Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

АГРОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ АГРОЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ, ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭНЕРГО­ОЦЕНКА В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "АГРОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ АГРОЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ, ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭНЕРГО­ОЦЕНКА В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ"



Дрянев Алексеи Алексеевич

АГРОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ АГРОЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ, ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭНЕРГООЦЕНКА В УСЛОВИЯХ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ

Специальность 06.01.01 - общее земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул - 2004

Работа выполнена в Алтайском государственном аграрном университете'

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Н.В. Яшугпн

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,

npoiJ>cccop М.Е. Черепанов'

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент JI.M. Лысенко

Ведущая организации: Алтайский научно-исследовательский

институт сельского хозяйства

Зашита диссертации состоится 15 апреля 2004 года в 14 30 часов на заседании диссертационного совета Д. 220.002.01 в Алтайском государственном аграрном университете.

Адрес: 656099,т. Барнаул, пр. Красноармейский, 98.

С диссертацией мамою ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного аграрного университета. {

Автореферат разослан 14 марта 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор <

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ * Актуальность темы. С позиций современного уровня развили сельскохозяйственной науки научное земледелие рассматривается как учение об аг-роэкосистемах, проходящих в них процессах энерго- и иассообмека и приемах их направленного, экологически безопасного регулирования с целью получения макс1шального количества энергии органического вещества в форме необходимой продукции растениеводства.

Многочисленные научные данные свидетельствуют, что далы1е1Ш1ее увеличение урожайности сельскохозяйственных культур сопровождается возрастающими затратами энергии в форме удобрений, псстшщдов, топлива, средств механизации (Свентицкий, 1982; Корннец, 1985; Жученко, Афанасьев, 1988; Булаткин.1990; Мнркин, Наумова, 1993; Бойко, и др., 1998). В свою очередь, высокие антропогенные нагрузки на естественные фнтоценозы н а[ролаидошфты вызывают негашеные явления деградэщш почв, снижение продуктивности систем землепользования.

Получение стабильных урожаев с высоким качеством продукшш можно достичь только при рациональном, научнообоснованном использовании имеющихся природно-климатических ресурсов, а также нрн наиболее полном использовании солнечной энергии, приходящейся на посевы сельскохозяйственных культур.

Имеющиеся зональные системы земледелия не всегда обеспечивают высокую продуктивность использования земли, достаточную экономичность и устойчивость производства,

В условиях рыночной экономики, тфн изменении цен на энергоносители, сельскохозяйственную технику, удобрения, пестициды существующие методы оценки и оптимизации систем земледелия нуждаются в постоянной корректировке и уто'тснии. В этой связи для оценки систем земледелия и их оптимизации предлагается использовать энергетические критерии, в 'састно-сти, энергетический анализ.

Цель пдДогы - изучить агроиекозы как элементы агроландшафтиых систем земледелия, дать их сравнительную энергооценку в условиях Алтайского Прнобья.

Ч.пачи исслсляпаинй:

- изучить энсргстичссюш анализ как прием оптимизации атроландшафт-ных систем земледелия;

- определить энергетический потенциал имеющихся почвенно-климатических ресурсов;

- провести анализ потоков энерпш в агроэкосистсмах;

- провести энергетический анализ структуры затрат на возделывание сельскохозяйственных культур;

- определить и сопоставить продуктивность естественных и искусственных атро ценозов;

- определить экономическую и энергслтчсскую эффективность агроценозов Алтайского Приобья;

• рассчитать оптимальную структуру севооборотов с различный насыщением паров, зерновыми и кормовыми культурами на энергетической основе.

Каучная нов и дна. Впервые в условиях лесостепи Алтайского Приобья 1ф0веден комплексны]'! экономико-энергетический анализ существующих агроценозов, а именно: количественно определена струюура энергетических затрат и степень их окупаемости при производстве продукции растениеводства, сопоставлены естественные и искусственно созданные фитоиенозы по продуктивности и расходу затраченной энергии на слшпщу продукции.

На основе полученных данных рекомендованы производству варианты севооборотов, насыщенные наиболее ценными (в энергетической плане) сельскохозяйственными культурами, освоение которых позволит наиболее э||>-фективно использовать имеющиеся природно-климатические и энергетические ресурсы, а так же сохранять и увеличивать почвенное плодородие.

Защищаемые положения.

- энергетический анализ прн проектировании новых, а также при оценке н оптимизации существующих систем земледелия позволяет более объективно определять эффективность использования сельскохозяйственных земель и окупаемость затрат,

• >становлсно, что естественные ц сеяные м но го ком по на гги ые ценозы более рационально используют имеющиеся условия внешней среди по сравнению с однокомпонентнычн;

- продуктивность естественных ценозов незначительно уступает продук-тнвности сеяных оллокомпопенгных ценозов, а их экономическая и энер-геппеекая эффективность значительно выше.

Практическая значимость исследовании. Результаты исследований мо-1ут быть использованы при планировании агроландшафгных, а также при оценке н оптимизации существующих зональных систем земледелия. Обоснованные научными положениями рекомендации возможны для применения в государственных, фермерских, крестьянских сельскохозяйственных предприятиях Алтайского края.

