Биоэнергетическая оценка длительного применения удобрений в севообороте

В современных условиях перед сельскохозяйственным производством остро стала проблема энергетического обеспечения и рационального потребления энергии при производстве продукции. Данная проблема вызвана резким возрастанием стоимости энергоносителей, средств защиты растений, удобрений, объемы затрат на которые значительно возрастают по мере интенсификации технологий [5, 6, 9, 10, 13, 28].

Для этого предложена как экономическая, так и биоэнергетическая оценка технологий возделывания сельскохозяйственных культур, которые позволяют определить наиболее рациональные приемы использования природных ресурсов на основе полученной и затраченной энергии [7, 16, 22]. Экономическая и биоэнергетическая оценка технологических приемов производства сельскохозяйственной продукции позволяет выбрать ресурсосберегающие технологии, снижая материально-технические затраты [3, 8, 12, 20, 28].

Главным показателем применения различных технологий выращивания является урожайность сельскохозяйственных культур [1, 8, 14, 25]. Урожайность колосовых культур — результат взаимодействия растений с окружающей средой и определяется в основном количеством продуктивных стеблей на единице площади и массой зерна с одного колоса, которая в свою очередь зависит от количества зерен в колосе и массы одной зерновки [29, 30, 34].

Важной особенностью озимой пшеницы, определяющим место её в севообороте, является реакция на изменение агрофона. Учитывая то, что среди злаковых культур, озимая пшеница наиболее требовательна к плодородию почвы, поэтому низкий агрофон является причиной снижения, а оптимальный — способствует повышению урожая зерна [4, 23, 27, 31, 39, 41].

Влияние удобрений на элементы продуктивности культуры и в целом на урожай многогранно. Недостаток любого из основных элементов питания особенно в первый месяц после появления всходов, отрицательно сказывается на числе колосков в колосе и цветков в них [2, 32].

Применение удобрений, новой техники и технологий, введение новых сортов должно быть экономически выгодно и энергетически целесообразны [11, 14, 18, 24, 33, 38, 40]. Для разработки более прогрессивных энергосберегающих технологий для новых сортов и с учетом эффективности инноваций в зерновом производстве важна комплексная оценка с учетом агрономической, экономической и энергетической эффективности [15, 17, 20, 21, 29, 35, 40].

Важным является также получение высококачественного зерна. Увеличение стабильности производства высококачественного зерна озимой пшеницы в значительной степени зависит от создания высокопродуктивных, высококачественных сортов, максимально адаптированных для экологических зон возделывания [26, 36, 37, 38]. Даже при наличии хороших сортов необходимо знание агротехнических приёмов управления процессами, как формирования урожая, так и качества зерна, позволяющих наиболее полно реализовывать наследственный потенциал растений с учётом их биологических особенностей [2, 34].

Методика. Опыты проводились в северной зоне Краснодарского края. Погодные условия способствуют активному разложению в почве органического вещества растительных остатков, образованию гуминовых веществ. Благоприятные водно-физические свойства чернозема обыкновенного способствуют хорошему сохранению осадков, увеличению активности микроорганизмов и улучшению питательного режима почвы.

Черноземы обыкновенные отличаются невысоким содержанием гумуса 4,5−5,5% характеризуются значительной мощностью гумусового горизонта. Количество общего азота находится в пределах 0,22−0,33%, фосфора 0,16−0,19%. Содержание калия в черноземе обыкновенном в 8−10 раз превышает запасы азота и фосфора.

Исследованиями предусматривалось изучение влияния вида севооборота, предшественника и систем удобрений на продуктивность озимой пшеницы и биоэнергетическую оценку результатов исследований.

Исследования проводили в Северо-Кубанской сельскохозяйственной опытной станции в двух десятипольных севооборотах: зернопропашном (ЗП) и зернотравянопропашном (ЗТП). Чередование культур в ЗП: озимая пшеница — озимая пшеница — сахарная свекла — озимая пшеница — кукуруза на зерно — горох — озимая пшеница — подсолнечник — яровой ячмень — кукуруза на зерно; в ЗТП: озимая пшеница — сахарная свекла — озимая пшеница — кукуруза на зерно — горох — озимая пшеница — подсолнечник — яровой ячмень с подсевом под покров эспарцета — эспарцет (на семена) — озимая пшеница.

Повторность опыта четырехкратная. Минеральные удобрения вносились по следующей схеме: 1 — без удобрений (контроль); 2 — минимальная доза NPK (N20P30K0); 3 — средняя доза NPK (N40P60K0); 4 — повышенная доза NPK (N80P60K0); 5 — высокая доза NPK (N80P120K0). Общая площадь делянки 190 м², учетная — 108 м².

