Энергетическая оценка технологий возделывания и уборки озимой пшеницы при длительном применении средств химизации в полевом севообороте центрального Нечерноземья России

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Энергетическая оценка технологий возделывания и уборки озимой пшеницы при длительном применении средств химизации в полевом севообороте центрального Нечерноземья России

Специальность 06.01.04 - Агрохимия

Виктор Анатольевич Бузько

Москва, 2008



Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н. Прянишникова.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук Николай Иванович Цимбалист

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Соколов Олег Алексеевич,

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор Калинин Вячеслав Александрович

Ведущее предприятие: Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г.Пущино

Защита состоится «____»__января__ 2008 г. в ___14____час. на заседании диссертационного совета Д 006.029.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте агрохимии имени Д.Н. Прянишникова

Адрес: 127550 г. Москва, ул. Д.Н. Прянишникова, д. 31а, ВНИИА.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных по установленной форме можно присылать по адресу: 127550 г. Москва, ул. Д.Н. Прянишникова, д. 31а.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ВНИИА.

Автореферат разослан «____»___декабря__2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук С.И.Цыганок



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние годы в мировой практике наряду с традиционными методами оценки эффективности производства сельскохозяйственных продуктов посредством денежных и трудовых показателей все большее значение приобретает метод энергетической оценки, учитывающий как количество энергии, затраченной на производство сельскохозяйственной продукции, так и аккумулированной в ней. Применение этого метода дает возможность наиболее точно учесть и в сопоставимых энергетических эквивалентах выразить не только затраты энергии живого и овеществленного труда на технологические процессы и операции, но также энергию, воплощенную в полученной продукции (Базаров и др., 1983; Булаткин, 1983; Никифиров и др., 1995; Миндрин, 1997).

Энергетическая оценка позволяет сравнивать различные технологии производства сельскохозяйственной продукции с точки зрения расхода энергетических ресурсов, определить структуру потоков энергии в агроценозах и выявить главные резервы экономии технической энергии в земледелии. Определение как затраченной, так и полученной энергии дает возможность количественно оценить энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур.

При возделывании сельскохозяйственных культур как в севообороте, так и монокультуре по интенсивной технологии имеется целый ряд факторов, которые лимитируют получение высокой продуктивности с хорошим качеством. К таким факторам относятся: полегание, поражение растений болезнями, засоренность посевов, неравномерность созревания, образование подгона и др. Известно, что получение высоких урожаев гарантировано только при использовании удобрений, эффективность которых зависит от благоприятной фитосанитарной обстановки. Она может быть создана и поддерживаться агротехническими мероприятиями, в т.ч. и за счет средств химизации, которые применяются в едином блоке совместно или последовательно.

Проблемы взаимодействия различных групп пестицидов и минеральных удобрений при энергетической оценке эффективности возделывания сельскохозяйственных культур в некоторой степени исследованы на ряде зерновых культур в краткосрочных опытах (Цимбалист, 1993; Долматов, 1993; Цимбалист, Ладонин, Алиев, 1996; Никифоров, 1996; Внукова, 1997 и др.).

Энергетическая оценка эффективности возделывания сельскохозяйственных культур в севообороте в отечественной и зарубежной литературе встречается крайне редко (Булаткин, 1983; Посыпанов, Долгодворов, 1995 и др.). А вопросы длительного применения средств химизации в этом плане относятся к мало или совершенно не разработанным для агроценозов не только центрального нечерноземья России, но и всей России и всего мира и именно поэтому являются актуальными. Значимость их возрастает в связи с обострением экологических, энергетических и экономических проблем.

Цель и задачи исследований. Главная цель работы - установить действие длительного применения видов и доз средств химизации на энергетическую эффективность в технологиях возделывания озимой пшеницы в севообороте и дать оценку их сочетаниям. Для достижения этой цели предусматривалось решить следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методик определения энергетической эффективности технологий возделывания и уборки зерновых культур и выбрать наиболее реальные энергетические эквиваленты энергетических и трудовых ресурсов и средств химизации.

2. Дать оценку двум методам определения энергетической эффективности возделывания озимой пшеницы в технологиях: а) на прибавку урожая; б) на всю технологию возделывания.

3. Изучить закономерности действия длительного применения средств химизации и засоренности полей на основные показатели энергетической эффективности возделывания озимой пшеницы в полевом севообороте центрального нечерноземья России: накопление энергии зерном, энергозатраты на 1 га и 1 ц основной продукции и коэффициент энергетической эффективности.

4. Выявить рациональное сочетание видов и доз средств химизации при их длительном применении в полевом севообороте.

5. Представить структуру потоков энергии в агроценозе озимой пшеницы по всей технологии их возделывания в зависимости от засоренности полей и длительного применения средств химизации в полевом севообороте. севооборот химизация пшеница урожай

Научная новизна. В условиях центрального нечерноземья России (Московская обл., ЦОС ВНИИА) на посевах озимой пшеницы исследованы различные сочетания средств химизации (навозно-минеральная и минеральная системы удобрений, гербициды, фунгициды, ретарданты) при их многолетнем использовании в полевом севообороте.

Впервые проведено сравнение существующих групп энергетических эквивалентов энергетических и трудовых ресурсов и исследуемых средств химизации и их влияние на энергозатраты на 1 га и 1 ц основной и побочной продукции, коэффициент энергетической эффективности и структуру потоков энергии в агроценозе озимой пшеницы.

