CC BY
48
УДК 631.95
РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МОЛОКА И СВИНИНЫ
П.И. Гриднев, доктор технических наук Т.Т. Гриднева, кандидат технических наук
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mаil: [email protected]
Аннотация. Изложены подходы к оценке загрязнения окружающей среды на примере производства молока для двух молочных ферм на 100 и 200 коров и двух ферм по откорму свиней в помещении на 1000 откормочных мест при разной продуктивности, системах содержания, использования или отсутствия грубых кормов в рационе молочного стада, удаления навоза. Все фермы используют корма собственного производства. Произведенное из навоза органическое удобрение вносится на площади под производство кормов. Защиту окружающей среды предлагается осуществлять совершенствованием технологий содержания животных. Это позволит уменьшить загрязнение окружающей среды без радикальных мер, связанных с отказом от производства этих продуктов. Предлагаются, по примеру развитых стран, карательные функции за загрязнение заменить пропагандой и внедрением технологий с лучшими экологическими показателями. Целесообразность применения каждой технологии предлагается оценивать потерями и вредными выбросами (прежде всего парниковых) газов для экосистемы. Преимущества используемой расчетной схемы в том, что она позволяет сравнивать себестоимость производимой продукции с размером потерь и ущербом окружающей среде. Именно технологии с лучшими экологическими показателями должны лечь в основу стратегии развития отрасли. Этот подход будет способствовать сокращению вредных выбросов, снижению потерь при производстве продукции и улучшению среды обитания. Проведенные расчеты показали, что производство белка в виде мяса снижает экологическую нагрузку на окружающую среду на 48% по сравнению с производством молока. Рост продуктивности молочного стада на 20% и переход на беспривязное содержание сокращают эквивалент удельной эмиссии парниковых газов с 73 до 63 кг/кг произведенного белка и практически не увеличивают удельную эмиссию аммиака. Ключевые слова: загрязнение окружающей среды, выбросы парниковых газов, содержание животных, потери азота, промывные почвы.
В докладе, представленном Британским Центром экологии и гидрологии, были озвучены цифры по результатам всестороннего исследования проблемы азотных загрязнений в Евросоюзе. Они подтвердили, что реактивные формы азота не только загрязняют среду, но и способствуют климатическим изменениям, укорачивают жизнь среднего жителя на полгода. Чтобы частично ликвидировать последствия загрязнений почвы, воды и воздуха только после использования синтетических азотных соединений, необходимо на каждого европейца тратить 740 евро в год. А ведь это данные только по Евросоюзу.
Около 80% выбросов азота приходится на сельское хозяйство и животноводство. Хотя половина населения мира зависит от продуктов питания, которые производятся с исполь-
зованием азотных удобрений, необходимы меры, снижающие азотные загрязнения. Пока речь идет не о полном отказе от удобрений, а об их аккуратном и обдуманном использовании.
Среди предложений по защите окружающей среды при производстве мяса и молока важная роль отводится совершенствованию технологий содержания животных. До сих пор целесообразность применения каждой технологии, а также стратегия развития отрасли определялись эффективностью технологий в денежном выражении. Однако в последнее время выбор стратегии развития животноводства дополняется оценкой потерь и вредных для экосистемы выбросов (прежде всего парниковых) газов [1]. Основой стратегии развития отрасли должны стать техно-
логии с лучшими экологическими показателями, способствующие сокращению вредных выбросов, снижению потерь при производстве продукции и улучшению среды обитания.
Методика. В расчетах учтены выбросы вредных газов при содержании животных, потери азота при утилизации навоза, разложении гумуса органических удобрений, производстве и использовании азотных удобрений, выращивании кормов, а также от сгорания топлива невозобновляемых источников энергии.
К основным вредным выбросам по международным стандартам, определяющим ухудшение экологической ситуации по сельскохозяйственному сектору, относят: окислы азота, загрязняющие грунтовые воды, аммиак, вызывающий кислотные дожди, и три газа, создающие парниковый эффект: углекислый, метан и закись азота.
Методики оценки всех показателей, приведенных в статье, известны. Однако в рассмотренном контексте они не были объединены и не использовались. В качестве примера представлен расчет двух технологий содержания молочного стада на 100 и 200 коров с долей шлейфа 40% и двух технологий откорма свиней в производственных помещениях на 1000 откормочных мест сухими комбикормами. Утилизация навоза в виде органоминеральных удобрений организована на собственных площадях под выращивание кормов. В расчете определены выбросы аммиака и трех упомянутых выше парниковых газов. Учтены качество и количество получаемого органического удобрения и используемых минеральных удобрений, состав и качество почв (одинаковые для всех технологий), продуктивность животных, технологии их содержания и использование в рационе коров сочных кормов (табл. 1).
