CC BY
18
УДК 631.816
Биоэнергетическая и эколого-экономическая оценка использования минеральных удобрений, извести и растительных остатков
H.A. ЧУЯН, Р.Ф. ЕРЕМИНА, кандидаты
сельскохозяйственных наук Н.П. МАСЮТЕНКО, доктор сельскохозяйственных наук
Всероссийский НИИ земледелия и защиты почв от эрозии E-mail: [email protected]
Исследования показали, что поверхностное компостирование растительных остатков предпочтительнее осуществлять с внесением средних доз минеральных удобрений в сочетании с низкой дозой извести. Это позволяет обеспечить уровень воспроизводства плодородия почвы, близкий к простому, и самую высокую энергетическую и экономическую эффективность.
Ключевые слова: минеральные удобрения, органическое вещество, аг-роэкосистемы, гумус.
Для восстановления баланса органического вещества почвы требуется внесение больших доз удобрений, прежде всего органических, которые сегодня в дефиците. В этих условиях необходимо использовать в качестве удобрения все доступные органические материалы, и прежде всего солому и другие растительные остатки, сочетая их внесение с минеральными удобрениями.
Для оценки влияния различных доз минеральных удобрений и извести на процесс связывания энергии агро-экосистемой и регулирование баланса энергии органического вещества почвы нами были выбраны как биоэнергетические, так и эколого-эконо-мические показатели функциониро-& вания агроэкосистем, связанные с о производством энергии и с воспро-
(N
СО
2 "A.C. №1369S14 «Способ оценки систем зем-
ф леделия»/Володин В.М., Федорченко A.E., Карта-
s мышев Н.И., Рожков А.Г. Пыхтин И.Г., Бирюкова
§ Л.И.. 198S. В открытой печати не публиковалось.
Ч ""A.C. № 1481681«Способ прогнозирования вос-
® производства плодородия почвы»/Володин В.М.,
2 Федорченко А.Е., Бирюкова Л.И., Еремина Р.Ф.
m БИ, №19.-1989, с. 20.
изводством плодородия ПОЧВЫ. Это показатели производительности аг-роэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса (а.с. № 1369S14*) и на единицу денежных и трудовых затрат, показатель направленности воспроизводства плодородия почвы (а.с. № 1481681**), а также показатели энергетической и экономической эффективности.
Влияние различных доз минеральных удобрений и извести на показатели биоэнергетической и эколого-экономической оценок мы изучали в полевом опыте на черноземе типичном, при поверхностном компостировании растительных остатков на поле в агроэкосистеме сахарная свекла - ячмень. Технология компостирования на поле описывалась нами ранее [1]. Исследования проводятся в ОПХ «Панинское» нашего института (Медвенский район Курской области). В пахотном слое почвы опытного участка содержится гумуса S,34-S,S6 %, обменно-поглощен-ного кальция - 26,0-28,6 мг-экв. на 100 г почвы. Реакция почвенной среды нейтральная или близкая к нейтральной.
Установлено, что производительность изучаемой агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса, включающего энергию ФАР, энергию органического вещества почвы и антропогенную энергию (К), была выше по всем вариантам внесения минеральных удобрений и извести с растительными остатками (РО) по сравнению с соответствующими вариантами, но без внесения РО: по фону без извести - на 13,9-^,8 %, по фону извести S0/10 кг на 1 т растительных остатков - на 4,023,8 % и по фону извести 100/20 кг на 1 т - на 3,9-^,2 % (табл. 1).