Показано, что для Центрального района Нечерноземной зоны РФ при возделывании озимой пшеницы в севообороте необходимо применение как сочетания органических (10 т/га в расчете на год) и минеральных (N_35-120P_30-60К_30-150), так и минеральных систем удобрений (N_120-150P_60-90К_140-160) при внесении рекомендуемых с соблюдением регламентов доз гербицидов, фунгицидов и ретардантов.

Основные защищаемые положения:

- действие длительного применения видов и доз средств химизации на энергетическую эффективность в технологиях возделывания озимой пшеницы;

- сравнительный анализ методик определения энергетической эффективности технологий возделывания и уборки зерновых культур;

- структура потоков энергии в агроценозе озимой пшеницы.

Практическая ценность работы. На основании экспериментальных данных установлено, что на дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах с содержанием в почве гумуса 1,6-2,1%, подвижных форм фосфора 2-18 и калия 11-23 мг/100 г при возделывании озимой пшеницы в севообороте эффективными являются как сочетания органических (10 т/га в расчете на год) и минеральных (N_35-120P_30-60К_30-150), так и минеральных систем удобрений (N_120-150P_60-90К_140-160) в комплексе со средствами защиты растений (гербициды, ретарданты и фунгициды) согласно регламентам их использования и необходимости.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы были доложены на Втором Всероссийском научно-производственном совещании (Голицыно, ВНИИФ, 2000), конференциях аспирантов, докторантов и соискателей ВИУА (Москва, 1998), международной научно-практической конференции (Владимир, 2004). По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 17 рисунков. Библиографический список включает 70 отечественных и 8 зарубежных источников.

Автор выражает сердечную признательность сотрудникам ЦОС ВНИИА, лаборатории комплексного применения средств химизации ВНИИА и лично доктору с.-х. наук А.М. Алиеву за представленные материалы по севообороту и помощь при выполнении работы.

Условия и методика проведения исследований

Основные опыты проводили с 1961 по 1997 год на ЦОС ВИУА (Алиев, 1971, 1989, 1991). В настоящей работе излагаются основные результаты 36 полевых опытов, проводимых в полевом севообороте СШ-2.

Почва опытного участка дерново-подзолистая, тяжелосуглинистая, залегающая на покровном суглинке. Динамика агрохимических свойств почвы при длительном применении средств химизации в севообороте представлена в табл. 1. Среднемесячные температуры воздуха и количество выпавших осадков в годы проведения опытов близки к среднемноголетним показателям, однако, в отдельные годы были заметные различия. Очень неблагоприятными для озимой пшеницы были 1961 и 1964 годы.

Таблица 1. Изменение агрохимических свойств почвы при длительном применении средств химизации (фон - навоз + NPK без пестицидов).

Ротация севооборота	Гумус, %	pHKCl	Содержание подвижных форм, мг/100г почвы
			фосфора	калия
Исходная почва	1.58	4.3	2.1	11.3
Первая	1.59	5.0	6.4	18.2
Вторая	1.60	6.3	8.1	17.3
Третья	1.63	6.0	13.0	19.8
Четвертая	1.64	5.8	17.9	22.7
Пятая	1.97	5.4	17.0	17.4
Шестая	2.10	5.3	17.5	18.1

Полевой шестипольный севооборот заложен в 1960 г. на трех полях с ежегодным последовательным вхождением одной культурой севооборота со следующим чередованием культур. В первых двух ротациях - вика с овсом, озимая пшеница с подсевом клевера, клевер, озимая пшеница, картофель, ячмень. С третьей ротации севооборота - вика с овсом, озимая пшеница, картофель, ячмень с подсевом клевера, клевер, озимая пшеница. В севообороте возделывали сорта озимой пшеницы - "ППГ-186" и “Мироновская 808".

Схема длительного опыта полевого севооборота (1960-1997 гг.) следующая (табл. 2): в 1-й и 2-й ротациях севооборота она имела 4 варианта; в 3-4-й ротациях после расщепления делянок - 8 вариантов, с 5-ой ротации - 9 вариантов (табл. 2).

Дозы навоза, извести, минеральных удобрений и пестицидов приведены в ряде работ (Алиев, 1971, 1988; Алиев и др., 1980, 1987, 1988; Ладонин, Алиев, 1991, Ладонин и др., 1991, 1992). Срок внесения удобрений в посевах озимой пшеницы N с осени и весной, PK и навоз с осени. Вид удобрения: 1 - N - аммиачная селитра; 2 - P - двойной суперфосфат; 3 - K - хлористый калий.

Таблица 2. Схема длительного опыта полевого севооборота (1960 -1997 гг.)

