Содержание к диссертации
Введение
1. Многолетние бобовые фитоценозы в адаптивно-ландшафтных системах земледелия 9
1.1. Средообразующая роль многолетних трав в агроландшафтных экосистемах 9
1.2. Бобоворизобиальный симбиоз и продуктивность симбиотиче-ской фиксации азота в бобовых фитоценозах 16
1.3. Урожайность, качество продукции и энергобелковая продуктивность многолетних бобовых фитоценозов в севооборотах 22
2. Почвенно-климатические условия опытного участка и методика исследований 30
2.1. Почвенный покров опытного участка 30
2.2. Агроклиматические ресурсы и погодные условия в годы проведения полевых опытов 32
2.3. Схемы полевых опытов и их обоснование 36
2.4. Методика наблюдений, учетов и анализов 39
3. Вариабельность абиотических факторов и реакция растений 42
3.1. Биоклиматические ресурсы и продуктивный потенциал 42
3.2. Густота посева и выживаемость растений 44
3.3. Зависимость сроков наступления укосов многолетних трав от теплового фактора 47
3.4. Линейный рост и продуктивность фотосинтеза растений 50
3.5. Изменение засоренности в фитоценозах многолетних трав в ротации севооборотов 58
4. Урожайность и энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в севооборотах 66
4.1. Формирование урожайности бобовых фитоценозов в зависимости от систем удобрений в севооборотах 66
4.2. Режим влажности почвы, накопление запасов продуктивной влаги и водопотребление многолетних трав 74
4.3. Биохимический состав и энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в зависимости от систем удобрений в севооборотах 79
4.4. Урожайность, белковая и энергетическая продуктивность многолетних трав в простых и сложных фитоценозах 84
5. Многолетние травы в биологизации севооборотов и их средообразующая роль в агроландшафтной экосистеме 91
5.1. Влияние многолетних трав на агрофизические свойства почвы... 91
5.2. Биологическая активность почвы под бобовыми фитоценозами в зависимости от систем удобрений в севооборотах 98
5.3. Продуктивность симбиотической фиксации азота в фитоценозах люцерны и эспарцета в севооборотах 103
5.4. Накопление фитомассы, отчуждение урожая и поступление органического вещества в почву 114
5.5. Прогноз гумусового баланса под культурами в ротации севооборотов... 119
6. Оценка экономической, агро- и биоэнергетической эффективности бобовых фитоценозов 123
6.1. Экономическая и эколого-экономическая эффективность 123
6.2. Агро- и биоэнергетическая эффективность бобовых фитоценозов в биологизации севооборотов 128
Выводы 135
Предложения производству 139
Список литературы 140
Приложение
- Бобоворизобиальный симбиоз и продуктивность симбиотиче-ской фиксации азота в бобовых фитоценозах
- Агроклиматические ресурсы и погодные условия в годы проведения полевых опытов
- Зависимость сроков наступления укосов многолетних трав от теплового фактора
- Режим влажности почвы, накопление запасов продуктивной влаги и водопотребление многолетних трав
Введение к работе
Актуальность темы. Реализация приоритетного национального проекта «Развитие животноводства» объективно ставит задачу по увеличению производства и улучшению качества кормов. В Средне-Волжском регионе -пашня основной источник кормовых ресурсов.
Характерной особенностью в использовании пахотных земель региона является острый дефицит органического вещества для компенсации потерь гумуса. Практически прекращено внесение органических удобрений на поля. Не удовлетворяются потребности растениеводства в минеральных удобрениях. На полях преобладает зерновая монокультура, что неизбежно ведет к нарастанию риска экологической напряженности и потерям урожая из-за сорных растений, численность которых зачастую превышает экономические пороги вредоносности.
Все это обуславливает необходимость изучения приемов эффективного использования бобовых фитоценозов в структуре посевных площадей как фактора биологизации земледелия, источника биологического азота и кормового белка.
Актуальность биологизации в том, чтобы придать земледелию энергоресурсосберегающий (устойчивый) характер развития.
Сущность биологизации севооборотов состоит, в частности, в обогащении почвы органическим веществом и укреплении энергетики почвенного покрова, вовлечении в земледелие ресурсов биологического азота бобовых растений посредством симбиотической фиксации его из атмосферы, в усилении конкурентоспособности полевых культур по отношению к сорному компоненту в фитоценозах, оптимизации фитосанитарного состояния посевов.
Изучение и практическое освоение приемов биологизации севооборотов в современных адаптивно-ландшафтных системах земледелия является актуальным.
Наши исследования выполнялись в соответствии с заданием Координационного Совета РАСХН по севооборотам: «Усовершенствовать систему полевых, кормовых и специализированных севооборотов» и являлись составной частью тематического плана научной работы Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии.
Цель исследований. Изучить эффективность факторов биологизации севооборотов с бобовыми фитоценозами и разработать приемы повышения их энергобелковой продуктивности.