Таблица 1. Результаты моделирования типовых предприятий по производству молока _и откорму свиней на собственных кормах_
Показатели Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
Дойное стадо Откорм свиней на
Система содержания привязная беспривязная сплошных полах щелевых полах
Продуктивность по ферме - кг молока/корову в год для свиней - привесы г/голову в день 5000 6000 600 700
N-N03" - суммарные потери вымытого азота, т 9,85 18,92 9,15 6,82
- суммарные потери азота в виде аммиака, т1 16,98 (13,98) 41,04 (33,80) 21,54 (17,73) 14,72 (12,12)
^О - суммарные потери закиси азота, т 2,40 (1,53) 4,78 (3,04) 2,00 (1,27) 1,35 (0,86)
Доля потерь азота органических и минеральных удобрений, % 45,3 48,6 50,2 50,7
СО2 - эквивалент потерь в виде №гО, т 710,3 1414,9 592,0 399,6
СН4 - ферментативные выбросы от всего поголовья, т/ год 14,40 32,04 3,94 4,59
СН4 - общие потери при утилизации навоза, т 0,575 1,375 1,35 4,24
СН4 - потери при хранении кормов, т - 1,071 - -
СН4 - общие эмиссионные потери, т 14,98 34,49 5,29 8,83
СО2 - эквивалент потерь в виде СН4, т 344,5 793,3 121,7 203,1
С02 - эмиссия от ископаемой энергии, т 98,81 183,92 573,4 737,1
С02 - эмиссия от хранения кормов, т 1,09 4,63 0,32 0,35
С02 - эмиссия от производства мин. удобрений, т 50,91 104,84 92,0 55,2
СО2 - суммарная эмиссия, т 150,81 293,39 665,72 792,65
СО2 - эквивалент эмиссии общей, т 1205,61 2501,59 1379,42 1395,35
Произведено белка, т 16,5 39,6 31,5 36,8
СО2 - эквивалент эмиссии кг/кг произведенного белка2* 73,07 63,17 43,79 37,92
1) Здесь и далее в скобках представлены потери азота
2) Среднее содержание белка в молоке - 3,3%, в свинине - 15%
Результаты расчетов и обсуждения. Одним из основных элементов эмиссии от коров - выбросы метана от кишечной ферментации, систем сбора, хранения и использования навоза. Все основные технологические показатели молочного стада рассчитывались на условную голову (при доле шлейфа в структуре стада 40%) в год в зависимости от продуктивности и расхода кормов по уравнениям [2, 3].
Эмиссия метана от кишечной ферментации свиней значительно меньше, чем от коров, и принята по рекомендациям МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) - 1,5 кг/голову в год. Коэффициент удельной эмиссии метана от внутренней ферментации коров EF, кг/гол в год:
EF = GEYm/55,6 (1)
где GE - валовая энергия кормов, МДж-гол/год; Ym - коэффициент преобразования метана от валовой энергии (0,06 для КРС при кормлении силосом и 0,065 при его отсутствии) [1].
Потери сухого вещества в виде летучих соединений от систем сбора и хранения навоза, кг/гол. в год:
VS = [GE- (1 - DE/100) + UE-GE]-(1 - ASH)/18,4 (2)
где DE - коэффициент перевариваемости корма, %; UE - потери энергии с мочой от валовой энергии (0,04 для КРС и 0,02 для свиней); ASH - содержание золы в сухом
веществе навоза коров (0,16 для КРС и 0,15 для свиней) [3].
Средневзвешенные значения коэффициентов перевариваемости кормов для коров определены в зависимости от соотношения разных видов кормов (табл. 2 и 3).
EFMMS - коэффициент эмиссии метана от систем сбора и хранения навоза, кг/гол в год;
EFMMS = 0,67VS•Bo•E(MCF/100•MS), (3)
где В0 = 0,24; 0,45 - максимальный потенциал выброса метана от навоза КРС и свиней соответственно; MCF = 2% - коэффициент выделения метана при хранении твердого навоза; MS - доля фракции навоза, содержащаяся в определенной системе сбора и хранения (для всех ферм MS=1).
