ТОЙГИЛЬДИН АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ БОБОВЫЕ ФИТОЦЕНОЗЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТОВ И

На правах рукописи
ТОЙГИЛЬДИН АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ
БОБОВЫЕ ФИТОЦЕНОЗЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТОВ И
НАКОПЛЕНИИ РЕСУРСОВ РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА
06.01.01. – общее земледелие
06.01.09. – растениеводство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Кинель – 2007
2
Работа выполнена на кафедре земледелия, землеустройства и земельного кадастра
ФГОУ ВПО Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии
Научный руководитель:
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Морозов Владимир Иванович
Официальные оппоненты:
Заслуженный работник сельского хозяйства РФ,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Чуданов Иван Андреевич
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Ласкин Олег Дмитриевич
Ведущая организация:
Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства
Защита состоится 24 апреля 2007 года в 1000 час. на заседании
диссертационного совета Д.-220.058.01. при Самарской государственной
сельскохозяйственной академии.
Адрес: 446442, Самарская область, г. Кинель, п. Усть-Кинельский, Самарская ГСХА, диссертационный совет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной сельскохозяйственной академии.
Автореферат разослан «
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат биологических наук,
профессор
» марта 2007 г.
Г.К. Марковская
3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Реализация приоритетного национального проекта
«Развитие животноводства» объективно ставит задачу по увеличению производства и улучшению качества кормов. В Средне-Волжском регионе пашня – основной источник накопления кормовых ресурсов.
Характерной особенностью в использовании пахотных земель региона является острый дефицит органического вещества для компенсации потерь гумуса.
Практически прекращено внесение органических удобрений на поля. Не удовлетворяются потребности растениеводства в минеральных удобрениях. На полях
преобладает зерновая монокультура, что неизбежно ведет к нарастанию риска
экологической напряженности и потерям урожая из-за сорных растений, численность которых зачастую превышает экономические пороги вредоносности.
Все это обуславливает необходимость изучения приемов эффективного использования бобовых фитоценозов в структуре посевных площадей как фактора
биологизации земледелия, источника биологического азота и кормового белка.
Актуальность биологизации в том, чтобы придать земледелию энергоресурсосберегающий (устойчивый) характер развития.
Сущность биологизации севооборотов состоит, в частности, в обогащении
почвы органическим веществом и укреплении энергетики почвенного покрова,
вовлечении в земледелие ресурсов биологического азота бобовых растений посредством симбиотической фиксации его из атмосферы, в усилении конкурентоспособности полевых культур по отношению к сорному компоненту в фитоценозах, оптимизации фитосанитарного состояния посевов.
Изучение и практическое освоение приемов биологизации севооборотов согласуется с концепцией современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Наши исследования выполнялись в соответствии с заданием Координационного Совета РАСХН по севооборотам: «Усовершенствовать систему полевых,
кормовых и специализированных севооборотов» и являлись составной частью тематического плана научной работы Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.
Цель исследований. Изучить эффективность факторов биологизации севооборотов с бобовыми фитоценозами и разработать приемы повышения их энергобелковой продуктивности.
Задачи исследований:
 выявить закономерности формирования травостоев многолетних трав в зависимости от водно-теплового режима посевов;
 оценить активность бобоворизобиального симбиоза люцерны и эспарцета и
продуктивность азотфиксации в зависимости от систем удобрений;
 изучить агрофизические показатели плодородия, режим влажности почвы и
водопотребление многолетних трав в севооборотах;
 изучить видовой состав и структуру сорного компонента полевых фитоценозов
с многолетними травами и изменение засоренности посевов в севооборотах;
 выявить сравнительную урожайность и энергобелковую продуктивность бобовых в простых и сложных фитоценозах в зависимости от систем удобрений в
ротации севооборотов;
4
 выявить вклад бобовых и злаковых фитоценозов на разных фонах удобрений в
накопление биогенных ресурсов плодородия чернозема выщелоченного;
 дать экономическую, агро- и биоэнергетическую оценку эффективности биологизации севооборотов.
Научная новизна. Дано теоретическое обоснование продуктивности многолетних трав в зависимости от биоклиматических ресурсов региона. Изучены
факторы формирования устойчиво продуктивных фитоценозов с бобовыми и злаковыми компонентами в зернотравяных севооборотах с кострецом, люцерной и
эспарцетом. Оценена продуктивность симбиотической фиксации азота люцерны и
эспарцета. Получены данные урожайности, питательной ценности и энергобелковой продуктивности многолетних бобовых фитоценозов в простых и сложных их
сочетаниях в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Оценены возделываемые культуры по накоплению биогенных ресурсов плодородия чернозема
выщелоченного. Выявлено влияние культуры многолетних трав на показатели
плодородия почвы и установлена их средообразующая роль в ротации севооборотов. Показано преимущество многолетних бобовых фитоценозов перед злаковыми
и однолетними культурами по эколого-экономической, агро- и биоэнергетической
эффективности биологизации севооборотов и накоплению кормовых ресурсов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Конкурентоспособность люцерны и костреца по отношению к сорному
компоненту в фитоценозах. В севооборотах к концу третьего года жизни люцерны
и костреца численность сорняков снижается на 94…99 %, а масса на 90…96 % от исходной засоренности.
2. Возделывание люцерны и эспарцета в севооборотах на фоне органоминеральных систем удобрений на выщелоченном черноземе обеспечивает выход
5,19…6,75 т/га к.ед., 0,88…1,15 т/га переваримого протеина и 63,5…80,4 ГДж/га
обменной энергии без затрат азотных удобрений. При этом вклад костреца:
4,87…5,21 т/га к.ед., 0,59…0,6 т/га переваримого протеина и 61,8…66,2 ГДж/га
обменной энергии.
3. Бобоворизобиальный потенциал симбиотического азота на выщелоченном черноземе лесостепи Поволжья составляет у люцерны 194…289 кг/га, у эспарцета 139…164 кг/га, возрастая на фоне органоминеральной системы удобрений с участием соломы.
4. Структура биогенных ресурсов бобовых и злаковых фитоценозов, воспроизводимых в ротации севооборотов, в регулировании режима органического
вещества чернозема выщелоченного. При возделывании люцерны и эспарцета за
счет накопления пожнивно-корневых остатков обеспечивается расширенное воспроизводство органического вещества (+ 53…+301 кг/га), прогноз гумусового баланса под кострецом складывается практически бездефицитный (–6…–169 кг/га);
5. Ресурсосберегающая функция бобовых фитоценозов на основе экологоэкономической, агро- и биоэнергетической оценки в сравнении со злаковыми
многолетними и однолетними культурами.
Практическая значимость. Практическое освоение комплекса приемов
биологизации севооборотов с многолетними бобовыми и злаковыми фитоценозами наряду с накоплением ресурсов растительного белка позволит оптимизировать
режим органического вещества выщелоченного чернозема и фитосанитарное состояние посевов с минимальными затратами техногенной энергии.
5
Результаты исследований используются в учебном процессе Ульяновской
ГСХА и учебно-опытном хозяйстве академии.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований проходят производственную проверку на площади около 200 га и внедряются в ООО
«Возрождение села» Мелекесского района Ульяновской области.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской
ГСХА (2004...2005 гг.), на научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2005), на
II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы
сельскохозяйственной науки и образования» (Самара, 2005), на международной
научно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2006).
По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах
и состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. В работе содержится 34 таблицы, 26 рисунков и 28 приложений. Список литературы включает 271 наименование, в том числе 16 зарубежных
авторов.
УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
По данным Октябрьской метеостанции 2003 – 2006 годы, в течение которых
проводились опыты, по характеру увлажнения были различными. 2003 и 2004 годы были достаточно увлажненными, гидротермический коэффициент равнялся
соответственно 1,41 и 1,85. Следует отметить, что в июле 2004 года выпало
138,5 мм, при среднемноголетней норме 31,3 мм. В 2005 году наблюдался засушливый период в апреле и в сентябре, однако это не отразилось на росте и развитии многолетних трав (ГТК=1,45). 2006 год по характеру вегетационного периода был близок со среднемноголетними данными, а гидротермический коэффициент составил 0,97, при среднемноголетнем значении 0,96.
Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый по содержанию гумуса она относится к малогумусным – от 5,35
до 5,15 %. Реакция среды в пахотном слое почвы слабокислая, рН 6,2 – 6,4. Содержание подвижного фосфора и обменного калия высокое, соответственно, 30 –
35 и 20 – 25 мг на 100 г почвы. Степень насыщенности почвы основаниями составляет 96,4 – 97,9 %, сумма поглощенных оснований 25,5 – 27,8 мг-экв. на 100 г
почвы.
Опыт 1: Энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в зависимости от действия и последействия удобрений в севооборотах.
Изучение приемов биологизации севооборотов посредством бобовых фитоценозов, и их влияние на плодородие почвы и накопление ресурсов растительного
белка проводилось в стационарных полевых опытах кафедры земледелия Ульяновской ГСХА. Опыты были основаны в 1975 году в соответствии с программами
Координационного совета по севооборотам ВАСХНИЛ–РАСХН. Структура севооборотной площади была скорректирована за счет включения многолетних трав –
костреца, люцерны и эспарцета и с 2001 г. продолжаются ротации севооборотов
по уточненным схемам:
6
1 севооборот: чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница – горох –
яровая пшеница – яровая пшеница; 2 севооборот: горох – озимая пшеница – яровая пшеница – кострец – кострец – яровая пшеница; 3 севооборот: вика на зерно
– озимая пшеница – яровая пшеница – люцерна – люцерна – яровая пшеница; 4
севооборот: викоовсяная смесь на сидерат – озимая пшеница – яровая пшеница –
эспарцет–эспарцет – яровая пшеница.
Размер делянок первого порядка 14х40 м, второго – 7х40 м соответственно
560 и 280 м2 посевной площади. Размещение делянок систематическое, повторность трехкратная.
В севооборотах с чистым паром, горохом и викой применялись 2 системы
удобрений: 1 – навоз + NPK; 2 – солома + NPK, в сидеральном севообороте: 1 –
сидерат + NPK; 2 – сидерат + солома + NPK.
Навоз вносили в первые поля севооборотов в дозе 40 т/га, солому – после ее
измельчения при обмолоте зерновых культур и гороха. Дозы минеральных удобрений рассчитывались балансовым методом на запланированный урожай гороха
– 25 ц/га зерна; вики 15 ц/га зерна; озимой пшеницы 30 – 35 ц/га зерна; яровой
пшеницы 25 – 30 ц/га; викоовсяной смеси на сидерат 200 ц/га зеленой массы; костреца, люцерны, эспарцета 250 ц/га зеленой массы.
В работе рассматриваются особенности формирования урожайности культур, их энергобелковой продуктивности в 4 и 5 полях экспериментальных севооборотов: многолетние травы соответственно 1-го и 2-го годов пользования: кострец
– кострец; люцерна – люцерна и эспарцет – эспарцет, а также горох – яровая пшеница.
Опыт 2: Энергобелковая продуктивность многолетних трав в простых
и сложных агрофитоценозах.
В 2004 и 2005 годах нами был заложен опыт по изучению одновидовых и
смешанных посевов при различном соотношении норм высева компонентов:
1. Кострец – 100 %
2. Люцерна – 100 %
3. Эспарцет – 100 %
4. Кострец + люцерна (50+50 %)
5. Кострец + эспарцет (50+50 %)
6. Люцерна + эспарцет (50+50 %)
7. Кострец + люцерна + эспарцет (50+25+25 %)
8. Люцерна + эспарцет + кострец (50+25+25 %)
9. Эспарцет + кострец + люцерна (50+25+25 %)
Повторность опыта четырехкратная, расположение делянок систематическое.
Площадь делянок 36 м2, учетная 30 м2.
Агротехника в опытах общепринятая для зоны, за исключением изучаемых
приемов. Норма высева многолетних трав для одновидовых посевов при 100 %
посевной годности: люцерна посевная – 5 млн. шт. семян на 1 га; кострец безостый
– 5 млн. шт. семян на 1 га; эспарцет песчаный – 5 млн. шт. семян на 1 га. В травосмесях норма высева составляется из расчета 50 % и 25 % от полной числовой
нормы каждого компонента в чистом виде.
В опытах проводились: учет густоты стояния растений – по методике Госсортсети (1971); фенологические наблюдения (Методические указания…, 1997); линейный рост растений в динамике (Методические указания…, 1997); фотосинте-
7
тическая деятельность растений в посевах по методике А.А. Ничипоровича (1955,
1961); влажность почвы – термостатно-весовым методом (Роде А.А., 1969); видовой и количественный состав сорных растений – «Инструкция по определению
засоренности полей…» (1986); биологическая активность почвы – по интенсивности распада целлюлозы; формирование симбиотического аппарата многолетних
трав – методом монолита (Посыпанов Г.С., 1991); учет пожнивно-корневых
остатков – рамочным методом по Н.З. Станкову (1963); учет урожая яровой пшеницы и гороха – методом сплошного обмолота (методика Госсортсети, 1971); учет
урожая зеленой массы многолетних трав методом учетных площадок (Методические указания…, 1997). Математическую обработку данных проводили методом
дисперсионного и корреляционно – регрессионного анализа по Б.А. Доспехову
(1985) на ПЭВМ. Расчет экономической эффективности проводился на основании
технологических карт, агро- и биоэнергетической оценки в соответствии с методиками Е.И. Базарова и др., 1983; В.В. Коринца и др., 1985 и Г.И. Рабочева и др., 2005.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И РЕАКЦИЯ
РАСТЕНИЙ
Теоретическое обоснование продуктивности многолетних трав. Абиотические факторы приток ФАР, тепло- и влагообеспеченность, а также условия
перезимовки в первую очередь определяют интенсивность продукционного процесса многолетних трав. По среднемноголетним данным суммарный приход ФАР
в регионе за период вегетации многолетних трав составляет 12,2 млрд. кДж/га.
При аккумулировании ФАР 1,5 % возможная урожайность зеленой массы многолетних трав составит 49,9 т/га. Ресурсы продуктивной влаги 300…350 мм обеспечат
урожайность зеленой массы соответственно 29,0 и 33,5 т/га. Возможная урожайность по совокупности факторов (БГП по Рябчикову А.М.) – 36,5 т/га зеленой
массы, а по биоклиматическому потенциалу (по Шашко Д.И.) при использовании
2 % ФАР составит 35,8 т/га.
Густота посева и выживаемость растений. Важнейшим условием обеспечения продукционного процесса культуры многолетних трав, поддержания необходимого долголетия травостоя и урожайности является оптимальная густота стояния растений.
В среднем густота всходов костреца составила по фонам удобрений
189…188 шт/м2, люцерны – 244…243, эспарцета – 142…144 шт/м2. При полноте
всходов соответственно – 39,0…39,6 %, люцерны – 50,6…51,4 %, эспарцета –
25,6…26 %.
