На правах рукописи ТОЙГИЛЬДИН АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ БОБОВЫЕ ФИТОЦЕНОЗЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТОВ И НАКОПЛЕНИИ РЕСУРСОВ РАСТИТЕЛЬНОГО БЕЛКА 06.01.01. – общее земледелие 06.01.09. – растениеводство АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Кинель – 2007 2 Работа выполнена на кафедре земледелия, землеустройства и земельного кадастра ФГОУ ВПО Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Морозов Владимир Иванович Официальные оппоненты: Заслуженный работник сельского хозяйства РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Чуданов Иван Андреевич кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Ласкин Олег Дмитриевич Ведущая организация: Ульяновский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Защита состоится 24 апреля 2007 года в 1000 час. на заседании диссертационного совета Д.-220.058.01. при Самарской государственной сельскохозяйственной академии. Адрес: 446442, Самарская область, г. Кинель, п. Усть-Кинельский, Самарская ГСХА, диссертационный совет. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарской государственной сельскохозяйственной академии. Автореферат разослан « Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, профессор » марта 2007 г. Г.К. Марковская 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 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 накопления 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 согласуется с концепцией современных адаптивно-ландшафтных систем земледелия. 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; 4 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: 1. 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. 2. Возделывание люцерны и эспарцета в севооборотах на фоне органоминеральных 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. 3. 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 органоминеральной системы удобрений с участием соломы. 4. 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 экологоэкономической, 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 фитоценозами наряду с накоплением ресурсов растительного белка позволит оптимизировать режим органического вещества выщелоченного чернозема и фитосанитарное состояние посевов с минимальными затратами техногенной энергии. 5 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 рисунков и 28 приложений. Список литературы включает 271 наименование, в том числе 16 зарубежных авторов. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ По данным Октябрьской метеостанции 2003 – 2006 годы, в течение которых проводились опыты, по характеру увлажнения были различными. 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 среднемноголетней 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. Почва опытного участка – чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый по содержанию гумуса она относится к малогумусным – от 5,35 до 5,15 %. Реакция среды в пахотном слое почвы слабокислая, рН 6,2 – 6,4. Содержание подвижного фосфора и обменного калия высокое, соответственно, 30 – 35 и 20 – 25 мг на 100 г почвы. Степень насыщенности почвы основаниями составляет 96,4 – 97,9 %, сумма поглощенных оснований 25,5 – 27,8 мг-экв. на 100 г почвы. Опыт 1: Энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в зависимости от действия и последействия удобрений в севооборотах. Изучение приемов биологизации севооборотов посредством бобовых фитоценозов, и их влияние на плодородие почвы и накопление ресурсов растительного белка проводилось в стационарных полевых опытах кафедры земледелия Ульяновской ГСХА. Опыты были основаны в 1975 году в соответствии с программами Координационного совета по севооборотам ВАСХНИЛ–РАСХН. Структура севооборотной площади была скорректирована за счет включения многолетних трав – костреца, люцерны и эспарцета и с 2001 г. продолжаются ротации севооборотов по уточненным схемам: 6 1 севооборот: чистый пар – озимая пшеница – яровая пшеница – горох – яровая пшеница – яровая пшеница; 2 севооборот: горох – озимая пшеница – яровая пшеница – кострец – кострец – яровая пшеница; 3 севооборот: вика на зерно – озимая пшеница – яровая пшеница – люцерна – люцерна – яровая пшеница; 4 севооборот: викоовсяная смесь на сидерат – озимая пшеница – яровая пшеница – эспарцет–эспарцет – яровая пшеница. Размер делянок первого порядка 14х40 м, второго – 7х40 м соответственно 560 и 280 м2 посевной площади. Размещение делянок систематическое, повторность трехкратная. В севооборотах с чистым паром, горохом и викой применялись 2 системы удобрений: 1 – навоз + NPK; 2 – солома + NPK, в сидеральном севообороте: 1 – сидерат + NPK; 2 – сидерат + солома + NPK. Навоз вносили в первые поля севооборотов в дозе 40 т/га, солому – после ее измельчения при обмолоте зерновых культур и гороха. Дозы минеральных удобрений 