Ротация, годы, варианты
1-я и 2-я (1960-1973)	3-я (1972-1979)	4-я (1978-1985)	5-я - 6-я (1984-1997)
1. Фон I + контактные	1. Фон I + контакт-ные гербициды ежегодно	1. Фон I + двухра-зовое внесение гербицидов	1. Фон I + двухра-зовое внесение гербицидов+ ретар- данты+ фунгициды
гербициды	5. Фон I + систем-ные гербициды ежегодно	5. Фон II + двухра-зовое внесение гербицидов	5. Фон II + двухра-зовое внесение гербицидов+ ретар- данты+ фунгициды
2. Фон I + системные	2. Фон I + систем-ные гербициды ежегодно	2. Фон I + четырех-разовое внесение гербицидов	2. Фон I + двухра-зовое внесение гер-бицидов+ретарданты
гербициды	6. Фон I + трехразо-вое внесение сис-темных гербицидов	6. Фон II +четырех- разовое внесение гербицидов	6. Фон II + двухра-зовое внесение гер-бицидов+ретарданты
3. Фон I + контактные + системные гербициды	3. Фон I + контакт-ные+системные гер- бициды ежегодно	3. Фон I + внесе-ние гербицидов ежегодно	3. Фон I + двухра-зовое внесение гербицидов
	7. Фон 1+ двухразо-вое внесение сис-темных гербицидов	7. Фон II + внесе-ние гербицидов ежегодно	7. Фон II + двух-разовое внесение гербицидов
4. Фон I - навозно- минераль-ная система удобрения + система обработки почвы	4. Фон 1 - навозно-минеральная систе-ма удобрения + система обработки почвы	4. Фон I - навозно-минеральная сис- тема удобрения + система обработки почвы	4. Фон 1 - навозно-минеральная систе- ма удобрения + система обработки почвы
	8. Фон I + трехра-зовое внесение сис-темных гербицидов	8. Фон II-мине-ральная система удобрения+система обработки почвы	8. Фон II- минераль-ная система удобре-ния+ система обработки почвы
Запасной вариант, соответствующий варианту 2	9. Контроль с 5-ой ротации без приме-нения удобрений и пестицидов

Площадь посевной делянки при закладке опыта - 174 м², учетной - 100 м², начиная с 3-й ротации севооборота она составляла соответственно 90 м² и 44 м², повторность - 4-х кратная. Агротехника возделывания и уборки сельскохозяйственных культур общепринятая для зоны.

В первых двух ротациях севооборота изучали эффективность контактных и системных гербицидов и их сочетаний на фоне навозно-минеральной системы удобрения. В 3-й и 4-й ротациях севооборота наряду с указанными вариантами исследовали и периодичность внесения гербицидов: ежегодного, 4-х, 3-х и двухразового. При использовании гербицидов в посевах двух культур их вносили в посевах 1-й и 2-й озимой пшеницы, четырехразовом - ими обрабатывали еще посадки картофеля и посевы ячменя с подсевом клевера, шестиразовом - все культуры севооборота.

В 4-й ротации севооборота фон минеральной системы удобрения (эквивалентный по питательным веществам навозно-минеральной системе удобрения) был размещен по фону навозно-минеральной системы удобрения с трехразовым внесением гербицидов в течение 3-й ротации.

Внесение удобрений в расчете за год составило по ротациям севооборота: в 1-й - 1 т/га извести, 9 т/га навоза и N₄₈P₃₇K₃₉; 2-й - 0,7 т/га извести, 10 т/га навоза и N₅₆P₄₆K₄₆; 3-й - 10 т/га навоза и N₆₅P₅₀K₆₈; 4-й - 10 т/га навоза и N₆₅P₅₀K₇₆ по навозно-минеральной и N₁₁₅P₇₅K₁₃₆ по минеральной системам удобрений; 5-й и 6-й - по обеим системам удобрений N₁₁₇P₆₅K₁₆₂ и N₁₂₅P₅₈K₁₃₅. Внесение навоза, минеральных удобрений, извести и пестицидов представлено в диссертации.

Объектом наших исследований является озимая пшеница, возделываемая с учетом требований интенсивной технологии с 1960 по 1997 гг. по клеверу I г.п. и вике с овсом (все три поля I-VI ротаций севооборота). Энергетическая оценка технологий возделывания озимой пшеницы проведена с энергетическими эквивалентами, взятыми в основном из работ: «методики эн. анализа... (1995)», для пестицидов - Гончарова и др. (1999), ретардантов - Посыпанова, Долгодворова (1995) - стандарт для базового варианта расчета. Годовая загрузка, масса сельскохозяйственной техники, отчисления на амортизацию, текущий ремонт и техобслуживание взяты согласно «ГОСТ 23728-23730 и нормативов отдыха исполнителей, занятых на механизированных полевых работах, утвержденных Госагропромом СССР 7.12.1987». Нормы выработки агрегата в основном взяты по «типовым технологическим картам возделывания и уборки зерновых колосовых культур (1984)». Нормы транспортировки и внесения органических удобрений получены из таблиц, а транспортировка и внесение извести прямоточным способом автомобильным разбрасывателем АРУП-8 - рассчитаны по «типовым нормам выработки и расхода топлива на работы, выполняемые механизированными отрядами и специализированными отделениями Госкомсельхозтехники СССР (1981)». Операции сволакивания и укдадки копен соломы в скирду, расположенную на краю поля после образования копен подборщиком-копнителем (одна операция) - рассчитаны по «типовым нормам выработки на работы в растениеводстве (1980)». Нормы выработки комбайна при прямом комбайнировании с копнением соломы - рассчитывались по «типовым нормам выр. и расх. топл... (1978)». Расчет расхода топлива проведен согласно «методике биоэнерг. оценки...(1983)». Все работы по технологическим картам выполняются в 100%-ном объеме к площади культуры при 100%-ной обеспеченности материальными, энергетическими и трудовыми ресурсами. Расчет затрат технической энергии, вычисление накопленной энергии и ряд других показателей осуществляли с помощью программирования в электронных таблицах по методике ВИУА [неопубликованные данные лаборатории комплексного применения средств химизации - Цимбалист, Ладонин, Алиев и др. (2003) с моим участием в ряде разделов].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исходя из литературного обзора можно выделить 6-ть контрастных групп энергетических эквивалентов затрат на материальные, энергетические и трудовые ресурсы (табл.3). С агрохимической точки зрения в соответствии с накопленными Геосетью ВИУА многолетними данными по использованию питательных веществ органических удобрений по годам действия и последействия (Нормативные показатели…М., 1991), учетом энергозатрат на производство азотных, фосфорных и калийных удобрений [1) 86,8, 12,6 и 8,3; 2) 80, 20 и 10; 3) 86,8, 13,8 и 8,8; 4) 80, 13,8 и 8,8 и 5) 122,26, 59,25 и 17,12] и содержания N, P, и K в навозе 5, 2,5 и 6 кг/т предлагаем следующее распределение энергозатрат на производство и хранение подстилочного навоза по годам действия: 1-й год - 34%, 2-й - 29, 3-й - 13, 4-й - 10, 5-й - 8 и 6-й - 6. До настоящего времени во многих методиках эти энергозатраты распределяются на 3 года (Методика эн. анализа..., 1995; Методическое пособие по..., 1995).

