Содержание к диссертации
Введение
1. Создание поливидовых агрофитоценозов из много летних трав, проблемы их возделывания на орошаемых землях (обзор литературы) 8
1.1. Кормовое и средообразующее значение смешанных посевов многолетних трав 8
1.2. Состав травосмесей, взаимоотношения компонентов в смешанных посевах, сроки и способы посева 13
1.3. Удобрением орошение поливидовых посевов трав 20
2. Задачи, методика и условия проведения исследований 27
2.1. Основные задачи и схемы опытов 27
2.2. Условия проведения экспериментальной части работы 30
2.3. Методика выполнения исследований 41
3. Особенности формирования смешанных агрофитоценозов многолетних трав на орошаемых землях 45
3.1. Полнота всходов, побегообразование и динамика плотности траводстев 45
3.2. Ботанический состав травостоев 53
3.3. Формирование корневой массы бобово-мятликовых смесей 59
3.4. Влияния видового состава, удобрений и размещения компонентов на урожайность поливидовых посевов трав 64
4. Водопотребление поливидовых посевов многолетних трав 78
4.1. Динамика влажности почвы и режим орошения бобово-мятликовых смесей 78
4.2. Динамика суммарного водопотребления травосмесей различного срока использования 84
4.3. Коэффициент водопотребления 90
5. Кормовая ценность бобово-мятликовых смесей различного видового состава при оптимизации условий возделывания 94
5.1. Влияние видового состава и удобрений на содержание питательных веществ в биомассе смесей 94
5.2. Аминокислотный состав и содержание нитратов 100
5.3. Протеиновая и энергетическая питательность бобово-мятликовых смесей 104
6. Основные элементы технологии, энергетическая и экономическая эффективность возделывания поливидовых посевов многолетних трав
Выводы 119
Предложения производству 124
Список используемой литературы 125
Приложения 139
- Кормовое и средообразующее значение смешанных посевов многолетних трав
- Условия проведения экспериментальной части работы
- Полнота всходов, побегообразование и динамика плотности траводстев
- Динамика влажности почвы и режим орошения бобово-мятликовых смесей
Введение к работе
Актуальность темы. Особое место в концепции развития кормопроизводства Российской Федерации на 2006-2010 гг. отводится расширению посевных площадей поливидовых посевов многолетних бобовых и мятликовых трав, как наиболее устойчивой форме существования агрофитоценозов, способных при изменении условий внешней среды сохранять высокую продуктивность. Преимущество смешанных посевов перед одновидовыми заключается в продуктивном долголетии травостоев, более эффективном использовании ФАР на формирование урожая, сбалансированности корма по основным питательным веществам, толерантности травосмесей к болезням и вредителям, технологичности при использовании на сено, оструктуривании и повышении плодородия почвы (Н.Г. Андреев, 1972; А.Ф. Иванов, 1974; Г.Д. Харьков, 1987; И.В. Ларин, 1991; И.П. Кружилин, Т.Н. Дронова, 1997; А.С. Шпаков, А.А. Кутузова, 2004).
В связи с этим разработка эффективных, экологически безопасных приемов и технологий возделывания поликомпонентных смесей из многолетних трав, обеспечивающих получение высоких урожаев травостоев разных сроков использования при сохранении почвенного плодородия и их широкое освоение в производстве, является актуальным направлением совершенствования кормопроизводства и орошаемого земледелия в регионе.
Цель и задачи исследований. Цель исследований сводилась к разработке и усовершенствованию элементов научно обоснованной технологии возделывания поливидовых посевов многолетних трав при кратко- (3 года), средне- (5 лет) и долгосрочном (7 лет) использовании травостоев, обеспечивающих формирование запланированных урожаев от 22-30 до 80-90 т/га зеленой массы, получение энергонасыщенных кормов, сохранение и приумножение почвенного плодородия.
