CC BY
40УДК 553.97:553.973 Курзо Б.В.
Курзо Борис Валентинович, д. т. н., доцент, заведующий лабораторией Институт природопользования НАН Беларуси. Беларусь, 220114, г. Минск, ул. Ф. Скорины, д. 10. [email protected].
Макаренко Т.И.
Макаренко Татьяна Ивановна, мл. н. с., Институт природопользования НАН Беларуси. Беларусь, 220114, г. Минск, ул. Ф. Скорины, д. 10. [email protected].
Гайдукевич О.М.
Гайдукевич Олег Михайлович, к. т. н., с. н. с., Институт природопользования НАН Беларуси. Беларусь, 220114, г. Минск, ул. Ф. Скорины, д. 10. olek2008@ Ш^у
ВОЗМОЖНОСТИ СОВМЕСТНОГО ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТОРФА И САПРОПЕЛЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В БЕЛАРУСИ
Аннотация. Выполнен анализ затрат энергии при разных способах совместной добычи торфа и сапропеля для сельского хозяйства. Установлено, что наименьшими удельными вложениями энергии характеризуется экскаваторная технология добычи и сушки сапропеля на выбывшем из эксплуатации торфяном участке. Расчеты показывают, что затраты на производство сапропелевых удобрений смешанного типа на торфяном участке по экскаваторной технологии и их внесение на пахотных угодьях района ниже затрат по сравнению с применением только минеральных удобрений при сопоставимом удобрительном эффекте. Сделан вывод, что имеющаяся в Республике Беларусь сырьевая база торфа и сапропеля перспективна для использования в сельском хозяйстве.
Kurzo B.V.
Kurzo Boris V., Dr. for Technical Sciences Assistant Professor, Head of Laboratory Institute for Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus.
Makarenko T.I.
Makarenko Tatyana I., Junior Researcher, Institute for Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus.
Hajdukiewich O.M.
Hajdukiewich Oleg M., PhD. (Technical) Senior Researcher Institute for Nature Management of the National Academy of Sciences of Belarus.
OPPORTUNITIES OF THE JOINT DEVELOPMENT OF PEAT AND SAPROPEL DEPOSITS FOR AGRICULTURAL IN BELARUS
Annotation. The analysis of energy consumption was carried out for different methods of the joint extraction of peat and sapropel for agriculture. It has been established that the excavation technology of sapropel extraction and drying in the peat section out of service is characterized by the smallest specific energy investment. Calculations show that the costs of the production of mixed-type sapropel fertilizers on the peat site using excavation technology and their application on the arable lands of the region are lower than the costs compared to the use mineral fertilizers only with a comparable fertilizer effect. It is concluded that the raw material base of peat and sapropel available in the Republic of Belarus is promising for use in agriculture.
Ключевые слова: торф, сапропель, технологии добычи, удобрения, затраты энергии, эффективность.
Keywords: peat, sapropel, extraction technologies, fertilizers, energy costs, efficiency.
Введение
Тенденции развития современного сельскохозяйственного производства свидетельствуют, что для получения планируемых урожаев используются повышенные дозы минеральных удобрений, пестицидов, химических стимуляторов роста. В последнее время большое внимание уделяется органическому сельскому хозяйству, основанному на отказе от широкого применения средств химизации и использовании природных органических и органоминераль-ных удобрений: навоза, торфа, сидеритов и т. д. Для повышения урожайности более активно используются севообороты и специальные методы обработки почвы.
Немаловажная роль в ведении экологически чистого сельского хозяйства, наряду с торфом, отводится сапропеля. Многочисленными исследованиями установлено, что сапропель - экологически чистое природное сырье, которое имеет разнообразный вещественный состав, гомогенную структуру, широкий спектр макро- и микроэлементов, свободных и связанных аминокислот, витаминов, ферментов и других биологически активных веществ [1, с. 7]. Торф и сапропель с успехом применяют в различных отраслях хозяйства: медицине и косметологии, сельском хозяйстве, ветеринарии, строительной индустрии, буровой практике, при производстве местного топлива и др.
Беларусь обладает значительными запасами торфа и сапропеля, опытом по их добыче и использованию. В результате поисково-оценочных и детальных работ, выполненных в конце прошлого века, установлен ресурсный потенциал сапропеля озер [2], выявлено более 480 выбывших из эксплуатации торфяных участков, подстилаемых сапропелем, с общими запасами последнего более 350 млн т [3, с. 101].
