Загальні моделі ведення енергозберігаючого сільського господарства на сучасному етапі розвитку агропромислового комплексу

2 Загальні моделі ведення енергозберігаючого сільського господарства на сучасному етапі розвитку агропромислового комплексу

Українська влада взяла чіткий курс на створення бренду України як державищо продукує екологічну продукцію. За таких умов актуальним стає ефективне використання наших біологічних ресурсів та мінімальне застосування - антропогенних (агрохімії, диз-палива та ін.). Актуальність обраного напряму, з одного боку, зумовлена широкими можливостями українських земель та зростаючою потребою в чистій продукції у світі. [17]

Всі види ресурсів, зокрема енергоносії, технічні засоби, праця людей, вода мають певну цінність і відповідно, підлягають ретельному обліку при їхньому перерозподілі. І тільки ґрунтові фактори родючості не мають ціни та не контролюються. Це створює умови для широкого використання їх з метою отримання прибутку, що супроводжується інтенсивною деградацією земельних ресурсів та їхнім виснаженням. Однак унікальність ґрунтового покриву полягає в тому, що він є надійним, екологічно безпечним джерелом поновлювальної енергії, яка в процесі сільськогосподарського виробництва зв'язується рослинами завдяки фотосинтезу. При цьому рівень природного потенціалу продуктивності в різних ґрунтово-кліматичних умовах суттєво змінюється і встановлюється у варіантах стаціонарних дослідів без застосування добрив і меліорантів, які моделюють найбільш розповсюджену сучасну практику ведення сільськогосподарського виробництва. Наприклад, в західному Лісостепу на чорноземі опідзоленому на контролі вихід енергії з урожаєм основної і побічної продукції культур 5-пільної зерно-просапної сівозміни у середньому сягає 105 ГДж/га (2 ГДж 1 ц кормових одиниць (к.о.) В інших ґрунтово-кліматичних умовах енергія, що отримується з врожаєм, коливається в середньому у межах 70-90 ГДж/га. Це свідчить про те, що при дотриманні вимог агротехнологій тільки за рахунок природної родючості ґрунту можна забезпечити досить високу продуктивність посівів. Для порівняння, витрати антропогенних ресурсів в енергетичному еквіваленті (Еа) при таких агротехнологіях щорічно складають лише 10-13 ГДж/га, відповідно, окупність 1 ГДж урожаєм сягає 8-9 ГДж/га (коефіцієнт енергетичної ефективності (Кее). [18]

Однак слід враховувати, що в цьому випадку мають місце значні втрати ґрунтової енергії (Ег), зосередженої в органічній речовині і в запасах елементів живлення — до 30 ГДж/га на рік. Очевидно, що відповідно до закону збереження енергії безповоротне використання енергетичного потенціалу ґрунтів супроводжується їх енергетичною деградацією і зниженням продуктивності з темпом у середньому 1-1,5 ц к.о./га за рік. Для оцінки цих процесів в масштабах України на основі узагальнення багаторічних експериментальних даних були розроблені гіпотетичні сценарії функціонування агроекосистем (табл.2.1).

Таблиця 2.1. Баланс енергії при різних сценаріях розвитку сільськогосподарського виробництва

*середній раціон на одну людину – 2480ккал

**з розрахунку на 50 млн. чоловік

***36 млн. т нафти, 72 млрд. м³ природного газу

Модель 1 — всі земельні ресурси використовуються як природні кормові угіддя з продуктивністю 1,5 т к.о./га (1 т к.о. 20 ГДж; 1 т дизельного пального 40 ГДж). Рослинна біомаса згодовується тваринам, а вироблені продукти харчування — для покриття внутрішніх потреб або на реалізацію на світовому продовольчому ринку. При цьому затрати антропогенних ресурсів, головним чином це праця людей і тяглова сила тварин, можуть бути відносно незначні (до1 ГДж/га). За рахунок високого рівня рециркуляції біогенних елементів з відходами тваринництва забезпечується збереження ґрунтового енергетичного потенціалу, продуктивність сільськогосподарських угідь зростає. При розгляді цього сценарію стає зрозумілим значення тваринництва як з точки зору акумуляції і концентрації енергії, розподіленої на великій площі у вигляді рослинної біомаси, особливо її малоцінної частини, так і з позицій відновлення енергетичного потенціалу ґрунтів.

