Энергетическая оценка эффективности применения минеральных удобрений при выращивании яровой твёрдой пшеницы в степной зоне оренбургского Предуралья

Энергетическая оценка эффективности применения минеральных удобрений при выращивании яровой твёрдой пшеницы в степной зоне оренбургского Предуралья

A.Г. Крючков, д.с.-х.н., профессор,

B.И. Елисеев, к.с.-х.н, P.P. Абдрашитов, соискатель, Оренбургский НИИСХРАСХН

Материалы и методы. Материалами для исследования послужили результаты четырёхлетних (2006, 2008—2010 гг.) полевых опытов с удобрениями, полученные на агрохимическом стационаре, действующем с 1972 г. в ГНУ Оренбургский НИИСХ Россельхозакадемии. Яровая твёрдая пшеница размещалась после озимых в пятипольном севообороте: пар — озимые — яровая твёрдая пшеница — просо — яровая мягкая пшеница. Почва — чернозём обыкновенный [1]. Наблюдения и учёты — по методике ВИУА и ГОСТам. Расчёты экономических и энергетических показателей выполнены на базе технологических карт по методическим указаниям [2]. Корреляционно-регрессионный анализ — на ПЭВМ с использованием 34 алгебраических функций.

Результаты и обсуждение. Затраты совокупной энергии на 1 га при возделывании яровой твёрдой пшеницы на чернозёмах обыкновенных центра оренбургского Предуралья изменяются в среднем за 4 года (2006, 2008—2010 гг.) от 10184,9 МДж в контроле и от 11127,8 до 18761,9 МДж по вариантам удобрений (табл. 1).

Среди вариантов удобрения наименьшие затраты совокупной энергии складываются в варианте P40K20 — 11127,8 МДж на 1 га, затем следует N20P20K10 — 12520,3 МДж на 1 га. Среднее положение занимают N40K20 (14087 МДж), N20P40 (14432,6 МДж), N40P40K20 (146 08,5 МДж) и N40P80K20 (15117,8 МДж на 1 га).

Повышение доз удобрений до N80P40K20, N80P260Ki40 и N80P80K40 сопровождается ростом затрат совокупной энергии до 18079,2 МДж,

18521,8 и 18761,9 МДж на 1 га.

Количество накопленной энергии в урожае контрольного варианта составляет 11883,6 МДж на 1 га.

Наибольшим её количеством отличаются варианты: Р40К20 (16101,5 МДж на 1 га), ^0Р4оК2о (16135,0 МДж), N4^40 (15599 МДж), ^РЛ (15582,4 МДж) и ^0Р20К10 (15047,0 МДж на 1 га). Меньшим накоплением энергии выделяются ^0К20 (147 96,0 МДж), ^оР^Кад (14829,4 МДж) и ^оР4о^о (14561,6 МДж), а наименьшим — ^оР26оКш (13758,2 МДж на 1 га).

Несмотря на превышение контроля по количеству накопленной энергии, удобренные варианты имеют разную оценку по коэффициенту энергетической эффективности.

В контрольном варианте, по средним данным за 4 года, энергетический коэффициент составил 1,17 ед. Технология считается окупаемой, если коэффициент равен единице и более.

Результаты нашего исследования показывают, что наиболее окупаемым энергетически при возделывании яровой твёрдой пшеницы, размещаемой после озимых, следует считать вариант Р40К20 (КЭЭ = 1,44 ед.). Вариант ^оР2оКю несколько лучше контроля (КЭЭ = 1,20 ед.). Дозы: N^40^0 (1,10 ед.), N^40 (1,08 ед.), N40^0 (1,05 ед.) и ^0Р80К20 (1,03 ед.) окупают энергетические затраты, но несколько хуже, чем в контроле.

Варианты с повышенными дозами: ^оР4оК2о

(0,81 ед.Х ^оР80К40 (0,79 ед.) и ^0Р260К140 (0,74 ед.) не оправдывают энергетических затрат.

Представляет интерес вопрос о доле затрат различных видов энергоресурсов на выращивание яровой твёрдой пшеницы. Как показывают расчёты, в среднем за 4 года доля их складывается неоднозначно. В целом по опыту наибольшую долю в совокупную величину затрат вносят энергозатраты на семена (39,3%), удобрения

1. Энергетическая эффективность применения различных вариантов минеральных удобрений под яровую твёрдую пшеницу

Доза удобрения, кг д.в. на 1 га Энергетические затраты по видам, МДж на 1 га Совокупные энергозатраты, МДж Энергия, накопленная в урожае, МДж Энергетический коэффициент, ед.

