ЕФЕКТИВНІСТЬ БАГАТОПРОФІЛЬНОГО СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА

• Геннадій Голуб
• 09.12.16

Голуб Г.А, доктор технічних наук, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кухарець С.М., доктор технічних наук, Житомирський національний агроекологічний університет

Постановка проблеми. На сучасному етапі існування перед людством постало декілька проблем. Серед них: забезпечення населення продуктами харчування (продовольча проблема), забезпечення технологічних процесів та побуту енергетичними ресурсами (енергетична проблема) та утримання біологічного розмаїття форм життя й збереження навколишнього середовища (екологічна проблема). Комплексне вирішення цих задач потребує подолання протиріччя, яке полягає в тому, що збільшення виробництва продуктів харчування або виробництва та споживання енергії призводить до порушення екологічної рівноваги та погіршення стану навколишнього середовища і навпаки скрупульозне дотримання екологічних вимог призведе, при існуючому рівні приросту населення, до дефіциту продуктів харчування та енергії.

Сучасне сільськогосподарське виробництво частково вирішує продовольчу проблему за рахунок ефективного виробництва продукції рослинництва [1]. Галузь тваринництва, із-за високої собівартості продукції та низьких цін на неї, довгий час перебувало в стані занепаду, особливо це стосується виробництва молока, яловичини та свинини. Виробництво яєць та м'яса птиці упродовж останніх років мало стабільний характер за рахунок значного рівня концентрації та спеціалізації виробництва. Крім того, рівень забезпечення аграрного виробництва, енергією із власної сировини, є низьким. Так, наприклад, тваринницька галузь України, виробляючи значні обсяги органічних відходів, потенційно володіє значними ресурсами для виробництва біогазу [2, 3, 4], в той же час, рівень виробництва біогазу із гною знаходиться на вкрай низькому рівні. Енергетичний потенціал галузі рослинництва, який базується на використанні соломи в якості палива, згідно досліджень [5, 6, 7, 8, 9], досить значний, проте його використання в сучасних умовах не перевищує 3 %.

Підвищення рівня використання доступної в якості енергоресурсів сировини сільськогосподарського походження призведе до зростання рівня енергетичної автономності агроекосистем, забезпечивши при цьому підвищення рівня ефективності виробництва харчової продукції та покращення стану навколишнього середовища.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Основною метою конструювання агроекосистеми є створення стійкої природно-техногенної конструкції [10], що є часткою біосфери Землі і її розвиток не повинен деградувати під впливом техногенних навантажень. Тому необхідно, встановити чітку морфологічну структуру природно-техногенної агроекосистеми із оцінкою впливу техногенних об’єктів, що дозволить стежити за змінами в агроекосистемі, прогнозувати її розвиток та керувати її станом [11, 12, 13].

Типова агроекосистема передбачає вирощування культур у відповідній сівозміні і на цій основі здійснювати виробництво продукції рослинництва, кормів для тваринництва та птахівництва, продукції тваринництва, а також енергетичних ресурсів. Енергетичною базою агроекосистеми є виробництво тепла та електроенергії із біогазу, отриманого в результаті зброджування гною, посліду та інших рідких органічних осадів, використання в науково обґрунтованих межах незернової частини урожаю на теплові потреби у вигляді рулонів, тюків, січки або ж гранул, брикетів та генераторного газу, вироблених на основі соломи. Сировинна база для виробництва рідкого палива – дизельного біопалива та біоетанолу також є складовою частиною агроекосистеми. Диверсифікація напрямків сільськогосподарського виробництва є також серйозною фінансовою передумовою для підтримання родючості ґрунтів сівозміни на основі виробництва компостів з використанням біологічної конверсії органічної сировини [14].

На основі структурної схеми функціонування [15, 16], алгоритмів [17] розподілу органічних ресурсів та моделювання [18, 19] гумусного стану ґрунтового середовища розроблено модель функціонування агроекосистеми на основі шестипільної сівозміни із виробництвом продукції та енергії, використанням біопалив та відновленням органіки у ґрунті. Комп’ютерна імітаційна модель функціонування агроекосистеми забезпечує визначення ресурсної бази для виробництва біопалив та подальшого підвищення рівня енергетичної автономності різних видів агроекосистем.

Однак оцінка техніко-економічної ефективності функціонування агроекосистем із диверсифікованим (багатопрофільним) виробництвом сільськогосподарської продукції та біопалив потребує подальшого уточнення.

Мета досліджень. На основі розробленої комп’ютерної імітаційної моделі функціонування агроекосистеми із диверсифікованим (багатопрофільним) виробництвом сільськогосподарської продукції та біопалив встановити основні показники ефективності функціонування таких систем.

Методика досліджень. Визначення техніко-економічної ефективності функціонування агроекосистеми із диверсифікованим (багатопрофільним) виробництвом сільськогосподарської продукції та біопалив виконувалося на основі імітаційного комп’ютерного моделювання.

Результати досліджень. Імітаційна модель функціонування сільськогосподарського виробництва (рис. 1) включає в себе: сівозміну на 300 га ріллі із вирощуванням основних сільськогосподарських культур, таких як озима пшениця 50 га, кукурудзу на силос 25 га і зерно 25 га, озимий ріпак 50 га, ячмінь 50 га, цукрові буряки 50 га та багаторічні трави 50 га. Модель передбачає виробництво м’яса свиней, ВРХ, риби та курей, молока, яєць, олії, цукру та меду та грибів. Крім того, пропонована модель передбачає виробництво дизельного біопалива і біоетанолу в кількості необхідній для забезпечення роботи мобільної техніки, а також біогазу для подальшого отримання електроенергії й тепла та спалювання рулонів або січки соломи для отримання тепла та електроенергії.

Аналіз передбачав функціонування трьох варіантів агроекосистеми:

• із виробництвом продукції рослинництва й тваринництва та біопалив (варіант 1);
• із виробництвом продукції рослинництва й тваринництва але без виробництва біопалив (варіант 2);
• із виробництвом продукції рослинництва але без виробництва продукції тваринництва та біопалив (варіант 3).

Можливості диверсифікованого сільськогосподарського виробництва отриманні на основі розробленої імітаційної моделі функціонування агроекосистеми із виробництвом біопалива наведенні в таблицях 1 та 2.

Провівши аналіз параметрів функціонування агроекосистеми, отриманих в результаті моделювання, побудовано графічні залежності балансу гумусу (рис. 2) в залежності від урожайності базової культури – озимої пшениці.

Рис. 1. Схема біологічної та енергетичної конверсії органічної сировини агроекосистеми із виробництвом біопалива

Аналіз графіка, дозволяє зробити висновок, що найкращі показники щодо балансу гумусу досягаються в агроекосистемі без виробництва біопалив, проте в агроекосистемі із виробництво біопалив при урожайності зернових більше 30 га, також досягається позитивний баланс гумусу, а в агроекосистемі без тваринництва досягнути позитивного балансу гумусу фактично неможливо.

1. Можливості агроекосистеми (варіант 1) по виробництву сільськогосподарської продукції

2. Можливості агроекосистеми (варіант 1) по виробництву біопалив та її економічні показники