Підземні води. Том 10. Модель нижньої Саксонії та пілотний проект
Том підземних вод 10 Державна агенція з питань управління водними ресурсами, охороною прибережних територій та охорони природи Нижньої Саксонії Weser Elbe Нижня Саксонія Модель та пілотний проект для енергетичних культур, експлуатації біогазових установок та управління шлунком за вимогами захисту вод
Підземні води Том 10 Нижньосаксонське Державне агентство з питань управління водними ресурсами, охорони прибережжя та охорони природи Ems Weser Elbe Нижня Саксонія модель та пілотний проект з вирощування енергетичних культур, експлуатації біогазових установок та управління шлунком у відповідності до вимог захисту вод
нашому дорогому колезі та другові Гінріху Спекманну листопад 2009 р. Везер Емс Редактор: Державне агентство з питань управління водними ресурсами, охороною узбережжя та охорони природи Нижньої Саксонії Am Sportplatz 23 26506 Norden Цей звіт підготувала: Інженерна асоціація сільського господарства та навколишнього середовища 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 Перше видання: червень 2010 р., 1000 штук Довідка: Державне управління Нижньої Саксонії для управління водними ресурсами, прибережних територій та збереження природи Am Sportplatz 23 26506 Norden www.nlwkn.de Надруковано на 100% переробленому папері
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. 100 Таблиця 36: Коротка оцінка: Цілісно-зерновий силос (GPS). 101 Таблиця 37: Коротка оцінка: Непосіяна трава в озимих злаках. 102 Таблиця 38: Коротка оцінка: використання орної трави. 104 Таблиця 39: Коротка оцінка: постійні пасовища. 106 Таблиця 40: Огляд: Оцінка показників охорони води енергетичних культур. 107 Таблиця 41: Огляд: Заходи оптимізації та потенціали для захисту води. 108 Таблиця 42: Приклад розрахунку для оцінки показників захисту води для енергетичного сівозміни на світлих місцях. 109 6
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
Рис. 6: Зона водозбору питної води в Нижній Саксонії, постраждала від вирощування 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
Рис. 7: Радіуси для покриття потреби в зоні вирощування кукурудзи з тристороннім сівозміною та розташування трьох водозбірних басейнів На рис. 7 вже візуально ясно, що за цих припущень велика частка ріллі надруковується в окремих водозбірних зонах 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 роками сівозміни [га] [га] [%] Санделермонс 1587 839 53% Харлінгерланд 2619 1060 40% Ауріх Егельс 1217 756 62% Для того, щоб покрити 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
Висновок щодо планування потреб у землі: Наведений приклад наочно показує, що вирощування енергетичних культур у водоохоронних зонах вже займає значну частину місцевих територій 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
3.3.2 Втрата лугів у Нижній Саксонії за районами На рис. 10 показано втрати луків у Нижній Саксонії між районами 1999 та 2007 років. 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)
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 Силос Кукурудза -12000 -9000 -6000-3000 0 3000 6000 9000 12000 Рис.
Висновок оранка пасовищ: Уникнення оранки пасовищ із наслідком N-вилуговування є основною проблемою управління водними ресурсами. Втрати луку в Нижній Саксонії між 1999 і 2007 роками склали близько 50 000 га; який N випуск
Рис. 14: Розташування ділянок притоку 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 оглядової оцінки можна використовувати дані сільськогосподарської статистики та емпіричні значення. 3.4.2 Вплив вирощування енергетичних культур на якість стічної води Зміни у використанні в районі Клоппенбург простежували 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
Рис. 15: Розташування та виробництво електроенергії в даний час зареєстрованих біогазових установок, а також загальний обсяг виробленої установки на один район (джерело: 3N, власні опитування) Висновок: База даних біогазових установок: На даний момент не існує єдиних баз даних про біогазові установки, які відповідають вимогам водного господарства в Нижня Саксонія, де зокрема просторовий розподіл 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
Таблиця 15: Приклад підживлення, спрямованого на захист води, для подачі кукурудзи та поживних речовин 30 м3 шістдестату. 25 - підживлення надр (
1dt DAP) 18 46 = потреба у шлунку: 72 34 250 поживних речовин типового N (MDÄ P 2 O 5 K 2 O дози дигестату 30 м³ 80%) [кг/га] [кг/га] [кг/га] дигестату 1 Nawaro 73 37 137 Digestate 2: Nawaro 82 40 103 Digestate 3: Nawaro + суспензія 116 58 151 Digestate 4: Nawaro + суспензія + HTK 127 54 128 Digestate 5: Cofermente + Nawaro + суспензія + HTK 110 56 77 Зелений: регульований залишок травлення; Помаранчевий: Залишок травлення занадто високий Таб. 16: Приклад цільового ціннісно-орієнтованого підживлення для кукурудзи та поживних речовин за допомогою 30 м3 дигестату Приклад: Цільове орієнтоване підживлення NP 2 O 5 K 2 O [кг/га] [кг/га] [кг/га] ціль внесення 180 80 250 -Nmin 25 -вилов урожаю 25 -підпліднення під землею (
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 кількість вхідних матеріалів 1170 т повернулася назад у компанію у вигляді шварту (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
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:
17 900 т FM/рік вихід субстрату після вирахування втрат (коефіцієнт фугату):
13 300 т FM/рік (з 320 га площі обробітку) середній вміст N у шлунку 4,3% план розподілу шлунку без осіннього застосування Площа плодів Продукція шлунку [м³/га] Загальна кількість [м³ на урожай] [га] серп. Лютий-травень червень-липень серпень/верес. Лютого/березня квітня/травня червня/липня. Озима пшениця (ринок) 140 20 2800 жито GPS 60 20 1200 Силосна кукурудза 230 30 6900 Соняшник 30 30 900 Улов урожаю 100 15 1500 Всього 320 гектарів енергетичних культур 13 300 (б) Річний цикл рівня заповнення та необхідного місця для зберігання, якщо не застосовується осіннє внесення. при осінньому застосуванні (через використання сховища додаткових
випробовувались такі нові культури, як соняшник, кукурудза-соняшник при 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 (
Водозберігаюче 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
ДМ/га вища врожайність порівняно з низьким рівнем азоту (195 дт порівняно з 176 ДМ/га). Осінній N хв можна зменшити при зниженому рівні N на 10 кг Н/га (до 40 кг Н хв/га). У 2009 р. Підживлення шлунком порівняно із суто мінеральним N-добривом. 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: Л. К. Ганновер, другий урожай соняшнику та сорго після молодої картоплі зі зрошенням, 28 серпня 2009 р. 75