Программой исследований предусматривалось решение следующих основных задач:
определить влияние видового состава, размещения компонентов, водного и пищевого режимов почвы на динамику плотности и изреживания травостоев различных сроков использования;
изучить особенности формирования продуктивности бобово-мятликовых травосмесей при кратко-, средне- и долгосрочном использовании посевов;
разработать рациональные сочетания видового состава, размещения компонентов, расчетных доз удобрений при оптимизации водного режима почвы для получения запланированных уровней урожайности от 22-30 до 80-90 т/га зеленой массы;
выявить особенности водопотребления по укосам и за вегетационный период, определить коэффициенты водопотребления смесей разных сроков использования;
дать оценку качества биомассы бобово-мятликовых смесей в зависимости от видового состава, расчетных доз удобрений, возраста травостоев, определить протеиновую и энергетическую ценность;
определить энергетическую и экономическую эффективность технологии возделывания поливидовых посевов кратко -, средне- и долгосрочного использования на орошаемых землях Нижнего Поволжья.
Научная новизна исследований. Впервые для почвенно-климатических условий Волго-Донского междуречья определен видовой состав, расчетные дозы минеральных удобрений, способы размещения компонентов для получения запланированных уровней урожайности (от 22 до 80-90 т/га зеленой массы) поливидовых посевов многолетних бобовых и мятликовых трав при различных сроках использования травостоев;
-определена динамика плотности и изреживания, ботанический состав и особенности формирования урожайности разновозрастных травостоев; суммарное водопотребление и эффективность использования оросительной воды бобово-мятликовыми травосмесями;
-дана комплексная оценка качества полученных кормов, определены энергетические и экономические показатели эффективности технологии возделывания поливидовых посевов трав разного срока использования на орошаемых землях региона.
Практическая значимость исследований заключается в разработке рациональных сочетаний видового состава, расчетных доз удобрений, способов размещения компонентов для получения разных уровней урожайности бобово-мятликовых смесей при кратко -, средне- и долгосрочном использовании травостоев.
Применение разработанных элементов технологии возделывания поливидовых посевов в хозяйствах с различным ресурсным потенциалом обеспечит получение экономически выгодных уровней урожайности многолетних трав, повышение производства высококачественных, энергетически насыщенных кормов, расширенное воспроизводство плодородия почвы, эффективное использование орошаемых земель.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка лучших вариантов опыта проводилась в 2003-2005 гг. в ГУП ОПХ «Орошаемое» Го-родищенского и ГУП ОПХ «Россия» Николаевского районов Волгоградской области на площади 134 га.
Основные результаты исследований вошли составной частью в «Систему ведения сельскохозяйственного производства ОПХ «Орошаемое» » (2003г.), «Рекомендации по эффективному использованию орошаемых земель» (2004-2005гг.), «Рекомендации по возделыванию бобово-мятликовых смесей на орошаемых землях РФ» (2004 г).
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на конференциях молодых ученых и профессорско-преподавательского состава ВГСХА, ученом совете Всероссийского НИИ орошаемого земледелия в 2002-2005 гг.
По теме диссертации опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 179 страницах машинописного текста, содержит введение, 6 глав, выводы и предложения производству, 11 рисунков, 30 таблиц в тексте и 22 в приложениях, список использованной литературы включает 163 наименования, в том числе 12 на иностранных языках.
Кормовое и средообразующее значение смешанных посевов многолетних трав
Современный период развития сельского хозяйства России характеризуется возрастанием роли кормопроизводства как системообразующей отрасли АПК, определяющей состояние животноводства и существенно влияющей на повышение эффективности земледелия и растениеводства, сохранение агро-ландшафтов. Это во многом связано с масштабами отрасли, на долю которой приходится три четверти всех сельскохозяйственных угодий, а также биологическими и экологическими особенностями многолетних трав и других кормовых культур, позволяющих им адаптироваться к природно-климатическим условиям разных регионов и реализовать свой продуктивный и средообразующий потенциал при низких затратах ресурсов.
Решающее значение в придании устойчивости развития отрасли кормопроизводства имеет полевое травосеяние. В валовом производстве кормов за счет однолетних и многолетних трав по зонам заготавливается от 35 до 50-65 % его объема, а в среднем по Российской Федерации - 50 % (А.С. Шпаков, 2001). Основными направлениями развития кормопроизводства на период до 2010 г. предусматривается увеличение площадей многолетних трав до 20-21 млн, в том числе на орошении - до 5-6 млн гектаров.