АирЫкщни |>аВни.1. Материалы диссертации доложены на заседании кафедры общего земледелия и защиты растений АГАУ в 1997-2003 гг., на научно*! фактических конференциях АГАУ в 2001-2003 годах, на Н Российско-монгольской научной конкуренции молодых ученых и студешов в 2003 году.

Публикации. За период проведения исследовании опубликовано 7 печатных работ, из них б но материалам диссертации.

Структура и оГи.см раСпгы. Диссертационная работа изложена на 112 страницах, состоит из введения, 7 глав, выводов, практических рекомендаций, списка использованной диктатуры. В работе имеется 16 таблиц, й рисунков. Список использованной Л1пературы содержит 247 наименований, в том числе 15 на иностранных языках.

I. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектом исследования настоящей работы является различные агроценозы как элементы агролзндшафтных систем земледелия.

Исследования провезены в 1997-1999 гг. на производственных полях ЗАО «Колыванекое» Павловского района Алтайского края.

Почвенный покров изучаемой территории представлен черноземом выщелоченным среднемощным, содержание гумуса от 2,2 до 4,3 % мощность гумусового горизонта 30-35 см.

Погодные условия в годы проведения опытов были неодинаковы и несколько отличались от среднемноголстних. Сумма температур выше -НО "С во все годы исследований превышала среднем ноголетнле данные, как в налгало вегетационного периода, так и во второй его полови не. Наиболее тепло-обеспеченными были летние месяцы 1997 гада.

Количество осадков вегетационных периодов в 1997 и 1999 годах значительно отличалось от среднем]юголетней нормы, соответственно и 54 %, и характеризовались как засушливые. Только весеннее-летний период 1998 года был умеренно засушливым, в апреле и мае количество осадков было повышенным по сравнению со среднсмноголстними данными. Исследования проводились по следующей схеме:

1. Естественные сенокосы, разнотравно-злаковые.

2. Естественные пастбища, разнотравно-полынно-пшчаковые.'

3. Люцерна, сорт Бинская 3,

4. Кукуруза, гибрид Коллективный 181 СВ.

5. Яровая пшеннна, сорт Алтайская 92.

6. Однолетние травы (овее+горох), овес - сорт Астор, горох - Неосыпаю-щиися 1.

В исследовании были использованы следующие методические руководства: методика опытов на сенокосах и пастбищах (ВНИИ кормов, 1971); методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами (ВНИИ кормов, 1972, 1983); методика полевого опыта (Доспехов, 1985), Учетная площадь лелянки на природных сенокосах и пастбищах — 50 м2, посевы многолетних и однолетаих кормовых культур - 25 мг, посевов яровой пшеницы и кукурузы 25 м", размещение делянок случайное, повторвость трехкратная.

Опенка энергетической эф^ктнвности возделывания сельскохозяйственных культур в системе земледелия проводилась согласно методики энергетического анализа Пупониш А.И. и Захаренко А.В. (1998).

X АГРОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ АГРОЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ В свете нарастающего экологического кризиса все больший вес приобретают идеи конструирования ландшафтных систем земледелия, ориентированные на максимальную мобилизацию естественного потенциала возделывае-

мых земель при разумном сокращении антропогенного воздействия. Главным правилом оптимизации функционирующих зональных систем земледелия должно быть неукоснительное сбережение н увеличение почвенного плодородия.

Природная основа экосистемы должна рассматриваться как безусловный баше устойчивого природопользования. Достичь оптимального положешш можно сочетанием ажнтгнвного и конструктивного подходов при проектировании агроланлшзфтных систем земледелия. Опттишши земледелие заключается в сближении структуры и фуикционировшшя агроэкоснстемы с естественными системами, в нм1гтаинн на сельскохозяйственных землях природных режимов и механизмов саморегуляции.

Объективный а«шлю эффективности сельскохозяйственного производства возможен при использовании энергетического анализ, который появился в начале семидесятых гадов прошлого столетня (Волобусв, 1974; Адамович, 1980; Булаткин, 1983, 1 УХ); Базаров, 1986; Созииов, Новиков, 1985; РиисШе!, 1973; 5С1шПе!с1, 1973). Применение энергетического анализа позволяет избежать некоторой условности и однобокости, стоимостной оценки, которая не характеризует действительные общественно необходимые затраты, а во многом обусловлена политикой цен (Попов, Попова, 1988).

В настоящее время, энсргстнческнн анализ эффективности агроприемов проводится, как правило, путем соотнесения прихода энергии, накопленной в продукцшг, и расхода антропогенной энергии, затраченной на се производство, то есть анализируется только та часть энергии, которая используется человеком. При этом не учитываются такие основные составляющие биоэнергетического процесса, как солнечная энергия и энергопотенциал почвы на входе и его изменение на выходе (Володин, 1989; Володин, Еремина, 1989; Щербаков, Володин, 1991, 1993).

Энергетический анализ позволяет выявить основные статьи расхода невосполнимой энергии и по мотет найти пути ее снижения (Влсъко, и др., 1986). По мнению ИВ. Красиощскова, и др., (1994), есть основания презло-л ожить, что возможно решение более общей задачи - создания научных начал применения энергетических оценок, измерений в экономике, в определении уровня развития научно-техническою прогресса.

3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ПОТЕНЦИАЛ 110ЧВЕНН0-КЛИМЛТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

По продолжтсльиостн солнечного сияния и приход)' ФАР засушливые зоны Алтайскою края не уступают не тральным частям европейской территории России, Украине, Казахстан)'.