Изменение норм минерального питания, за счет внесения различных элементов доз удобрений способствовало получению достаточно высокого урожая (таблица 1).

Внесение минимальных доз полного минерального удобрения продуктивность зерна озимой пшеницы с одного гектара увеличилась в зернопропашном севообороте до 4,70 т/га в т. ч. по предшественникам от 4,07 до 5,38 т/га, в зернотравянопропашном согласно размещению в севообороте от 4,43 до 6,17 т/га, при среднем показателе 5,28 т/га. Прирост урожайности при использовании данной системы удобрения в среднем за годы изучения составил 0,90 — 1,23 т/га или 20,5% - 35,4% в сравнении с контрольными вариантами.

Увеличение доз удобрения в 2 раза от минимальной, обеспечило получение урожая озимой пшеницы в пределах 5,52 — 6,31 и 5,55 — 6,36 т/га при среднем показателе по данной системе удобрения 5,88 — 5,93 т/га. В сравнении с контрольным вариантом прибавка здесь соответственно севооборотам составила 2,41 — 1,85 т/га или 69,4 — 35,4%, а с минимальной дозой прирост урожая был на уровне 1,18 — 0,65 т/га.

Таблица 1 Изменение урожайности озимой пшеницы в зависимости от севооборота, предшественника и систем минеральных удобрений, т/га.

Математическая обработка урожайных данных позволила выявить закономерность формирования урожайности озимой пшеницы в зависимости от применяемых систем минеральных удобрений и различных предшественников.

Коэффициент множественной корреляции в зернопропашном севообороте составил 0,558 — 0,769 и в севообороте с травами 0,468 — 0,794 (таблица 2).

Таблица 2 Корреляционная зависимость между урожайностью озимой пшеницы от системы удобрений, предшественника и севооборота.

Доля влияния удобрений значительно варьировала по годам. Более высокой она была в годы с жесткими условиями периода вегетации. Средний показатель данного фактора в зернопропашном севообороте соответственно предшественника составил 31,2 — 59,2%, в севообороте с многолетними травами — 28,1 — 63,2%. Минимальные значения установлены по бобовым предшественникам.

Таким образом, использование в технологическом комплексе выращивания озимой пшеницы таких агроприемов как подбор предшественника ее в севообороте и дифференцированное применение удобрение обеспечивает достоверно стабильно высокие урожаи зерна в пределах 6,0 — 6,5 т/га, что на 42 — 79% выше, чем без применения удобрений.

При расчете энергетической эффективности нами использовалась методика, разработанная Кубанским государственным аграрным университетом по содержанию энергии в основной и побочной продукции, в энергоносителях и удобрениях, эксплуатационных расходах.

На основании проведенных исследований установлено различное влияние севооборотов, предшественников и систем удобрения на затраты и накопление совокупной энергии при возделывании озимой пшеницы, как на гектаре посева, так и на единицу товарной продукции.

Расчет энергетической эффективности показал значимость севооборота, предшественника и системы удобрения на энергоемкость возделывания озимой пшеницы (таблицы 3,4).

Таблица 3 Биоэнергетическая оценка выращивания озимой пшеницы в зернопропашном севообороте в зависимости от предшественника и систем удобрений.

Нами установлено, что затраты совокупной энергии окупались полностью выходом валовой энергии на всех вариантах опыта, но эффективность их была различной. Так, наибольшим приращением совокупной энергии отличался предшественник эспарцет 136,8 — 185,65 ГДЖ/га, минимальным — 66,56 — 161,14 ГДж/га предшественник кукуруза. Несмотря на значительный рост затрат совокупной энергии в 1,13 — 1,78 раза по сравнению с неудобренным вариантом, минеральные удобрения способствовали большому приращению валовой энергии, которая возрастала по мере увеличения вносимых доз удобрения. Максимальным этот показатель биоэнергетической эффективности был при внесении повышенных норм минеральных удобрений (N40Р40, N80Р60 К60 и N120Р60К60).

Таблица 4 Биоэнергетическая оценка выращивания озимой пшеницы в зернотравянопропашном севообороте в зависимости от предшественника и систем удобрений.

Соответственно севооборотам он выразился следующими показателями 161,14−179,81 ГДж/га в зернопропашном и 162,46- 185,38 ГДж/га в зернотравянопропашном севооборотах.

