ЗВІТ

про виконану науково-технічну роботу

«Розрахунок утилізації СО₂ при вирощуванні зернових культур з використанням біорегуляторів росту рослин»

Інститут водних проблем і меліорації НААНУ, м. Київ, вул. Васильківська, 37

В Україні сьогодні існує така структура посівних площ: під зернові та зернобобові культури у 2012 році відведено 15565,2 тис. га або 57,2 % від усієї посівної площі, під технічні – 27,0 % (7549,7 тис. га), кормові – 8,5 %, що становить 2348,6 тис. га, картоплю та овочево-баштанні – 7,3%, або більше 2 млн. га.

Зокрема, у клині зернових та зернобобових культур (15,56 млн. га) під пшеницю (озиму та яру) посіяно 36,7 % площ, кукурудзу – 30,3 %, ячмінь (озимий та ярий) – 22,1 %, інші – лише 10,9 % площ.

Дослідження ефективності біорегуляторів росту рослин (БРР) Біолан і Радостим виробництва ДП "Міжвідомчий науково-технологічний центр "Агробіотех" НАН та МОН України" були проведені у 2006-2010 роках на базі науково-дослідних установ НААН України, які розташовані в зонах Полісся, Лісостепу та Північного Степу:

1. Кіровоградський інституту АПВ (нині – Кіровоградська державна сільськогосподарська дослідна станція Інституту сільського господарства степової зони). Ґрунт дослідного поля – чорнозем звичайний середньо-суглинковий.

2. Подільська сільськогосподарська дослідна станція Тернопільського ІАПВ (нині – Тернопільська державна сільськогосподарська дослідна станція Інституту кормів та сільського господарства Поділля). Ґрунт – чорнозем глибокий малогумусний.

3. Чернігівський інституту АПВ (нині – Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва). Ґрунт – дерново-середньопідзолистий супіщаний.

4. Полтавський інститут АПВ ім. М.І. Вавилова (нині – Полтавська державна сільськогосподарська дослідна станція ім. М.І. Вавилова Інституту свинарства і агропромислового виробництва). Ґрунт – чорнозем типовий малогумусний важкосуглинковий.

5. Смілянське та Драбівське дослідні поля Черкаського інституту АПВ (нині – Черкаська державна сільськогосподарська дослідна станція ННЦ «Інститут землеробства НААНУ»). Ґрунти – відповідно чорнозем реградований середньосуглинковий та чорнозем глибокий малогумусний.

Координатором цих робіт був Відділ агроресурсів Інституту водних проблем і меліорації НААН України.

Досліди проводили на посівах озимої пшениці, пшениці ярої, ячменю ярого, гречки, кукурудзи, сої, соняшнику, озимого і ярого ріпаку, цукрових буряків та картоплі. Методика і схеми дослідів були спільними для наукових установ-виконавців.

Схемами дослідів було передбачено вивчення ефективності регуляторів росту рослин Радостим і Біолан як окремо, так і у поєднанні з добривами, засобами захисту рослин та біопрепаратами азотфіксуючої та фосфатмобілізуючої дії.

Отже, науковими дослідженнями встановлено, що систематичне застосування регуляторів росту рослин Радостим і Біолан супроводжується зростанням продуктивності культур у середньому на 14-15 %  при високій окупності витрат на гектар посіву.

НАКОПИЧЕННЯ ВУГЛЕЦЮ ЗЕРНОВИМИ КУЛЬТУРАМИ ВНАСЛІДОК ЗАСТОСУВАННЯ БІОРЕГУЛЯТОРІВ РОСТУ РОСЛИН (У ПЕРЕРАХУНКУ НА ВУГЛЕКИСЛИЙ ГАЗ)

ФОТОСИНТЕЗ - ДЖЕРЕЛО БАГАТСТВА ЛЮДСТВА

 Біомаса рослин (надземна і підземна частини) є основою поглинання СО₂ з атмосфери за дії сонячної енергії та фотосинтетичної дії рослин.

х CО₂ + у Н₂О + сонячна енергія =  Сх (Н₂О)у + х О₂

 Приблизно половина СО₂, що поглинається рослинами, витрачається ними на дихання і повертається до атмосфери. Інша частина утворює протягом року загальну продукцію біомаси.

Середній елементарний склад сухої рослинної маси характеризується такими даними (у %): вуглецю – 45;  кисню – 42; водню – 6,5, азоту – 1,5 та попелу – 5 %.