В лесостепной зоне Западной Сибири суммарная радиация за вегетационный период яровых зерновых культу р оценивается в 20766 ГДж/га, из которой ФАР составляет 10341 ГДж/га (Черникова, 1980). Коэффициент использования ФАР сельскохозяйственными культурами в лесостепи Западной Си-

б при в 1977-1986 гг. изменялся от 0.67 до 1.92% (Неклюдов; 1997). Приход фогосннгетически активной раднашш в течение года меняется. По данным М.Д. Павловой (1984) наибольшее количество ФАР приходится на нюкь (3230 ГДж/га), а наименьшее - на декабрь (210 ГДж/га). Сумма ФАР за вегетационный период сельскохозяйственных культур характеризует потенциал солнечной энергии, который может--обеспечить получение определенного количества продукции данной культуры.

Анализируя многолетние распределения солнечной радиации и радиационного баланса в течение вегетации (с мая но сентябрь) И.П. Крайни и В.П. 11лсовеиIX (1999) выделяют в земледельческих районах юга Западной Сибнри три зоны по световым ресурсам, совпадающие в основном с температурными полосами и распространением близких по длине вегетационного периода сортам и гибридам сельскохозяйственных культур.

Вегетационный период яровых культур учитывался с момопа всходов до уборки; для многолетних культур - с момента всходов до уборки, но период с 1 октября до 24 апреля, когда температура воздуха перехода через +5°С, не учитывался.

1Ькмсньший период вегетации, а следовательно, и наименьшее количество ФАР наблюдается в варианте естественные пастбища и составляет - 4873 ГДж/га. Это объясняется тем, что выггас сельскохозяйственных животных начинается рано. Однако после хозяйственного использования вегетация растений продолжается, а зна-пгг, продолжается и использование солнечной энергии. Следовательно, наибольшая сумма ФАР приходится на есгеегвен-нтс фнюценозы. Немного меньше ФАР 1фнходнтся на многолетние травы (люцерна) - в среднем 9461 ГДж/га. Яровая пшеница за период вегетации получает 8118 ГДж/га ФАР. Кукуруза имеет небольшой период вегетации (73дня) н соответственно сумму ФАР — 6873 ГДж/га. Однолетние травы (го-рох+овес) на период роста и развития которых приходится - 5220 ГДж/га ФАР меньше получает энергии чем в других вариантах.

Таким образом, сельскохозяйственные культуры по вариантам опыта за период всеспиши получают игодииаковое количество фотосшпстически активной радиации, имеют различный энергетический потенциал для форм!Гро-влния органического вещества.

Почва обладает способностью связывал, и прочно удерживать определенное для данных условий количество энерпш, органического вещества в единице объема почвы (Алиев, 1983).

В начале исследований (1997 г.) чернозем выщелоченный иод возделываемыми культурами имел неодинаковое содержание гумуса — от 2,2 (на пастбище) до 4,4 % (под люцерной). Расчет в энергетических эквивалентах в 30-ти сантиметровом слое почвы показал, что различие энергопотенциала почвы составляло 1800 ГДж/га. '

Расчеты изменения энергопотснциала показали, что баланс гумуса был положительный в вариантах с естественными ценозами, а также в вариантах с

люцерной (табл.1). При бессменном возделывании яровой пшеницы энергосодержание гумуса снизилось на 117,6 при использовании, соломы яровой пшешщы ш корм скоту и на 74,1 ГДж/га 1фн использовании соломы как органическое удобрение. Снижение энергосодержания гумуса так же наблюдалось в бессменных посевах кукурузы к однолетних трав. Наибольшее увеличение энергопотенциала в варианте с люцерной (+99,1 ГДж/га) объясняется использованием бобовых трав, после которых остается большое количество органических остатков. А.Н. Каштанов (1987) отмечает, что в природных условиях почвообразовательный процесс всегда или почти всегда развивается по принципу расширенного воспроизводства, то есть с постоянным накоплением энергетического потенциала.

Таблица 1

Изменение энергопотенциала чернозема выщелоченного _за период с 1997-2000 гг.. ГДж/га _

Варианты 1997 г. 2000 г. Изменение энер гопотсн циала

1. Естественный сенокос 2090 2144 + 54,6

2, Кстсствегщое пастбище 1834 1850 + 15,7

3. Люцерна 3634 3733 + 99,1

1. Кукуруза 27X6 2513 - 272,4

5. Яропая пшеница 2954 2836/2880* - П7,6/-74,1*

>. Овее+горох 2698 2646 -51,4

*- при нсполъ'ювшвш соломы яровоИ ншенишл кик оргашшсскос удобрение

Агроиснозы, созданные человеком (за исключением многолетних трав), не способны обеспечивать сохранение к накопление энергетического материала в почве без дополнительных энергозатрат.

4. АНАЛИЗ ПОТОКОВ ЭНКРГИИ В АГРОЭКОС11СТЕМАХ

В решении проблемы рационального использования энергетических ресурсов в земледелии важная роль принадлежит аналггзу знергслггссглх потоков.