Анализируя роль севооборотов по влиянию на выход валовой энергии и других биоэнергетических показателей, следует отметить преимущество зернотравянопропашного севооборота. Соответственно основным биоэнергетическим показателем эти различия составили 1,7−21,1%, 1,0−28,3% и 6,5−22,5%.

Коэффициент чистой энергетической эффективности позволил выделить варианты с минимальными затратами удобрений, где при меньшей урожайности и накопленной в продукции энергии получен высокий коэффициент чистой эффективности 6,17−8,00 и 6,32−8,05. Увеличение затрат на удобрение приводит к снижению этого показателя на 7,6−14,54 и 1,7−16,6%.

Аналогичная зависимость прослеживается и при расчёте выхода зерна на 1 ГДж затраченной энергии. С улучшением условий питания выход зерна на единицу вложенной энергии или энергетическая себестоимость в сравнении с неудобренным вариантом возрастала на 1,2−18,8% и 2,9−6,9% снижалась со средней дозой на 4,2−15,7 и 3,8−12,4%, а выход зерна на единицу затраченного живого труда возрастал соответственно севооборотам и предшественникам с 289,1−507,1 и 396,9−636,5 кг/чел/час на неудобренном варианте до 680,1−724,7 и 682,3 — 742,9 кг/чел/час при внесении повышенной нормы полного минерального удобрения.

Анализируя полученные результаты видно, что удобрения влияли на показатели энергетической эффективности, увеличивая по сравнению с контрольным вариантом затраты энергии на 12,2−78,2%, а накопление урожаем на 5,8−46,7 и 16,5−44,7%, чистый энергетический доход 32,0−82,0 и15,2−43,4%, снижая энергетическую себестоимость на 5,4−15,3% и 1,2−5,9%. При этом более низкой энергетическая себестоимость была в севообороте с травами.

Более энергоёмки по затратам горюче-смазочных материалов и других энергоносителей предшественники эспарцет и озимая пшеница. По затратам жидкого топлива на 1 тонну зерна более экономичен предшественник горох 13,3−17,9 и 12,48−17,35 кг, на втором месте эспарцет 15,35−18,29 кг/т и сахарная свёкла 12,8−25,9 кг/т. Более затратные кукуруза и озимая пшеница.

По всем изучаемым предшественникам предпочтение имеют средние дозы полного минерального удобрения. Увеличение нормы удобрения в 2 раза от средней с точки зрения экономической и биоэнергетической оценки неэффективно. При значительном увеличении всех затрат коэффициент чистой биоэнергетической эффективности здесь значительно ниже. Ниже и окупаемость 1 ГДж зерном.

С точки зрения биоэнергетической эффективности наиболее благоприятными для возделывания озимой пшеницы следует считать предшественники эспарцет, озимая пшеница, по обороту пласта эспарцета, горох. Более трудоёмки и энергозатратны пропашные предшественники — кукуруза убираемая на зерно и сахарная свёкла. По трудовым затратам и затратам горюче-смазочных материалов на одну тонну произведённой продукции выделяются эспарцетовый занятый пар и колосовой с обработкой почвы по системе полупара. Из применяемых систем удобрения, лучшие экономические и биоэнергетические показатели получены на вариантах с использованием средних и повышенных доз полного минерального удобрения. Несбалансированные по азоту, фосфору и калию системы удобрения более затраты по показателям живого труда, расходу горюче-смазочных материалов, а по выходу совокупной энергии с единицы площади менее эффективны.