По формированию травостоя преимущество имел кострец. Число стеблей
на 1 кв. м. костреца на второй год жизни перед уходом в зиму в зависимости от
систем удобрений составляло 428…418, на 3-ий год жизни при возобновлении вегетации весной 893…893 и осенью 624…628 шт/м2. К концу вегетации люцерны в
первый год жизни насчитывалось 217…214 раст./м2 при сохранности 88,6…90,6 %,
второго соответственно 162…153 и 66,1…64,8 %, третьего 119…121 раст./м2 или
8
48,4…50,4 %. Следует отметить снижение густоты стояния эспарцета, особенно к концу третьего года жизни.
Зависимость сроков наступления укосов многолетних трав от теплового фактора. Оптимальный срок укосной спелости по данным многочисленных
исследований начало колошения для злаковых и начало цветения для бобовых
трав. Нами установлено, что наступление этих фаз у изучаемых культур отмечается при сумме положительных температур костреца (первый укос) – 517…699 оС, люцерны – 676…852 оС и эспарцета – 642…817 оС, соответственно на 41…47 день,
51…56 день и – 49…53 день. Те же фазы вегетации (второй укос) наступали у костреца при сумме положительных температур 960…1082 оС, люцерны – 753…947
и эспарцета – 936…1108 оС или соответственно на 47…57 день, 37…47, эспарцета
49…58 день. Эти данные характеризуют биологическую потребность культур в
тепле и определяют сроки наступления укосной спелости и начало уборки.
Нами методом корреляционно-регрессионного анализа выявлены закономерности наступления указанных фаз роста и, следовательно, срока укосов многолетних трав в зависимости от температурного фактора. Установлена обратная
связь продолжительности межукосных периодов многолетних трав со среднесуточной температурой и позитивная связь с суммой положительных температур
(табл. 1).
Таблица 1
Коэффициенты корреляции и уравнения связи межукосных периодов
многолетних трав (у, дней) со среднесуточной температурой (х, оС) и суммой
положительных температур (х1, оС)
Культура
Укос
Кострец
1
2
1
2
1
2
Люцерна
Эспарцет
Среднесуточная температура, оС
r
уравнения регрессии
0,173
у= –0,2849х+47,834 [1]
0,154
у= –0,2322х+55,111 [2]
0,708
у= –2,7455х+95,984 [3]
0,884
у=–3,216х+119,99 [4]
0,774
у= –1,7617х+78,788 [5]
0,288
у= –1,1305х+80,546 [6]
r
0,719
0,682
0,771
0,963
0,669
0,863
Сумма температур, оС
уравнения регрессии
у=0,0249х1+28,441 [7]
у=0,0199х1+30,716 [8]
у=0,017х1+37,382 [9]
у=0,0728х1+31,797 [10]
у=0,0149х1+39,588 [11]
у=0,0454х1+6,2954 [12]
Линейный рост и продуктивность фотосинтеза растений. Максимальная
высота растений костреца, люцерны и эспарцета перед первым укосом составляла
соответственно 107…111 см, 76…79 и 76…82 см, а перед укосом отавы
соответственно 59,1…65,4 %, 82,3…88,2 и 74,4…77,3 % от первого укоса.
Проведенный корреляционно-регрессионный анализ выявил позитивную
связь высоты растений первого и второго укосов с содержанием продуктивной
влаги в метровом слое почвы (r= 0,24…0,617), с суммарным расходом влаги (r=
0,567…0,944), а также с суммой осадков (r= 0,6…0,772). Высота травостоя
люцерны и эспарцета имела прямую связь с суммой положительных температур
(r= 0,493…0,675).
Основным процессом, определяющим продуктивность растений, является
фотосинтез. Приемы, увеличивающие размеры ассимиляционного аппарата и ин-
9
тенсивность его работы являются главным средством повышения урожайности
культур (Ничипорович А.А., 1955, 1961, 1966; Шатилов И.С., Голубева Г.С., 1969).
Максимальная площадь листьев отмечалась в фазу бутонизации – цветения
бобовых трав и в фазу выметывания костреца. Наибольшую ассимиляционную
поверхность растения многолетних трав сформировали к первому укосу. В среднем за 2004…2006 гг. в травостое люцерны второго года жизни она достигла
44,3…43,6 тыс. м2/га, костреца – 41,8…42,4 тыс. м2/га, эспарцета – 23,0…24,1 тыс. м2/га,
а третьего года жизни соответственно 46,6, 35…38,4 и 23,3…25,2 тыс. м2/га.
Установлена прямая связь площади листовой поверхности с содержанием
продуктивной влаги в метровом слое почвы перед отрастанием первого и второго
укоса (r= 0,446…0,596); с суммарным расходом влаги (r= 0,557…0,74); с суммой
осадков за период формирования урожая (r= 0,38…0,728) и с суммой положительных температур (r= 0,069…0,489).
Изменение засоренности в фитоценозах многолетних трав в ротации
севооборотов. В севооборотах к концу третьего года жизни костреца и люцерны
численность сорняков снизилась на 94…99 %, а их масса на 90…96 % по отношению к исходной, и составляла лишь 0,7…2,7 шт./м2, при массе 2,8…5,9 г/м2. Наибольшим фитоценотическим давлением на сорный компонент в фитоценозе отличался
кострец, что связано с его высокой плотностью стеблестоя, созданию плотной
дернины и войлока, закрывающего поверхность почвы. На втором месте по этому
показателю люцерна. Включение их в структуру севооборотов, позволяет в сочетании с другими технологическими средствами подавлять развитие сорняков.
Эспарцет обладает конкурентоспособностью по отношению к сорному компоненту при формировании первого укоса, но к третьему году жизни изреживается, что приводит к усилению засоренности. Это вызывает необходимость вводить
в севообороты смеси эспарцета с кострецом и люцерной.
УРОЖАЙНОСТЬ И ЭНЕРГОБЕЛКОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ
БОБОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В СЕВООБОРОТАХ
Урожайность и энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в
зависимости от систем удобрений в севооборотах. В наших опытах урожайность и энергобелковая продуктивность изучаемых культур определялись их биологическими особенностями, условиями водно-теплового режима посевов и технологией возделывания. По урожайности сена преимущество имела люцерна. В
первый год пользования травостоем получено 8,62…8,31 т/га сена за два укоса
соответственно по первой и второй системам удобрений. На второй год пользования урожайность сена люцерны составила 9,51…10,16 т/га также за два укоса
(табл.2). При этом следует отметить увеличение урожайности травостоя люцерны
второго года пользования, по сравнению с первым на 0,89…1,85 т/га. На долю
отавы приходилось 35,5…36,8 % общего урожая.
В среднем за 2004…2006 гг. урожайность люцерны составила 9,07…9,24 т/га,
где преимущество имела органоминеральная система удобрений с участием соломы, что связано с усилением активности бобоворизобиального симбиоза. Урожайность эспарцета в среднем за те же годы в зависимости от удобрений была на
10
уровне 7,3...7,54 т/га сена, что меньше чем люцерны на 20,3…26,6 %. Эспарцет
характеризуется меньшей отавностью (25,5…26,1 %), что приводит к снижению
его урожайности, особенно за второй укос.
За те же годы урожайность костреца на сено составила соответственно по первому и второму вариантам удобрений – 7,37 и 7,93 т/га, при доле отавы костреца
36,4…37,3 % в общем урожае.