Агроценозы используют три основных потока энергии: излучение Солнца, свободную - органического вешсства почвы и дополшпелъную антропогенною, которая и обеспечивает выполнение функций природно-тсхннческих систем. Потенциальной работоспособностью (трансформацией) энергии солнечного излучения и энергии органических вси;сств почвы в основном определяется производственная эффективность АПК, а техногенную энергию можно рассматривать как энергию управления процессом преобразования поюка солнечной энергии в химическую нро.1укц1оо растс1теводсгта, а затем животноводства (Краснощекое, Лазовский, 1994).

Энергетический системный подход к биологическим процессам в земледелии предполагает два исходных понятна: блок и поток. Блоком может быть любой компонент ценоза или его часть. Блок характеризуется запасами энергии веществ, хранящимися в нем.

Ри£.1 Схсча энергетических iiomtoe в систеча «природа-растеннв-чело^ь»

Под потоком понимается вещество iura энергия, находящиеся в состоянии перемещения in блока в блок. Модель включает 5 блоков и охватывает множество потоков энергии. Характеристика энергетических потоков на рисунке 1 указана величиной н направленностью стрелок.

В таблице 2 приведен анализ потоков энергии в изучаемых агроцено* зах. В процессе сельскохозяйственного использования почвы от 40 до 70 % фиточассы, создаваемой человеком в-аг-роненозах, отчуждается в виде урожая.

Таблица 2

вариант üiiepro-погсшцгал почвы Пр1СХод ФАР Лнтроио генная энергия Получено энергии

чслоиском почвой

1. Ьхтествешгые сенокосы 2090 от У143 до 11107 1,69 10,4« + 54,6

2. Г-стествсиные пастбища 183-1 ог 4873 до 11107 0,75 8,33 + 15,7

3, Люцерна 3634 от 73S3 до 9461 4,73 18,1$ + 99.1

4. К}К)руза 2786 6873 11,76 28,13 . - 272,4

5. Яровая пшеница 2954 8118 6,11/5,23* 21,29/15,41* -117,б/-74,1*

С. Овестгорох 2698 5221 4,38 14,95 -51,4

*- при нснолыовашш соломы яровой ншешщы как оргашпсское улобрашс Естественные потоки энерпги, связанной с фотосшгтсзом, а также нормальный цикл малого биологического круговорота веществ в системе организмы -почва разрываются. Потери органического вещества в почвах агроаенозов должны компенсироваться главным образом внесением органических и минеральных удобрений. Однако затраты на возделывание растений при этом будут

\

возрастать, а естественные потоки энергии в почвах восстанавливаться не будут.

Анализ структуры энергозатрат проводился согласно методики М. К, Каю-ыова (1989) и В.В. Кориица (11)90).

Энергозатраты на возделывание яровой пшеницы в среднем (»ставили 5,28 ГДж/га, в структуре общих затрат наибольшее количество энергии приходится на уборку и транспортировку урожая - 1,71 и 1,25 ГДж/га соответственно (табл.3). Затраты энергии при пепользованнн естественных кормовых угодий сводились к затратам живого труда, и электроэнергии, а так же на уборку травостоя на сено.

Таблица 3

Общие затраты энергии на использование естественных и возделывание

сеяных агроценозов. ГДж/га (1997- 99 гг.)

Вариант

Статьи затрат, естествен- сстсогнен-

технологиче- ный сено- ное паст- люцерна кукуруза ттпгегеша овес fi ороч

ские кос бище

ГДж/ % ГДж/ Гп пы % ГДж/ % ГДж/ öi ГДж/ %

га га га га га 1~а

Обработка

почвы - - - - 0,62 13.1 2,95 25,1 1,21 23,1 1,20 27,4

Посев - . - - - 0,51 10,8 1,12 9,5 0,69 13,1 0,41 9,4

Уборка 0,94 55,6 - - 1,20 25,4 2,32 19,7 1,71 32,4 0,95 21,7

Транспорти-

ровка урожая 0,61 36,1 - - 1,96 41,4 4,28 36,4 1,25 23,5 1,46 33,3

Прочие 0,14 8,3 0,75 100 0,44 9,3 1,09 9,3 0,42 7,9 0,36 8,2

Всего затрат 1,69 100 0.75 100 4.73 100 11,76 100 5.28 100 4.38 100

При возделывании кукурузы на зеленый корм большая часть энергии (36,4%) затрачивается на транспортировку полученного урожая, следовательно, дтя экономии энергии необходимо располагать посевы кукурузы как можно ближе к месту потребления. Так же, большая часть энергии затрачивается на транспортиров^ урожая люцерны (41,4 %) и однолетних трав (32,8 %).

Анализ структуры совокупных энергозатрат показал, что большая часть приходилась на эксплуатационные энергозатраты от 92,7 до 100 %, а овеществленные составляли от 3,8 до 7,3 % (табл.4).

Различие в структуре овеществленных энергозатрат проявлялась в результате различной нормы высева и энерпмической емкости семян.

