Энергосберегающая технология выращивания многолетних трав на деградированных каштановых почвах сухостепной зоны

Автор: В.Г. Гребенников, И.А. Шипилов, О.В. Хонина

Журнал: Фермер. Поволжье @vfermer-povolzhye

Рубрика: Технологии

Статья в выпуске: 8 (85), 2019 года.

Бесплатный доступ

Учитывая низкую гумусированность каштановых почв зоны сухих степей, 70 % площади которых используется для производства зерна, их высокую распаханность, земледелие в этой зоне связано с повышенным экологическим риском. Значительную часть такой эродированной пашни рекомендуется занять многолетними травами и кормовыми угодьями с целью сохранения и улучшения ее почвенно-мелиоративного состояния за счет использования почвозащитного потенциала многолетних трав

Короткий адрес: https://sciup.org/170177470

IDR: 170177470

Текст научной статьи Энергосберегающая технология выращивания многолетних трав на деградированных каштановых почвах сухостепной зоны

Наши пятилетние исследования показали, что поливидовые бобово-злаковые травосмеси, подсеянные рано весной в травостой озимого тритикале, обладали высокой экологической пластичностью и продуктивностью. Наибольшую урожайность в среднем за пять лет обеспечил агрофитоценоз «тритикале + (пырей удлиненный, донник, люцерна, эспарцет)»: зеленой массы

– 14,2 т/га, сухого вещества – 3,9 т/га, сырого протеина - 654 кг/га. Использование звена зернокормового севооборота с участием озимого тритикале и многолетних трав обеспечило эффективное использование пашни, снизило затраты энергии на 1 га севооборот -ной площади, достоверно увеличив выход в среднем за пять лет обменной энергии до уровня 44,7 ГДж/га, что на

40 % выше в сравнении с посевом тритикале и люцерны.

В смеси с тритикале многолетние бобово-злаковые агрофитоценозы достаточно эффективно использовали часть потенциально испаряемой влаги для производства продукции, снижали дефляционные процессы на эрозионноопасных участках склоновых земель, способствовали накоплению почвенной влаги в осенне-зимний период, что позволяло рационально использовать ее в период весенне-летней вегетации растений. Таким образом, на деградированных старопахотных землях подсев в озимый тритикале многолетних бобовых и злаковых трав является эффективным приемом повышения их урожайности и продления продуктивного долголетия на вновь сформированных почвозащитных лугопастбищных фитоценозах.

В течение последних десятилетий из-за нарастания засушливости климата под влиянием антропогенных факторов, несовершенства структуры посевных площадей, в которых озимые зерновые занимают свыше 70 % площади пашни, усилились процессы ее деградации, что привело к снижению количества органического вещества в почве, снижению продуктивности пашни (Кутузова А.А. и др., 2018).

Эффективность кормопроизводства на каштановых почвах сухостепной зоны остается низкой из-за несовершенства видового состава многолетних трав и их соотношения в агрофитоценозе при организации сырьевого конвейера. В структуре посевных площадей по-прежнему доминируют злаки, требующие при выращивании большого количества азота. Помимо этого, как следствие, дефицит протеина и энергии в рационах приводит к перерасходу кормов на производство продукции животновоства (Улимба-шев М.Б. и др., 2018).

В сложившейся ситуации в каштановых почвах сухостепной зоны продолжается процесс распада гумусового вещества, содержание которого в последние 15-20 лет приблизилось к пороговому уровню - 1,6-1,9 %. Дальнейшее его снижение может в ближайшие годы привести к необратимым процессам и экологическому кризису.

Усилились и агроэкологические риски, обусловленные неблагоприятными климатическими изменениями, влиянием усиления засушливости климата и эрозионных процессов. Из сельскохозяйственного оборота выведены большие площади кормовых угодий и переведены в пахотные земли. Структура посевных площадей изменилась в сторону увеличения экономически рентабельных зерновых культур. Развитие зернового производства на основе пшеницы и ячменя, востребованных на рынке, ведет к упрощенной системе земледелия, основанной на севооборотах с короткой ротацией, при которой зерновые занимают более 70 % площади пашни, что снижает ее фитосанитарную и агрохимическую устойчивость.

В настоящее время общая площадь кормовых угодий в крайне засушливой и засушливой зонах Ставропольского края составляет 32,3 тыс. га сенокосов и 1161,7 тыс. га пастбищ. В целом эти зоны располагают большими возможностями для производства кормов и животноводческой продукции, но современное состояние кормопроизводства все еще характеризуется экстенсивным уровнем ведения вследствие низкой обеспеченности материальнотехническими ресурсами.

В этих условиях возрастает роль бобовых культур и их травосмесей с различными видами злаковых трав, являющихся не только источником производства кормов высокого качества, но и обладающих важнейшим биологическим и почвозащитным потенциалом, стабилизирующим и оптимизирующим агроэкосистему в зоне каштановых почв. Поэтому важнейшей задачей в современном земледелии является не только повышение продуктивности пашни за счет возделывания сельскохозяйственных культур, но и, что особенно важно, снижение энергозатрат на получение единицы продукции. В этих условиях созданию сеянных агрофитоценозов на землях, подверженных дефляционным и другим негативным процессам, путем введения в структуру посевных площадей многолетних трав, прежде всего бобовых, принадлежит ключевая роль в воспроизводстве почвенного плодородия, снижении процессов водной и ветровой эрозий на пашне (Жезмер Н.В., 2016; Шпаков А.С. и Бражникова Т.С., 2003).

Исследования, проведенные в данной зоне, свидетельствуют о том, что существующее в настоящее время разнообразие сортов и видов многолетних злаковых и бобовых трав позволяет конструировать бинарные и поливидовые агрофитоценозы с различным функциональным назначениям: для улучшения биохимического состава кормов, предотвращения дефляционных процессов на пашне и в целом стабильности всей агроэкосистемы (Дзыбов Д.С., 2015).

Такие вновь создаваемые агрофитоценозы с участием злаковых и бобовых видов многолетних трав формируют стабильный запас поедаемой кормовой массы и превосходят стародавние деградированные травостои на пашне и кормовых угодьях в 2,5-3 раза (Ригер А.Н., 2018).

Цель исследования

Разработка энергосберегающей технологии создания эффективных агро- фитоценозов многолетних бобовых и злаковых трав на склоновых, малопродуктивных землях, подверженных водной и ветровой эрозиям.

Материалы и методы исследования.

Объекты исследования. Озимый тритикале (Ставропольский 3); многолетние травы: люцерна изменчивая (Вега 87), пырей удлиненный (Ставропольский 10), пырей средний (Ставропольский 1), житняк гребневидный (Викрав), эспарцет песчаный (Песчаный 21), донник желтый двулетний (Альшеевский).

Характеристика территорий, природно-климатические условия . Эксперимент проводили на территории Апанасенковского района Ставропольского края, естественная растительность которого относится к зоне разнотравно-типчаково-ковыльной степи. Почвы - каштановые. Содержание гумуса в горизонте А достигает 2,35 % при его запасах в слое 0-100 см -120 т/га. Порозность почвы - 42-46 %, плотность в слое 0-30 см - 1,281,32 г/см3.

По водообеспеченности территория хозяйства относится к I агроклиматической зоне с ГТК 0,5-0,7. Годовое количество осадков при коэффициенте увлажнения (КУ) 0,25-0,28 колеблется от 320-350 мм, достигая в отдельные благоприятные по увлажнению годы 390-420 мм. Наибольшее увлажнение было отмечено в вегетационный период 2016 года, когда выпало 115 мм осадков, что на 40 % больше среднемноголетней нормы.

Схема эксперимента. Полевые опыты с многолетними травами проводили в 2013-2017 гг. в СПК племзавод «Дружба» Апанасенковского района Ставропольского края, в зернокормовом полевом севообороте, в котором кормовые культуры занимали 30 % посевной площади. Схема опытов включала изучение различных видов бобовых и злаковых трав: люцерна изменчивая, эспарцет песчаный, донник желтый, пырей удлиненный, пырей средний, житняк гребневидный и тритикале озимый.

Многолетние бобовые и злаковые травы подсевали рано весной (третья декада марта) на глубину заделки семян 2-3 см в посев озимого тритикале. Тритикале озимый высевали в третьей декаде сентября на глубину 5-7 см с нормой высева семян 150 кг/га. >

В травосмесях норму высева кормовых культур применяли из расчета по 50 % от полной нормы высева каждого компонента в одновидовых посевах, которая по культурам составляла: пырей удлиненный – 15 кг/га, пырей средний - 15 кг/га, житняк гребневидный - 15 кг/га, эспарцет песчаный -40 кг/га, люцерна изменчивая -12 кг/га, донник желтый двулетний – 12 кг/га. Тритикале и многолетние травы высевали в 4-кратной повторности. Перед посевом многолетних трав рано весной в фазу кущения тритикале проводили боронование травостоя.

Площадь опытной делянки – 360 м2, учетной - 50 м2. Минеральные удобрения: азотные в дозе N45 вносили ежегодно рано весной в подкормку, фосфорные и калийные (Р60К30) – под основную обработку почвы в год посева тритикале. Учет и уборку урожая в первый год жизни травостоя проводили при достижении укосной спелости тритикале (колошение). В посевах второго и последующих лет жизни уборку урожая проводили при достижении укосной спелости многолетних злаковых и бобовых трав (колошение, бутонизация, цветение).

При выполнении исследований руководствовались методикой проведения полевых опытов с кормовыми культурами (Новоселова Ю.К. и др., 1997). Основной метод исследований – лабораторно-полевой. В процессе исследований изучали особенности роста и развития растений, определяли густоту стеблестоя и выживаемость растений, высоту, облиственность и ботанический состав агрофитоценоза, продуктивность, динамику накопления биомассы урожая, его качество, а также рассчитывали энергетическую эффективность выращивания многолетних трав в уплотненных посевах.

Оборудование и технические средства . Подсев многолетних трав по всходам озимого тритикале проводили сеялкой AmazoneD 6000 ТС (Германия), прикатывание почвы выполняли агрегатом МТЗ 80+3ККШ-6 (Россия). Для скашивания травосмесей на сено применяли косилки КДП4 или КДП-6 (Россия) в агрегате с МТЗ-80 (Россия). Скошенную массу ворошили и сгребали граблями ГВК-6 (Россия). При урожайности зеленой массы более 10 т/га для скашивания применяли косилки-плющилки КПВ-3 (Россия) в агрегате с МТЗ-80 (Россия) или Е-301 (Германия). Подбор валков осуществлялся пресс-подборщиком ПРФ-180 (Россия). Обработку участка рано весной в посевах второго и последующих лет продуктивной жизни многолетних трав выполняли бороной БИГ-3 (Россия).

Биохимический анализ кормов выполняли на оборудовании комплексноаналитической лаборатории отдела ветеринарной медицины СевероКавказского федерального научного аграрного центра. Статистическая обработка. Обработка полученных экспериментальных данных проведена методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).

Результаты исследования

Как показали проведенные исследования, многокомпонентные бобовозлаковые травосмеси, подсеянные в раскустившийся травостой озимого тритикале, оказались достаточно устойчивыми к среде обитания, так как компоненты агрофитоценоза, составленные из разных семейств и различных биологических групп, обладали высокой биологической пластичностью, полнее использовали факторы внешней среды, в результате чего уже в год подсева формировали плотный, устойчивый травостой.

Появление всходов у озимого тритикале, высеянного по черному пару, отмечалось на 10-12 день. В осенний период растения хорошо раскустились и ушли в зиму при коэффициенте кущения 4,5. Период от посева до всходов донника составил 16 дней при сумме эффективных температур 145 °С, у люцерны – соответственно 22 дня и 185 °С. Полные всходы у двух видов пырея были получены через 27 дней, у житняка – через 22 дня, у эспарцета – через 30 дней после подсева.

Густота стояния растений тритикале после перезимовки колебалась от

Таблица 1. Урожайность зеленой массы и сухого вещества многолетних бобово-злаковых травосмесей в сочетании с озимым тритикале

Вариант

Урожайность, т/га

2013 г.

2014 г.

2015 г.

2016 г.

2017 г.

в сумме за 5 лет

среднее за 5 лет

Тритикале + люцерна (контроль)

12,1 2,8

8,7

2,5

10,7 2,9

7,8

2,2

6,1

1,8

45,4

12,2

9,1

2,4

Тритикале + донник + эспарцет

18,1 3,8

15,0 3,4

9,4

2,2

-

-

42,5 9,4

14,2 3,1

Тритикале + пырей удлиненный + донник + люцерна + эспарцет

16,0 3,6

12,3 3,1

10,5 3,3

16,0 4,6

16,3 4,9

71,1

19,5

14,2 3,9

Тритикале + пырей средний + донник + люцерна + эспарцет

17,1 3,8

10,2 2,8

8,8

1,8

11,8 3,4

14,0 2,9

61,9

14,7

12,4 2,9

Тритикале + житняк + донник + люцерна + эспарцет

17,0 3,7

9,8

2,6

7,2

1,4

9,2

2,1

8,5

1,9

51,7

11,7

10,3 2,3

Тритикале + пырей удлиненный + житняк + донник + люцерна + эспарцет

17,0 3,6

11,7

2,9

8,0

1,7

12,2 3,1

13,4 3,7

62,3

15,0

12,5 3,0

Тритикале + пырей средний + житняк + донник + люцерна + эспарцет

17,0 3,6

12,1 2,9

10,6 2,4

9,3

2,0

12,0 3,2

61,0

14,1

12,2 2,8

НСР 05 , т/га

1,15

2,18

1,26

2,05

1,48

Примечание: в числителе – зеленая масса, в знаменателе – сухое вещество

Таблица 2. Энергетическая эффективность выращивания многолетних травосмесей в сочетании с озимым тритикале (среднее за 2013-2017 гг.)

Вариант

Затраты совокупной энергии, ГДж/га

Валовая энергия, ГДж/га

Обменная энергия, ГДж/га

Сырой протеин, кг/га

Коэффициент энергетической эффективности

Чистый энергетический доход, ГДж/га

Тритикале + люцерна (контроль)

5,2

40,2

28,1

525

5,4

22,9

Тритикале + донник + эспарцет

6,0

53,6

37,6

486

6,2

31,6

Тритикале + пырей удлиненный + донник + люцерна + эспарцет

6,5

68,5

44,7

654

6,9

38,2

Тритикале + пырей средний + донник + люцерна + эспарцет

6,1

52,2

34,4

590

5,6

28,8

Тритикале + житняк + донник + люцерна + эспарцет

6,8

47,7

32,0

540

4,7

25,2

Тритикале + пырей удлиненный + житняк + донник + люцерна + эспарцет

7,2

53,4

35,8

570

5,0

28,6

Тритикале + пырей средний + житняк + донник + люцерна + эспарцет

6,8

49,2

32,5

520

4,8

25,7

ТЕХНОЛОГИИ

280 до 320 шт./м2, к моменту уборки урожая в фазу колошения сократилась из-за выпадения растений в период весенней вегетации, до 250-270 шт./м2. Количество растений пырея среднего и удлиненного перед уборкой урожая биомассы по разным вариантам травосмесей колебалось от 380 до 450 шт./м2, донника – от 450 до 520, эспарцета – от 180 до 190, люцерны – от 250 до 270 шт./м2.

Наиболее продуктивное и устойчивое по годам жизни звено было сформировано при высеве рано весной в тритикалевый травостой следующей травосмеси: пырей удлиненный + донник желтый + люцерна изменчивая + эспарцет песчаный, с урожайностью сухого вещества по годам на уровне 3,1-4,9 т/га (табл. 1).

В составе такой травосмеси роль доминантов в год посева выполняли тритикале и донник, во второй год – донник, эспарцет и люцерна. Начиная с третьего года жизни, преобладающими видами в составе травостоя были пырей удлиненный, пырей средний, люцерна изменчивая и житняк.

В посевах третьего года жизни, в структуре сформированного агрофитоценоза злаковые виды трав (пырей, житняк) занимали 55-60 %. Доля люцерны и эспарцета в разных сочетаниях травосмесей находилась в пределах 35-40 %. К четвертому и пятому годам жизни на долю люцерны приходилось от 32 до 38 % урожая биомассы при полном выпадении из травостоя эспарцета песчаного, а содержание биомассы злаковых трав в составе травосмеси возросло до 70-75 %.

Вместе с тем, наибольшее количество массы люцерны по годам продуктивной жизни было получено в сочетании «озимый тритикале + люцерна изменчивая» и колебалось от 85 до 67 % при внедрении к пятому году жизни в состав травостоя разнотравья, доля которого достигала 15-20 % общей биомассы.

Оценку энергетической эффективности выращивания многолетних травосмесей проводили путем сравнивания затрат совокупной энергии на их выращивание с выходом обменной энергии с полученным урожаем по энергетическому коэффициенту технологии (табл. 2).

Среднегодовые совокупные энергетические затраты при выращивании травостоев многолетних трав в сочетании с озимым тритикале колебались от 5,2 до 7,2 ГДж/га и окупались сбором обменной энергии, сухого вещества и сырого протеина в выращенном корме.

Расчеты, представленные в таблице 2, показывают, что наиболее эффективными, с точки зрения энергоемкости, являются травосмеси с участием злаковых трав, люцерны, донника и эспарцета. Среднегодовые за пять лет энергетические затраты на их выращивание при одноукосном использовании составили 6,0-7,2 ГДж/га, а выход обменной энергии – 32,0-44,7 ГДж/га. Таким образом, коэффициент энергетической эффективности составил 4,7-6,9, что характеризует эти культуры с энергетической точки зрения как высокоэффективные. При этом режиме использования наименьшей эффективностью характеризовалась травосмесь «тритикале + люцерна» (контроль).

В связи с тем, что корм различно используемых травосмесей характеризуется различной энергетической и питательной ценностью, основным критерием хозяйственной эффективности различных режимов сочетания трав и травосмесей является выход валовой и обменной энергий с 1 га посева.

Формирование ценных в кормовом отношении агрофитоценозов многолетних трав способствовало получению на склоновых, эрозионно опасных землях высокопитательного корма с выходом в среднем за пять лет от 486 до 654 кг/га сырого протеина. Благодаря высокой для зоны сухих степей общей продуктивности травостоя с участием озимого тритикале в сочетании с многолетними травами совокупные энергетические затраты окупались сбором обменной энергии в выращенном урожае.

На пятый год продуктивной жизни травостоя была получена максимальная за годы исследований урожайность зеленой массы и сухого вещества за счет двух видов – пырея удлиненного и люцерны изменчивой, которая составила соответственно 16,3 и 4,9 т/га, что в 2,7 раза больше, чем в контрольном варианте (тритикале + люцерна).

Обсуждение полученных результатов

Важной задачей в современном кормопроизводстве является повышение продуктивности возделываемых культур, снижение энерго- и ресурсозатрат на получение продукции, обеспечение воспроизводства плодородия почв и надежную их защиту от эрозии (Лапенко Н.Г. и Оганян Л.Р., 2018; Турко С.Ю., 2017).

Кормовые культуры являются одним из факторов, с помощью которого можно решить многие экологические проблемы. Однако в индустриальных технологических системах земледелия это не используется в полной мере (Овсянников Ю.А., 1998). Ключевая роль в борьбе с дефляционными процессами принадлежит многолетним, прежде всего, бобовым травам (Здо-ровцев И.П., 1993; Шпаков А.С., 2004). Недооценка кормовых достоинств и почвоулучшающих свойств бобовых культур явилась одной из причин изменения физических, химических и биологических свойств почвы, а также экологической устойчивости экосистем в целом (Овсянников Ю.А., 1998).

Как показали наши исследования, сеянные агрофитоценозы многолетних трав, составленные из различных семейств (бобовых и злаковых) и различных биологических групп на землях, подверженных водной и ветровой эрозиям, полнее используют среду обитания, в результате чего обеспечиваются устойчивые урожаи по годам с различными погодными условиями (Гребенников В.Г. и др., 2018).

Доказано, что в смешанных посевах корневые системы злаковых и бобовых трав дополняют друг друга в своем развитии. Особое внимание заслуживают многолетние бобовые травы, которые оставляют после себя большую массу корневых и стеблевых остатков, благоприятно влияют на физические и химические свойства почв, что позволяет даже без внесения азотных удобрений получать высокие урожаи (Ригер А.Н. и Бедило Н.А., 2018; Трофимов И.С., 2000).

В современной эколого-биосферной системе земледелия значительное место по-прежнему отводится смешанным посевам. Разнообразие кормовых культур позволяет конструировать смешанные посевы с различным функциональным назначением. Они могут создаваться для улучшения биохимического состава кормов, формирования в посеве специфических условий для регулирования процессов почвенной микрофлоры, предотвращения эрозии и повышения в

целом стабильности экосистем (Шпаков А.С., 2004).

В последние десятилетия роль многолетних трав в совершенствовании кормовой базы и биологизации земледелия значительно возросла. В производстве зеленых и грубых объемистых кормов многолетние бобовые и злаковые травы в зоне сухих степей занимают первое место и обеспечивают до 60 % общего сбора кормовых единиц (Дзыбов Д.С., 2015).

Люцерна, донник желтый и эспарцет в составе поливидовых фитоценозов со злаковыми компонентами оказывают существенное воздействие на качество урожая. Несмотря на то, что в урожае бобово-злаковых травосмесей доля бобовых трав составляет от 32,6 до 35 %, они значительно улучшают протеиновый состав корма и обеспечивают высокий сбор сухого вещества, валовой и обменной энергий.

По сумме урожаев за первые пять лет пользования статистически достоверное превышение в наших опытах обеспечивала травосмесь «тритикале + пырей удлиненный + донник + люцерна + эспарцет». В сумме за годы исследований травосмеси с участием озимого тритикале, трех видов бобовых трав и пырея удлиненного дали выход сухого вещества 19,5 т/га при среднегодовом показателе 3,9 т/га. Выход обменной энергии достиг величины 223,5 ГДж/га при среднегодовом показателе

44,7 ГДж/га. За пять лет суммарный сбор сырого протеина составил 3270 кг/га при среднегодовом показателе 654 кг/га.

Биоморфологическое разнообразие видов бобовых и злаковых трав, выращиваемых в подсевном с тритикале посеве, позволило дифференцировать состав травосмесей при организации сырьевого конвейера. Сложные травосмеси с участием 3 видов бобовых и 1-2 видов злаковых трав имели существенное преимущество перед одновидовыми и бинарными фитоценозами за счет более быстрого формирования биомассы урожая.

Выводы

О Для каштановых почв сухостепной зоны выращивание многолетних бобово-злаковых травосмесей в сочетании с озимым тритикале обеспечивает наибольший выход полноценных кормов при значительном снижении затрат материальных ресурсов и энергии, обеспечивая устойчивое функционирование агроэкосистем за счет снижения дефляционных процессов.

Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра

Статья научная