Модель 2 відбиває сучасний стан — спеціалізація переважно рослинницька, продуктивність сільськогосподарських угідь на рівні 2,5 т к.о./га, мінеральні добрива практичнр не використовуються, витрати антропогенної енергії складають на рівні 10 ГДж/га. При такому сценарії вся продукція виробляється за рахунок природної родючості ґрунтів. У стаціонарних агротехнічних дослідах такий стан моделюється у варіантах без добрив (контроль), де за рахунок мінералізації органічної речовини ґрунту і систематичного відчуження з урожаєм біогенних елементів запаси енергії щорічно скорочуються у середньому за ґрунтовими відмінностями на 15 ГДж/га.

Модель 3 — продуктивність земель на рівні 5,0 т к.о./га, з максимальними значеннями до 10,0 т к.о./га, що відповідає комбінованій рослинницько-тваринницькій спеціалізації та рівню накопичення рослинної біомаси в стаціонарних дослідах на фоні органічних і органо-мінераль-них систем удобрення. За таких агротехнологій і, особливо, за наявності у сівозмінах багаторічних бобових трав, забезпечується розширене відтворення родючості ґрунту, зростає рівень його окультуреності і ефективної родючості. Однак порівняно з контрольними варіантами (модель 2) енергоємність виробництва значно збільшується і становить у середньому 25 ГДж/га (техніка — 15 %, енергоносії — до 20 %, добрива — до 50 %, пестициди і насіння - 15-20 %). [17]

Потреба населення в продуктах харчування встановлювалася, виходячи з середніх добових раціонів на людину 2480 ккал. Для виробництва відповідних продуктів необхідно витратити приблизно 2,8 к.о., а для задоволення потреб 50 млн. населення на рік необхідно до 50 млн. т к.о. рослинної біомаси. В енергетичному еквіваленті це відповідає 1 млрд. ГДж. Таким чином, позитивну частину балансу енергії в агросфері визначає рівень продуктивності сільськогосподарських угідь, від'ємну — витрати антропогенної енергії, скорочення енергопотенціалу ґрунту, а також витрати енергії рослинної біомаси на виробництво продуктів харчування для внутрішніх потреб. При тваринницькій спеціалізації (модель 1) і за сучасного стану аграрного виробництва (модель 2) баланс врівноважується, при реалізації третьої моделі додаткове накопичення біологічної енергії сягне 2 млрд. ГДж. Якщо в Україну щорічно імпортується близько 36 млн. т нафтопродуктів та 72 млрд. м³ природного газу, які в енергетичному еквіваленті відповідають 3,6 млрд. ГДж, то компенсація енергії вуглеводнів за рахунок рослинної біомаси може становити понад 50 %. [16]

Наведеш гіпотетичні моделі свідчать про високий природний потенціал продуктивності агросфери України, особливо за наявності розвинутої тваринницької галузі. Однак при реалізації на практиці третьої моделі розвитку аграрного виробництва вирішується триєдине завдання: досягається повне забезпечення населення власними продуктами харчування, відновлюється і зростає потенціал продуктивності земельних ресурсів та компенсується значна частина або, за певних умов, навіть всі енергоносії зовнішнього виробництва. Зрозуміло, що мова йде лише про гіпотетичні моделі, однак вони будуються на конкретних результатах досліджень та розкривають значення сільськогосподарського виробництва в забезпеченні енергетичної незалежності і продовольчої безпеки держави.

Важливо також, що енергоносії можна співвідносити з рослинною біомасою не тільки за енергетичними еквівалентами, але й у вартісних показниках. Наприклад, ціни на нафтопродукти (бензин, дизельне пальне) в Україні складаються на рівні 2,5-3,0 грн. за літр. З іншого боку, для виробництва 1 кг м'яса ВРХ необхідно витратити приблизно 8 к.о. рослинної біомаси. При цінах на м'ясопродукти на рівні 25 грн. вартість 1 к.о. буде становити близько 3 грн. Аналогічне співвідношення існує по молоку, вартість якого після знежирення сягає 2,5 грн., при витратах кормів 1 к.о. на 1 літр. Така ж ситуація з хлібопродуктами, цукром, жирами. Отже рослинна біомаса за цінністю не поступається іншим енергоносіям, а найбільш вигідне її використання досягається шляхом формування спеціалізації, максимально адаптованої до конкретних умов виробництва. При формуванні абс вдосконаленні сільськогосподарського виробництва необхідно прагнути до розвитку його галузевої структури. Це супроводжується: створенням замкнутих виробничих циклів, коли відходи однієї галузі є сировиною для іншої, а найбільш важливі речовини використовуються багаторазово з колообігу з невисокими втратами при мінімальному залученні ресурсів зовнішнього походження. Так, наприклад, за спеціалізації виробництва з навантаженням тварин 2 голови ВРХ на 1 гектар сільськогосподарських угідь, з гноєм (20 т/га) :^: ґрунт повертаються майже всі елементи живлення (80 % азоту, 95 % фосфору і 90 % калію), відчужені з рослиною біомасою. При цьому порівняно з рослинницькою легалізацією потреба в мінеральних добривах знижується до мінімуму, а економія коштів для землекористування площею 2-3 тис. га і може сягати 300-400 тис. грн. на рік. Це пояснюється тим, що з тваринницькою продукцією за межі господарства вилучається у багато разів менше біогенних елементів, ніж з рослинницькою. Слід враховувати, що така спеціалізація по ВРХ для забезпечення повноцінної годівлі тварин передбачає наявність в структурі посівних площ 25-30 % багаторічних бобових трав, які за вегетаційний період накопичують у ґрунті до 120 кг/га біологічного азоту. Еквівалентна кількість мінеральних добрив має вартість близько 300 грн.

Нетоварна частина урожаю при розвинутому тваринництві практично повністю використовується на корм і підстилку та фактично є обов'язковою умовою утримання чисельного поголів'я. За відсутності тваринництва багаторічні трави не вирощують, а відходи рослинництва у вигляді соломи, стебел, гички можуть створювати додаткові труднощі технологічного характеру, пов'язані з їх утилізацією та зростаючими ризиками зниження врожайності наступних культур у випадку неправильного застосування відходів рослинництва на добриво. Результати багаторічних досліджень свідчать, що використання побічної продукції рослинництва у більшості випадків виявилося малоефективним і в сівозмінах без трав не забезпечує відтворення гумусного стану ґрунту. Однак її доповнення повним мінеральним удобренням 150-200 кг/га наближається до класичного поєднання гною і мінеральних добрив.

Ефективність рослинництва в межах агроекосистеми без залучення зовнішніх ресурсів, тобто без застосування мінеральних добрив, може суттєво підняти за рахунок оптимізації колообігу речовини в системі "сівозміна — селітебна зона". Досягається це – за наявності у приватному секторі значної кількості тварин, шляхом концентрації і вивезення органічних добрив з населених пунктів на поля. Одночасно вирішуються екологічні проблеми, оскільки скупчення тваринництва у приватному секторі і перерозподіл біогенних елементів з усього землекористування в селітебні території, супроводжується накопиченням в ґрунті присадибних ділянок до 2000 мг/кг рухомого фосфору, до 1000 обмінного калію, великої кількості важких металів та підвищенням концентрації нітратів в питній воді до рівня 2000 мг/л, що більш ніж у 40 разів перевищує гранично допустимий коефіцієнт.