Таблица 3. Энергетические эквиваленты ресурсов.

Наименование	Энергетические эквиваленты, МДж/кг
	Группа *
	1	2	3	4	5	6
Тракторы	0,0243**	5,6	86,4	120	142,5	120
Автомобили	0,0143**	5,6	86,4	120	142,5	120
С.-х. машины	0,0143**	5,6	75	104	116,1	104
Вода	0	0	0	0	2,5	0
N удобрения	86,8	80	86,8	80	122,26	86,8
Р2O5 удобрения	12,6	20	13,8	13,8	59,25	13,8
К20 удобрения	8,3	10	8,8	8,8	17,12	8,8
Навоз	0,42	0,42	0,42	0,4	1,6	3,2
Известь	3,8	1,21	3,8	3,8	7,7	3,8
Дизельное топливо	79,5	42,7	52,7	52,7	37,66	52,7
Бензин	79,5	44,1	54,4	54,4	39,67	54,4
МДж/кВт-ч	12	12,0	15,6	12,3	10,8	12,3
Семена	16,45	18,1	19,13	20,5	9,8	19,13

*1- Методика биоэн. оценки техн.... (1983), 2 - Посыпанов, Долгодворов (1995), 3 - Методика ресурсно-эк. оценки... (1999), 4 - методики эн. анализа... (1995), 5 - Миндрин (1997), 6 - - методики эн. анализа...(1995) + Методическое пособие по... (1997); по семенам коэффициент 1,8 используется в 1 и 4 группах; **- МДж/ч на 1 кг массы

Накопленная энергия в зерне, как известно, есть произведение массы зерна и его энергосодержания. Поскольку энергосодержание - величина постоянная, то накопленная энергия подвержена тем же закономерностям, что и урожайность зерна определенной культуры. Она варьировала в зависимости от года исследований и вариантов опыта (Рис. 1) по ротациям севооборота при возделывании 1-й озимой пшеницы от 38,4 до 69,5 ГДж/га и 2-й от 10,7 до 79,0 в первых трех ротациях; в 4-6-й ротациях на фоне I (вариант 4) 1-й озимой пшеницы от 35,7 до 99,2, 2-й от 36,2 до 107,9; на фоне II (вариант 8) 1-й озимой пшеницы от 32,0 до 76,2, 2-й от 29,9 до 75,4 соответственно.

При применении средств защиты растений (СЗР) накопление энергии всегда было больше. Чаще срабатывал весь комплекс СЗР, иногда отдельные его компоненты или их сочетания. Например, в 1992 г. только одни гербициды на фоне I, в 1989 г. на фонах I и II и в 1990 г. на фоне I сочетание гербицидов и ретардантов, а в 1986 г. на фонах I и II - одни фунгициды.

На основе энергетических эквивалентов ресурсов (табл.3) с помощью апробированного алгоритма ведется расчет совокупной энергии. Наши исследования показали, что энергозатраты на производство продукции зависят от года исследований и вариантов опыта и подвержены слабой вариации несмотря на значительные изменения в урожайности культуры. Так, вариация накопленной энергии в течение 6-и ротаций находилась в пределах 10,7...107,9 (размах в 10 раз) в то время как энергозатраты на производство продукции - 19,3...33,4, т.е. размах менее, чем в 2 раза (Рис. 1).

Энергозатраты на фоне I в 4-й ротации 1-й озимой пшеницы были ниже, чем на фоне II, в 5-й больше, а в 6-й равны. Это объяснимо внесением доз NPK, последействием навоза и урожайностью культуры. На 2-й озимой пшенице энергозатраты на фоне I в 4-й-6-й ротациях всегда были ниже, так как действие навоза на 4-й год не учитывается. На контрольном варианте 5-й и 6-й ротаций совокупные энергозатраты в посевах обеих пшениц находились в пределах 11,0...14,4 ГДж/га. Использование гербицидов повышало значения показателя во всей технологии возделывания и уборки без учета сорняков на 2 -11 % в первых трех ротациях по сравнению с фоновым вариантом, усреднено в 4-й - 2-7, 5-й - 8-11, 6-й - 9-17.

