Підземні води. Том 10. Модель нижньої Саксонії та пілотний проект
1 Об'єм підземних вод 10 Державне агентство з питань управління водними ресурсами, охороною прибережних територій та охорони природи Нижньої Саксонії Weser Elbe Нижня Саксонія Модель та пілотний проект для вирощування енергетичних культур, експлуатації біогазових установок та управління шлунком за вимогами захисту вод
2 Обсяг підземних вод 10 Державна агенція з питань управління водними ресурсами, охороною прибережних територій та охорони природи Нижньої Саксонії Ems Weser Elbe Модель нижньої Саксонії та пілотний проект з вирощування енергетичних культур, експлуатації біогазових установок та управління шлунком у відповідності до вимог захисту вод
3 нашому дорогому колезі та другові Гінріху Спекманну листопад 2009 р. Везер Емс Видавець: Державне агентство з питань управління водними ресурсами, охороною узбережжя та охорони природи Нижньої Саксонії Am Sportplatz Norden Цей звіт підготувала: Інженерна асоціація сільського господарства та довкілля IGLU: Dr. агро. Крістін фон Батлар Дипл. інж. агр. Біргіт Крелінг Диплом Геогр. Андреас Роде Дипл. Інж. Агр. Хеннінг Мунд NLWKN Офіс в Ауріху: Дип. Інж. Андреас Роскам 1-е видання: червень 2010 р., 1000 штук Довідка: Державна служба Нижньої Саксонії для управління водними ресурсами, прибережних територій та охорони природи Am Sportplatz Norden Надруковано на 100% переробленому папері
5 6.3.1 Випробувальний майданчик в районі Гіфхорн WGG Eischott/Westerbeck Випробувальний полігон в районі Ганновера WSG Fuhrberger Feld Випробувальний полігон в районі Віттмунд WSG Sandelermöns Взаємозв'язок між удобренням, урожайністю та N хв на прикладі кукурудзи Конкретний урожай метану та економічна оцінка Рекомендації, пов'язані з місцем Глибокі, добре розташовані води з низькою ємністю накопичення води Оцінка енергетичних культур та можливі заходи оптимізації з точки зору захисту води Цілісно-зерновий силос (GPS) Недосів трави в озимому зерні Використання орної трави Постійне використання пасовищ Зведення результатів Приклади сівозмін Оптимізація відповідно до аспектів захисту від води Оптимізація сівозміни для зручних місць Оптимізація сівозміни для хороших місць Можливості для просування методів вирощування, сприятливих для підземних вод Резюме та рекомендації Перспективи Джерела
7 Таблиця 32: Коротка оцінка: змішане вирощування кукурудзи та соняшнику. 96 Таблиця 33: Коротка оцінка: Суданська трава та двоколірне сорго. 97 Таблиця 34: Огляд: заходи щодо збереження води для вирощування сорго. 98 Таблиця 35: Коротка оцінка: Використання двох культур Таблиця 36: Коротка оцінка: Цілісний урожай силосу (GPS) Вкладка 37: Коротка оцінка: Непосіяна трава під озимими злаками Вкладка 38: Коротка оцінка: Використання пахотних трав Вкладка 39: Коротка оцінка: Постійні луки Вкладка 40: Огляд: Оцінка показників захисту води від енергетичних культур Таблиця 41: Огляд: Заходи оптимізації та потенціали для захисту води Таблиця 42: Приклад розрахунку для оцінки ефективності захисту води для енергетичного сівозміни на світлих місцях
21 Рис. 4: Кількість біогазових установок, використовуваних субстратів та інст. виробництво електроенергії в районах Нижньої Саксонії (джерело ML, 3N та власні обстеження на 2008 рік та Cloppenburg and Friesland 2009, а також власні розрахунки) Рис. 5: Виробництво гною від тваринництва [кг Н/га] (згідно з LSKN 2007) та накопичення шлунку [т N/district] у Нижній Саксонії (власні розрахунки) 20
23 Рис. 6: Зони водозбору з питною водою в Нижній Саксонії, що зазнають впливу відновлюваних ресурсів. Зелений: необхідна площа обробітку залежно від потужності заводу в радіусі навколо кожної біогазової установки з відновлюваними джерелами, 500 га/мвт ел. Вихід та трирічна сівозміна. Світло-зелений: радіус 6 км для вирощування енергетичних культур та застосування дигестату навколо BGA 22
