Энергетическая оценка технологий возделывания ячменя

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 [ 1,2 ] .

Современное сельскохозяйственное производство является одним из основных потребителей энергии . На производство сельскохозяйственной продукции расходуется не только энергия солнечной радиации , потребляемая растениями в процессе фотосинтеза , но и энергия , используемая на производство и применение удобрений , пестицидов , а также энергии нефтепродуктов , используемая на обработку почвы , уход за посевами , уборку и подработку урожая .

Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства , рост урожайности культур , в том числе и ячменя , будут неизбежно сопровождаться увеличением затрат невозобновляемой энергии . Поэтому важно в перспективе разрабатывать ресурсо - и энергосберегающие технологии , при которых меньше затрачивается средств и энергии на производство продукции . Это положение подтверждается тем , что невысокое финансовое и материально - техническое обеспечение значительного количества хозяйств не позволяет товаропроизводителям обеспечить высокую культуру земледелия , выполнение отдельных эффективных приемов возделывания культур .

К наиболее важным мероприятиям относится сбалансированное питание растений за счет минеральных и органических удобрений , применение ресурсосберегающих приемов обработки почвы , корректировка норм высева ячменя в конкретных условиях , внедрение новых сортов , интегрированная система защиты растений от сорняков , болезней и вредителей и своевременное и качественное выполнение всех технологических операций .

М атериал и методика исследований

Исследования по оценке энергетической эффективности технологий возделывания ярового ячменя проводились в учхозе « Лавровский » на опытном поле Орловского государственного аграрного университета с 1989 по 2006 год . Было заложено три опыта .

Почва опытного участка серая лесная , гранулометрический состав - среднесуглинистый , содержание гумуса 4,21 – 4,48%, подвижного фосфора 14 – 16,5 мг /100 г почвы , обменного калия 14,7 – 16,0 мг /100 г почвы ( по Кирсанову ), рН почвенного раствора 5,9

– 6,5, сумма поглощённых оснований 16,2 – 17,6 мг - экв . на 100 г почвы , гидролитическая кислотность 2,22 – 2,25 мг - экв . на 100 г почвы .

Результаты и их обсуждение

Увеличение урожайности и улучшение качества продукции тесно связаны с проблемой повышения эффективности азотных удобрений .

Опыт по изучению влияния различных доз азотных удобрений на продуктивность ячменя включал 4 варианта : 1 – контроль , Р ₆₀ К ₁₂₀ ( фон ); 2 – N₃₂+ фон ; 3 – N₆₄ + фон ; 4 – N 80 + фон . Предшественник - вико - овсяная смесь на сено , сорт ячменя – Карина . Азотные удобрения вносились в фазу начала кущения . Исследования проводились на фоне комплексного применения средств защиты растений . Остальные приемы агротехники общепринятые для Орловской области .

В результате исследований установлено , что при внесении азотных удобрений урожайность ячменя повышалась с 32,0 ц / га на контроле до 56,3 ц / га на варианте с внесением N₈₀. Увеличение урожайности с 32,0 до 42,8 ц / га сопровождалось возрастанием затрат совокупной энергии на 18,5%, до 47,5 ц / га - еще на 16,5%. Получение 56,3 ц / га на варианте 4 увеличило энергозатраты на 7,0% по сравнению с третьим вариантом ( табл . 1).

Таблица 1 – Влияние удобрений на энергетическую эффективность возделывания ячменя

Варианты	Урожай ность , ц / га	Затраче но энер гии , ГДж / га	Получено энергии с урожаем , ГДж / га	Биоэнерге тический коэффици ент
1. Контроль , Р 60 К 120 ( фон )	32,0	16,38	52,64	3,21
2. N32 + фон	42,8	19,41	70,41	3,62
3. N 64 + фон	47,5	22,15	78,14	3,53
4. N80 + фон	56,3	23,70	92,61	3,91
НСР 05	3,82

Повышение затрат совокупной энергии , затраченной на возделывание ячменя , происходило за счет затрат на удобрения , топливо , электроэнергию и технику .