Рис. 1. Накопление энергии зерном и энергозатраты при возделывании и уборке озимой пшеницы на фоне I



Агротехногенная нагрузка зависит от уровня интенсификации земледелия. В наших исследованиях по базовому варианту расчета она варьирует от 11,4 (контроль) до 36,6 ГДж/га и никаких отрицательных экологических последствий до сих пор (уже 46 лет) не выявлено.

Коэффициент энергетической эффективности (Кээ) в 1-й, 2-й ротациях севооборота при внесении гербицидов в основном оставался одинаковым (на уровне ошибки опыта). Он больше, чем на фоне в 5-и случаях, меньше - в 1-м и только в одном случае из 33 был ниже, чем на фоновом варианте. В 3-й ротации этот коэффициент на 1-й озимой пшенице в 15-и случаях был больше, чем на фоне и в 6-и равным. На 2-й озимой пшенице указанная закономерность сохранялась в 13-и и 8-и случаях соответственно. Кээ в 4-й ротации на 1-й озимой пшенице при внесении гербицидов был выше по сравнению с фоном I в 8-и случаях и в 1-м равным, на 2-й озимой пшенице в 7-и и 2-х случаях соответственно.

В 4-й ротации на 1-й озимой пшенице Кээ был выше на фоне II по сравнению с фоном I на 9% с колебаниями по годам (от -8 до 31), 5-й - на 5% (от -1,5 до 12,6), а 6-й - на 19% (от 2 до 66). На 2-й озимой пшенице Кээ был выше на фоне II по сравнению с фоном I на 21% (от 15 до 31), 5-й - на 14 (от-4 до 53). В то же время Кээ на 2-й озимой пшенице на фоне I был выше, чем на 1-й на 80%, а фоне II - на 61%. В этой же ротации энергетическая эффективность технологии повышалась при использовании гербицидов на 9-27% на обоих фонах удобрений на 1-й озимой пшенице, а на 2-й - на 5-16.

В 5-й ротации Кээ на 1-й озимой пшенице был больше на фоне II по сравнению с фоном I на 5% с колебаниями по годам от -1,5 до 12,6, а на 2-й - на 14% с колебаниями от - 4 до 53. В то же время Кээ на 2-й озимой пшенице был выше, чем на 1-й на фоне I на 21%, а на фоне II - одинаков. В этой ротации Кээ повышался при использовании гербицидов на 12-21% (исключение 2-я пшеница - фон II), гербицидов и ретардантов - на 18-31% и всего комплекса пестицидов - на 33-55%. На контрольном варианте Кээ был наивысшим и составил 4,02- 4,11 - практически одинаковым на обеих пшеницах (Рис.2).

В 6-й ротации Кээ на 1-й озимой пшенице был выше на фоне II по сравнению с фоном I на 19% с колебаниями по годам от 2 до 66, а на 2-й, наоборот, ниже - на 30% с колебаниями от 25 до 34. В то же время Кээ на 2-й озимой пшенице был выше, чем на 1-й на навозно-минеральном фоне на 10%, а на чисто минеральном - ниже на 36%. В этой ротации энергетическая эффективность технологии возделывания и уборки повышалась при использовании гербицидов на 12-75%, сочетания гербицидов и ретардантов - на 24-88% и всего комплекса пестицидов - на 33-111% с более высокой эффективностью на 2-й озимой пшенице. СЗР на 1-й озимой пшенице, особенно, гербициды были эффективнее на фоне I по сравнению с фоном II, а на 2-й озимой пшенице, напротив, на фоне II по сравнению с фоном I.



Рис. 2. Влияние средств химизации при возделывании и уборке озимой пшеницы на средний Кээ

На контрольном варианте Кээ на 1-й озимой пшенице составил 4,02 с колебаниями по годам от 3,80 до 4,32 в 5-й ротации и был наивысшим 4,30 с колебаниями по годам от 3,32 до 5,25 в 6-й ротации. Величины Кээ 4,02 и 4,32 на 1-й озимой пшенице намного превышают таковую на обеих системах удобрений. Следует отметить, что энергетическая эффективность технологии возделывания и уборки повышалась при использовании СЗР. На фоне I на всех вариантах она не достигала уровня базовой технологии (контрольного варианта) при возделывании 1-й озимой пшеницы, а на фоне I на 2-й озимой пшенице достигала уровня базовой технологии только при использовании всего комплекса пестицидов.

Наши исследования показали, что энергозатраты на производство зерна в МДж/ц с учетом дополнительной продукции на фоне I без учета сорняков составили по ротациям севооборота: в 1-й 1059 при возделывании 1-й озимой пшеницы (колебания по годам 892...1225) и 2027 (972...3725) - 2-й; во 2-й - 744 (674...882) и 715 (689...753); 3-й - 1082 (889...1375) и 792 (563...1017); 4-й - 968 (897...1055) и 538 (508...586); 5-й - 884 (706...1003) и 737 (610...898); 6-й - 861 (519...1288) и 727 (572...998) соответственно.

Использование гербицидов слабо повышало или снижало значения показателя по сравнению с фоновым вариантом без учета сорняков в 1-й и 2-й ротациях севооборота от 0 до 8 %, 3-й -до 25% (вариант 8).

Изменение энергоемкости производства 1 ц зерна с учетом дополнительной продукции в зависимости от погодных условий года и вариантов опыта в относительных единицах было подобно изменению Кээ только в противоположном направлении. При увеличении Кээ энергоемкость снижалась и наоборот.