Відомо, що реалізація готової продукції набагато вигідніше ніж продаж сировини. Однак слід розглянути інший позитивний аспект доповнення основної виробничої діяльності переробкою вихідної рослинницької і тваринницької продукції. Наприклад, при переробці зерна на борошно кількість відходів складає приблизно 40% вихідної маси. При цьому висівки, з одного боку, є цінним концентрованим кормом для тварин, з іншого — в них зосереджена значна кількість елементів живлення рослин. Так, якщо вміст азоту, фосфору і калію в 1 кг пшеничного борошна становить у середньому 19, З и 5 г, то у висівках — відповідно 21, 6 і 12 г. Отже при переробці 1000 т зерна, порівняно з його прямою реалізацією, з висівками у систему повертається понад 15 т елементів живлення, що в перерахунку на мінеральні добрива може бути еквівалентним 40-50 тис. грн. Це ж стосується насіння соняшнику, коренеплодів цукрових буряків, цільного молока та ін.

Важливе значення у підвищенні ефективності виробництва повинно приділятися забезпеченню "герметичності" колообігу біогенних елементів при їх рециркуляції. Наприклад, якщо стадо ВРХ нараховує 1000 голів, то накопичення свіжого гною за рік може сягнути 10 тис. т. Вміст загального азоту в ньому становить 0,45 %, або 45 т. Зберігання упродовж 4-х місяців в неущільненому стані супроводжується втратою 31 % цього елементу, а при щільній укладці —11%. Отже порушення технології зберігання такої кількості гною супроводжується втратою 10 т азоту, що прирівнюється майже до 30 т аміачної селітри. Зменшення кількості підстилки з 4 до 2 кг на 1 голову на добу в результаті 4-місячного зберігання гною призведе до недобору 14 т азоту, а заміна солом'яної різки (10 см) на неподріблену солому пов'язана з втратою 4 т цього елемента.

Таким чином, створення низки подібних замкнутих циклів на всіх етапах виробничої діяльності забезпечує суттєву економію антропогенних ресурсів, система набуває вищої сталості, конкурентоспроможності і, що особливо важливо, зростає її незалежність від зовнішніх факторів. Переконатися в цьому дозволяє аналіз деяких особливостей останніх двох років. Так у 2004 р. валовий збір зерна озимої пшениці склав 17,5 млн. т більша частина якого за якісними характеристиками виявилася нижче вимог 3-го класу. Ціни на ринку зерна, відповідно, склалися також невисокими. За таких умов в багатьох випадках було значно вигідніше замість прямої реалізації "трансформувати" зерно у тваринницьку продукцію. При рекордно високих закупівельних цінах на молоко і м'ясо у 2004 р. господарства з розвинутим тваринництвом, безперечно, опинилися у більш вигідному становищі, ніж при суто рослинницькій спеціалізації.

Навпаки, в екстремальному 2003 р., коли валовий збір зерна озимої пшениці склав лише 3,6 млн. т, за на явності розвинутої тваринницької галузі раціони годівлі можна було обмежити грубими і соковитими кормами, а всі надлишки зерна, безперечно, було вигідніше реалізувати за високими цінами в умовах гострого дефіциту насіннєвого матеріалу.

На відміну від суто рослинницької спеціалізації за рахунок вдосконалення галузевої структури господарства, окрім підвищення сталості й незалежності виробництва, також забезпечується систематичне збільшення родючості ґрунтів за рахунок поступового їх окультурення.

На даний час земельні ресурси України використовуються нераціонально. У процесі неконтрольованої виробничої діяльності відбувається їх інтенсивне виснаження, що вимагає відповідних регулюючих заходів з боку держави. Разом з тим аграрний сектор має високий потенціал виробництва поновлюваної енергії у вигляді рослинної біомаси, яка при раціональному використанні за своєю цінністю не поступається іншим енергоносіям. Реалізувати цей потенціал можна тільки через суб'єктів господарської діяльності шляхом раціонального використання природних і техногенних ресурсів в оптимальному їх поєднанні стосовно конкретних умов. Навіть при високому рівні підготовки керівників і персоналу самостійно вирішити задачу комплексної міжгалузевої оптимізації без спеціальних досліджень та багатоваріантного моделювання практично неможливо у зв'язку з багатофакторністю і складністю аграрних виробничих систем. В Інституті гідротехніки і меліорації УААН опрацьовується і вдосконалюється методологія та розробляються сучасні інформаційні технології комплексного формування екологобезпечного та конкурентоспроможного аграрного виробництва, які доцільно широко використовувати на практиці. [17]