Наибольшая доля энергозатрат приходится на удобрения . На контроле она составила 36 % , на варианте 2 - 44 %, на вариантах 3 и 4 - 50 и 52%. Увеличение дозы азота с 64 до 80 кг / га д . в . незначительно повышало энергозатраты на внесение удобрений , всего на 2,0%.

Повышение энергозатрат на технику , топливо и электроэнергию связано с уборкой и доработкой дополнительно полученного зерна .

Энергия , накопленная в зерне ячменя , превышала затраты энергии на возделывание этой культуры на всех вариантах опыта . Но наибольшее превышение отмечено на варианте 4, где доза азотного удобрения составляла 80 кг / га д . в . Биоэнергетический коэффициент равен 3,91, что на 10 % выше , чем на варианте с внесением N 64 и на 8 % - чем на варианте с дозой N₃₂.

Таким образом , наиболее эффективной является технология с применением минеральных удобрений в дозе N₈₀ Р ₆₀ К ₁₂₀, которая обеспечивает высокий чистый энергетический доход и получение урожайности на уровне 56 ц / га .

Правильно определенные нормы и сроки их внесения позволяют управлять ростом и развитием растений для 5

достижения максимальной продуктивности, способствуют более полной реализации биологического потенциала культуры и улучшению качества зерна. Вопрос о нормах и сроках внесения азотных удобрений мало изучен и остается открытым. До сих пор не сформировалось единого мнения о влиянии норм и сроков внесения этих удобрений в различных условиях выращивания на продуктивность и качество зерна ячменя. Также одной из важнейших проблем, требующих глубокой теоретической и практической разработки, является обоснование наиболее эффективных норм высева семян. Выбор оптимальной площади питания является кординальным, так как правильное его решение позволяет резко повысить урожай и улучшить качество продукции без дополнительных затрат. При оптимальной норме высева повышается устойчивость растений к неблагоприятным условиям. Норма высева семян в значительной степени влияет на особенности развития растений: их мощность, кустистость, сроки прохождения фаз развития, а в конечном итоге – на продуктивность растений и урожайность. В связи с разнообразием условий выращивания в отдельных хозяйствах и даже на отдельных полях, с внедрением в производство новых сортов требуется уточнение рекомендуемых норм, исходя из конкретных условий.

На опытном поле учхоза на фоне двух норм высева 3 и 4 млн . штук семян на гектар ячменя сорта Скарлетт изучалось влияние четырех систем минеральных удобрений : 1. контроль – Р ₆₀ К ₆₀ ( фон ); 2. N₃₀ + фон ; 3. N₄₀ ( под культивацию ) + N₂₀ ( в подкормку ) + фон ; 4. N₆₀ ( под культивацию ) + N₃₀ ( в подкормку ) + фон ; 5. N₂₀ ( под культивацию ) + N₄₀ ( в подкормку ) + фон . Предшественником являлась гречиха . Остальные элементы технологии общепринятые для Орловской области .

Следует отметить , что посев ячменя с нормой высева 3 млн . шт . семян на 1 га на вариантах с повышенным фоном азотного питания более эффективен . Урожайность колебалась от 50,1 до 54,6 ц / га против 48,7 – 52,6 ц / га при высеве 4 млн . шт . семян на 1 га . На контроле и на варианте с N₃₀ лучшие результаты получены с нормой высева 4 млн . шт . семян на 1 га . Сбор зерна с 1 гектара составил 27,1 и 44,6 ц / га соответственно , что на 6 и 10% больше , чем на вариантах с нормой высева 3 млн . шт . семян на 1 га ( табл . 2). Очевидно , норма высева 4 млн . шт . семян на 1 га при повышении уровня азотного питания приводила к формированию загущенных посевов и полеганию растений ячменя .