Поскольку согласно методикам исчисления энергозатрат при определении энергетического эквивалента подстилочного навоза крупного рогатого скота одним из основных компонентов затрат является солома, мы также провели расчеты энергоемкости соломы. Для этого необходимо энергоемкость зерна с учетом дополнительной продукции разложить на две составляющие: энергоемкость зерна и соломы. Согласно результатам наших исследований энергоемкость соломы варьировала очень широко: 150-966 МДж/ц в 1-й ротации севооборота, 108-168 во 2-й, 87-263 в 3-й, 72-189 в 4-й, 56-195 в 5-й, 53-243 в 6-й.

Ни в одной из существующих методик не рассматривается влияние сопутствующих факторов, например на энергозатраты на уборку и доработку как общего, так и дополнительного урожая. С целью автоматизации расчетов энергозатрат нами получены интерполяционные формулы норм выработки и норм расхода топлива для технологических операций: прямое комбайнирование с копнением или измельчением; сволакивание копен и скирдование соломы - одна операция.

Нормы выработки при прямом комбайнировании с копнением имеют вид:

Нв = 1878 / (Б + 86,4) - 3,52, (1)

где Нв - норма выработки комбайна, га/смена; Б - общая биомасса, ц / га.

Б = У (X + 1) / X , (2)

где У - масса зерна, ц/га; X - отношение масс зерна и соломы.

Нормы расхода топлива (НРТ) относительно убираемой биомассы определены линейным регрессионным уравнением:

НРТ = 0,080 Б + 2,2 (3)

Затраты энергии при прямом комбайнировании с копнением соломы зависят от применения средств химизации: с повышением насыщенности ими и прибавки урожая они повышаются. Это четко прослеживается во всех вариантах без учета сорняков. С учетом сорняков картина изменяется (табл.4-5). Сырая масса сорняков, например, в 1962 г. составила на фоновом варианте



Таблица 4. Затраты энергии при прямом комбайнировании с копнением соломы в зависимости от применения гербицидов.

Вариант	Без учета сорняков	С учетом сорняков
	1962_1_2*	1963_1_3	1971_2_3	1962_1_2	1963_1_3	1971_2_3
1	1,58	1,35	1,46	2,46	1,54	1,64
2	1,54	1,39	1,45	2,09	1,59	1,68
3	1,60	1,42	1,42	1,93	1,62	1,55
4	1,50	1,31	1,39	3,36	1,55	2,39
НСР05	0,03	0,03	0,03	0,04	0,03	0,03

· - Год, культура, поле. То же в табл. 5.

2100 г/м², а на гербицидных вариантах - 440-1100, в 1971 г. - 1288 и 180-256 соответственно. Указанные зависимости мы использовали при определении совокупных энергозатрат технологий. В отдельные годы в результате более высоких энергозатрат при комбайнировании на сильно засоренных фонах совокупные энергозатраты выше, чем на обработанных гербицидами, что влияет на показатели энергетического анализа. Отрицательные значения различий в затратах энергии между исследуемыми вариантами и фоном с учетом сорняков свидетельствуют о неправомочности проведения энергетического анализа на прибавку урожая. В данном случае проведение энергетического анализа по всей технологии возделывания и уборки культуры имеет преимущество и в возможности сравнить любую исследуемую технологию с базовой.

Таблица 5. Затраты энергии при прямом комбайнировании с копнением соломы в зависимости от фона удобрений и применения СЗР

Вариант	Без учета сорняков	С учетом сорняков
	1986_1_2	1987_1_3	1995_2_1	1986_1_2	1987_1_3	1995_2_1
1	2,44	2,40	1,50	2,46	2,43	1,55
2	1,49	2,22	1,90	1,57	2,26	1,98
3	1,42	2,06	1,91	1,47	2,09	1,97
4	1,66	1,88	1,39	2,23	2,45	2,23
5	2,82	2,93	1,59	2,87	2,96	1,66
6	1,62	2,43	1,63	1,74	2,46	1,69
7	1,99	2,34	1,38	2,24	2,38	1,46
8	1,92	2,44	1,27	2,40	3,33	1,96
9	1,83	1,55	1,07	2,23	2,07	1,46
НСР05	0,05	0,10	0,09	0,05	0,11	0,09

Нами для расчетов использованы математические зависимости при определении совокупных энергозатрат производства и хранения навоза и исследуемых технологий возделывания и уборки озимой пшеницы от ряда переменных величин (различных групп энергетических эквивалентов, норм выработки и норм расхода топлива). В соответствии с полученными по базовому варианту расчета энергетическими эквивалентами соломы 1989 г. энергетический эквивалент подстилочного навоза равен 321 - 509 МДж/т.

Сравнительный анализ энергозатрат в технологии возделывания и уборки озимой пшеницы показал, что показатели энергетического анализа в зависимости от различных групп энергетических эквивалентов изменяются в большей степени, чем от применения средств химизации. Причем использование их при расчетах значительно влияет на интерпретацию как энергетического анализа всей технологии, так, в частности, и применения средств химизации в них. Особенно это проявляется при учете влияния сопутствующих факторов, например, засоренности посевов (табл. 6).