В республике в настоящее время сапропель добывается из девяти озер. Общий объем добычи составляет около 200 тыс. т, что несопоставимо мало по сравнению с огромными ресурсами, которые составляют более 4 млрд м3 или 1,6 млрд т в пересчете на условную 60 %-ную влажность. Из них 2,8 млрд м3 сосредоточено в озерах и 1,2 млрд м3 - под торфом.
Ресурсы торфа в республике в 2,5 раза больше, чем сапропеля и составляют около 4 млрд т. Торфопредприятия и их филиалы добывают в год 2,8-3 млн т торфа, более 70 % которого используется для производства различных видов топлива, а из остального изготавливается продукция для сельского хозяйства.
Издержки при добыче и переработке сапропелевого сырья существенно снижаются при освоении ресурсов сапропеля на выбывших из эксплуатации участках торфа по ресурсосберегающей экскаваторной технологии с послойно-поверхностным способом уборки. В значительной степени это обусловлено достаточно низким (75-80 %) уровнем естественной влажности сапропеля, залегающего под слоем торфа.
Результаты и их обсуждение
Ранее показано, что для создания бездефицитного баланса гумуса в пахотных почвах Республики Беларусь среднегодовая потребность в органических удобрениях составляет 12,0 т/га, или 57 млн т [4, с. 73]. В настоящее время в среднем вносится около 8,9 т/га органических материалов. Восполнение потребности в гумусе возможно за счет торфа и сапропеля.
Основным органическим удобрением для почв считается торф, внесение которого без предварительного компостирования с навозом обогащает почву гумусом. Однако из-за медленной скорости минерализации органического вещества в пахотном слое и несбалансированности торфа по элементам питания этот прием экономически невыгоден. Следует учесть, что в республике многие животноводческие комплексы удалены от мест добычи торфа. Это делает приготовление торфонавозных компостов экономически неоправданным. В таких местах для производства удобрений целесообразно и перспективно использовать сапропель, в том числе залегающий под торфом, что значительно более эффективно, чем добыча сапропеля из озер.
Сапропелевые удобрения (СУ) более, чем торфяные, увеличивают содержание и запасы гумуса и азота в почве. Лучший результат наблюдается при применении СУ на основе смешанного типа сапропеля, который по продуктивности севооборота не уступает навозу. При перевозке на 2-5 км рентабельны дозы 40 и 80 т/га СУ всех типов и 120 т/га смешанных [5, с. 15]. Сочетание 40 т/га СУ + ЫюоРвоКцо позволяет добиваться максимальной продуктивности севооборота (не менее 65 ц/га к. ед.) и положительной рентабельности в расчете на тонну СУ.
С учетом специфических горногеологических условий месторождений и свойств залежей используют несколько технологий добычи и переработки сапропеля. При выборе способа добычи решающим фактором является энергозатратность технологий. Для оценки энергоэффективности технологий использованы материалы по освое-
нию действовавших ранее в Республике Беларусь производственных участков, работавших по гидромеханизированной технологии (озера Вечер и Червоное), экскаваторно-грейферной (озера Мено и Большое Юров-
ское) и экскаваторной на торфяных участках Закружка и Лавы. Структура совокупных удельных энергозатрат при разработке сапропелевых месторождений по различным технологиям показана на рисунке.
Рис. Совокупные удельные затраты энергии при добыче сапропеля различными способами в Республике Беларусь Fig. Cumulative energy costs for sapropel mining in various ways in the Republic of Belarus
Наименьшими вложениями энергии в добычу 1 т сапропелевого сырья условной 60 %-ной влажности характеризуется экскаваторная технология на выбывшем из эксплуатации торфоучастке, подстилаемом сапропелем. Здесь добыча сапропеля осуществляется, как правило, в условиях имеющейся инфраструктуры торфяного производства по разработанной и опробованной ранее технологии [6]. Поэтому вложения энергии на обустройство месторождений незначительны, а совокупные энергозатраты в расчете на единицу готовой продукции примерно на 45-70 % ниже, чем при организации работ по гидромеханизированной или экскаваторно-грейферной технологиям, и составляют 80-125 МДж/т.