Наиболее узким местом в полевом травосеянии является несовершенство структуры посевных площадей. Из общей площади трав бобовые и их смеси с мятликовыми занимают лишь 35-40 %, что не обеспечивает получение кормов с высокой протеиновой питательностью и улучшение почвенного плодородия.
По расчетам ВНИИ кормов, посевы бобовых трав и бобово-мятликовых смесей к 2010 г. должны составлять 15-16 млн га, в том числе клевер и клеверо 9 мятликовые смеси - 7-8, люцерна и люцерно-мятликовые смеси - 6-7 млн гектаров. Такая структура посевов обеспечит получение дополнительно 550-680 тыс. тонн переваримого протеина (А.И. Фицев, 2001).
Следует отметить, что возделыванию многолетних трав издавна придавалось большое значение. В русской агрономической литературе конца 17 и начала 18 века в работах А. Болотова, И. Комова, Д. Шелехова и позднее А.В. Сове-това можно найти примеры и прямые указания о пользе травосеяния на полях и агротехнике трав. Например, Д. Шелехов (1926) писал: «После первого укоса трилистник (клевер) вырастает весьма обильно. В прошлое лето второй раз выросший трилистник был YA аршина высотой, корни трилистника оказались толщиной с мизинец, удобрение почвы от трилистника иные хозяйства предпочитают навозу». Он рекомендует переходить от трехполья к многополью с посевом клевера и приводит опыт хозяйств , в которых освоены севообороты с многолетними травами.
Еще в Трудах Вольного экономического общества в 1790 г. была напечатана статья А. Фомина, в которой автор сообщает о том, как крестьяне Устю-женской волости Вологодского наместничества возделывают тимофеевку.
В 1850 г. А.В. Советов, профессор Петербургского университета, написал книгу о разведении кормовых трав на полях, которая за сравнительно короткий срок переиздавалась четыре раза. Позднее он же опубликовал работу о системах земледелия, где большое внимание уделялось посеву многолетних трав на полях (И.С. Гаврилов, 1967).
В начале 19 века в России, особенно в Нечерноземной полосе, на основе гумусовой теории А. Тэера широко пропагандировалась формула «много травы - много скота, много скота - много навоза, много навоза - много хлеба, много хлеба-много денег» (П.Д. Костычев, 1895).
Вышеприведенные примеры свидетельствуют о том, что многолетние травы, в частности клевер, тимофеевка и их смеси возделывались в Нечерноземной полосе России задолго до учения академика В.Р. Вильямса о травопольной системе земледелия, что свидетельствует о большом хозяйственном значений в русской агрономии и земледелии многолетних трав в одновидовых и смешанных посевах.
Многочисленными исследованиями, проведенными в различных эколого географических зонах (В.Р. Вильяме, 1948; К.А. Тимирязев, 1948; П.А. Дмитри-енко, 1967; И.С. Шатилов, 1968; Е. Klapp, 1967; И.П. Минина, 1972; П.П. Бегу-чев, 1975;Ю.Д. Зыков, 1978; Н.Г. Андреев, 1985;В.А. Филоненко,1985; A. Sus, О. Schuwecghar, 1988; Е. Volger, 1989; В.А. Тюльдюков, 1997; А.С. Шпаков, 2003; А.А. Кутузова, 2004), установлено, что смешанные посевы многолетних бобовых и мятликовых трав выгодно отличаются от одновидовых. Анализ исследований научных учреждений, проведенный И.В. Лариным (1990), Г.А. Ро-маненко, А.И. Тютюнниковым, П.Л. Гончаровым (1999) выявил, что продуктивность смешанных агрофитоценозов в среднем на 14,4 % выше урожайности трав в монопосевах. Средняя урожайность травосмесей по зонам РФ составляет: в лесной зоне - 6,0, в лесостепной - 5,7, в степной - 3,3, а при орошении 11,6 т/га сена хорошего качества.
Условия проведения экспериментальной части работы
Исследования проводились на светло-каштановых почвах Волго-Донского междуречья в опытно-производственном хозяйстве ВНИИОЗ «Орошаемое» Городищенского района Волгоградской области.
Морфологическое обследование показало, что почвы опытного участка имеют профили, характерные для почвообразовательного процесса в зоне сухих степей.
