Паша эльхаевич стабилизация и повышение продуктивности кормовых угодий на основе топологического, биологического и технологического многообразия в условиях Нечерноземной зоны РФ

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


Содержание работы
В главе 2 – "Цель, задачи, методика и условия проведения исследований"
В главе 3 – "Пути стабилизации развития кормопроизводства и функционирования агроэкосистем"
В главе 4 – "Подбор клеверо-злаковых травосмесей с целью увеличения и стабилизации производства кормов"
В главе 5 – "Способы продления продуктивного долголетия многолетних травостоев"
Подобный материал:
1   2   3   4   5
^




СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


В главе 1 – “Пути стабилизации и экологизации повышения продуктивности агороэкосистем (обзор литературы)” изложены основные положения интенсификации кормопроизводства на основе концепции предотвращения критических ситуаций в агроэкосистемах, учения В.И.Вернадского и его последователей о биосфере и ноогенезе. Дан анализ состояния изученности проблемы экологически безопасной и стабильной интенсификации сельского хозяйства, кормопроизводства в частности.

^ В главе 2 – "Цель, задачи, методика и условия проведения исследований" указывается, что в основу диссертации положен анализ развития кормопроизводства в Орловской области, в ГПЗ "3аря Подмосковья" Московской области, АО им. Ленина, учхоз «Дружба», Переславского р-на Ярославской области и в других предприятиях за 1981-2007 гг. Основная часть полевых опытов проведена на землях учхоза "Дружба" и крестьянском хозяйстве “Фролова” и “Эльха” Переславского района Ярославской области. Проведены в течение 15 лет опыты по определению эффективности продления продуктивного долголетия разных сеяных бобово-злаковых травостоев на основе подсева бобовых, злаковых трав и внесения удобрений, по оптимизации набора травосмесей с учётом адаптации их к элементам агроландшафта. Проведён 12-летний опыт по поверхностному улучшению естественного травостоя и рациональному пастбищному их использованию. Поставлен 7-летний опыт по влиянию коренного улучшения естественного луга, внесения на нём фосфорно-калийных и разных форм азотных удобрений, извести. Кроме того, в 1996-2008 гг. осуществлено изучение разработанного 6-польного севооборота, как в полевом опыте, так и в крестьянском хозяйстве. Помимо этих опытов были проведены исследования динамики продуктивности, естественных и сеяных травостоев в зависимости от расположения их на рельефе, подсева бобовых, поставлены 3-4-летние опыты по повышению эффективности подсева бобовых трав в старовозрастные травостои, по орошению, удобрению культурных пастбищ, кукурузы и кормовой свёклы. Часть схем основных производственных и полевых опытов представлено в соответствующих таблицах и раскрывается по тексту реферата. При выборе схемы опытов руководствовались рекомендациями И.С.Шатилова, ВНИИ кормов и кафедры луговодства МСХА.

Исследования проведены по общепринятым методикам, утвержденным ВИУА, ЦИНАО, ВНИИ кормов, ВИЖ. Данные по продуктивности травостоев обработаны методом дисперсионного анализа. В исследованиях применены методы системного анализа с использованием математического алгоритмирования (Кобозев И.В. 1995). Основные опыты проведены на серых лесных оподзоленных среднесуглинистых почвах.

Содержание гумуса (по Тюрину) в слое 0-20 см – 1,8-2,6%, подвижного фосфора (по Кирсанову) – 120-145 мг Р2О5 на 1 кг почвы, обменного калия (по Масловой) – 122-177 мг К2О на 1 кг почвы, рН – 5,8-6,3. Сумма поглощённых оснований – 12,5-13,4 мг/экв. на 100 г почвы, ёмкость поглощения – 14,8-15,1, степень насыщенности основаниями – 84-89 %.