Из имеющихся технологий наибольшими вложениями энергии в добычу 1 т сырья условной 60 %-ной влажности характеризуется экскаваторно-грейферная с экскаваторной перегрузкой сапропеля из баржи на транспортное средство на берегу. При использовании данной технологии расходуется более 200 МДж/т совокупной энергии, что на 35 % больше, чем для экскаваторного способа. Применение этой технологии на малых объектах с гидромеханизированной перегрузкой сырья на берегу позволяет снизить удельные энергозатраты до 120 МДж/т. Добыча сапропеля средствами гидромеханизации также характеризуется повышенными удельными энергетическими вложениями -около 130-140 МДж/т. При этом самыми
энергоемкими операциями, вследствие повышенной металлоемкости применяемого оборудования, являются экскавация сапропеля, на что расходуется 35-53 % совокупной энергии, и транспорт пульпы к береговым чекам-отстойникам -15-40 %.
При добыче сапропелевой лечебной грязи на озере Судобль применяется перспективная ковшово-элеваторная технология извлечения сапропеля. Прямые энергозатраты на топливо и электроэнергию, косвенные затраты на машины и оборудование для данной технологии сравнимы с экскаваторной технологией на торфоучастке. Пониженные совокупные удельные энергозатраты при добыче по данному способу объясняются сбалансированностью мощности силовых установок с объемом добычи и физическими свойствами залежи. Широкому внедрению ковшово-элеваторной технологии добычи сапропеля препятствуют ограничения по глубине разработке залежи и сложность изготовления установки по индивидуальному проекту, в отличие от других технологий, где используется серийно выпускаемое оборудование.
Разрабатываются другие способы и средства добычи озерного сапропеля совместно с торфом. Показана возможность использования для этого технологии канатного скрепе-рования [7], которая рекомендуется для разработки малых по площади (до 10-15 га) месторождений в озерах и на торфоучастках, прибрежных участках крупных озер и сред-
них по площади месторождений удлиненной конфигурации с плечом экскавации до 150 м. Технология канатно-скреперной добычи сапропеля естественной влажности испытана в Лельчицком районе Гомельской области. Затраты энергии при добыче канатным скрепером увеличиваются пропорционально плечу экскавации за счет снижения производительности оборудования. Резервы ее
повышения - в увеличении скорости холостого хода и объема ковша.
Расчеты показывают, что затраты на производство сапропелевых удобрений и их окупаемость зависят от агрохимического состава сырья, технологии добычи и приготовления удобрений, расстояния перевозки готовых удобрений от месторождения до удобряемых сельхозугодий (табл. 1).
Таблица 1. Затраты на производство СУ Table 1. Costs for the production of sapropel fertilizers (SF)
Технология добычи Технологические операции Расстояние до сельхозугодий, км Цена удобрений (франко-штабель) Затраты на погрузку, транспорт и внесение Итого затрат
долл. США/т
Гидромеханизированная, озеро Червоное Фрезерование 1 9,7 0,7 10,4
5 1,1 10,8
15 2,3 12,0
Экскаваторная на осушенном озере Прибыловичи Лущение и дискование 1 4,2 0,7 4,9
5 1,1 5,3
15 2,3 6,5
Экскаваторная на южном участке т. м. Нивское (расчет) Лущение и дискование 1 5,1 0,7 5,8
5 1,1 6,2
15 2,3 7,4
Канатно-скреперная, озеро Буевское(предварительная оценка) Лущение и дискование 1 3,0 0,7 3,7
5 1,1 4,1
15 2,3 5,3
В связи с увеличением цен на азотные и фосфорные удобрения в последнее время проводятся работы по поиску сапропелевых месторождений с повышенным содержанием фосфора и азота в сырье. Содержание данных элементов в некоторых залежах, как показывают исследования, может составлять 1,5-4 и более процентов на сухое вещество. Применяемые в настоящее время сапропелевые удобрения из местного сырья
месторождения в озере Прибыловичи с повышенным содержанием азота, фосфора, кальция, органического вещества, микроэлементов в дозах 33 т/га практически заменяют минеральные удобрения и карбонатные материалы в основную заправку, что позволяет экономить до 390 долл. США на 1 га сельхозугодий за счет существенной замены минеральных туков (табл. 2).
