Введение к работе
Актуальность проблемы.. Развитие сельского хозяйства в России немыслимо без роста производства продукции животноводства, а следовательно, и без кормопроизводства, которое играет огромную средообразующую роль в агроландшафтах и земледелии (Парахин Н.В. 1997; Кирюшин В.И. 2001; Тюльдюков В.А., Кобозев И.В. 2003,2004; Шпаков А.С. с соавт. 2002,2004; Коломейченко В.В. 2002,2005).
Значительные территории в нашей стране заняты травянистыми экосистемами. Они представляют собой важнейшие кормовые угодья, значимость которых в общем кормовом балансе и стабилизации окружающей среды оценивается высоко. Важно найти способы усиления этих функций травяных сообществ.
В настоящее время из 88,5 млн. га природных кормовых угодий России пригодно для укосного и пастбищного использования только около половины всей площади. Остальные угодья находятся в неудовлетворительном культурно-техническом и мелиоративном состоянии.
Диссертационная работа выполнена при ФГОУ ВПО «РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева» 1987 - 1996 гт. по научному направлению «Совершенствование основных элементов высокопродуктивных систем земледелия и технологий в растениеводстве», государственная регистрация НИР № - 78073927, 810 36 87,0 186 0 0 72545, и в 1996-2007 гг. «Теоретическое и экспереметальное обоснование концепции мозаичности агроэкосистем с целью стабилизации, увеличения энергетической эффективности кормопроизводства и разработка новых технологий возделывания трав и получение разных видов кормов в Центральном районе Нечерноземной зоны РФ».
Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлась разработка методологии, а также экологически безопасных, энергетически и экономически эффективных технологий стабилизации и интенсификации
кормопроизводства и продуктивности агроэкосистем, в том числе кормовых угодий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проанализировать действие закона А.Л. Чижевского о количественной компенсации в биосферных функциях с целью разработки методологии стабилизации и экологизации производства кормов;
исследовать значение принципа топологического, биологического и технологического многообразия в агроэкосистемах в обеспечении стабильности их функционирования и предложить методику оценки устойчивости сельскохозяйственных культур к бессменному возделыванию;
обосновать основные пути одновременного осуществления стабилизации, интенсификации и экологизации кормопроизводства и повышения его энергетической и экономической эффективности;
- изучить эффективность приёмов повышения продуктивности и
рационального использования многолетних травостоев (в севообороте и вне
севооборота) с целью усиления и стабилизации продукционного процесса в
агроэкосистемах с учётом сложного строения ландшафтов;
оптимизировать подбор клеверо-злаковых и злаковых травостоев с целью улучшения качества продукции, увеличения и стабилизации производства кормов пригодных для залужение склонов с учетом их экспозиции;
изучить способы продления продуктивного долголетия травостоев и улучшения качеств кормов как на основе использования минеральных удобрений, так и за счёт усиления биологической азотфиксации путём обогащения фитоценозов бобовыми травами;
исследовать приёмы уменьшения потерь при заготовке и хранении сена;
- определить эффективность орошения, известкования, удобрения
многолетних травостоев и других кормовых культур;
- определить влияние интенсивности пастбищного использования на
состояние естественных кормовых угодий в зависимости от их продуктивности,
разработать методику его оптимизации;
- изучить влияние применение разных форм удобрений, известкования,
подсева трав, коренного и поверхностного улучшения луга на агрохимические
свойства почвы и баланс энергии, азота, фосфора и калия в системе
"антропогенный фактор-почва-урожай";
- определить экономическую и энергетическую эффективность
производства кормов и факторов его интенсификации.