Методика розрахунків накопичення СО₂ сільськогосподарськими культурами

Розрахунок утилізації СО₂ під час вирощування зернових культур без застосування та із застосуванням БРР на 1 гектар проведено за такими статтями:

·  урожайності та зібраної площі зернових культур за 5 років (2008-2012 рр.) за даними державної статистики;

·  виходу соломи, поживних решток та коренів з вирощуваних зернових культур відповідно до рівнянь регресії. Рівняння регресії приведені для двох рівнів урожайності – низької та високої, оскільки залежність кількості рослинних залишків від збільшення врожаю не завжди прямолінійна (додаток 1);

·  розрахунку виходу сухої речовини з отриманої біомаси;

· розрахунку вмісту вуглецю в масі побічної продукції, стерні та коренів з подальшим перерахунком у СО₂ (коефіцієнт 3,7, або застосовують стехіометричне співвідношення між вмістом вуглецю у вуглекислому газі – 12/44).

Крім того, такий підхід до розрахунків щодо включення в обіг пожнивних решток і коренів пропонується в Керівних принципах МГЕЗК 2006 р. На відміну від підходів метод враховує не лише надходження складових ПГ у складі надземних залишків, а й надходження їх у ґрунт у складі підземних залишків (коренів).

Отримані результати. Як видно з таблиці 1, найбільше акумулює вуглецю, тобто СО₂, біомаса кукурудзи, озимої пшениці та рису.

 Таблиця 1 – Обсяги накопичення СО₂ зерновими культурами із застосуванням та без застосування біорегулятора Радостим, т/га 

Середньозважений показник різниці між застосуванням БРР і без застосування становить 3,53 т/га, тобто акумуляція рослинами СО₂збільшується майже на 20 %. Найменше від застосування БРР акумулює С-СО₂ ярий ячмінь (майже 10 %), а найбільше – озима пшениця (30,6 %). На всіх інших зернових культурах цей показник у середньому становить від 10 до 13,5 %.

У перерахунку на зібрану площу зернових культур (14,70 млн. га) різниця поглинання становить 51,91 млн. тонн (табл. 2).

Таблиця 2 – Обсяги накопичення СО₂ зерновими культурами із застосуванням та без застосування біорегуляторів росту рослин на всю зібрану площу, млн. тонн

За останні 150-250 років через зміни у землекористуванні значно зменшилася кількість біомаси і ґрунтового вуглецю (гумусу).

Враховуючи, що для підвищення врожайності зернових культур на всю посівну площу зернових культур будуть застосовані БРР, це дасть змогу отримати додатковий приріст рослинної маси. Як показують розрахунки (табл. 3), біорегулятори росту дадуть змогу акумулювати соломою та пожнивно-кореневими залишками в ґрунті в середньому на 2,15 т/га СО₂ більше, що становить 31,58 млн. тонн цього газу на площі 14,7 млн. га. А саме, акумуляція СО₂ без застосування БРР побічною та підземною масою становить 13,07, із застосуванням – 15,22 т/га. У перерахунку на всю зібрану площу це становить відповідно 223,75 та 192,17 млн. тонн СО₂. 

Таблиця 3 – Акумуляція СО₂ соломою та пожнивно-кореневими залишками зернових культур із застосуванням і без застосування БРР 

 Шляхом гуміфікації (утворення гумусу) та мінералізації (розкладу) органічної речовини вона перетворюється на гумус. Крім того, під час мінералізації утворюється багато інших компонентів. Деякі з них складаються з нестабільних сполук, які легко розкладаються мікроорганізмами, і вуглець у вигляді СО₂ повертається до атмосфери. За гуміфікації органічний вуглець перетворюється у стабільні сполуки (гумус).

За літературними джерелами відомо, що з однієї тонни біомаси зернових культур утворюється у середньому 200 кг гумусу. У середньому за рік вирощування цих культур із застосуванням БРР утворюється гумусу більше на 80-480 кг на гектар площі. Середньозважений показник різниці становить 310 кг/га, на всю зібрану площу цей показник становить 4,61 млн. тонн. Для утворення такої кількості гумусу додатково потрібно внести 6 т/га гною або 88,2 млн. тонн. Ефективність використання БРР становить від 8 до 25 %, у середньому майже 17 %.