Комплексные исследования по изучению эффективности разных систем удобрений и приемов обработки почвы проводились по следующей схеме : 1. контроль - вспашка (20-22 см ) без удобрений ; 2. вспашка + навоз ( Н ) + солома ( С ) + сидерат ( С ); 3. вспашка + Н + С + С + N₃₀ Р ₃₀ К ₃₀; 4. поверхностная обработка (8-10 см ) без удобрений ; 5. поверхностная обработка + Н + С + С ; 6. поверхностная обработка + N₃₀ Р ₃₀ К ₃₀. Объектом исследований являлся сорт Гонар , который высевался после кукурузы на силос . Навоз (50 т / га ), солома (6 т / га ), сидерат (6-8 т / га ) вносили под предшественник . На ячмене изучалось их последействие . Система защиты растений предусматривала применение гербицида , фунгицида и при необходимости инсектицида .

Анализ полученных данных показал , что поверхностная обработка почвы способствовала повышению урожайности в среднем на 7%. Более эффективным приемом оказалось внесение минеральных удобрений . Прибавки от удобрений составили 6,1 – 17,1 ц / га на вариантах с применением вспашки и 4,5 – 15,0 ц / га - с применением поверхностной обработки почвы .

Анализ полученных данных показал, что существует тенденция к увеличению энергозатрат на гектар при увеличении доз азотных удобрений. Каждая дополнительно вносимая доза увеличивала затраты энергии на 2,7 – 8,34 ГДж/га. Наибольшие затраты совокупной энергии были отмечены при посеве ячменя с нормой 4млн.шт./га и внесении N60+N30 – 20,16 ГДж/га. Энергия, накопленная урожаем, на этом варианте составила 80,28 ГДж/га. На таком же уровне этот показатель получен на варианте 5, а биоэнергетический коэффициент выше на 13%. Отсюда следует, что внесение N30 в подкормку нецелесообразно. Неэффективно вносить N20 до посева и N40 в подкормку, так как максимальное потребление азота ячменем происходит в период всходы - кущение. Это согласуется с полученными энергетическими показателями. Затраты энергии на вариантах 3 и 5 различались незначительно и составляли 18,03 и 17,79 ГДж/га, а разница в накопленной урожаем энергии была существенной. На варианте 3 она была на 8% выше. Вследствие этого биоэнергетический коэффициент на варианте 3 составил 4,8 и 4,5 на пятом варианте. Подобная закономерность выявлена при посеве ячменя с нормой высева 3 млн. шт. семян/га. Наиболее эффективным было возделывание ячменя с нормой высева 3 млн. шт. семян/га при внесении N40 под культивацию и N20 в подкормку. Биоэнергетический коэффициент равен 5,23.

Таблица 2 – Энергетическая эффективность возделывания ячменя при разных уровнях азотного питания и нормах высева

Варианты	Урожайность , ц / га		Затрачено энергии , ГДж / га		Получено энергии с урожаем , ГДж / га		Биоэнергетический коэффициент
	3 млн .	4 млн .	3 млн .	4 млн .	3 млн .	4 млн .	3 млн .	4 млн .
1. контроль - Р 60 К 60 ( фон )	25,6	27,1	11,12	12, 04	42,11	44,58	3,79	3,70
2. N 30 + фон ;	40,4	44,6	13,82	14,93	66,46	73,37	4,79	4,91
3. N 40 + N 20 + фон	54,6	52,6	17,16	18,03	89,82	86,53	5,23	4,80
4. N 60 + N 30 + фон	51,1	48,8	19,46	20,16	84,06	80,28	4,31	3,98
5. N 20 + N 40 + фон	50,1	48,7	16,82	17,79	82,41	80,11	4,89	4,50
НСР 05 частных различий	2,54
НСР 05 по удобрениям	1,89
НСР 05 по нормам высева	1,31