Таблица 6. Зависимость энергозатрат при возделывании озимой пшеницы от применения гербицидов и разных групп энергетических эквивалентов.
Вариант	1962 год, 2-е поле
	Группа энергетических эквивалентов ( ГДж/га)*
	1	2	3	4	5	6
1. Изофен, 50% с.п.	а	62,4	26,1	28,3	28,8	40,6	53,8
	б	64,2	26,4	29,1	29,8	41,5	54,9
2. 2М-4ХМ, 40% в.р.	а	62,2	26,1	28,2	28,7	40,5	53,7
	б	63,3	26,3	28,7	29,3	41,1	54,4
3. 2М-4ХМ, 40% р.п. + +Изофен, 50% с.п.	а	63,3	26,6	28,8	29,4	42,2	54,4
	б	64,0	26,7	29,2	29,7	42,5	54,8
4. Фон	а	61,1	25,6	27,5	28,0	38,8	52,9
	б	64,9	26,1	29,2	30,1	40,7	55,3
НСР05	а	0,3	0,1	0,1	0,2	0,2	0,2
	б	0,3	0,1	0,2	0,2	0,2	0,2

* - То же, как в табл. 3; а - без учета сорняков, б - с учетом сорняков.

Совокупные энергозатраты на засоренном фоне превышали таковые при внесении гербицидов для расчетов по 1, 3, 4 и 6 группам энергетических эквивалентов. Это еще более контрастно проявляется при сравнении Кээ, который по “Методика ресурсно-эк. оценки… (1999) определяется без учета энергозатрат на семена. По базовому варианту расчета (4-я группа энергетических эквивалентов) на фоне I Кээ в 1962 г. без учета сорняков равен 1,85, а с учетом сорняков 1,53; по “Методика ресурсно-эк. оценки… (1999) 2,37 и 2,21 соответственно; в 1986 г. 1,75 и 1,72 и 2,12 и 2,08, а на контроле 3,80 и 3,69 (4-я группа) и 7,08 и 6,76 (3-я) соответственно. На фоне I и II Кээ в зависимости от группы возрастал всего на 21-23 %, а на контроле - на 83 и 86.

Таблица 7. Зависимость структуры затрат по статьям технологий от использования разных групп энергетических эквивалентов, % (1962 г.)

Вариант	Группа эквива- лентов *	Тех-ника	Удоб- рения	Пести- циды	ГСМ	Элек- троэнер- гия	Се-мена	Живой труд	Всего
4. Фон - навоз + NPK	1	19,5	34,3	0,3	25,4	1,5	18,9	0,07	100
	2	1,4	43,9	0,4	28,8	2,1	23,3	0,14	100
	3	14,3	36,6	0,3	25,9	2,0	20,9	0,07	100
	4	15,6	62,5	0,2	13,1	1,0	7,6	0,05	100
	5а	10,3	54,1	0,1	13,5	0,8	19,5	1,7	100
	5б	12,6	51,8	0,1	13,9	0,8	18,7	2,17	100
	6	8,7	34,9	0,1	40,0	0,7	14,5	1,0	100

* - То же, как в табл. 3,

** - а-минимальные, б- максимальные значения энергетических эквивалентов.

Вариация доли затрат по статьям технологий в зависимости от групп энергетических эквивалентов в 1962 г. значительно сильнее, чем от применения гербицидов (табл. 7). Так, колебания доли затрат на сельскохозяйственную технику составляет от 1,4 до 19,5 %, по удобрениям - от 34,3 до 62,5, ГСМ - от 13,1 до 40,0, по семенам - от 7,6 до 23,3. Изменение доли затрат на гербициды почти в 10 раз способствовало слабому долевому увеличению затрат по другим статьям - по семенам рост на 3-5% относительных и по электроэнергии 4-8.

Более наглядной является вариация структуры затрат по статьям технологий в зависимости от применения cредств химизации в 1986 г. Особенно это рельефно в отношении сравнения контроля с фоновыми вариантами за счет применения удобрений (рис.3). Между фоном I и II отмечена разница ~ 10% только по статье удобрения.

Рис. 3. Структура затрат по статьям технологий в зависимости от использования cредств химизации (1986 г.)



ВЫВОДЫ

1. Необходима унификация энергетических эквивалентов используемых энергоресурсов, многократно различающихся по отдельным их видам: по - металлу для сельскохозяйственной техники в 26 раз, топливу и электрической энергии почти в 2 раза; живому труду в 50 раз, семенам в 2 раза. При использовании контрастных групп энергетических эквивалентов в зависимости от их использования различия в энергозатратах всей технологии возделывания и уборки озимой пшеницы сокращаются до 2-3 раз, по Кээ [по Володину и др. (1999) в сравнении с базовым вариантом в 1986 г.] - до 1,3-1,8.

2. Средства химизации оказывают различное влияние на показатели энергетического анализа. Гербициды в первые 2-е ротации оказывали меньшее положительное влияние, чем в последующие, особенно, в 5-й и 6-й ротациях. Улучшение фитосанитарной обстановки посевов озимой пшеницы с помощью комплекса средств защиты растений (гербициды, ретарданты, фунгициды) способствовало улучшению показателей энергетического анализа в 2-3 раза. Сами минеральные удобрения или их сочетание с органическими не всегда способствовали улучшению показателей энергетического анализа - Кээ на удобренных фонах всегда был ниже, чем на контроле. СЗР способствовали более эффективному использованию удобрений, и в некоторых случаях Кээ был на уровне или выше, чем на контроле, созданного на фоне 24-х-летнего применения удобрений и СЗР.