25 Рис. 7: Радіуси для покриття потреби в зоні вирощування кукурудзи з тристороннім сівозміною та розташуванням трьох водозбірних басейнів На рис. 7 вже візуально зрозуміло, що за цих припущень велика частка ріллі надруковується в окремих водозборах питної води. У водоохоронній зоні Sandelermöns z. Б. арифметично більше 50% ріллі в межах водоохоронної зони зазнає впливу вирощування біогазової кукурудзи (табл. 5). Таблиця 5: Арифметично впливає на вирощування енергетичних культур на ріллі вибраних водоохоронних територій WSG Загальна рілля в WSG Рілля з енергетичними культурами в WSG з 3 ротами сівозміни [га] [га] [%] Sandelermöns% Harlingerland% Aurich-Egels% Для покриття території Зважаючи на просторові потреби біогазових установок, було б необхідно, щоб усі орні землі в районах були доступні для вирощування біогазової кукурудзи. Оскільки на практиці цього насправді не буде, можна очікувати, що системи продовжать мовлення на прилеглу територію. Визначені площі водозбору біогазових установок також перекриваються z. Т. значно. Це одна з причин, чому можна припустити, що будуть ще довші маршрути руху і, отже, більший вплив на водоохоронні зони. 24
26 Висновок щодо планування потреб у землі: З наведеного прикладу ясно видно, що вирощування енергетичних культур у водоохоронних зонах вже займає значну площу землі і стає визначальним напрямком використання. Необхідна площа для деградації енергетичних культур на біогазовій установці не може бути розрахована загально. Ефективність рослин, частка NawaRo в субстраті, частки лісу, конкурентне використання в околицях та показники врожайності ґрунту - це інші важливі фактори, які відіграють важливу роль при визначенні транспортних шляхів. У цьому прикладі біогазова установка потужністю 1 МВт має радіус площі не менше
29 3.3.2 Втрата лугів у Нижній Саксонії за районами На рис. 10 показано втрати луків у Нижній Саксонії між 1999 і 2007 роками на районному рівні. Оцінки на рис. 11 показують не лише зменшення пасовищ, але й збільшення енергетичної кукурудзи на районному рівні. Стає зрозумілим, що в країнах із великими втратами луків, як правило, також додається велика частка енергетичної кукурудзи. Вирощування енергетичної кукурудзи також сприяє посиленню тенденції до оранки луків. Той факт, що статистичне збільшення пасовищ не завжди має йти рука об руку зі створенням нових пасовищних площ, демонструється в районі Зольтау-Фоллінгбостель, де приріст 4000 га луку відбувся за рахунок перекодування колишніх площ вересу. Тому фактичну площу штабелювання слід встановити вище. Рис. 10: Зміни частки пасовищ у 1999–2007 роках в районах Нижньої Саксонії та розташування водозбірних басейнів (синій) (база даних: звіти про урожай LSKN за 2008 рік, власна ілюстрація)
30 Зміна частки пасовищ та ріллі між 1999 і 2007 роками у [га] WTM BRA VEC OS OL LER NOH FRI EM S CLP AUR WST WHV OS OL EM D DEL VER UE STD SFA ROW OHZ LG DAN WL CUX CE SHG NI HOL HI HM DH H WF PE OHA NOM HE GS GÖ GF WOB SZ BS Пасовище силосної кукурудзи Рис. 11: Зміна площі пасовища та площі силосної кукурудзи за районами Нижньої Саксонії між 1997 та
33 Висновок за оранкою лугів: Уникнення оранки лугів за рахунок вимивання азоту є основною проблемою управління водними ресурсами. Втрати лугів у Нижній Саксонії між 1999 і 2007 рр. Склали близько га; який N випуск
36 Рис. 14: Розташування ділянок припливу та середня тривалість потоку (ненасичена зона та підземні води) до досліджуваних точок вимірювання, як приклад. На наступному етапі інформацію про використання необхідно змішувати з інформацією про підземні води. В ідеалі їх слід збирати у водозбірній точці обраних мірних точок. Якщо ця інформація недоступна, для огляду можуть бути використані дані сільськогосподарської статистики та емпіричні значення Вплив вирощування енергетичних культур на якість стічної води Зміни у використанні в районі Клоппенбург простежувались за допомогою сільськогосподарської статистики. Середні осінні значення N хв були отримані з даних, зібраних в рамках проекту M&P, і якість стічних вод була розрахована на основі цього (табл. 9). Наприклад, вирощування силосної кукурудзи спочатку дещо зменшилось до 2003 року. Для цього вирощували більше зернової кукурудзи для кормових потреб. Значний приріст вирощування силосної кукурудзи з 2003 р. Зумовлений головним чином використанням біогазу (LSKN 2007). Розширення обробітку відбулося за рахунок вирощування зернової кукурудзи, а також інших фруктів та луків. За даними VTI 2009 (Nitsch et al. 2009), найпоширенішим фруктом, вирощеним після оранки луків, є силосна кукурудза. 35