На фермах №№1-3 животные содержатся на сменяемой подстилке с последующим приготовлением компоста на основе соломы, это твердый навоз. На ферме №4 свиньи содержатся на щелевых полах. При сборе жидкого навоза норма потерь метана по уточненным данным составляет 4 кг на животное в год, при хранении в течение года она увеличивается на 6% (табл. 3) [5,6].
Коэффициенты выброса метана от ферментативных процессов и эмиссия метана от систем сбора и хранения навоза на голову в год в зависимости от продуктивности и состава кормов, а также промежуточные результаты расчета состава и расхода кормов представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2. Состав и годовой расход кормов в зависимости от продуктивности дойного стада
Параметры Грубые корма Сочные корма Другие корма Комбикорма Все корма
сено сенаж силос корнеплоды зелёнка травяная резка
Расход кормов, кг/ус. гол 1 2 2070 984 1380 1477 1723 3938 6210 6789 230 492 2244 2673 12134 18076
Содержание сухого вещества в кормах 0,45 0,35 0,2 0,12 0,2 0,60 0,86 -
Расход сухого вещества кг/ус. гол. в год по ферме 1 2 931,5 442,8 483,0 517,0 344,6 472,6 1242 1358 138 295 1929,9 2298,8 4724,4 5728,8
Структура кормов в рационе по ферме, % 1 2 29,9 16,7 14,3 29,2 28,9 40,9 40,1 100 100
Коэффициент перевариваемости кормов фЕ)1-1, % 61,68 66,30 66,12 84,37
Таблица 3. Эмиссия метана от внутренней
ферментации и систем сбора и хранения навоза
Показатели Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
Средневзвешенный коэффициент пере- 72,25 72,72 70,0 70,0
вариваемости кормов DE, %
Валовая энергия 86929 105410 15180 16174
корма GE, МДж*)
Коэффициент эмис- 101,4 113,6 1,5 1,5
сии от внутренней ферментации EF, кг/гол в год
Доля сухого веще- 1260 1505 224,7 239,4
ства, переходящая в
летучие соединения, кг/год
СН4 - выбросы кг/гол в год 4,05 4,84 1,35 4,24
(ББММ8)
*) Валовая энергия в 1 кг сухого вещества корма принята равной 18,4 МДж.
Таблица 4. Средневзвешенное содержание сырого протеина (СР) в сухом веществе кормов, __поступление (№п1аке) и выход ^ех) азота__
Вид кормов Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
СР Доля кормов СР Доля кормов СР Доля кормов СР Доля кормов
Пастбищные, % 16,12 29,2 16,12 28,9
Сочные, % 12,32 - 12,32 14,3
Грубые, % 13,83 29,9 13,83 16,1
Комбикорма, % 23,57 40,9 23,57 40,1 17,17 100 17,17 100
Средневзвешенная величина СР, % 18,48 18,10 17,17 17,17
Поступление азота (№Щаке), кг/гол 139,7 165,9 22,66 24,13
Выход N (№х), кг/гол в год 90,80 107,83 15,86 16,90
Выход N по ферме, т 12,89 30,62 15,86 16,90
Структура кормов для молочных ферм принята согласно продуктивности и системе содержания [2]. Для фермы №1 (рацион без силоса) требуется организация двупольного севооборота, состоящего из зернового поля и бобово-злаковых трав на сено и зеленый корм. Для фермы №2, где используется силос, - четырехпольный севооборот с добавлением полей для кукурузы и свеклы. Состав комбикорма для свиней определен по рекомендациям ВИЖа: 63% ячменя и 21% пшеницы. Для его производства требуется организация двупольного севооборота. Соевый шрот (11,5%) и минеральные добавки, входящие в рецепт комбикорма, покупаются на
Выделенный с экскрементами азот (№х, кг) для молочного стада определен как разность между азотом, полученным с кормами (МШаке, кг), выделенным с молоком (ЫтПк, кг) и израсходованным на обменные процессы (Nretention, кг) (табл. 4).
МШаке = (аБ/18,4)(СР/100)/6,25, (5) где СР - среднее содержание сырого протеина для разных видов кормов, % [8].
№х = МШаке - (№е1еп1;юп + КшПк), (6) Для свиней количество выделенного азота составило 70% от полученного с кормами (МШаке, кг). Среднее значение содержания сырого протеина для комбикорма свиней СР=17,17%. Содержание сухого вещества в навозе свиней определено как неусвоенная доля сухого вещества кормов: 1 - ББ/ЮО. Общий выход навоза рассчитан из условия влажности экскрементов свиней - 87,5% [4].
стороне, и выбросы от их производства в расчетах не учитываются, табл. 5 [4].
