Агробиологическое обоснование формирования высокопродуктивных смешанных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур в лесостепи Среднего Поволжья

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Специальность 06.01.09 - Растениеводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Тема:

Агробиологическое обоснование формирования высокопродуктивных смешанных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур в лесостепи Среднего Поволжья

Варламов В.А.

Пенза - 2008

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» на кафедре кормления сельскохозяйственных животных и кормопроизводства

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный работник сельского хозяйства РФ Кшникаткина Анна Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Епифанов Василий Степанович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дулов Михаил Иванович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Еряшев Александр Павлович

Ведущее предприятие: ГНУ «Поволжский НИИ селекции и семеноводства имени П.Н. Константинова»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия»

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук В.А. Гущина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем сельского хозяйства Среднего Поволжья является увеличение производства кормов, улучшение их качества и энергонасыщенности. Развитие животноводства и повышение его продуктивности сдерживается не столько недостатком кормов, сколько несбалансированностью их по белку и сахару, что является причиной значительного перерасхода кормов и повышенными затратами на единицу животноводческой продукции.

В связи с этим возникает необходимость поиска научно обоснованных путей сокращения дефицита кормов, сбалансированных по сахаро-протеиновому отношению. Важное значение приобретает организация адаптивного кормопроизводства на основе создания высокопродуктивных смешанных агрофитоценозов путем подбора культур и интродукции новых видов, которые наиболее полно используют биоклиматические ресурсы зоны.

Решать данную проблему следует путем возделывания смешанных агрофитоценозов, которые позволяют обеспечить не только высокие и устойчивые урожаи высококачественной зеленой массы, но и получать неполегаемый травостой и создавать благоприятные условия для последующих культур севооборота.

Из многочисленных факторов эффективности смешанных агрофитоценозов, влияющих на величину и качество урожая зеленой массы является подбор компонентов, их соотношение, способы посева и сроки уборки смесей, состоящих из биологически разнотипных культур, требуют дальнейшего изучения и постоянного совершенствования.

Цель исследований заключалась в научно-теоретическом обосновании создания и использования различных по видовому составу смешанных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур, обеспечивающих стабилизацию кормовой базы и биологизацию земледелия в лесостепи Среднего Поволжья.

Программой исследований предусматривалось решение следующих задач:

· выявить особенности формирования урожая однолетних и многолетних культур в одновидовых агрофитоценозах;

· определить продуктивность, энергетическую и питательную ценность многолетних и однолетних кормовых культур при возделывании в одновидовых и смешанных посевах;

· определить трансформацию ботанического состава травостоя и ценотическую активность многолетних трав в смешанных травостоях в зависимости от набора компонентов, их соотношения, способов посева, сроков уборки и продолжительности пользования;

· установить влияние соотношения и набора компонентов агрофитоценоза, способа посева и сроков уборки на конкурентную способность и биологическую эффективность возделывания смесей;

· изучить влияние минеральных удобрений на симбиотическую, фотосинтетическую активность и продуктивность многолетних бобовых трав;

· определить влияние видового, возрастного состава травостоя на питательную ценность корма;

· изучить влияние травосмесей различного видового состава на накопление корневой массы и элементов питания в пахотном слое почвы и агрофизические свойства чернозема выщелоченного;

· изучить особенности формирования продуктивности яровой пшеницы, возделываемой по пласту козлятниково-кострецовой травосмеси;

· дать биоэнергетическую и экономическую оценку изучаемым приемам формирования и использования смешанных агрофитоценозов 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, состоящих из биологически разнотипных культур.

Впервые установлены коэффициенты конкурентной способности и биологической эффективности многолетних и однолетних смесей в условиях лесостепи Среднего Поволжья. На основе корреляционно-регрессионного анализа определены закономерности формирования устойчиво продуктивных смешанных травостоев. Доказана положительная роль бобового компонента агрофитоценоза в повышении его устойчивости и продуктивности. Обоснована эффективность тройных смесей с оптимальным пространственным размещением компонентов. Установлены закономерности влияния минеральных удобрений на ботанический состав многолетней смеси, ее питательную ценность и продуктивность. Изучены особенности формирования облиственности растений многолетних трав и их смесей в зависимости от способа посева и набора компонентов.

Выявлена положительная роль многолетних смесей в накоплении элементов питания в корневой массе пахотного слоя почвы. Установлено влияние травосмесей на улучшение агрофизических свойств чернозема выщелоченного. Изучено влияние козлятниково-кострецовой смеси как предшественника на продукционный процесс, урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы.

Дано биоэнергетическое и экономическое обоснование эффективности возделывания многолетних и однолетних трав и их смесей.

Основные положения, выносимые на защиту:

· агробиологическая оценка однолетних и многолетних кормовых культур;

· особенности формирования смешанных агрофитоценозов с участием биологически разнотипных культур в зависимости от степени насыщения посева отдельными из них;

· принципы конструирования смешанных агрофитоценозов в зависимости от продуктивности и качества урожая;

· роль бобово-злаковых агроценозов как предшественников в улучшении агрофизических свойств чернозема выщелоченного и повышении урожайности последующей культуры;

· биоэнергетическая и экономическая оценка возделывания смешанных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур.

Практическая ценность работы и реализация ее результатов. На основании результатов исследований разработаны, апробированы в производственных условиях и внедрены в хозяйствах Пензенской области травосмеси козлятника восточного с кострецом безостым и овсяницей тростниковой, обеспечивающие получение с гектара 5,7-6,4 т кормовых единиц и 1,1-1,3 т перевариваемого протеина.

Рекомендованы производству высокопродуктивные смешанные агрофитоценозы традиционных и новых многолетних и однолетних кормовых культур (свербига + козлятник + кострец, ячмень + пелюшка), обеспечивающие получение с гектара 23,60 и 4,56 т кормовых единиц, 3,47 и 0,54 т перевариваемого протеина и 288,3-60,4 ГДж обменной энергии.

Установлен оптимальный срок уборки смесей (фаза цветения), позволяющий получать энергетический корм с обеспеченностью кормовой единицы перевариваемым протеином 126-135 г, сырой клетчатки в кг сухого вещества 27,43-27,93%, сахаро-протеиновое отношение 1,03-1,24, обеспеченностью энергии перевариваемым протеином 10,26-10,88 г и урожайностью зеленой массы 26,9-28,6 т/га.

Результаты исследований автора вошли в региональные рекомендации производству: «Краткий справочник агронома» (Пенза, 2002); «Кормовые культуры на личном подворье» (Пенза, 2003); в монографию «Технология выращивания и использования нетрадиционных кормовых и лекарственных растений» (Москва, 2003); в учебные пособия: «Технология производства, заготовки и хранения кормов» (Пенза, 2005); «Нетрадиционные кормовые культуры» (Пенза, 2005); «Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии» (Пенза, 2007); «Кормопроизводство Среднего Поволжья» (Пенза, 2008).

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе по курсам кормопроизводства, кормления сельскохозяйственных животных, технологии производства, заготовки и хранения кормов, технологии производства и подготовки кормов к скармливанию в Пензенской ГСХА, Самарской ГСХА, Ульяновской ГСХА и Саратовском ГАУ им. Н.И. Вавилова.

Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» по целевой комплексной научно-технической программе Т-12-5 «Разработка адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Пензенской области».

Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников Пензенской ГСХА (2001-2008 гг.); Международных научно-практических конференциях, симпозиумах по интродукции растений «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их практического использования» (Пущино, 2000, 2003, 2005), «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 2000), «Селекция и семеноводство овощных и бахчевых культур» (Москва, 2000), «Селекция и семеноводство овощных культур» (Москва, 2002), «Растительные ресурсы для здоровья человека» (Сергиев-Посад, 2002); «Проблемы АПК и пути их решения» (Пенза, 2003), «Нетрадиционные ресурсы, инновационные технологии и продукты» (Москва, 2003), «Физиолого-биохимические аспекты обработки семян сельскохозяйственных культур» (Ульяновск, 2003); «Регуляция роста, развития и продуктивности растений» (Минск, 2003); «Новые и редкие растения Северного Кавказа» (Владикавказ, 2003), «Технология выращивания и использование лекарственных культур» (Уфа, 2003), «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2004), «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2005); «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2005); «Актуальные вопросы зоотехнической науки и практики как основа повышения продуктивности и производства экологически чистой продукции животноводства (Владикавказ, 2005); «Молодые ученые в 21 веке» (Ижевск, 2005); «Биологизация земледелия в Нечерноземной зоне России» (Брянск, 2006); «Интеграция науки и сельскохозяйственного производства» (Пенза, 2008).

Под руководством автора защищены три кандидатских диссертации.

Публикации в печати. По материалам диссертации опубликовано 105 научных работ, в том числе: 13 статей в изданиях по перечню ВАК РФ общим объемом 123,7 печ. л., из них лично автору принадлежит 97,8 печ. л.; монография «Технология выращивания и использования нетрадиционных кормовых и лекарственных растений» (2003), изданы и рекомендованы МСХ и УМО высших учебных заведений РФ учебные пособия: «Технология производства, заготовки и хранения кормов» (2005), «Нетрадиционные кормовые культуры» (2005), «Кормопроизводство с основами ботаники и агрономии» (2007), «Кормопроизводство Среднего Поволжья» (2008).

Структура и объем. Обзор научной литературы совмещен с изложением и обсуждением собственных экспериментальных данных. Диссертация изложена на 386 страницах компьютерного текста и состоит из девяти глав, содержит 94 таблицы, 57 рисунков, 195 приложений, выводов, предложений производству, списка литературы из 743 источника, в том числе 30 иностранных авторов.

Все экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно и в совместных опытах с сотрудниками ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА»: аспирантами Н.И. Первеевой, О.Г. Овтовой. Всем выражаю искреннюю благодарность за помощь в работе.

Глубокую благодарность выражаю научному консультанту доктору сельскохозяйственных наук, профессору, заслуженному работнику сельского хозяйства РФ А.Н. Кшникаткиной за помощь в разработке программы исследований, методические консультации в процессе ее выполнения и завершении работы над диссертацией.

Содержание работы

Условия и методика проведения исследований

Основные агроклиматические показатели свидетельствуют о том, что в годы проведения исследований (1997-2007 гг.) наблюдались значительные колебания условий увлажнения и температурного режима.

Средняя продолжительность активной вегетации культур (период со среднесуточной температурой больше 10°С) находилась в пределах 127-158 дней, сумма положительных температур больше 10°С изменялась от 2050°С до 2556°С, сумма осадков за вегетацию - от 155 до 448 мм. Гидротермический коэффициент (ГТК) варьировал в среднем за период вегетации от 0,5 до 2,1. 1998, 2001, 2002 гг. (ГТК<0,9) были недостаточно увлажненные; 1997 (ГТК = 0,9-1,0) - умеренно увлажненный. Остальные годы исследований характеризовались как достаточно увлажненные (ГТК>1,0).

Экспериментальная работа выполнена в учебно-опытном хозяйстве Пензенской государственной сельскохозяйственной академии, часть опытов и производственная проверка проводилась в хозяйствах Пензенской области.

Решение поставленных задач осуществлялось постановкой и проведением многовариантных одно-, двух и трехфакторных полевых опытов, сопровождавшихся сопутствующими наблюдениями, учетами и анализами.

За годы исследований выполнены следующие опыты, схемы которых приведены в тексте:

1. Агробиологическая оценка многолетних трав: 1-й опыт (1997-2005 гг.); 2-й опыт (2002-2007 гг.).

2. Сравнительная оценка однолетних зернобобовых и зернофуражных культур (2001-2004 гг.).

3. Продуктивность многолетних бобово-злаковых смесей в зависимости от видового состава и соотношения компонентов (1997-2005 гг.).

4. Подбор компонентов для смешанных посевов свербиги восточной (2002-2007 гг.).

5. Продуктивность однолетних бобово-злаковых агрофитоценозов в зависимости от набора, соотношения компонентов и сроков уборки (2001-2004 гг.).

6. Влияние набора компонентов на продуктивность смешанных агрофитоценозов с топинамбуром (2004-2005 гг.).

7. Продуктивность многолетних трав в чистом и смешанном посевах в зависимости от минерального питания (1997-1999 гг.).

8. Формирование агроценоза яровой пшеницы при возделывании по пласту козлятниково-кострецовой смеси (2006-2007 гг.).

Объект исследований - козлятник восточный сорт Гале, свербига восточная - Павловская, топинамбур - Скороспелка, клевер луговой - Пеликан, люцерна пестрогибридная - Лунинская 1, кострец безостый - Пензенский 1, овсяница тростниковая - Сура, ежа сборная - Торпеда, горох посевной - Труженик, горох полевой (пелюшка) - Малиновка, вика посевная - Орловская 4, люпин узколистный - Кристалл, ячмень - Волгарь, овес - Горизонт, а также двух и трехвидовые агрофитоценозы при различном комбинативном сочетании трав. Нормы посева трав в смесях рассчитывались по заданным соотношениям от нормы чистого посева с учетом посевной годности.

Опыты закладывали и проводили в соответствии с методическими указаниями Б.А. Доспехова (1979, 1989), ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (1971, 1987), Государственной комиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (1971), ВАСХНИЛ (1989), МСХА им. К.А. Тимирязева (1995) и других научных учреждений. Повторность трех-четырех кратная, размещение вариантов систематическое, площадь делянки 10-100 м².

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный, среднегумусный, среднемощный, тяжелосуглинистый. Почвообразующие породы - делювиальные легкие глины. Содержание гумуса в пахотном слое 6,5%, подвижного фосфора (по Чирикову) - 10,3 мг/100 г, обменного калия - 13,5 мг на 100 г почвы, рН_КCl - 5,2, Н_Г -7,12-7,86 мг-экв./100 г, степень насыщения основаниями - 80,8-82,3%.

Фенологические наблюдения за фазами роста и развития, изучение динамики роста растений, накопление зеленой и сухой биомассы, ботанический состав, структура урожая, засоренность, учет урожая и другие сопутствующие исследования проводили по методике Госсортсети (1971) и рекомендациям ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса (1987).

Показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах определяли по методике А.А. Ничипоровича (1961, 1973), чистая продуктивность фотосинтеза - по формуле, предложенной L. Bridds, F. Kidd, C. West, (1920).

Формирование симбиотического аппарата козлятника восточного, определение общего (ОСП) и активного (АСП) симбиотического потенциала по методике Г.С. Посыпанова (1991).

Учет урожая зеленой массы сплошным поделяночным способом с одновременным определением ботанического состава на основании анализа снопового материала.

Определение конкурентной способности и биологической эффективности (Методическое руководство по исследованию смешанных агрофитоценозов, 1996);

Химический анализ растений проводился в ФГУ ГЦАС «Пензенский» и лаборатории кафедры кормления сельскохозяйственных животных и кормопроизводства.

Учет корневой массы в слое 0-30 см - методом почвенного монолита с последующей отмывкой (Станков Н.З., 1964).

Влажность почвы и содержание продуктивной влаги определяли в метровом слое термостатно-весовым методом по горизонтам через каждые 10 см. Плотность почвы - с помощью режущего бура-цилиндра до глубины 50 см послойно через 10 см.

Структурный состав почвы (сухое и мокрое просеивание) - методом Н.И. Саввинова в пахотном и подпахотном слоях почвы.

Нитраты определялись в сухом веществе потенциометрическим методом. Массу 1000 семян по ГОСТу 12042-80, натуру зерна - ГОСТу 10840-64, клейковину - ГОСТ 13586-68.

Выход кормовых единиц, перевариваемого протеина и обменной энергии с урожаем определялся расчетным методом на основании данных химических анализов растений (Методические указания по оценке качества и питательности кормов, 2002).

Экономическая эффективность рассчитывалась по технологическим картам с использованием типовых норм. Биоэнергетическая оценка технологий выращивания кормовых культур проводилась в соответствии с методическими рекомендациями, разработанными учеными ВАСХНИЛ (1989), ВИК (1995, 1996), ТСХА (1995), Г.А. Булаткиным (1986, 1991).

Математическую обработку экспериментальных данных проводили методами корреляционного, дисперсионного анализов (Б.А. Доспехов, 1979, 1989) на ПЭВМ с использованием Excel 2000, Statistica 5.5, Statgraphics Plus 5.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Агробиологическая оценка монопосевов однолетних и многолетних трав

Сравнительная оценка многолетних трав

Рисунок 1 - Урожайность зеленой массы в зависимости от возраста ценоза, т/га

Закладка 1997-1999 гг. Продуктивность любого агрофитоценоза выражается, прежде всего, через урожайность зеленой массы. При изучении монопосевов многолетних бобовых и злаковых трав установлено, что сбор зеленой массы определяется биологическими особенностями каждого вида, а также продолжительностью использования травостоя (рис. 1).

Козлятник восточный по мере увеличения возраста агроценоза повышает урожайность зеленой массы и достигает своего максимума на 5-й год жизни. Затем следует постепенное снижение данного показателя: к 6-му году жизни - на 3,3%, 7-му - 15,2%, 8-му - 30,1% и к 9-му - на 46,4%. Максимум урожайности злаковых трав приходится на 2-й год жизни. В дальнейшем без применения азотных удобрений сбор зеленой массы снижается к пятому года пользования и составляет 12,13-12,23 т/га.

В среднем за девять лет жизни наибольшую урожайность зеленой массы сформировал козлятник восточный - 34,43 т/га. Среди злаковых трав различия в урожае были незначительными (0,30-0,97 т/га), однако наибольший сбор зеленой массы отмечен у овсяницы тростниковой, далее следует ежа сборная и кострец безостый.

Дисперсионная оценка данных урожайности зеленой массы многолетних трав показала, что в первый год жизни травостоя наибольший достоверный сбор зеленой массы получен в травостое клевера лугового. Начиная со 2-го года жизни, наибольший достоверный урожай сформировали посевы козлятника восточного.

Для выявления наиболее урожайной культуры был проведен дисперсионный анализ суммарных урожаев зеленой массы многолетних трав за весь период опыта. В сумме за два года жизни многолетних трав наибольший достоверный урожай зеленой массы получен у клевера лугового, в сумме за 3 года - у козлятника восточного, который сохраняется до суммы за девять лет жизни многолетних трав. В сумме за 8 лет пользования наибольшая урожайность зеленой массы среди злаковых трав отмечена в посевах овсяницы тростниковой, однако достоверных различий между овсяницей, ежой и кострецом не выявлено.

Формирование продуктивности многолетних трав также определялось возрастом травостоя. Так, по мере старения травостоя сбор сухого вещества, кормовых единиц, перевариваемого протеина и обменной энергии снижался.

Продуктивность бобовых трав наибольшего значения достигала на 4-6-й годы жизни травостоя, злаковых - на 2-4-й. Причем более значительное снижение в сборе питательных веществ происходило у злаковых трав. Так, к девятому году жизни сбор перевариваемого протеина в бобовом агрофитоценозе снизился по сравнению с максимумом в 1,5 раза, а в злаковом - в 1,7 раза; выход кормовых единиц - в 1,5 и 1,7 раза и обменной энергии - в 1,5 и 1,7 раза соответственно.

Выход питательных веществ в основном определяется сбором сухого вещества. Корреляционный анализ показал тесную взаимосвязь между выходом сухого вещества и сбором питательных веществ:

У = -0,397145 + 0,938551х r = 0,998,

У₁ = -0,234048 + 0,142431хr = 0,972,

У₂ = -2,38197 + 10,7726хr = 0,999,

где х - сбор сухого вещества, т/га, у - сбор кормовых единиц, т/га, у₁ - сбор перевариваемого протеина, т/га и у₂ - выход обменной энергии ГДж/га.

В среднем за 8 лет использования наибольший выход сухого вещества, кормовых единиц, перевариваемого протеина и обменной энергии получен у козлятника восточного: 8,78 т/га, 7,92 т/га, 1,07 т/га и 92,66 ГДж/га соответственно.

Дисперсионный анализ данных суммарного урожая сухого вещества показал, что в сумме за 1-2 годы жизни наибольший достоверный урожай получен в посевах клевера лугового. В сумме за 1-3 годы жизни козлятник восточный сформировал наибольший достоверный сбор сухого вещества, который сохранился до суммы урожаев по 9-й год жизни.

При сравнительной оценке многолетних трав не менее важным является анализ не только валового выхода питательных веществ, но и изучение качественных показателей зеленой массы. Установлено, что максимум обеспеченности кормовой единицы и МДж обменной энергии перевариваемым протеином приходится на 3-6 годы жизни бобовых и злаковых трав. По мере увеличения возраста травостоев данные показатели снижаются.

Зеленая масса бобовых трав содержит повышенное количество перевариваемого протеина на кормовую единицу (133-136 г), а зеленая масса злаковых трав - не соответствует норме (87-89 г). Оптимальный уровень сахаропротеинового отношения (СПО) составляет 0,8-1,3. Злаковые травы значительно превосходят его, тогда как СПО зеленой массы бобовых трав (0,67-0,68) меньше нормы.

Наибольшая обеспеченность кормовой единицы и МДж обменной энергии перевариваемым протеином выявлена в зеленой массе клевера лугового (табл. 1).

Среди злаковых трав наибольшая обеспеченность перевариваемым протеином получена в зеленой массе костреца безостого, наименьшая - у ежи сборной.

Таблица 1

Показатели качества зеленой массы многолетних трав (среднее за 9 лет жизни)

Культура	ПП на к.ед., г	СПО	ПП на МДж, г	СК на СВ, %
Козлятник восточный	134	0,68	11,49	24,68
Клевер луговой*	136	0,66	11,60	24,85
Кострец безостый	90	1,51	7,27	27,70
Овсяница тростниковая	88	1,52	7,18	27,44
Ежа сборная	87	1,54	7,10	27,19

*Примечание. В среднем за 5 лет жизни.

Закладка 2002-2007 гг. Фенологические наблюдения показали, что на второй год жизни ранним развитием характеризуется свербига восточная, которая цветет во второй декаде мая, что на 2-3 недели раньше козлятника. В дальнейшем по мере развития многолетних трав тенденция в прохождении фаз вегетации сохраняется.

От интенсивности фотосинтетической деятельности растений зависит их продуктивность. Нашими исследованиями установлено, что формирование ассимиляционного аппарата многолетних трав определялось, прежде всего, видом изучаемых культур, а также возрастом травостоя. Так, в первые пять лет жизни наибольшую площадь листовой поверхности формировал агрофитоценоз свербиги восточной. Площадь листьев её была в среднем на 26,6% больше, чем у бобовых трав. Однако с 5-го года пользования, бобовые травы по данному показателю незначительно превышали свербигу. Злаковые травы во все годы исследований сформировали наименьшую площадь листовой поверхности.

Показатели фотосинтетического потенциала (ФП) свербиги восточной превышали бобовые травы в среднем на 20,2%. Чистая продуктивность фотосинтеза в начале вегетации (1-2 годы жизни) была наибольшей у бобовых трав. Во 2-4-й годы пользования ЧПФ свербиги восточной на 4,0% превышал бобовые травы. Однако на пятом году пользования вновь доминировали бобовые травостои.

В среднем за 5 лет пользования наибольшая площадь листовой поверхности и фотосинтетический потенциал получены в посевах свербиги восточной. Однако максимальное значение ЧПФ - у козлятника восточного и люцерны посевной 2,41 и 2,31 г/м²*сутки соответственно. Среди злаковых трав наибольшая листовая поверхность и ЧПФ сформировалась в травостое ежи сборной.

Исследования взаимосвязи показателей фотосинтетической деятельности агрофитоценозов многолетних трав и сбором сухого вещества показали, что наиболее значимая связь складывается между выходом сухого вещества (z), площадью листьев (y) и ЧПФ (х):

z = 31,075-0,408x-11,764y+0,002xx+0,079xy+1,256yy (рис. 2).

Рисунок 2 - Зависимость сбора сухого вещества многолетних трав от показателей фотосинтетической деятельности

В первый год жизни наибольший сбор кормовой массы получен в посевах люцерны 6,9 т/га, наименьший у свербиги восточной - 3,0 т/га.

Анализ продуктивности многолетних трав показал, что в среднем за 6 лет жизни наибольший сбор сухого вещества, кормовых единиц, перевариваемого протеина и обменной энергии получен в агроценозах свербиги и козлятника (табл. 2).

Таблица 2

Продуктивность многолетних трав (среднее за 6 лет жизни)

Культура	Сбор, т/га	ОЭ, ГДж/га
	СВ	к.ед.	ПП
Свербига	7,12	6,08	0,93	73,12
Козлятник	7,10	6,31	0,87	74,35
Люцерна	6,82	6,05	0,77	71,36
Клевер*	3,78	3,39	0,46	39,79
Кострец	4,29	3,51	0,34	43,12
Ежа	4,57	3,72	0,36	45,78

*Примечание. Среднее за 5 лет жизни

В первый год пользования наибольший урожай зеленой массы в основном укосе сформировали посевы свербиги 28,92 т/га. К третьему году жизни урожайность зеленой массы многолетних трав возрастает. Так, наибольший урожай её получен в травостое свербиги восточной 36,94 т/га, что на 12,2% больше чем у козлятника. Во все годы исследований урожайность свербиги была достоверно выше.

Изучение продуктивности травостоев многолетних трав показало, что в среднем за 5 лет пользования наибольший сбор сухого вещества и перевариваемого протеина получен в посеве свербиги восточной. Однако наибольший выход кормовых единиц отмечен в травостое козлятника восточного.

Рисунок 3 - Показатели качества зеленой массы многолетних трав (среднее за 5 лет пользования)

Среди злаковых трав наибольшими показателями продуктивности характеризуется ежа сборная. При оценке качества зеленой массы многолетних трав установлено, что по обеспеченности перевариваемым протеином кормовой единицы и МДж обменной энергии свербига восточная превосходит бобовые травы (рис. 3).

Агробиологическая оценка однолетних трав. Основным направлением повышения продуктивности однолетних трав являются смешанные посевы, а также совершенствование их технологии возделывания с целью рационального использования агроклиматических ресурсов региона (Кашеваров Н.И., 1997; Васин В.Г., Ельчанинова Н.И. и др., 2004).

В процессе исследования динамики формирования ассимиляционной поверхности установлено, что наибольшая площадь листьев формируется при уборке однолетних культур в фазу образования бобов - 28,15-40,68 тыс. м²/га. Так, при уборке в фазу цветения площадь листовой поверхности ниже, чем при уборке в фазу образования бобов в среднем на 0,3-6,8%, а в фазу бутонизации - в 1,67-1,98 раза. Наибольшая площадь листовой поверхности сформировалась у злаковых растений при всех сроках уборки - 22,67-40,68 тыс. м²/га. Из бобовых культур наибольшая площадь листовой поверхности была у люпина - 18,52-32,94 тыс. м²/га, что на 7,8-13,5% больше, чем у пелюшки, на 9,5-21,3% - вики и на 8,5-30,6% - гороха.

В среднем за 4 года наибольший ФП агрофитоценозов однолетних культур отмечен в фазу образования бобов и составил 1,67-2,60 млн. м² дн./га, что на 32,4-36,1% больше, чем в фазу бутонизации.

Показатели ЧПФ изучаемых культур в фазу образования бобов можно расположить в следующем порядке: вика - 2,28 г/(м² сутки); горох - 1,98; пелюшка - 1,97; люпин - 1,99; ячмень - 1,38 и овес - 1,19 г/(м² сутки).

Регрессионный анализ показателей фотосинтетической деятельности агрофитоценозов однолетних культур показал, что наиболее тесная взаимосвязь отмечена между урожайностью зеленой массы и чистой продуктивностью фотосинтеза (r = 0,85): У = 9,87864 + 0,167487х, r = 0,36; У = 13,9609 + 0,221495х₁, r = 0,02; У = 2,04804 + 8,08748 х₂, r = 0,85, где У - урожайность зеленой массы, т/га; х - площадь листьев однолетних культур, тыс. м²/га; х₁ - фотосинтетический потенциал, млн. м² дн./га; х₂ - ЧПФ, г/(м² сутки).

Установлена зависимость между показателями фотосинтетической деятельности агрофитоценозов однолетних культур, которая описывается следующим уравнением:

Z = 4,5-5,439*x+0,194*y+2,303*x*x-0,202*x*y+0,005*y*y,

где z - ЧПФ, г/(м² сутки);

y - площадь листьев, тыс. м²/га;

x - ФП, млн. м² дн./га.

Урожайность зеленой массы однолетних культур зависела как от вида культуры, так и от фазы ее уборки. При этом сбор зеленой массы однолетних культур повышается по мере прохождения фаз развития. Так, в фазу цветения урожайность зеленой массы выше, чем в фазу бутонизации в среднем в 1,48-1,50 раза, а в фазу образования бобов - в 1,24-1,26 раза. Бобовые культуры сформировали большую урожайность зеленой массы, чем злаки (рис. 4).

Дисперсионный анализ урожайности зеленой массы однолетних культур показал, что прибавка урожая по фактору В (срок уборки) была достоверной во все годы исследований. По фактору А (культура) достоверной оказалась прибавка у вики во все изучаемые фазы уборки и годы исследований.

Продуктивность бобовых и злаковых культур связана с увеличением сбора сухого вещества, кормовых единиц и обменной энергии по мере развития растений (табл. 3). Однако максимум выхода перевариваемого протеина отмечен в фазу цветения 0,17-0,51 т/га, который снижается в фазу образования бобов до 0,14-0,48 т/га или на 7,9-21,4%.

Рисунок 4 - Урожайность зеленой массы однолетних трав в зависимости от сроков уборки (средняя за 2001-2004)

Таблица 3

Продуктивность бобовых и злаковых культур (средняя за 2001-2004 гг.)

Культура	Фаза уборки
	бутонизация	цветение	образование бобов
	СВ, т/га	к.ед., т/га	ПП, т/га	ОЭ, ГДж га	СВ, т/га	к.ед., т/га	ПП, т/га	ОЭ, ГДж га	СВ, т/га	к.ед., т/га	ПП, т/га	ОЭ, ГДж га
Люпин	1,93	1,70	0,33	20,11	2,94	2,47	0,45	29,98	3,69	2,73	0,41	35,25
Вика	2,11	1,85	0,38	21,95	3,21	2,69	0,51	32,64	4,05	2,98	0,48	38,58
Горох	1,73	1,51	0,29	17,99	2,62	2,18	0,38	26,55	3,34	2,44	0,34	31,72
Пелюшка	1,78	1,58	0,31	18,65	2,72	2,30	0,41	27,79	3,43	2,55	0,38	32,88
Ячмень	1,68	1,35	0,15	16,75	2,57	1,90	0,19	24,58	3,25	2,04	0,16	28,61
Овес	1,62	1,26	0,14	15,84	2,44	1,75	0,17	22,95	3,11	1,89	0,14	26,94

Дисперсионный анализ сбора сухого вещества по годам исследований показал, что достоверные различия по фактору А (культура) получены у вики яровой. Срок уборки (фактор В) также достоверно увеличивал урожай сухого вещества однолетних культур.

По мере прохождения фаз развития бобовых и злаковых растений обеспеченность кормовой единицы и обменной энергии перевариваемым протеином уменьшается, а содержание сырой клетчатки в 1 кг сухого вещества увеличивается (табл. 4).

Сахаро-протеиновое отношение зависело от культуры. Так, люпин и вика во время цветения несколько снижали данный показатель до 0,46 по сравнению с фазой бутонизации (0,48-0,49), а в фазу образования бобов СПО вновь возрастало до 0,50-0,51. Горох, пелюшка, ячмень и овес по мере прохождения фаз развития увеличивали величину СПО в среднем на 30,3%.

Таблица 4

Показатели качества однолетних бобовых и злаковых культур (2001-2004 гг.)

Культура	Фаза уборки
	бутонизация	цветение	образование бобов
	ПП на к.ед., г	СК в кг СВ, %	СПО	ПП на МДж, г	ПП на к.ед., г	СК в кг СВ, %	СПО	ПП на МДж, г	ПП на к.ед., г	СК в кг СВ, %	СПО	ПП на МДж, г
Люпин	195	25,23	0,49	16,44	179	26,62	0,46	14,76	149	30,10	0,51	11,50
Вика	205	25,33	0,48	17,32	190	26,72	0,46	15,66	161	30,20	0,50	12,46
Горох	186	25,52	0,88	15,67	172	26,92	0,90	14,15	138	30,40	1,14	10,64
Пелюшка	195	25,03	0,82	16,57	180	26,42	0,84	14,91	150	29,91	1,02	11,67
Ячмень	112	28,01	1,88	9,04	98	30,10	2,07	7,59	80	34,15	2,59	5,69
Овес	111	28,84	1,51	8,77	95	30,93	1,62	7,29	76	34,98	1,96	5,33

Таким образом, при кормлении животных зеленой массой однолетних культур в чистом виде в начальные фазы роста происходит значительный перерасход протеина с одновременным недобором сахара в рационе. В более поздние сроки (образование бобов) корм содержит избыточное количество клетчатки, что значительно снижает переваримость остальных питательных веществ корма.

Конструирование смешанных ценозов

Внедрение экологически безопасных, адаптивных технологий, в том числе и смешанных посевов различных культур и сортов, является одной из основных задач в области сельского хозяйства по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия в России.

Влияние видового состава и соотношения компонентов на продуктивность многолетних бобово-злаковых смесей. Одной из составляющих элементов продуктивности многолетних трав является в первую очередь густота стояния побегов. Наличие оптимальной плотности травостоя - залог получения высокого урожая.

Выявлена отрицательная корреляционная зависимость между интенсивностью побегообразования и полевой всхожестью. Коэффициент корреляции указывает на умеренно прочное отношение между переменными. Уравнение регрессии по соотношениям имеет следующий вид:

45+70%, У = 1596,27 - 24,5378х, r=-0,66,

60+55%, У = 1424,97 - 20,2858х, r=-0,68,

75+40%, У = 944,293 - 10,6738х, r=-0,65,

где у - количество побегов смеси, шт./м²,

х - полевая всхожесть, %

В трехчленных смесях, при посеве клевера в один рядок с козлятником, полевая всхожесть последнего снижается по сравнению с двухкомпонентными смесями в среднем на 10,1%. Причем, при увеличении нормы высева бобовых до 75% снижение показателя полевой всхожести более выражено.

Установлено умеренно прочное отношение между количеством сопутствующих компонентов смесей и зимостойкостью козлятника. Коэффициент корреляции имеет отрицательное значение, что указывает на обратную зависимость между переменными, уравнение регрессии имеет следующий вид:

У = 107,692 - 0,0798907х, r=-0,69,

где у - количество сохранившихся растений козлятника, шт./м²,

х - количество побегов сопутствующих компонентов, шт./м².

Ценотическая активность каждого компонента смеси выражается, прежде всего, через соответствующий ботанический состав каждой группы видов. Ботанический состав изучаемых смесей определялся в основном соотношением, количеством компонентов в агрофитоценозе и возрастом травостоя. В бинарных смесях по мере увеличения продолжительности использования количество бобового компонента возрастает и становится наибольшим на 4-й год жизни - 71,5%. К девятому году жизни доля козлятника в травостое снижается до 50,8%, однако остается доминирующей при формировании урожая.

В тройных агрофитоценозах максимум содержания бобового компонента обеспечивает клевер луговой на 2-й год жизни 56,6%, снижаясь, по мере старения травостоя до 7,9% на 5-й год жизни и затем выпадает из травостоя.

Козлятник восточный в сложных агрофитоценозах обладает слабой ценотической активностью, его доля в травостое составляет 0,3-4,4% и выпадает уже на 4-й год жизни. В связи с этим доминирующее положение в тройном агрофитоценозе занимают злаки, количество которых с 3-го года жизни постоянно увеличивается с 53,2 до 100% (6-й год жизни).

Увеличение при посеве доли бобового компонента с 45 до 75% сопровождается ростом его массы в травостое. Так, в среднем за девять лет жизни в двойных агрофитоценозах данный показатель увеличивается с 52,2-59,4% до 60,4-67,3 или на 13,3-15,7% (рис. 5). Следует отметить, что наибольшее количество козлятника в травостое отмечено в смеси козлятник + овсяница, наименьшее - козлятник + ежа при всех изучаемых соотношениях бобового и злакового компонента.

В тройных агрофитоценозах сохраняется тенденция увеличения количества бобового компонента при увеличении его нормы высева.

По мере развития травостоя различия в количестве бобового компонента при различном его соотношении при посеве нивелируются. Так, набольшего значения данные показатели достигают на 1-й и 2-й годы жизни травостоя (33,2-44,8%), а на 8-9-й годы жизни составляют лишь 1,3-9,9%.

Таким образом, на степень участия в травостое бобового компонента и в частности козлятника большое влияние оказывает количество компонентов агрофитоценоза. В простых смесях с участием злаковых трав со второго года жизни доминантом травостоя является козлятник, который наращивает свою ценотическую активность к третьему году жизни. Включение в агрофитоценоз второго бобового компонента - клевера приводит к выпадению козлятника из травостоя. Доминантом смеси в этом случае становится клевер, который обладает большей конкурентной способностью.

Рисунок 5 - Влияние соотношения компонентов на долю козлятника в бинарном травостое

При формировании урожая фитоценоза важная роль принадлежит конкурентным взаимоотношениям растений. Для оценки критерия конкурентной способности компонента мы использовали показатель коэффициент конкурентоспособности, который был предложен Willey, Rao, 1980.

Коэффициент конкурентоспособности компонентов смесей зависел прежде всего от биологических особенностей видов бобовых и злаковых растений, норм высева трав, напряженности травосмеси, а также возраста травостоя.

Изучение коэффициента конкурентоспособности многолетних трав в бинарных агрофитоценозах показало, что по мере развития травостоя, козлятник восточный снижал величину CR (Competitive ratio, CR) с 3-го года жизни (0,93) до 0,45-0,43 на 7-9-й годы жизни. Злаковые трав, напротив, достигали максимума CR к девятому году жизни (рис. 6).

Наибольший коэффициент конкурентоспособности козлятника восточного в бинарных агрофитоценозах отмечен во всего годы исследований и по всем изучаемым соотношениям в смеси с овсяницей тростниковой. Так, в среднем за девять лет жизни CR данного ценоза была на 23,4% выше, чем в смеси козлятник + кострец и на 38,2% больше смеси козлятник + ежа. В связи с этим наиболее оптимальным злаковым компонентом для козлятника восточного в двойных смесях является овсяница тростниковая, а наиболее агрессивным - ежа сборная.

Увеличение напряженности смеси, путем введения второго бобового компонента клевера лугового отрицательно повлияло на конкурентную способность козлятника восточного. Так, CR козлятника в первый год жизни составила лишь 0,14, что в 5,8 раза меньше, чем в бинарном травостое. На 2-й год жизни величина коэффициента конкурентоспособности сократилась до 0,03, а к 3-му году - до 0,004 единиц.

Среди злаковых трав, начиная с четвертого года жизни по уровню коэффициента конкурентоспособности начинает преобладать ежа сборная, показатель CR которой на 6,7-9,4% выше, чем у овсяницы тростниковой и костреца безостого. Общая тенденция в изменении CR злаков следующая: после незначительного спада во 2-й год жизни (что мы связываем с максимумом cR клевера) уровень данной величины неуклонно возрастает при наибольшем показателе на 5-й год жизни травостоя. В бинарных смесях козлятник восточный по мере увеличения в травостое бобового компонента снижал величину cR с 0,86 (45+70%) до 0,46 (75+40%), или в 1,9 раза. Злаковые травы обладали обратным свойством - с уменьшением их количества при высеве, величина CR возрастает. Так, у ежи сборной коэффициент конкурентной способности увеличился в 2,2 раза, костреца безостого - 1,9 раза и овсяницы тростниковой - 2,2 раза.

Рисунок 6 - Динамика коэффициента конкурентоспособности по годам жизни в бинарных агроценозах

При усложнении агрофитоценоза основные закономерности в формировании коэффициента конкурентноспособности (увеличение CR злаковых при уменьшении их нормы высева; снижение СR бобовых при увеличении их нормы высева) сохраняются.

Проведенный регрессионный анализ показал, что величина конкурентной способности козлятника восточного определяется конкурентной способностью сопутствующих компонентов смеси. В бинарных ценозах уравнение регрессии имеет следующий вид:

У = 1,13483 - 0,252648х,

где У - CR козлятника восточного,

х - CR злакового компонента. Коэффициент корреляции (r) равен -0,868, что указывает на тесную обратную взаимосвязь. В тройных агрофитоценозах коэффициент множественной корреляции между CR козлятника (У), CR злаковой культуры (х₁) и CR клевера (х₂) составил R = 83,37%. Уравнение регрессии имеет следующий вид:

У = 0,425538 - 0,0633954х₁ - 0,125484х₂.

Количество компонентов смеси оказало значительное влияние на урожайность зеленой массы по годам жизни (рис. 7). В простых смесях наибольшая урожайность зеленой массы приходилась на 4-6-й годы жизни 32,9-33,1 т/га. При увеличении возраста травостоя урожайность бинарных агрофитоценозов снижается до 23,7 т/га (9-й год жизни), что в 2,2 раза выше, чем в тройных смесях. В трехкомпонентных смесях максимум продуктивности приходится на второй год жизни 22,6 т/га. К третьему году жизни продуктивность тройных смесей уменьшается в среднем на 23,5%. Это связано с вытеснением клевера из травостоя и почти полным выпадением из смеси козлятника. Начиная с 6-го года жизни, сложные травостои формируются за счет злаковой культуры, при этом урожайность их составляет 10,6-10,9 т/га.

Рисунок 7 - Урожайность зеленой массы в зависимости от продолжительности использования

Увеличение нормы высева бобовых компонентов в смесях с 45 до 75% способствовало повышению урожайности смесей. В среднем за 9 лет жизни урожайность зеленой массы бинарных агрофитоценозов увеличилась на 17,9% (рис. 8) и составила 30,56 т/га. В тройных смесях прослеживается та же тенденция, однако увеличение менее значительное и составляет 9,0%. В целом двойные ценозы оказались значительно урожайнее тройных (в 1,8-1,9 раза).

Рисунок 8 - Влияние соотношения компонентов на урожайность зеленой массы, т/га

Среди травосмесей в среднем за 2-9-й годы жизни наибольшую урожайность зеленой массы 33,19 т/га сформировал агрофитоценоз козлятник + овсяница при соотношении компонентов 75+40%. В тройных агрофитоценозах наибольший урожай зеленой массы получен в смеси козлятник + клевер + овсяница 16,01 т/га.

Дисперсионный анализ урожайности зеленой массы показал, что видовой состав агрофитоценоза оказал более значительное влияние на урожайность смесей, чем соотношение компонентов. В первые 4 года жизни наибольший достоверный сбор зеленой массы формирует смесь козлятника с овсяницей, а в последующие годы - агрофитоценоз козлятника и ежи сборной.

При дисперсионном анализе данных суммарных урожаев зеленой массы за весь период опыта установлено, что агрофитоценоз козлятник + овсяница сохранял наибольшую существенную разницу до 7 года жизни. Начиная с восьмого года между смесями козлятник + овсяница и козлятник + ежа не обнаружено существенных различий.

Оценка биологической эффективности смешанных посевов является проблемой, заслуживающей особого внимания. Биологические процессы, ответственные за отклонения в продуктивности, сложны и многообразны. Наиболее важным механизмом, приводящим к тому, что биомасса растения данного генотипа в смеси отличается от таковой в монокультуре, является конкуренция за ресурсы (Ламан Н.А., Самсонов В.П., Прохоров В.Н. и др., 1996). Для оценки критерия биологической эффективности смешанных посевов мы использовали показатель отношения земельных эквивалентов (Land Equivalent Ratio, LER).

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

бинарные,

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Размещено на http://www.Allbest.ru/

тройные

Рисунок 9 - Динамика показателя LER по годам жизни

На величину коэффициента биологической эффективности травосмесей большое влияние оказывает количество компонентов в смеси и продолжительность использования травостоя (рис. 9). В бинарных смесях коэффициент биологической эффективности постепенно увеличивается с 0,97 (1-й год жизни) до 1,38 (4-й год жизни). Затем следует незначительный спад до 1,22 и своего максимума данный показатель достигает на 7-й год жизни (1,49). К 8-му году жизни коэффициент биологической эффективности вновь несколько снижается. Таким образом, в формировании LER просматривается цикличность: когда незначительные спады чередуются с ростом данного значения. В тройных агрофитоценозах величина LER достигает максимума на 4-й год жизни, а затем резко снижается, становясь меньше единицы. При значении LER< 1 одновидовые посевы трав, входящие в состав данных смесей биологически эффективнее, то есть монопосев может сформировать аналогичный урожай на меньшей земельной площади.

Следует отметить, что бинарные смеси оказались более эффективными по сравнению с трехкомпонентными за исключением 1-го года жизни. Так, величина LER двойных смесей была на 6,1-67,4% выше. Данный факт по нашему мнению связан с постепенным вытеснением и выпадением бобового компонента из трехчленного травостоя.

Величина LER также определяется и соотношением компонентов в смеси. В среднем за девять лет жизни коэффициент биологической эффективности травосмесей возрастает по мере увеличения в них доли бобового компонента. Так, в двойных агрофитоценозах при увеличении доли бобовых с 45 до 75% LER возрастает на 10,8%, в тройных - на 7,3%.

Проведенный регрессионный анализ показывает, что на величину биологической эффективности посевов многолетних травосмесей большое влияние оказывает ботанический состав травостоя и, прежде всего доля в нем бобового компонента. Ура...