Таблица 2
Урожайность, энергетическая и белковая продуктивность гороха, яровой
пшеницы и многолетних фитоценозов в севооборотах (2004 – 2006 гг.)
Сево
Поле
оборот
I
Культура
4
Горох на зерно
5
Яровая
пшеница
В среднем
4
II
5
Кострец на сено
1 г.п.
Кострец на сено
2 г. п.
В среднем
4
III
5
Люцерна на сено 1 г.п.
Люцерна на сено 2 г.п.
В среднем
4
IV
5
Эспарцет на сено 1 г.п.
Эспарцет на сено 2 г.п.
В среднем
Сбор с 1 га
Фон УрожайПП на
удобность, Корм. ПП, ОЭ,
1 к. ед.
рений
т/га
ед., т кг ГДж
1
2,33
3,75 0,48 33,4
128
2
2,42
4,01 0,50 34,2
125
1
3,06
3,85 0,30 38,2
78
2
3,10
3,91 0,30 38,7
77
1
2,70
3,73 0,39 35,8
105
2
2,76
3,81 0,40 36,5
105
1
7,48
4,63 0,56 60,6
121
2
7,69
4,66 0,58 61,7
124
1
7,25
5,10 0,61 63,0
120
2
8,17
5,76 0,61 70,6
106
1
7,37
4,87 0,59 61,8
120
2
7,93
5,21 0,60 66,2
114
1
8,62
6,02 1,10 74,3
183
2
8,31
5,77 1,06 71,4
184
1
9,51
7,05 1,15 84,7
163
2
10,16
7,73 1,24 89,4
160
1
9,07
6,54 1,13 79,5
172
2
9,24
6,75 1,15 80,4
170
3
7,10
4,75 0,86 59,8
181
4
7,32
4,85 0,86 61,3
177
3
7,50
5,63 0,89 67,1
158
4
7,75
5,84 0,94 69,4
161
3
7,30
5,19 0,88 63,5
169
4
7,54
5,35 0,90 65,4
168
НСР 05 об 2004
0,12/0,53**
2005
0,17/0,44
2006
0,09/0,56
*–1 – навоз + NPK; 2- солома + NPK; 3 – сидерат + NPK; 4 – сидерат + солома + NPK
**– над чертой – урожайность зерновых; под чертой – сена многолетних трав
Урожайность зерна гороха в среднем за 2004 – 2006 гг. составила 2,33 –
2,42 т/га с тенденцией увеличения по варианту удобрений солома + NPK, что
объясняется усилением активности бобоворизобиального симбиоза. Урожайность
11
яровой пшеницы после гороха в среднем за три года была на уровне– 3,06 – 3,1 т/га с
тенденцией увеличения по фону солома + NPK.
Утилизация соломы зерновых культур в органоминеральной системе удобрений севооборота была по эффективности такой же, как и с применением навоза
в сочетании с минеральными удобрениями, а под бобовые культуры эффективность была выше, чем навоза.
Выявлена позитивная связь урожайности костреца, люцерны и эспарцета с
густотой стояния растений (r= 0,168…0,96), с высотой растений (r= 0,352…0,906) и с
площадью листовой поверхности (r= 0,946…0,974).
Оценка культур по продуктивности показала, что люцерна и эспарцет имели
преимущество по сбору кормовых единиц, переваримого белка и обменной энергии по сравнению с кострецом. Люцерна обеспечила наибольший выход кормовых единиц 6,02…5,77 и 7,05…7,73 т/га соответственно по 1 и 2 фонам удобрений
и I и II годов пользования. В среднем за годы исследований белковая продуктивность люцерны составила 1,13…1,15 т/га, а накопление обменной эне ргии 79,5…80,4 ГДж/га. При этом урожайность и ее энергобелковая продуктивность возрастает на втором году пользования.
Эспарцет уступает по энергобелковой продуктивности люцерне. Следует
отметить, что формирование урожайности, выход энергии и белка бобовых трав
было обеспечено без затрат азотных удобрений.
Питательная ценность кормов определяется содержанием белка на 1 к.ед. Анализы показали, что обеспеченность 1 к. ед. сена люцерны и эспарцета составила
158…184 г переваримого протеина (ПП), зерна гороха 125…128 г. ПП, а костреца
106…124 г.
Белковая обеспеченность зерна яровой пшеницы лишь 77…78 г. в расчете
на 1 к.ед.
Оптимизация структуры посевных площадей за счет введения бобовых фитоценозов в севообороты будет способствовать максимальному использованию
биологических факторов продуктивности пашни и качества кормов при рациональном использовании ограниченных техногенных ресурсов.
Режим влажности почвы, накопление запасов продуктивной влаги и
водопотребление многолетних трав. Ресурсы продуктивной влаги самый динамичный и мобильный фактор почвенного плодородия. «По размерам потребления
и заботам, которые проявляет земледелец, воде принадлежит первое место»
(Дояренко А.Г., 1966).
К моменту возобновления вегетации от второго к третьему году жизни многолетних трав запасы влаги в метровом слое заметно уменьшаются в связи с ее
расходом на транспирацию в период вегетации. Если на второй год жизни влагозарядка составляла по годам от 124,2…137,8 мм в 2006 году до 176,3…196,4 мм в
2004 году, то к третьему году 105,4…127 мм в 2006 до 105,4…135 мм в 2005 году.
Убыль была особенно заметна в посевах люцерны.
Ко второму укосу многолетних трав на третьем году жизни запасы влаги
уменьшались по сравнению со вторым годом. Увеличение листовой поверхности,
роста стебля в высоту обуславливает высокую потребность в воде, поэтому происходит высыхание метрового слоя на третий год жизни.
12
На формирование урожая первого укоса доля использования почвенной
влаги, накопленной в довегетационный период, составляла в посевах костреца
54,7…55,6 % от суммарного расхода воды, в посевах люцерны – 44,2…43,7 %, эспарцета – 41,6…42,6 %. В период формирования второго укоса в суммарном расходе воды преобладали атмосферные осадки – 91,9…93,4 %.
Доля почвенной влаги в формирования урожая за два укоса костреца в зависимости от систем удобрений составляла 27,6 …28,6 % от общего расхода, люцерны – 25,8…25,7 % и эспарцета 23…23,9 % (табл.3).
Установлена позитивная связь урожайности сухой массы (у, т/га) многолетних трав с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы перед
началом отрастания (х, мм) (г=0,466…0,735), для первого укоса костреца уравнение имеет следующий вид:
У=0,006х+3,3139 (r=0,561) [13]
Вместе с тем установлена позитивная связь урожайности сухой массы (у, т/га)
многолетних трав с суммарным водопотреблением (х, мм) (r=0,333…0,777), для
первого укоса костреца:
У=0,0076х+3,1434 (r=0,562) [14]
Кроме того, выявлена позитивная связь урожайности сухой массы многолетних трав с суммой осадков (r= 0,478…0,716) и с суммой положительных температур (r= 0,422…0,706).
Таблица 3
Использование продуктивной влаги многолетними травами за счет
почвенных запасов и осадков (2004…2006 гг.)