Общая косвенная эмиссия ^О от систем сбора и хранения навоза
^Отё = (Клтмх0,01+КЬБЛСЫх0,025)Х
Х44/28, (7)
где ^Отё - косвенная эмиссия закиси азота атмосферных выпадений ^лтМ) и вымытого азота (^БЛСЫ) систем сбора и хранения навоза, кг. Поскольку компост готовится на площадках с покрытием, не позволяющим проникать жидкой фракции навоза в почву, ^БЛСЫ=0, а величиной ^тм можно пренебречь ввиду небольшой площади под хранением навоза, ^Отё =0.
Таблица 5. Расчет потребности в площадях для производства кормов и утилизации навоза, га
Показатели Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
Потребность в площадях под зерно 177 421 447 476
Потребность в площадях под траву для сена, сенажа, зеленки и травяной резки 129 236
Потребность площадей под кукурузу - 22 - -
Потребность в площадях под свеклу - 59 - -
Общая потребность в площадях 306 738 447 476
В России сельскохозяйственные земли -ведущий источник антропогенных выбросов закиси азота (N20) в атмосферу. Их вклад в общий национальный выброс закиси азота, включая обрабатываемые торфяные почвы, составляет около 85%. Основная причина выбросов - использование органических и минеральных удобрений, а также естественная минерализация почв.
Коэффициент усвоения растениями азота зависит от дозы, вида возделываемых культур, предшественника, почвенных условий, срока внесения, погоды, наличия в почве других элементов питания растений и многого другого. Считается, что на создание урожая затрачивается до 30% внесенного азота. Остальная часть теряется или в небольшой части закрепляется в форме органических соединений в почве. Значительные потери вызваны, как правило, поступлением большей части влаги вне периода вегетации растений. Принятая расчетная доля потерь азота составляет 40% от общего внесенного азота. Соотношения потерь азота в виде аммиака и промывных потерь в виде окислов приняты в равных количествах для всех видов удобрений [8, 9, 10].
Прямой выброс закиси азота от использования минеральных азотных удобрений на дерново-подзолистых почвах выполнен с использованием уточненных национальных коэффициентов составил 0,0238 кг/кг азота. Пересчет с коэффициентом 44/28 позволил определить потери закиси азота [3]. Оценка выброса ^О при внесении органических
удобрений выполнена в соответствии с рекомендациями [3]. Коэффициент эмиссии закиси азота для всех видов органических удобрений, включая азот пожнивных корневых остатков, принят 0,0125 кг/кг азота органических удобрений. Количество азота растительных остатков, поступающего в сельскохозяйственные почвы аграрного сектора, оценивалось в соответствии с разработанной национальной методикой [10], выполненной на основе анализа литературных данных оценки баланса питательных веществ в севооборотах, определяющих массу азота, поступающего в почву при минерализации растительных остатков [11] (табл. 6).
Косвенные выбросы закиси азота от сельскохозяйственных земель учитывались при выращивании кормов в качестве вторичных превращений антропогенных, вымываемых с полей, азотных соединений. Расчет косвенных выбросов закиси азота выполнен по данным об общем количестве азота вносимых минеральных и органических удобрений. Средние значения коэффициентов выбросов закиси азота при описанных процессах составляют 0,025 кг ^К20/кг от вымываемого из почвы азота [3].
При хранении кормов в результате процессов дыхания и брожения происходят выбросы углекислого газа и метана. Процесс аэробного дыхания заключается в окислении моносахаров кислородом воздуха. Потери силосной массы происходят исключительно в результате дыхания и брожения и сопровождаются потерей массы, повышением влажности, выделением большого количества теплоты и изменением газового состава окружающего воздуха (выделяется углекислый газ, метан, аммиак и водород). Выделение углекислого газа при хранении кормов с небольшим содержанием сахара (менее 6%), например, сена из бобово-злаковых трав, зерна и сенажа, может быть представлено уравнением:
С6Н1206 + 602 ^ 6С02 + 6Н20 + 2765 кДж (8)
Расчет по этому уравнению позволяет определить, что окисление 180 кг сахаров выделяет 264 кг СО2.