• 1. Баршадская С. И. Эффективность выращивания различных сортов озимой пшеницы в условиях недостаточного увлажнения Краснодарского края / С. И. Баршадская, А. А. Квашин, К. Н. Горпинченко, Ф. И. Дерека //Политематический сетевой журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2016. — № 120 — С. 1322−1336.
• 2. Баршадская С. И. Урожайность и качество зерна различных сортов озимой пшеницы в зависимости от предшественника удобрений и других приемов выращивания / С. И. Баршадская, Н. Н. Нещадим, А. А. Квашин //Политематический сетевой журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2016. — № 120 — С. 1305−1321.
• 3. Болотов С. В. Экономическая оценка ресурсосберегающих агроприемов технологии производства зерна озимой пшеницы / С. В. Болтов, К. Н. Горпинченко, В. В. Тарасенко // Региональная экономика: теория и практика, — 2009. — № 7. С. 59−63.
• 4. Василько В. П. Плодородие орошаемых и гидроморфных пахотных земель Северного Кавказа и путь его оптимизации: учебное пособие /В.П. Василько, В. Н. Герасименко, Н. Н. Нещадим. — Краснодар, 2010. — 118 с.
• 5. Горпинченко К. Н. Эффективность производства зерна в Краснодарском крае / К. Н. Горпинченко // АПК: Экономика, управление. — 2007, — № 10. — С. 65−66.
• 6. Горпинченко К. Н. Экономическая эффективность применения перспективных агрегатов /Горпинченко К.Н. //Экономика сельского хозяйства России. — 2007. — № 10. -С. 31−32.
• 7. Горпинченко К. Н. Эффективность технологий выращивания озимой пшеницы / К. Н. Горпинченко // Экономика сельского хозяйства Россия. — 2007. — № 5. — С.35−36.
• 8. Горпинченко К. Н. Эффективность производства зерна в Краснодарском крае /Горпинченко К.Н. //АПК: Экономика, управление. — 2007. -№ 10. -С. 65−66.
• 9. Горпинченко К. Н. Оценка эффективности и применения перспективных технологий выращивания зерна озимой пшеницы [Электронный ресурс] / К. Н. Горпинченко // Политематический сетевой электронный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2007. — № 34(10). — С. 102−108. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2007/10/pdf/13.pdf.
• 10. Горпинченко К. Н. Динамика производства зерна в Краснодарском крае / К. Н. Горпинченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2007. — № 34. — С. 95−101.
• 11. Горпинченко К. Н. Экономическая оценка и обоснование направлений снижения ресурсоемкости производства зерна озимой пшеницы: Автореф. … канд. эк. наук./ К. Н. Горпинченко.- Краснодар, 2008 — 26 с.
• 12. Горпинченко К. Н. Экономическая эффективность производства и качества зерна в зависимости от приемов выращивания и технологий / К. Н. Горпинченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2008. — № 10. — С. 52−57.
• 13. Горпинченко К. Н. Уровень ресурсоемкости производства зерна в сельскохозяйственных организациях Краснодарского края / К. Н. Горпинченко // Известия Самарской государственной сельскохозяйственной академии. — 2008. — № 2. — С. 102−106.
• 14. Горпинченко К. Н. Особенности прогнозирования производства зерна/К.Н. Горпинченко// Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. — 2012. -№ 4. — С. 46−49.
• 15. Горпинченко К. Н. Экономическая оценка влияния инвестиций на эффективность зернового производства / К. Н. Горпинченко // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. — 2013. — № 1(39). — С. 118−121.
• 16. Горпинченко К. Н. Технологический фактор научно-технического прогресса зернового производства /К.Н. Горпинченко// Известия Оренбургского государственного аграрного университета. — 2013. — № 6 (116). — С. 171−173.
• 17. Горпинченко К. Н. Техническая модернизация зернового производства в Краснодарском крае /К.Н. Горпинченко// Наука и Мир. — 2013. -№ 2(2). — С. 85−88.
• 18. Горпинченко К. Н. Системы показателей инновационного развития в зерновом производстве/ К.Н. Горпинченко// Вестник АПК Ставрополья. — 2013. -№ 2(10). — С. 152−156.
• 19. Горпинченко К. Н. Проблемы развития инновационного процесса в зерновом производстве[Электронный ресурс] /К.Н. Горпинченко//Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2013. -№ 86. — С. 634−649. Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2013/02/pdf/38.pdf.
• 20. Горпинченко К. Н. Методология анализа и эффективности инноваций в зерновом производстве (часть 2)/ К.Н. Горпинченко// Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. — 2014. -№ 1, С. 39−41.
• 21. Горпинченко К. Н. Методология формирования организационно-экономического механизма управления инновационным процессом в зерновом производстве / К. Н. Горпинченко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2014 — № 48 — С. 14−17.
