Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
Международный научно-исследовательский журнал публикации ВАК
Научные направления
Поделиться:
Разделы: Сельское хозяйство
Размещена 13.12.2014.

Перспективные биоэнергетические агроэкосистемы в зоне орошения Украины

Сорока Юрий Владимирович

Институт водных проблем и мелиорации НААН Украины

старшый научный сотрудник

Тарарико Юрий Александрович – доктор сельскохозяйственных наук, член-кореспондент НААН Украины, профессор, заведующий отделом агроресурсов и использования мелиорированных земель, Институт водных проблем и мелиорации НААН Украины, г. Киев


Аннотация:
На примере землепользования сельскохозяйственного предприятия с использованием компьютерного комплекса проведено имитационное моделирование перспективных сценариев развития аграрного производства. Выполнена сравнительная оценка современной практики хозяйствования и различных вариантов многоотраслевой инфраструктуры сбалансированного производства продуктов питания и биоэнергии. Проведена оценка эффективности орошения после проведения межотраслевой оптимизации.


Abstract:
On the example of farm land using complex computer simulation conducted prospective scenarios of agricultural production. A comparative assessment of the current management practices and the various options diversified infrastructure, sustainable production of food and bioenergy. Assessed the effectiveness of irrigation after the cross-sectoral optimization.


Ключевые слова:
имитационное моделирование; сценарии развития; межотраслевая оптимизация

Keywords:
simulation modeling; scenario development; cross-sectoral optimization


УДК 631.6

В настоящее время в мире одним из острейших противоречий является проблема дефицита продовольствия и обеспечения независимости от не возобновляемых источников энергии. По данным ООН на планете более 1 млрд голодающих или около 16% всего населения [1]. С другой стороны, энергетические кризисы, резкие колебания цен на энергоносители и глобальные экологические угрозы вынуждают правительства многих стран стимулировать переход собственных потребителей на альтернативные источники энергии [2]. В странах Европы производство энергии из альтернативных источников уже к 2020 году планируют довести до 20% от общего энергопотребления. Наиболее доступным из них является растительная биомасса. Потенциал ее накопления в разных регионах оценивается в стационарных агротехнических опытах, которых в Украине заложено более ста [3]. Установив среднемноголетнюю продуктивность севооборотов, в том числе достигнутую за счет оптимизации питательного и водно-воздушного режимов почвы, важно рационально распределить полученную органическую массу между продуктами питания, энергией и удобрениями.

Таким образом, задача исследований состоит в обосновании систем аграрного производства, которые позволяют в едином комплексе сбалансированно получать продовольствие и энергетические ресурсы, когда отходы одного цикла являются сырьем для следующего. Для разных почвенно-климатических условий это даст возможность предложить наиболее перспективные направления развития сельскохозяйственных производственных систем. В ранее проведенных многолетних исследованиях установлено преимущество многоотраслевых биоэнергетических агроэкосистем над узкопрофильным производством сырьевой продукции растениеводства, животноводства или биоэнергии [4]. В данной работе приводятся результаты компьютерного имитационного моделирования сценариев развития сельскохозяйственного предприятия в зоне орошения.

Материалы и методы исследований. Объект исследований – землепользование Каменко-Днепровской опытной станции Института водных проблем и мелиорации Национальной академии аграрных наук Украины (НААН).

С современной практикой хозяйствования на богаре сравнивались перспективные варианты развития предприятия с формированием многоотраслевой биоэнергетической инфраструктуры.

Станция расположена в северо-западной части Запорожской области, площадь пашни 320 га, для ведения растениеводства имеется комплекс сельскохозяйственной техники, система орошения находится в нерабочем состоянии. Показатели урожайности культур при моделировании принимались на основе усредненных 40-летних данных, полученных в региональном стационарном агротехническом опыте на фоне зональной системы применения удобрений. В свою очередь, на основе обобщенных 30-летних экспериментальных данных Института орошаемого земледелия НААН принималось, что оптимизация условий увлажнения в период вегетации позволяет повышать продуктивность севооборотов в 1,8 раза.

Формирование перспективных сценариев межотраслевой оптимизации предприятия осуществлялось путем многовариантного имитационного компьютерного моделирования на программном комплексе «Агроресурсы».

Результаты исследований. Анализировались следующие модели производственной деятельности:

Модель №1 «Современная практика». Севооборот: 1 – черный пар, 2 – озимые, 3 – подсолнечник. Его продуктивность отвечает фактической средней за последние 5 лет урожайности указанных культур в хозяйстве – 20,8 ц/га кормовых единиц (к. ед.).