Культура
Кострец
Период
наблюдений
Весеннее отрастение – первый укос
Первый укос –
второй укос
За два укоса
Люцерна
Весеннее отрастение – первый укос
Первый укос –
второй укос
За два укоса
Эспарцет
Весеннее отрастение – первый укос
Первый укос –
второй укос
За два укоса
Фон
удобрений
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
3
4
3
4
3
4
Использование продуктивной влаги
из запасов почвы за счет осадков
мм
%
мм
%
76,9
54,7
61,6
45,3
78,9
55,6
61,6
44,4
11,1
8,0
139,6
92,0
10,8
8,1
141,6
91,9
76,8
27,6
212,5
72,4
80,8
28,6
212,5
71,4
75,7
44,2
92,9
55,8
74,8
43,7
92,9
56,3
8,8
6,6
129,4
93,4
9,2
6,9
129,4
93,1
79,4
25,8
227,5
74,2
80,1
25,7
227,5
74,3
67,0
41,6
89,8
58,4
69,7
42,6
89,8
57,4
11,1
7,5
127,7
92,5
11,1
8,1
131,1
91,9
70,1
23,0
237,7
77,0
73,7
23,9
242,1
76,1
13
Урожайность, белковая и энергетическая продуктивность многолетних
трав в простых и сложных фитоценозах. В среднем за 2005…2006 гг. более
урожайными оказались чистый посев люцерны – 27,75 т/га зеленой массы или
6,37 т/га сухого вещества и совместные посевы люцерны и костреца – 27,32 т/га
зеленной массы или 6,79 т/га сухой массы.
Анализ продуктивности культур в простых и сложных фитоценозах показал, что по выходу кормовых единиц лидировала люцерно-кострецовая смесь
– 5,94 т/га, на втором месте чистый посев люцерны 5,77 т/га, на третьем
Л+К+Э – 5,41 т/га, затем вариант К+Л+Э – 5,39 т/га; Л+Э – 5,29 т/га; Э+Л +К –
5,21 т/га; чистый посев костреца – 4,85 и чистый посев эспарцета – 4,45 т. к.ед. с 1 га
По выходу обменной энергии складывалась примерно аналогичная ситуация и варианты располагались в убывающей последовательности: К+Л – 70,4 ГДж/га;
люцерна – 67,3; К+Л+Э и Л+К+Э – 64,0; Л+Э – 63,1; Э +Л +К – 61,8; кострец –
60,5 и эспарцет – 52,6 ГДж/га.
Оценка белковой продуктивности показала преимущество бобовых культур
и смесей с их преобладанием в составе фитоценозов. Чистый посев люцерны
обеспечил выход 0,91 т/га переваримого протеина, Л +К + Э – 0,82, Л + Э – 0,8,
К+Л– 0,78 т/га, тогда как чистый посев костреца лишь 0,4 т/га.
Следует отметить преимущество по урожайности и энергобелковой продуктивности всех бинарных и тройных смесей костреца, люцерны и эспарцета по
сравнению с чистыми посевами костреца и эспарцета.
Многолетние травы в простых и сложных фитоценозах различались по срокам наступления укосной спелости, которые можно расположить в следующий
ряд: кострец 1…5 июня; люцерно-кострецовая смесь, кострец +эспарцет –5…10
июня; люцерна +эспарцет 10…15 июня; чистый посев люцерны убирали 15…20
июня. Второй укос проводился в следующие сроки: чистый посев костреца
20…27 июля; люцерно-кострецовой смеси – 20…31 июля; чистый посев люцерны
25 июля…6 августа; люцерна + эспарцет – 5…10 августа; эспарцет 10…15 августа.
МНОГОЛЕТНИЕ ТРАВЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТОВ И ИХ
СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ В АГРОЛАНДШАФТНОЙ ЭКОСИСТЕМЕ
Влияние многолетних трав на агрофизические свойства почв. Под многолетними травами третьего года жизни плотность почвы в посевах костреца составляла 1,27…1,28 г/см3, эспарцета – 1,30…1,32 г/см3 и в посевах люцерны
1,32…1,34 г/см3. Выявлена обратная связь между плотностью почвы (у, г/см3) и
массой пожнивно-корневых остатков (х, т/га), что характеризует уравнение регрессии:
у= – 0,0128х +1,4009 (r= – 0,82) [15]
При накоплении 1 тонны пожнивно-корневых остатков происходит снижение плотности почвы на 0,0128 г/см3.
Важнейшим агрофизическим показателем почвы является ее структурноагрегатный состав, от которого во многом зависит строение пахотного слоя почвы
и оптимизации почвенных режимов. В наших опытах коэффициент структурности
почвы под многолетними травами увеличивался по годам жизни. Перед посевом
покровной яровой пшеницы коэффициент структурности в слое 0 – 30 см находился
на уровне 1,90…2,03.
14
Под кострецом второго года жизни этот показатель возрос до 2,44…2,45, к
третьему году жизни до 2,69…2,74, а под люцерной и эспарцетом до 2,91…2,96.
Заметное улучшение агрегатного состояния почвы наблюдалось под кострецом
безостым в слое 0 – 10 см, что связано с накоплением большей массы корней, которые густо переплетают почву и тем самым обеспечивают ее оструктуривание.
Люцерна и эспарцет имеют более глубокую корневую систему, чем и объясняется
улучшение агрофизических свойств почвы в нижних слоях пахотного горизонта.
Биологическая активность почвы под бобовыми фитоценозами в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Микробиологическая активность
чернозема напрямую зависит от растительности и условий, создаваемых в агроэкосистемах. Значительное влияние на активность микроорганизмов оказывала
влажность почвы и ее агрофизические свойства. Высокая активность микрофлоры
наблюдалась в почве с поступлением большого количества органического вещества с высоким содержанием азота, что является источником энергии для развития микроорганизмов. Под эспарцетом разложение льняного полотна составило
38,9…45 %, под люцерной 36,4…42,9 %, под горохом 39,1…39,8 %, под яровой пшеницей 35,6…37,5 и кострецом – 30,1…36,7 %. Следует отметить, более интенсивный распад льняного полотна на вариантах удобрений с применением соломы в
севообороте, что проявлялось под всеми культурами 4 и 5 полей. На варианте сидерат + солома +NPK под эспарцетом третьего года жизни разложение достигало
45 %, тогда как на варианте сидерат + NPK 40,7 %.
Продуктивность симбиотической фиксации азота люцерны и эспарцета
в севооборотах. Биологический азот относится к числу энергоэкономных и экологически безопасных источников в растениеводстве, тогда как связывание азота
в минеральных удобрениях сопряжено со значительными энергозатратами (Трепачев Е.П., 1970; 1971; 1999; Посыпанов Г.С., 1979, 1991; Мишустин Е.Н., 1985).
А потому уровень биологизации севооборотов определяется, в частности, продуктивностью симбиотической фиксации азота из атмосферы интенсивной культурой
бобовых растений.
Максимальный прирост клубеньков на корнях люцерны и эспарцета наблюдался от начала весеннего отрастания до начала цветения. К первому укосу люцерны второго года жизни на первом варианте удобрений насчитывалось 15,5 шт. или
39,1 мг клубеньков на 1 растение, на втором варианте удобрений – 17,2 шт. или
40,2 мг. На корнях эспарцета второго года жизни перед первым укосом по варианту удобрений навоз +NPK насчитывалось 14,6 шт. или 203 мг активных клубеньков на 1 растение, по второму варианту – 15,3 шт. или 271 мг. После первого укоса трав наблюдалось резкое снижение количества и массы активных клубеньков.
По накоплению азота в зависимости от систем удобрений многолетние травы можно расположить в такой ряд соответственно по третьему и второму годам
жизни: люцерна – 380…427 кг/га и 332…316 кг/га, эспарцет – 284…302 кг/га и
259…270 кг/га, кострец – 120…122 кг/га и 135…138 кг/га.
Накопление азота, кг/га
Накопление азота,
кг/га
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Второй год жизни
230
87
88
33
34
Кострец -1
Кострец -2
222
177
192
102
94
82
78
Люцерна -1
Люцерна- 2
Эспарцет- 3
Эспарцет-4
182
192
102
110
Эспарцет- 3
Эспарцет-4
Третий год жизни
238
264
93
42
95
43
142
164
Кострец-1
Кострец -2
Люцерна -1
Люцерна- 2
Пожнивно-корневые остатки
Надземная масса
1 – навоз + NPK; 2- солома + NPK; 3 – сидерат + NPK; 4 – сидерат + солома + NPK
Рис. 1. Накопление азота в фитомассе многолетних трав в зависимости от систем
удобрений севооборотах
Оценка продуктивности симбиотической фиксации азота проводилась по
методу сравнения с небобовой культурой кострецом безостым (Трепачев Е.П.,
1978; Посыпанов Г.С., 1991; Кутузова А.А., 2000). Разница между накоплением
азота в фитомассе люцерны второго года жизни и костреца составила 212…194 кг/га,
а люцерны третьего года жизни 245...289 кг/га, в посевах эспарцета второго года
жизни 139…148 кг/га, и третьего года жизни 149…164 кг/га. При этом можно
условно считать, что доля атмосферного азота от общего его накопления в фитомассе люцерны изменялась от 61,4 до 67,7 %, эспарцета – 52,5…54,8 % с тенденцией усиления по варианту солома + NPK.
Накопление массы пожнивно-корневых остатков под многолетними
травами в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Оптимизация режима органического вещества почв в системе управления их плодородием остается одной из самих актуальных задач современного земледелия. Органическое вещество как источник углерода, создаваемое в агроэкосистемах наиболее важный и
доступный резерв восполнения его потерь. Объективно существует необходимость оценки культур по накоплению биогенных ресурсов плодородия и их эффективному использованию, что отвечает принципам энергоресурсосбережения в
земледелии.
По накоплению массы пожнивно-корневых остатков многолетние травы
можно расположить в такой ряд: кострец > люцерна > эспарцет. С возрастом травостоев происходило накопление биогенных ресурсов под многолетними травами,
к третьему году жизни по сравнению с предыдущем годом: костреца на
59,6…65,2 %; люцерны на 85,4…85,2 % и эспарцета на 50,4…42,6 %. Анализ
накопления органического вещества в почве по вариантам удобрений показал преимущество органоминеральной системы удобрений в севообороте с применением соломы, по сравнению с вариантами навоз + NPK и сидерат (без соломы) + NPK.
16
Основная масса корневых остатков под посевами костреца располагается в
верхнем 0 – 10 см слое (77,2…83,6 %), под посевами люцерны и эспарцета –
56,6…57,9 %. Масса растительных остатков тесно коррелировала с урожаем основной продукции (r= 0,776…0,927) (табл.4).
Таблица 4
Связь массы пожнивно-корневых остатков многолетних трав
(у, т/га) с урожаем основной продукции (х, т/га сухого вещества)
Второй год жизни
Уравнение регрессии
r
Кострец у= 0,4578х + 2,8439 [16] 0,880
Люцерна у=0,2453х + 2,747 [17] 0,962
Эспарцет у=0,1625х + 3,2782 [18] 0,885
Культура
Третий год жизни
Уравнение регрессии
у= 0,9798х + 3,1608 [19]
у=1,0492х + 0,953 [20]
у=0,5952х + 2,4807 [21]
r
0,776
0,826
0,820
Рассчитанные прогностические уравнения позволяют прогнозировать биогенные ресурсы в управлении режимом органического вещества.
Прогноз гумусового баланса под культурами в ротации севооборотов. Прогнозирование гумусового баланса (по углероду) показало, что под посевами многолетних бобовых фитоценозов происходило накопление органического вещества. В
посевах люцерны по системе удобрений навоз +NPK содержание гумуса возросло
на 301 кг/га, а по системе солома +NPK на 169 кг/га, в посевах эспарцета соответственно на 81 и 53 кг/га.
1–навоз +NPK, 2 – солома + NPK, 3 – сидерат +NPK, 4– сидерат +солома + NPK
Рис. 2. Структура биогенных ресурсов различных культур в
воспроизводстве гумуса чернозема выщелоченного в севооборотах
17
Компенсация потерь гумуса обеспечена с превышением за счет массы пожнивно-корневых остатков. Таким образом, возделывание люцерны и эспарцета
обеспечивает расширенное воспроизводство органического вещества (рис. 2).
Расчеты прогноза гумусового баланса почвы под посевами костреца показали, что
он складывается с небольшим дефицитом (– 6…–169 кг/га). На долю пожнивнокорневых остатков приходилось 87…86 % восполнения потерь гумуса.
В среднем по зерновому звену объем минерализации гумуса превышал его
новообразование по первой системе удобрений на 556 кг/га и по второй – на 353 кг/га
или соответственно на 63% и 39 %.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ, АГРО - И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ БОБОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В СЕВООБОРОТАХ
Экономическая эффективность. Расчет экономической эффективности
кормовых ресурсов показал преимущество бобовых трав, особенно люцерны по
сравнению с кострецом по выходу продукции с 1 га в стоимостной оценке и
меньшими издержками на ее производство. Преимущество многолетних трав проявилось и по отношению к гороху и яровой пшенице. Выход продукции люцерны
в стоимостной оценке в 1,30…1,34 раза больше, чем костреца и эспарцета и в
1,69…1,74 раза – гороха и яровой пшеницы.
Затраты средств на производство 1 т кормовых единиц бобовых трав составили 507…625 руб., костреца – 790…833, гороха и яровой пшеницы –
1228…1439 руб., при себестоимости 1 т переваримого протеина люцерны и
эспарцета – 2980…3690 руб., костреца – 6520…7240 руб., гороха – и яровой
пшеницы 17460…18460 руб.
Оценка технологий изучаемых культур с учетом прогноза гумусового баланса (эколого-экономическая эффективность) показала снижение экономической
эффективности яровой пшеницы и гороха.
Следует отметить, что экономическая эффективность производства продукции растениеводства на фоне органоминеральной системы удобрений с
применением соломы несколько возрастала по сравнению с системой удобрений навоз + NPK.
Проведенная оценка экономической эффективности многолетних трав в
простых и сложных сочетаниях показала преимущество смесей люцерны с кострецом и чистого посева люцерны, где уровень рентабельности достиг соответственно до 313 и 284 %. Высокие показатели рентабельности были получены и
при возделывании тройных смесей люцерны, эспарцета и костреца – 244…250 %.
Таким образом, экономическая оценка показала высокую эффективность
производства белка многолетних бобовых трав. При возделывании на зеленую
массу и сено неоспоримое преимущество перед чистыми посевами костреца и эспарцета по комплексу показателей имеет чистый посев люцерны и ее смеси с кострецом и с эспарцетом.
Агро- и биоэнергетическая эффективность бобовых фитоценозов в биологизации севооборотов. Техногенные затраты на возделывание люцерны и эспарцета составляли соответственно 9,6…9,5 и 11…11,2 ГДж/га, где доля затрат на
внесение минеральных удобрений не превышала 8,8 %. Тогда как энергоемкость
18
технологии костреца достигала 16,1…16,3 ГДж/га, при этом 44,7…44 % затрат
приходилось на внесение минеральных удобрений. Общие затраты энергии с учетом расхода гумуса на формирование урожая гороха на варианте навоз +NPK составили 28 ГДж, а на варианте солома +NPK – 25,4 ГДж/га, что соответственно на
28,4 и 22,7 % выше техногенных затрат без учета затрат энергии гумуса. Совокупные издержки в технологии яровой пшеницы составили 46,6 ГДж/га по системе удобрений навоз +NPK и 37,7 ГДж/га по системе удобрений солома +NPK,
что соответственно выше на 71,3 и 44,4 % затрат на технологию культуры без
учета энергии гумуса. При этом в технологии гороха 43,9…46,2% затрат приходится на семена и 32,1…32,8 % на топливо. Возделывание яровой пшеницы сопровождается большими затратами на внесение минеральных удобрений –
33,8…31,5 %, тогда как на семена и топливо приходится соответственно
24,2…25,2 и 26,5…26,7 % от общих издержек.