Таблица 4

Структура совокупной энергии по статьям при использование естественных __и возделывание сеяных агроценозов, в % (1997- 99 гг.)_

Вариант

Статьи энергозатрат а и а о е 2 с С О о 8. с я О 5 И 3 I 1 1 3 » а 1 У. 1 5 Л ©

Машины 31,4 13,3 24,1 25,1 49,8 25,8

Топливо 60,9 26,7 57,9 52,9 35,1 58.4

Живой труд 7,1 58,7 13,1 15,3 6,1 6,2

Электроэ иергаи 0,6 1.3 1.1 1,7 3,9 2,3

Всего эксплуатационных энергозатрат 100 100 96,2 95,0 95,1 92,7

Семена - - | 3,8 5,0 4,9 7,3

Всего овеществлен но и энергии - - 1 3,8 5,0 4,9 7,3

Итого совокупной энергии 100 100 100 100 100 100

Основная доля энергозатрат приходилась на топливо, что наблюдалось практически во всех атропенозах, исключение составили использование естественного пастбища и возделывание яровой пшеницы.

Наименее энергозатратным н статьями являлись живой труд и электроэнергия. Так при возделывании яровой пшеницы на их долю приходилось 6,1 и 1,9 % соотвстсвенно. Высокие затраты энергии живого труда па иастбише, объясняется характером организации вьшаса сельскохозяйственных животных.

I

I

4 *

I

Рис. 2. Структура совокупных аиергоитраг но статьям при рагтичиычщроценстх

т

-I

л

¡ш.

-ЕЗгя-ч

Тотпиао Хлой труд Згегроэкергуи

_Статьи энергозатрат_

Вестестгпкоо пасгёипе Ш люцерна

Весютвсыное пастСнще

□ к\*ур)1а

□ Статьи элерютзграг оясс 1 горох

Таким образом, затраты и структура совокупной энергии при различных вариантах землепользования-существенно различались. Энергозатраты были наибольшими при возделывании кукурузы на силос - 11,76 ГДж/га, в структуре которых преобладала эксплуатационная энергия, а по технологическим операциям - уборка и транспортировка урожая. Использованпе естественных пастбшц требовали наименьших энергозатрат - 0,75 ГДж/га, из них 58,7 % -живой труд

5. ПРОДУКТИВНОСТЬ АГРОЦЕНОЗОВ

Растения в процессе своего развития от семени до созревания находятся в сложном взаимодействии со средой обитания (почва, климат, сожительство растений). В конечном итоге урожай определяется не только генетическим потенциалом самого растения; но и совокупностью всех процессов обмена энергией и веществом в системе почва - растение - воздушная среда.

Сравнительную продуктивность различных агроценозов целесообразнее всего рассчитывать, с энергетической точки зрения, как определенную часть накопленной в процессе фотосинтеза солнечной энергии.

Таблица 5

Сравнительная продуктивность и питательность растительной продукции

различных агроценозов (1997-99 гг.)

Варианты Соо рс 1 га

урожайность, т кормовых единиц, т переваримого протеина. т обменной энергии, №

1. Естественный сенокос (зеленый корм) * 3,30 0,89 0,082 10,48

2.Естественное пастбище (зеленый корм) 2,62 0,55 0,066 8,33

3. Люцерна (зеленый корм) 7,10 1,56 0,291 18,18

4. Кукуруза (зеленый корм) 12,02 2,40 0,18 28,13

5.Яровая пшеница (зерно /солома / итого) 1,42/1,42 /2,84 1,71/0,37 /2,08 ¡0,167/0,007 /0,174 15,41/5,88 /21,29

ь.Овес+горох (зеленый корм) 7,87 1,42 0,220 14,95

НСРо.5 0,53 0,29 6,03

Наибольшее количество кормовых единиц с одного гектара получено при возделывании кук>-рузы на зеленый корм - 2,4 т/га, чуть меньше у яровой пшеницы - 2,08 т/га, при условии хозяйственного использования зерна и соломы. Использование соломы в качестве органического удобрения уменьшает выход обменной энергии до 15,41 ГДж/га,* • ■

Возделывание люцерны позволяет получить в среднем по 1,56 тонн кормовых единиц с гектара, з также наибольшее количество пере варимого протеина - 0,291 т/га, в сравнении с другими ценозами. Максимальный выход обменной энергии за три года наблюдался также при возделывании кукурузы -28,13, минимальный с естественного пастбища-8,33 ГДж/га.

Величина продуктивности агрошнозов определяется в основном их обеспеченностью материально-энергетическими ресурсами среды и способностью растительности их максимально использовать (Абатуров, 1979),

б. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ Н ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АГРОЦЕНОЗОВ

Анализ экономической эффективности использования и возделывания аг-роценозов показал, что экономически эффективнее использовать естественные кормовые угодия.

По использованию зерна злаковых культур на корм скоту нет единого мнению. Рад авторов (Созинов, 19X5; Булаткин,1990) считают, что увеличение удельного веса зерна в кормовом балансе животноводства экономически и организационно оправдано, объясняя эго тем, что зерновые культуры обеспечивают более высокий сбор корма с единицы площади (в пересчете на кормовые единицы), чем многие кормовые культуры.

Таблица 6

Экономическая эф^ктнвность использования естественных и возделывания сеяных агроценозов (1997- 99 гг.)

Варнанг Coop кормовых единиц, т/га Затраты средств, руб./га Условно чистый доход, руб./га Рентабельность,"» Себестоимость, Р>б./1 корм.ед.

