Биоэнергетическая эффективность применения удобрений под озимую пшеницу в Западной Сибири

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 631.81:633.1

И.А. Бобренко, В.И. Попова, Н.В. Гоман

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ ПОД ОЗИМУЮ ПШЕНИЦУ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В полевых опытах выявлена высокая эффективность применения микроудобрений в основное внесение и при опудривании семян озимой пшеницы при выращивании на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области. Установлена энергетическая эффективность применения микро- и макроудобрений под озимую пшеницу. Энергетические затраты на получение 1 т зерна за счет удобрений уменьшаются в более эффективных вариантах с точки зрения энергетической эффективности применения цинковых удобрений.

Ключевые слова: озимая пшеница, урожайность, энергетическая эффективность, лугово-черноземная почва, цинковые удобрения, микроудобрения, опудривание семян.

Введение

Эффективное управление производством невозможно без использования энергетического анализа. Денежные оценки природных ресурсов неадекватно отражают их реальную стоимость, поскольку в них не учитывается вклад накоплений возобновляемых источников. Интенсификация сельского хозяйства повлекла за собой создание сложного производства, каждая технологическая ступень которого требует значительных энергетических затрат. При постоянно возрастающей энергоемкости аграрного производства уменьшается относительная величина созданного продукта (выход продукции на единицу затраченной энергии) несмотря на рост получаемой продукции. Снижается при этом биоэнергетический КПД, который рассчитывается как отношение энергии получаемой продукции к совокупной энергии, затраченной в процессе производства.

Энергетическая эффективность изменяется по закону А. Тюрго - Т. Мальтуса. Этот закон стал прописной истиной сельскохозяйственной экологии и формулируется следующим образом: повышение удельного вложения энергии в агроэкосистему не дает адекватного, пропорционального увеличения ее продуктивности [1]. Например, в США повышение урожайности кукурузы в 2,61 раза с 1945 по 1970 г. за счет внедрения индустриальных методов производства потребовало десятикратного увеличения совокупных расходов энергии, при этом биоэнергетический КПД снизился в 4,4 раза, расход энергии на производство средств производства вырос за это время на 964%, а непосредственно в сельском хозяйстве -на 318% [2].

Таким образом, интенсификация сельскохозяйственного производства связана с ростом затрат невозобновляемой энергии. Поэтому важно создание технологий возделывания сельскохозяйственных культур с минимальными энергетическими затратами [3; 4].

© Бобренко И.А., Попова В.И., Гоман Н.В., 2014

Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства.

Рассчитанный по этому методу энергетический КПД (энергоотдача) показывает соотношение между количеством энергии, полученной с дополнительной сельскохозяйственной продукцией, и энергетическими затратами, идущими для получения прибавки урожая. Применительно к нашим исследованиям этот показатель позволяет сравнить количество энергии, накопленной урожаем, и затраты энергии на получение этого урожая по стабильным энергетическим показателям.

Проблема микроэлементов является составной частью проблемы минерального питания растений. Микроэлементы находятся в растениях в малых количествах (тысячных и стотысячных долях процента) и выполняют важные функции в процессе жизнедеятельности. Как недостаток, так и избыток их в питательной среде приводят к эндемическим заболеваниям растений, животных и человека. Наиболее часто встречается недостаток в почвах и растениях таких микроэлементов, как цинк, марганец, медь. Установлена высокая эффективность применения соответствующих микроудобрений под различные сельскохозяйственные культуры в условиях Западной Сибири [5-10].

Цель исследований - выявить энергетическую эффективность применения микроудобрений под озимую пшеницу на лугово-черноземной почве Омской области.

Полевые опыты проводились в 2007-2011 гг. на полях СибНИИСХа.

Объекты и методы исследований

Сорт озимой пшеницы - Омская 4. Содержание в пахотном слое нитратного азота и подвижного фосфора - среднее, обменного калия - высокое, подвижных цинка, меди и марганца - низкое.

Расположение делянок на опытном участке систематическое. Площадь делянок - 16 м . Повторность вариантов в опыте трехкратная, расположение повторностей - в один ярус. Схемы опытов предусматривали изучение различных доз цинковых удобрений в основное внесение и опудривание семян цинком, медью, марганцем на различных фонах макроудобрений. Формы удобрений - аммиачная селитра, суперфосфат двойной, калий хлористый, сернокислые цинк, марганец, медь. Предшественник - кулисный пар. Агротехника - общепринятая для зоны.