Таблица 2. Расчет применения СУ смешанного типа месторождения Прибыловичи в сравнении с эквивалентной дозой минеральных удобрений (МУ)
при внесении на 1 га, у. ед. (на середину 2009 г.)
Table 2. Calculation of the use of sapropel fertilizers (SF) of the mixed type of the Pribylovichi deposit in comparison with the equivalent dose of mineral fertilizers (MF) when applied to 1 ha, c. units (mid-2009)
Стоимость Итого
удобрений доставки погрузки и внесения
Сапропелевые удобрения (СУ) смешанного типа 490,0 408,0 82,9 -394,8
Эквивалентная доза минеральных удобрений (МУ) по действующему веществу 1161,6 163,5 115,6
Разность стоимости применения СУ - МУ -671,6 +244,5 +32,3
Примечание. Дозы внесения в основную заправку: сапропелевые удобрения 33 т/га; суперфосфат (8/30) - 1,57 т; карбамид (46) - 1,36 т; хлористый калий (56) - 0,42 т; доломитовая мука -13,2 т. Расчеты по состоянию на 2009 г.
Кроме того, одновременно с сапропелем вносится в среднем 16,5 т/га органического вещества, обогащающего почву гуминовы-ми и фульвовыми кислотами. После минерализации органических веществ часть элементов питания, находящихся в поглощенном состоянии, высвобождается, становится доступной для растений и усваивается в результате ионно-обменных реакций. Этим объясняется эффект последействия сапропелевых удобрений.
Использование открытого способа добычи сапропеля с помощью экскаватора из осушенных озер (оз. Прибыловичи) и тор-фоучастков (участок месторождения Бенин, осваиваемый южный участок месторожде-
ния Нивское) в совокупности с разработкой наиболее ценных в агрохимическом отношении сапропелевых залежей делают минимальными текущие затраты и увеличивают прибавки урожая до 40 кормовых единиц (к. ед.) в расчете на 1 т внесенного сапропелевого удобрения, при нормативе окупаемости органических удобрений в республике 30 к. ед. на 1 т [4, с. 6]. Это способствует тому, что экономическая эффективность добычи сапропеля из таких объектов заметно возрастает, а его применение в растениеводстве становится рентабельным на расстоянии до 10-12 км от места заготовки (табл. 3).
Таблица 3. Эффективность применения 1 т СУ, добытых по различным технологиям за счет прибавки урожая Table 3. The effectiveness of the use of 1 ton of sapropel fertilizers (SF), produced by various technologies due to yield increase
Технология Расстояние до удобряемых сельхозугодий, км Прибавка урожая Доход + (потери -) на 1 т удобрений, долл. США
к. ед./т стоимость, долл. США
Гидромеханизированная 1 30 4,4 -6,0
5 -6,4
15 -7,6
Экскаваторная 1 40 5,7 + 0,8
5 + 0,4
15 -0,8
Канатно-скреперная 1 35 5,0 + 1,3
5 + 0,9
15 -0,3
Примечание. Стоимость 1 т к. ед. на дату расчетов составляла 142,8 долл. США.
Следует учитывать эффект последействия СУ, который проявляется до 4-5 лет после заправки поля [1, с. 140]. С учетом этого фактора, прибавки урожая от применения 1 т СУ увеличиваются в 3,5-4 раза. Кроме того, использование карбонатного или смешанного сапропеля (участок Бенин, южный участок Нивское) в дозе 40 т/га позволяет вносить 4-6 т на 1 га известковых материалов в пересчете на СаСОз и избежать поддерживающего известкования сельхозугодий, что способствует экономии бюджетных средств.
В настоящее время в Кличевском районе Могилевской области в рамках Государственной научно-технической программы «Природопользование и экологические риски» реализуется два взаимно дополняющих друг друга научных проекта по внедрению принципов органического сельского хозяйства, которые позволят организовать производство эффективных торфо-сапропелевых грунтов и СУ на базе местных месторождений с целью получения конку-
рентоспособных удобрений и гуминовых препаратов для органического земледелия и разработать систему экологического управления агроландшафтами на основе внедрения технологий органического растениеводства и механизмов лесоаграрной интеграции. В Кличевском районе имеются ранее выбывшие из активной разработки торфяные месторождения с запасами сапропеля (Гончанское, Нивское, Миложня и др.). По составу и свойствам, горнотехническим условиям залегания торфа и сапропеля наиболее перспективным для повторного освоения является месторождение Нивское.