семена производство тракторов, с.-х. машин и т.д. труд человека ГСМ пестици- ды мине- ральные удобрения электро- энергетика

Контроль - без удобрений 5568 1946,0 234,4 2185,2 200,1 0 51,2 10184,9 11883,6 1,17

Н40Р40 5568 2058,6 260,1 2303,1 200,1 3976 66,7 14432,6 15599,4 1,08

N40 К20 5568 2058,6 260,5 2298,5 200,1 3638 63,3 14087,0 14796,0 1,05

Р40К20 5568 2058,6 263,2 2299,0 200,1 670 68,9 11127,8 16101,5 1,44

-^40^40-^20 5568 2058,6 265,2 2305,6 200,1 4142 69,0 14608,5 16135,0 1,10

^80?80К40 5568 2058,6 265,9 2321,7 200,1 8284 63,6 18761,9 14829,4 0,79

^20^20^10 5568 2058,6 260,7 2297,5 200,1 2071 64,4 12520,3 15047,0 1,20

-^80-^40-^20 5568 2058,6 264,2 2311,8 200,1 7614 62,5 18079,2 14561,6 0,81

1^4оР 80^20 5568 2058,6 266,0 2312,4 200,1 4646 66,7 15117,8 15582,6 1,03

^80^260^140 5568 2058,6 264,6 2317,7 200,1 8054 58,8 18521,8 13758,2 0,74

Средние по опыту 5568 2047,3 260,5 2295,2 200,1 4309,5 63,5 14744,1 14829,4 1,04

Средние по удобренным фонам 5568 2071,1 263,5 2306,8 200,1 4788,3 64,9 15250,6 15156,7 1,03

±0 +112,6 +29,1 +121,1 ±0 +4788,3 +13,7 +5065,8 +3273,1 -0,14

± к контролю МДж, % - 5,8 12,4 5,5 - 100 26,8 49,7 27,5 12,0

АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

(26,5%), ГСМ (16,1%) и на производство тракторов, сельскохозяйственных машин и т.д. (14,4%). На них выпадает 96,3%. Затраты на пестициды, трудовые ресурсы и электроэнергию в сумме составляют 3,7% (табл. 2).

На изменение долей затрат наибольшее влияние оказывают затраты энергии на удобрения в связи с изменением их доз.

Так, если в контрольном варианте этих энергозатрат нет, то на фоне Р40К20 их доля растёт до 6%,

^20Р20К10 - 16,5%; N40X2^ N40P40, ^40Р40К20 и ^0Р80^0 до 25,9—30,7%, а при повышенных

дозах: ^0р40к20 (42,2%Х ^0Р260К140 (43,5%) и М80Р80К40 (44,1%) достигает максимальных величин.

Из этого следует, что производитель сельскохозяйственной продукции в современных условиях имеет возможность сократить затраты совокупной энергии лишь за счёт снижения доз удобрений или полного отказа от них в степных регионах, не заботясь о сохранении плодородия почвы на своих землях, что и происходит на деле.

В подтверждение этого заключения нами была рассчитана энергетическая себестоимость производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы при выращивании её на фоне различных доз удобрений.

Как выяснилось, она изменяется по годам и вариантам от 5634 до 109571,8 МДж на 1 т зерна при средней величине 26091,5 МДж/т (табл. 3).

Энергетическая себестоимость 1 т зерна определяется прежде всего погодными условиями (6969,6—45081,8 МДж/т в контроле и 8070,8—72897,8 МДж/т по удобренным вариантам в среднем). В лучшие годы (2008 г.) она наименьшая (средняя по опыту 7960,7 МДж/т), а в экстремальные (2010) — наибольшая (70116,1 МДж/т), что объясняется величиной урожайности.

Из вариантов наименьшая энергетическая себестоимость характерна для контроля (18561,4 МДж/т).

Среди удобренных вариантов выделяются ^20X10 (20076,6 МДж/т), Р40К20 (20875,3

2. Доля затрат различных энергоресурсов в совокупной энергии на 1 га при возделывании яровой твёрдой пшеницы

Вариант технологии Доля энергозатрат, %

семена производство тракторов, с.-х. машин и т.д. затраты труда ГСМ пести- циды удоб- рения электро- энергия