Самое значительное - на 23,8 % - повышение производительности агроэкосистемы отмечено в варианте 7, при внесении ежегодно средней (0^ базовой)дозы минеральных удобрений (М130Р130К130) с одинарной дозой извести (1^ ц/га). При внесе-
нии повышенной дозы минеральных удобрений (Ы260Р
260К260) производительность агроэкосистемы повышалась не так значительно - на 12,0-^,2 % по сравнению с соответствующим вариантом без растительных остатков. Увеличение антропогенной нагрузки посредством внесения высокой дозы минеральных удобрений по фону растительных остатков мало изменяло производительность агро-экосистемы на единицу ресурса по сравнению с фоном без растительных остатков - всего на 3,9-4,0 %. Это говорит о непроизводительных затратах антропогенной энергии на обеспечение функционирования аг-роэкосистемы. Такой вывод наглядно подтверждается данными по энергоемкости и энергетической эффективности производства продукции. Затраты невозобновляемой антропогенной энергии на 1 ц корм. ед. по фону внесения средних доз минеральных удобрений при поверхностном компостировании растительных остатков снижались на 16,2 %, а производительность агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса повышалась на 23,8 % при самом высоком коэффициенте энергетической эффективности среди удобренных вариантов - 14,3. И если производительность агроэкосистемы при поверхностном компостировании растительных остатков по дозам удобрений различалась мало (0,1820,186 и 0,167-0,170 МДж-день/ГДж), то без растительных остатков она повышалась от средней дозы к базовой на 0,014 МДж-день/ГДж (19,S %), а от базовой к высокой - только на 0,004 МДж-день/ГДж (2^ %). Затраты же невозобновляемой антропогенной энергии на производство 1 ц корм. ед. возрастали более значительно - от 149 до 219 и 273 МДж по фону без извести и от 142-^3 до 202-210 и 273-279 МДж - по фонам с известью, т. е. повышались на 47,0-34^ %.
Чем выше доза удобрений, тем менее заметны различия в их энергетической эффективности в зависимости от использования растительных остатков и извести. Так, при внесении средней дозы удобрений разница в энергетической эффективности составила 1,2-2,3-1,6, при внесении повышенной (базовой) дозы -1,0-0,8-1,0 и при высокой дозе удобрений - 0,3-0,3-0,4. Следовательно, даже если сельскохозяйственные предприятия обладают значительным ресурсом минеральных удобрений, при использовании растительных ос-
I. Биоэнергетические показали функционирования агроэкосистемы «сахарная свекла - ячмень» в зависимости от доз минеральных удобрений и извести при поверхностном компостировании (ПК)
растительных остатков (РО)
Вариант опыта
Растительные остатки
Без растительных остатков
Э ЭЭ г К Э ЭЭ г К
82 21,7 0,46 0,104 90 19,7 0,38 0,090
76 23,5 0,64 0,114 92 19,4 0,38 0,089
149 12,3 0,92 0,147 169 11,1 0,78 0,129
219 8,7 0,96 0,161 244 7,8 0,86 0,139
273 7,0 0,82 0,165 285 6,7 0,86 0,160
90 21,9 0,62 0,126 89 22,6 0,63 0,130
142 14,3 0,92 0,182 165 12,0 0,76 0,147
202 10,0 0,98 0,186 224 9,2 0,86 0,166
262 7,5 0,93 0,182 272 7,2 0,86 0,176
94 18,5 0,69 0,120 105 17,0 0,55 0,104
153 12,8 0,92 0,167 176 11,2 0,81 0,145
210 9,8 0,97 0,170 241 7,8 0,86 0,149
279 6,4 0,86 0,161 289 6,0 0,92 0,155
1. Контроль (без удобрений)
2. ПК РО 3/15* т/га - фон I
3 фон 1 + N Р К **
'^зо1 130 130 (90-40)
4 фон 1 + N Р К
^^ 260 260 260 (180-80)
5 фон 1 + N Р К
|,|390 390 390 (270-120)
6. ПК РО 3/15 т/га + известь 50/10*** кг/т (1,5 ц/га) - фон 2
7 фон 2 + N Р К
130 130 130 (90-40)
8 фон 2 + N Р К
260 260 26022(180-80)
9 фон 2 + N Р К
390 390 39022(270-120)
10. ПК РО 3/15 т/га + известь 100/20 кг/т (3,0 ц/га) - фон 3
Л. фон 3 + ГЧ130Р130К130 (90-40) 1 2. фон 3 + N260 Р260 К260 (180-80)
13. фон 3 + Nз9оР390К390 (270-120)
Э - энергоемкость производства продукции, МДж/ц к.е., ЭЭ - коэффициент энергетической эффективности; г - показатель направленности воспроизводства плодородия почвы, К - производительности агроэкосистемы на единицу совокупного энергетического ресурса, МДж-день/ГДж. * В числителе - доза соломы, в знаменателе - доза ботвы сахарной свеклы. ** Первая цифра - доза минеральных удобрений под сахарную свеклу, вторая - под ячмень. *** Первая цифра - доза извести на 1 т соломы, вторая - на 1 т ботвы, в скобках - по фону без РО.
татков в качестве органического удобрения можно ограничиться внесением средних их доз и низкой дозы извести.