Научная новизна н теоретическая значимость исследований заключается в том, что было изучено действие закона А.Л.Чижевского о квантитативной (количественной) компенсации в биосферных функциях применительно к агроэкосистемам. При этом показано, что основой стабилизации производства кормов является обеспечение сложной структуры и мозаичности агроэкосистем, использование неодинаковой реакции на ритмы абиотической среды разных видов растений и фитоценозов, расположенных на разных элементах рельефа, а также освоение севооборотов с культурами, обеспечивающими относительную замкнутость биогеохимических циклов. Разработаны основные принципы достижения биологического и технологического многообразия агроэкосистем с целью обеспечения их стабильного функционирования.
Предложены формулы для оценки устойчивости сельскохозяйственных культур бессменному возделыванию.
Определено, что стабильность урожайности растений н севооборотов, а также производства продукции резко снижается при ухудшении экономической ситуации, особенно у культур интенсивного типа, при этом уменьшается биологическое и технологическое многообразие в агроэкосистемах. Уточнены уравнения, описывающие пути уменьшения экологических последствий деятельности консументов в агроэкосистемах и повышения стабильности и величины экономической и энергетической эффективности продукционного
процесса в них.
Исследовано влияние различных факторов на эффективность инвазии подсеваемых видов в разные травостои, на формирование симбиотического аппарата бобовых и симбиотическую азотфиксацию.
Предложена методика оценки экологически безопасного уровня нагрузки животных на пастбища по соотношению съедобной массы к продуктивности поедаемых видов в фитоценозе.
Изучено влияние подсева клевера лугового и люцерны изменчивой, различных минеральных удобрений, поверхностного и коренного улучшения травостоев и орошения на качество корма, агрохимические свойства почвы и баланс минеральных питательных веществ и энергии в системе "антропогенный фактор - почва - растения - урожай", а также на содержание катионов и анионов внутрипочвенном водостоке.
Основные положення, выносимые на защиту:
- использование закона А.Л. Чижевского о количественной компенсации в
биосферных функциях позволяет стабилизировать производство кормов в
крупных и фермерских хозяйствах,
биологическое, технологическое многообразие, севообороты, использование разных элементов ландшафта и подбор адаптированных к ним травостоев и культур позволяет стабилизировать продукционный процесс в агроэкосистемах, в частности производство кормов;
- продуктивное долголетие многолетних травостоев можно продлить на
основе усиления биологической азотфиксации путём подсева клевера лугового
и люцерны изменчивой, улучшением фосфорно-калийного питания,
известкованием и омоложением травостоев;
экономическая ситуация определяет стабильность
сельскохозяйственного производства, его экономическую эффективность, а также востребованность приёмов его интенсификации, экологизации и стабилизации;
- экологизация, стабилизация и интенсификация продукционного процесса в агроэкосистемах определяются его энергетической эффективностью и достигаются благодаря росту наукоемкости производства, когда в совокупных затратах возрастает доля расходов на развитие науки и техники;
- антропогенные воздействия в виде подсева трав, коренного и поверхностного улучшения травостоев, орошения, удобрения, известкования, обработки почвы, интенсивность пастьбы влияют не только на продуктивность, состав фитоценоза, качество продукции, энергетическую и экономическую эффективность производства кормов, но и на агрохимические свойства, микробиологическую активность почвы, баланс питательных веществ и энергии в системе "антропогенный фактор - почва - фитоценоз - урожай", а также на качества фильтрационной воды (вертикальный сток);
- уменьшить экологические последствия в пастбищных экосистемах и
предотвратить их деградацию можно путём увеличения и стабилизации их
продуктивности при соответствующей оптимизации пастбищной нагрузки и
коэффициента использования корма;
оптимизация сроков, совершенствование технологий заготовки и хранения сена позволяют снизить потери питательных веществ и улучшить его качество и тем самым повысить эффективность орошения и удобрения;
повышение экономической эффективности кормопроизводства и приёмов его интенсификации достигается через снижение диспаритета цен и повышение энергетической эффективности производства на основе роста наукоемкости технологий.
