CC BY
70
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
РАЗДЕЛ I ЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
631.152
А.Н.ВАСИЛЬЕВ, д.т.н., профессор ФГБНУ ВИЭСХ, Москва
РЕШЕНИЕ ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОЙ АГРОЭКОСИСТЕМЫ
Увеличение производства продуктов питания приводит к развитию монокультур. Это правило распространяется на все сферы сельскохозяйственной деятельности человека. Разрешение противоречия между сельхозпроизводством и законами природы стали искать в организации агроэкосистем.
Поддержание устойчивости функционирования агроэкосистем требует существенных энергозатрат. Изучение энергетических потоков в экосистемах является одним из основных методов исследования в экологии, поэтому в представленной работе энерго-экологические проблемы животноводства рассматриваются именно с этих позиций.
Приведенный анализ, выполненный на базе энергетического баланса животноводческого комплекса, показал, что энергетическая эффективность продукции животноводства составила не более 16%. Это серьезно сказывается на возрастании экологических проблем.
Для повышения экологической безопасности и энергонезависимости животноводства предложено снижать «энергетическую емкость» отходов животноводства.
Ключевые слова. агроэкосистема; экология; животноводство; энергозатраты; энергетическая оценка.
A.N.VASILIEV, DSc (Engineering), professor FGBNU VIESH, Moscow
SOLUTION TO ENERGY AND ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF A LIVESTOCK AGROECOSYSTEM
The increase in food production leads to development of monocultures. This rule applies to all spheres of human agricultural activity. The resolution of contradiction between agricultural production and the laws of nature began to be sought in the organization of agro-ecosystems.
To maintain the sustainability of agro-ecosystems requires substantial energy inputs. The study of energy flows in ecosystems is one of the main methods of
19
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.
_ИАЭП. 2016. Вып. 88._
ecological research, therefore, in the present work the energy and environmental problems of livestock farmingare considered from this perspective.
The presented analysis was made on the basis of the energy balance of a livestock breeding complex and showed that the energy efficiency of livestock production never exceeded 16%. This has a grave impact on increasing number of environmental problems.
To improve environmental safety and energy independence of livestock farming it is proposed to reduce the "energy capacity" of animal waste.
Keywords, agro-ecosystem; ecology; livestock farming; energy consumption; energy evaluation.
Необходимость решать продовольственную проблему заставила человечество искать варианты увеличения производства сельскохозяйственной продукции. Одним из очевидных вариантов решение проблемы стало культивирование монокультур, как в растениеводстве, так и в животноводстве. Идеал оптимальности по критерию производительности - монокультура, но в идеальной монокультуре разнообразие равно нулю: она абсолютно неустойчива! Устойчивой ее делает внешнее управление организованное человеком. Естественная эволюция природных сообществ приводит к большему их разнообразию. Любая же деятельность человека, нарушающая баланс разнообразия, вступает в противоречие с законами природы и приводит к экологическим проблемам[1].
Энергетический подход к изучению природных и производственных процессов имеет ряд существенных преимуществ и более широкие возможности по сравнению с другими методиками. Подход основывается на необходимости учитывать объективные закономерности превращения энергии внутри системы, причём энергия выступает в качестве универсальной меры, позволяющей оценивать как ценность материальных носителей, так и эффективность производственных процессов [2,3].
В приведённой структурной схеме (рис. 1) для реализации всех технологических процессов производства продукции служат системы исполнительных механизмов и управляющих устройств, которые нуждаются в энергетическом обеспечении (Эо). Энергозатраты принято разделять на косвенные (Эок) и прямые (Эоп). Косвенные энергозатраты - выраженные в энергетических единицах капитальные затраты на здания и сооружения, оборудование, с.х. технику, минеральные удобрения и ядохимикаты (в данном случае
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
имеются в виду расходы на производство кормов). К прямым энергетическим затратам относят расходы на топливо и электроэнергию, используемые для получения готовой продукции. Система исполнительных механизмов изменяет потоки энергии (Эн) для реализации технологических процессов на животноводческом комплексе. Система мониторинга оценивает результаты производственной деятельности, которые сравнивают с заданным показателем (Пзад). В зависимости от результата сравнения (ДП) вносят корректировку в работу исполнительных систем. Возмущающими воздействиями, вносящими отклонения управляемых величин от заданных значений, являются климатические факторы, рацион кормления и другие факторы, влияющие на физиологическое состояние и продуктивность животных.
_|Не «
Рис. 1. Структурная схема управления эффективностью
животноводства
Наиболее интересен анализ системы по каналу эквивалентных энергозатрат.Проблемы энергетического анализа функционирования геосистем исследуются с 2000 г. в лаборатории самоорганизации геосистем Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН под руководством профессора А.В. Позднякова[4,5], в частности разработан алгоритм проведения исследований по энергетической оценке хозяйственной деятельности агроэкосистем.
Так Т.Ш. Фузелла [6], на основании данного алгоритма провела
21
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
энергетическую оценку функционирования агроэкосистемы на примере СПК «Нелюбино». Результаты такого анализа животноводства приведены в таблице 1.