Контроль 54,6 19,1 2,3 21,4 2,0 - 0,6

^40Р40 38,6 14,2 1,8 16,0 1,4 27,5 0,5

^40К20 39,5 14,6 1,8 16,4 1,4 25,9 0,4

Р40К20 50,1 18,5 2,4 20,6 1,8 6,0 0,6

^40Р40К20 38,2 14,1 1,8 15,5 1,4 28,5 0,5

^0Р80К40 29,7 11,0 1,4 12,4 1,1 44,2 0,5

^0Р20К10 44,6 16,5 2,1 18,4 1,1 16,5 0,6

^0Р40К20 30,9 11,4 1,5 12,8 1,1 42,1 0,4

^40Р80К20 36,8 13,6 1,9 15,3 1,3 30,7 0,4

^0Р260К140 30,1 11,1 1,4 12,5 1,1 43,5 0,3

Средняя по опыту 39,3 14,4 1,84 16,1 1,37 26,5 0,49

Средняя по фонам удобрений 37,6 13,9 1,78 15,5 1,30 29,45 0,47

± к контролю % -17,0 -5,2 -0,51 -5,86 -0,70 -29,45 -0,13

3. Энергетическая себестоимость 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы при выращивании её на фоне

Доза удобрения, Энергетическая себестоимость, МДж/т по годам Средняя ± К контролю

кг д.в. на 1 га 2006 2008 2009 2010 за 4 года МДж/т %

Контроль 9911,8 6969,6 12281,2 45081,8 18561,4 0,00 100

^0Р40 10194,8 7439,4 13378,5 68726,7 24934,8 +6373,4 34,3

^0К20 10781,6 7868,4 13381,6 58152,5 22546,0 +3984,6 21,5

Р40К20 8452,0 5634,0 8389,6 61025,6 20875,3 +2313,9 12,5

^0Р40К20 10610,6 7457,2 14390,8 79879,7 28084,6 +9523,2 51,3

^0Р80К40 13240,9 9667,7 21085,8 109571,8 38391,6 +19830,2 106,8

^0Р20К10 7361,2 7154,5 12190,4 53600,3 20076,6 +1515,2 8,2

^0Р40К20 13935,7 11131,0 15743,0 66190,7 26750,1 +8188,7 44,1

^0Р 80К20 12411,7 7455,5 12312,0 90780,6 30740,0 +12178,6 65,6

^0Р260К140 21543,5 8829,5 21296,9 69151,1 29955,2 +11393,8 +61,4

Средняя по опыту 11844,4 7960,7 14445,0 70116,1 26091,5 - -

Средняя по удобренным зонам 12059,1 8070,8 14685,4 72897,8 26928,3 - -

МДж/т +2147,3 +1101,2 +2404,2 +27816,0 - +8366,9 -

± к контролю % 21,7 15,8 19,6 61,7 - - 45,1

МДж/т) и N40X20 (22546 МДж/т), что на 8,2— 12,5—21,5% выше, чем в контроле. В варианте ^0Р40 она увеличивается до 24934,8 МДж/т, или превышает контроль на 34,3%.

С повышением доз удобрений она резко возрастает, в вариантах ^0РадК20 на 44,1%,

^0Р40К20 на 51,3%, ^0Р260К140 на 61,4%, ^0Р80К20 на 65,6% и ^0Р80К40 на 106,8%.

Заметим, что значительный рост энергетической себестоимости в среднем за 4 года складывается за счёт низкой урожайности 2010 г., экстремального по степени засушливости.

За 2006, 2008, 2009 гг. она изменялась от 5634 до 21296,9 МДж на 1 т твёрдой пшеницы.

Продолжая расчёты, мы попытались выявить, как связаны энергетическая и экономическая себестоимости производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы, энергетический коэффициент и уровень рентабельности [3].

В соответствии с данными таблицы 3 энергетическая себестоимость тесно коррелирует с экономической себестоимостью, как по данным за 3 года (2006, 2008, 2009) СЛух= 0,962), так и за 4 года (2006, 2008-2010) (лух= 0,996) (рис. 1, 2).

Различие наблюдается лишь в параметрах действия сопоставляемых величин при одинаковой направленности линии связи.

По данным за 4 года, значительно расширяются диапазоны из-за включения в расчёты показателей экстремально засушливого 2010 г., энергетической себестоимости (с 5634 до 90760,6 МДж/т вместо 21543,5 МДж/т) и экономической себестоимости (с 2318 до 39157 руб/т вместо

7249,4 руб/т) по сравнению с параметрами за 3 года (без 2010 г.).

При дальнейшем анализе выявлено, что энергетическая себестоимость тесно коррелирует с уровнем рентабельности как за 3 года ("Пух= 0,982), так и за 4 года СПух= 0,982).