Практическая значимость исследования. Разработаны приемы повышения урожайности, ботанического состава травостоя, качества продукции, баланса энергии и минеральных питательных веществ в агроэкосистемах, плодородия почвы на основе орошения, удобрения, известкования, поверхностного и коренного уігучшения луга, подсева клеверов, выпаса овец.
Были разработаны севообороты с высокой товарностью растениеводства
и продуктивностью 3400-4400 кормовых единиц с 1 га. Определено, что наибольшую продуктивность (32-42 ГДж/га обменной энергии, 650-700 кг/га сырого протеина) обеспечивает набор травосмесей, состоящий из раннеспелого (клевер луговой двуукосный + ежа сборная) и позднеспелого (клевер одноукосный + тимофеевка луговая) травостоев. При этом на верхнем плато рекомендуется возделывать две травосмеси, на южном склоне - раннеспелый, а на северном и нижнем плато - позднеспелый травостой. Установлено, что варьирование продуктивности по годам всего сложного агроландшафта в 1,32 раза меньше, чем в среднем у отдельных из его элементов. В условиях диспаритета цен в пользу промышленных товаров продуктивное долголетие травостоев можно продлить без внесения азотных удобрений с помощью подсева клевера лугового и люцерны изменчивой, производимого во влажный год после первого укоса, особенно на фоне весеннего внесения фосфорно-калийных удобрений.
На основе полученных математических моделей можно прогнозировать экономическую эффективность удобрений, орошения, подсева и выпаса скота, с учётом экологических последствий.
Даны рекомендации по уменьшению потерь при заготовке и хранению сена и оптимизации использования пастбищ в зависимости от их продуктивности и рассчитана эффективность разных оросительных систем.
Результаты исследований подтверждены опытом кормопроизводства ГПЗ "Заря Подмосковья", в Крестьянском хозяйстве Темирсултанова и других хозяйствах Московской, Ярославской и Орловской областей.
Реализация результатов исследований. Научные разработки внедрены автором в хозяйствах Московской, Ярославской, Орловской областях.
Результаты исследований вошли в рекомендации:
- методические рекомендации для создания кормовой базы (на примере ГПЗ «Заря Подмосковья» Московской области, учхоза МСХА «Дружба» и фермерских хозяйств Переславского района Ярославской области). Переяславль-Залесский, 1995;
- оптимизация набора травосмесей с целью обеспечения стабильного
производства кормов. М., Доклады МСХА, 1996;
- эффективность разных способов повышения старовозрастных
травостоев. Материалы конференции «Биологизация и экологизация
земледелия». Орел, ОГАУ, 1999;
- использованы при написании 10 методических рекомендаций, 4
монографий и 4 учебных пособий для студентов ВУЗов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных, научно-практических конференциях и совещаниях, включая:
- научные конференции МСХА (1990-2007 гг.); республиканские
семинары (1995-2008 гг.), объединённое научно-техническое совещание учёных
и специалистов МСХА, ПГЗ "Заря Подмосковья" и учхоза МСХА "Дружба" -
Москва, 1996; Международная конференция "Биологизация и экологизация
земледелия", Орёл, 1999; Всероссийские конференции "Экологические аспекты
по возделыванию с.-х. культур в фермерских хозяйствах", Переяславль-
Залесский, 1995,1998; научные конференции МШУ, 1996 - 2008 гг.;
Международные научно-практические конференции «Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности», Москва, 1995-2008гг.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 72 работы (79,2 усл. п. д.), в т.ч. 4 монографии, 4 учебных пособия, 15 статей в журналах из списка ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 304 страницах, содержит 84 таблицы, 6 рисунков, 7 глав и 17 приложений. Список использованной литературы представлен 308 наименованиями отечественных и зарубежных авторов.
Автор выражает искреннюю благодарность сотрудникам ОНИЛ технологии и механизации орошения кафедры луговодства МСХА за оказанную техническую помощь в проведении исследований. 75% объёма работы по сбору и обобщению результатов исследований выполнено автором.
