Снижение энергоемкости становится в настоящее время доминирующим критерием эффективности ведения сельскохозяйственного производства и рационального использования ресурсов, вовлеченных в него: почвенных, водных, энергетических, биологических, финансовых и трудовых [1-3].
Особенности функционирования сельскохозяйственной отрасли связаны с тем, что в качестве объекта воздействия энергетических технологий чаще всего выступают биологические объекты: почва, растение, животное. Это накладывает отпечатки на особенности потребления и распределения энергии, а также возможные энергетические источники.
Для увеличения производства продукции сельское хозяйство должно развиваться интенсивно, используя инновационные энергоресурсосберегающие технологии, а этот процесс неразрывно связан с возрастанием потребления энергии. Поэтому в современных условиях вопросы снижения энергоемкости технологических процессов в АПК приобретают особую остроту.
Решение снижение энергоемкости в сельском хозяйстве в перспективе связано с внедрением в сельскохозяйственное производство прорывных инновационных технологий и новейших научных разработок, призванных вывести сельскохозяйственные организации на качественно новый уровень.
Основными направлениями технологического развития сельского хозяйства в растениеводстве будут являться:
- развитие технологий точного земледелия;
- создание высокопродуктивных сортов и гибридов, адаптированных к различным зональным особенностям республики, с потенциальной урожайностью зерновых 100–120 ц/га, что позволит свести к минимуму государственные дотации;
- внедрение технологий по биологизации земледелия и производству органической продукции;
- разработка технологии драгирования семян злаковых, бобовых и технических культур с нанесением на них удобрений, микро- и макроэлементов на основе гуматов, встроенных в матрицу полифункционального полимера с пролонгированным периодом действия («умные удобрения»);
- внедрение технологии СВЧ-обработки семян злаковых, бобовых и технических культур;
- внедрение технологии селективной очистки семян злаковых и бобовых культур с использованием лазерно-оптических систем;
- развитие информационных систем для обеспечения организации и контроля выполнения технологических процессов в растениеводстве с использованием ГИС-технологий и GPS-навигации;
- разработка технологических приемов реабилитации техногенно загрязненных сельскохозяйственных земель с применением многофункциональных полимерных сорбентов.
Продовольственная безопасность страны во многом определяется показателем устойчивости развития сельского хозяйства и эффективностью использования земельных ресурсов. Научно обоснованное растениеводство позволяет, с одной стороны, наращивать масштабы сельскохозяйственного производства, а с другой – обеспечивать экологическое равновесие окружающей среды, ее сохранение и воспроизводство.
В основе формирования любой технологии лежит понимание системы взаимосвязей между элементами технологии растениеводства и факторами внешней среды.
Задачи энергосберегающего растениеводства:
- улучшение почвенных условий жизни растений путем лучшего накопления и рационального расходования влаги, элементов питания за счет мульчирования поверхности почвы растительными остатками, повышения биологической активности почвы;
- сокращение затрат топливно-энергетических ресурсов и труда на основе использования современной техники и технологий возделывания, основанных на минимальной и нулевой обработке почвы;
- снижение затрат на средства химизации путем подбора севооборотов, а также наиболее продуктивных, экономически выгодных культур и сортов, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам;
- устранение процессов эрозии и деградации почвы;
- совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур и повышение рентабельности на основе использования геоинформационных систем и глобальной системы позиционирования.
В основе энергосберегающих технологий лежат следующие принципы:
- отсутствие или минимизация механической обработки почвы;
- сохранение растительных остатков на поверхности почвы;
- использование севооборотов, включающих рентабельные культуры и культуры, улучшающие плодородие почв;
- интегрированный подход в борьбе с вредителями и болезнями.
Для организации энергосбережения в растениеводстве необходимы:
- анализ структуры и объемов энергопотребления; выявления причин потерь энергии и путей их устранения или сокращения;
- внедрение энергосберегающих процессов и оборудования;
- сбор сведений о наличии местных и вторичных энергоресурсов и разработка предложений по их использованию;
- определение перечня энергоемкого оборудования, подлежащего замене;
- изучение и внедрение передового опыта по экономии ресурсов;
- налаживание учета расхода энергоресурсов и разработка мер по поощрению за экономию.
Как известно, расчет энергетической эффективности предполагает учет всех энергозатрат на возделывание гибридов кукурузы и выявление степени окупаемости энергетических затрат энергией, получаемой с урожаем. При этом такая энергетическая оценка может быть при необходимости переведена и в денежный эквивалент [4-8].
Расчеты проводили с учетом того, что расход энергии на производство гибридов кукурузы включает в себя следующие затраты [9-17]: на семена, удобрения, пестициды, горюче-смазочные материалы; амортизационные отчисления на тракторы, автомобили и сельскохозяйственные машины и оборудование; на капитальный и текущий ремонт указанных выше технических объектов; на электроэнергию; на оплату труда механизаторов. Кроме того, при расчете энергетической эффективности использовалась методика, изложенная в [18].
Оценка энергетической эффективности возделывания перспективных гибридов кукурузы в зависимости от густоты стояния растений дана в таблице [19-22].