Задачи исследований:
выявить закономерности формирования травостоев многолетних трав в зависимости от водно-теплового режима посевов;
оценить активность бобоворизобиального симбиоза люцерны и эспарцета и продуктивность азотфиксации в зависимости от систем удобрений;
изучить агрофизические показатели плодородия, режим влажности почвы и водопотребление многолетних трав в севооборотах;
изучить видовой состав и структуру сорного компонента полевых фитоценозов с многолетними травами, и изменение засоренности посевов в севооборотах;
выявить сравнительную урожайность и энергобелковую продуктивность бобовых в простых и сложных фитоценозах в зависимости от систем удобрений в ротации севооборотов;
выявить вклад бобовых и злаковых фитоценозов на разных фонах удобрений в накопление биогенных ресурсов плодородия чернозема выщелоченного;
дать экономическую, агро- и биоэнергетическую оценку эффективности биологизации севооборотов.
Научная новизна. Дано теоретическое обоснование продуктивности многолетних трав в зависимости от биоклиматических ресурсов региона. Изучены факторы формирования устойчиво продуктивных фитоценозов с
бобовыми и злаковыми компонентами в зернотравяных севооборотах с кострецом, люцерной и эспарцетом. Оценена продуктивность симбиотической фиксации азота люцерны и эспарцета. Получены данные урожайности, питательной ценности и энергобелковой продуктивности многолетних бобовых фитоценозов в простых и сложных их сочетаниях в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Оценены возделываемые культуры по накоплению биогенных ресурсов плодородия чернозема выщелоченного. Выявлено влияние культуры многолетних трав на показатели плодородия почвы и установлена их средообразующая роль в ротации севооборотов. Показано преимущество многолетних бобовых фитоценозов перед злаковыми и однолетними культурами по эколого-экономической, агро- и биоэнергетической эффективности биологизации севооборотов и накоплению кормовых ресурсов. Основные положения, выносимые на защиту:
Конкурентоспособность люцерны и костреца по отношению к сорному компоненту в фитоценозах. В севооборотах к концу третьего года жизни люцерны и костреца численность сорняков снижается на 94...99 %, а масса на 90...96 % от исходной засоренности.
Возделывание люцерны и эспарцета в севооборотах на фоне органо-минеральных систем удобрений на выщелоченном черноземе обеспечивает выход 5,19...6,75 т/га к.ед., 0,88...1,15 т/га переваримого протеина и 63,5...80,4 ГДж/га обменной энергии без затрат азотных удобрений. При этом вклад костреца: 4,87...5,21 т/га к.ед., 0,59...0,6 т/га переваримого протеина и 61,8...66,2 ГДж/га обменной энергии.
Бобоворизобиальный потенциал симбиотического азота на выщелоченном черноземе лесостепи Поволжья составляет у люцерны 194...289 кг/га, у эспарцета 139...164 кг/га, возрастая на фоне органомине-ральной системы удобрений с участием соломы.
Структура биогенных ресурсов бобовых и злаковых фитоценозов, воспроизводимых в ротации севооборотов, в регулировании режима органического вещества чернозема выщелоченного. При возделывании люцерны и
эспарцета за счет накопления пожнивно-корневых остатков обеспечивается расширенное воспроизводство органического вещества (+ 53...+301 кг/га), прогноз гумусового баланса под кострецом складывается практически бездефицитный (-6...-169 кг/га);
5. Ресурсосберегающая функция бобовых фитоценозов на основе эко-лого-экономической, агро- и биоэнергетической оценки в сравнении со злаковыми многолетними и однолетними культурами.
Практическая значимость. Практическое освоение комплекса приемов биологизации севооборотов с многолетними бобовыми и злаковыми фи-тоценозами наряду с накоплением ресурсов растительного белка позволит оптимизировать режим органического вещества выщелоченного чернозема и фитосанитарное состояние посевов с минимальными затратами техногенной энергии.
Результаты исследований используются в учебном процессе Ульяновской ГСХА и учебно-опытном хозяйстве академии.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований проходят производственную проверку на площади около 200 га и внедряются в ООО «Возрождение села» Мелекесского района Ульяновской области.
Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались и обсуждались на внутривузовских научных конференциях Ульяновской ГСХА (2004...2005 гг.), на научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, 2005), на II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования» (Самара, 2005), на Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2006).
По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах и состоит из введения, 6 глав, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. В работе содержится 34 таблицы, 26 ри-
сунков и 28 приложений. Список литературы включает 271 наименование, в том числе 16 зарубежных авторов.
Работа выполнена на кафедре земледелия, землеустройства и земельного кадастра ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» под научным руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора Морозова Владимира Ивановича с участием сотрудников кафедры, аспирантов и студентов - дипломников. Автор выражает искреннюю благодарность всем оказавшим помощь и поддержку в работе.