40 Рис. 15: Розташування та виробництво електроенергії на даний момент зареєстрованих біогазових установок, а також загальний обсяг випуску рослин на один район (Джерело: 3N, власні опитування) Висновок: База даних біогазових установок: На даний час не існує стандартизованих наборів даних про біогазові установки, які відповідають вимогам водного господарства у Нижній Саксонії, де просторове розміщення та використовувані субстрати представляють слабкі місця. База даних, створена з наявними на даний момент даними, і надалі може використовуватися як основа для рівномірного збору біогазових установок на державному рівні. Наразі він ще неповний, і його слід заповнювати поступово. Його також слід оновлювати раз на рік. Окрім зберігання даних у базі даних, рекомендується посилання на географічну інформаційну систему. 39
51 Таблиця 15: Приклад підживлення, орієнтованого на захист води, для подачі кукурудзи та поживних речовин 30 м 3 шістдестату Приклад: Підживлення, орієнтоване на захист води, NP 2 O 5 K 2 O [кг/га] [кг/га] [кг/га] Ціль запліднення Nmin 25 - міжкультура 25 - підживлення надр (
1dt DAP) = потреба в шлунку: поживні речовини типового N (MDÄ P 2 O 5 K 2 O дози шлунку 30 м³ 80%) [кг/га] [кг/га] [кг/га] дигестату 1. Наваро дигестат 2: Наваро дигестат 3: Наваро + гній Залишок бродіння 4: Наваро + гній + дигестат ХТК 5: Конферменти + Наваро + гній + ХТК зелений: дозування шлунку коригується; Помаранчевий: Залишок бродіння занадто високий Таб. 16: Приклад цільового ціннісно-орієнтованого підживлення для кукурудзи та поживних речовин з 30 м 3 дигестату Приклад: Цільове цілеспрямоване підживлення NP 2 O 5 K 2 O [кг/га] [кг/га] [кг/га] Ціль цілі добрива Nmin 25 - Улов урожаю 25 - підживлення під ногами (
До районів доставлено 13 300 м3 шлунку. Рівень індивідуального господарства: У 2007 році проектна ферма обробила для біогазової установки площу 16 га кукурудзи та 5 га зернових GPS. Загальна введена кількість т повернулася у компанію у вигляді дигестату (880 м³). Завдяки ферментації свинячого гною та ХТК збільшуються повернені поживні навантаження на гектар оброблюваних площ. По відношенню до площі вирощування NawaRo 21 га, буде повернено 190 кг Н/га (з 80% MDÄ) або понад 42 м³/га. При підживленні відповідно до методу цільової вартості або відповідно до захисту підземних вод 51
57 Таблиця 20: План розподілу дигестату (а) для 740 квел. Біогазова установка, рівні заповнення приміщення зберіганням води (b) та звичним (c) розподілом дигестату (a) планом розподілу дигестату, якщо не застосовується осіннє застосування. Вимоги до субстрату біогазової установки:
t FM/рік виходу субстрату після вирахування втрат (коефіцієнт фугата):
t FM/рік (з 320 га площі вирощування) означає середній вміст N в шлунку 4,3% план розподілу шлунку без осіннього внесення Площа плоду внесення шмату [m³/га] Загальна кількість [м³ на урожай] [га] серп. Лютий-травень червень-липень серпень/верес. Лютого/березня квітня/травня червня/липня. Озима пшениця (ринок) GPS жито Силос кукурудза Соняшник Улов Урожай Всього 320 гектарів енергетичних культур (б) Річний цикл рівня заповнення та необхідного місця для зберігання, якщо осіннє внесення не застосовується дострокове подання на урожай вилову Відмова від осіннього внесення (через зберігання, додаткове
11 т N навесні) Фізіологічно обґрунтоване застосування весни. Залишки травлення: серпень вересень жовтень листопад січень лютий березень квітень травень червень лип Загальний приплив у m³ відтік у m³ залишок у m³ рівень заповнення протягом х місяців ємність зберігання: 6 місяців 31% 47% 64% 81% 97% 114% 101% 87% 0% 17% 20% 36% 7 місяців 26% 40% 55% 69% 83% 98% 86% 75% 0% 14% 17% 31% 8 місяців 23% 35% 48% 60% 73% 85% 75% 65% 0% 12% 15% 27% (в) Річна зміна рівня заповнення та необхідного місця для зберігання, враховуючи осіннє внесення ранніх заявок для вилову сільськогосподарських культур Осіннє внесення зернових у періоди з великими втратами. Але: його потрібно доповнювати мінералами. Кількості збродженого: серпень вересень жовтень листопад грудень лютий березень квітень травень червень лип Загальний приплив у м³ Відтік у м³ Баланс у м³ Рівень заповнення для х місяців місткості сховища: 6 місяців 16% 2% 19% 35% 52% 69% 70% 72% 0% 2% 5% 21% Легенда: позначає час, коли перевищується доступний простір для зберігання, позначає необхідний простір для зберігання 56