Наводимо результати Уманського державного університету садівництва 2007-2008 рр. при вирощуванні ярої та озимої пшениці з біорегуляторами росту рослин. 

  Для допомоги читачу провести розрахунки – що це дасть Україні по Кіотському протоколу надаємо копію есе учня 8а класу м. Краматорська на тему «Экология планеты».  

 Эссе  

от Гордиенко Яна, 8-а класс г. Краматорск на тему: Экология планеты.

Номінація: "Реаліст проекту "; "SamsungGreenAward"

Проблема - «Уменьшение выбросов и утилизация углекислого газа (СО₂)».

Ученых всего мира волнует проблема глобального изменения климата на нашей планете, в котором не последнюю роль играют зеленые растения, обладающие способностью, поглощая углекислый газ, выделять кислород.

Факты:

1.Только за последние 100 лет содержание СО₂ постоянно растет из-за новых техногенных поступлений и уничтожения лесов. В 1800 г. в атмосфере Земли присутствовало около 0.029 % СО₂. в 1958 г. - 0.0315 %, в 1980 - 0.0335%! Когда уровень будет превышен вдвое (2050 г), ожидается повышение температуры в среднем на 1.5-4.5 градуса. А это ведет к парниковому эффекту. И, как следствие, повышение температуры мирового океана, таяние ледников, нарушение биологического равновесия в природе. В результате - непредсказуемые катаклизмы для планеты.

 2.3а счет фотосинтеза растительность ежегодно поглощает около 200 млрд. т. (!!) углекислого газа и выделяетво внешнюю среду около 145 млрд. т.(!!!) свободного кислорода. Вот примеры:

- 1 га зеленых насаждений в среднем за 1 час очищает воздух от 8 кг. углекислого газа, (выделяемого за это время при дыхании 200 человек), взрослое дерево за сутки выделяет 180 литров кислорода. Как же утилизировать излишний СО₂?

Предложения.

Для устранения «парникового» эффекта можно использовать следующие методы:

1.    Уменьшение техногенных выбросов на промышленных предприятиях. При этом затраты будут очень велики.

2..     Увеличение площади зеленых насаждений. Способ реален, но дорогостоящий и требует много времени.

3. Увеличение площади листьев уже существующих растений на 1м² (без увеличения площадей посевов). Способ реальный, базируется на реальных технологиях, реальных препаратах. Но!!!. Для таких целей до сих пор не применялся.

Таким образом целесообразен и реален вариант №3.

В качестве основного инструмента повышения площади листовой поверхности растения предлагается технология нанесения на лист растения биостимуляторов роста растений.

Описание продукта.

Созданы регуляторы роста растений нового поколения, которые активизируют основные процессы жизнедеятельности растений - фотосинтез, процессы дыхания и питания, увеличивают надземную биомассу растения. Состав продукта: природные фитогормоны, изготовлен на природной основе и аттестован на экологическую безопасность. Применение препаратов позволяет:

1.                                Увеличить урожайность продуктов растениеводства - на 15-17%. (уже проверено)

2.          Увеличить зеленую массу растений – до 15% (проверено)

3.    Свести к минимуму внесение минеральных удобрений. Дозировка: для обработки по
листу- от 10 до 50 мл\га .Стоимость применения в пересчете на 1га - не более 20,0 грн\га.

Выводы:

1.Применение регуляторов и стимуляторов роста растений позволяет увеличить биомассу растений, а значит и листовую поверхность, благодаря которой процесс фотосинтеза и поглощение углекислого газа увеличиваются на 15% в среднем,

2.Самый элементарный расчет показывает, что, применяя регуляторы на 3.0 млн. га земель с\хоз назначения (а таких земель в Украине более 33 количеcтво поглощаемого (утилизируемого) СО₂ по Украине составит 4.32 млн.тонн\год.

З.При продаже квоты на СО₂ по Киотскому протоколу по цене от 3 до 5 €\тонну эффективность составит от 13 до 22 млн.€.

На закінчення ми надаємо техніко-економічні розрахунки використання українських регуляторів росту при вирощуванні зернових на 15 млн. гектарів в Україні. (які будуть опубліковані в матеріалах ж. «Наука и инновации» у вересні 2013 р.)

Техніко-економічне обґрунтування
застосування біостимуляторів росту рослин на орієнтовних площах посіву
зернових с/г культур 2013-2015 роках