Биоэнергетическая эффективность утилизации активного ила

Интенсивные технологи возделывания сельскохозяйственных культур предполагают высокое энергопотребление, связанное с широким использованием в них синтетических пестицидов и минеральных удобрений. В связи с ростом цен на энергоресурсы стали дорогостоящими все агрохимикаты, используемые в интенсивных системах земледелия. Поэтому поиск более энергосберегающих ресурсов для агротехнологий становится одной из актуальной современной проблемой [1].

Известно также о том, что в условиях глобальной урбанизации накопились огромные массы активного ила очистных сооружений канализаций городов. Активный ил (АИ) имеет очень сложный микробиологический и полиэлементный состав, что предопределил преимущественно его почвенный путь утилизации в качестве удобрения сельскохозяйственных культур. В настоящее время для многих культур установлены экологически безопасные дозы применения активного ила [2]. Однако в научной литературе не имеется сведений о биоэнергетической эффективности почвенного пути утилизации АИ по сравнению с минеральными удобрениями [3].

Целью нашей работы являлось проведение сравнительной оценки биоэнергетической эффективности почвенного пути утилизации активного ила относительно минеральных удобрений при возделывании ячменя.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. установление энергетических затрат при возделывании ячменя с применением активного ила и минеральных удобрений;

2. определение энергосодержания в хозяйственном урожае ячменя;

3. расчеты коэффициента биоэнергетической эффективности возделывания ячменя в условиях применения активного ила и минеральных удобрений.

Для расчета энергетических затрат на технологию возделывания ячменя использовали технологические карты, составленные без применения удобрений, с внесением минеральных удобрений в дозе N60 P30 K60 и активного ила в дозе 10 т/га по сухому веществу в условиях дерново-подзолистых супесчаных почв Опытного поля Калужского филиала РГАУ – МСХА им. К. А. Тимирязева.

Для перевода технологических операций (прямых и косвенных) в энергоединицы, определения содержания энергии в урожае и расчета коэффициента биоэнергетической эффективности использовали справочный материал и соответствующие формулы, представленные детально в работе [1].

Коэффициент энергетической эффективности возделывания ячменя определяли как отношение энергосодержания урожая ячменя (МДж/га) к суммарным энергозатратам (прямым и косвенным) на производство ячменя (МДж/га).

К прямым энергозатратам относятся энергоресурсы, затраты труда, расходы горючего и смазочных материалов, затраты электроэнергии. К косвенным относятся энергозатраты на изготовление, хранение и транспортировку средств производства (тракторов, с/х машин, минеральных удобрений и др.).

Основные результаты расчетов представлены в таблицах 1, 2, 3, 4 и на рисунках 1, 2

Таблица 1. Энергетические затраты на возделывание ячменя без применения удобрений (контроль)

№ п/п Технологические процессы Энергозатраты
прямые косвенные суммарные
МДж/га % МДж/га % МДж/га %
1 Основная обработка почвы 3576 37,7 2584 27,0 6160 32,3
2 Предпосевная обработка 2510 26,4 2196 23,0 4706 24,7
3 Подготовка семян к посеву и посев 2163 22,8 3714 38,7 5877 30,8
4 Уборка и послеуборочная доработка урожая 1245 13,1 1085 11,3 2330 12,2
Итого 9494 100 9579 100 19073 100

Как видно из таблицы 1, суммарные энергетические затраты на возделывание ячменя без применения удобрений составляют 19073 МДж/га, в том числе 50% приходится на прямые и 50% на косвенные затраты. Среди прямых затрат наибольшую долю (37,7%) составляет основная обработка почвы, наименьшую долю (13,1%) – уборка и послеуборочная доработка урожая. Наибольшие косвенные затраты приходятся также на подготовку семян к посеву и посев (38,7%), а наименьшие – на уборку и послеуборочную доработку урожая. Суммарные энергозатраты на основную обработку почвы составляют наибольшую величину – 32,3%, а уборка и послеуборочная доработка урожая – наименьшую величину – 12,2%.