Таблица 1
Энергетический баланс животноводства в СПК«Нелюбино», ТДж (1010 Дж) [6]
Вид затрат Вход Выход
Год Вид Год
1991 1999 2004 Продукции 1991 1999 2004
Корма 60,2 45,5 42,6 Молоко 8,1 6,6 6,5
Инфраструк- 8,1 2,1 8,8 Говядина 4,8 3,2 2,7
тура
Электроэнер- 12,3 11,3 12,3
гия
Сельхозтехни- 2,0 1,2 1,4
ка
Топливо 0,5 0,6 0,7
Всего 83,1 60,7 65,8 Всего 12,9 9,8 9,2
Для основных отраслей сельского хозяйства были определены значения показателя энергетической эффективности. По полученным расчётам на одну единицу затраченной энергии приходится: 0,16 в 1991 г., 0,16 - в 1999 г., а в 2004 г.- 0,14 единиц животноводческой продукции в энергетическом эквиваленте. Таким образом, наилучшая энергетическая эффективность продукции животноводства составила не более 16%. Причём, для производства говядины она ещё меньше и не превышает 6%! Это означает, что только 6% энергии, затрачиваемой на производство говядины, использованы эффективно, 94% можно отнести на убытки.
Анализ структуры энергозатрат показывает, что основная доля приходится на производство кормов -72,5 % и электроэнергию -14,8%. В производстве же кормов основная доля энергетических затрат приходится на производство растениеводческой продукции, которые автоматически перекладываются на продукцию животноводства.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_
Есть ещё один немаловажный вывод, следующий из данного анализа. Согласно первому закону термодинамики энергия никуда не девается и ниоткуда не берётся. Получая энергоэффективность производства продукции животноводства на уровне 16%, мы 84% затраченной энергии отправляем в отходы. Куда девается эта энергия? Если её не использовать на пользу, то она начинает работать во вред, на преобразование природной среды, в которую попала. Таким образом, с одной стороны решая проблему устойчивости животноводческой агроэкологической системы наращиванием энергетических регулирующих воздействий, мы с другой стороны, одновременно создаём серьёзные предпосылки для экологической катастрофы. Получается ещё один парадокс: решение экологической проблемы приводит к появлению экологической проблемы.
Есть ли выход из данной ситуации? Он видится в параллельном движении по нескольким направлениям. В отходах находится столько энергии, что получи её в виде топлива и электроэнергии, то её с лихвой хватит на несколько циклов производства продукции животноводства. Данное направление в настоящее время успешно реализуется в различных типах биоэнергетических установок (биогазовые установки, генераторные установки, работающие насмесевых топливах из органических отходов и др.)[7]. Это позволяет уже сейчас говорить, что биоэнергетика способна обеспечить энергонезависимость отраслям АПК. Зачастую биоэнергетика рассматривается только как элемент возобновляемых источников энергии, однако основной её задачей является предотвращение экологической катастрофы от энергии, запасённой в отходах.
Перерабатывая отходы, мы снижаем экологическую напряжённость, но не повышаем устойчивость агроэкосистемы по каналу энергетической эффективности. Необходимость увеличения продукции животноводства потребует новых энергозатрат, что обязательно приведёт к ещё большему снижению энергоэффективности, что повлечёт к неустойчивости системы по каналу себестоимости. Получается замкнутый круг, который может быть разорван применением нестандартных решений в энергообеспечении животноводства.
Как отмечалось, более 70% энергозатрат при производстве животноводческой продукции приходятся на получение кормов. Необходимо уменьшить долю энергозатрат на производство кормов.
23
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._
Следовательно, не стоит связывать обеспечение кормами животноводства с растениеводством. Реализация такого варианта возможна с использованием комплексных проектов с замкнутым циклом: «животноводческий комплекс - энергетический комплекс по переработке отходов - комплекс по производству кормов».
Развивая данное направление, мы не только решаем энергетические проблемы, но и снижаем экологическую напряженность, уменьшая «энергетическую ёмкость» отходов животноводства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Свирежев Ю.М. Кибернетика и урожай/ Кибернетика живого: Биология и информация.М.: Наука, 1984. 144 с. С.54-64.
2. Булаткин Г.А. Анализ потоков энергии в агроэкосистемах /Вестник Российской Академии Наук. 2012, том 82, № 8, С. 1-9.
3. Сутягин В.П. Биоэнергетический подход к изучению агрофитоценозов /Агро XXI , 2008, № 10-12. С.10-11.
4. Поздняков А.В., Шуркина К.А. Новый методологический подход к анализу функционирования агроэкосистем/ Вестник Томского государственного университета. 2008. № 316. С. 206-212.
5. Мельник М.А., Поздняков А.В. Энергетический подход к анализу механизмов адаптации агроэкосистемы в изменяющихся условиях среды в книге: Х1Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН. Томск, 2015. С. 132-133.
6. ФузеллаТ.Ш. Энергетическая оценка функционирования агроэкосистемы(на примере СПК «Нелюбино»)/Вестник Томского государственного университета выпуск. 2009. № 326. С. 203-207.
7. Лачуга Ю.Ф., Васильев А.Н. Направления исследований в биоэнергетике/ Вестник Российской сельскохозяйственной науки. 2015, № 2, С. 4-7.