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. В работе рассматриваются особенности формирования урожайности культур, их энергобелковой продуктивности в 4 и 5 полях экспериментальных севооборотов: многолетние травы соответственно 1-го и 2-го годов пользования: кострец – кострец; люцерна – люцерна и эспарцет – эспарцет, а также горох – яровая пшеница. Опыт 2: Энергобелковая продуктивность многолетних трав в простых и сложных агрофитоценозах. В 2004 и 2005 годах нами был заложен опыт по изучению одновидовых и смешанных посевов при различном соотношении норм высева компонентов: 1. Кострец – 100 % 2. Люцерна – 100 % 3. Эспарцет – 100 % 4. Кострец + люцерна (50+50 %) 5. Кострец + эспарцет (50+50 %) 6. Люцерна + эспарцет (50+50 %) 7. Кострец + люцерна + эспарцет (50+25+25 %) 8. Люцерна + эспарцет + кострец (50+25+25 %) 9. Эспарцет + кострец + люцерна (50+25+25 %) Повторность опыта четырехкратная, расположение делянок систематическое. Площадь делянок 36 м2, учетная 30 м2. Агротехника в опытах общепринятая для зоны, за исключением изучаемых приемов. 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 составляется из расчета 50 % и 25 % от полной числовой нормы каждого компонента в чистом виде. В опытах проводились: учет густоты стояния растений – по методике Госсортсети (1971); фенологические наблюдения (Методические указания…, 1997); линейный рост растений в динамике (Методические указания…, 1997); фотосинте- 7 тическая деятельность растений в посевах по методике А.А. Ничипоровича (1955, 1961); влажность почвы – термостатно-весовым методом (Роде А.А., 1969); видовой и количественный состав сорных растений – «Инструкция по определению засоренности полей…» (1986); биологическая активность почвы – по интенсивности распада целлюлозы; формирование симбиотического аппарата многолетних трав – методом монолита (Посыпанов Г.С., 1991); учет пожнивно-корневых остатков – рамочным методом по Н.З. Станкову (1963); учет урожая яровой пшеницы и гороха – методом сплошного обмолота (методика Госсортсети, 1971); учет урожая зеленой массы многолетних трав методом учетных площадок (Методические указания…, 1997). Математическую обработку данных проводили методом дисперсионного и корреляционно – регрессионного анализа по Б.А. Доспехову (1985) на ПЭВМ. Расчет экономической эффективности проводился на основании технологических карт, агро- и биоэнергетической оценки в соответствии с методиками Е.И. Базарова и др., 1983; В.В. Коринца и др., 1985 и Г.И. Рабочева и др., 2005. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И РЕАКЦИЯ РАСТЕНИЙ Теоретическое обоснование продуктивности многолетних трав. Абиотические факторы приток ФАР, тепло- и влагообеспеченность, а также условия перезимовки в первую очередь определяют интенсивность продукционного процесса многолетних трав. По среднемноголетним данным суммарный приход ФАР в регионе за период вегетации многолетних трав составляет 12,2 млрд. кДж/га. При аккумулировании ФАР 1,5 % возможная урожайность зеленой массы многолетних трав составит 49,9 т/га. Ресурсы продуктивной влаги 300…350 мм обеспечат урожайность зеленой массы соответственно 29,0 и 33,5 т/га. Возможная урожайность по совокупности факторов (БГП по Рябчикову А.М.) – 36,5 т/га зеленой массы, а по биоклиматическому потенциалу (по Шашко Д.И.) при использовании 2 % ФАР составит 35,8 т/га. Густота посева и выживаемость растений. Важнейшим условием обеспечения продукционного процесса культуры многолетних трав, поддержания необходимого долголетия травостоя и урожайности является оптимальная густота стояния растений. В среднем густота всходов костреца составила по фонам удобрений 189…188 шт/м2, люцерны – 244…243, эспарцета – 142…144 шт/м2. При полноте всходов соответственно – 39,0…39,6 %, люцерны – 50,6…51,4 %, эспарцета – 25,6…26 %. По формированию травостоя преимущество имел кострец. Число стеблей на 1 кв. м. костреца на второй год жизни перед уходом в зиму в зависимости от систем удобрений составляло 428…418, на 3-ий год жизни при возобновлении вегетации весной 893…893 и осенью 624…628 шт/м2. К концу вегетации люцерны в первый год жизни насчитывалось 217…214 раст./м2 при сохранности 88,6…90,6 %, второго соответственно 162…153 и 66,1…64,8 %, третьего 119…121 раст./м2 или 8 48,4…50,4 %. Следует отметить снижение густоты стояния эспарцета, особенно к концу третьего года жизни. Зависимость сроков наступления укосов многолетних трав от теплового фактора. 