Модель №2 «Модель №1 + орошение». Севооборот: 1 – пшеница озимая, 2 – подсолнечник, с увеличением продуктивности в 1,8 раза. Рассматривается для оценки целесообразности восстановления системы орошения при существующей структуре посевных площадей.

Модель №3 «Перспективная без орошения». Рассматривается для оценки значения межотраслевой оптимизации производства и соответствующего изменения структуры посевных площадей. Севооборот продуктивностью 49,3 ц/га к.ед. включает наиболее урожайные в регионе культуры: 1 – кукуруза на зерно, 2,3 кукуруза на силос, 4 – озимая пшеница. Количество дойных коров - 255 голов, их продуктивность - 4,3 тис кг молока в год. Нагрузка стада КРС на пашню составляет 1,5 условные головы (у.г.) на 1 гектар.

Модель №4 «Модель №3 + овощи». Сценарий для оценки целесообразности включения томатов в структуру посевных площадей и дополнения инфраструктуры мощностями по их переработке [5]. Урожайность томатов на богаре принимается 30 т/га с соответствующим сокращением объемов производства кормов, продуктов животноводства и биоэнергии. Количество дойных коров при их годовой продуктивности 4,2 тыс. кг  будет составлять 207 голов с общей плотностью КРС 1,2 у.г./га.

Модель №5 «Модель №4 + орошение». Рассматривается для оценки значения системы орошения как составляющей многоотраслевой инфраструктуры аграрного производства. Модель аналогичная предыдущей с возрастанием урожайности культур и продуктивности севооборота в 1,8 раза, соответствующим увеличением количества дойных коров до 373 голов при их продуктивности 4,2 тис. кг в год. При этом нагрузка на пашню поголовьем КРС повысится до 2,2 у.г./га.

При современной практике производство сводится к выращиванию подсолнечника и зерновых и в расчете на среднемноголетнюю урожайность этих культур валовые сборы в среднем будут составлять 420 и 255 т с площади 320 га. Восстановление системы орошения позволит повысить эти показатели до 1125 и 690 т (табл. 1).

Производственная Модель №3 предполагает валовое производство побочной продукции кукурузы 390 т, соломы – 440 т, силоса 3800 т, что в пересчете на их кормовую ценность составит 1050 т к. ед. В год на корову со шлейфом тратится 3,3 т к. ед. грубых и сочных кормов и с учетом потерь при хранении указанного количества будет достаточно для содержания дойного стада численностью 255 голов.

На кормление телок для замены отбракованных коров, а также бычков до 370 кг, необходимо 332 т к. ед. концкормов. Для производства молока остается 394 т к. ед. или 4,2 к. ед. в сутки при общей обеспеченности кормами 10,2 к. ед. Такое положение позволяет рассчитывать на суточную продуктивность дойной коровы массой 500-550 кг в 12 кг молока жирностью 3,5%. В год это будет составлять 4,3 тыс. кг с валовым производством молока около 1,1 тыс. т. С учетом потребностей молодняка после его переработки можно получить молочные продукты: 70 т сливок и около 60 т твердых сыров. Сопутствующими к молочным продуктам будут мясопродукты - около 42 т в год, а также навоз. В него переходит примерно половина сухого вещества израсходованных кормов [4]. С учетом отходов хранения кормов переработка этой биомассы на биогазовой установке даст возможность получать значительное количество биоэнергии. Например, согласно Модели №3 из 4,7 тыс. т свежего навоза можно получить около 0,7 млн м3 биогаза. Его сжигание на когенерационной установке позволит генерировать в течении года 1,6 млн кВт-час электроэнергии и 1,6 Гкал теплоэнергии. Первую реализовать по «зеленому» тарифу, вторую использовать для обогрева помещений инфраструктуры предприятия.

Таблица 1. Производство продукции при различных системах хозяйствования

 

В процессе газогенерации примерно 60% сухого вещества навоза переходит в биогаз, а 40% представляет собой неразложившийся остаток, так называемый биогумус. Это обеззараженное органическое удобрение, в котором содержится 70-80% вынесенного из почвы урожаем азота, 85-90% фосфора, до 98% калия и микроэлементов.

Согласно Модели №4 включение в структуру посевов томатов сократит производство продуктов животноводства и биоэнергии почти на 20%, но дополнительно будет произведено 1,9 тыс. т томатного сока. В соответствии с увеличением урожайности культур севооборота под влиянием орошения в 1,8 раза, в такой же пропорции относительно Модели №4 возрастет производство всех видов продукции.