В результате детальных геологоразведочных работ на выбывшем из эксплуатации южном участке площадью 20 га этого месторождения установлено, что оставшиеся здесь запасы торфа составляют 28,8 тыс. т, сапропеля - 101,5 тыс. т. Состав сапропеля смешанного типа следующий: зольность - 51,6, влажность - 77,6, рН (КС1)-6,7, содержание азота - 2,1 % на сухое веще-
ство (СВ), Р205 - 1,5 %, К20 - 0,4 %, 503 -1,4 %, СаО - 15,9 %. В настоящее время проводятся подготовительные работы по освоению данного месторождения для выпуска сапропелевых удобрений, питательных грунтов, торфа для компостирования с навозом и гуминовых препаратов. Здесь освоение торфо-сапропелевого месторождения является экономически выгодной при производстве конечной продукции в объеме не менее 3 тыс. т в год и налаженном сбыте.
Прогнозный расчет экономической эффективности использования СУ месторождения Нивское в сравнении с применением минеральных удобрений на фоне органических удобрений в виде пожнивно-корневых остатков под картофель и кукурузу (силос) на дерново-подзолистой почве под планируемую урожайность первой культуры 250-300 ц/га и второй - 450-500 ц/га представлен в
табл. 4.
В качестве альтернативы минеральным удобрениям под основную заправку рассматривалась доза сапропелевых удобрений месторождения Нивское в количестве 40 т/га. По данным многолетних экспериментов с сапропелевыми удобрениями разрабатываемых озер показано [1], что наиболее эффективным является их внесение в дозах 40-50 т/га.
С увеличением дозы СУ урожайность также повышается, но незначительно, а окупаемость 1 т удобрений снижается. За счет быстрой трансформации органического вещества сапропеля в первый год СУ смешанного типа обеспечивают получение 54 % урожая [5, с. 16], и действие его продолжается в последующие годы. При этом последействие сапропеля при повышенных дозах дает прибавки урожая, близкие к прибавкам в первый год внесения.
Сапропелевые удобрения (СУ)
Наименование основных элементов питания, вносимых с СУ Валовое содержание элементов на С В, % Кол-во элементов в 40 т сапропелевых удобрений, кг д. в. Прогноз усвоения по годам, кг д. в. Стоимость СУ франко-штабель, руб.
1-й год 2-й год 3-й год 4-й год 5-й год 1т 40 т
Азот 2,1 840 240 210 210 180 - 10,2 408
Фосфор 1,5 600 100 120 125 130 125
Калий 0,4 160 30 40 60 30 -
Карбонаты кальция 28,5 11400
Стоимость погрузки и доставки 40 т СУ до потребителя (ср. расстояние 40 км), руб. 348
Стоимость внесения 40 т СУ разбрасывателем ПРТ-10, руб. 48
Общая стоимость 40 т СУ с доставкой и внесением, руб. 804
Минеральные удобрения (МУ) и доломитовая мука
Наименование минерального удобрения Дейст. вещество Кол-во д. в. МУ за 1 год внесения, кг Кол-во д. в. МУ за 4 года внесения, кг Стоимость 1 т по д. в. МУ на ст. Несета, руб. Всего стоимость 1 т по д. в. МУ за 4 года внесения, руб. Итого стоимость МУ и доломитовой муки, руб.