Воспроизводство плодородия почвы (г), определенное по соотношению поступления энергии органического вещества в почву и расхода ее через минерализацию, в изучаемой агроэкосистеме характеризовалось как суженное, близкое к простому по всем удобренным фонам, с растительными остатками и без них. Но все же при поверхностном компостировании растительных остатков оно было выше и ближе к простому. Показатель направленности воспроизводства плодородия почвы здесь
приближался к единице и составил 0,82-0,96 по фону без извести и 0,86-0,98 - с известью. Без растительных остатков показатель направленности воспроизводства плодородия почвы был ниже: по фону без извести - 0,78-0,86 и с известью - 0,76-0,92. Это говорит о том, что затраты невозобновляемой антропогенной энергии в виде минеральных удобрений при поверхностном компостировании растительных остатков могут быть снижены. Ведь при этом уровень воспроизводства плодородия почвы был более высоким, чем без них, а затраты невозобнов-ляемой антропогенной энергии для его достижения оставались практи-
чески такими же, как и по фону без растительных остатков, и составили соответственно 28,6-S7,S и 27,8-S7,9 ГДж/га по фону без извести. По фону же извести затраты невозоб-новляемой антропогенной энергии были чуть выше: 31,3-61,0 и 29,9-61,S ГДж/га, в зависимости от доз удобрений и извести. При внесении средней дозы минеральных удобрений и низкой дозы извести затраты невозобновляемой антропогенной энергии за год оказались близки к оптимальным (14,3 и 1S,6 ГДж/га), так как по A.A. Созинову и Ю.Ф. Новикову (198S) КПД агроэкосистемы достигает максимума при насыщении ее невозобновляемой антропогенной
Вариант опыта J, ГДж-день П, КДж-день/руб. Р, МДж-день/чел.-ч Экономическая эффективность
РО без РО РО без РО РО без РО РО без РО
1 1,03 1,07 124 122 15,18 14,16 2,89 2,80
2 1,36 1,06 131 111 17,94 14,00 3,08 2,83
3 1,76 1,53 119 112 22,19 19,32 2,76 2,50
4 1,92 1,66 106 101 24,18 20,01 2,29 2,10
5 1,98 1,91 93 96 24,99 23,05 1,92 1,88
6 1,52 1,55 135 141 129,94 19,76 2,97 2,98
7 2,19 1,75 136 118 26,80 21,80 2,84 2,38
8 2,23 1,99 117 107 27,66 24,18 2,31 2,14
9 2,19 2,10 98 94 27,24 24,83 1,89 1,80
10 1,43 1,23 126 108 18,48 15,98 3,59 2,60
11 2,00 1,93 123 110 25,08 21,46 2,55 2,40
12 2,04 1,78 102 93 25,19 21,72 2,21 1,91
13 1,94 1,85 84 80 23,44 21,93 1,84 1,86
и - интенсивность связывания энергии агроэкосистемой; П - производительность агроэкосистемы на единицу денежных затрат; Р - производительность агроэкосистемы на единицу трудовых затрат.
u ф
ä
ф
ь
ф
ä
s
ф
Z
IO
09
P О
о
(О
2. Показатели эколого-экономической оценки агроэкосистемы сахарная свекла - ячмень в зависимости от доз минеральных удобрений и извести при ПК РО
энергией, равной 13^83 ГДж/га.
Анализ показателей эколого-эко-номической оценки внесения минеральных удобрений при использовании растительных остатков в качестве органического удобрения говорит о том, что и с экономической стороны такой способ применения удобрений очень выгоден. Себестоимость 1 ц корм. ед. в агроэкосистеме сахарная свекла - ячмень по фону растительных остатков без извести была ниже, чем по фону без растительных остатков на 7,14-20,80 руб., а по фонам с известью в дозах и 3,0 ц/га - на 7,60-17,93 и 3,18-30,79 руб. соответственно. И если по продуктивности агроэкосистемы варианты с внесением средних доз минеральных удобрений немного уступали вариантам с повышенными и высокими дозами удобрений, то по рентабельности производства продукции варианты с внесением средних доз минеральных удобрений превосходили их и по фону извести, и без нее. Так, рентабельность производства продукции в вариантах со средними дозами минеральных удобрений была выше на 4S,7-84,7 % по фону без извести, на S3,2-94,9 % - по фону извести ц/га и на 34,1-68^ % -по фону извести 3,0 ц/га по сравнению с повышенными и высокими дозами минеральных удобрений.
Применение средних доз минеральных удобрений с низкой дозой извести при поверхностном компостировании растительных остатков более оправдано и с экологической точки зрения. Несмотря на незначительное снижение продуктивности агроэкосистемы и ее производительности на единицу трудовых ресурсов (на 9,0-12,6 %) в этом варианте по сравнению с вариантом, где применялись повышенные и высокие дозы удобрений, производительность аг-роэкосистемы на единицу денежных затрат здесь выше на 12,3-28,0 % по фону без извести и на 16,2-46,4 % -по фонам с известью. Если при внесении средней дозы минеральных удобрений на каждый рубль произведено 119-136 КДж энергии в день, то при внесении повышенных и высоких доз - 98-118 КДж по фону при© менения ц/га извести и только ® 84-102 КДж/день - по фону приме-оэ нения 3,0 ц/га извести (табл. 2). г Так как растительные остатки спо-| собствуют интенсификации связывания энергии агроэкосистемой (и), то ¡3 применение минеральных удобре-| ний по такому фону более эффек-
ф тивно по сравнению с фоном без со
растительных остатков. Производство энергии на единицу трудовых и денежных затрат при внесении минеральных удобрений по фону растительных остатков превышало фон без них на 5,0-18,0 и 6,9-22,9 % соответственно производительности на единицу денежных и трудовых затрат в зависимости от доз минеральных удобрений и извести.
Таким образом, поверхностное компостирование растительных остатков (соломы и ботвы) предпочтительнее осуществлять с внесением средних доз минеральных удобрений (под сахарную свеклу - N90P90Kj0, под ячмень - N40P40K40) в сочетании с низкой дозой извести - 50 кг на 1 т соломы и 10 кг на 1 т ботвы сахарной свеклы. Это позволяет обеспечить уровень воспроизводства плодородия почвы, близкий к простому, и более высокую производительность агроэкосистемы на единицу денежных затрат при снижении энергоемкости производства продукции, а также самую высокую энергетическую и экономическую эффективность.
Литература
I. Еремина Р.Ф., Мащенко С.С., Чуян H.A., Федорченко А.Е., Ермакова A.A. Эффективность растительных остатков, используемых на удобрение//3емледе-лие, № 3, 2004, с. 16-17.
Bioenergetic and ecology-economic appraisal of mineral fertilizers and lime application with use of plant residues as organic fertilizer
N.A. Chuyan, R.F. Eremina, N.P. Masyutenko
Investigations have shown that surface composting of plant residues is preferable with application of middle dozes of mineral fertilizers with low doze of lime. It allows to provide natural level of soil fertility restoration with hugh energetic and economic effect.
Keywords: mineral fertilizers, organic matter, agroecosystems, humus.
УДК 631.46:633.11 "324"(471,6S)
Эффективность
новых штаммов
ассоциативных
ризобактерий
на посевах
озимой
пшеницы
А.Р. ПУХАЕВ
А.Т. ФАРНИЕВ,
доктор сельскохозяйственных
наук
Горский государственный аграрный университет
E-mail: puhaev80@yandex. ru А.П. КОЖЕМЯКОВ, кандидат биологических наук
Всероссийский НИИ
сельскохозяйственной
микробиологии
E-mail: [email protected]
Исследования показали, что биопрепараты на основе местных штаммов PGPR по своей эффективности не уступают промышленным бактериальным препаратам.
Ключевые слова: биопрепараты комплексного действия, штамм, PGPR, ростстимуляция, фунгистазис.
Одна из альтернатив синтетическим агрохимикатам и фунгицидам -препараты эффективных штаммов PGPR (Plant Growth-Promoting Rhizobacteria - ризосферные бактерии, способствующие росту растений), которые оказывают полифункциональное действие на выращиваемую культуру, снабжая ее биологическим азотом, ростстимулирующи-ми веществами, улучшая корневое питание растений и защищая от стрессовых факторов среды, в том числе фитопатогенов [1]. Эффективность их применения значительно варьирует в различных агроэкологи-ческих зонах, особенно в условиях гор и предгорий Северного Кавказа, поскольку любой живой организм успешно развивается только там, где среда адекватна месту его исторического возникновения и обитания.
В условиях северных склонов Центрального Кавказа (110-3S00 м над уровнем моря) в течение шести лет мы проводили поиск и выделение PGPR с корней пырея ползучего