Как отмечалось, последним продуктом в рассмотренном выше технологическом цикле является органическое удобрение - биогумус. В нем концентрируется значительная часть вынесенных из почвы растительной биомассой элементов питания (табл. 2). Эти показатели получены при сопоставлении отчужденных из почвы азота, фосфора и калия с их содержанием в реализуемой продукции: сыр, сливки, мясо, томатный сок. С учетом природной азотфиксации, а также поступления биогенных элементов с посевным материалом и осадками такие объемы рециркуляции позволяют обеспечить высокий уровень интенсивности их баланса без применения минеральных удобрений [6].

 

Таблица 2. Рециркуляция биогенных элементов и экономия минеральных

 

Результаты моделирования показывают, что с точки зрения влияния специализации производства на плодородие почвы современную практику хозяйствования можно считать неперспективной. Создание же адаптированной к имеющемуся агроресурсному потенциалу многопрофильной инфраструктуры будет обеспечивать воспроизводство почвенного плодородия с минимальными затратами и создаст условия для перехода к органическому земледелию.

Современная структура посевных площадей с реализацией зерна и семян подсолнечника позволяет без орошения получать средний валовой доход на уровне 0,7-0,8 тыс. у.е./га (табл.3). Очевидно, что этот показатель будет по годам существенного колебаться, поскольку коэффициент вариации урожайности культур севооборота в условиях неустойчивого увлажнения составляет 35-40%. В результате восстановления системы орошения валовой доход стабильно будет составлять 1,9-2,0 тыс. у.е./га.

Создание многопрофильной инфраструктуры без овощей и орошения (Модель №3) позволит производить 170 т продуктов животноводства, 1,6 млн кВт-час электроэнергии, 1,6 тыс. Гкал тепловой энергии и экономить около 100 т промышленных минеральных удобрений в пересчете на аммиачную селитру, суперфосфат и хлористый калий. Общая сумма от реализации всей этой продукции составит 1,4 млн у. е. или 4,5 тыс. у.е. на 1 гектар севооборота.

С привлечением в севооборот томатов, а в инфраструктуру мощностей по их переработке, производство животноводческой продукции сократится на 20%, энергетических ресурсов – на 15%, экономия   минеральных удобрений наоборот возрастет на 10%. С учетом стоимости томатного сока валовой доход составит 2,1 млн у.е.  или 6,6 тыс. у.е./га. 

В результате восстановления системы орошения, как составляющей единой системы биоэнергетического производства, количество всех видов продукции существенно возрастет с соответствующим увеличением валового дохода почти до 3,9 млн у.е. или 12,1 тыс. у.е./га.

Анализ параметров Модели №5 показывает, что наибольшие затраты связаны с восстановлением системы орошения – 22,6% от общей стоимости инфраструктуры (1,2 млн. у.е.), закупку биогазовой установки 27,1%, оборудования для переработки томатов 23,5%. Остальные статьи расходов по созданию инфраструктуры составят 27% от общей стоимости. В целом капитальные вложения оцениваются на уровне 6,4 млн у.е. или 20,1 тыс. у.е./га.

 

Таблица 3. Экономическая эффективность, тыс. у.е./га

 

Данное сельскохозяйственное предприятие является государственным, поэтому при экономической оценке перспективных моделей его развития рассматривается 2 варианта: финансирование беспроцентное из бюджета и привлечение банковских кредитных ресурсов (табл. 3). Восстановление системы орошения при сохранении современной структуры посевных площадей (Модель №2) позволит существенно увеличить валовой доход предприятия. Но при этом заметно возрастут затраты на производство за счет расходов, связанных с орошением. В итоге чистая прибыль, в сравнении с современной практикой без орошения, повысится на 1,2 тыс. у.е./га и составит 1,9 тыс. у.е./га, что обеспечит полный возврат затраченных средств через 6 лет. В случае использования кредитных ресурсов период окупаемости увеличится до 13 лет.

Развитие отрасли животноводства с глубокой переработкой всей продукции до конечных продуктов (Модель №3) потребует больших в сравнении с системой орошения (Модель №2) капитальных затрат при значительно большем валовом доходе. При таком положении, период окупаемости инфраструктуры составит при бюджетном финансировании около 2 лет и 3 года в условиях кредитования.

С включением в севооборот томатов и организацией их переработки (Модель №4) возрастут как стоимость инфраструктуры, так и поступления от реализации продукции. В результате чистая прибыль увеличится с 3,6 до 5,4 тыс. у.е./га и сроки окупаемости при обеих вариантах инвестирования останутся неизменными.

Проведение межотраслевой оптимизации с восстановлением системы орошения (Модель №5) повысит стоимость инфраструктуры примерно в 2 раза. Но валовой доход при этом возрастет до величины, обеспечивающей 10,4 тыс. у.е./га прибыли, что при бюджетном финансировании позволит сохранить период окупаемости на уровне двух лет. В случае привлечения кредита ежегодные выплаты по выполнению соответствующих обязательств составят 5,3 тыс. у.е./га и срок окупаемости проекта увеличится до 3 лет.