1. МНОГОЛЕТНИЕ БОБОВЫЕ ФИТОЦЕНОЗЫ В АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ
Бобоворизобиальный симбиоз и продуктивность симбиотиче-ской фиксации азота в бобовых фитоценозах
Экологическая устойчивость агроландшафтных экосистем и вопросы продуктивности сельскохозяйственных культур в агрономии имеют первостепенное значение, что связанно с необходимостью повышения интенсивности использования экологических ресурсов в растениеводческой отрасли и биологизацией земледелия (Прянишников Д.Н., 1945; Вильяме В.Р., 1951; Воробьев С.А., 1979; Кирюшин В.И., 1996; Лошаков В.Г. и др., 1986; 2004; Муха Д.В., Коптева К.В., 2006).
Среди факторов повышения почвенного плодородия и урожая сельскохозяйственных культур одним из важнейших является повышение доступности азота. Азот - основной биогенный элемент, один из компонентов белковой молекулы, который выступает незаменимым элементом развития жизни на Земле. (Тимирязев К.А., 1941; Прянишников Д.Н., 1945; Вильяме В.Р., 1951; Омелянский В.Л., 1953; Турчин В.Ф., 1956; Трепачев Е.П., 1970; Базилинская М.В., 1985 и др.). Заслуга в установлении фундаментальной роли азота в питании растений принадлежит Ж.-Б. Буссенго (1802 - 1887), который поставил этот элемент на первое место по воздействию на урожай. Его последователем в нашей стране был академик Д.Н. Прянишников (1945) который на основе анализа истории развития земледелия в Западной Европе убедительно показал, что «главным условием, определяющим среднюю высоту урожая, в разные эпохи была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом».
Многочисленные исследования подтвердили, что азот находиться в почве в первом минимуме. Поэтому практически во всех странах мира увеличение урожайности сельскохозяйственных культур связывают с улучшением азотного питания растений (Прянишников Д.Н., 1945; Тимирязев К.А., 1948; Вильяме В.Р., 1951; Омелянский В.Л., 1953; Турчин В.Ф., 1956; Трепа-чев Е.П., 1970; Базилинская М.В., 1985 и др.)
Д.Н. Прянишников в своем классическом труде «Азот в жизни растений и земледелии СССР» (1945) не случайно привел замечательные слова Шульце: «Если не говорить о воде, то именно азот является самым могущественным двигателем в процессах развития, роста и творчества природы. Его уловить, им овладеть - вот в чем ключ к экономике, подчинить себе его источник, бьющий с неистощимой энергией, - вот в чем тайна благосостояния».
Одним из источников азота в питании растений выступают минеральные удобрения, однако из-за диспаритета цен на сельскохозяйственную и промышленную продукцию азотные удобрения стали недоступными сельским товаропроизводителям. Потребности возделываемых культур в минеральном азоте в земледелии лесостепи Поволжья хронически не удовлетворяются.
К тому же интенсивная химизация, особенно применение высоких доз азотных удобрений, сопровождается ростом энергоемкости продукции растениеводства и оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Так или иначе, дефицит азотных удобрений является одной из причин замедления темпов роста урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшения качества продукции.
Эти обстоятельства вынуждают вести поиск альтернативных, энергоэкономных и экологически безопасных источников азота и накопления ресурсов растительного белка.
Экологическая сбалансированность в растениеводстве может быть достигнута только на основе изыскания естественных резервов увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур при одновременном повышении плодородия почвы, сохранении экологического равновесия в агроэкосисте-мах, снижении энерго- и ресурсозатрат на производство продукции растениеводства и улучшения ее качества (Вавилов П.П., Посыпанов Г.С., 1983; Посыпанов Г.С., 1991; Шпаков А.С. и др., 2001; Парахин Н.В., 2002; Иванов А.Л., Захаренко А.В., 2004; Лошаков В.Г. и др., 2004; Листопадов И.Н., Ди-денко С.А., 2006).
Поэтому биологическая фиксация азота является уникальной способностью живого организма, а повышение его доли участия в формировании урожая сельскохозяйственных культур является актуальной задачей на современном этапе развития земледелия.
Проблема повышения активности бобоворизобиального симбиоза диктуется экономическими и экологическими соображениями, то есть, экономией энергоресурсов и сохранением экологического равновесия в агроландшафтах.
Азот, поступающий в растение симбиотическим путем дешевле, чем накопленный за счет действия минеральных удобрений. Биологический азот более полно расходуется растениями, а, следовательно, он меньше, чем минеральный, загрязняет окружающую среду (Мишустин Е.Н., Черепков Н.И., 1982; Возняковская Ю.М., 1995; Епифанов B.C., 1996; Трепачев Е.П., 1999; Черников В.А., Чекерес А.И. и др., 2000; Streeter I.G., 1994).
Известно, что существует симбиотическая и несимбиотическая азот-фиксация. Непосредственное воздействие можно оказывать на продуктив ность симбиотической азотфиксации. Бобоворизобиальный симбиоз - это инфекция бобовых растений бактериями рода Rhizobium (Вавилов П.П., По-сыпанов Г.С., 1983). Клубеньковые бактерии из почвы проникают в клетки растущего корня, размножаясь, образуют клубеньки. На корнях эспарцета клубеньки образуются особым видом Rhizobium simplex, тогда как у люцерны Rhizobium meliloti.