Экспериментальная часть

Исследования выявили разнообразное положительное действие цинковых удобрений в основное внесение на урожайность озимой пшеницы в зависимости от доз и фона применения (табл. 1). Внесение цинковых удобрений в дозах 4 и 8 кг/га без применения фосфорных удобрений позволило сформировать высокую прибавку урожая озимой пшеницы (0,64 и 0,50 т/га при урожайности в контрольном варианте 2,43 в среднем по годам исследований), при этом окупаемость цинка удобрений была даже выше, чем от их внесения на фосфорном фоне. В целом наибольшая прибавка урожая зерна пшеницы 0,85 т/га сформировалась при применении дозы цинка 8 кг/га на фоне Р60. В то же время внесение цинковых удобрений в дозе 4 кг/га на фоне Р60 не привело к увеличению урожайности по сравнению с такой же дозой без фосфорного фона (прибавка урожая 0,64 и 0,69 т/га соответственно). Вероятно, это можно объяснить негативным влиянием на поступление цинка повышенного содержания фосфора в почве при применении фосфорных удобрений. Для преодоления негативного влияния данного фактора потребовалось увеличение дозы цинка до 8 кг/га, что позволило получить наивысшую урожайность в опыте.

Эффективность опудривания семян озимой пшеницы цинком, медью и марганцем при проведении исследований была неодинаковой (табл. 2).

Исследование различных доз применения микроудобрений при опудривании семенного материала озимой пшеницы выявило, что совместно с Р60К60 наиболее эффективно применение 100 г/ц - при опудривании цинком получена прибавка урожая зерна 0,98 т/га, или

40,7% к контролю, медью - 0,94 т/га (39,0%), марганцем - 1,01 т/га, или 41,9%. При опудри-вании несколькими микроэлементами наибольшую эффективность имела обработка семян 2п50Си50Мп50 (прибавка составила 1,09 т/га, или 45,2% к контролю).

Таблица 1

Влияние основного внесения цинковых удобрений на урожайность зерна озимой пшеницы на лугово-черноземной почве

Вариант Урожайность, т/га Прибавка

т/га % к контролю

Контроль 2,43 - -

2п4 3,07 0,64 26,3

гп8 2,93 0,50 20,6

Р 60 2,96 0,53 21,8

Р 60 + 3,16 0,69 28,4

Р 60 + гп8 3,28 0,85 35,0

НСР 05 0,16-0,22

Таблица 2

Влияние обработки семян микроэлементами на урожайность озимой пшеницы на лугово-черноземной почве

Вариант Урожайность, т/га Прибавка

т/га % к контролю

Контроль 2,41 - -

P60K60 2,71 0,30 12,4

P60K60 + Zn50 2,87 0,46 19,1

P60K60 + Zni00 3,39 0,98 40,7

P60K60 + CU50 3,04 0,63 26,1

P60K60 + CU100 3,35 0,94 39,0

P60K60 + МП50 2,90 0,49 20,3

P60K60 + МП100 3,42 1,01 41,9

P60K60 + Zn50CU50 3,39 0,98 40,7

P60K60 + Zn50Mn50 3,43 1,02 42,3

P60K60 + Zn50CU50Mn50 3,60 1,09 45,2

НСР 05, т/га 0,16-0,21

Таким образом, в результате проведенных исследований была выявлена высокая эффективность применения цинковых удобрений в основное внесение и опудривания семян озимой пшеницы микроэлементами при ее выращивании на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области.

Расчет энергетической эффективности применения удобрений проводился по следующей методике [11]. Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по энергоотдаче или по биоэнергетическому КПД их применения. Для его определения использовали и вычисляли следующие показатели:

- приходную часть - количество энергии, накопленной в надземной массе от применения минеральных удобрений;

- расходную часть - энергетические затраты на применение минеральных удобрений, на уборку урожая, уход за посевами и т.д.

Количество энергии (Уш, МДж/га), накопленной в основной продукции, полученной от применения минеральных удобрений, определяется по формуле

V™ = Уп • ИЛ • 1000 ,

где Уп - прибавка урожая зерна от применения удобрений, т/га;

Ш - коэффициент перевода сельскохозяйственной продукции в сухое вещество;

1 - содержание общей энергии в 1 кг сухого вещества продукции, Мдж;

1000 - коэффициент перевода т в кг.