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 оС, люцерны – 676…852 оС и эспарцета – 642…817 оС, соответственно на 41…47 день, 51…56 день и – 49…53 день. Те же фазы вегетации (второй укос) наступали у костреца при сумме положительных температур 960…1082 оС, люцерны – 753…947 и эспарцета – 936…1108 оС или соответственно на 47…57 день, 37…47, эспарцета 49…58 день. Эти данные характеризуют биологическую потребность культур в тепле и определяют сроки наступления укосной спелости и начало уборки. Нами методом корреляционно-регрессионного анализа выявлены закономерности наступления указанных фаз роста и, следовательно, срока укосов многолетних трав в зависимости от температурного фактора. Установлена обратная связь продолжительности межукосных периодов многолетних трав со среднесуточной температурой и позитивная связь с суммой положительных температур (табл. 1). Таблица 1 Коэффициенты корреляции и уравнения связи межукосных периодов многолетних трав (у, дней) со среднесуточной температурой (х, оС) и суммой положительных температур (х1, оС) Культура Укос Кострец 1 2 1 2 1 2 Люцерна Эспарцет Среднесуточная температура, оС r уравнения регрессии 0,173 у= –0,2849х+47,834 [1] 0,154 у= –0,2322х+55,111 [2] 0,708 у= –2,7455х+95,984 [3] 0,884 у=–3,216х+119,99 [4] 0,774 у= –1,7617х+78,788 [5] 0,288 у= –1,1305х+80,546 [6] r 0,719 0,682 0,771 0,963 0,669 0,863 Сумма температур, оС уравнения регрессии у=0,0249х1+28,441 [7] у=0,0199х1+30,716 [8] у=0,017х1+37,382 [9] у=0,0728х1+31,797 [10] у=0,0149х1+39,588 [11] у=0,0454х1+6,2954 [12] Линейный рост и продуктивность фотосинтеза растений. Максимальная высота растений костреца, люцерны и эспарцета перед первым укосом составляла соответственно 107…111 см, 76…79 и 76…82 см, а перед укосом отавы соответственно 59,1…65,4 %, 82,3…88,2 и 74,4…77,3 % от первого укоса. Проведенный корреляционно-регрессионный анализ выявил позитивную связь высоты растений первого и второго укосов с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы (r= 0,24…0,617), с суммарным расходом влаги (r= 0,567…0,944), а также с суммой осадков (r= 0,6…0,772). Высота травостоя люцерны и эспарцета имела прямую связь с суммой положительных температур (r= 0,493…0,675). Основным процессом, определяющим продуктивность растений, является фотосинтез. Приемы, увеличивающие размеры ассимиляционного аппарата и ин- 9 тенсивность его работы являются главным средством повышения урожайности культур (Ничипорович А.А., 1955, 1961, 1966; Шатилов И.С., Голубева Г.С., 1969). Максимальная площадь листьев отмечалась в фазу бутонизации – цветения бобовых трав и в фазу выметывания костреца. Наибольшую ассимиляционную поверхность растения многолетних трав сформировали к первому укосу. В среднем за 2004…2006 гг. в травостое люцерны второго года жизни она достигла 44,3…43,6 тыс. м2/га, костреца – 41,8…42,4 тыс. м2/га, эспарцета – 23,0…24,1 тыс. м2/га, а третьего года жизни соответственно 46,6, 35…38,4 и 23,3…25,2 тыс. м2/га. Установлена прямая связь площади листовой поверхности с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы перед отрастанием первого и второго укоса (r= 0,446…0,596); с суммарным расходом влаги (r= 0,557…0,74); с суммой осадков за период формирования урожая (r= 0,38…0,728) и с суммой положительных температур (r= 0,069…0,489). Изменение засоренности в фитоценозах многолетних трав в ротации севооборотов. В севооборотах к концу третьего года жизни костреца и люцерны численность сорняков снизилась на 94…99 %, а их масса на 90…96 % по отношению к исходной, и составляла лишь 0,7…2,7 шт./м2, при массе 2,8…5,9 г/м2. Наибольшим фитоценотическим давлением на сорный компонент в фитоценозе отличался кострец, что связано с его высокой плотностью стеблестоя, созданию плотной дернины и войлока, закрывающего поверхность почвы. На втором месте по этому показателю люцерна. Включение их в структуру севооборотов, позволяет в сочетании с другими технологическими средствами подавлять развитие сорняков. Эспарцет обладает конкурентоспособностью по отношению к сорному компоненту при формировании первого укоса, но к третьему году жизни изреживается, что приводит к усилению засоренности. Это вызывает необходимость вводить в севообороты смеси эспарцета с кострецом и люцерной. УРОЖАЙНОСТЬ И ЭНЕРГОБЕЛКОВАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ БОБОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В СЕВООБОРОТАХ Урожайность и энергобелковая продуктивность бобовых фитоценозов в зависимости от систем удобрений в севооборотах. В наших опытах урожайность и энергобелковая продуктивность изучаемых культур определялись их биологическими особенностями, условиями водно-теплового режима посевов и технологией возделывания. По урожайности сена преимущество имела люцерна. В первый год пользования травостоем получено 8,62…8,31 т/га сена за два укоса соответственно по первой и второй системам удобрений. На второй год пользования урожайность сена люцерны составила 9,51…10,16 т/га также за два укоса (табл.2). При этом следует отметить увеличение урожайности травостоя люцерны второго года пользования, по сравнению с первым на 0,89…1,85 т/га. На долю отавы приходилось 35,5…36,8 % общего урожая. В среднем за 2004…2006 гг. урожайность люцерны составила 9,07…9,24 т/га, где преимущество имела органоминеральная система удобрений с участием соломы, что связано с усилением активности бобоворизобиального симбиоза. Урожайность эспарцета в среднем за те же годы в зависимости от удобрений была на 10 уровне 7,3...7,54 т/га сена, что меньше чем люцерны на 20,3…26,6 %. Эспарцет характеризуется меньшей отавностью (25,5…26,1 %), что приводит к снижению его урожайности, особенно за второй укос. За те же годы урожайность костреца на сено составила соответственно по первому и второму вариантам удобрений – 7,37 и 7,93 т/га, при доле отавы костреца 36,4…37,3 % в общем урожае. Таблица 2 Урожайность, энергетическая и белковая продуктивность гороха, яровой пшеницы и многолетних фитоценозов в севооборотах (2004 – 2006 гг.) Сево Поле оборот I Культура 4 Горох на зерно 5 Яровая пшеница В среднем 4 II 5 Кострец на сено 1 г.п. Кострец на сено 2 г. п. В среднем 4 III 5 Люцерна на сено 1 г.п. Люцерна на сено 2 г.п. В среднем 4 IV 5 Эспарцет на сено 1 г.п. Эспарцет на сено 2 г.п. В среднем Сбор с 1 га Фон УрожайПП на удобность, Корм. ПП, ОЭ, 1 к. ед. рений т/га ед., т кг ГДж 1 2,33 3,75 0,48 33,4 128 2 2,42 4,01 0,50 34,2 125 1 3,06 3,85 0,30 38,2 78 2 3,10 3,91 0,30 38,7 77 1 2,70 3,73 0,39 35,8 105 2 2,76 3,81 0,40 36,5 105 1 7,48 4,63 0,56 60,6 121 2 7,69 4,66 0,58 61,7 124 1 7,25 5,10 0,61 63,0 120 2 8,17 5,76 0,61 70,6 106 1 7,37 4,87 0,59 61,8 120 2 7,93 5,21 0,60 66,2 114 1 8,62 6,02 1,10 74,3 183 2 8,31 5,77 1,06 71,4 184 1 9,51 7,05 1,15 84,7 163 2 10,16 7,73 1,24 89,4 160 1 9,07 6,54 1,13 79,5 172 2 9,24 6,75 1,15 80,4 170 3 7,10 4,75 0,86 59,8 181 4 7,32 4,85 0,86 61,3 177 3 7,50 5,63 0,89 67,1 158 4 7,75 5,84 0,94 69,4 161 3 7,30 5,19 0,88 63,5 169 4 7,54 5,35 0,90 65,4 168 НСР 05 об 2004 0,12/0,53** 2005 0,17/0,44 2006 0,09/0,56 *–1 – навоз + NPK; 2- солома + NPK; 3 – сидерат + NPK; 4 – сидерат + солома + NPK **– над чертой – урожайность зерновых; под чертой – сена многолетних трав Урожайность зерна гороха в среднем за 2004 – 2006 гг. составила 2,33 – 2,42 т/га с тенденцией увеличения по варианту удобрений солома + NPK, что объясняется усилением активности бобоворизобиального симбиоза. Урожайность 11 яровой пшеницы после гороха в среднем за три года была на уровне– 3,06 – 3,1 т/га с тенденцией увеличения по фону солома + NPK. Утилизация соломы зерновых культур в органоминеральной системе удобрений севооборота была по эффективности такой же, как и с применением навоза в сочетании с минеральными удобрениями, а под бобовые культуры эффективность была выше, чем навоза. Выявлена позитивная связь урожайности костреца, люцерны и эспарцета с густотой стояния растений (r= 0,168…0,96), с высотой растений (r= 0,352…0,906) и с площадью листовой поверхности (r= 0,946…0,974). Оценка культур по продуктивности показала, что люцерна и эспарцет имели преимущество по сбору кормовых единиц, переваримого белка и обменной энергии по сравнению с кострецом. Люцерна обеспечила наибольший выход кормовых единиц 6,02…5,77 и 7,05…7,73 т/га соответственно по 1 и 2 фонам удобрений и I и II годов пользования. В среднем за годы исследований белковая продуктивность люцерны составила 1,13…1,15 т/га, а накопление обменной эне ргии 79,5…80,4 ГДж/га. При этом урожайность и ее энергобелковая продуктивность возрастает на втором году пользования. Эспарцет уступает по энергобелковой продуктивности люцерне. Следует отметить, что формирование урожайности, выход энергии и белка бобовых трав было обеспечено без затрат азотных удобрений. Питательная ценность кормов определяется содержанием белка на 1 к.ед. Анализы показали, что обеспеченность 1 к. ед. сена люцерны и эспарцета составила 158…184 г переваримого протеина (ПП), зерна гороха 125…128 г. ПП, а костреца 106…124 г. Белковая обеспеченность зерна яровой пшеницы лишь 77…78 г. в расчете на 1 к.ед. Оптимизация структуры посевных площадей за счет введения бобовых фитоценозов в севообороты будет способствовать максимальному использованию биологических факторов продуктивности пашни и качества кормов при рациональном использовании ограниченных техногенных ресурсов. 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). К моменту возобновления вегетации от второго к третьему году жизни многолетних трав запасы влаги в метровом слое заметно уменьшаются в связи с ее расходом на транспирацию в период вегетации. Если на второй год жизни влагозарядка составляла по годам от 124,2…137,8 мм в 2006 году до 176,3…196,4 мм в 2004 году, то к третьему году 105,4…127 мм в 2006 до 105,4…135 мм в 2005 году. Убыль была особенно заметна в посевах люцерны. Ко второму укосу многолетних трав на третьем году жизни запасы влаги уменьшались по сравнению со вторым годом. Увеличение листовой поверхности, роста стебля в высоту обуславливает высокую потребность в воде, поэтому происходит высыхание метрового слоя на третий год жизни. 12 На формирование урожая первого укоса доля использования почвенной влаги, накопленной в довегетационный период, составляла в посевах костреца 54,7…55,6 % от суммарного расхода воды, в посевах люцерны – 44,2…43,7 %, эспарцета – 41,6…42,6 %. В период формирования второго укоса в суммарном расходе воды преобладали атмосферные осадки – 91,9…93,4 %. Доля почвенной влаги в формирования урожая за два укоса костреца в зависимости от систем удобрений составляла 27,6 …28,6 % от общего расхода, люцерны – 25,8…25,7 % и эспарцета 23…23,9 % (табл.3). Установлена позитивная связь урожайности сухой массы (у, т/га) многолетних трав с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы перед началом отрастания (х, мм) (г=0,466…0,735), для первого укоса костреца уравнение имеет следующий вид: У=0,006х+3,3139 (r=0,561) [13] Вместе с тем установлена позитивная связь урожайности сухой массы (у, т/га) многолетних трав с суммарным водопотреблением (х, мм) (r=0,333…0,777), для первого укоса костреца: У=0,0076х+3,1434 (r=0,562) [14] Кроме того, выявлена позитивная связь урожайности сухой массы многолетних трав с суммой осадков (r= 0,478…0,716) и с суммой положительных температур (r= 0,422…0,706). Таблица 3 Использование продуктивной влаги многолетними травами за счет почвенных запасов и осадков (2004…2006 гг.) Культура Кострец Период наблюдений Весеннее отрастение – первый укос Первый укос – второй укос За два укоса Люцерна Весеннее отрастение – первый укос Первый укос – второй укос За два укоса Эспарцет Весеннее отрастение – первый укос Первый укос – второй укос За два укоса Фон удобрений 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 3 4 3 4 3 4 Использование продуктивной влаги из запасов почвы за счет осадков мм % мм % 76,9 54,7 61,6 45,3 78,9 55,6 61,6 44,4 11,1 8,0 139,6 92,0 10,8 8,1 141,6 91,9 76,8 27,6 212,5 72,4 80,8 28,6 212,5 71,4 75,7 44,2 92,9 55,8 74,8 43,7 92,9 56,3 8,8 6,6 129,4 93,4 9,2 6,9 129,4 93,1 79,4 25,8 227,5 74,2 80,1 25,7 227,5 74,3 67,0 41,6 89,8 58,4 69,7 42,6 89,8 57,4 11,1 7,5 127,7 92,5 11,1 8,1 131,1 91,9 70,1 23,0 237,7 77,0 73,7 23,9 242,1 76,1 13 Урожайность, белковая и энергетическая продуктивность многолетних трав в простых и сложных фитоценозах. В среднем за 2005…2006 гг. более урожайными оказались чистый посев люцерны – 27,75 т/га зеленой массы или 6,37 т/га сухого вещества и совместные посевы люцерны и костреца – 27,32 т/га зеленной массы или 6,79 т/га сухой массы. Анализ продуктивности культур в простых и сложных фитоценозах показал, что по выходу кормовых единиц лидировала люцерно-кострецовая смесь – 5,94 т/га, на втором месте чистый посев люцерны 5,77 т/га, на третьем Л+К+Э – 5,41 т/га, затем вариант К+Л+Э – 5,39 т/га; Л+Э – 5,29 т/га; Э+Л +К – 5,21 т/га; чистый посев костреца – 4,85 и чистый посев эспарцета – 4,45 т. к.ед. с 1 га По выходу обменной энергии складывалась примерно аналогичная ситуация и варианты располагались в убывающей последовательности: К+Л – 70,4 ГДж/га; люцерна – 67,3; К+Л+Э и Л+К+Э – 64,0; Л+Э – 63,1; Э +Л +К – 61,8; кострец – 60,5 и эспарцет – 52,6 ГДж/га. Оценка белковой продуктивности показала преимущество бобовых культур и смесей с их преобладанием в составе фитоценозов. Чистый посев люцерны обеспечил выход 0,91 т/га переваримого протеина, Л +К + Э – 0,82, Л + Э – 0,8, К+Л– 0,78 т/га, тогда как чистый посев костреца лишь 0,4 т/га. Следует отметить преимущество по урожайности и энергобелковой продуктивности всех бинарных и тройных смесей костреца, люцерны и эспарцета по сравнению с чистыми посевами костреца и эспарцета. Многолетние травы в простых и сложных фитоценозах различались по срокам наступления укосной спелости, которые можно расположить в следующий ряд: кострец 1…5 июня; люцерно-кострецовая смесь, кострец +эспарцет –5…10 июня; люцерна +эспарцет 10…15 июня; чистый посев люцерны убирали 15…20 июня. Второй укос проводился в следующие сроки: чистый посев костреца 20…27 июля; люцерно-кострецовой смеси – 20…31 июля; чистый посев люцерны 25 июля…6 августа; люцерна + эспарцет – 5…10 августа; эспарцет 10…15 августа. МНОГОЛЕТНИЕ ТРАВЫ В БИОЛОГИЗАЦИИ СЕВООБОРОТОВ И ИХ СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ В АГРОЛАНДШАФТНОЙ ЭКОСИСТЕМЕ Влияние многолетних трав на агрофизические свойства почв. Под многолетними травами третьего года жизни плотность почвы в посевах костреца составляла 1,27…1,28 г/см3, эспарцета – 1,30…1,32 г/см3 и в посевах люцерны 1,32…1,34 г/см3. Выявлена обратная связь между плотностью почвы (у, г/см3) и массой пожнивно-корневых остатков (х, т/га), что характеризует уравнение регрессии: у= – 0,0128х +1,4009 (r= – 0,82) [15] При накоплении 1 тонны пожнивно-корневых остатков происходит снижение плотности почвы на 0,0128 г/см3. Важнейшим агрофизическим показателем почвы является ее структурноагрегатный состав, от которого во многом зависит строение пахотного слоя почвы и оптимизации почвенных режимов. В наших опытах коэффициент структурности почвы под многолетними травами увеличивался по годам жизни. Перед посевом покровной яровой пшеницы коэффициент структурности в слое 0 – 30 см находился на уровне 1,90…2,03. 14 Под кострецом второго года жизни этот показатель возрос до 2,44…2,45, к третьему году жизни до 2,69…2,74, а под люцерной и эспарцетом до 2,91…2,96. Заметное улучшение агрегатного состояния почвы наблюдалось под кострецом безостым в слое 0 – 10 см, что связано с накоплением большей массы корней, которые густо переплетают почву и тем самым обеспечивают ее оструктуривание. Люцерна и эспарцет имеют более глубокую корневую систему, чем и объясняется улучшение агрофизических свойств почвы в нижних слоях пахотного горизонта. Биологическая активность почвы под бобовыми фитоценозами в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Микробиологическая активность чернозема напрямую зависит от растительности и условий, создаваемых в агроэкосистемах. Значительное влияние на активность микроорганизмов оказывала влажность почвы и ее агрофизические свойства. Высокая активность микрофлоры наблюдалась в почве с поступлением большого количества органического вещества с высоким содержанием азота, что является источником энергии для развития микроорганизмов. Под эспарцетом разложение льняного полотна составило 38,9…45 %, под люцерной 36,4…42,9 %, под горохом 39,1…39,8 %, под яровой пшеницей 35,6…37,5 и кострецом – 30,1…36,7 %. Следует отметить, более интенсивный распад льняного полотна на вариантах удобрений с применением соломы в севообороте, что проявлялось под всеми культурами 4 и 5 полей. На варианте сидерат + солома +NPK под эспарцетом третьего года жизни разложение достигало 45 %, тогда как на варианте сидерат + NPK 40,7 %. Продуктивность симбиотической фиксации азота люцерны и эспарцета в севооборотах. Биологический азот относится к числу энергоэкономных и экологически безопасных источников в растениеводстве, тогда как связывание азота в минеральных удобрениях сопряжено со значительными энергозатратами (Трепачев Е.П., 1970; 1971; 1999; Посыпанов Г.С., 1979, 1991; Мишустин Е.Н., 1985). А потому уровень биологизации севооборотов определяется, в частности, продуктивностью симбиотической фиксации азота из атмосферы интенсивной культурой бобовых растений. Максимальный прирост клубеньков на корнях люцерны и эспарцета наблюдался от начала весеннего отрастания до начала цветения. К первому укосу люцерны второго года жизни на первом варианте удобрений насчитывалось 15,5 шт. или 39,1 мг клубеньков на 1 растение, на втором варианте удобрений – 17,2 шт. или 40,2 мг. На корнях эспарцета второго года жизни перед первым укосом по варианту удобрений навоз +NPK насчитывалось 14,6 шт. или 203 мг активных клубеньков на 1 растение, по второму варианту – 15,3 шт. или 271 мг. После первого укоса трав наблюдалось резкое снижение количества и массы активных клубеньков. По накоплению азота в зависимости от систем удобрений многолетние травы можно расположить в такой ряд соответственно по третьему и второму годам жизни: люцерна – 380…427 кг/га и 332…316 кг/га, эспарцет – 284…302 кг/га и 259…270 кг/га, кострец – 120…122 кг/га и 135…138 кг/га. Накопление азота, кг/га Накопление азота, кг/га 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Второй год жизни 230 87 88 33 34 Кострец -1 Кострец -2 222 177 192 102 94 82 78 Люцерна -1 Люцерна- 2 Эспарцет- 3 Эспарцет-4 182 192 102 110 Эспарцет- 3 Эспарцет-4 Третий год жизни 238 264 93 42 95 43 142 164 Кострец-1 Кострец -2 Люцерна -1 Люцерна- 2 Пожнивно-корневые остатки Надземная масса 1 – навоз + NPK; 2- солома + NPK; 3 – сидерат + NPK; 4 – сидерат + солома + NPK Рис. 1. Накопление азота в фитомассе многолетних трав в зависимости от систем удобрений севооборотах Оценка продуктивности симбиотической фиксации азота проводилась по методу сравнения с небобовой культурой кострецом безостым (Трепачев Е.П., 1978; Посыпанов Г.С., 1991; Кутузова А.А., 2000). Разница между накоплением азота в фитомассе люцерны второго года жизни и костреца составила 212…194 кг/га, а люцерны третьего года жизни 245...289 кг/га, в посевах эспарцета второго года жизни 139…148 кг/га, и третьего года жизни 149…164 кг/га. При этом можно условно считать, что доля атмосферного азота от общего его накопления в фитомассе люцерны изменялась от 61,4 до 67,7 %, эспарцета – 52,5…54,8 % с тенденцией усиления по варианту солома + NPK. Накопление массы пожнивно-корневых остатков под многолетними травами в зависимости от систем удобрений в севооборотах. Оптимизация режима органического вещества почв в системе управления их плодородием остается одной из самих актуальных задач современного земледелия. Органическое вещество как источник углерода, создаваемое в агроэкосистемах наиболее важный и доступный резерв восполнения его потерь. Объективно существует необходимость оценки культур по накоплению биогенных ресурсов плодородия и их эффективному использованию, что отвечает принципам энергоресурсосбережения в земледелии. По накоплению массы пожнивно-корневых остатков многолетние травы можно расположить в такой ряд: кострец > люцерна > эспарцет. С возрастом травостоев происходило накопление биогенных ресурсов под многолетними травами, к третьему году жизни по сравнению с предыдущем годом: костреца на 59,6…65,2 %; люцерны на 85,4…85,2 % и эспарцета на 50,4…42,6 %. Анализ накопления органического вещества в почве по вариантам удобрений показал преимущество органоминеральной системы удобрений в севообороте с применением соломы, по сравнению с вариантами навоз + NPK и сидерат (без соломы) + NPK. 16 Основная масса корневых остатков под посевами костреца располагается в верхнем 0 – 10 см слое (77,2…83,6 %), под посевами люцерны и эспарцета – 56,6…57,9 %. Масса растительных остатков тесно коррелировала с урожаем основной продукции (r= 0,776…0,927) (табл.4). Таблица 4 Связь массы пожнивно-корневых остатков многолетних трав (у, т/га) с урожаем основной продукции (х, т/га сухого вещества) Второй год жизни Уравнение регрессии r Кострец у= 0,4578х + 2,8439 [16] 0,880 Люцерна у=0,2453х + 2,747 [17] 0,962 Эспарцет у=0,1625х + 3,2782 [18] 0,885 Культура Третий год жизни Уравнение регрессии у= 0,9798х + 3,1608 [19] у=1,0492х + 0,953 [20] у=0,5952х + 2,4807 [21] r 0,776 0,826 0,820 Рассчитанные прогностические уравнения позволяют прогнозировать биогенные ресурсы в управлении режимом органического вещества. Прогноз гумусового баланса под культурами в ротации севооборотов. Прогнозирование гумусового баланса (по углероду) показало, что под посевами многолетних бобовых фитоценозов происходило накопление органического вещества. В посевах люцерны по системе удобрений навоз +NPK содержание гумуса возросло на 301 кг/га, а по системе солома +NPK на 169 кг/га, в посевах эспарцета соответственно на 81 и 53 кг/га. 1–навоз +NPK, 2 – солома + NPK, 3 – сидерат +NPK, 4– сидерат +солома + NPK Рис. 2. Структура биогенных ресурсов различных культур в воспроизводстве гумуса чернозема выщелоченного в севооборотах 17 Компенсация потерь гумуса обеспечена с превышением за счет массы пожнивно-корневых остатков. Таким образом, возделывание люцерны и эспарцета обеспечивает расширенное воспроизводство органического вещества (рис. 2). Расчеты прогноза гумусового баланса почвы под посевами костреца показали, что он складывается с небольшим дефицитом (– 6…–169 кг/га). На долю пожнивнокорневых остатков приходилось 87…86 % восполнения потерь гумуса. В среднем по зерновому звену объем минерализации гумуса превышал его новообразование по первой системе удобрений на 556 кг/га и по второй – на 353 кг/га или соответственно на 63% и 39 %. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ, АГРО - И БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БОБОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ В СЕВООБОРОТАХ Экономическая эффективность. Расчет экономической эффективности кормовых ресурсов показал преимущество бобовых трав, особенно люцерны по сравнению с кострецом по выходу продукции с 1 га в стоимостной оценке и меньшими издержками на ее производство. Преимущество многолетних трав проявилось и по отношению к гороху и яровой пшенице. Выход продукции люцерны в стоимостной оценке в 1,30…1,34 раза больше, чем костреца и эспарцета и в 1,69…1,74 раза – гороха и яровой пшеницы. Затраты средств на производство 1 т кормовых единиц бобовых трав составили 507…625 руб., костреца – 790…833, гороха и яровой пшеницы – 1228…1439 руб., при себестоимости 1 т переваримого протеина люцерны и эспарцета – 2980…3690 руб., костреца – 6520…7240 руб., гороха – и яровой пшеницы 17460…18460 руб. Оценка технологий изучаемых культур с учетом прогноза гумусового баланса (эколого-экономическая эффективность) показала снижение экономической эффективности яровой пшеницы и гороха. Следует отметить, что экономическая эффективность производства продукции растениеводства на фоне органоминеральной системы удобрений с применением соломы несколько возрастала по сравнению с системой удобрений навоз + NPK. Проведенная оценка экономической эффективности многолетних трав в простых и сложных сочетаниях показала преимущество смесей люцерны с кострецом и чистого посева люцерны, где уровень рентабельности достиг соответственно до 313 и 284 %. Высокие показатели рентабельности были получены и при возделывании тройных смесей люцерны, эспарцета и костреца – 244…250 %. Таким образом, экономическая оценка показала высокую эффективность производства белка многолетних бобовых трав. При возделывании на зеленую массу и сено неоспоримое преимущество перед чистыми посевами костреца и эспарцета по комплексу