Анализ полученных результатов показывает, что для раннеспелого гибрида РОСС 144 MB чистый энергетический доход вырос с 55,2 ГДж/га при густоте 40 тыс. растений на 1 га до 106,0 ГДж/га при густоте стояния растений 80 тыс. растений на 1 га, затем снизился до 73,5 ГДж/га при дальнейшем увеличении густоты стояния растений до 90 тыс. шт на 1 га. При этом при увеличении густоты стояния растений с 40 до 80 тыс. шт на 1 га коэффициент энергетической эффективности увеличился в 1,5 раза, а биоэнергетический коэффициент (КПД) посева - в 1,3 раза. Как следствие этого, энергетическая себестоимость снизилась с 1115,1 до 701,4 МДж/ц.
Анализ данных по среднераннему гибриду РОСС 209 MB показал, что наибольший чистый энергетический доход получен при густоте стояния растений 70 тыс. шт на 1 га (107,9 ГДж/га).
При увеличении густоты стояния растений этого гибрида с 40 до 70 тыс. шт на 1 га коэффициент энергетической эффективности увеличился о 2,09 до 3,48, т.е. в 1,7 раза. Дальнейшее увеличение густоты стояния растений до 90 тыс. шт на 1 га снизило этот показатель в 1,9 раза.
Таблица 1. Энергетическая оценка возделывания гибридов кукурузы в зависимости от густоты стояния растений
Густота стояния растений |
Затрачено энергии, ГДж/га |
Получено энергии с основной и допол-нительной продукци-ей, ГДж/га |
Чистый энергети-ческий доход, ГДж/га |
Коэффи- циент энергети-ческой эффектив-ности |
Биоэнер-гетичес-кий коэффи-циент посева |
Энерге-тичес- кая себе-стоимо-сть, МДж/ц |
Раннеспелый гибрид РОСС 144 МВ | ||||||
40 |
31 |
86,2 |
55,2 |
1,78 |
2,78 |
1115,1 |
50 |
31 |
95,2 |
64,2 |
2,07 |
3,07 |
1009,8 |
60 |
31 |
105,4 |
74,4 |
2,40 |
3,40 |
911,8 |
70 |
31 |
114,7 |
83,7 |
2,70 |
3,70 |
837,8 |
80 |
31 |
137,0 |
106,0 |
3,42 |
4,42 |
701,4 |
90 |
31 |
104,5 |
73,5 |
2,37 |
3,37 |
919,4 |
Среднеранний гибрид РОСС 209 МВ | ||||||
40 |
31 |
95,8 |
77,8 |
2,09 |
3,09 |
1003,2 |
50 |
31 |
113,8 |
88,2 |
2,67 |
3,67 |
844,7 |
60 |
31 |
117,8 |
92,3 |
2,80 |
3,80 |
815,8 |
70 |
31 |
138,9 |
110,7 |
3,48 |
4,48 |
692,0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
80 |
31 |
112,5 |
97,1 |
2,63 |
3,63 |
884,0 |
90 |
31 |
88,7 |
80,0 |
1,86 |
2,86 |
1083,9 |
Среднепоздний гибрид Кавказ 412 СВ | ||||||
40 |
31 |
155,3 |
124,3 |
4,01 |
5,01 |
618,8 |
50 |
31 |
173,0 |
142,0 |
4,58 |
5,58 |
555,5 |
60 |
31 |
197,8 |
166,8 |
5,38 |
6,38 |
485,9 |
70 |
31 |
175,8 |
144,8 |
4,67 |
5,67 |
546,7 |
80 |
31 |
159,6 |
128,6 |
4,15 |
5,15 |
601,9 |
90 |
31 |
145,4 |
114,4 |
3,69 |
4,69 |
661,0 |
Что касается биоэнергетического коэффициента (КПД) посева, увеличение густоты стояния растений с 40 до 70 тыс. шт на 1 га способствовало его увеличению в 1,4 раза.
Дальнейшее увеличение густоты стояния растений до 90 тыс. шт на 1 га снизило этот показатель в 1,6 раза.
Наиболее низкая энергетическая себестоимость в опыте с среднеранним гибридом РОСС 209 МВ наблюдалась при густоте стояния растений 70 тыс. шт на 1 га.
Для среднепозднего гибрида Кавказ 412 СВ оптимальной густотой стояния растений можно считать 60 тыс. шт на 1 га. Так, увеличение густоты стояния растений этого гибрида кукурузы с 40 до 60 тыс. шт на 1 га увеличило чистый энергетический доход на 34,2% и снизило энергетическую себестоимость на 27,3%. При этом коэффициент энергетической эффективности и биоэнергетический коэффициент (КПД) посева увеличились, соответственно, в 1,34 и 1,27 раза.
Дальнейшее увеличение густоты стояния растений до 90 тыс. шт на 1 га привело к снижению чистого энергетического дохода на 45,8% и увеличению энергетической себестоимости на 36%. В этом случае коэффициент энергетической эффективности и биоэнергетический коэффициент (КПД) посева снизились, соответственно, в 1,5 и 1,4 раза.
Таким образом, анализ полученных результатов позволяет заключить, что оптимальными густотами стояния растений перспективных гибридов кукурузы являются: для раннеспелого гибрида РОСС 144 МВ - 80, среднераннего гибрида РОСС 209 МВ - 70 и для среднепозднего гибрида Кавказ 412 СВ - 60 тыс. растений на 1 га.