Энергетические затраты (Ао, МДж/га) на применение минеральных удобрений определяют по формуле

Ао =

где Нм, НР, НК - фактические дозы внесения азотных, фосфорных, калийных удобрений, кг д.в./га;

Уп - прибавка урожая от применения удобрений, ц/га; НФ В - дозы азота, фосфора и калия в физической массе, ц/га; ау, аВН - затраты энергии на уборку и внесение удобрений, МДж; ам аР, аК - энергозатраты в расчете на 1 кг д.в. азотных, фосфорных и калийных удобрений. Расчет энергетической эффективности (энергоотдача или биоэнергетический КПД) применения удобрений (п) определяется по формуле

п = V0,

где Уш - количество энергии, полученной в прибавке продукции от минеральных удобрений, МДж/га;

А 0 - энергетические затраты на применение удобрений, МДж. При внесении удобрений на единицу энергетических затрат получено 1,19-8,64 единиц энергии, содержащейся в прибавке урожая от минеральных удобрений (табл. 3 и 4).

Таблица 3

Биоэнергетическая эффективность применения цинковых удобрений в основное внесение под озимую пшеницу

Количество Энергетические Энергетические

энергии, затраты на затраты на получе-

Вариант Прибавка, т/га накопленной в основной продукции (Ую, МДж/га) применение минеральных удобрений (А0), МДж/га ние дополнительной продукции за счет удобрений, МДж/т Биоэнергетический КПД

2п4 0,64 10528 1218 1903 8,64

гп8 0,50 8225 1123 2246 7,32

Р 60 0,53 8719 2416 4558 3,60

Р 60 + гп4 0,69 11351 2825 4094 4,01

р 60 + гп8 0,85 13983 3235 3806 4,32

Таблица 4

Влияние опудривания семян микроэлементами на биоэнергетическую эффективность применения макроудобрений под озимую пшеницу

Вариант Прибавка, т/га Количество энергии, накопленной в основной продукции (Ую, МДж/га) Энергетические затраты на применение минеральных удобрений (А0), МДж/га Энергетические затраты на получение дополнительной продукции за счет удобрений, МДж/т Биоэнергетический КПД

Р60К60 0,30 4935 3156 10520 1,56

Р60К60 + 2п50 0,46 7567 3425 7446 2,21

Р60К60 + 2п100 0,98 16121 4302 4390 3,75

Р60К60 + Си50 0,63 10364 3712 5892 2,79

Р60К60 + Сию0 0,94 15463 4234 4504 3,65

Р60К60 + Мп50 0,49 8061 3476 7094 2,32

Р60К60 + Мпш 1,01 16615 4352 4309 3,82

Р60К60 + ^п50Си50 0,98 16121 4302 4390 3,75

Р60К60 + гпз0Мп50 1,02 16779 4369 4283 3,84

Р60К60 + 2пз0Си50Мл50 1,09 17931 4487 4117 4,00

Применение в основное внесение цинковых удобрений наиболее энергетически эффективно без фосфорных удобрений, так как энергетические затраты при этом относительно невелики при высокой дополнительной энергии в прибавке урожая. Внесение цинка на фоне Р60 способствовало увеличению энергетической эффективности применения удобрений при возделывании озимой пшеницы (биоКПД составил в варианте Р602п4 4,01). Без внесения цинковых удобрений биоКПД фосфорных удобрений был меньше - 3,60.

При опудривании семян микроэлементами биоКПД применения фосфорно-калийных удобрений Р60К60 в годы исследований изменялся от 1,56 до 4,00. При этом наивысшей биоэнергетической эффективности удобрения Р60К60 способствовало применение 2п50Си50Мп50; биоКПД составил 4,0. Таким образом, можно сделать значительно более энергетически эффективным применение макроудобрений при помощи микроудобрений.

Энергетические затраты на получение 1 т зерна за счет удобрений уменьшаются в более эффективных вариантах с точки зрения энергетической эффективности применения удобрений (табл. 3, 4).

Так, при применении возрастающих доз цинковых удобрений в основное внесение под озимую пшеницу на фосфорном фоне (Р60) энергетические затраты на получение 1 т зерна уменьшились с 4558 до 3806 МДж (рис. 1) при увеличении биоКПД с 3,60 до 4,32.