По данным опытов за 3 года, эта связь для 96,52% случаев адекватно описывается уравнением вида: у = 757,313 — 8, 0 81Е — 0,2х + 2,1688Е — 0,6х2 ± 20,2% при Fфакт = 26,78 > FтеOр0l = 1,76 при

534-21543,5 условиях : х = МДж/т и

7,8 - 327,8

у

11415,7 ± 4241,7 %. В соответствии с полу-

155,2 ± 104,7

ченным уравнением при энергетической себестоимости 7651,34 МДж/т уровень рентабельности составляет 266%. При дальнейшем росте энергетической себестоимости уровень рентабельности последовательно падает до 174,4% при 9782,3 МДж/т, 105,8% при 11799,7 МДж/т, до 54,8% при 13817 МДж/т, 21% при 15862,7 МДж/т и 5,7% при 17908,5 МДж/т (рис. 1).

При вычислениях за 4 года, с учётом экстремально засушливого года, тесная связь между энергетической себестоимостью и уровнем рентабельности производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы подтверждается. При этом расширяются пределы их параметров.

Согласно уравнению вида: у = -122,406 + 2850275

± 24,6% в 96,70% случаев она адек-

Х

ватна при Fфакт = 29,51 > Fте0р = 1,76 для параметров

Рис. 1

Зависимость экономической рентабельности от энергетической себестоимости производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы (2006, 2008,

2009 гг.)

Рис. 2 - Зависимость экономической рентабельности от энергетической себестоимости производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы (2006, 2008,

2010 гг.)

4. Зависимость экономической себестоимости (руб/т) от энергетической себестоимости (МДж/т) производства зерна яровой твёрдой пшеницы

Корреляционные величины Параметры величин (М ± О) У% Пух Е

факт. теор.

За 3 года

Энергетическая себестоимость МДж/т (х) 5634-21543,5 11416,7±4242,4 37,16 - - -

Экономическая себестоимость, руб/т (у) 2318-7249,4 3776,0±1450,3 38,41 0,962 13,09 1,76

у = 19,888+0,329х ± 400,9 МДж/т, для 92,62% случаев

За 4 года

Энергетическая себестоимость МДж/т (х^ 5634-90760,6 23958,2±24314,2 101,48 - - -

Экономическая себестоимость, руб/т (у1) 2318-39157 8996,9±10104,6 112,3 0,996 107,6 1,76

ух = -147,544+0,334х1 + 8,425Е-0,7х12 ± 1115,7 МДж/т, для 99,12% случаев

Рис. 3 - Зависимость уровня рентабельности производства яровой твёрдой пшеницы от величины энергетического коэффициента

5634-109571,8 Л/ГТТ . х =----------------— МДж/т

26110,5±27574,2 -83,3 ± 327,8

и у

%.

98,74 ± 133,67

Это уравнение хорошо иллюстрирует величину убытка при росте энергетической себестоимости.

В соответствии с ним уровень рентабельности 0,78% достигается при энергетической себестоимости 23137,4 МДж, при 23317,9 МДж он принимает отрицательные значения -0,17%, при 31818,4 МДж = -32,26%, при 57660,2 МДж/т = -72,9%, при 96760 МДж/т = -92,9% и при 109571 МДж/т = -96,4% (рис. 2).

Далее нас интересовало, как связан энергетический коэффициент (кэ) с уровнем рентабельности.

Выявлено, что уровень рентабельности тесно СЛух= 0,994) коррелирует с энергетическим коэффициентом. Связь описывается уравнением регрессии вида: у = -85,773 + 84,904х +67,911х2± 15,09%, где х — энергетический коэффициент в ед., у — уровень рента-

0,12 -1,92

бельности в %. Уравнение при х = ед,

1,00 ± 0,59

- 84,8 - 327,8 у = % адекватно для 98,71% слу-

У 90,9 ± 129,4

чаев при Fфакт= 73,52 > Fте0р= 1,76 (рис. 3).

В соответствии с ним при энергетическом коэффициенте 0,5 ед. уровень рентабельности падает до убытка в 26,2%, а при 1,0 ед. он достигает +67,7%, 1,1 ед. = 90%, 1,2 ед. = +114,6%, 1,3 ед. = +139,6%, 1,5 ед. = 194,7%, и при 1,8 ед. = +288,2%.

Выводы. 1. На чернозёмах обыкновенных степной зоны оренбургского Предуралья при размещении яровой твёрдой пшеницы после озимых затраты совокупной энергии в среднем за 4 года опытов изменяются от 10184,9 МДж в контроле и от 11127,8 до 18761,9 МДж на 1 га по вариантам удобрений.