Вегетационный период 1990 г. был влажным и прохладным, с пониженной солнечной активностью. Вегетационный период 1991 г. можно отнести к среднему, с повышенной температурой и относительно хорошей влагообеспеченностью, особенно в июне-августе 1992, 1995 и 1999 гг. характеризовались острой засушливостью, осадков выпадало на 45-57% меньше нормы, средняя температура воздуха в 1,15 раза была больше, чем по средним многолетним данным. Эти годы отмечались повышенной солнечной активностью. Вегетационный период 1993 и 2000 гг. был яркой противоположностью 1992 и 1995 гг., а в 1994 и 1997 гг. был близок к среднемноголетним данным.

^ В главе 3 – "Пути стабилизации развития кормопроизводства и функционирования агроэкосистем" дан подробный анализ действия закона в агроэкосистемах разного уровня (от опытного участка до области) А.Л.Чижевского о количественной компенсации.

На основе этого закона кафедрой луговодства предложена формула (1) определения коэффициента варьирования Кв урожайности фитоценозов и севооборотов во времени. Используя эту формулу, нами произведена оценка стабильности продукционного процесса в агроэкосистемах (отдельная культура, севооборот, травостой, набор травосмесей, агроландшафт, хозяйство, область).

, (1)

где – средняя продуктивность за t лет; У(t) – урожайность в каждом году; Q(t) – отрицательное отклонение урожайности за t лет, P(t) – положительное отклонение урожайности в каждом конкретном году от средней урожайности.

Повышение адаптивного потенциала агроэкосистемы на уровне хозяйства, области, региона достигается увеличением биологического и технологического разнообразия в ней. За счёт подбора культур в севообороте и набора технологий производства кормов резко уменьшается коэффициент варьирования по сравнению со среднеарифметическим коэффициентом варьирования в среднем по культуре (таблица 1 и 2).

При этом роль севооборота в стабилизации продукционного процесса без орошения выше, чем при орошении и удобрении, т.е. при экстенсивном ведении хозяйства необходимость его многоотраслевой структуры и севооборотов увеличивается. Однако, как свидетельствуют результаты исследований, при ухудшении экономической ситуации хозяйства постепенно переходят на монокультуру, поскольку происходит снижение величины и стабильности урожаев, хотя и высокопродуктивных, но энергоёмких культур (кукуруза, корнеплоды). При этом происходит отказ от производства ряда видов продукции (травяная мука, корнеплоды, кукурузный силос, сено искусственной досушки и др.). В результате происходит дестабилизация всего производства (таблица 2). Это подтвердил и анализ развития кормопроизводства и растениеводства Орловской области за 1981-1998 гг.


Таблица 1. - Средняя урожайность сельскохозяйственных культур и показатели производственной деятельности, а также коэффициент их варьирования по годам в ГПЗ "Заря Подмосковья" в зависимости
от экономической ситуации


Культура и показатель

А. 1986-1991 гг.

Б. 1992-1996 гг.

Отношение

Б к А, %

У

Kв, %

У

Kв, %







Внесено, кг/га N:P:K

109:61:92

37:26:30







Фондообеспеченность,
тыс. руб./га в ценах 1987 г.

484

1,7

283

6,2

58

306

Рентабельность производства, %

25,9

15,9

14,7

45,0

57

283

Доход, тыс. руб. в ценах 1987 г.

3757,4

11,1

1756,8

28,0

47

252

Сбор кормовых единиц, т/га

Зерновые

5,0

2,8

3,85

11,2

77

400

Кукуруза на силос

10,20

6,6

2,99

23,7

29

359

Корнеплоды

11,00

8,5

5,07

25,9

46

305

Однолетние травы на зеленую массу

4,67

3,0

2,83

15,7

61

523

Многолетние травы на сено

5,41

2,0

4,36

6,3

81

315

Многолетние травы на зеленую массу

6,24

3,1

4,65

12,5

75

403

Продуктивность 1 га пашни, Kb с

6,19

2,5

3,58

10,3

58

412

Среднеарифметический Kb к

-

4,3

-

15,9




370

Эффект от севооборота и различной реакции культур на ритмы среды (Kb к : Kb с)

4,3:2,5=1,7

15,9:10,3=1,6

-

-

Примечание: Урожайность (У, в т/га в корм. ед), коэффициент варьирования (Кв, %).


Вне севооборота урожайность каждой культуры и энергетическая эффективность её возделывания уменьшается. В результате колебания коэффициента энергетической эффективности возделывания каждой культуры увеличиваются, т.е. производственные процессы становятся менее стабильными, а экологические последствия более навязчивыми, что и является причиной деградации агроэкосистем при монокультуре (таблица 3). Это особенно заметно на зерновых и кукурузе.

Таблица 2. - Объём производства кормов и его коэффициент варьирования

в ГПЗ "Заря Подмосковья" в разные периоды


Вид корма

С. 1983-1995гг.

B. 1996-2007гг.

В : С

ВП, т

Кв, %

ВП, т

Кв, %

ВП, т :

Кв, %

Сенаж

4433

7,2

7224

10,2

167

142

Силос

6374

7,7

1092

21,0

17

272

Сено

6258

2,0

4082

36,1

65

1800

Травяная мука

832

42,2

-




-

-

Зерно

3549

10,8

1137

45,0

32

417

Всего

21344

2,9

13540

6,1

63

210

А. Кв по всему хозяйству

-

2,9

-

6,1

-

210

Б. Среднеарифметическое значение Кв по дельным видам кормов




14,0




28,1




201

Эффект мозаичности технологий Б : А




4,9




4,6




94

Примечание: Производство кормов (ВП, т корм. ед.), коэффициент варьирования (Кв, %).

На основе этого нами разработан и экспериментально обоснован и освоен на практике севооборот для растениеводческого фермерского хозяйства со следующим чередованием культур: озимая пшеница с подсевом весной травосмеси клевер + тимофеевка – травы 1-го пользования на зеленую массу; травы 2-го года пользования на сено, картофель поздний – картофель среднеспелый (30 т/га навоза) – картофель ранний. В первую ротацию сбор кормовых единиц в производственных условиях составил 3,4 т/га, а в полевом опыте – 4,1 т/га. В этом севообороте учтены биологические особенности всех культур, возможности азотфиксации, зелёного удобрения, очистки полей от болезней и стабилизация продуктивности за счёт многолетнего травостоя с преобладанием в 1-й год клевера. Исследования показали, что в хозяйствах очень важно иметь травостои разных сроков созревания (таблица 4).

В результате этого коэффициент варьирования продуктивности всего сложного ландшафта в 1,32 раза меньше, чем в среднем у отдельного из его элементов (таблица 5).

Таким образом, в условиях кризиса и дефицита средств интенсификации продукционного процесса для его стабилизации необходимо использовать все пути достижения мозаичной структуры агроэкосистем, не разрушая их на обособленные фитоценозы и разрозненные хозяйства. Особая роль при этом отводится многолетним травостоям, особенно бобовым и бобово-злаковым.


Таблица 3. - Коэффициент варьирования коэффициента энергетической эффективности) производства кормов при возделывании культур в севообороте и бессменных посевах


Культура

Севооборот

Бессменные посевы

без удобрений

c NPK

без удобрений

с NPK




1

2

1

2

1

2

1

2

Ячмень на монокорм

12,5

12,3

14,6

14,5

18,4

18,3

19,1

21,2

Мн. травы

9,8

9,5

11,5

11,8

9,9

10,1

11,1

12,6

Оз. пшеница

13,8

14,0

15,2

16,8

21,4

28,8

29,4

35,6

Кукуруза на силос

19,8

19,8

23,4

23,4

25,6

29,5

31,6

38,7

Одн. травы

14,5

19,5

16,8

16,8

17,3

18,4

18,8

24,2

В среднем по культуре:

























а) в севообороте (А)

11,7

11,7

14,0

16,7

-




-




б) в монокультуре (Б)




-

-

-

18,5

21,0

22,0

26,5

Кв по севообороту (С)

8,3

8,0

10,4

9,5

-




-




Эффект от севооборота, Б : С

2,2

2,6

2,1

2,8

-




-




в том числе:

























а) от разнотипности реакции культур на экзогенные ритмы,
А : Б, %

64

60

62

64

-




-




б) от замкнутости биогеохимического цикла в севообороте

36

40

38

36

". -




-. —




Отрицательное действие бессменности посевов на стабильность эффективности возделывания культуры в среднем (Б:А)

-

-

-

-

1,6

1,8

1,6

1,6

Примечание: Исходные данные получены совместно с И.B.Koбозевым, Г.С.Маркиным и Н.В.Парахиным. Еф – прибавка энергии в урожае; Ет – затраты энергии. Коэффициент варьирования (Кв, %), коэффициент энергетической эффективности ( = Еф : Ет), (графа 1 – в 1-й ротации; 2 – во второй; полевой стационарный опыт в среднем за 1996-2008 гг. ГПЗ "Заря Подмосковья").


На основе анализа производственной деятельности хозяйств и результатов полевых опытов выявлено, что орошение, внесение удобрений, улучшение технической оснащённости хозяйств и другие факторы интенсификации продукционного процесса в агроэкосистемах обеспечивают одновременно его стабилизацию.

Таблица 4. - Продуктивность травостоев вне севооборота
и коэффициент её варьирования


Травостой

Сухое вещество

Сырой белок

Содержание белка,

% сух. в-ва

т/га

Кв, %

кг/га

Кв, %

Тимофеевка луговая + др.

3,7

10,8

58,4

12,9

15,83

Ежа сборная + др.

3,4

9,7

512

8,6

15,9

В среднем по агроэкосистеме из двух травостоев

3,5

9,3

548

10,1

15,52

Эффект от набора травосмесей

-

1,

10 -

1,06

-

Примечание: Коэффициент варьирования (Кв, %) в среднем за 14 лет (1995-2007гг.)


Таблица 5. - Урожайность сухого вещества естественного травостоя
и коэффициент её варьирования в зависимости от расположения
на рельефе в среднем за 5 лет (2003-2007гг.)


Показатель

Экспозиция на рельефе

В среднем по рельефу

плато

с-з

склон

ю-з

низинный

луг

склон

с-з

плато

ю-в

Урожай

ность, т/га

3,50

1,99

5,71

2,52

3,61

3,47

Коэффи

циент варь

ирования, %

13,4

14,4

2,0

8,2

12,2

10

Примечание: Урожайность сухого вещества (У, т/га), коэффициент варьирования

(Кв, %)


^ В главе 4 – "Подбор клеверо-злаковых травосмесей с целью увеличения и стабилизации производства кормов" – приведены результаты исследований по формированию бобово-злаковых травостоев разных сроков созревания на принципах фитоценотической комплементарности их компонентов и обеспечения наилучшего развития симбиотического аппарата клевера лугового в травосмесях.

Исследования показали, что наибольшую урожайность сухого вещества (3,47 т/га) и высокую её стабильность (Кв=10%) обеспечивает набор клеверо-злаковых травосмесей разного возраста, состоящий из двух травостоев: клевер луговой одноукосный 1 + тимофеевка луговая и клевер двуукосный 2 + ежа сборная (таблица 5).

При этом ранняя травосмесь (клевер двуукосный в смеси с ежой сборной) благодаря раннему отрастанию и лучшему использованию запасов почвенной влаги, накопленной в осенне-весенний период, в острозасушливые годы обеспечивала сбор сухого вещества на 75-82% больший, чем позднеспелая клеверо-тимофеечная смесь. Наименьшее содержание клетчатки, самую высокую белковость и энергетическую ценность имело сухое вещество травосмеси клевер двуукосный + тимофеевка луговая, затем клевер одноукосный + тимофеевка и клевер двуукосный + ежа сборная (таблица 6).


Таблица 6. - Содержание и сбор сырого протеина
и обменной энергии в сухом веществе разных травосмесей


Травосмеси

1-я закладка,
в среднем за 1991-1995 гг.

2-я закладка,
в среднем за 1996-2008 гг.

сП :

ОЭ

сП

ОЭ

1. Клевер 1 + тимофеевка

18,2

635

9,80

34,1

19,3

655

9,85

33,4

2. Клевер 2 + тимофеевка

18,8

651

9,91

34,4

20,2

626

10,00

31,0

3. Клевер 1 + ежа

17,4

540

9,61

29,9

18,6

610

9,57

31,5

4. Клевер 2 + ежа

17,2

679

9,42

37,2

18,2

694

9,76

37,3

В среднем по 1 + 4

17,7

657

9,57

35,6

18,7

674

9,83

35,4

Примечание: Содержание сырого протеина над чертой (сП, %), сбор сырого протеина под чертой (сП, кг/га), обменной энергии над чертой по содержанию сырого протеина (ОЭ, МДж/кг), по сбору сырого протеина обменная энергия под чертой (ОЭ, ГДж/га).


Максимальную величину и стабильность сбора сырого протеина обеспечивает возделывание сразу двух травосмесей: раннеспелой – клевер двуукосный + ежа сборная и позднеспелой – клевер одноукосный + тимофеевка луговая (таблица 6). Наиболее оптимальные отношения между бобовым и злаковым компонентом складываются в клеверо-тимофеечных смесях; в смеси с ежой лучше высевать клевер двуукосный, а не одноукосный. Ежа сборная быстрее тимофеевки вытесняет из травостоев клевер, особенно позднеспелый одноукосный.

В клеверо-ежовых смесях отмечается худшее формирование симбиотического аппарата клевера, чем в клеверо-тимофеечных (таблица 7).

Исследования показали, что для стабилизации и усиления продукционного процесса в агроэкосистемах состав травостоев должен быть адаптирован к рельефу, с учётом эллипсоидного и сегментарного его строения.


Таблица 7. - Формирование симбиотического аппарата клеверов в разных травосмесях


Травосмеси


1-я закладка,
в среднем за 1991-1995 гг.

2-я закладка,
в среднем за 1996-2008 гг.

N

М

m

N

М

m

1. Клевер 1 + тимофеевка

20,2

187

9,31

31,8

346

10,05

2. Клевер 2 + тимофеевка

20,1

155

9,29

33,2

376

10,58

3. Клевер 1 + ежа

18,4

152

8,34

27,3

294

9,85

4. Клевер 2 + ежа

18,6

186

9,26

30,3

315

9,28

Примечание: В среднем за 2 укоса; N – число активных клубеньков, млн./га,
M – их масса, кг/га; m – масса 1000 шт., г).


При этом верхнее плато засеивали двумя указанными смесями (ранней и позднеспелой); южный склон – клевером двуукосным в смеси с ежой сборной; северный склон и нижнее плато – клевером луговым одноукосным с тимофеевкой луговой. В этом случае средний урожай по такой мозаичной агроэкосистеме составляет 4,14 т/га сухого вещества, при коэффициенте её варьирования по годам 15,1%. Наибольшую урожайность и самую её высокую стабильность обеспечивают угодья, расположенные в основании склонов на нижнем плато.

^ В главе 5 – "Способы продления продуктивного долголетия многолетних травостоев" сравниваются различные технологии повышения продуктивности бобово-злаковых травосмесей после выпадения из них бобового компонента.

Исследования показали, что подсев клевера в травостои лучше всего проводить после 1-го раннего укоса во влажные годы. Наиболее гарантированный эффект от этого мероприятия получается при осуществлении полива после подсева, в таком случае содержание клевера можно увеличить на 30-50%, а урожайность - на 0,37-1,39 т/га сухого вещества. Подсев клевера в травосмеси, осуществленный на 3-й год их использования после 1-го укоса во влажном 1993 г., существенно повышал его содержание в травосмесях, особенно на фоне внесения фосфорно-калийных удобрений. Подсев клевера в клеверо-тимофеечную смесь удавался лучше, чем в клеверо-ежовую. Фосфорно-калийные удобрения способствовали сохранению бобовых в травостоях, а азотные – их вытеснению, последнее особенно ярко выражено в травосмесях с ежой сборной.

