Біоенергетичні основи рослинництва

У сучасному сільськогосподарському виробництві велике значення має врахування енергозатрат в системі технологій вирощування сільськогосподарських культур, заготівлі, переробки, зберігання кормів при різних способах і раціонах годівлі тварин. Враховують також вміст валової і обмінної енергії (BE і ОЕ) в одиниці врожаю зерна, кормів, технічної сировини. Порівняння енергії, акумульованої в урожаї, із сукупною енергією, затраченою на вирощування і збирання врожаю, дає змогу об'єктивно оцінити технологію вирощування польових культур, а також заготівлю, приготування, зберігання кормів та ін.

Затрати сукупної енергії на вирощування культури, вміст енергії в урожаї, раціоні, тваринницькій продукції залежно від кількості прийнято виражати в кілоджоулях (1 кДж = Дж • 103), мегаджоулях (1 МДж = Дж • 106), гігаджусшях (1 ГДж = Дж • 109), тераджоулях (1 ТДж = Дж• 1012).

При вирощуванні сільськогосподарських культур затрати і акумуляцію енергії здебільшого виражають в мега- й гігаджоулях (МДж, ГДж).

Сучасна (інтенсивна) технологія вирощування польових культур повинна бути енергозберігаючою, тобто такою, що забезпечує мінімальні затрати сукупної енергії на одержання одиниці продукції.

У рослинництві на одиницю затраченої сукупної енергії в процесі вирощування культури припадає 2-7 і навіть більше одиниць енергії, акумульованої в урожаї.

Співвідношення валової енергії (BE) врожаю і кількості сукупної енергії (ΣΕ), затраченої на його вирощування, прийнято називати енергетичним коефіцієнтом (Ек) вирощування культури (J, а співвідношення обмінної енергії (ОЕ) і сукупної (ΣΕ) – коефіцієнтом енергетичної ефективності вирощування культури ().

Енергетичний коефіцієнт (Ек) характеризує біоенергетичну ефективність агросистеми вирощування культури. Коефіцієнт енергетичної ефективності (Ке.еф) частіше застосовують у кормовиробництві як коефіцієнт енергетичної ефективності виробництва кормів.

Для розрахунків Ке.еф треба зробити поправку на перетравність сухої маси врожаю, яку визначають за довідниками або розраховують за вмістом обмінної енергії в 1 кг сухої речовини корму, використовуючи формулу Ж. Аксельсона:

де 13,1 – коефіцієнт, який є добутком середнього показника перетравності сухої речовини (0,73) на середній показник валової енергії 1 кг сухої речовини корму, що дорівнює 18 МДж; CP – 1 кг сухої речовини корму; Кл – вміст клітковини в кормі (може коливатись в широких межах залежно від культури і фази збирання – 0,12- 0,32), значення його беруть у довідниках або визначають за результатами аналізу; 1,05 –поправочний коефіцієнт.

Для прикладу наведемо розрахунок вмісту обмінної енергії в 1 кг сухої маси люцерни:

Як бачимо, між показником валової енергії (BE) сухої речовини корму (в середньому дорівнює 18 МДж) і обмінної (ОЕ) існує велика різниця (18,0 – 9,33) = 8,67 МДж.

Кількість валової і перетравної енергії (МДж/га або ГДж/га) визначають за сухою речовиною господарського врожаю (зерно + побічна продукція, корені + гичка та ін., в т/га або ц/га). Кілограм сухої речовини в середньому дає 16732 кДж. Перерахувавши Суху речовину господарського врожаю на кілограми, одержимо певну кількість кілоджоулів енергії, акумульованої посівом. Наприклад, суха надземна маса кукурудзи на зерно (зерно + стебла, листя + стрижні і обгортки качанів) становить 150 ц/га або 15000 кг/га. Вміст валової енергії (BE) в урожаї становить 15000 • 16 732 = 250980000 кДж/га (250,95 тис. МДж/га або 250,95 ГДж/га).

При визначенні затрат сукупної енергії на вирощування культури роблять розрахунки її по кожному прийому вирощування (лущення стерні, енергоємність добрив та їх внесення, оранка, весняне вирівнювання ґрунту, передпосівна культивація, сівба, догляд за посівами, збирання врожаю, доочищення зерна тощо). Для цього визначають також вміст енергії у пальному, мастилі, насінному матеріалі, гербіцидах, інсектицидах, фунгіцидах, десикантах, дефоліантах; енергетичність агрегатів, транспортних засобів, праці механізаторів тощо. Підсумок їх і є показником затрат сукупної енергії при вирощуванні культури.

З наведених даних можна зробити висновок, що затрати сукупної енергії на вирощування різних культур неоднакові і основна їх кількість припадає на пальне, добрива, пестициди. Тому треба розробляти альтернативні технології, які б давали змогу знизити ці витрати, зокрема, замінити пестициди екологічно чистими, менш енергоємними прийомами боротьби з бур'янами, шкідниками, хворобами, оранку – поверхневим і навіть нульовим обробітком. Так, у США останнім часом широко застосовують сівбу сільськогос-подарських культур в необроблений ґрунт. Для боротьби з бур'янами тимчасово використовують гербіциди, але потреба в них відпадає, оскільки поля добре очищаються від бур'янів за такого способу вирощування польових культур, а земля набуває необхідної рівноважної щільності. Такий обробіток має велике протиерозійне значення: ґрунт не втрачає поживних речовин, знижується потреба в добривах, що сприяє також значній економії сукупної енергії.

Велике значення має економія пального при перевезенні врожаю. Якщо, наприклад, зелені корми транспортують з полів, розміщених за 5-10 км і більше від ферми, витрати пального досягають 60-70 та навіть 100-120% його витрат на вирощування кормових культур. При перевезенні зерна, сіна, сінажної маси вони в 2-4 рази нижчі порівняно із транспортуванням зеленої маси, в якій всього 16-22% сухої речовини.

Методи біоенергетичної оцінки технологій вирощування культур, заготівлі та переробки сировини, заготівлі, зберігання й згодовування кормів дають змогу контролювати затрати, нагромадження, конверсію та біоконверсію енергії в усій системі виробництв. В цьому ланцюгу енергія нагромаджується лише в процесі фотосинтезу, потім лише витрачається під час заготівлі, зберігання, переробки, згодовування.

За даними зарубіжних і вітчизняних учених, а також враховуючи проведені розрахунки загалом, можна вважати задовільним і навіть добрим результатом, коли в системі виробництво кормів – тварина – тваринницька продукція на 8-10 одиниць затраченої енергії буде одержано одиницю акумульованої енергії у вигляді тваринницької продукції.

При біоенергетичній оцінці різних технологій вирощування однієї і тієї самої культури і порівнянні між собою технологій вирощування різних культур підсумковими показниками є вихід валової і обмінної енергії на 1 га посіву, енергетичний коефіцієнт і коефіцієнт енергетичної ефективності вирощування культури, приріст валової енергії на 1 га посіву.

Економія пального, раціональне використання добрив, поливної води, часткова або повна заміна пестицидів альтернативними агро-технічними і біологічними заходами, заміна оранки поверхневим і нульовим обробітком, поєднання кількох технологічних операцій за один прохід агрегату, підбір сортів і гібридів, стійких проти шкідників, хвороб, а також бур'янів, зменшення транспортних витрат на перевезення врожаю – основні складові енергозберігаючих технологій виробництву зерна, кормів, технічної сировини.