По данным Г.С. Посыпанова (1985, 1991) для эффективного бобовори-зобиального симбиоза необходим определенный комплекс условий: оптимальная влажность почвы; достаточная аэрация; реакция среды и температура почвы, соответствующая требованиям биологии культуры; специфичный вирулентный активный штамм ризобий; достаточный уровень макро- и микроэлементов. При несоответствии любого из факторов требованиям симбио-тических систем биологическая азотфиксация резко снижается или совсем отсутствует (Доросинский Л.М., 1970; Посыпанов Г.С, 1985; 1991; Тре-пачев Е.П., 1999).
Многие ученые мира согласны с утверждением, что способность бобовых растений фиксировать азот воздуха является уникальным свойством живого организма. Исследованиям инфекционного процесса посвящено много работ (Мишустин Е.Н., 1975; 1985; Мишустин Е.Н. и др., 1966; Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. 1968; Шильникова В.К., Серова Е.Я., 1983; Умаров М.М., 1984; Умаров М.М. и др., 1985; Емцев В.Т., 1984; 1996; Посыпанов Г.С, 1985; 1991; Круглов Ю.В., 1991; Возняковская Ю.М., Курдюков Ю.Ф. и др., 1994; 1996; Трепачев Е.П., Ягодина М.С, 1991; Трепачев Е.П., 1999; Tippan-navar СМ., Rajashekara Е., Sreenivasa M.N., Yelamani А.Н., 1992; Jadhav R.S., 1994; Leung К., Wanjage F.N., Bottomley P.J., 1994 и другие).
Ценным источником азота и растительного белка в современном земледелии лесостепи Поволжья являются зернобобовые и многолетние бобовые травы. По данным П.П. Вавилова и Г.С. Посыпанова (1983), в Нечерноземной зоне за вегетацию количество фиксированного люцерной азота без полива может достигать 80 - 110 кг/га, а при орошении - 220 - 290 кг/га. По рас четам Е.П. Трепачева (1980), на втором году жизни люцерна синегибридная связывала 127,6 - 306,1 кг/га атмосферного азота в зависимости от кислотности почв.
Зернобобовые (горох, вика, соя и кормовые бобы) могут фиксировать за вегетацию 150 - 250 кг/га азота, а многолетние бобовые травы - более 300 кг/га. Причем после уборки зерновых бобовых культур в почве с корневыми и пожнивными остатками остается около 45-130 кг д. в. азота (Задорин А.Д., 2001), а многолетние бобовые травы оставляют 150 - 180 кг азота на 1 га (Епифанов B.C., 2000).
Агроклиматические ресурсы и погодные условия в годы проведения полевых опытов
Климат лесостепной зоны умеренно-континентальный с теплым летом и холодной зимой, с неравномерным распределением осадков в течение года. Среднегодовая температура воздуха варьирует в пределах +2,7...+3,8 С при средней температуре самого теплого месяца (июля) +20,3 С и самого холодного месяца (января) - 14,3С, а гидротермический коэффициент 0,8 - 1,0. Сумма активных температур выше 10 градусов достигает в зоне 2300 -2600С. Продолжительность безморозного периода составляет 130 - 150 дней, периода активной вегетации растений только 130 - 140 дней, периода со средней суточной температурой воздуха +10 С - 142 дня. Средняя дата последнего заморозка 14 мая, а первого - 22 сентября. Следует отметить, что продолжительность залегания устойчивого снежного покрова составляет 135 -140 дней и устанавливается обычно в конце второй декады ноября и сходит во второй декаде апреля.
По условиям увлажнения зона лесостепи Поволжья характеризуется неравномерным распределением осадков, как по периодам года, так и во время вегетационного периода. В среднем за год выпадает от 380 до 520 мм, в том числе за апрель - октябрь 260 - 310 мм. Коэффициент влагообеспечен-ности посевов - отношение общих запасов влаги и потребностей к ней, рассчитанный ПК. Кабановым и В.Г. Кастровым (1972, 1975), изменяется по годам. Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы к периоду посева составляют 150 - 200 мм. Количество суховейных дней за вегетационный период по годам колеблется в пределах 10-20 дней.
Наблюдения за погодными условиями в период проведения исследований проводились по данным Октябрьской метеостанции, расположенной в непосредственной близости от опытного поля Ульяновской ГСХА.
По данным Октябрьской метеостанции среднегодовая сумма осадков за 2004...2006 гг. составила 518 мм. За вегетационный период костреца в 2004 г выпало 281,3 мм осадков, люцерны - 281,3 мм, эспарцета 280,6 мм. В 2005 году в период от весеннего отрастания до второго укоса костреца второго года жизни сумма осадков составила 250,8 мм, третьего года жизни 246,0 мм, люцерны второго и третьего годов жизни 251,4 мм, за вегетационный период эспарцета второго и третьего годов жизни соответственно - 248,5 и 253,0 мм осадков. В 2006 году за период формирования укосов костреца, люцерны и эспарцета второго года жизни выпало соответственно 142,2; 176,7 и 194,7 мм, третьего года жизни соответственно 147,2; 194,7 и 205 мм (приложение. 1).