Мочевина (марка Б) N 100 400 1217 486,8 1320
Суперфосфат-8/30 р2о5 80 320 1760 563,2
KCl 60 К20 100 400 140 56,0
Доломитовая мука СаСОз MgC03 4500 4500 48 214,2
Стоимость доставки и внесения IV ние 40 км) за 4 года, руб. У и доломит, муки до потребителя (ср. расстоя- 280
Общая стоимость МУ и доломитовой муки с доставкой и внесением за 4 года, руб. 1600
Таблица 4. Расчет применения сапропелевых удобрений (СУ) смешанного типа месторождения Нивское в сравнении с минеральными удобрениями (МУ) при внесении на 1 га сельскохозяйственных угодий на дерново-подзолистой супесчаной почве (средняя доза под картофель и кукурузу в основную заправку)
Table 4. Calculation of the use of sapropel fertilizers (SF) of the mixed type of Nivskoye deposit in comparison with mineral fertilizers (MF) when entering agricultural land per 1 ha on sod-podzolic sandy loam soil
(an average dose for potatoes and corn in the main dressing)
Расчеты показывают, что стоимость приобретения (по ценам 2018 года для производителей сельхозпродукции) и внесения МУ под основную заправку в течение последействия СУ (4 года) в два раза превосходят затраты на заготовку последних на торфоучастке по экскаваторной технологии и внесение в дозах 40 т/га (табл. 4). Выполненные прогнозные сопоставительные расчеты указывают на целесообразность освоения выбывшего из эксплуатации торфяного месторождения с сапропелем Нивское с годовой добычей торфа 1 тыс. т и сапропеля 2,5 тыс. т в пересчете на 60 %-ную условную влажность для обеспечения развития в регионе биологического земледелия.
Заключение
Для замены минеральных удобрений и пестицидов органическими компонентами необходимо шире использовать ресурсы экологически чистого сапропелевого сырья, общие запасы которого в Республике Беларусь составляют более 1,6 млрд т. По энергозатратности наименьшими вложениями в добычу 1 т торфяного и сапропелевого сырья условной 60 %-ной влажности характеризуется экскаваторная технология на ранее выбывшем из эксплуатации торфяном участке, подстилаемом залежью сапропеля.
Опыт разработки сапропелевых месторождений убеждает, что добыча сапропеля, кроме заметного улучшения экологической ситуации на мелиорируемых участках дает возможность вовлечь в сферу сельскохозяйственного использования ценное агрохимическое сырье, что способствует созданию условий для внедрения механизмов органического сельского хозяйства. Применение новых технологий совместной добычи и переработки торфяного и сапропелевого сырья в качественные органомине-ральные удобрения позволяет получать чистый доход от повышения урожайности сельхозугодий, частичной или полной за-
мены минеральных удобрений.
Выполненные расчеты показывают перспективность освоения местных ресурсов торфа и сапропеля на торфоучастке месторождения Нивское по экскаваторной технологии. Стоимость внесения СУ в почву в дозах 40 т/га приблизительно в два раза ниже стоимости приобретения и внесения минеральных удобрений под основную заправку в течение четырехлетнего периода последействия сапропелевых удобрений. Положительный опыт обеспечения биоорганического сельского хозяйства эффективными природными органоминеральными можно будет распространить на иные подобные объекты.
Библиографический список
1. Лопотко М.З. Сапропели в сельском хозяйстве / М.З. Лопотко, Г.А. Евдокимова, П.Л. Кузьмицкий. Минск: Навука 1 тэхнжа, 1992.216 с.
2. Кадастр сапропелевых отложений озер Белорусской ССР / Под ред. акад. И.И. Лиштвана. Т. 1-6. Минск: Наука и тэхника, 1981. 254 с.
3. Курзо Б.В. Вещественный состав и ресурсы сапропеля на торфяных месторождениях Беларуси / Б.В. Курзо, Л.П. Пекач, О.П. Чубарева // Природопользование. Вып. 7. Минск, 2001. с. 97-102.
4. Система применения удобрений / В.В. Лапа, В.Н. Емельянова, Ф.Н. Леонов [и др.]; под ред. проф. В.В. Лапа. Гродно, 2011. 416 с.
5. Красноберская О.Г. Трансформация органического вещества сапропелевых удобрений в дерново-подзолистой супесчаной почве: автореф. дис. ... канд. сельскохоз. наук: 06.01.04 / О.Г. Красноберская; Инст. Почвоведения и агрохимии. Минск, 2002. 21 с.
6. Временные рекомендации по технологии добычи залегающего под торфом сапропеля экскаваторным способом / Е.А. Басалыга, Г.А. Романовский, А.И. Федотов [и др.]. Минск, 1989.28 с.
7. Курзо Б.В. Технология разработки торфа и сапропеля канатным скреперованием / Б.В. Курзо, О.М. Гайдукевич // Природопользование. Вып. 12. Минск, 2006. с. 103-107.