0,9 у

0,8 -0,7 --

Е

"н

я 0,6

0,3 -0,2 -0,1 -0

4600

4400

4000

3800

3400

л) * £ 3

го а X Ф _ со

я °

Р60

Р60 + Zn8

Р60 + Zn4

Дозы удобрений, кг д.в./га

г/ууу1 Прибавка урожая зерна, т/га < Энергетические затраты на получение дополнительной 1 т зерна, МДж

Рис. 1. Зависимость между дозами цинковых удобрений в основное внесение под озимую пшеницу на фоне Р60 и показателями энергетической эффективности

4

3,5

! з

со

I 2,5

м к

я

* 2 о

о.

>

£ 1,5 1

0,5 0

ю

Р60К60

Р60К60 + 2п100

Р60К60 + 2п50 Дозы удобрений, кг д.в./га

Е55Э Прибавка урожая зерна, т/га Ф Энергетические затраты на получение дополнительной 1 т зерна, МДж

1 о.

О)

2 и

& о

I

а> д = е

Рис. 2. Влияние опудривания семян цинком на энергетическую эффективность применения макроудобрений под озимую пшеницу

4800

4200

& 0,4

3600

12001

10001

8000

6000

4000

2000

0

Подобные закономерности наблюдались и при совместном применении макроудобрений и микроудобрений при опудривании семян озимых пшеницы и ржи. Так, при применении возрастающих доз цинковых удобрений затраты энергии на получении дополнительной тонны зерна озимой пшеницы уменьшались с 10520 (в варианте P60K60) до 4390 мДж (P60K60 + Znioo) (рис. 2).

Использование энергетического подхода дает возможность выявить и изучить структурные и функциональные зависимости между компонентами сельскохозяйственных систем, а также исследовать в динамике влияние различных энергетических источников на поведение агроэкосистем. Биоэнергетическая оценка позволяет количественно оценить энергетическую стоимость полученной сельскохозяйственной продукции и является условным показателем энергетической рентабельности производства [12-14].

Заключение

Проведенные исследования свидетельствуют, что, как с агрономической, так и с энергетической точек зрения, применение удобрений при возделывании озимой пшеницы в условиях лугово-черноземных почв Западной Сибири является эффективным.

Список литературы

1. Кирюшин, В.И. Экологические основы земледелия / В.И. Кирюшин. - М. : Колос, 1996. - 367 с.

2. Созинов, А.А. Энергетическая цена индустриализации агросферы / А.А. Созинов, Ю.Ф. Новиков // Природа. - 1985. - № 5. - С. 11-19.

3. Бобренко, И.А. Оптимизация минерального питания кормовых, овощных культур и картофеля на черноземах Западной Сибири : дис. ... д-ра с.-х. наук / И.А. Бобренко. - Омск, 2004. - 446 с.

4. Ермохин, Ю.И. Оптимизация минерального питания сельскохозяйственных культур (на основе «ПРОД») : монография / Ю.И. Ермохин, И.А. Бобренко. - Омск : Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. - 284 с.

5. Азаренко, Ю.А. Эколого-агрохимическая оценка содержания микроэлементов в почвах и растениях лесостепной и степной зон Омской области / Ю.А. Азаренко, В.М. Красницкий, Ю.И. Ермохин // Плодородие. -2010. - № 5. - С. 49-52.

6. Эффективность основного внесения цинковых удобрений под озимые зерновые культуры на лугово-черноземной почве Западной Сибири / И.А. Бобренко, Н.В. Гоман, В.И. Попова, Е.П. Болдышева // Омский научный вестник. - 2011. - № 1 (104). - С. 246-250.

7. Бобренко, И.А. Эффективность разных приемов применения цинковых удобрений под яровую пшеницу в условиях Западной Сибири / И.А. Бобренко, Н.В. Гоман, Н.В. Шувалова // Омский научный вестник. -2012. - № 1 (104). - С. 142-145.

8. Болдышева, Е.П. Эффективность применения микроудобрений под озимую рожь на лугово-чернозем-ной почве Западной Сибири / Е.П. Болдышева // Вестник Бурятской ГСХА им. В.Р. Филиппова. - 2011. - № 4. -С. 66-71.

