии с требованиями приложения IX к Протоколу -Framework Code for Good Agricultural Practice for Reducing Ammonia Emissions;
- Руководящий документ по национальным балансам - «Guidance Document on National Nitrogen Budgets».
Во всех этих документах рассматриваются 5 основных приоритетных направлений снижения отрицательного влияния аммиака:
- внесение навоза и минеральных удобрений с низким уровнем эмиссии;
- стратегии кормления крупного рогатого скота, свиней и птицы для снижения выхода азота;
- низко-эмиссионное оборудование для новых хранилищ навоза крупного рогатого скота, свиней и птицы;
- низко-эмиссионное оборудование во всех новых и реконструируемых помещениях для содержания свиней и птицы;
- стратегии повышения эффективности использования азота, снижения избытка азота с внедрением балансов азота на демонстрационных фермах.
С информацией о деятельности TFRN на русском языке можно ознакомиться на сайте
http: //www. spb.sznii.ru.
Одним из ключевых при разработке справочников является вопрос выбора и согласования критериев оценки воздействия объектов на окружающую среду. Выбираемые для оценки критерии и показатели должны быть доступны [6] для понимания и интерпретации, иметь возможности сопоставимости, измерения и формализации. Этим требованиям отвечают оценки эффективности использования питательных веществ, и в частности азота, определяющие потенциальный экологический риск сельхозпредприятия.
Материал и методы
В настоящее время для оценки результатов трансформации азота N
и фосфора P используются различная терминология и размерности в зависимости от применяемых моделей для описания процессов и задач, основные - «потери» и «эффективность использования питательных веществ», NUE, nitrogenuse efficiency (рисунок 1).
В общем виде под потерями понимают баланс, соотношение количества питательных веществ на входе (NBX, РВХ,) и на выходе (Мвых, Рвых) системы, блока или отдельного элемента технологии: Nn от = £ N в х — £ N в ы х , Рпот = £ Рв х — £ Рв Ы1 х , кг/год. Коэффициент эффективности использования питательных веществ ( ) обычно определяется в виде дроби как безразмерная величина:
либо в процентах:
n
лт _ 1 * вых
WЭф - —
"RY
n
лт _ 1 * вых
WЭф - —
* * RY
1 о о ,%.
Расчет баланса питательных веществ на уровне страны, региона или отдельного предприятия используется как инструмент для оценки эффективности использования питательных веществ и соответственно экологической нагрузки на окружающую среду [1, 5, 6, 9]. За основу расчета азотного баланса сельхозпредприятия принимается схема, показанная на рисунке 2.
N в х,Рвх Животноводческое N в ы А", Рвы
предприятие
(технология)
Рисунок 1 - Схема трансформации N и Р
NOj ЫН4 DON
Рисунок 2 - Азотный баланс сельскохозяйственного предприятия (фермы) с производством животноводческой и растениеводческой продукции
При расчете баланса на уровне сельскохозяйственного предприятия ^агт-§а1еЬа1апсе) определяется взаимосвязь потоков азота на входе, поступающих в составе кор-
мов, удобрений, и на выходе, в составе реализуемой продукции. Взаимосвязь потоков азота внутри предприятия не рассматривается (рисунок 3).
Рисунок 3 - «Вход - выход» при расчете баланса на уровне хозяйства
Основные рассчитываемые показатели: избыток азота Яизб, коэффициент эффективности использования азота Ыэф
^изб ["^удобрения + ^корм + ^^навоз + ^компост + БФА + ^атмосфер + ^семен \
+ N + ме \ (1)
I. животные урожай навоз J
N + N . + Ые
животные урожаи навоз (ОЛ
эф ~ N.. + N + N1 + N + БФА + N , + N ' ()
удобрения корм навоз компост атмосфер семен
где N^(5 = избыток N в масштабах хозяйства, кг/га;
^добрения = количество N в удобрениях, ввезенных в хозяйство, кг/га;
Нвдрм = количество N в кормах для животных, ввезенных в хозяйство, кг/га;
№навоз = количество N в навозе, ввезенном в хозяйство, кг/га;
Нвдмшст = количество N в компосте, ввезенном в хозяйство, кг/га;
БФА = количество биологически фиксированного бобовыми культурами, кг/га;
^тмосфер = количество N из атмосферных осадков, кг/га;
^емена = количество N поступившего с ввезенными семенами и растениями, кг/га;
^рожай = количество N в убранном урожае, вывезенном из хозяйства, включая остатки, кг/га;
^и^шые = количество N в животных, вывезенных из хозяйства (т.е. количество, включающее павших животных, скорректированное на ввезенных животных), кг;
№навоз = количество N в навозе, вывезенном из хозяйства, кг/га.
Результаты и обсуждение
Получаемое в результате расчетов значение ^зб - избыток азота на уровне хозяйства, кг/га, является величиной питательных веществ, неиспользованных для питания растений, и фактически величиной, пропорциональной ^от. Являясь суммой количества азота, задержанного почвой, и количества азота, поступившего в атмосферу и почвенные воды, ^зб определяет экологическую нагрузку на среду и рассматривается как обобщенный экологический индикатор. В отчете ОЭСР Организации экономического развития и сотрудничества по 30 странам показано, что чем выше этот показатель, тем меньше потерь в окружающую среду, соответственно, тем
меньше потерь азота в почву и воздух, снижаются выбросы аммиака, просматривается четкая тенденция снижения загрязнения воды, снижения выбросов парниковых газов.