Подсев клевера лугового и внесение РК, особенно при их совместном применении, способствовали развитию более мощного и активного симбиотического аппарата бобовых в травостоях, который имел её участие в клеверо-тимофеечной смеси, чем в клеверо-ежовой. По сравнению с фосфорно-калийным фоном внесение азотных удобрений, усиливая рост злаков, ухудшало формирование клубеньков на корнях клевера лугового, особенно в смеси с ежой сборной (таблица 8).


Таблица 8. - Влияние удобрений и подсева клевера на количество активных клубеньков


Вариант

Клевер 1 + тимофеевка

Клевер 2 + ежа

N

M

m

N

M

m

Контроль

2,4

30

12,5

2,0

24

12,0

Подсев после 1-го укоса в 1996 г.

17,3

201

11,6

-

-

-

Р60К90 до в 1996 г. без подсева

9,5

108

11,4

5,2

69

18,3

РК +подсев клевера

32,9

480

14,6

29,5

404

13,7

N68 +в 1996 г. + N68 в 1997 г.

1,1

58

4,5

1,0

4

4,0

Примечание: Количество (N, млн. шт./га), общую массу (М, кг/га), размер (m, г/1000 шт.).


Концентрация сырого протеина и обменной энергии в сухом веществе травостоев увеличивалась при подсеве клевера и внесении фосфорно-калийных удобрений, но наиболее мощным фактором повышения этих показателей является внесение минерального азота (таблица 9). Содержание клетчатки снижалось при повышении концентрации сырого протеина.

Подсев клевера даже без удобрений существенно увеличивал сбор сухого вещества, сырого протеина и обменной энергии, особенно при внесении РК и на клеверо-тимофеечной смеси (таблица 9, 10). Азотные удобрения дали существенную прибавку продуктивности травостоев, особенно травосмеси с ежой сборной. На 1 кг N внесённого на фоне одноразового применения Р60K90 прибавка сухого вещества составила 15-20 кг, сырого протеина – 3,90-5,73 кг, ОЭ – 169-221 МДж. Подсев клевера способствовал продлению продуктивного долголетия травостоев, однако он довольно быстро (через 1-2 года) выпадает из травостоя. Поэтому в 1996 г. решили начать сравнение улучшения травостоев путём подсева клеверо-злаковых травосмесей и травосмесей с включением фитоценотического устойчивого сорта люцерны изменчивой «Вега 87» (схема опыта приведена в таблице 10).


Таблица 9. – Влияние 1-го улучшения травостоев 5-го года пользования на содержание и сбор сырого протеина и обменной энергии в сухом веществе


Вариант

Клевер 1 + тимофеевка

Клевер 2 + ежа

сП, %

кг/га

ОЭ, МДж/кг

ГДж/га

сП, %

кг/га

ОЭ, МДж/кг

ГДж/га

Контроль

16,2

623

9,53

36,7

15,7

650

9,18

37,9

Подсев клевера

17,2

764

9,64

42,8

16,6

739

9,44

42,0

Подсев клевера на фоне Р60K90

18,0

872

9,73

47,2

16,9

859»

9,61

48,8

Р60K90+N68+ N68

18,9

994

10,02

52,8

19,0

1077

9,86

55,8

Примечание: Содержание сырого протеина над чертой (сП, %), сбор сырого протеина под чертой (сП, кг/га), обменной энергии по содержанию над чертой (ОЭ, МДж/кг), по сбору сырого протеина под чертой (ОЭ, ГДж/га). В среднем за 5 лет за 2003-2007гг, над чертой – средневзвешенное содержание, под чертой – сбор с 1 га .


Исследования показали, что наибольший и более длительный эффект получается, если