9. Влияние разных способов внесения цинка под озимую тритикале на урожайность зерна в условиях южной лесостепи Западной Сибири / И.А. Бобренко, Н.В. Гоман, Е.Ю. Павлова, В.М. Красницкий // Плодородие. - 2012. - № 3. - С. 7-9.

10. Склярова, М.А. Диагностика и оптимизация цинкового питания кукурузы на зерно на лугово-черно-земной почве Западной Сибири : дис. ... канд. с.-х. наук / М.А. Склярова. - Омск, 2008. - 175 с.

11. Ермохин, Ю.И. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения удобрений : методич. рекомендации / Ю.И. Ермохин, А.Ф. Неклюдов. - Омск, 1994. - 44 с.

12. Бобренко, И.А. Биоэнергетическая эффективность применения удобрений под озимую тритикале на лугово-черноземной почве Западной Сибири / И.А. Бобренко, Н.В. Гоман, Е.Ю. Павлова // Омский научный вестник. - 2013. - № 1 (118). - С. 166-170.

13. Попова, В.И. Биоэнергетическая эффективность применения удобрений под озимые зерновые культуры в Западной Сибири / В.И. Попова, Е.П. Болдышева // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2011. - Т. 84. - № 10. - С. 10-15.

14. Сисо, А.В. Биоэнергетическая оценка различных агроприемов возделывания озимой пшеницы, сахарной свеклы и сои в орошаемом травяно-зернопропашном севообороте / А.В. Сисо, А.В. Югов, В.Н. Герасименко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар : КубГАУ, 2007. - № 04 (28). - С. 43-51.

SUMMARY

I.A. Bobrenko, V.I. Popova, N. V. Goman

Biopower efficiency of use of fertilizers under winter wheat in Western Siberia

In field experiments high efficiency of application of mikroudokbreniye in the main introduction is revealed and when dusting seeds of winter wheat at cultivation on meadow-chernozem to the soil of the southern forest-steppe of the Omsk region. Power efficiency of application micro and macronutrient fertilizers under winter wheat is established. Power costs of receiving 1 t of grain at the expense of fertilizers decrease in more effective options from the point of view of power efficiency of use of zinc fertilizers

Keywords: winter wheat, productivity, power efficiency, meadow and chernozem soil, zinc fertilizers, microferti-lizers, dusting of seeds.

УДК 633.262:631.82

Н.В. Гоман, В.П. Кормин, Л.М. Лихоманова

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ ПОД КОСТРЕЦ БЕЗОСТЫЙ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Расчет энергетической эффективности применения удобрений позволяет наиболее точно, объективно и всесторонне оценить систему удобрений во всех технологических процессах, связанных с возделыванием костреца безостого.

Ключевые слова: кострец безостый, минеральное питание, урожайность, биоэнергетическая эффективность.

В последние годы все большую актуальность приобретают проблемы снижения затрат энергии на производство сельскохозяйственной продукции, а следовательно, и на воспроизводство плодородия почв. Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства, рост продуктивности земледелия сопровождаются увеличением затрат объема применения удобрений. Удельный вес удобрений в приросте урожая составляет 40-50% [4].

Мероприятия, применяемые в сельском хозяйстве, как и в других отраслях народного хозяйства, должны быть не только экономически выгодными, но и энергетически целесообразными.

Проблема увеличения урожайности культур в сельском хозяйстве связана с интенсификацией производства и сопровождается увеличением затрат невозобновляемой энергии, в том числе и за счет возрастающего применения минеральных удобрений. Поэтому важно уже сегодня разрабатывать и использовать энергопротивозатратные технологии производства, при которых меньше расходуется энергии на производство растениеводческой продукции. В настоящее время разработана методика определения энергетической эффективности возделывания сельскохозяйственных культур, позволяющая оценить энергетическую эффективность применения минеральных удобрений [1, 2, 3].

Энергетическую эффективность минеральных удобрений определяли по энергоотдаче или по биоэнергетическому КПД их применения. Для его определения использовали и вычисляли следующие показатели:

- приходную часть - количество энергии (Vf0, МДж/га), накопленной в надземной массе от применения минеральных удобрений;

- расходную часть - энергетические затраты (А 0, МДж) на применение минеральных удобрений, на уборку урожая, уход за посевами и т.д.

© Гоман Н.В., Кормин В.П., Лихоманова Л.М., 2014