Випробувано 62 нові культури, такі як соняшник, кукурудза-соняшник у змішаному вирощуванні та види сорго. Вирощування проходило як основна сільськогосподарська культура з виловлюваними культурами та без них (зелене жито, трави), а також зразково в системі використання двох культур. Крім того, супроводжувалося подальше використання розораних площ та вивчались різні заходи щодо обробітку ґрунту для зменшення осіннього N min. Таблиця 22: Інформація про проведення тесту Запитання для тесту Вимірювання та реалізація Оптимізований контроль добрив: Мета: Уникнення N звисів Рівень N, сприятливий для підземних вод (
71 Безпечне для води вирощування енергетичних культур та експлуатація біогазових установок Кукурудза з підсіяними посівами: Ранні червоно-овсяничні недосівні культури та пізніший широкий посів райграсу не мали негативного впливу на вихід сухої речовини. Баланс N знаходиться на відносно однаковому рівні для обох варіантів тесту (
-75 кг Н/га) негативний. Через зворотний обробіток ґрунту та обробіток на зимівлю очікуваний позитивний ефект від посіву восени Nmin не вступив у дію. Висновок щодо розташування в районі Оснабрюк: При рівні запліднення N 165 кг Н/га для силосної кукурудзи вже досягнутий оптимальний урожай і осінні значення Nmin значно зменшені. Влітку ранні підсівні культури рекомендуються на довгостроково органічно удобрених та похилих ділянках для закріплення азоту та поліпшення судноплавства. Рис. 11: LK Оснабрюк, нижня овсяниця в кукурудзі, 9/2007 Рис. 12: LK Оснабрюк, нижня осінь в кукурудзі, 9/2007 Рис. 13: Непосіяна трава з прикріпленням ґрунту на кореневій кулі 70
На 73 дм/га врожайність досягнута порівняно з низьким рівнем азоту (195 дт порівняно з 176 дм/га). Осінній N хв можна зменшити на 10 кг N/га при зниженому рівні N (до 40 кг N хв/га), було проведено порівняння між підживленням шлунку та чисто мінеральним заплідненням. Підживлення залишками бродіння (30 м³ з 69 кг Н/га) відбулося безпосередньо перед культивуванням кукурудзи за допомогою шлангів. Чисто мінеральне запліднення N відбулося на 4-листовій стадії. До обох варіантів тестування шляхом зрошення стічних вод додали додатково 40 кг Н/га. Обидва варіанти випробувань досягли однакових високих врожаїв біомаси в 190 дт DM/га. Внаслідок дощової води дощ, осінні значення N хв загалом високий. Порівняно з мінеральним підживленням N, залишок бродіння призвів до вищих значень осіннього N min на 25 кг N хв/га за перший рік. Для закріплення перших результатів доцільно продовжувати серію випробувань протягом декількох років. Змішане вирощування кукурудзи та соняшнику: При змішаному вирощуванні можна досягти рівня врожайності 143 дт DM/га. Частка врожаю соняшнику була с
112 дт DM/га менше, ніж частка врожаю кукурудзи (
12 дт/га вище цього (рис. 28). Якщо зрошення відсутнє, високий запас азоту забезпечує потенціал урожайності (максимальні різниці врожайності), тоді як низько удобрені деревостани руйнуються після сухого періоду. На цих слабких, водних та бідних поживними речовинами ґрунтах мікробіологічна активність ґрунту обмежується нестачею води, через що виділяється недостатня кількість поживних речовин. Однак, якщо застосовується зрошення, можна побачити, що знижені рівні N також дають порівнянні або навіть кращі врожаї (2009). В середньому за ці роки всі три висоти запліднення N показали негативні залишки N. 74
60% менше NS) та високий урожай 139 dt DM/ha без зрошення. Зерновий GPS забезпечив майже збалансований баланс N та низький осінній N min 26 кг Н/га. Рис. 19: LK Ганновер, другий урожай соняшнику та сорго після молодої картоплі з посипанням,