1. Естественный сенокос 0,89 40« 393 96 0,45

2. Ьсгествеиное плстбише 0,55 163 332 203 0,29

3. Люцерна 1,56 724 680 94 0,46

4. Кукуруза 2,40 1510 650 43 0,63

5. Яровая пшеница 2,08 988 904 91 0,47

6. Овсс+горох 1.42 821 457 56 0,58

Это мнение подтверждается нашими нсследовлшишп, себестоимость од-нон кормовой единицы зерна значительно ниже, чем в других ценозах, кроме пастбища, а кормовое досюниспю выше. Другое мнение - противоположное, затрагивает большие затраты техногенной (невосполнимой) энергии на получение зерна пшеницы (Свснпщкнн, 1982; Жученко, Урсул, 1983; Корииец, 19X5), что также подтверждается напиши исследованиями (табл.7). Естественное пастбище по себестоимости одной кормовой едшшцы (0,29 руб./корм.сд) характеризуется, как самое низкозатратное. Использование естественных комовых угодий для получения сена, хотя и высокорсшабсльно

(то есть затраты на производство продукции окупаются), себестоимость одной кормовой единицы достаточно высокая и составляет 0,45 руб./корм.ед

Все естественные растительные сообщества, как. правило, обеспечивают положнтел ьны й энергетический баланс. Они, используя солнечную энергию, создают органические вещества, богатые химической энергией, почти не затрачивая энергию, аккумулированную ранее. Основная часть этих веществ, особенно у травянистых ценозов,- накапливается в почве повышающая илодо-родне почвы. ■' •

Наибольший выход энергетических кормовых единиц (ЭКЕ), рассчитанных для КРС даст возделывание кукурузы на зеленый корм 2,8! т/га, однако на производство такого количества,ЭКЕ тратится также наибольшее количество энергии в сравнении с другими вариантами.

Таблица 7

Энергетическая эффективность использования естественных'

и возделывания сеяных агропенозов (1997-99 гг.)

Показатели Вариант

« - п о |г о о И ш ре . 2. & 1 1 1 а II Ц 4. У. Й а § £

Урожайность, т/га зеленной массы сено зерно/солома кормовых единиц ЭКЕ (КРС) 3,30 1,10 М2-1,04 2,62 0,83 0,81 0,83 7,10 1,73 1,56 1,81 12,02 2,40 2.81 1.42/1.42 1,71/2,08* 1,54/2,12* 7,87 1,42 1.49

Затрачено энергии, ГДж/га 1,69 0,75 4,73 11,76 5,28/6,11* 4,38

11олучено энергии с урожаем. ГДж/га 10,48 8,33 18.18 28,13 15,41/21,29* 14,95

Чистый энергетический доход, ГДж/га 8,79 7,58 13,45 16,37 10,13/15,18* • 10,57

Коэффициент энергетической эффективности 5,2 10,1 2,8 1,4 1,9/2,48* 2,4

Энергетическая себестоимость, ГДж/г: зеленной массы сена зерно/содома кормовых единиц 0,51 1,54 1,66 0,29 0,90 0.93 0,67 2,73 3,03 0,98 4.90 3,72/0,58 3,09/2.93* 0,56 зл

* - черно Нол ома

Самая шокозатратиая кормовая единица (по затратам энергии) может быть получена с естественного растительного сообщества (пастбища), самая высокозатратная - при производстве кукурузного зеленого корма.

ttwwwbH Jw*rt*4 »го*» 4

Варианты

Рис. 3. Пала] te экергепгческих Iклоков в агропснозах, ГДж/га (1997-99 ir.)

На основании полученных данных можно констатировать, что нснольтованне естественных кормовых угодий гораздо эффективнее н малозатратнее и энергетическом плане, чем производство кормов дчя животноводства прн возделывании сеяных агроценозов.

Продуктивность сообщества культурных растении в значительной степени зависит or управляющего воздействия человека: Это воздействие проявляется в виде лополшгтелыюм энергии необходимой для поддержания функшюни-роваиия агроэкоснстемы ил определенном уровне продуктивности и снижения влияния неблагоприятных экологических факторов. Вложение airrpono-генной энерпш осуществляется в <1>орме топлива, минеральных удобрений, электрознергни, человеческого труда. Значительное количество энергорссур-сов затрачивается на изготовление техники и оборудования.

7, МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ СЕВООБОРОТОВ IIA ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОСНОВЕ

Оптимальной структурой севооборота является структура, обеспечивающая высокую продуктивность пашни, позволяющая наиболее полно и эффективно использовать природно-экономнчсские ресурсы, сохранять и повышать почвенное плодородие (Володин, 1988; Булаткин, 19У0; Абрамов, Сслюкова, 200)).

Разработанная в Тюменской государст венной сельскохозяйственной академией Н.В. Абрамовым и Г.П. Селю ко вон (1998) экономико-математическая модель оптимизации структуры посевных площадей из биоэнергетической основе нами была взята за основу и дополнена новыми переменными и ограничениями, так же в модель были включены данные об изучаемых агроисио-зах.

В качестве переменных определены площади отдельных культур (х & -площадь ¡-ой культуры вк-ом севообороте), площади севооборотов (х 1), общая площадь пашни, объемы выхода продукции - объем ^то вида продукции), издержек производства, чистого дохода (У^ - объем ,)-го стоимостного показателя; р} - объем ]-го вида ресурса), затрат, приращение энергии и другие.