Сумма среднесуточных температур за период вегетации костреца второго года жизни по годам варьировала в пределах 1476,6...1727,2 С, люцерны- 1429,4...1733,8, эспарцета- 1658,8... 1882,6 С. Сумма температур за период формирования укосов костреца, люцерны и эспарцета третьего года жизни в 2005 и 2006 годах составила соответственно - 1663,5 и 1757,5С; 1781,5 и 1772,3; 1753,5 и 1913,6 С (приложение 1).
Для более полной характеристики погодных условий за годы проведения исследований мы воспользовались климаграммами, построенными по методу Н. Walter (1955). Климаграммы позволяют оценить степень сухости погоды за период вегетации. Это достигается выбором на графике масштаба, в соответствии с которым для каждого месяца указана среднесуточная температура воздуха в градусах Цельсия и среднемесячное количество осадков в миллиметрах.
Таким образом, в 2003 - 2006 годах, в течение которых проводились опыты, по характеру увлажненности в период вегетации были различными. По данным Октябрьского метеопоста 2003 и 2004 годы были достаточно увлажненными, гидротермический коэффициент равнялся соответственно 1,41 и 1,85. Следует отметить, что в июле 2004 года выпало 138,5 мм, при средне-многолетней норме 31,3 мм. В 2005 году наблюдался засушливый период в апреле и в сентябре, однако это не отразилось на росте и развитии многолетних трав (ГТК=1,45). 2006 год по характеру вегетационного периода был близок со среднемноголетними данными, а гидротермический коэффициент составил 0,97, при среднемноголетнем значении 0,96. 2.3. Схемы полевых опытов и их обоснование
Наиболее рациональной и эффективной системой удобрений является органоминеральная основанная на применении навоза. Внесение навоза является дорогостоящим мероприятием, поэтому его применение за последние 5 лет в хозяйствах Ульяновской области ограничивается на 1,5...3 % посевной площади. Это вызывает необходимость поиска альтернативных источников органических удобрений в виде соломы, сидератов, возделывания культур, которые обеспечивают наибольший выход пожнивно - корневых остат ков и обладающих способностью вовлечения симбиотического азота в хозяйственный круговорот биогенных ресурсов.
Навоз вносили в первые поля севооборотов, солому - после ее измельчения при обмолоте зерновых культур и гороха. Удобрения рассчитывались балансовым методом на запланированный урожай гороха - 25 ц/га зерна; вики 15 ц/га зерна; озимой пшеницы 30-35 ц/га зерна; яровой пшеницы 25 -30 ц/га; викоовсяной смеси на сидерат 200 ц/га зеленой массы; костреца, люцерны, эспарцета 250 ц/га зеленой массы.
Агротехника в опытах общепринятая для зоны, за исключением изучаемых приемов. Планируемая урожайность культур - 250 ц/га зеленой массы. В однокомпонентный посев костреца вносили Ns6P2oK2(b под остальные варианты РгоКго- Норма высева многолетних трав для одновидовых посевов при 100% посевной годности: люцерна посевная - 5 млн. шт. семян на 1 га; кострец безостый - 5 млн. шт. семян на 1 га; эспарцет песчаный - 5 млн. шт. семян на 1 га. В травосмесях норма высева составлялась из расчета 50% и 25% от полной числовой нормы каждого компонента в чистом виде.
Предполагается изучить урожайность и энергобелковую продуктивность простых и сложных фитоценозов, вклад укосов в общий урожай и сроки наступления укосной спелости чистых, бинарных и тройных смесей культур с целью создания зеленого и сырьевого конвейеров.