Таблица 6. Распределения органического и минерального азота при производстве кормов
Показатели Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
N - произведено с учетом подстилки, т 18,00 39,18 21,39 16,90
N - потери при утилизации навоза, т, (%) в том числе: МНз - потери (здесь и далее потери азота) ^О - потери при утилизации навоза 4,50 (25) 5,03 (4,14) 0,57 (0,36) 15,67 (40) 18,08(14,89) 1,23(0,78) 8,56 (40) 9,87 (8,13) 0,67 (0,43) 5,07 (30) 5,74 (4,73) 0,53 (0,34)
N - внесено с учетом потерь, т 13,50 23,51 12,83 11,83
N - общие потери азота после внесения, т в том числе: потери азота в виде МН3 после внесения МО3- - потери вымытого азота ^О - прямые потери при обработке и использовании почв 5,40 3,18 (2,61) 2,62 0,27 (0,17) 9,40 5,53 (4,55) 4,56 0,46 (0,29) 5,13 3,01 (2,48) 2,48 0,25 (0,16) 5,32 3,14 (2,59) 2,59 0,23 (0,15)
^О - косвенные потери азота при обработке и использовании почв 0,39 (0,25) 0,74 (0,47) 0,36 (0,23) 0,25 (0,16)
Удобренная площадь по отношению к потребности, % 1) 123,8 102,7 72,3 50,4
Внесено азотных удобрений (мочевины), т д.в. 23,9 49,2 24,47 14,67
Потери азота от использования минеральных удобрений, т: в том числе в виде М2О в виде МО3-в виде МН3 9,56 0,90 (0,57) 4,50 5,46 (4,49) 19,68 I,84 (1,17) 9,26 II,24 (9,25) 9,79 0,92 (0,58) 4,60 5,59 (4,60) 5,87 0, 55 (0,35) 2,76 3,35 (2,76)
Поступление азота с пожниво-корневыми остатками, т 14,07 26,33 10,23 7,60
Общие потери азота с пожниво-корневыми остатками, т: в том числе в виде МО3-в виде МН3 в виде М2О 5,63 2,73 3,31 (2,72) 0,28 (0,18) 10,53 5,10 6,19 (5,10) 0,52 (0,33) 4,17 2,02 2,45 (2,02) 0,20 (0,13) 3,04 1,47 1,79 (1,47) 0,15 (0,10)
Х) Расчет площадей, необходимых для оптимальной утилизации навоза при производстве кормов с учетом возможной урожайности в определенных агроклиматических условиях, выполнен по методике [12]
Сухое зерно имеет невысокую интенсивность дыхания. За год хранения 1 т сухого зерна при температуре 10-20°С (с влажностью до 14%) теряет за счет дыхания 100 г (0,01%) массы. У зерна средней сухости (от 14, 1 до 15, 5%) интенсивность дыхания примерно в 1,5-2 раза выше, чем у сухого. Влажное зерно (влажность 15,5-17%) разных культур резко увеличивает интенсивность дыхания (кратное): пшеница - в 4-8, овес - в 2-5, кукуруза - в 8,5-17 раз по сравнению с зерном средней сухости.
Температура хранения оказывает существенное влияние на интенсивность дыхания. Зерно, хранящееся при температуре, близкой к 0°С, дышит с малой интенсивностью. По мере повышения температуры интенсивность дыхания возрастает, достигая максимума при 50-55°С, после чего начинает резко падать. Падение совпадает с началом тепловой денатурации белков, инактивации ферментов, т. е. началом гибели зерна [13].
Качество зерна также оказывает существенное влияние на энергию его дыхания.
Чем ниже качество зерна, тем труднее его хранить. Каким бы способом ни дышало зерно, этот процесс вызывает потерю сухого вещества (убыль массы) зерна. Расходуемая при дыхании глюкоза постоянно пополняется за счет ферментативного гидролиза крахмала.
При силосовании кормов с высоким содержанием сахара (свекла, кукуруза) происходит более активное выделение метана из силосуемой массы (чем при дыхании). Вклады отдельных химических веществ в формирование биогаза можно вычислить путем использования стехиометрических уравнений для безазотистых веществ [14]: СаНьОс +(а -Ь/4 - с/2)Н20 ^ (а/2 + Ь/8 - с/4)СН4 +(а/2 - Ь/8 + с/4)СО2 (9) Тогда для глюкозы это уравнение примет вид:
С6Н12О6 +Н2О ^ 3СН4 + 3СО2 (10)
Это уравнение позволяет определить, что при распаде одной кг-молекулы глюкозы образуются три кг-молекулы метана и три кг-молекулы углекислого газа. В процессе пре-
образования 180 кг глюкозы будет получено 48 кг метана и 132 кг углекислого газа.
Результаты расчетов эмиссии метана и двуокиси углерода от хранения годового запаса кормов с учетом его естественного расхода представлены в таблице 7.