Произведен расчет баланса по азоту для одного из хозяйств смешанного типа Ленинградской области. Значение избытка азота ^зб для этого предприятия составляет 48,3 кг/га, что ниже предельных значений, показанных в таблице, и свидетельствует о возможности увеличения объемов внесения азотосо-держащих удобрений. Вместе с тем, значение коэффициента эффективности использования азота N^=0,21 значительно ниже среднеевропейских показателей, приведенных в таблице 1. Проведена оценка резуль-
тативности внедрения на данном предприятии наилучших доступных технологий НДТ переработки и внесения навоза (применения укрывного материала компостных буртов и применения непосредственной запашки органических удобрений после внесения). На рисунке 4 показаны потоки азота на предприятии до и после внедрения НДТ. Расчетные значения суммарных потерь азота снижаются на 20%, экономия на минеральных удобрениях за счет увеличения содержания азота в органических удобрениях, вносимых на поля, может составить 18 т/год.
Выводы
Результаты апробации методики расчета азотного баланса для сельскохозяйственных предприятий Ленинградской области показали целесообразность применения показателя эффективности использования питательных веществ как обобщающего при сравнительной оценке технологий. Динамика изменения этого показателя в комплексе с другими агроэкологи-ческими показателями может использоваться для оценки результативности внедрения на предприятии НДТ.
Таблица 1 - Диапазон изменения значений Иизб и Яэф по данным ТРЯЫ [4]
Показатель Тип сельскохозяйственного предприятия
растениеводческие животноводческие смешанные
нет экспорта навоза весь навоз экспортируется
0,6-1,0 0,4-0,6 0,8-0,95 0,5-0,6
^зб 0-50 кг/га 0-1000 кг/га 0-200 кг/га
Комбикорма 73,5
Животноводческие помещения
Минеральные удобрения
^ ' Потерь
90 =1
□ С
Гидросфера
Атмосфера
Количество азота, до средозащитных мероприятий,
Количество азота, после средозащитных мероприятий (применение укрывного материала компостных буртов и применение непосредственной запашки после внесения), т/год
Рисунок 4 - Потоки азота при производстве животноводческой продукции на предприятии смешанного типа (растениеводство и животноводство)
Библиографический список
1. Афанасьев А.В. Азотный баланс сельскохозяйственного предприятия как инструмент для его экологической оценки / А.В. Афанасьев, Н.П. Козлова // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2011. - Т.22, №3. -С.197-202.
2. Загрязнение окружающей среды химически активным азотом из сельскохозяйственных источников: проблема и пути решения / Л.И. Моклячук, С.М. Лукин, Н.П. Козлова и др. // Агроеколопчний журнал. - 2014. - №1. - С.13-21.
3. Best Available Techniques (BAT): reference Document for the Intensive Rearing of Poultry or Pigs FINAL Draft. - August 2015. - URL: http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/IRPP Final Draft 082015 bw.pdf.
4. Bittman S., Dedina M., Howard C.M., Oenema O., Sutton M.A., (Eds), 2014, Options for Ammonia Mitigation: Guidance from the UNECE Task Force on Reactive Nitrogen, Centre for Ecology and Hydrology, Edinburgh, UK,2014
5. EU Nitrogen Expert Panel (2015) Nitrogen Use Efficiency (NUE) - an indicator for the utilization of nitrogen in agriculture and food systems. Wageningen University, Alterra, PO Box 47, NL-6700 Wageningen, Netherlands.
6. Eurostat 2013 Nutrients Budgets - Methodology and Handbook. Version 1.02. Eurostatand OECD, Luxembourg.
7. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) Reference Document on Best Available Techniques for Intensive Rearing of Poultry and Pigs/July 2003. Available at:http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/BREF/irpp_bref_0703.pdf
8. Sutton M.A., Bleeker A. и др. (2013) Our Nutrient World: The challenge to produce more food and energy with less pollution. Global Overview of Nutrient Management. Centre for Ecology and Hydrology, Edinburgh on behalf of the Global Partnership on Nutrient Management and the International Nitrogen Initiative. [электронный ресурс] http://www.initrogen.org/sites/default/files/documents/files/ONW.pdf.
9. Van der Hoek, K.W. and N.P. Kozlova, Editors (2014). Ammonia workshop 2012 Saint Petersburg. Abating ammonia emissions in the UNECE and EECCA region. Cеминар по аммиаку 2012, Санкт Петербург. Снижение выбросов аммиака в регионах ЕЭК OOH и ВЕКЦА.RIVM Report 680181001/SZNIIMESH Report. Bilthoven, The Netherlands. ISBN: 978-90-6960-271-4
E-mail: natalia.kozlova@sznii.ru
196625 Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское ш. 3, ФГБНУ «Институт агро-инженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» Тел.: +7 (812) 476-86-02