Горизонт А - (0 - 0,28 м) - пахотный, светло-коричневый, комковатый, пылеватый, уплотнённый, тяжелосуглинистый, густо пронизан корнями. Содержание гумуса изменяется в пределах 1,42-1,70 %, подвижного фосфора -9,0-26,7, обменного калия - 208-291 г на кг почвы. Переход к горизонту В і заметный.
Горизонт Ві - (0,28 - 0,40 м) - светло-коричневый, с гумусообразующими затеками, глинистый, крупнокомковатый, уплотненный. Корнями пронизан средне, переход к горизонту В2 постепенный.
Горизонт Вг - (0,40 - 0,70 м) - коричнево-бурый, равномерно окрашенный, тяжелосуглинистый, с пятнами белоглазки. Корней мало, в нижней части бурно вскипает от соляной кислоты, переход к горизонту С постепенный.
Горизонт С - (0,70 - 2,0 м) - светло-бурый, среднесуглинистый, плотный, корни единичные, ярко выраженная белоглазка на глубине 0,70 - 0,90 м.
Описание почвенных разрезов позволяет отнести почвы опытного участка к светло-каштановым тяжелосуглинистым разностям. Характерной особенностью морфологии светло-каштановых почв является резко возрастающая плотность горизонта Вг и С, слабая дифференциация почвенного профиля.
Механический состав светло-каштановых почв по горизонтам крайне неоднороден, что связано с накоплением коллоидных частиц в солонцеватом иллювиальном горизонте. Преобладают частицы размером 0,05 - 0,01 мм. Сумма частиц менее 0,01 мм колеблется от 34 до 49 %, что характеризует их как средние и тяжелые суглинки (А.Ф. Вадюнина, 1970).
Одним из агрофизических показателей при оценке сложения почв является плотность. Численные значения её закономерно возрастают с глубиной по профилю, достигая в горизонте С (0,7 - 1,0 м) 1,45 - 1,64 т/м3. Удельная масса или плотность твердой фазы почвы меняется в пределах 2,50 - 2,70 т/м3, общая порозность пахотного слоя составляет 47,9 - 48,3 %, вниз по профилю уменьшается до 44,7 - 38,9 % (приложение 1).
Светло-каштановые почвы имеют сравнительно невысокую влагоёмкость (НВ), которая зависит от механического и химического состава, структуры и порозности почвогрунта, содержания гумуса (Е.Т.Дягтерева, 1970). На опытном участке наименьшая влагоёмкость по профилю уменьшается от 24,8 - 24,1 в слое почвы 0 - 0,2 м до 16,0 - 12,6 % в слое 0,7 - 0,1 м. В активном слое 0,7 м наименьшая влагоёмкость составляет 22,2, в слое почвы 1,0 м - 19,6.
Реакция почвенного раствора изменяется от нейтральной в пахотном слое до слабощелочной в более глубоких горизонтах. Содержание гумуса и общего азота низкое и резко снижается по глубине почвенного профиля. Валовые запасы фосфора и калия распределяются по профилю более равномерно с посте пенным снижением от пахотного к более глубоким горизонтам почвы. Обеспеченность почв опытного участка, согласно классификации В. И. Филина (1984), минеральным азотом и подвижным фосфором - низкая, обменным калием - повышенная (приложение 2).
В засушливых условиях степной и полупустынной зон Нижнего Поволжья реализация возможной урожайности многолетних трав тесно связана с метеорологическими факторами, среди которых важное значение имеют приход солнечной радиации, тепловой режим и влагообеспеченность территории естественными осадками.
По расчетам И. П. Кружилина (1982), территория Нижнего Поволжья (в пределах Волгоградской, Астраханской областей и Калмыкии) располагает значительными радиационными (17,24 - 20,10 -10 9кДж/га ФАР) и тепловыми ресурсами (сумма температур выше 10 С - 2700-3600). По данным агрометеорологической станции Волгоградской ГСХА, приход суммарной радиации в зоне проведения исследований носит довольно устойчивый характер и в среднем за вегетацию составляет 375 кДж/см2.