Критерием оптимальности служит максимум производства продукции у го вида:

2=2 X Ьх х л —>тах ¡еы, ко И;

где N1 - множество возделываемых культур; Ы2 - множество севооборотов и их звеньев; Ь ] ц - выход продукции.)-го вида с единицы площади 1-ой культуры к-го севооборота или звена.

Достижение цели возможно при. выполнении определенных условий, описываемых системой ограничений. Основными являются ограничения; по балансу гумуса, издержкам производства, затратам труда, энергетическим затратам:

- по балансу гумуса: '" -

- Ч х'х '¡ь £ О

¡емг к«=т

В систему также входят ограничения:

- по площади пашни: ^

£ хк = <3к, jeм^; .... " !,

• по площади севооборотов:

2 кбЬУ,

- по площади отдельных сельскохозяйственных культур внутри севооборотов:

2 Хц =С|кхх1 к £N2;

• - по производственным ресурсам:

2. £ С^ ]еМ<;

¡е!^ кеыг - по производству продукции:

2 2 Ь;;кхх1к .¡еМ5;

• по суммированию производственных затрат: 2 2 а^кх .¡еМ6;

- по суммированию валовой продукции:

X Е ха=У] ]€М кеЫ2

где М 4 - множество производственных ресурсов, q баланс гумуса под ¡-ой сельскохозяйственной культуой в к-ом севообороте; сц- доля ¡-ой сельскохозяйственной культуры в к-ом севообороте; (1 ¡к - выход валовой продукции с единицы площади ¡-ой культуры в к-ом севообороте; а ] ^ - затраты _}-го ресурса на единицу- площади 1-ой культуры в к-ом севообороте или знене; М 5 - множество видов продукции; Мб- множество про1пводственных затрат; М ■> — множество валовой продукции; В ^ - гарантированный обьем производства >го вида.

Основной интерес сельскохозяйственного производителя составляет получение продовольственного зерна высокого качества. В результате проведения расчетов с помощью экономико-математической модели были-получены различные варианты структур севооборотов и их экономнко-энер[стнчсскля оценка с учетом баланса гумуса.

Зсрнопаровыс севообороты и бессменное возделывание яровой пшешшы позволяют получить от 1,24 до 2,86 т/га продовольственного зерна (табл.8). Однако во всех случаях <]юрмированис урожая происходит за счет естественного плодородия почвы, о чем свидетельствует отрицательный баланс гумуса, который достигает - 0,31-4,20 т/га.

Таблица 8

Структур;! севооборотов для получения продовольственного зерна

(но результатам решения модели)

Структура севоооороюв. % Продовольственное зерно, т/га Рентабельность, % Энергетический коэффициент Налане гумуса, т/га

нар хроьая пгглшм * КОЛ 043 одиолм-11 не 1р48Ц /ЭОигрИ!

- 37,5* 12,5 - 50,0 1.52 45.7 1.65 1.48

- 50,0* 12,5 - 37,5 1.84 32,0 1,68 0.8

- 62,5* 12.5 - 25,0 1.90 43.3 1.55 0.26

- 75.0* 25,0 - - 1.80 23.6 1.05 -0.31

50,0* 12.5 12,5 25,0 1.82 30,6 1.74 -0.64

12,5 50.0* 12,5 - 25,0 1,86 46.2 1.12 -1.12

12,5 50,0 - - 37,5 1.62 22.0 1.46 -1.61

- 100 - - - 1,24 -12,6 П2 -2,10

50,0 50,0 - - - 2.26 36.8 1,16 -2.51

33,3 66,6 - - - 1,83 24.4 1,36 и ас 7

20,0 60,0 20,0 - - 1.84 28.1 1.32 -3,18

16.6 | 50,2 16,6 16,6 - 2,86 17,2 1.21 -3,38

25.0 75.0 - - 2.04 28.6 1.51 -3.44

20,0 80,0 - - - 1,91 32.0 1.52 -3.62

20,0 60.0 - 20,0 - 1,72 22,7 1.42 -4.20

Для сохранения н воспроизводства почвенного плодородия по решению модели следует отвести в структуре севооборотов поя пар 12,5 или пар занятой 12,5-25 % (однолетние травы), под зерновые культуры 37,5 - 62,5 %, кормовые культуры (люперну) - 25,0-50 % н удобрять соломой по 1,2-2,4 т/га на всю площадь зерновых.

Следует отметить малую э(|)фетшность зернопзропропашного севооборота, технология возделывание кукурузы не позволяет накапливать дополнительную энергию для поддержания положительного баланса гумуса в почве.

При самой высокой рентабельности производства зерна 46,2 % можно получить 1,86 т/га продовольственного зерна в зернопаротравяном севообороте; в структуре которого 12,5 % пашни отведено под пар, 12,5 % пса однолетние травы, 50,0 % под зерновые и 25,0 % под многолетние травы, однако, для обеспечения бездефицитного баланса гумуса необходимо внесение допо.иш-тельной энергии 3,2 ГДж/га в виде удобрений.

Расчеты показывают, что по совокупности экономических и энергетических показателей наиболее э<1>фектпвными являются севообороты с насыщением зерновыми культурами 35-62 %.

