Введение к работе
Актуальность исследований. Увеличение производства кормов, улучшение их качества и энергонасыщенности в настоящее время является важнейшей задачей сельского хозяйства Среднего Поволжья.
Роль полноценного кормления в продуктивности животных составляет 55-60%, недостаток в рационах обменной энергии, белка, сахара и жира на 15-20% ведет к недоиспользованию их энергетического потенциала на 30-50%, увеличению неэффективных затрат кормовых ресурсов на 25-30% и повышению себестоимости продукции на 30-40% (Косолапов В.М., 2009).
В настоящее время в целом по стране дефицит сырого протеина в зернофураже составляет 1,68 млн. т или 37% от потребности. Низкими показателями качества отличаются объёмистые корма. При заготовке растительного сырья доля бобово-злаковых смесей составляет всего 52%, вследствие чего в сене и силосе содержится менее 10% сырого протеина, в сенаже – 12%, что значительно (на 20-40%) ниже нормы. В 1 кг сухого вещества содержится 8,4-8,6 МДж обменной энергии, что на 20-30% ниже нормы (ВНИИ кормов, 2008).
В связи с этим важнейшим условием ликвидации дефицита белка и доведения содержания сырого протеина до 13-14 %, а обменной энергии до 10-11 МДж на 1 кг сухого вещества является повышение качества кормов.
Важное значение приобретает поиск научно обоснованных способов сокращения дефицита кормов, сбалансированных по белку и сахарам, организация адаптивного кормопроизводства за счет увеличения удельного веса бобовых трав с повышенной азотфиксацией, которые наиболее полно используют биоклиматические ресурсы региона и обеспечивают получение не менее 1,5 т белка с 1 га, содержания скота на культурных высокопродуктивных пастбищах, значительного расширения посевных площадей под зернобобовыми культурами с использованием ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий возделывания.
При современном состоянии сельского хозяйства России существенную долю в структуре сельскохозяйственных угодий занимают временно неиспользуемые и эрозионно-опасные земли. Склоновые эродированные и эрозионно-опасные земли занимают в разных подзонах лесостепи Поволжья от 50 до 60 и более процентов пашни. Площадь эродированных почв в Пензенской области составляет 635,4 тыс. га или 21,2%, в том числе пашни 531,1 тыс. га (17,7%), эрозионно-опасных земель – 924,6 тыс. га или 30,9% от площади сельскохозяйственных угодий.
Для предотвращения дальнейшей деградации таких земель необходимо разработать технологии их консервации и восстановления плодородия. Возделывание многолетних трав – наиболее эффективный способ сохранения и повышения плодородия почвы. Однако с учетом большого разнообразия компонентов агроландшафтов (склоны различной экспозиции, состав почв, их кислотность, микроклимат и т.д.) требующих восстановления, необходимо использовать различные виды многолетних трав или создавать сложные агрофитоценозы. Такой способ консервации и восстановления деградированных почв предполагает и возможность использования получаемой продукции на кормовые цели.
Диссертационная работа является частью исследований плана научно-исследовательских работ ГНУ Пензенский НИИСХ Россельхозакадемии: (№ государственной регистрации 01.200.1 15297) «Семенная продуктивность многолетних бобовых трав при различных технологиях возделывания в условиях лесостепной зоны Поволжья»; (№ государственной регистрации 01.9.80 005696) «Разработать ресурсосберегающую, экологически безопасную зональную технологию возделывания кормовых бобов на основе обработки семян, посевов микроэлементами и стимуляторами роста, создания смешанных посевов с зерновыми культурами, предуборочной обработки посевов десикантами»; (№ государственной регистрации 01.200.1 15293) «Создать долголетние самовозобновляющиеся ценозы пастбищного типа для условий лесостепи Поволжья».
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании формирования высокопродуктивных агрофитоценозов многолетних трав для сенокосного, пастбищного использования, залужения временно неиспользуемых и эрозионно-опасных земель, однолетних кормовых культур, разработке и совершенствовании технологий их выращивания, обеспечивающих стабилизацию кормовой базы и биологизацию земледелия в лесостепи Среднего Поволжья.
Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:
определить трансформацию ботанического состава травостоя и ценотическую активность многолетних трав в смешанных травостоях в зависимости от набора компонентов, их соотношения, минерального питания;
определить продуктивность, энергетическую и питательную ценность многолетних трав в зависимости от компонентов, норм высева, фона питания, экспозиции склоновых земель;
установить оптимальные нормы высева и фон минерального питания при возделывании многолетних бобовых трав на кормовые цели и семена;
выявить влияние минеральных удобрений, микроэлементов и регуляторов роста на кормовую и семенную продуктивность козлятника восточного;
разработать основные приемы адаптивной ресурсосберегающей технологии возделывания кормовых бобов, обеспечивающих создание высокопродуктивных и экологически устойчивых агрофитоценозов;
изучить влияние приемов агротехнологии на формирование симбиотического аппарата, показатели фотосинтетической активности многолетних и однолетних кормовых культур;
установить влияние набора и соотношения компонентов многолетних и однолетних агрофитоценозов на конкурентную способность и биологическую эффективность возделываемых смесей;
выявить влияние многолетних и однолетних кормовых культур на накопление корневой массы и элементов питания в пахотном слое почвы и агрофизические свойства чернозема выщелоченного;
дать агроэнергетическую и экономическую оценку эффективности приемов адаптивной ресурсосберегающей технологии возделывания многолетних и однолетних кормовых культур.
Научная новизна. В результате многолетних исследований на основе учета агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей растений разработаны теоретические и практические основы формирования высокопродуктивных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур в лесостепи Среднего Поволжья.
Установлены высокопродуктивные многолетние фитоценозы для пастбищного использования. Подобраны смеси многолетних трав для залужения временно неиспользуемых и эрозионно-опасных земель. Разработаны основные приёмы технологии возделывания новых сортов многолетних бобовых трав. Изучено формирование и активность фотосинтетического и симбиотического аппарата козлятника восточного и кормовых бобов в зависимости от приемов возделывания. Установлены коэффициенты конкурентной способности и биологической эффективности многолетних и однолетних смесей.
Разработаны приемы возделывания и управления продукционным процессом кормовых бобов: подбор адаптированных сортов, оптимальные способы посева, нормы высева, фон бактериального и минерального питания, применение регуляторов роста и микроудобрений для обработки семян и некорневой подкормки растений, предуборочная обработка посевов десикантами, создание смешанных посевов с зерновыми и кормовыми культурами с целью получения высококачественной продукции при наименьших затратах материальных и энергетических ресурсов.
Выявлена положительная роль многолетних и однолетних кормовых культур в накоплении элементов питания в корневой массе пахотного слоя, установлено их влияние на улучшение агрофизических свойств чернозёма выщелоченного.
Дано агроэнергетическое и экономическое обоснование эффективности приемов адаптивной технологии возделывания многолетних и однолетних кормовых культур.
Основные положения, выносимые на защиту:
агроэкологические и биологические основы формирования высокопродуктивных агрофитоценозов кормовых культур в лесостепи Среднего Поволжья;
адаптивные ресурсосберегающие технологии возделывания многолетних и однолетних культур;
формирование симбиотической и фотосинтетической деятельности козлятника восточного и кормовых бобов;
обоснование формирования продукционного процесса кормовых бобов путём подбора наиболее адаптированных сортов, оптимальных способов посева, норм высева, фонов бактериального и минерального питания, применения регуляторов роста и микроудобрений для обработки семян и некорневой подкормки растений, предуборочная обработка посевов десикантами;
особенности формирования смешанных агрофитоценозов однолетних культур с участием биологически разнотипных культур;
влияние кормовых культур на накопление корневой массы и элементов питания в пахотном слое и агрофизические свойства чернозёма выщелоченного;
агроэнергетическая и экономическая оценка приемов адаптивной ресурсосберегающей технологии возделывания многолетних и однолетних кормовых культур.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследований. На основании многолетних исследований производству рекомендованы приёмы создания долголетних пастбищных смесей, обеспечивающих получение с гектара 5,4-8,1 т кормовых единиц, 0,8-1,8 т протеина и 50-85 ГДж обменной энергии. На эрозионно-опасных землях с целью предотвращения дальнейшей деградации почв, консервации временно неиспользуемых земель рекомендуются смеси многолетних трав, обеспечивающие за 5 лет пользования снижение объёмной массы почвы с 1,18 до 1,14 г/см3, увеличение общей скважности – с 51,6 до 55,5%, при высокой ценотической активности культурных видов – 66-74%.
Разработанные приёмы технологии возделывания новых сортов многолетних бобовых трав при возделывании на кормовые цели обеспечивают получение 6,6-7,3 т/га сухого вещества, 5,7-6,0 т/га кормовых единиц и 0,8-1,2 т/га переваримого протеина; на семена – 0,72 т/га эспарцета песчаного, 0,37-0,42 т/га козлятника восточного, 0,19-0,22 т/га люцерны.
Применение рекомендуемых приемов технологии возделывания козлятника восточного сорта Гале позволяет получать 11,6-12,7 т/га сухого вещества, 8,8-9,7 т/га кормовых единиц, 1,5-1,8 т/га переваримого протеина, 0,66-0,75 т/га семян козлятника. За счет симбиотической азотфиксации экономиться 0,8-0,9 т/га азотных удобрений.
Применительно к местным почвенно-климатическим условиям определены наиболее адаптированные сорта кормовых бобов зернового направления (Пензенские 16, Мария и Узуновские) и сенажного (Пензенские 16 и Узуновские), способных формировать 7,1-7,2 т/га сухого вещества и 2,24-2,28 т/га зерна. Внедрение разработанных приемов возделывания кормовых бобов обеспечивает получение урожая высококачественного зерна – 2,94-4,1 т/га, сухого вещества – 9,6-9,8 т/га. Применение пектина, эпина и гумата К/Na с микроэлементами для обработки семян и подкормки растений в фазы бутонизации и цветения обеспечивает повышение урожайности кормовых бобов на 1,54-1,90 т/га сухого вещества, зерна – 0,39-0,64 т/га, содержание протеина – 1,47-2,32%.
Разработанные ресурсосберегающие приемы технологии возделывания культур обеспечивают биологизацию и экологизацию полевого и лугового кормопроизводства, воспроизводство плодородия почвы, экономию материально-технических средств и получение высококачественной продукции.
Разработаны, апробированы в производственных условиях и внедрены в хозяйствах Пензенской области. Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству: Советы хлеборобам (рекомендации к весеннему севу 2001 года) (Пенза, 2001); Рекомендации по проведению весенне-полевых работ (Пенза, 2002); Краткий справочник агронома (Пенза, 2002); «Концепция развития кормопроизводства Пензенской области на период 2010-2015 гг.» (Пенза, 2004); Возделывание кормовых бобов в Пензенской области: Практическое руководство (Пенза, 2005).
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на ежегодных отчётах ГНУ Пензенский НИИСХ (2002-2010 гг.); Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2001, Пущино, 2007); «Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур) (Пенза, 2002, 2003, 2004, 2008); «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Ульяновск, 2002); «Экологические аспекты интенсификации сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2002); «Инновационные технологии в сельском хозяйстве» (Пенза, 2006); «Биологизация земледелия в Нечернозёмной зоне России» (Брянск, 2006); «Селекция и семеноводство полевых культур» (Воронеж, 2007); «Научные основы семеноводства и агротехнологий сельскохозяйственных культур в условиях Евро-Северо-Востока РФ» (Саранск, 2007); «Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии получения сельскохозяйственной продукции» (Саранск, 2007); «Агроэкологическое производство сельскохозяйственной продукции» (Пенза, 2007); «Повышение эффективности растениеводства и животноводства – путь к рентабельному производству» (Казань, 2008); «Повышение устойчивости производства сельскохозяйственных культур в современных условиях» (Орёл, 2008); «Производство растениеводческой продукции: резервы снижения затрат и повышения качества» (Минск, 2008); «Экологические функции агрохимии в современном земледелии» (Москва, 2008); Съезд общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); «Повышение эффективности использования земель сельскохозяйственного назначения» (Пенза, 2009); «К 100-летию Пензенского научно-исследовательского института сельского хозяйства» (Пенза, 2009); «Эрозия почвы: Проблемы и пути повышения эффективности растениеводства» (Ульяновск, 2009); «Научное обеспечение АПК Евро-Северо-Востока России» (Саранск, 2010); «Инновационные разработки молодых учёных – АПК России» (Казань, 2010); «Зональные особенности научного обеспечения сельскохозяйственного производства» (Саратов, 2010); «Перспективные технологии для современного сельскохозяйственного производства» (Ульяновск, 2010).
Под руководством автора защищены две кандидатские работы.
Публикация в печати. Автором опубликовано 80 научных работ, в том числе по материалам диссертации 71 научная работа, из них 11 статей в изданиях по перечню ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Обзор научной литературы совмещен с изложением и обсуждением собственных экспериментальных данных. Диссертация состоит из введения, 9 глав, выводов и рекомендаций производству. Работа изложена на 288 страницах компьютерного текста, содержит 92 таблицы, 34 рисунка и 156 приложений. Список литературы включает 672 источника, в том числе 54 иностранных авторов.
Все экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно и в совместных опытах с сотрудниками ГНУ Пензенский НИИСХ: ст. научными сотрудниками, канд. с.-х. наук Епифановой И.В., Бакуловой И.В., аспирантами Мухиной Г.А., Кшникаткиным П.С., Потехиным С.А. Всем выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе.
Выражаю глубокую благодарность и признательность А.Н. Кшникаткиной, научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук, профессору, Заслуженному работнику сельского хозяйства РФ за неоценимую помощь в процессе выполнения и завершения работы над диссертацией.