Исследования проводились по общепринятым методикам, изложенным в следующих изданиях: Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами, 1997; Практикум по земледелию, 1977, 1987; Методы изучения биологической фиксации азота воздуха (Посыпа-нов Г.С., 1991). В опытах проводились следующие наблюдения, учеты и анализы: 1. Фенологические наблюдения. (Методические указания..., 1997); 2. Линейный рост растений в динамике измеряли по фазам развития в 10 пунктах делянки в двух несмежных повторностях опыта (Методические указания..., 1997); 3. Густота стояния растений определялась путем подсчета в фазе всходов и перед уходом в зиму (Методические указания..., 1997); 4. Фотосинтетическая деятельность растений в посевах по методике А.А. Ничипоровича (1955,1961); 5. Наблюдение за динамикой формирования клубеньков на корнях бобовых трав (Посыпанов Г.С., 1991); 6. Продуктивность симбиотической фиксации азота методом сравнения с небобовой культурой (Посыпанов Г.С, 1991); 7. Засорённость посевов, количественно-весовым методом (Доспехов Б.А. и др., 1977); 8. Плотность сложения почвы по слоям 0-10; 10 - 20 и 20 - 30 см; 9. Структурно-агрегатный состав пахотного слоя перед посевом, в конце вегетации и после уборки многолетних трав по слоям 0 - 10,10 - 20 и 20 -30 см по методу Н.И. Саввинова; 10. Влажность почвы в динамике по слоям через каждые 10 см термостатно-весовым методом (Доспехов Б.А. и др., 1977; 1987) на всех делянках опыта; 11. Биологическая активность почвы определялась по интенсивности распада целлюлозы; 12. Учет урожая зеленой массы и сухого вещества многолетних трав проводили методом учетных площадок (Методические указания..., 1997); 13. Определение массы пожнивных и корневых остатков после уборки многолетних трав проводили по методу Станкова Н.З. (1964); 14. Уборка и учет урожая яровой пшеницы и гороха методом сплошного обмолота (Доспехов Б. А., 1977); 13. Определение качества продукции: сырая зола - путем сухого озоления растительного материала; общий азот - по методу Кьельдаля; сырая клетчатка - по методу Геннеберга и Штомана; безазотистые экстрактивные вещества - расчетным путем; РОССИЙСКАЯ і ГОСУДАРСТВЕННАЯ I БИБЛИОТЕКА сырой жир - по методу Сокслета. 14. Математическая обработка данных методом дисперсионного и корреляционно-регрессионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) на ПЭВМ; 15. Расчет экономической эффективности проводился на основании технологических карт, агро- и биоэнергетической оценки в соответствии с методикой Е.И. Базарова и др., 1983; В.В. Коринца и др., 1985 и Г.И. Рабочева и др., 2005.
Зависимость сроков наступления укосов многолетних трав от теплового фактора
Вегетационный период - важнейшее экологическое свойство, которое определяется реакцией сорта на факторы температуры, влаги и света (Вавилов Н.И., 1957). Многие ученые указывают на прямую связь роста и развития растений с абиотическими факторами (Тарковский М.И., 1974; Лу-пашкуМ.Ф., 1988).
В наших исследованиях системы удобрений не оказывали влияния на наступление укосной спелости многолетних трав. Отмечены существенные различия наступления укосной спелости у люцерны, эспарцета и костреца и варьирование по годам в зависимости от водно-теплового режима посевов.
Оптимальный срок укосной спелости по данным многочисленных исследований начало колошения для злаковых и начало цветения для бобовых трав. Нами установлено, что наступление этих фаз у изучаемых культур отмечается при сумме положительных температур костреца (первый укос) -517...699 С, люцерны - 676...852 С и эспарцета - 642...817 С, соответственно на 41...47 день, 51...56 день и - 49...53 день. Те же фазы вегетации отавы наступали у костреца при сумме положительных температур 960...1082 С, люцерны - 753...947 и эспарцета - 936...1108 С или соответственно на 47...57 день, 37...47, эспарцета 49...58 день, что характеризует биологическую потребность культур в тепле и определяет сроки наступления укосной спелости и начало уборки.
Среднее 45 52 55 44 52 54 Длительность формирования урожая второго укоса костреца по отношению к первому в среднем на 7 дней продолжительнее. Продолжительность формирования урожая отавы эспарцета возросла на 1...2 дня по отношению основному.
Нами методом корреляционно-регрессионного анализа установлены закономерности наступления укосов многолетних трав в зависимости от температурного фактора. При повышении среднесуточной температуры, что происходит в засушливые годы, сумма положительных температур за межукосные периоды многолетних трав резко сокращалась, а в прохладные увлажненные годы она увеличивалась. Отсюда установлена обратная связь продолжительности межукосных периодов многолетних трав со среднесуточной температурой (- 0,154 г -0,884) и позитивная связь с суммой положительных температур (0,669 г 0,963).
С повышением среднесуточной температуры сокращается продолжительность формирования укосов многолетних трав, как первого, так и второго. С уменьшением среднесуточной температуры темпы развития растений замедляются, продолжительность вегетации возрастает. Уравнения регрессии, представленные в таблице 7, позволяют рассчитать число дней от фазы отрастания многолетних трав до укосной спелости.
Эспарцет 1 0,774 у=-1,7617х+78,788[5] 0,669 y=0,0149xi+39,588flll 0,288 у=-1,1305х+80,546[6] 0,863 у=0,0454х,+6,2954 [12] Установление связи между продолжительностью формирования травостоев многолетних трав с температурным режимом показывает, что кострец, люцерна и эспарцет на протяжении вегетации активно приспосабливаются к экологическим условиям произрастания, что свидетельствует о их реакции на изменения водно-теплового режима посевов. Этот факт указывает на их высокую устойчивость к абиотическим факторам, высокий адаптивный потенциал и средообразуюшую роль агроландшафтных экосистем.
Таким образом, установлена обратная связь межукосных периодов со среднесуточной температурой и позитивная с суммой положительных температур. Продолжительность формирования укосной спелости первого и второго укоса костреца, люцерны и эспарцета можно рассчитать по уравнениям [1...12], которые можно рекомендовать в сельскохозяйственном производстве для прогнозирования сроков уборки.
Многие ученые, изучавшие биометрию многолетних трав отмечали, что рост растений и высота стебля зависит от погодных условий и технологии возделывания (Дронова Т.Н., 1989; Снеговой B.C., Бажов В.М., 1989 и др; Васин В.Г. и др., 1999; Толпекин А.А., 2002; Васин А.В., Брагин А.А., 2004; Зудилин С.Н., 2005; Martin В., 1987).
Одним из показателей реакции растений на условия выращивания и приемы возделывания является линейный рост растений. Как показали наши исследования характер линейного роста, связанный с увеличением размеров и массы растений, имеет свои особенности у каждой из изучаемых культур. Интенсивность ростовых процессов и накопление биомассы были неодинаковы у разных культур, и они изменяются и по годам в зависимости от абиотических факторов.
Наиболее интенсивно ростовые процессы костреца второго года жизни происходили в период от фазы трубкования до выметывания соответственно по первому и второму вариантам удобрений 3,23 и 3,66 см в сутки. В среднем при формировании первого укоса среднесуточные приросты составили 2,22...2,23 см. Наибольшая высота растений костреца второго года жизни отмечалась в фазу выметывания - 107 см (табл.8).
Учеты показали, что максимальная высота растений люцерны второго года жизни была достигнута к первому укосу 78 см (навоз + NPK) и 76 см (солома + NPK). Наибольшая интенсивность ростовых процессов отмечена от фазы бутонизации до начала цветения - 3,6 см по первой системе удобрений и 3,45 см по второй. Среднесуточные приросты за период формирования урожая первого укоса составляли - 1,3 см.
Высота растений эспарцета второго года жизни к первому укосу достигала 76 см. Среднесуточный прирост от фазы бутонизации до фазы начала цветения составил - 2,86...3,08 см., в среднем за период формирования первого укоса -1,35 см.
Высота растений третьего года жизни увеличилась по сревнению со вторым годом, но темпы среднесуточных приростов отличались незначительно, что связанно с удлинением межукосного периода травостоя третьего года жизни. Так высота растений костреца третьего года жизни к первому укосу достигала 110... 111 см, а прирост составил 2,20...2,22 см в сутки, растений люцерны - 79 см, при суточном приросте 1,22 см, эспарцета соответственно 82...80 см и 1,44...1,42 см.
Условия водно-теплового режима фитоценозов оказывают решающее влияние на интенсивность роста растений и, следовательно, накопление урожая. Проведенный корреляционно-регрессионного анализ показал прямую связь высоты растений многолетних трав с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы и с суммарным расходом воды (табл. 9).
Режим влажности почвы, накопление запасов продуктивной влаги и водопотребление многолетних трав
Ресурсы продуктивной влаги самый динамичный и мобильный фактор почвенного плодородия. «По размерам потребления и заботам, которые проявляет земледелец, воде принадлежит первое место» (Дояренко А.Г., 1966). Дефицит продуктивной влаги в почве из-за отсутствия осадков, засух и суховеев парализует рост и развитие растений, снижая уровень урожайности. Изучением засух и аспектами их преодоления занимались Г.Н. Высоцкий, 1933; В.Р. Вильяме, 1947; К.А. Тимирязев, 1957, К.Г. Шульмейстер, 1995. Вопросу увеличения запасов продуктивной влаги, улучшения водного режима и повышения влагообеспеченности культур посвящены работы А.А. Роде, 1969; A.M. Вялого, 1971; П.Г. Кабанова, В.Г. Кастрова, 1972; В.И. Морозова, М.И. Подсевалова, 1981; Н.С. Немцева, 2000.
В наших опытах размеры потребления почвенной влаги в посевах многолетних трав определялись биологическими особенностями культур, запасами продуктивной влаги в почве, количеством осадков, тепла и продолжительностью вегетационного периода (табл.19).
Ко второму укосу многолетних трав на третьем году жизни запасы влаги уменьшались по сравнению со вторым годом. Увеличение листовой по верхности, роста стебля в высоту обуславливают высокую потребность в воде, поэтому происходит высыхание метрового слоя на третий год жизни.
Суммарное водопотребление многолетних трав зависело от влагозарядки почвы в период весеннего отрастания и количества осадков за вегетацию. Суммарный расход влаги в посевах люцерны второго года жизни в зависимости от систем удобрений составлял от 252,4...249,3 мм в 2006 году до 369,4...375,4 мм в 2004 году. В посевах эспарцета соответственно от 264,8...276,7 до 354,2...358,4 мм и костреца от 227,8...222,4 мм до 337,5...345,5 мм. Суммарное водопотребление посевов многолетних трав третьего года жизни значительно не отличалось от трав предыдущего года.
Наибольший расход влаги на 1 т сухой биомассы люцерны второго года жизни наблюдался в 2005 году соответственно по первому и второму ва-риантам удобрений 546...581 м , наименьший в 2006 году 311...320 м/т. В посевах костреца коэффициент водопотребления составлял по вариантам удобрений в 2004 г. - 471...496 м3/т, в 2005 г. - 573...549 и в 2006 г. -364...330, эспарцета соответственно 537...515, 677...646 и 406...396 м /т.