Дыхательные и ферментативные процессы тесно связаны с содержанием сухого вещества в фураже. Подвергающийся силосованию фураж с низким содержанием влаги (не выше 65%) и в условиях изоляции доступа воздуха дает низкую выработку органических кислот и аммиака с большим количеством оставшихся углеводов. Поэтому респираторные и окислительные потери можно контролировать посредством удаления кислорода, потери, вызванные брожением, можно ограничить снижением влажности фуража [15]. При стационарном сжигании топлива выбросы двуокиси углерода являются результатом высвобождения углерода из топлива в ходе его сгорания и зависят от его содержания. Содержание углерода в топливе является физико-химической характеристикой, присущей каждому конкретному виду топлива, и не зависит от процесса или условий сжигания топлива.
Исходными данными для расчета выбросов в данном случае являются сведения о количестве и виде сожженного за год ископаемого топлива на осуществление данного технологического процесса и его химико-физические характеристики, воздействующие на процесс горения, такие, как теплотворное нетто-значение топлива (ТНЗ) и содержание углерода. Содержание углерода в топливе может определяться в лаборатории на предприятии, что позволяет рассчитать собственный коэффициент выбросов двуокиси углерода и получить более точное значение выбросов. Использование собственных коэффициентов выбросов предпочтительнее усредненных коэффициентов, указанных в методике. Расчет выбросов СО2 выполнен для дизельного топлива и представлен в таблице 1. Расчет вредных выбросов при обслуживании животных, обработке почв и выращивании кормовых культур проводился по видам и расходу топлива для производства всех кормовых культур согласно технологиям их выращивания [16].
Распределение выбросов парниковых газов (N20, СН4, С02) и аммиака для четырех технологий по основным технологическим процессам представлено в таблицах 8 и 9.
Таблица 7. Расчет эмиссии метана и двуокиси углерода от хранения годового запаса кормов
Показатели Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
Комбикорма (зерно), т с. в. 190,0 434,1 481 512
Естественная убыль зерна, % с.в. 0,023
Потеря сахара в зерне, кг 43,70 99,85 111 118
Выделено СО2 зерном, кг 64,1 146,5 162 173
Силос (кукуруза и свекла), т с.в. 153,2
Убыль сахара в силосе, % 17
Среднее содержание сахара в силосе, кг 23634,2
Потеря сахара в силосе, кг 4017,8
Выделено силосом СО2, кг 2946,4
Выделено силосом СН4, кг 1071,4
Хранение сенажа, кг с.в. 43215 92493
Содержание сахара в сене и сенаже, кг/кг 0,067
Среднее содержание сахара в сенаже, кг 2895,4 6197,1
Убыль сахара в сенаже, % 11
Потеря сахара в сенаже, кг 318,5 681,6
Выделено сенажом СО2, кг 467,2 999,8
Заложено сена, кг с.в. 80703 76755
Среднее содержание сахара, кг 5407 5142,6
Потери сахара в сене, % 7
Потер сахара в сене, кг 378,5 360,0
Выделено сеном СО2, кг 555,2 528,0
Выделено кормами СО2, кг 1086,4 4629,6 162 173
Выделено кормами СН4, кг 1071,4
Таблица 8. Выбросы парниковых газов
(в эквиваленте СО2) и аммиака
Потери в виде: Ферма №1 Ферма №2 Ферма №3 Ферма №4
N2O, % 59 56 49 36
СН4, % 29 32 5 9
СО2, % 12 12 46 55
Удельные выбросы МН3, кг/кг белка 1,03 1,04 0,66 0,38
Таблица 9. Потери азота навоза по основным технологическим процессам, кг/кг
Выводы:
1. Производство белка в виде мяса снижает экологическую нагрузку на окружающую среду на 48%. Рост интенсивности содержания молочного стада (увеличение продуктивности на 20%) и переход на беспривязное содержание сокращают эквивалент удельной эмиссии парниковых газов с 73 до 63 кг/кг произведенного белка (на 13,7%, табл.1) и практически не увеличивают удельную эмиссию аммиака (табл.8).
2. Удельные суммарные потери азота органических и минеральных удобрений возрастают незначительно с 45,3 до 48,6% при использовании в рационе сочных кормов.
3. Увеличение потерь азота при утилизации навоза в виде компоста (с 25 до 40%), вызванное переходом от доения в стойле к доению в зале, и сокращение поступления воды в навоз повысило концентрацию азота в компосте из-за снижения доли соломы. Использование прогрессивных методов уборки навоза (многократное в течение суток удаление навоза скреперами с автоматизированным приводом) и приготовление компоста в канале позволит сократить потери азота на стадии утилизации навоза, увеличить произ-
водство продукции и улучшить экологическую ситуацию в целом.