При проведении экономической оценки не учитывались возможности повышения прибыли за счет увеличения продуктивности животноводства, привлечения концентрированных кормов внешнего производства, сертификации хозяйства как органического, а также сокращения выбросов парниковых газов.

Важно, что осуществление межотраслевой оптимизации предприятия по сценарию Модели №5 будет сопровождаться созданием дополнительных рабочих мест: 24 - в животноводстве, 6 - обслуживание системы орошения, 6 – биоэнергетический комплекс, 18 – переработка томатов и продуктов животноводства, хранение продукции.

Необходимо также обратить внимание на высокий уровень конкурентоспособности полученной в системе биоэнергетического аграрного производства продукции. Например, после возврата капитальных затрат на инфраструктуру ожидаемая себестоимость молочных и мясных продуктов будет на 30-40% ниже среднестатистической.

Важной задачей является также создание сети реализации произведенной продукции. Территория предприятия непосредственно прилегает к г. Каменка-Днепровская с населением 15 тыс. жителей. Поэтому в ближайшей перспективе после модернизации возможно их обеспечение высококачественными недорогими продуктами питания, теплоэнергией и услугами по утилизации на биогазовой установке органических отходов, в том числе канализационных стоков с минимальными затратами на транспортировку.

Выводы. Компьютерное имитационное моделирование перспективных сценариев развития одного из сельскохозяйственных предприятий в зоне орошения показало необходимость проведения межотраслевой оптимизации и создания капиталоемкой, но эффективной инфраструктуры с продолжительным сроком эксплуатации и амортизации. Восстановление системы орошения в условиях современной практики хозяйствования является проблематичным. Для освоения предлагается производственная система с молочным животноводством, переработкой молока, мяса, томатов до готовых продуктов питания, биоэнергии и органических удобрений. Создание такой системы требует капитальных затрат на уровне 20 тыс. у.е./га, обеспечит чистую прибыль до 10 тыс. у.е./га с периодом окупаемости инфраструктуры 2-3 года. Высокий уровень рециркуляции биогенных элементов и положительный баланс гумуса обеспечивает расширенное воспроизводство плодородия почвы с минимальными затратами агрохимикатов и переход на принципы органического земледелия и производства. 

Библиографический список:

1. http://newsland.com/news/detail/id/496677/
2. http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title
3. Длительные стационарные полевые опыты Украины. Реестр атестатов. – Харьков, 2006. – Издат. «Типография №13» - 120 с.
4. Формирование устойчивых агроэкосистем. – К.: «ДИА», 2007. – 560 с.
5. Гавриш С.Ф., Галкина С.Н. Томат: возделывание и переработка. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 190 с.
6. Литвак Ш.И. Системный подход к агрономическим исследованиям. — М.: Агропромиздат, 1990. – 220 с.




Рецензии:

22.12.2014, 19:49 Левкин Григорий Григорьевич
Рецензия: Жи и ши пишется через И. (в заголовке старшый научный сотрудник).

25.12.2014, 10:01 Бублик Николай Александрович
Рецензия: Статья Сороки Ю.В. и Тарарико Ю.А. несомненно имеет значительный научный и практический интерес. Авторы путем имитационного моделирования перспективных сценариев развития аграрного производства на примере конкретного сельскохозяйственного предприятия выполнили сравнительную оценку современной практики хозяйствования и различных вариантов многоотраслевой инфраструктуры сбалансированного ороизводства продуктов питания, а также оценку эффективности орошения после проведения межотраслевой оптимизации. Необходимо исправить орфографические ощибки в тексте. Рекомендую к печати.

4.01.2015, 20:45 Мудрых Наталья Михайловна
Рецензия: Статья Юрия Владимировича представляет собой не только научный, но и практический интерес. Автором с использованием компьютерного комплекса проведено имитационное моделирование сценариев развития аграрного производства, также проведена оценка эффективности применения орошения после проведения оптимизации между анализируемыми отраслями. Статья может быть рекомендована в печать после исправления орфографических ошибок.

15.01.2015, 13:03 Киселева Наталья Станиславовна
Рецензия:  Данная статья представляет определенный научно-практический интерес. Авторами раскрыты поставленные цели и задачи, проведено имитационное моделирование сценариев развития аграрного производства с использованием компьютерного комплекса и оценена эффективность применения орошения после проведения оптимизации между анализируемыми отраслями. Считаю, что статью можно рекомендовать к публикации, с учетом исправления некоторых орфографических неточностей.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх