Влияние ботанического состава пастбищных агрофитоценозов на урожайность многолетних трав

В Российской Федерации на 2019 год пастбища занимали 57,2 млн га, что составляет 28,9% от общей площади сельскохозяйственных угодий [1]. В этот процент входят как естественные, так и культурные пастбища, которые создаются путем посева одной или множества сельскохозяйственных культур [2]. Корм, получаемый с культурных пастбищ, называют биологически полноценным в силу его высокой питательности и переваримости [3]. Культурные пастбища, как было сказано ранее, могут быть монокультурными и состоящими из смеси трав. Исследования показывают, что монокультура уступает по урожайности и ряду других показателей многовидовым посевам, особенно смесям, в составе которых есть бобовые, даже несмотря на внутривидовую конкуренцию [4]. Пастбища с преобладанием злаковых характеризуются большим содержанием клетчатки, а с преобладанием бобовых – протеина [5]. Известно, что в процессе использования пастбищных культур их ботанический состав подвержен изменению в зависимости от цикла отчуждения и вида трав [6]. В науке в целом установлены определенные характерные особенности взаимодействия в различных агрофитоценозах таких видов трав, как райграс пастбищный, овсяница луговая, тимофеевка луговая и др. Так, райграс пастбищный в одно- или многовидовом посеве характеризуется устойчивостью на протяжении до 4–6 лет, его доля в среднем может составлять от 43 до 60%, затем он сокращает свое участие в травостое в зависимости от состава трав. Райграс относят к ценотически устойчивым культурам [6; 7]. Райграс пастбищный или фестулолиум в двукомпонентной смеси с овсяницей луговой, мятликом луговым в первые несколько лет жизни будут занимать господствующее положение [7]. Некоторые исследователи отмеча- ют, что в целом различные сорта райграса значительно более урожайны, чем, например, тимофеевка [8]. Перечисленные факторы, а также высокая питательность, позволяют относить райграс пастбищный к наиболее важным и ценным пастбищным культурам умеренного климата [9]. Овсяница луговая часто подавляется райграсом, особенно после первого цикла стравливания. Доминирование овсяницы луговой обеспечивается ее совместным выращиванием с такими культурами, как тимофеевка луговая и ежа сборная (до 68% по массе за пастбищный сезон) [10]. Тимофеевку луговую относят к культуре, не являющейся сильным конкурентом при смешанных посевах, но при этом она дает хорошую возможность развиваться медленнорастущему мятлику луговому и тем самым создавать стабильные луга. Мятлик луговой хорошо реализует свой потенциал на высокоплодородных почвах, лучше приспособлен к засухе, чем райграс, и поэтому в определенных условиях он привлекательнее райграса. В связи с этим луга, в основе трав которых находятся мятлик и тимофеевка, по урожайности и устойчивости могут превосходить многокомпонентные луга, где доминирующим видом выступает райграс [9].

Помимо видовой принадлежности многолетних трав на доминирование того или иного вида в травостое оказывает влияние минеральное питание растений. Так, посев тимофеевки совместно с овсяницей при полных дозах удобрения увеличивает урожайность последней и снижает долю участия тимофеевки [10]. Частота стравливания или имитационного скашивания может также являться лимитирующим фактором для одних культур и не оказывать существенного воздействия на другие. Например, канадские ученые установили, что в условиях Восточной Канады клевер белый в смесях со злаковыми плохо приспособлен к частому отчуждению.

Ими же было выявлено, что имитационное скашивание и выпас скота в течение пяти лет после посева оказывали не одинаковое влияние на состояние трав [11]. Доля бобовых в травостоях возрастает после второго и последующих отчуждений. При этом бобовые в пастбищном травостое обеспечивают лучшую переваримость протеина. Клевер ползучий сорта «Луговик» повышает обеспеченность перевари-мым протеином до 63 г в расчете на одну кормовую единицу [12]. Это объясняется тем, что злаковые травы получают азот не только из почвы, но и из бобовых. В целом бобово-злаковые травостои более устойчивы и лучше адаптируются к условиям окружающей среды [10]. Большую роль в существовании долголетних пастбищных агрофитоценозов (от 14 и более лет) играет сочетание райграса и фестулолиума с дополняющими вегетативно возобновляемыми культурами, такими как ежа сборная и мятлик луговой [13].

Перечисленные выше особенности взаимодействия трав в многокомпонентных смесях указывают на существование зависимостей между ботаническим составом и развитием конкретного вида трав в агрофитоценозах. Принимая во внимание то, что рациональная организация кормопроизводства предполагает использование специализированных видов и сортов пастбищных трав для каждой почвенно-климатической зоны с учетом зоотехнических требований к кормам [14], подбор оптимальных по ботаническому составу травосмесей становится особенно актуальным. Большая разнородность как почвенных, так и климатических условий на территории Российской Федерации делает невозможным существование универсальной смеси трав для всей страны [15]. Правильное соотношение компонентов многовидового агрофитоценоза пастбища поможет поддержать его долголетие не один год (теоретически возможное долголетие может достигать 23 лет [13]), снизить затраты на перезалужение и обеспечить животноводство требуемым объемом пастбищного корма. В связи с этим проблема подбора сельскохозяйственных культур и их сортов для пастбищного использования является актуальной задачей современного кормопроизводства.

Цель исследований – определить влияние ботанического состава пастбищных агрофитоценозов разных типов на урожайность многолетних трав в условиях Нечерноземной зоны.

Задачи:

– заложить и провести полевой опыт;

– рассчитать урожайность сухого вещества пастбищных агрофитоценозов с различным содержанием видов многолетних трав;

– установить ботанический состав каждого агрофитоценоза.

Новизна исследований заключается в выявлении закономерностей между формированием ботанического состава многокомпонентных пастбищных агрофитоценозов, созданных на основе злаковых и бобово-злаковых травосмесей, и урожайностью сухого вещества в условиях дерново-подзолистых почв Вологодской области.

Материалы и методика исследований

Исследования проводились в 2017–2020 гг. на опытном поле СЗНИИМЛПХ – обособленного подразделения ФГБУН ВолНЦ РАН, расположенном в д. Дитятьево Вологодской области. Почва опытного поля осушенная, дерново-подзолистая и среднесуглинистая. Окультуренность средняя. В опыте заложено 10 вариантов в трехкратной повторности. Размещение делянок систематическое. Площадь одной делянки – 11 м². Схема опыта с перечнем видов, нормами высева и дозами внесенных удобрений представлена в табл. 1.

Таблица 1. Схема опыта

№	Культура	Норма высева, кг/га	Удобрения, дозы
1	Овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой	12+8+4	Без удобрений
2	Овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой (контроль)	12+8+4	N120 P60 K90
3	Райграс пастбищный + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой	6+12+8+2	N120 P60 K90
4	Фестулолиум + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой	6+12+8+2	N120 P60 K90
5	Фестулолиум + райграс пастбищный + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой	6+6+12+8+2	N120 P60 K90
6	Фестулолиум + райграс пастбищный+ овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой	6+6+12+8+2	N120 P60 K90
7	Райграс пастбищный + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой + клевер луговой	6+12+8+5+6	N120 P60 K90
8	Фестулолиум + овсяница луговая + тимофеевка луговая + клевер луговой + кострец безостый	6+12+8+5+6	N45 P60 K90
9	Фестулолиум + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой + клевер луговой + клевер ползучий	6+12+8+2+5+4	N45 P60 K90
10	Райграс пастбищный + овсяница луговая + тимофеевка луговая + мятлик луговой + клевер луговой + клевер ползучий	6+12+8+2+5+4	N45 P60 K90
Источник: составлено по результатам исследований СЗНИИМЛПХ.

Подготовка почвы включала в себя зяблевую вспашку, культивацию с боронованием (двукратную) и прикатывание. Посев травосмесей производился 13 мая в 2017 году, совместно с внесением минеральных удобрений в соответствии со схемой опыта и последующим прикатыванием. Способ посева – сплошной рядовой. В год посева проводилось однократное скашивание. В последующие годы осуществлялись имитация стравливания путем скашивания 4–5 раз за вегетационный период, прополка и подкормка минеральными удобрениями. За каждый цикл стравливания определялась урожайность трав и производилась оценка травостоя по ботаническому составу методом весового анализа. Обработка результатов исследования определялась по методике Б.А. Доспехова.

В 2017 году наблюдалась недостаточная тепло- и влагообеспеченность, количество осадков было избыточным, что неблагоприятно сказалось на травах. В 2018 году во время возобновления вегетации и в период роста трав первого цикла стравливания также фиксировался дефицит тепла и влаги. После первого цикла установился нормальный температурный режим, что положительно повлияло на рост и развитие растений. Тепло- и влагообес-печенность первой половины 2019 года оказалась недостаточной для формирования хорошего урожая трав. Затем было отмечено избыточное выпадение осадков, в совокупности с предшествующей засухой снизившее урожайность трав. Следующий (2020) год характеризовался отличной тепло- и умеренной влагообеспечен-ностью в первом и втором укосе, а затем снижением температуры и увеличением количества выпавших осадков.

Результатыисследований

Рассмотрим среднюю урожайность сухого вещества за 2018–2020 гг. (табл. 2).

Таблица 2. Средняя урожайность сухого вещества за 2018–2020 гг.

Вариант	Средняя урожайность сухого вещества
	урожайность, т/га	к контролю, т
1	3,25	-3,87
2 (контроль)	7,12	–
3	6,94	-0,18
4	7,33	0,21
5	7,14	0,02
6	8,16	1,04
7	7,45	0,33
8	7,83	0,71
9	9,03	1,91
10	8,76	1,64
НСР 0,5	1,29
Источник: составлено по результатам исследований СЗНИИМЛПХ.

Трехгодовые исследования показывают, что по средней урожайности сухого вещества статистически значимо от контрольного варианта отличались злаково-бобовые травосмеси, которые включали в себя варианты 9 и 10. Урожайность сухого вещества контрольного варианта составила 7,12 т/га, в то время как у 9 и 10 – 9,03 и 8,76 т/га соответственно. В среднем их урожайность превышала контроль на 25%.

Состоящие только из злаковых или с включением одного вида бобовых варианты 3–8 не имеют статистически значимой разницы в урожайности сухого вещества при сравнении их с контролем.

Самые низкие показатели урожайности, при этом существенно отличающиеся от контроля, зафиксированы у варианта 1 (3,25 т/га), состоящего из тех же культур, что и контроль. В нем отсутствовали вносимые минеральные удобрения, тогда как под все остальные варианты внесены рекомендуемые дозы. Его включение в схему опыта было необходимо для демонстрации роли минеральных удобрений в формировании ботанического состава и урожайности многолетних трав в агрофитоценозах.

Рассмотрим подробнее ботанический состав и другие особенности контрольного, выделившихся по урожайности и всех остальных вариантов.

Достаточно распространенной для СевероЗападного региона является трехкомпонентная травосмесь, состоящая из овсяницы луговой, тимофеевки луговой и мятлика. По этой причине она выбрана в качестве контрольного варианта.

В первые два года пользования и третий год жизни травостоев овсяница луговая, высеянная в количестве 50% от общей массы семян в травосмеси, была доминирующей культурой, ее доля за 2018–2019 гг. составила примерно 50%. Затем в большей степени в формировании травостоя участвовали мятлик и тимофеевка. Сорная растительность не полностью, но в большинстве своем подавлялась данными видами трав, в связи с чем содержание несеяных видов не превышало 8% (рис. 1).

При исключении минеральных удобрений, как это было сделано в варианте 1, несеяные виды трав чувствовали себя намного лучше, их среднее участие в травостое возрастало и доходило до значения 25% (рис. 2).

■ 2018 год (1 г.п.)

■ 2019 (2 г.п.)

■ 2020 (3 г.п.)

Рис. 1. Распределение видов трав контрольного варианта с удобрениями по годам исследований (2018–2020 гг.), %

Источник: составлено по результатам исследований СЗНИИМЛПХ.

■ 2018 год (1 г.п.)           ■ 2019 (2 г.п.)           ■ 2020 (3 г.п.)

Рис. 2. Распределение видов трав контрольного варианта без удобрений по годам исследований (2018–2020 гг.), %

Источник: составлено по результатам исследований СЗНИИМЛПХ.

При рассмотрении вариантов, которые не выделились по урожайности сухого вещества, можно сделать следующие заключения. Вариант 3 (состоящий из райграса, овсяницы, тимофеевки и мятлика) характеризовался большой долей участия в травостое райграса и мятлика, тогда как вариант 4 (включающий вместо райграса фестулолиум) был благоприятнее для развития фестулолиума и овсяницы. При этом урожайность варианта 3 была ниже, чем варианта 4 (6,94 и 7,33 т/га соответственно), а количество сорняков держалось примерно на уровне контроля (8%).

Интересно, что включение пятого компонента в виде райграса в смесь, состоящую из фестулолиума, овсяницы, тимофеевки и мятлика, не прибавляет урожайность на статистически достоверном уровне. Данные смеси были показаны в вариантах 5 и 6. В среднем их урожайность составляет 7,65 т/га. В этих вариантах наиболее комфортно себя чувствуют фестулолиум, мятлик и овсяница, в зависимости от года пользования и цикла стравливания. При этом среднее количество несеяных видов в двух указанных вариантах больше, чем в контроле, их доля составляла более 12%.

Вариант 7 имел в своем составе следующий перечень видов: овсяница, тимофеевка, райграс, кострец и клевер луговой. Урожайность данной травосмеси равняется 7,45 т/га, при замене райграса на фесту-лолиум (вариант 8) она немного увеличивается (на 0,38 т/га) и составляет 7,83 т/га. В травосмеси вариантов 7 и 8 в первый год пользования четко прослеживается преобладание клевера лугового, а уже в последующие годы его постепенно сменяют злаки, такие как райграс или фестулоли-ум, в зависимости от состава травосмеси. К третьему году пользования доля сорных растений может достигать 13–15%, тогда как в первый год их количество ничтожно.

Как было сказано ранее, статистически значимыми с точки зрения урожайности сухого вещества стали 9 и 10 варианты. Схема опыта (см. табл. 1) показывает, что это единственные варианты, в которых присутствует сразу два вида клевера: клевер луговой (красный) и клевер ползучий (белый). При этом из всех десяти вариантов самым урожайным является вариант 9, состоящий из фестулоли-ума, овсяницы луговой, тимофеевки, мятлика, клевера лугового и ползучего

(в варианте 10 фестулолиум заменен на райграс пастбищный).

Высокий уровень выпадения осадков мог повлиять на конкурентоспособность клевера белого, благодаря его устойчивости к избыточному увлажнению, тем самым увеличив урожайность всего травостоя в целом. Процентное содержание клевера белого в 9 и 10 вариантах в среднем составило около 24 и 30% соответственно (рис. 3), в то время как соотношение высеянных семян – по 10% в каждом варианте.

Рис. 3. Динамика содержания клевера ползучего за 2018–2020 гг., %

Источник: составлено по результатам исследований СЗНИИМЛПХ.

При этом клевер белый был доминирующим видом не во всех, но в определенной части циклов стравливания на протяжении всех лет, особенно эта тенденция характерна для 3 и 4 циклов. В других же случаях доминантами могли выступать райграс или фестулолиум в зависимости от травосмеси, а также клевер луговой и другие злаки. Такое сочетание многолетних трав хорошо подавляет сорную растительность: ее приблизительное количество за все годы и циклы стравливания держалось на уровне 1,5%, что ниже, чем в контрольном варианте, на 6,5%.

Выводы

В ходе исследований по изучению влияния ботанического состава пастбищных агрофитоценозов на урожайность много- летних трав за 2018–2020 гг. установлено следующее.

• 1.    В травостоях из многолетних злаковых трав наиболее часто доминирующими видами были фестулолиум, райграс, а при их отсутствии, как в контрольном варианте, овсяница луговая. При составлении смесей из клевера лугового и злаковых доминирующее положение клевера к третьему году пользования сходит к минимуму, а вместо него получают распространение наиболее конкурентоспособные злаковые травы. При включении в травосмесь клевера белого следует ожидать, что он будет активно конкурировать с другими травами.

• 2.    Наиболее сильными конкурентами по отношению к сорным растениям являются травосмеси с двумя видами клевера (варианты 9 и 10), способные подавить сорняки до количества 1,5%, в то время как варианты 7 и 8, состоящие из злаковых и клевера лугового, во второй и третий год пользования характеризуются нарастающим увеличением сорной растительности. Ее доля в травостое может доходить до 15%. В вариантах 5 и 6 (фестулолиум и райграс с другими злаковыми травами) сорняки держались на уровне около 12%. При исключении из травостоя райграса или фестулолиума (варианты 3 и 4) количество несеяных видов снижалось до уровня контроля и составляло 8%. Отсутствие минеральных удобрений способно существенно снизить урожайность и увеличить долю сорной растительности в травостое примерно до 25%.

• 3.    Травосмесь из овсяницы луговой, тимофеевки и мятлика не показала статистически значимых различий по урожайности сухого вещества с другими вариантами опыта, включающими в себя только злаковые травы или сочетание злаковых и клевера лугового.

• 4.    Достоверно отличающимися от контроля являются варианты 9 и 10. Их урожайность составляет 9,03 и 8,76 т/га соответ-

• ственно, что на 25% больше контрольного варианта. Такая разница в урожайности во многом определилась участием клевера ползучего в травостое. При этом сочетание видов в варианте 9, в который входят фесту-лолиум (тогда как в вариант 10 – райграс), овсяница луговая, тимофеевка, мятлик, клевер луговой и ползучий, дает наибольшую прибавку к урожайности (1,91 т/га).

Включение в пастбищные агрофитоценозы оптимальных по урожайности и ботаническому составу видов трав позволит эффективно использовать занятые под пастбища земли для получения высококачественного пастбищного корма, а также удовлетворения потребности сельскохозяйственных животных в сочных кормах.