• 22. Горпинченко К. Н. Методические рекомендации по разработке программы развития инновационного процесса в зерновом производстве региона / К. Н. Горпинченко // Политематический сетевой журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2014. — № 101. — С. 1598−1611.
• 23. Квашин А. А. Плодородие чернозема обыкновенного и продуктивность сельскохозяйственных культур /А.А. Квашин, С. И. Баршадская, Ф.И. Дерека//Плодородие. — № 2, — 2011. — С. 36−39.
• 24. Квашин А. А. Сорт — основа высоких урожаев озимой пшеницы в Краснодарском крае /А.А. Квашин// Земледелие. — № 3. — 2011. — С. 47−48.
• 25. Малюга Н. Г. Влияние приемов выращивания на содержание основных элементов питания, тяжелых металлов в почве и урожайность зерна озимой пшеницы в центральной зоне Краснодарского края /Н.Г. Малюга, Н. Н. Нещадим, С. В. Гаркуша, Г. Ф. Петрик //Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 35. -С. 135−142.
• 26. Малюга Н. Г. Влияние приемов выращивания на содержание основных элементов питания, тяжелых металлов и урожайность зерна озимой пшеницы в Центральной зоне Краснодарского края / Н. Г. Малюга, Н. Н. Нещадим, С. В. Гаркуша, И. С. Сысенко, Г. Ф. Петрик // Труды Кубанского государственного аграрного университета, — 2012, — № 35. — С. 135−142.
• 27. Минеев В. Г. Удобрение зерновых культур / В. Г. Минеев, М. М. Ивлев. — М.: Россельхозиздат, 1980, — 173 с.
• 28. Нетис И. Т. Повышение эффективности использования ресурсов озимой пшеницы / И. Т. Нетис // Зерновые культуры. — 2000. — № 3. — С. 10−11.
• 29. Нещадим Н. Н. Изменение процессов образования клеточной сцепки стеблей ячменя и пшеницы при обработке посевов хлорхолинхлоридом (препарат ТУР) / Н. Н. Нещадим, В. Г. Павлюков // Труды Кубанского государственного аграрного университет, — 1997, — № 141(169). — С. 46−52.
• 30. Нещадим Н. Н. Регуляторы роста растений и факторы физического воздействия при возделывании сельскохозяйственных культур в условиях Кубани: Диссер. … д-р с.-х. наук / Н. Н. Нещадим. — Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар. — 1997. — 324 с.
• 31. Нещадим Н. Н. Оценка действия поликомпонентных удобрений в условиях Западного Предкавказья / Н. Н. Нещадим, Л. М. Онищенко, С.В. Есипенко//Труды Кубанского государственного аграрного университета. -2012. № 35, С. 208−213.
• 32. Нещадим Н. Н. Современные проблемы качества зерна /Н.Н. Нещадим, К. Н. Горпинченко, А.А. Квашин// Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2012. — № 35. -С. 338−342.
• 33. Нещадим Н. Н. Оценка действия поликомпонентных удобрений в условиях Западного Предкавказья / Н. Н. Нещадим, Л. М. Онищенко, С. В. Есипенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета, — 2012, — № 35. — С 208−213.
• 34. Нещадим Н. Н. Реакция различных сортов озимой пшеницы на условия выращивания в зоне недостаточного увлажнения Краснодарского края / Н. Н. Нещадим, А. А. Квашин, К. Н. Горпинченко, Н. Н. Филипенко // В сб. Актуальные направления формирования фундаментальных и прикладных исследований. Материалы X международной научно-практической конференции: в 2-х томах, — 2016. — С. 67−70.
• 35. Прудников А. Г. Совершенствование системы семеноводства зерновых культур в Краснодарском крае [Электронный ресурс] / А. Г. Прудников, К. Н. Горпинченко // Политематический сетевой журнал Кубанского государственного аграрного университета. — 2016. — № 115. — С. 894−907. — Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2016/01/pdf/56.pdf.
• 36. Прудников А. Г. Формирование затрат на создание нового сорта (гибрида) зерновых культур /А.Г. Прудников, К.Н. Горпинченко// В мире научных открытий. — 2013. — № 8.1 (44). — С. 293−305.
• 37. Прудников А. Г. Современные проблемы качества зерна /А.Г. Прудников, К. Н. Горпинченко, А.А. Квашин// Труды Кубанского государственного аграрного университета. — 2012. — № 83. — С. 747−770.
• 38. Романенко А. А. Новая сортовая политика и сортовая агротехника озимой пшеницы / А. А. Романенко, Л. А. Беспалова, И. Н. Кудряшов, И. Б. Аблова. — Краснодар, 2005. -220 с.
• 39. Шеуджен А. Х. Органическое вещество почвы и его экологические функции /А.Х. Шеуджен, Н. Н. Нещадим, Л. М. Онищенко // Краснодар, 2011. — 113 с.
• 40. Шеуджен А. Х. Физиолого-агрохимические основы применения литиевых удобрений в земледелии / А. Х. Шеуджен, Н. Н. Нещадим, Т. Н. Бондарева // Труды Кубанского государственного аграрного университета, — 2012, — № 35. — С. 105−106.
• 41. Штомпель Ю. А. Оценка качества почв, пути воспроизводства плодородия их и рационального использования: учебник /Ю.А. Штомпель, Н. Н. Нещадим, И. А. Лебедовский // Краснодар, -2009. — 315 с.