Таблица 2. Энергетические затраты на возделывание ячменя при применении минеральных удобрений

№ п/п Технологические процессы Энергозатраты
прямые косвенные суммарные
МДж/га % МДж/га % МДж/га %
1 Производство и транспортировка минеральных удобрений 1064 8,6 6271 34,6 7335 24,1
2 Основная обработка почвы 3758 30,2 2734 15,1 6492 21,2
3 Предпосевная обработка с внесением минеральных удобрений 2834 22,8 3054 16,9 5888 19,3
4 Подготовка семян к посеву и посев 2163 17,4 3714 20,5 5877 19,2
5 Уборка и послеуборочная доработка урожая 2623 21,0 2341 12,9 4964 16,2
Итого 12442 100 18114 100 30556 100

Анализ данных таблицы 2 позволяет заключить о том, что суммарные энергозатраты на производство и транспортировку минеральных удобрений составляют наибольшую относительную долю 24,1%, а на уборку и послеуборочную доработку урожая наименьшую – 16,2%. В целом отметим, что суммарные энергозатраты по отдельным технологическим процессам не так резко отличаются. Косвенные превышают прямые энергозатраты на 5672 МДж/га. Общие суммарные энергозатраты на всю технологию возделывания ячменя с внесением минеральных удобрений составляет 30556 МДж/га.

Таблица 3. Энергетические затраты на возделывание ячменя в условиях применения АИ

№ п/п Технологические процессы Энергозатраты
прямые косвенные суммарные
МДж/га % МДж/га % МДж/га %
1 Биологическая очистка сточных вод 1881 11,1 3115 17,4 4996 14,3
2 Основная обработка почвы с внесением АИ 6459 37,9 4994 27,9 11452 32,8
3 Предпосевная обработка 2510 14,8 2196 12,3 4706 13,5
4 Подготовка семян к посеву и посев 2163 12,7 3714 20,7 5877 16,8
5 Уборка и послеуборочная доработка урожая 3987 23,5 3892 21,7 7879 22,6
Итого 16999 100 17911 100 34910 100

Данные таблицы 3 показывают, что суммарная энергозатрата на технологию возделывания ячменя с применением АИ составляет 34910 МДж/га. В структуре суммарных затрат превалирует энергозатарты на основную обработку почвы с внесением АИ – 11452 МДж/га или 32,8%. Прямые энергозатраты составляют 16999 МДж/га, а косвенные – 17911 МДж/га.

энергетические расходы на технологические операции при возделывании ячменя

Рис. 1. Суммарные энергетические расходы на основные технологические операции при возделывании ячменя по различным системам удобрений

Анализ графиков рисунка 1 свидетельствуют о том, что суммарные энергозатраты на основные технологические операции в условиях применения АИ наиболее максимальны, а без применения удобрении они минимальны.

Энергосодержание урожая ячменя

Рис. 2. Энергосодержание урожая ячменя, МДж/га

Как видно из диаграммы рисунка 2, наибольшее энергосодержание приходится на урожай ячменя, выращенной с применением АИ в дозе 10 т/га по СВ. наименьшее энергосодержание отмечается в урожае ячменя при возделывании без применения удобрений.

Таблица 4. Энергетическая эффективность производства ячменя

№ п/п Показатели контроль (без удобрений) с применением минеральных удобрений N60P30K60 с применением АИ, 10т/га
1 Урожайность ячменя, ц/га 17 28 40
2 Энергосодержание урожая, МДж/га 22202 36568 55240
3 Суммарные энергозатраты на всю технологию, МДж/га 19073 30556 34910
4 Коэффициент энергетической эффективности 1,16 1,20 1,58

Согласно представленных в таблице 4 данных, можно отметить о том, что внесение АИ в дерново-подзолистую супесчаную почву при возделывании ячменя дает наибольшую урожайность (40 ц/га), высокое энергосодержание в урожае (55240 МДж/га), наибольшие суммарные энергозатраты на всю технологию (34910 МДж/га) и самый высокий коэффициент энергетической эффективности.