4. Лучшей среди рассмотренных технологий откорма свиней следует признать технологию, применяемую на ферме №4. Эта технология имеет самые низкие показатели вредных выбросов как по эквиваленту удельной эмиссии парниковых газов, так и по аммиаку. Однако следует учесть несовершенство используемых методик расчета. Азот компоста по технологии 1 в первый год после внесения используется лишь наполовину, остальная доля усваивается землей и используется в течение 3-4 последующих лет, в то время как жидкий навоз, полученный по технологии 2, почти весь (за исключением незначительной доли) используется в год внесения. Производство и использование жидких органических удобрений сокращают потери азота на стадии уборки и подготовки его к использованию, но увеличивают их при выращивании кормов (в пересчете на га), табл. 9. Наибольшие потери азота выявлены при созревании компоста. Для снижения потерь следует использовать «холодный» способ компостирования или продувку воздухом для интенсификации окислительного процесса. Для снижения потерь при использовании жидкого навоза необходимо строго соблюдать сроки внесения его в почву и не использовать для удобрения песчаных почв.
5. Существующие представления о повышении эффективности производства при росте продуктивности животных подтверждены и снижением экологической нагрузки на окружающую среду.
Литература:
1. Trunk W., Zeddies J. Ökonomische Beurteilung von Schadgasemission bei der Milcherzeugung // Agrarwirt-schaft 45. 1996. H. 2. S. 111-128.
2. Нормы технологического проектирования предприятий КРС (НТП 1-99). М., 1998. 89 с.
3. Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом за 1990-2009 гг. Ч.1. М., 2011. 386 с.
4. Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помёта (НТП 17-99). М., 1999. 69 с.
5. NH3 -, N2O- und CH4- Emission aus einem Schragbo-denstall fur Mastschweine // Landtechnik. 2005. №5.
произведенного белка
Наименование техно- Ферма Ферма Ферма Ферма
логического процесса №1 №2 №3 №4
Утилизация навоза: 0,27 0,40 0,27 0,138
в т.ч. в виде аммиака 0,25 0,38 0,26 0,136
Выращивание кормов: 1,01 1,26 0,62 0,38
в т.ч. в виде аммиака 0,48 0,60 0,30 0,18
в т.ч. в виде окислов 0,48 0,60 0,30 0,18
Выращивание кормов 52,9 55,0 60,5 61,4
(кг/га):
в т.ч. в виде аммиака 25,1 26,0 29,6 29,7
в т.ч. в виде окислов 25,1 26,0 29,6 29,7
6. Abdeckmaterialien für Lagerbehalter mit Schweinegul-le im Test / Wanka U. and ot. // Landtechnik. 1998. №1.
7. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. М., 2003. 455 с.
8. Оценка экономического ущерба окружающей среде при производстве и использовании удобрений / Грид-нев П.И. и др. // Доклады РАСХН. 1998. №6. С. 32-34.
9. Усвоение растениями питательных веществ из удобрений. URL: Okade ru>pitatelnyhveschestvizudobreniy
10. Романовская А.А. Основы мониторинга антропогенной эмиссии и стоков парниковых газов (СО2, N2O, СН4) в животноводстве при сельскохозяйственном землепользовании и изменении землепользования в России: автореф. дис. д. б. н. М., 2008. 47 с.
11. Левин Ф.И. Количество растительных остатков в посевах полевых культур и его определение по урожаю основной продукции // Агрохимия. 1977. №8.
12. Морозов Н.М., Гриднев П.И., Гриднева Т.Т. Технологические и научно-технические проблемы эффективного функционирования технических систем подготовки навоза к использованию в качестве органических удобрений. Подольск, 1998. 54 с.
13. Биохимические процессы, происходящие в зерновой массе. URL: http://www.edka.ru/ artikle/vred/edbe/ biohmi4eckie_proceccy_proichodagievzernvoi mac. htm
14. Вайсбах Ф. Будущее силосования кормов. URL: http://agroobzor.ru/korm/a-120.html.
15. Хранение силоса. URL: http://bivax.com.ua
16. Технологические карты возделывания сельскохозяйственных культур. Тамбов, 2011. 96 с.
Literatura:
1. Trunk W., Zeddies J. Ökonomische Beurteilung von Schadgasemission bei der Milcherzeugung // Agrarwirt-schaft 45. 1996. H. 2. S. 111-128.
2. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya predpri-yatij KRS (NTP 1-99). M., 1998. 89 s.
3. Nacional'nyj doklad o kadastre antropogennyh vybro-sov iz istochnikov i absorbcii poglotitelyami parnikovyh
gazov, ne reguliruemyh Monreal'skim protokolom za 1990-2009 gg. CH.1. M., 2011. 386 s.
4. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i po-myota (NTP 17-99). M., 1999. 69 s.
5. NH3 -, N2O- und CH4- Emission aus einem Schragbo-denstall fur Mastschweine // Landtechnik. 2005. №5.
6. Abdeckmaterialien fur Lagerbehalter mit Schweinegul-le im Test / Wanka U. and ot. // Landtechnik. 1998. №1.
7. Normy i raciony kormleniya sel'skohozyajstven-nyh zhivotnyh. M., 2003. 455 s.
8. Ocenka ehkonomicheskogo ushcherba okruzhayush-chej srede pri proizvodstve i ispol'zovanii udobrenij / Gri-dnev P.I. I dr. // Doklady RASKHN. 1998. №6. S. 32-34.
9. Usvoenie rasteniyami pitatel'nyh veshchestv iz udobre-nij. URL: Okade ru>pitatelnyhveschestvizudobreniy
10. Romanovskaya A.A. Osnovy monitoringa antropo-gennoj ehmissii i stokov parnikovyh gazov (SO2, N2O, SN4) v zhivotnovodstve pri sel'skohozyajstvennom zem-lepol'zovanii i izmenenii zemlepol'zovaniya v Rossii: avtoref. dis. d. b. n. M., 2008. 47 s.
11. Levin F.I. Kolichestvo rastitel'nyh ostatkov v posevah polevyh kul'tur i ego opredelenie po urozhayu osnovnoj produkcii // Agrohimiya. 1977. №8.
12. Morozov N.M., Gridnev P.I., Gridneva T.T. Tekhno-logicheskie i nauchno-tekhnicheskie problemy ehffektiv-nogo funkcionirovaniya tekhnicheskih sistem podgotovki navoza k ispol'zovaniyu v kachestve orga-nicheskih udobrenij. Podol'sk, 1998. 54 s.
13. Biohimicheskie processy, proiskhodyashchie v zerno-voj masse. URL: http://www.edka.ru/ artikle/vred/edbe/ biohmi4eckie_proceccy_proichodagievzernvoi mac.htm
14. Vajsbah F. Budushchee silosovaniya kormov. URL: http ://agroobzor.ru/korm/a-120. html.
15. Hranenie silosa. URL: http://bivax.com.ua
16. Tekhnologicheskie karty vozdelyvaniya sel'skoho-zyajstvennyh kul'tur. Tambov, 2011. 96 s.
THE RESULTS OF THE ENVIRONMENTAL POLLUTION LEVEL MODELLING AT THE MILK AND PORK PRODUCTION
P.I. Gridnev, doctor of technical sciences
T.T. Gridneva, candidate of technical sciences
All-Russian research Institute of animal husbandry mechanization
Abstract. The approaches to the environmental pollution's assessment on the milk production's example for two dairy farms for 100 and 200 cows and two farms for pigs indoors fattening for 1000 feeding places with different productivity, maintenance system, use or lack of roughage in the dairy herd's ration, manure removal are outlined. All farms use feed of their own produce. The organic fertilizer produced from the manure are added on the area under fodder production. The environment protection it is proposed to make by animals' maintenance technologies improving. This will allow to reduce the environmental pollution without radical measures related to these products's rejection. It is offered like the developed countries' an example, the penal function for pollution to replace by the propaganda and technologies with better environmental index's implementation. The each technology application's feasibility it is proposed to evaluate by the losses and harmful emissions of (particularly greenhouse) gases for the ecosystem. The current scheme advantages is it allows to compare the product's cost with the environment's losses and damage. Just the technology with the best environmental index should form the basis of industry development strategy. This approach will contribute to the harmful emissions' contraction, product manufacturing losses' reduction and the living environment's improvement. The given calculations had showed that the protein producing in the form of meat reduces the ecological load on the environment in 48% compared to the milk production. The dairy herds production in 20% increasing and tie free maintenance transition contract the greenhouse gas specific emissions' equivalent from 73 till 63 kg/kg of produced protein and practically haven't increase the ammonia specific emissions. Keywords: environmental pollution, greenhouse gases emissions, animals maintenance, nitrogen's losses, wash soil.