По затратам влаги на формирование урожая можно судить об адаптивном потенциале растений к абиотическим факторам и экологической устойчивости. В этом отношении люцерна и кострец по отношению к эспарцету эффективнее использовали ресурсы влаги.
Формирование урожая осуществляется как за счет почвенных ресурсов влаги, так и за счет атмосферных осадков выпавших в период вегетации. Долевое участие этих двух источников влаги по годам неодинаковое. Следует отметить, что в 2004 году на формирование первого укоса растения потребляли в основном почвенную влагу. В посевах костреца 62,1 ...61,7 от % общего расхода влаги пришлось на ее почвенные запасы, люцерны 59,3...59,2 и эспарцета 60,7...60,7 %. Однако, на формирование второго укоса все ресурсы влаги посевы получали с атмосферными осадками - 100% (приложение 8).
В 2005 году в период формирования урожая первого укоса костреца на 65,5...65,3 % от всей потребляемой воды приходилось на почвенную влагу, а в посевах люцерны 45,9...48 % и эспарцета лишь 44...46,9 %. В формировании урожая второго укоса доля атмосферных осадков составила от 88,1 до 100%.
В 2006 году, который был менее увлажненный, доля почвенной влаги в формировании урожая первого укоса костреца составляла - 53,4...52,6 %, люцерны - 42,3...40,1 % и эспарцета - 39,2...41,3 % от суммарного расхода воды. В среднем за годы исследований на формирование урожая первого укоса костреца по первой и второй вариантам удобрений из почвы использовалось 76,8...80,8 мм влаги, что составляло 54,7...55,6 % от суммарного водо-потребления, в посевах люцерны соответственно 75,7...74,8 мм и 44,2...43,7 %, эспарцета 67...69,7 мм и 41,6...42,6 % (табл. 20).
Таблица - 20 - Использование продуктивной влаги многолетними травами за счет почвенных запасов и осадков (2004...2006 гг.)
В формировании урожая второго укоса костреца в зависимости от систем удобрений использовалось 139,6...141,6 мм атмосферных осадков или 92...91,9 % от общего расхода влаги, в посевах люцерны соот ветственно 129,4...129,4 мм 93,4...93,1 % и эспарцета 127,7...131,1 мм или 92,5...91,9%.
Уравнения регрессии, приведенные в таблице 22, характеризуют количественную зависимость продуктивности культур от суммы осадков и температурного режима. Осадки позитивно влияют на уровень урожайности многолетних трав (0,478 г 0,716), особенно второго укоса (0,653 г 0,716).
Таким образом, формирование урожая многолетних трав происходит под действием абиотических факторов, где решающее значение имеет содержание продуктивной влаги в метровом слое и сумма осадков за периоды формирования укосов. Наиболее отзывчивой культурой на увлажнение почвы является люцерна, на втором месте кострец и на третьем эспарцет, поэтому следует наиболее полно обеспечивать почвы многолетних трав ресурсами влаги за счет технологий.
Водопотребление многолетних трав определяется продолжительностью формирования укосной спелости, условиями увлажнения и температурным фактором. В увлажненные периоды суммарный расход влаги на единицу урожая больше чем умеренно увлаженные и засушливые. Формирование урожая первого укоса примерно в равной степени происходит за счет весенней влагозарядки почвы и атмосферных осадков, а в формировании урожая второго укоса в основном используются атмосферные осадки.
Как и следовало ожидать большей белковостью характеризовались бобовые культуры - горох, люцерна и эспарцет. Белковость бобовых растений генотипический признак, который определяется всем комплексом наследственных свойств конкретного вида и сорта растений. Отсюда приемы возделывания бобовых культур должны быть подчинены задаче максимального накопления белка и увеличения сбора его с единицы площади.
![Перекисное окисление липидов и содержание катионных белков при лечении хронического уретрогенного простатита лазеромагнитоэлектростимуляцией [Электронный ресурс]](/i/i/4374/195450.png "Перекисное окисление липидов и содержание катионных белков при лечении хронического уретрогенного простатита лазеромагнитоэлектростимуляцией [Электронный ресурс] Леонтьев Игорь Геннадьевич")
![Адреналинзависимая регуляция экспрессии белков теплового шока 70 кДа в лимфоидных клетках [Электронный ресурс]](/i/i/4357/199767.png "Адреналинзависимая регуляция экспрессии белков теплового шока 70 кДа в лимфоидных клетках [Электронный ресурс] Мурашко Дмитрий Александрович")
![Клинико-диагностическое значение исследований провоспалительных цитокинов и железосодержащих белков при внебольничной пневмонии у лиц пожилого возраста [Электронный ресурс]](/i/i/4452/200643.png "Клинико-диагностическое значение исследований провоспалительных цитокинов и железосодержащих белков при внебольничной пневмонии у лиц пожилого возраста [Электронный ресурс] Шелепова Татьяна Николаевна")