Таким образом, приход ФАР за вегетацию достигает достаточно высоких величин и не является фактором, лимитирующим продуктивность многолетних трав. Радиационные ресурсы в зоне проведения исследований можно рассматривать как важный, недостаточно используемый резерв повышения урожайности всех сельскохозяйственных культур на орошаемых землях.
Полнота всходов, побегообразование и динамика плотности траводстев
В условиях усиленного антропогенного вмешательства в биосферу и интенсивных форм хозяйствования наблюдается нарушение экологического равновесия и снижение потенциального плодородия почвы. В данном свете роль многолетних поливидовых агрофитоценозов, обеспечивающих определенную стабильность почвенного плодородия в условиях орошаемого земледелия, значительно возрастает. Многолетние бобово-мятликовые травосмеси, как наиболее устойчивые по форме агрофитоценозы, способны даже при изменении условий внешней среды длительное время сохранять высокую продуктивность, защищать почву от водной и ветровой эрозии, улучшать водно-физические свойства, увеличивать содержание гумуса, сохранять и приумножать плодородие почвы (С.С. Шаин, 1969; ИЛ. Минина, 1972; Н.Г Андреев, 1985; В.А. Тюльдюков, 1997; Г.Д. Харьков, 2001 и др).
Учеными, работающими над проблемой создания высокопродуктивных смешанных посевов из многолетних трав, установлено, что лучшие условия для получения дружных всходов трав на орошаемых землях южных регионов России складываются при летнем сроке посева в пределах с 20 июля по 10 - 15 августа (Ю.Ф. Миронов, 1990; В.Г Горбунков, 1979; Е.С. Бахтыгалиев, 1999; Т.Н. Дронова, 2002 и др.).В связи с этим в наших опытах закладку опытов в 2001 году провели 1 августа, в 2002 году - 9августа и в 2003 году 10 августа.
До ухода в зиму на посевах трав поддерживался предполивной порог влажности на уровне 75-80 % НВ, что при наличии тепла и света обусловливало получение полных всходов через 7...10 дней после посева.
При определении полноты всходов нами прослежены три основные тенденции её изменения. Во-первых, во все годы исследований она достаточно за метно различалась по видам растений. Так, полнота всходов люцерны синегиб-ридной изменялась от 52,0 до 57,0 %, а люцерны желтой - от 46,8 до 51,0 %, клевера лугового - от 49,8 до 53,5 %.
Долголетние травы клевер белый и козлятник восточный характеризовались самой низкой полнотой всходов - от 36,8...41,2 % и от 27,5 до 32,0 %, а эспарцет песчаный во все годы имел высокую полноту всходов - 67,5 - 76,2 %. Из мятликовых трав по этому показателю выделились овсяница луговая, райграс многоукосный и кострец безостый - 46,8 - 60,5 %, а полнота всходов овсяницы тростниковой, ежи сборной, тимофеевки луговой и мятлика лугового изменялась в пределах 41,0 - 48,0 % (приложение 3).
Вторая тенденция, отмеченная нами относится к некоторому повышению полноты всходов трав в вариантах с внесением удобрений. Так, если на контроле на фоне естественного плодородия почвы она, например, у люцерны сине-гибридной в различных смесях изменялась от 52,0 до 55,0 %, то при внесении NPK, - 53,0 - 55,8, NPK2 - 54,0 - 57,0 %. Аналогичная закономерность отмечена и по мятликовым травам: полнота всходов овсяницы луговой составила соответственно 46,8-49,2, 48,0 - 51,0 и 50,5 - 53,0 % (табл. 3.1, 3.2, 3.3).
Следует отметить, что высев семян компонентов смесей в индивидуальные параллельно-чередующиеся рядки (черезрядный посев) оказал положительное влияние, и полнота всходов всех изучаемых трав в этом варианте была выше в сравнении с обычным посевом на 2,0 - 4,5 % (приложение 3, 4).
Отметить сколько-нибудь заметные различия по полноте всходов бобовых и мятликовых трав в зависимости от количественного состава смесей и их целевого назначения, нам не удалось.
