ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Энергосберегающая оптимизация производства продукции растениеводства на основе эксергетического анализа из "Сельскохозяйственная биотехнология Изд2" В соответствии с законом квантовой эквивалентности число осуществленных фотохимических актов пропорционально не количеству подведенной общей энергии излучения, а числу поглощенных фотонов. Фотохимические элементарные акты в фотосинтезе растений могут осуществлять только фотоны определенной энергии, которые соответствуют длинам волн от 300 до 750 нм. Энергия фотонов излучения с длинами волн больше 750 нм уже недостаточна для осуществления элементарного фотохимического акта фотосинтеза, а энергия фотонов с длинами волн меньше 300 нм настолько велика, что вызывает разрушение белковых молекул фотосинтезирующих структур. [c.321] Зеленые растения избирательно поглощают излучения разных длин волн. Больше всего они отражают и пропускают их в зеленой области спектра. Пропущенная и отраженная части падающей на растения энергии излучения являются потерями и потенциально не могут быть использованы на фотосинтез. На каждый элементарный фотохимический акт используется только часть энергии фотона (исключение составляют только фотоны с длиной волны 680 нм, которой соответствует максимальная спектральная эффективность фотосинтеза). Неиспользованная часть фотона деградирует в теплоту и принципиально не может быть использована на процесс фотосинтеза. [c.321] Определить эксергию (свободную энергию) излучения применительно к фотосинтезу растений можно путем вычитания из общей приходящей энергии излучения рассмотренные две составляющие потенциальных потерь отраженную и пропущенную, а также избыточную энергию фотонов, неизбежно превращаемую в теплоту. [c.321] По выражению (2) методом графического интегрирования можно рассчитать величины е за одну секунду (мощность эксергии). Умножив ее на время облучения, можно получить значение вс за этот промежуток времени. При разработке и исследовании объектов биотехнологий часто используют облучение, искусственными источниками. По формуле (2) можно рассчитать эксергию и для излучения искусственных источников любого спектрального состава, заменив ф(А,)с на функцию распределения излучения по спектру для примененного источника. [c.322] Возможности биотехнологии во многом определяются способностями человека изменить генетический аппарат организма. Заставить его клетки работать в десятки, сотни и тысячи раз более эффективно для получения требуемого продукта. Но полученный биотехнологами организм, тратя энергию на бесполезный (с точки зрения этого организма) продукт, может замедлять рост, развитие. В случае микроорганизмов высокопродуктивные штаммы могут легко вытеснять из биореактора (ферментера) дикие собратья. Необходимо улучшать условия культивирования. [c.322] Высокопродуктивные сорта и гибриды, полученные методами биотехнологий, как правило, более требовательны к экологическим условиям, режимам питания. Для них, в значительно большей мере, чем для традиционных сортов и гибридов, необходимо более точно проводить районирование, мелиорацию земель и совершенствовать агротехнологии. Следовательно, требуется количественно оценивать соответствие агроклиматического потенциала земли и ее плодородия потребностям (характеристикам) новых сортов и гибридов, а также требуемый для них вид и уровень мелиорации, совершенствовать сортовую и зональную агротехнологии. Названные величины количественно можно определять на эк-сергетической основе. Исходной величиной при этом может служить величина эксергии солнечного излучения в отношении фотосинтеза и продуктивности растений. [c.323] Коэффициент оптимальности определяют для всех учитываемых по-годно-климатических факторов. Сопоставляя эти значения определяют фактор, находящийся в данный промежуток времени в относительном минимуме. [c.323] По эксергии плодородия земли можно определить потенциальную (максимальную) продуктивность растений данного вида, сорта, гибрида в заданных экологических условиях. Значение этой величины можно получить умножением эксергии плодородия на коэффициент (Кд), который учитывает затраты энергии на дыхание. Численное значение этого коэффициента, при отсутствии экспериментальных данных, для нормальных условий выращивания можно принимать от 0,2 до 0,3 в зависимости от особенностей вида (сорта, гибрида). [c.324] Эта общая методика обеспечивает возможность количественного взаимно согласованного определения ключевых величин растениеводства (агроклиматический и мелиоративные потенциалы земли, ее плодородие, максимальная продуктивность растений) и выражения их в абсолютных значениях в одинаковых энергетических (точнее в эксергетических) единицах. Определение мелиоративного потенциала земли [см. формулу (6)] возможно в отношении любого экологического фактора (погодно-климатический, свойства почвы). При таком определении учитываются особенности свойств конкретных видов (сортов, гибридов) растений, а также динамика влияния каждого экологического фактора как на величину мелиоративного потенциала, так и на другие рассмг гренные величины. олько при определении их на единой методическом основе возможно расчетное установление их с помощью ЭВМ. [c.324] Показатель эксергетический по затратам техногенной энергии П. [c.325] Используя выражения (1) — (7), можно разработать основные алгоритмы для программы расчета на ПЭВМ основных показателей эффективности альтернативных биотехнологий (агротехнологий) и выбрать наиболее результативную из них. Базовая блок-схема такой программы приведена на рис. 9.1. [c.326] По такой программе рассчитали показатели энергетической эффективности производства зерна яровой пшеницы (сорт Московская-35) для почвенных и метеорологических условий Московской области (данные Метеорологической обсерватории МГУ, средние значения за период 1971—1978). При урожае 40 ц/га, полученном Полевой опытной станцией Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР, накопленная в зерне эксергия равна 5,6 МДж/м , затрат эксергии техногенной энергии — 1,56 МДж/м . Природная эксергия — эксергия плодородия земли составила 162,4 МДж/м . При этом показатель полезного действия эксергетический по затратам техногенной энергии составил 3,6, а коэффициент полезного действия по использованию эксергии плодородия земли равен 3,4 %, что свидетельствует о больших возможностях повышения урожая. [c.326] Данные влияния сортовых особенностей на энергетическую эффективность разных сортов яровой пшеницы и ячменя, рекомендованных для возделывания в Центральном регионе РФ, представлены в табл. 9.1. [c.326] Показатель использования техногенной эксергии, отн. ед. [c.327] Влияние сортовых особенностей пшеницы на показатель использования эксергии техногенной энергии невелико (не превышает 32 %), а по КПД использования эксергии плодородия земли лишь незначительно больше — 35 %. Для сортов ячменя эти различия соответственно составили 33 и 31%. [c.327] приспособленных к характеристикам испытываемых сортов, это различие очевидно могло быть существенно большим. [c.328] Использование рассмотренной компьютерной технологии позволяет достичь более высоких результатов при выборе альтернативных культур, например, при выращивании кормов (табл. 9.2). [c.328] Показатель использования техногенной эксергии, отн. ед. [c.328] Наибольший КПД использования эксергии плодородия земли обеспечивала кукуруза (6,6 %). Близкое значение этого показателя получено и для клевера первого года пользования (6,5 %). Самое низкое значение КПД у ячменя (2,3 %). Различия почти в 2,9 раза. Самый высокий показатель использования эксергии техногенной энергии обеспечил клевер первого года пользования (12,23). Высокое значение этого показателя и у клевера второго года пользования (10,93), а самое низкое — у ячменя (2,60). Различие значения этого показателя у культур, использованных в севообороте, более чем в 2,5 раза. Зерновые культуры, как видно из этого анализа, малопригодны для использования в кормовом севообороте. [c.328] На коэффициент энергетической эффективности сортов, гибридов, био- и агробиотехнологий значительное влияние оказывает количество запасаемой в растении биологической энергии в виде АТФ, АДФ и т.п., детерминируемое генотипом растения и условиями выращивания. [c.328] Вернуться к основной статье