Коэффициенты энергетической эффективности основной продукции люцерны достигали 15,34…15,46, а всей биомассы 28,05…28,4, тогда как при возделывании эспарцета соответственно 10,13…10,88 и 19,49…19,86 и костреца
7,26…7,69 и 15,75...16,43.
Биоэнергетический коэффициент зерна гороха и яровой пшеницы находился на уровне 1,78…1,94, тогда как всей фитомассы 6,11…7,11. С учетом затрат
энергии гумуса энергетическая эффективность гороха, яровой пшеницы и костреца снижалась. Биоэнергетический коэффициент основной продукции гороха и
яровой пшеницы составил соответственно 1,38…1,58 и 1,05…1,31, а на костреце
снизился до 7,22…6,2, что характерно и для всей биомассы культур (табл. 5).
В связи с высокой энергоемкостью навоза, использование измельченной соломы в качестве органического удобрения в севооборотах является важным средством повышения урожайности сельскохозяйственных культур и оптимизации
режима органического вещества почвы и без дополнительных энергетических
затрат.
Затраты на производство 1 тонны зерна гороха и яровой пшеницы достигали 8,42…9,36 ГДж, тогда как энергетическая себестоимость 1 т сухого массы
урожая люцерны и эспарцета не превышала 1,75 ГДж, а костреца составляла
2,54…2,38 ГДж/т.
Энергетическая себестоимость 1 т кормовых единиц и белка люцерны составляли соответственно 1,46…1,41 и 8,41…8,26 ГДж/т, костреца – 3,31…3,13 и
27,29…27,17 ГДж/т. Более высокие издержки энергии на 1 т к.ед и ПП требовались в технологиях гороха – 5,81…5,16 и 45,42…41,4 ГДж/т, а особенно яровой
пшеницы – 7,06…6,68 и 90,67…87,0 ГДж. Таким образом, с учетом белковой продуктивности культур энергозатраты на 1 т белка бобовых ниже по отношению к
кострецу и яровой пшенице.
Оценка агроэнергетической эффективности многолетних трав в простых и
сложных фитоценозах показала свои особенности. Самый высокий энергетический коэффициент был получен на вариантах люцерна + кострец и чистого посева
люцерны соответственно 14,11 и 13,35. Агроэнергетический коэффициент чистых
посевов костреца и эспарцета составил соответственно 7,03 и 9,05, тогда как при
возделывании двойных и тройных смесей костреца, люцерны и эспарцета в различных сочетаниях коэффициент находился на уровне 10,22…12,33.
19
Таблица 5
Биоэнергетическая эффективность культур в зависимости от систем
удобрений в севооборотах (2004…2006 гг.)
Показатели
Урожайность основной продукции, т/га, абсолютно сухого вещества
Накоплено фитомассы, т/га сухого вещества
Накоплено валовой энергии с
основной продукцией, ГДж/га
Накоплено энергии в фитомассе,
ГДж/га
Затраты техногенной энергии,
ГДж/га
Затраты энергии с учетом расхода гумуса на формирование биомассы, ГДж/га
основной
Без учеБиопродукции
та расэнерхода
фитомассы
гетигумуса
ческий
основной
С учекоэфпродукции
том
фицирасхода
ент
фитомассы
гумуса
основной
продукции
Энергетическая
себестоимость
к.ед.
1 т, ГДж
белка
Горох
Яровая
Кострец
пшеница
Люцерна
Эспарцет
2,33*
2,42
3,06*
3,1
6,35
6,84
7,81
7,97
6,29
6,5
7,69
7,97
38,7
40,1
142,1
147,1
21,8
20,7
9,38
9,5
48,8
49,5
166,1
168,2
27,2
26,1
13,78
14,62
116,9
125,3
253,7
267,8
16,1
16,3
14,28
14,64
147,3
146,9
269,3
269,8
9,6
9,5
11,43
11,87
118,0
121,8
214,4
222,4
11,0
11,2
28,0
25,4
46,6
37,7
16,2
20,2
9,6
9,5
11,0
11,2
1,78
1,94
6,52
7,11
1,38
1,58
5,08
5,79
9,36
8,55
5,81
5,16
45,42
41,4
1,79
1,9
6,11
6,44
1,05
1,31
3,56
4,46
8,89
8,42
7,06
6,68
90,67
87,0
7,26
7,69
15,76
16,43
7,22
6,2
15,66
13,26
2,54
2,38
3,31
3,13
27,29
27,17
15,34
15,46
28,05
28,4
15,34
15,46
28,05
28,4
1,22
1,19
1,46
1,41
8,41
8,26
10,13
10,88
19,49
19,86
10,13
10,88
19,49
19,86
1,75
1,72
2,12
2,09
12,5
12,44
*при влажности 14%;
числитель – навоз +NPK (сидерат + NPK), знаменатель– солома + NPK (сидерат + солома
+NPK)
ВЫВОДЫ
1. Формирование травостоев многолетних трав напрямую зависит от воднотеплового режима посевов. Продолжительность межукосных периодов имеет позитивную связь с суммой положительных температур (уравнения регрессии
1…12). Высота растений и площадь листовой поверхности костреца, люцерны и
эспарцета положительно связаны с содержанием продуктивной влаги в метровом
слое почвы, с суммой осадков в период формирования урожая и с суммарным водопотреблением.
2. Наибольшей конкурентоспособностью по отношению к сорному компоненту в фитоценозе отличается кострец, что связано с его высокой плотностью
стеблестоя, созданию плотной дернины и войлока, закрывшего поверхность почвы. На втором месте по этому показателю люцерна. В севооборотах к концу тре-
20
тьего года жизни люцерны и костреца численность сорняков снижалась на 94…99
%, а масса на 90…96 % от исходной засоренности. Эспарцет с возрастом изреживается, что приводит к усилению, как численности, так и массы сорняков.
3. Наибольший сбор переваримого протеина и обменной энергии обеспечили
посевы люцерны 1,13…1,15 т/га и 79,5…80,4 ГДж/га, на втором месте по этому показателю эспарцет 0,88…0,9 т/га и 63,5…65,4 ГДж/га, а на третьем кострец
0,59…0,6 т/га и 61,8…66,2 ГДж/га. Продуктивность гороха составила соответственно
0,48…0,5 т/га и 33,4…34,2 ГДж/га, яровой пшеницы 0,3 т/га и 38,2…38,7 ГДж/га.
4. При изучении продуктивности многолетних трав в простых и сложных
сочетаниях наибольшую урожайность обеспечивали – чистый посев люцерны –
27,75 т/га зеленой массы или 6,37 т/га сухой массы, люцерна + кострец 27,32 т/га
или 6,79 т/га сухой массы и люцерна + эспарцет 26,86 т/га или 6,13 т/га сухой
массы. Максимальный сбор переваримого протеина получен в посевах люцерны
0,91 т/га и на варианте люцерна + эспарцет + кострец 0,82 т/га. Белковая продуктивность люцерны с эспарцетом – 0,8 т/га и люцерна + кострец – 0,78 т/га. По
урожайности и энергобелковой продуктивности чистые посевы костреца и эспарцета уступали их двойным смесям и тройным с люцерной, поэтому в адаптивном
кормопроизводстве введение смешанных посевов в севообороты важный резерв
накопления кормовых ресурсов.