Таблица 3 – Энергетическая эффективность приемов возделывания ячменя

Варианты	Урожайность , ц / га	Затрачено энергии , ГДж / га	Получено энергии с урожаем , ГДж / га	Биоэнергетический коэффициент
1. контроль - вспашка (20-22 см ) без удобрений	23,0	13,61	37,84	2,8
2. вспашка + навоз ( Н ) + солома ( С ) + сидерат ( С )	29,1	9,70	47,87	4,94
3. вспашка + Н + С + С + N 30 Р 30 К 30	40,1	16,56	65,97	3,98
4. поверхностная  обработка (8-10 см ) без удобрений	26,3	2,26	43,26	3,53
5. поверхностная обработка + Н + С + С	30,8	8,32	50,67	6,09
6. поверхностная обработка + N30 Р 30 К 30	41,3	15,14	67,94	4,5
НСР 05	3,46

В условиях реформирования агропромышленного комплекса , когда сократился объем применения техногенных средств интенсификации растениеводства , возросло значение биологических факторов . Большое значение приобрело внедрение энерго - и ресурсосберегающих технологий возделывания ячменя [ б ] . Основой таких технологий является сокращение до разумного минимума внешнего антропогенного воздействия на агроценоз , создание благоприятных предпосылок для полноценного использования собственного биопотенциала и снижение энергозатрат на производство зерна . Разработка энергосберегающих технологий выращивания ячменя велась в следующих направлениях : способы обработки почвы и системы удобрений с ограниченным применением минеральных и исключающие их применение .

При возделывании ячменя основные затраты совокупной энергии приходились на оборотные средства – 85%, на основные средства производства – 13%, на трудовые ресурсы – 2%. По мере увеличения применения энергетических средств , происходит значительное увеличение общих затрат совокупной энергии . В целом энергозатраты по вспашке были выше , чем по поверхностной обработке почвы , за счет более энергоемких процессов . Наиболее высокие энергозатраты отмечены на варианте 3 и составили 16,56 ГДж / га . Экономия от замены вспашки поверхностным рыхлением составила 9,4%. Выращивание ячменя на фоне последействия органических удобрений и с применением поверхностной обработки почвы снижало затраты совокупной энергии на 16,6%.

Содержание энергии , накопленной ячменем , увеличивалось при применении минеральных удобрений на фоне поверхностной обработки почвы и составило 67,94 ГДж / га . Биоэнергетический коэффициент на этом варианте составил 4,5. На варианте с органической системой удобрений и поверхностной обработкой почвы энергия , накопленная урожаем , превышала затраты совокупной энергии в 6,09 раза .

Таким образом , с энергетической точки зрения наиболее целесообразной под ячмень , возделываемый после кукурузы на силос , можно считать поверхностную обработку почвы на 8-10 см в сочетании с органической системой удобрений , обеспечивающей получение урожайности на уровне 31 ц / га . Дополнительное внесение N30 Р 30 К 30 способствовало повышению урожайности на 10,0 ц / га , хотя при этом отмечалось повышение энергозатрат на производство зерна и снижение биоэнергетического коэффициента .

Выводы

• 1.    Наиболее эффективной является технология с применением минеральных удобрений в дозе N 80 Р 60 К 120 , которая обеспечивает высокий чистый энергетический доход и получение урожайности на уровне 56 ц / га .

• 2.    Наиболее эффективным было возделывание ячменя с нормой высева 3 млн . шт . семян / га при внесении N₄₀ под культивацию и N₂₀ в подкормку . Биоэнергетический коэффициент равен 5,23.

• 3.    С энергетической точки зрения наиболее целесообразной под ячмень , возделываемый после кукурузы на силос , можно считать поверхностную обработку почвы на 8-10 см в сочетании с органической системой удобрений , обеспечивающей получение урожайности на уровне 31 ц / га . Дополнительное внесение N 30 Р 30 К 30 способствовало повышению урожайности на 10,0 ц / га , хотя при этом отмечалось повышение энергозатрат на производство зерна и снижение биоэнергетического коэффициента .

• 4.    Целью выбора тех или иных приемов возделывания ячменя должна быть не максимальная урожайность любой ценой , а минимальные энергозатраты на единицу произведенной продукции .