2. Наименьшими затратами совокупной энергии характеризуются варианты: Р40К20 (11127,8 МДж/га) и ^0Р20К10 (12520,3 МДж/га). Среднее положение занимают N40^0, ^0Р40, N^40^0 и ^0Р80К20 (14087 — 151 17,8 МДж/га). Наиболее высокие затраты энергии складываются при дозах: N^40^0, N^260^40 и ^0Р80К210 (18079,2—18761,9 МДж/га).

3. Количество энергии, накопленной в урожае, изменяется от 13758,2 до 16135 МДж/га по удобренным вариантам при показателе на контроле — 11883,6 МДж/га. Наибольшим её количеством выделяются дозы: Р40К20 (16101,5 МДж/га), N^4^20 (16 1 35,0 МДж/га), ^Р^с (15582,4 МДж/га), ^0Р40 (15599,4 МДж/га) и ^0Р20Кю (15047,0 МДж/га). Дозы: N40^0 (14796 МДж/га), ^Р^К^ (14829,4 МДж/га) и ^0Р40^0 (14561,6 МДж/га) содержат её меньше, а ^0Р260^40 (137 5 8,2 МДж/га) — меньше всех.

4. Наиболее высокий энергетический коэффициент имеет вариант Р40К20 (1,44 ед.), за ним следуют ^0Р20Кю (1,20 ед.) и контроль (1,17 ед.). Дозы: N^40^0 (1,10 ед.), N^40 (1,08 ед.), N40^0 (1,06 ед.) и ^0Р80К20 (1,03 ед.) энергетически окупаются, но хуже, чем контроль.

Варианты ^0Р40К20 (0,81 ед.), ^0Р80К40 (0,79 ед.) и ^0Р260К140 (0,74 ед.) энергетически не оправдываются.

5. В структуре энергетических затрат наибольшие доли выпадают на семена (54,6%), амортизацию (19,1%) и ГСМ (21,4%) в контрольном, а в вариантах с удобрениями в их число добавляются удобрения. При этом их доля растёт с 6-16,6% (Р40К20, ^0Р20К10) до 25,9^-30,7% ^40К20, ^0Р40 и ^0Р80К20) и до 42,1-44,2% (1Ч80Р40К20, М80Р80К40). Затраты труда изменяются в пределах 1,4—2,4%.

6. Энергетическая себестоимость производства 1 т зерна яровой твёрдой пшеницы по опыту изменяется от 5634 до 109571,8 МДж/т при средней величине 26091,5 МДж/т. Наименьшая она в контроле 1861,4 МДж/т. При внесении доз ^0Р20К10, Р4оК2о и ^Г4()К2о она на 8,2—21,5% превышает контроль, а при М40Р40 на 34,3%. При дозах: 1Ч80Р40К20, 1Ч40Р40К20, N80^260^140’ ^0Р80К20 и ^оРЛо она выше, чем в контроле, на 44,1—106,8%.

7. Экономическая себестоимость сильно зависит ОТ энергетической себестоимости СПух = 0,962 и 0,996). Полученные уравнения достоверны для 92,62—99,12% случаев соответственно, по данным за 3 года (2006, 2008—2009) и за 4 года (2006, 2008-2010).

Уровень рентабельности также тесно связан СПух= 0,982 и 0,983) с энергетической себестоимостью, но это обратная связь. Повышение энергетической себестоимости сопровождается снижением уровня рентабельности. Уравнения адекватны для 96,52—96,7% случаев.

8. Энергетический коэффициент находится в тесной связи с уровнем рентабельности (г|ух =

0.994.. Уравнение связи достоверно для 98,71% случаев выполненного эксперимента.

9. Полученные уравнения энергетических и экономических связей могут быть использованы для оценки эффективности применяемых технологий выращивания яровой твёрдой пшеницы в степной зоне при уровнях урожайности от 21,7 до 1,6 ц с 1 га.

Тем не менее проблема нуждается в дальнейшей углублённой проработке.

Литература

1. Андреева В.М. Урожай и качество зерна яровой пшеницы в зависимости от минеральных удобрений // Труды Оренбургской областной государственной сельскохозяйственной станции. Челябинск: Южный Урал, 1972. Вып. 3. 122 с.

2. Лухменёв В.П., Шпартаков К.В., Чугунова Н.С. Биоэнергетическая оценка технологий выращивания зерновых, кормовых культур и подсолнечника в адаптивном земледелии Южного Урала. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 1998. 86 с.

3. Сборник нормативных материалов на работы, выполняемые машино-технологическими станциями (МТС). М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2001. 190 с.