5. Утилизация соломы зерновых культур в органоминеральной системе
удобрений севооборота (солома + NPK) по влиянию на продуктивность культур
не уступала фону с применением навоза.
6. В формировании урожая первого укоса костреца на долю почвенной влаги, накопленной в довегетационный период, приходится 54,7…55,6 % суммарного
расхода воды, урожая люцерны – 44,2…43,7 %, эспарцета – 41,6…42,6 %. В формировании урожая второго укоса в суммарном расходе воды преобладали атмосферные осадки – 91,9…93,4 %.
Установлена позитивная связь урожайности сухого массы многолетних трав с
содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы перед началом отрастания
(г=0,466…0,735), с суммарным водопотреблением (r= 0,333…0,777), с суммой осадков (r= 0,478…0,716) и суммой положительных температур (r= 0,422…0,706).
7. Выявлена обратная связь между плотностью почвы (у, г/см3) и массой
пожнивно-корневых остатков (х, т/га), что характеризует уравнение регрессии у=
– 0,0128х +1,4009 (r= – 0,82). При накоплении 1 тонны пожнивно-корневых остатков происходит снижение плотности почвы на 0,0128 г/см3. Введение многолетних трав в севообороты способствует структурообразованию почвы. К концу третьего года жизни в посевах люцерны и эспарцета коэффициент структурности
почвы возрос с 1,91…2,03 (перед посевом) до 2,91…2,96, в посевах костреца с
1,9…1,97 до 2,69…2,79.
8. Продуктивность бобоворизобиального симбиоза люцерны по варианту
удобрений навоз + NPK составила 212…245 кг/га или 63,8…64,5 % от общего
накопления азота в фитомассе, а по варианту солома + NPK – 194…289 кг/га или
61,4…67,7 %. Посевы эспарцета накапливали соответственно 139…149 кг/га
(53,7…52,5 %) и 148…164 кг/га (54,5…54,2 %) биологического азота.
9. Микробиологическая активность чернозема напрямую зависела от растительности, влажности и агрофизических свойств почвы. Наибольшее разложение
льняного полотна наблюдалось под эспарцетом (38,9…45 %), люцерной
21
(36,4…42,9 %) и горохом (39,1…39,8 %), которые обеспечивали поступление
большого количества органического вещества в почву с высоким содержанием
азота. Под кострецом разложение составило 30,1…36,7 %.
10. По размерам поступления пожнивно-корневых остатков многолетние
травы можно расположить в следующий ряд: кострец (5,72…9,70 т/га)>люцерна
(4,60…8,75 т/га)>эспарцет (4,25…6,39 т/га). Масса растительных остатков многолетних трав тесно коррелирует с урожаем основной продукции (уравнения регрессии 16…21, r=0,776…0,927).
11. В посевах люцерны по системе удобрений навоз +NPK содержание гумуса возросло на 301 кг/га, а по системе солома +NPK на 169 кг/га, в посевах эспарцета соответственно на 81 и 53 кг/га. Компенсация потерь гумуса обеспечена с превышением за счет массы пожнивно-корневых остатков. Под посевами костреца
баланс гумуса складывается с небольшим дефицитом (– 6…–169 кг/га). На долю пожнивно-корневых остатков приходилось 87…86 % восполнения потерь гумуса. По зерновому звену объем минерализации гумуса превышал его новообразование по первой системе удобрений на 556 кг/га и по второй – на 353 кг/га
или соответственно на 63% и 39 %.
12. Расчет экономической и эколого-экономической эффективности показал
преимущество бобовых трав, особенно люцерны по сравнению с кострецом и однолетними культурами по выходу продукции с 1 га в стоимостной оценке, меньшими издержками на ее производство. Уровень рентабельности люцерны и эспарцета достигал 245,7…325,9 %. Все варианты в простых и сложных фитоценозах экономически оправдывали производство, однако расчеты показали преимущество чистого посева люцерны, двойных и тройных вариантов изучаемых культур перед чистыми посевами костреца и эспарцета.
13. Оценка биоэнергетической эффективности бобовых фитоценозов показала их ресурсосберегающую и средообразующую функцию. Биоэнергетический
коэффициент основной продукции люцерны достигал 15,34…15,46. Тогда как костреца 7,22…6,2, гороха 1,38…1,58 и яровой пшеницы 1,05…1,31. Смешанные
посевы костреца, люцерны, эспарцета и люцерна в чистом виде благодаря высокой урожайности и продуктивности более эффективны в энергетическом отношении по сравнению с чистыми посевами костреца и эспарцета.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ
1. В севооборотах на выщелоченных черноземах для дальнейшей интенсификации кормопроизводства необходимо расширять посевы многолетних трав,
особенно люцерны и ее смесей с кострецом и эспарцетом, которые, рационально
используя неуправляемые биоклиматические ресурсы, позволяют получать сбалансированные по белку и питательным веществам корма.
2. Осваивать комплекс приемов биологизации севооборотов включающий
бобовые и злаковые фитоценозы; органоминеральные системы удобрений с использованием навоза, сидератов и соломы, что позволит за счет биогенных ресурсов управлять режимом органического вещества с минимальными затратами техногенных средств.
22
3. Введение в севообороты костреца и люцерны является доступным и экономически целесообразным средством оптимизации фитосанитарного состояния
посевов, усиления конкурентоспособности культур по отношению к сорному
компоненту и повышению продуктивности.
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Тойгильдин А.Л., Голомолзин Р.С. Продуктивность видов севооборотов и
режим органического вещества на черноземе выщелоченном лесостепи Поволжья
// Региональные проблемы народного хозяйства. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Ульяновск, 2004, с. 175 – 178
2. Асмус А.А., Тойгильдин А.Л., Хайртдинова Н.А. Биоклиматический потенциал и уровень его использования в севооборотах лесостепных агроландшафтов Поволжья // Региональные проблемы народного хозяйства. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Ульяновск,
2004, с.20 – 26
3. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л., Ларин Ю.В. Белковая продуктивность
гороха и многолетних трав в севооборотах и накопление биогенных ресурсов
плодородия чернозема // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы.
Ульяновск, ГСХА, 2005, с. 65 – 70
4. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л., Чекашкин А.Г. Белковая продуктивность
гороха и многолетних трав в зависимости от систем удобрений в севооборотах //
Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современное
развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы. Ульяновск, ГСХА,
2005, с.70 – 74
5. Тойгильдин А.Л. Накопление пожнивно-корневых остатков многолетними травами второго года жизни в севооборотах лесостепи Поволжья // Сборник
научных трудов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования», Самара СГСХА,
2005, с. 222 – 224
6. Тойгильдин А.Л. Продуктивность симбиотической фиксации азота в посевах люцерны и эспарцета в зависимости от систем удобрений в севооборотах //
Материалы Международной науно-практической конференции «Молодежь и
наука XXI века» «Ульяновск, ГСХА, 2006, с. 108 – 113
7. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л. Бобовые фитоценозы в биологизации севооборотов и накоплении ресурсов растительного белка // Кормопроизводство, 2007,
№1 с. 10 – 14.