3. Агротехногенная нагрузка зависит от уровня интенсификации земледелия. В наших исследованиях по базовому варианту расчета она варьирует от 11,4 (контроль) до 36,6 ГДж/га и никаких отрицательных экологических последствий до сих пор (уже 46 лет) не выявлено.

4. Энергетический эквивалент подстилочного навоза не может быть величиной постоянной и зависит от количества и энергоемкости соломы, способа хранения (рыхлого, плотного или их комбинации) и используемой группы энергетических эквивалентов энергоресурсов и живого труда.

5. Предлагается распределение энергозатрат на производство и хранение подстилочного навоза по годам действия на основе энергетических эквивалентов NPK и многолетних данных Геосети ВИУА по использованию питательных веществ органических удобрений по годам действия: 1-й год - 34, 2-й - 29, 3-й - 13, 4-й - 10, 5-й - 8, 6-й - 6 %.

6. Сопутствующие факторы иногда оказывают существенную роль в формировании энергозатрат определенных операций. Так, сильное засорение посевов увеличивает энергозатраты при прямом комбайнировании с копнением в такой степени, что совокупные энергозатраты технологии на фоновом варианте без применения гербицидов оказываются выше, чем при их внесении, что сказывается на показателях энергетического анализа. В этом случае энергетический анализ проводят по всей технологии возделывания и уборки озимой пшеницы, а не на прибавку урожая.

7. Энергоемкость производства 1 ц зерна с учетом дополнительной продукции в основном наименьшая на контрольном варианте, повышается при использовании как минеральных удобрений, так и сочетания их с навозом почти в одинаковой степени. Снижение энергоемкости зерна на фоне удобрения достигается внесением СЗР за счет улучшения фитосанитарной обстановки и повышения эффективности использования удобрений.

8. Кээ изменяется также, как и энергоемкость производства 1 ц зерна, только в противоположном направлении. Наиболее высокий Кээ отмечен на контрольном варианте и при использовании всего комплекса средств химизации.

9. Структура потоков антропогенной энергии в технологии возделывания и уборки озимой пшеницы изменяется от самой технологии и группы энергетических эквивалентов энергоресурсов и живого труда. Причем от группы энергетических эквивалентов в большей степени, чем от средств химизации.

10. Наиболее энергетически эффективными приемами возделывания является сочетание как умеренных, так и более высоких доз удобрений в сочетании с пестицидами. При этом получен наиболее высокий выход накопленной энергии, более низкая энергоемкость продукции и выше Кээ.

11. В технологиях возделывания озимой пшеницы существует альтернатива выбора оптимального решения на основании энергетических показателей по сочетанию доз удобрений с пестицидами или без применения средств химизации на ранее созданных уровнях плодородия с учетом урожайности культуры.

Предложение производству

На дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах с содержанием в почве гумуса 1,6-2,1%, подвижных форм фосфора 2-18 и калия 11-23 мг/100 г при возделывании озимой пшеницы в севообороте применять, исходя из расчета на планируемый урожай, сочетание органических (10 т/га в расчете на год) и минеральных (N_35-120P_30-60К_30-150) или минеральных (N_120-150P_60-90К_140-160) систем удобрений в комплексе со средствами защиты растений (гербициды, ретарданты и фунгициды) согласно регламентам их использования и необходимости.



СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бузько В.А. Накопление энергии зерном озимой пшеницы при длительном применении средств химизации в полевом севообороте центрального нечерноземья России // Материалы Всероссийской конф. / Бюлл. ВИУА. - М., 1998 .- №111. - С. 60-61.

2. Алиев А.М., Ладонин В.Ф., Цимбалист Н.И., Калинушкина Л.Ф., Бузько В.А. Влияние длительного применения гербицидов и других средств химизации на групповой и видовой состав сорняков, плодородие почвы и продуктивность зер новых культур полевого севооборота. Материалы второго Всероссийского научно-производственного совещания (Голицыно, 17-20 июля 2000 г.). Состояние и развитие гербологии на пороге ХХI столетия. - Голицыно, 2000. - С. 180-187.

3. Цимбалист Н.И., Алиев А.М., Шмонин В.А., Бузько В.А. К вопросу определения влияния засоренности посевов на энергозатраты при прямом комбайнировании озимой пшеницы. Материалы второго Всероссийского научно-производственного совещания (Голицыно, 17-20 июля 2000 г.). Состояние и развитие гербологии на пороге ХХI столетия. - Голицыно, 2000.

4. Цимбалист Н.И., Ладонин В.Ф., Чернышев А.Н., Бузько В.А., Алиев А.М., Белоус Н.М., Никифоров М.И., Шаповалов В.Ф., Миндрин А.С., Шмонин В.А., Цимбалист С.Н. Вариация энергетического эквивалента полуразложившегося подстилочного навоза в зависимости от энергетических эквивалентов компонентов затрат. Сборник докладов международной научно-практической конференции 1-5 июля 2004 года. - Владимир, 2004. - С. 336-340.

5. Цимбалист Н.И., Ладонин В.Ф., Алиев А.М., Бузько В.А., Шмонин В.А., Цимбалист С.Н. Оценка энергетической эффективности технологий возделывания и уборки озимой пшеницы в шестипольном севообороте многолетнего стационара // Агрохимия. - 2007. - N 7. - С. 49-63.

Размещено на Allbest.ru

...