Енергетичний аналіз агроекосистем

Центральною енергетичною ланкою агроекосистем є зелені ро­слини, які трансформують сонячну енергію у зв'язану енергію ор­ганічних речовин. Ефективність цього процесу невисока. У помір­них широтах, в яких знаходиться Україна, кількість сонячної ене­ргії, що надходить до поверхні ґрунту за рік, дорівнює приблизно 14 109 ккал. З урахуванням розмірів отримуваного врожаю, за розра­хунками Д.Піментела (1987), ефективність зв'язування сонячної радіації в найбільш урожайної культури кукурудзи на зерно скла­дає 0,5%, у картоплі - 0,4%, а в пшениці - усього 0,2%.

Теоретично рослинництво має бути енергетичне прибутковим, оскільки воно базується на зв'язуванні сонячної енергії. Але це справедливо лише для примітивних землеробних систем, в яких застосовувалася тільки м'язова праця. У сучасних агроекосисте-мах додаткові витрати енергії при виробництві сільськогосподар­ської продукції перевищують за обсягами ту енергію, яка акуму­льована в ній. Таким чином, сучасні агроекосистеми збиткові, а сільське господарство є найбільшим енергоспоживачем. У США воно забирає 17% енергії, що виробляється в країні, в Індії - 29%. Енергетичне найдешевше зерно виробляється в Англії.

Усе сучасне сільськогосподарське виробництво таке, що в агроекосистеми вкладається додаткова антропогенна енергія. Так називають усю енергію, що вноситься в агроекосистеми при ви­робництві продуктів рослинництва і тваринництва у вигляді м'язової енергії та енергії трудових затрат, необхідних при ви­робництві, транспортуванні й використанні добрив, пестицидів та інших речовин, а також при зрошуванні.

Витрати антропогенної енергії поділяються на три основні види:

1. витрати на підтримку високої життєздатності й продуктивності рослин і тварин в агроекосистемах у період їх вирощування;

2. витрати на підтримку екосистеми в стані, придатному для використання;

3. витрати на відшкодування речовин, що вилучаються з агроекосистем з урожаєм та продукцією.

Основні канали витрачання енергії в енергетичному бюджеті агроекосистем наведені в табл. 2.

Таблиця 2

Основні напрямки витрат антропогенної енергії в сільському господарстві (за б.М. Міркіним, 1997 зі змінами)

Рослинництво	Тваринництво
Витрати енергії в ході селекційної роботи з одержання нових сортів і їх розмноження з отриманням потрібної кількості насіння	Витрати енергії в ході селекційної роботи з отримання нових порід та їх розмноження з отриманням потрібної кількості потомства
Основні й передпосівні обробки ґрунту	Заготівля кормів і підготовка їх до згодовування (заготівля сіна, силосу, комбікормів, запарювання соломи тощо)
Витрати енергії на виробництво мінеральних і органічних добрив	Витрати енергії на виробництво кормових добавок і лікарських засобів
Транспортування і внесення мінеральних і органічних добрив	Витрати енергії на отримання поточної продукції від тварин (ручне й механічне доїння, стрижка вовни, забивання тварин на м'ясо)
Витрати енергії на виробництво пестицидів	Витрати енергії на транспортування продукції та її зберігання (холодильні камери тощо)
Транспортування і внесення пестицидів для боротьби з бур'янами, шкідниками і хворобами рослин	Доведення продукції до продажних кондицій
Догляд за посівами з використанням ручної праці й механізмів
Збирання врожаю і доведення його до продажних кондицій
Зберігання насіння й продукції

Енергетичні еквіваленти виробничих і трудових витрат на основні матеріали й процеси сільського господарства вже знайдені. Наприклад, вважають, що 1 кг азотних добрив еквівалентний 19 100 ккал, 1 кг гербіциду - 63 000 ккал, 1 л дизельного пального - 11 400 ккал, зрошення 1 га посіву - 10 582 000 ккал, утримання однієї молочної корови за рік - 4 475 900 ккал і т.д. Загальні витрати антропогенної енергії звичайно залежать від способу виробництва сільськогосподарської продукції та від енергетичних витрат на забезпечення підсобних операцій. У пер­винних агроекосистемах, що збереглися в деяких районах Пів­денної Америки, на виробництво продуктів харчування витра­чається лише м'язова енергія, й відношення антропогенної і сонячної енергії становить 1:15. В індустріальних сучасних системах з високою механізацією і хімізацією це співвідношення ста­новить 30:1, тобто вони енергетично збиткові: антропогенної енергії витрачається в ЗО разів більше, ніж отримується соняч­ної енергії, зв'язаної в продуктах харчування.

Світовий досвід сільського господарства свідчить, що ефективність агроекосистем залежить від розмірів конкретного господарства (ферми, сільського двору і т.п.). Виявляється, щонайбільш ефективним є виробництво саме у великих - господарствах. Не випадково в США всього 15% ферм володіють 71,3% орної землі й виробляють більше 90% продукції (Кокс, 1987).

Аналізуючи тенденції змін розміру антропогенної енергії, що вноситься в агроекосистеми протягом XX століття, М.Ф. Реймерс (1990) сформулював закон зниження енергетичної ефективності сільськогосподарського природокористування. Згідно з цим законом підвищення врожайності рослин і товарного тваринництва вимагає на кожну одиницю продукції все більшої і більшої кількості затрат антропогенної енергії.

Для того щоб підвищити енергетичну ефективність сучасних агроекосистем, існує чимало можливостей: зниження витрат палива за рахунок більш економічного режиму роботи двигунів, заміна мінеральних добрив гноєм, перенесення центру ваги в боротьбі з бур'янами та шкідниками з пестицидів на біологічні та агротехнічні методи, використання комбінованих агрегатів, які за один прохід виконують декілька операцій та ін. Але радикальне підвищення енергетичної ефективності сучасних агроекосистем можливе лише на базі докорінної зміни стратегії сільськогосподарського виробництва.

Повернутись до плану лекції

Повернутись до змісту підручника