CC BY
39
УДК 631.5:631.3:573.7:001.2 UDK631.5:631.3:573.7:001.2
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА THE ENERGY ASSESSMENT OF THE
ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ, КАК TECHNOLOGIES’ EFFICIENCY AS A
СПОСОБ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ В METHOD OF THEIR OPTIMIZATION IN THE
ЗЕМЛЕДЕЛИИ AGRICULTURE
Орешкин Михаил Вильевич Oreshkin Mikhail Vilevich
к.с.-х.наук, директор Cand. Agr.Sci., Director
Инновационная организация «Институт Innovative organization „Institute
Глобальных Исследований», Луганск, Украина of Global Researches”, Lugansk, Ukraine
В статье приведены результаты исследований The results of the research of the various agricultural
энергетической эффективности различных technologies’ energetic efficiency are given in the
технологий в земледелии. Показана роль article. The importance of the energy assessment for
энергетической оценки для усовершенствования the technological process’ improvement and
технологического процесса и управления management of the agricultural projects is considered
проектами в земледелии
Keywords: ENERGY, ASSESSMENT,
Ключевые слова: ЭНЕРГИЯ, ОЦЕНКА, TECHNOLOGIES, AGRICULTURE, SOIL
ТЕХНОЛОГИИ, ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, CULTIVATING INSTRUMENTS
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИЕ ОРУДИЯ
Постановка проблемы. В условиях переходной экономики чрезвычайно важно отладить механизмы вне стоимостного учёта и контроля над материальными ресурсами и энергией, расходуемых на выращивание сельскохозяйственной продукции [1, 2, 3].
Анализ публикаций. В настоящее время нанесённый ущерб всё ещё принято оценивать в денежном выражении. И именно поэтому настоящие беды агроценозов и их масштабы остаются замаскированными. Это приводит к необъективным выводам и хозяйственным просчётам особенно при наличии инфляционных процессов [4]. И только энергетический анализ позволяет составить объективную картину истинных затрат и полученной прибыли, позволяет правильно спланировать распределение ресурсов, выявить приоритеты и затем поэтапно решить поставленную производственную задачу [5].
Не решённые проблемы. Основная проблема энергетического анализа применительно к почвоохранному земледелию состоит в неотработанности методик самого анализа.
Цель статьи состоит в том, чтобы показать на конкретных примерах возможности энергетического анализа для реальной оценки производственных процессов.
Методика и объекты исследования. В данной работе расчет энергетической эффективности проводили согласно собственных методик [6]. То есть вначале проводили учет ископаемой (антропогенной) энергии, вложенной в получение урожая, а затем сравнивали с энергией, полученной с урожаем, и определяли коэффициент энергоэффективности. При ^ > 1 - баланс положительный, при ^ < 1 - баланс отрицательный. Учет энергии проводили в МДж согласно СИ, расчет делался на 1 га. Урожайные данные взяты в среднем за 1980-2000 годы в стационарных и временных опытах в Луганской, Харьковской и Ростовской областях. Тогда же проведены по известным методикам и необходимые почвенные исследования. Объёмная обработка (местный устоявшийся научный термин Юго-Востока Украины - Луганская, Донецкая, Харьковская области и Юго-Запада РФ - Ростовская, Воронежская области и Краснодарский край), то есть обработка без оборота пахотного слоя, но с дополнительным внутренним его рыхлением по вертикальным плоскостям, изучалась в Харьковской и Ростовской областях. Коэффициент агроэнергетической эффективности определяют по формулам:
Еу (1)
” Х Е,о’
где: ^ - коэффициент агроэнергетической эффективности; Еу -энергия, получаемая с урожаем товарной части культуры; ХЕпо -суммарная энергия общих вложений антропогенной энергии на производство данной культуры.
Еу + Ес Еу + Ен + Ес
Л2 = V Е или Л2 = —уЕ----------------------------> (2)
У Епо У Епо
где: % - коэффициент агроэнергоэффективности с учетом энергии сохраненной почвы; Ес - энергия сохраненной почвы.
После чего, в зависимости от поставленной цели, рассчитываем коэффициент агроэнергоэффективности с большей или меньшей точностью.
Экспериментальная проверка данных включала в себя учет рабочего времени непосредственно в полевых условиях, расход ГСМ, электроэнергии, а также уточнение смыва и выноса почвы и содержания энергии в почве по усредненным табличным данным или с помощью калориметра В08МА; или непосредственным определением энергии гумуса известными химическими методами.
Изложение основного материала. Проведенный энергетический анализ свидетельствует о большей энергетической эффективности почвозащитных обработок, в Харьковской, нежели в Ростовской области.
Наиболее энергоэффективными под озимую пшеницу были обработки с дополнительным вертикальным рыхлением (объёмная обработка) и обычная плоскорезная обработка, по сравнению со вспашкой. Однако по объёмной обработке коэффициент энергоэффективности по сравнению с коэффициентом полной энергоэффективности разнятся не на много, что связано с незначительным смывом почвы (табл.1). В опыте при возделывании ячменя в Ростовской области изменение коэффициента энергоэффективности имело схожую тенденцию с происходящим в опыте при возделывании озимой пшеницы. Правда, сам коэффициент был ниже, поскольку ниже урожайность и калорийность зерна ярового ячменя по сравнению с озимой пшеницей. В опыте с разноглубинной обработкой в Харьковской области наиболее энергоэффективной оказалась плоскорезная обработка на 27-30 см. Хотя, в целом в этом опыте получены достаточно однородные данные без особого предпочтения по способам обработки.
Таблица 1. Энергетическая эффективность возделывания озимой пшеницы и ярового ячменя при обработке с дополнительным вертикальным _______________________________рыхлением__________________________________
Варианты опыта Энергия урожая, МДж/га Коэф- фициент энерго- эффек- тивности Коэффициент суммарной энергоэффективности с учетом сохранённой почвы
Ростовская область
Озимая пшеница
Вспашка 29415,1 2,52 -
Плоскорезная обработка 32077,1 2,75 2,85
Объёмная обработка 35005,3 3,00 3,14
Харьковская область
Озимая пшеница
Вспашка 37401,1 3,20 -
Плоскорезная обработка 38865,2 3,33 3,56
Объёмная обработка 41926,5 3,40 3,92
Яровой ячмень, различные виды рыхлителей
Вспашка 33436 2,54 -
Плоскорезная обработка 37079 2,93 -
Объёмная обработка, различные рыхлители:
ножевидные 39550 3,13 -
клиновидные 38770 3,06 -
дисковидные 38249 3,02 -
В опыте с изучением рыхлителей различной конфигурации (рис.1 и 2) наиболее энергоэффективным оказался способ с дополнительным вертикальным (объемным) рыхлением с ножевидными и клиновидными рыхлителями (табл.1). В целом энергоанализ свидетельствует о высокой эффективности орудий, осуществляющих объемное рыхление.
Энергетическая эффективность применения минеральных и органических удобрений даётся на рисунках 4 и 5. Рассмотрены базовые варианты по внесению удобрений: N40 Р30 К20; К80 Р60 К40; К120 Р90 К60; навоз 9 т/га. Расчет показывает, что при внесении относительно невысоких доз туков (N.40 Р30 К20) энергоотдача по основной продукции выращиваемых
культур значительно превышает энергозатраты минеральных удобрений. В среднем по севообороту энергетическая эффективность применения минерального удобрения была практически одинакова и составляла 3,00 по общепринятому фону и 2,99 - по противоэрозионному. По мере увеличения норм удобрений, их энергетическая эффективность снижалась и на вариантах с систематическим внесением ^20 Р90 К60 она была 1,66 -1,71 единиц, то есть увеличение затрат невозобновляемой энергии не сопровождается прогрессивным приростом урожая основной продукции.
Б
Рис.2. Варианты рыхлителей: А - Рис. 3. Варианты орудия (А и Б) с клиновидный, Б - дисковидный дополнительным рыхлением с
зубовидными рыхлителями Энергетическая отдача удобрений, применяемых в разных нормах,
зависела от выращиваемой культуры. Так при среднем уровне
минерального питания наивысшей энергоодачей урожая отмечена озимая пшеница, после кукурузы на силос и несколько меньшей - ячмень. При удвоении количества удобрений (N30 Р60 К40) лучшими показателями характеризовалась кукуруза на силос, ячмень и озимая пшеница после кукурузы, а на вариантах с утроенной дозой №К (Ыш Р90 К60) - лишь кукуруза на силос. По другим культура энергоотдача была гораздо меньшей. Применение навоза из расчета 9 т/га севооборотной площади является энергетически эффективным приемом. Энергоотдача его применения по обеим системам обработки почвы была достаточно высокой, как в целом по севообороту - 2,16-2,18, так и по отдельным культурам, за исключением озимой пшеницы по черному пару, где коэффициент энергетической эффективности был всего лишь 0,89 - 0,93. В почвозащитном севообороте применение минеральных удобрений с энергетической точки зрения менее эффективно, чем в полевом севообороте.
N40 Р30 К20 N80 Р60 К40 N120 Р90 К60 Навоз 12 т/га
Рис. 4. Коэффициент энергетической эффективности применения
удобрений в почвозащитном севообороте в ОПХ «Ударник», Лутугинского района Луганской области
Таким образом, результаты определения энергетической
эффективности применения удобрений подтверждают целесообразность
применения среднего (N^^0 Р30-60 К20-40) уровня минерального питания растений. Безусловно, энергоёмкость почв - это одна из функций органического вещества почвы [6]. Обогащение поверхностного слоя почвы свежим органическим материалом при использовании орудий плоскорезного типа обусловлено не только характером распределения пожнивных остатков, но и особенностями формирования корневой системы, которая четко реагирует на изменение агрофизических качеств почвы, зависящих от вида обработки. Данные по распределению корневой системы озимой пшеницы в полуметровом слое почвы свидетельствует о том, что на делянках с противоэрозионными видами обработок в слое 0-10 см сосредотачивается 58,5 % корневой массы, в то время как на вспашке только 47,3 %. Поскольку создание гуминовых веществ - процесс окислительный, то лучшие условия для гумификации растительных остатков складываются при аэробном разложении. Этому факту в полной мере отвечают условия, которые создаются безотвальными способами обработки почвы, когда органическая масса в основном размещается в верхней части обрабатываемого горизонта.
N40 Р30 К20 N80 Р60 К40 N120 Р90 К60 Навоз 9 т/га
□ Ряд1
□ Ряд2
Таблица 5. Коэффициент энергетической эффективности применения органических и минеральных удобрений в условиях Луганской области на примере полевого севооборотов (учтены все затраты на применение удобрений; 1-й ряд - общепринятая обработка, 2-й - почвозащитная)
Важным фактором, который обуславливает быстроту и направленность процессов переработки растительного материала в почве, есть условия увлажнения. Как известно, наиболее интенсивно создание гумусовых веществ происходит при оптимальной влагоемкости. Кроме этого характер выпадения осадков в теплый период года в условиях изучаемого региона приводит к тому, что в большей мере промачивается горизонт 0-10 см и мало затрагивается вся толща почвы. Рассмотрение многолетних показателей суммы осадков и их интенсивности в летние месяцы показало, что средняя частота промачивания слоя почвы 0-10 см в четыре раза больше, нежели слоя 20-30 см поэтому верхний слой пахотного слоя (0-10 см) чаще имеет благоприятные условия создания гуминовых веществ и так же чаще этот слой подвергается высушиванию, что способствует их необратимому закреплению на поверхности минеральных частиц почвы. Интенсивное использование чернозема обыкновенного слабоэродированного в зернопаропропашном севообороте с 15% черного пара и 35% пропашных культур без применения минеральных и органических удобрений за 20-летний период привело к снижению содержания гумуса в полуметровом слое на 0,24% при плоскорезной обработке, что в относительном выражении соответствует 7,1 и 5,8 %. Одновременно с тем, определение валового гумуса (рис.6) и его подвижных форм в почве на постоянно закрепленных делянках показало, что за короткий период проведения опыта не произошло значительных изменений показателей гумусосодержания под влиянием как агрохимических, так и агротехнических приемов. Таким образом, систематическое применение для обработки почвы комплекса противоэрозионных орудий, которые исключают переворачивание
обрабатываемого слоя почвы, значительно изменяет темп минерализации в сравнении с ежегодной отвальной вспашкой.
Высокая стабильность валового гумуса и слабая изменчивость его под влиянием различных агротехнических приемов не позволят выявить характер изменений гумусового режима почв за короткий промежуток времени в природных условиях и при приемах окультуривания почвенных фонов. Наши исследования на слабоэродированном обыкновенном черноземе показали, что применение удобрений в дозах 9 т на 1 га севооборотной площади на фоне отвальной вспашки позитивно не повлияло на увеличение гумуса в почве, что за 10 лет при двухразовом внесении 40 т/га навоза содержание гумуса в полуметровом слое почвы по фону отвальной обработки уменьшился на 0,19 %, тогда как на делянках с плоскорезным рыхлением - лишь на 0,01 %. Запасы гумуса за этот период снизились на 11,1 т/га или в 10 раз меньше, чем при плоскорезной обработке. Среднегодовые потери органического вещества составили соответственно 1,1 и 0,11 т/га. Таким образом, внесение в зернопаропропашных севооборотах с 11% черного пара, 56% зерновых и с 33% пропашных культур навоза в количестве 9 т на 1 га севооборотной площади совместно с систематическим применением безотвальной обработки почвы практически обеспечивает стабилизацию содержания органического вещества в слабоэродированных обыкновенных черноземах.
0 - 30
20 - 30
10 - 20
0 - 10
2000 год
1995 год
3,5 4 4,5 5
В Перспективная обработка Г
■ Перспективная обработка В
□ Перспективная обработка Б
И Перспективная обработка А
и Рекомендованная обработка Г
□ Рекомендованная обработка В
в Рекомендованная обработка Б
ш Рекомендованная обработка А
Рис. 6. Влияние различных систем обработки почвы и удобрения на содержание валового гумуса в черноземе обыкновенном, % (ось Х), (А -контроль; Б - экологическая система; В - интенсивная система; Г -органическая система)
Несмотря на длительный период применения минеральных удобрений в данном опыте, не выявлено их влияния на содержание гумуса в почве. По обеим системам основной обработки почвы на фоне без внесения навоза коэффициент корреляции между этими показателями составлял 0,18 - 0,38. Лишь на вариантах с применением навоза
наблюдалась тенденция увеличения содержания органического вещества в пахотном слое по мере увеличения доз минеральных удобрений (г = 0,55 -0,58). После окончания ротации 5-польного почвозащитного севооборота на вариантах с внесением различных доз минеральных удобрений гумусность почвы выявилась на 0,14% более низкой, чем было в начальном состоянии.
Выводы. Таким образом, можно считать установленным, что применение почвозащитных технологий производства
сельскохозяйственной продукции является энергетически более выгодным; и имеет природоохранный эффект, а энергетический анализ помогает объективно и вне зависимости от стоимостных показателей дать оценку технологиям и предоставляет возможность их оптимизации, а также способствовать оптимизированию накопления гумуса в почве.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Медведовський О.К. Ресурсо- та енергозберігаючі технології як прискорювачі інтенсифікації землеробства [Текст]/ О.К. Медведовський // Вісник с.-г. науки.- 1985.- №1.- С.-1-8.
2. Орешкин М.В. Энергетический аспект объёмной
механизированной обработки почвы [Текст] / М.В. Орешкин / Збірник наукових праць ЛДАУ.- Техничні науки.- №4.-(10).- Луганськ: ЛДАУ, 1999.- С.203-212.
3. Орешкин М.В. Применение изобретений по а. с. 1496662 и 1766292 в системе почвозащитных технологий [Текст] / М.В. Орешкин / Збірник наукових праць ЛДАУ.- Техничні науки.- №4.-(10).- Луганськ: ЛДАУ, 1999.- С.213-214.
4. Болотских М.В. Особенности распространения тяжёлых металлов, микро- и радиоактивных элементов в ландшафтах Донбасса. Монография [Текст] / М.В. Болотских, М.В. Орешкин, П.В. Шелихов, В.М. Брагин.-Луганськ: ОАО «ЛОТ»,2004.- 196 с.
5. Орешкин М.В. Совершенствование технических средств обработки почвы как фактор предотвращения катастрофических ситуаций в земледелии. Монография [Текст] / М.В. Орешкин, В.Е. Кириченко, М.В. Болотских, В. А. Белодедов - Луганськ: Глобус, 2006.- 148 с.
6. Кириченко В.Е. Биоэнергетический анализ (методические рекомендации) [Текст] / В.Е. Кириченко, М.В. Орешкин, М.В. Болотских, Б.М. Белов, Ю.И. Усатенко, Е.П. Луганцев.-Луганск: ЛНАУ, 2004.- 51 с.