Плотность травостоев многолетних трав является основополагающим фактором формирования высокопродуктивных травостоев. В наших опытах этот показатель определялся по количеству побегов на 1 м2, так как побег является морфологически основной единицей структуры травостоя, и кроме того, с возрастом у многолетних трав трудно выделить определенные растения, осо бенно в смешанных посевах. Подсчет количества побегов вели в фазу весеннего и осеннего кущения трав на посевах первого-четвертого годов пользования.
Динамика влажности почвы и режим орошения бобово-мятликовых смесей
Многолетние травы требуют в период роста и развития постоянной достаточной влагообеспеченности. Это связано с высокой потребностью растений в воде, большой плотностью травостоя, жизнедеятельность которого прерывается лишь на короткое время.
Для получения 3-4 укосов или 4-5 стравливаний бобово-мятликовых травостоев общее водопотребление смесей при продуктивности 50-60 т/га зеленой массы должно составлять в южных регионах Российской Федерации 5-6 тыс. м3/га при нижней норме влажности почвы 75 % НВ. Ю.Ф. Миронов (1991) считает при этом, что оросительная норма для смесей примерно такая же, как и для люцерны, но количество поливов должно быть больше.
B.C. Касимовский (1987) для орошаемых земель полупустынного Заволжья рекомендует поддерживать на посевах смесей влажность почвы не ниже 65-70 % НВ. В опытах по созданию долголетних культурных пастбищ, проведенных в Волгоградской ГСХА, установлено, что предполивную влажность почвы на них необходимо поддерживать в течении вегетации в пределах 70-75 % НВ (А.Ф. Иванов, М.Н Короленко, 1974; И.П. Кружилин, Н.В. Сапункова, 1975; В.Г. Горбунков, 1979).
Исследованиями Всероссийского НИИ орошаемого земледелия (Т.Н. Дронова, Ф.П. Горьков, 2002) выявлены закономерности формирования запланированных урожаев травосмесей при интенсивном укосном использовании. Так, по их данным, урожайность 30 т/га зеленой массы обеспечивается при поддержании предполивного порога увлажнения 60 % НВ на фоне естественного плодородия почвы. Повышение продуктивности смесей до 50...60 т/га требует увеличение предполивной влажности в корнеобитаемом слое почвы до 70 % НВ и внесения расчетных доз удобрений. Максимальную продуктивность -80... 100 т/га зеленой массы бобово-мятликовые травосмеси формируют при поддержании влажности почвы в течении вегетации на уровне 80 % НВ и внесении удобрений, дозами рассчитанными на получение такого урожая.
Проанализированный литературный материал по режимам орошения по-ливидовых агрофитоценозов многолетних трав в зоне сухих степей свидетельствует о том, что оптимальные условия для роста и развития растения складываются при поддержании влажности почвы в пределах 65-80 % НВ. В связи с этим, нами в опытах режим увлажнения бобово-мятликовых смесей в активном слое почвы (0,7м) был принят равным 70-75 % НВ. Расчетная поливная норма для дождевальных машин «Мини-Кубань» ФШ и «Мини-Кубань» К составила 600-650 м3/га.
В этих условиях для поддержания заданного порога увлажнения посевы смесей первого года пользования в 2002- 2004 гг. поливали 4-6 раз, второго -четвертого годов в 2003-2005 гг. - 5-6 раз, оросительные нормы изменялись соответственно от 2500 до 3900 м3/га на посевах первого и от 3050 до 3700 м3/га на посевах второго - четвертого годов пользования (приложение 11 - 13).
Анализируя данные по предполивной влажности почвы, следует отметить, что заданный предполивной порог влажности в активном слое почвы в течении всех лет исследований выдерживался с достаточной точностью. Отклонения от установленного схемой опыта нижнего предела не превышало 1,2-3,2 %НВ (таблица 4.1).
Поддержание заданного порога увлажнения в наших опытах зависело в основном от обеспеченности вегетационного периода естественными осадками. Так, на посевах первого года пользования в 2002 г. за вегетацию выпало всего 30 мм осадков и молодые травосмеси пришлось поливать 6 раз, в 2003 и 2004 гг. количество осадков за вегетационный период составило соответственно 125-139 мм и влажность почвы в заданных пределах удалось поддержать 4-5 поливами (рис. 4.1, 4.2).