Использование экономико-математической модели позволит решать вопросы оптимизации структуры совооборотов в хозяйствах лесостепи Алтайского Приобья с учетом заданных параметров, основные из которых: сохранение плодородия почвы, получение оптимального урожая при высокой экономической эффективности.

..V . выводы

Проведенные научные исследования позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Применение энергетического анализа позволяет:

- количественно определить энергозатраты и степень их окупаемости при производстве продукции растениеводства;

- сравнить агрофтоценозы по расходу затраченной энергии на единицу общей м товарной продукщт при различных уровнях использования ириродпо-климэтических ресурсов;

- измерить в сопоставимых единицах затраты живого и прошлого труда, ресурсов;

- выяв1ггь статьи расходов невосполнимой энергии и найти п>ти сс снижения.

2. Энергетический потенциал имеющихся почве нно-клнм этических ресурсов составляет:

. - эпергопотешшал почвы в пределах от 1834 до 3634 ГДж/га;

- приход энергии ФАР в пределах 4545 - 11107 ГДж/га,

3. Наибольшее колгпсстоо энергии (по ФАР) приходится на естественные сенокосы и пастбищ»- 11107 ГДж/га, наименьшее на однолетние травы - 5220 ГДЖ/га.

4. Агроценозы используют три основных потока энергии: излучение Солнца, свободную — органическое вещество почвы и дополнительную антропогенную, которая обеспечивает регулирующую и связующую функцию.

5. В структуре энергозатрат более половины приходится на эксплуатационную энергию, в которой основная доля приходится на топливо и сельскохозяйственные машины. В структуре энергозатрат по технологическим операциям к наиболее энергоемким относится обработка почвы, а также уборка и транспортировка урожая.

6. Наибольшее количество кормовых единиц и обменной энергии получено при возделывании кукурузы на зеленый корм - 2,4 т/га и 28, Г ГДж/га соответственно. Наименьшее количество — при использовании естественного пастбища - 0,55 т/га и 8,33 ГДж/га соответственно. Величина продуктивности агроценозов определяется их обеспеченностью материально-энергетическими ресурсами среды н способностью растительности их максимально использовать.

7. Естественное пастбище по себестоимости одной кормовой единицы (029 руб./корм.ед) характеризуется как самое нкзкозатрзтнос.

8. Энергозатраты на производство одной кормовой единицы зерна пшеницы в 1,5 - 2 раза выше в сравнении с энергозатратами на одну кормовую единицу с естественных угодий.

9. Оптимальной структурой севооборотов для получения продовольственного зерна, обеспечения рентабельности его производства и сохранения плодородия почвы (по решению модели) являются: зерно-паротравяные с насыщением - пара 12,5%, зерновых 37,5-62,5 %, однолетних трав 12,5-25,0 % и кормовых культур - 25,0-50, 0 %, с внесением соломы по 1,2-2,4 т/га на всю площадь зерновых.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Уменьшить использование зерна яровой пшеницы в системе кормления КРС за счет увеличения использования кормов с естественных сенокос и пастбищ в летний период, что позволит значительно сшпить экономическую н энергетическую себестоимость производимой продукции животноводства.

Для хозяйств зерновой и зернокормовой специализации рекомендовать следующие схемы (модели) севооборотов:

- Пар - пшеница - пшеница - однолетние травы - пшеница - однолетние травы - пшеница;

- Пар - пшеница - пшеница - однолетние травы - пшеница - многолетние травы - многолетние травы - пшеница

• Однолетние травы - пшеница — однолетние травы — пшеница.

f/tf,

список

ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Дрянев A.A. Опыт экологического земледелия Германии // Производство продукции сельского хозяйства в Алтайском крае в современных условиях: проблемы и решения. Материалы региональной научно-практической конференции.- Барнаул, 1998. — С. 199-204.

2. Дрянев А.А, Овцинов В.И. Экологизация земледелия на Алтае // Агро-2001: Материалы межрегиональной научно-практической конференции. -Уфа, 2001.-С. 86-88.

3. Дрянев A.A. Потенциал естественного растительного сообщества // Вестник Алтайского государственного аграрного университета Барнаул, 2002. - С. 54-56.

4. Дрянев A.A. Овщгаов В.И. Компьютеризация сельскохозяйственного производства Н Вестник Алтайского государственного аграрного университета №3. - Барнаул, 2002. - С. 74-76.

5. Дрянев A.A. Сравнительная продуктивность и биоэнергетический потенциал естественных и сеяных агрофитопенозов Алтайского Приобья // Алтай: Экология и природопользование: Материалы II российско-монгольской научной конференции ученых и студентов. -Бнйск: НИЦ Б ПТУ им. В.М. Шукшина, 2003. - С. 208-213.

6. Дрянев A.A. Биоэнергетический потенциал естественных и сеяных аг-рофитоценозов Алтайского Приобья // Вестник Алтайского государственного аграрного университета Ks 2. - Барнаул, 2003. - С. 69-72,

_ЛР №020648 от 16 декабря 1997_

Подписано в печать 11,03.2004 г. Формат б(ОДМЛ 6. Бумага для множи-гелыгых аппарат». Печать ризографом. Гарнитура «Times New Roman». Усл. пса. л, 1.2. Уч.-изд-т. 1,0. тираж 100 экз. Заказ №8

Издательство АГАУ 656099, г. Барнаул пр. Красноармейский, 98 62-84-26