показателей имеет чистый посев люцерны и ее смеси с кострецом и с эспарцетом. Агро- и биоэнергетическая эффективность бобовых фитоценозов в биологизации севооборотов. Техногенные затраты на возделывание люцерны и эспарцета составляли соответственно 9,6…9,5 и 11…11,2 ГДж/га, где доля затрат на внесение минеральных удобрений не превышала 8,8 %. Тогда как энергоемкость 18 технологии костреца достигала 16,1…16,3 ГДж/га, при этом 44,7…44 % затрат приходилось на внесение минеральных удобрений. Общие затраты энергии с учетом расхода гумуса на формирование урожая гороха на варианте навоз +NPK составили 28 ГДж, а на варианте солома +NPK – 25,4 ГДж/га, что соответственно на 28,4 и 22,7 % выше техногенных затрат без учета затрат энергии гумуса. Совокупные издержки в технологии яровой пшеницы составили 46,6 ГДж/га по системе удобрений навоз +NPK и 37,7 ГДж/га по системе удобрений солома +NPK, что соответственно выше на 71,3 и 44,4 % затрат на технологию культуры без учета энергии гумуса. При этом в технологии гороха 43,9…46,2% затрат приходится на семена и 32,1…32,8 % на топливо. Возделывание яровой пшеницы сопровождается большими затратами на внесение минеральных удобрений – 33,8…31,5 %, тогда как на семена и топливо приходится соответственно 24,2…25,2 и 26,5…26,7 % от общих издержек. Коэффициенты энергетической эффективности основной продукции люцерны достигали 15,34…15,46, а всей биомассы 28,05…28,4, тогда как при возделывании эспарцета соответственно 10,13…10,88 и 19,49…19,86 и костреца 7,26…7,69 и 15,75...16,43. Биоэнергетический коэффициент зерна гороха и яровой пшеницы находился на уровне 1,78…1,94, тогда как всей фитомассы 6,11…7,11. С учетом затрат энергии гумуса энергетическая эффективность гороха, яровой пшеницы и костреца снижалась. Биоэнергетический коэффициент основной продукции гороха и яровой пшеницы составил соответственно 1,38…1,58 и 1,05…1,31, а на костреце снизился до 7,22…6,2, что характерно и для всей биомассы культур (табл. 5). В связи с высокой энергоемкостью навоза, использование измельченной соломы в качестве органического удобрения в севооборотах является важным средством повышения урожайности сельскохозяйственных культур и оптимизации режима органического вещества почвы и без дополнительных энергетических затрат. Затраты на производство 1 тонны зерна гороха и яровой пшеницы достигали 8,42…9,36 ГДж, тогда как энергетическая себестоимость 1 т сухого массы урожая люцерны и эспарцета не превышала 1,75 ГДж, а костреца составляла 2,54…2,38 ГДж/т. Энергетическая себестоимость 1 т кормовых единиц и белка люцерны составляли соответственно 1,46…1,41 и 8,41…8,26 ГДж/т, костреца – 3,31…3,13 и 27,29…27,17 ГДж/т. Более высокие издержки энергии на 1 т к.ед и ПП требовались в технологиях гороха – 5,81…5,16 и 45,42…41,4 ГДж/т, а особенно яровой пшеницы – 7,06…6,68 и 90,67…87,0 ГДж. Таким образом, с учетом белковой продуктивности культур энергозатраты на 1 т белка бобовых ниже по отношению к кострецу и яровой пшенице. Оценка агроэнергетической эффективности многолетних трав в простых и сложных фитоценозах показала свои особенности. Самый высокий энергетический коэффициент был получен на вариантах люцерна + кострец и чистого посева люцерны соответственно 14,11 и 13,35. Агроэнергетический коэффициент чистых посевов костреца и эспарцета составил соответственно 7,03 и 9,05, тогда как при возделывании двойных и тройных смесей костреца, люцерны и эспарцета в различных сочетаниях коэффициент находился на уровне 10,22…12,33. 19 Таблица 5 Биоэнергетическая эффективность культур в зависимости от систем удобрений в севооборотах (2004…2006 гг.) Показатели Урожайность основной продукции, т/га, абсолютно сухого вещества Накоплено фитомассы, т/га сухого вещества Накоплено валовой энергии с основной продукцией, ГДж/га Накоплено энергии в фитомассе, ГДж/га Затраты техногенной энергии, ГДж/га Затраты энергии с учетом расхода гумуса на формирование биомассы, ГДж/га основной Без учеБиопродукции та расэнерхода фитомассы гетигумуса ческий основной С учекоэфпродукции том фицирасхода ент фитомассы гумуса основной продукции Энергетическая себестоимость к.ед. 1 т, ГДж белка Горох Яровая Кострец пшеница Люцерна Эспарцет 2,33* 2,42 3,06* 3,1 6,35 6,84 7,81 7,97 6,29 6,5 7,69 7,97 38,7 40,1 142,1 147,1 21,8 20,7 9,38 9,5 48,8 49,5 166,1 168,2 27,2 26,1 13,78 14,62 116,9 125,3 253,7 267,8 16,1 16,3 14,28 14,64 147,3 146,9 269,3 269,8 9,6 9,5 11,43 11,87 118,0 121,8 214,4 222,4 11,0 11,2 28,0 25,4 46,6 37,7 16,2 20,2 9,6 9,5 11,0 11,2 1,78 1,94 6,52 7,11 1,38 1,58 5,08 5,79 9,36 8,55 5,81 5,16 45,42 41,4 1,79 1,9 6,11 6,44 1,05 1,31 3,56 4,46 8,89 8,42 7,06 6,68 90,67 87,0 7,26 7,69 15,76 16,43 7,22 6,2 15,66 13,26 2,54 2,38 3,31 3,13 27,29 27,17 15,34 15,46 28,05 28,4 15,34 15,46 28,05 28,4 1,22 1,19 1,46 1,41 8,41 8,26 10,13 10,88 19,49 19,86 10,13 10,88 19,49 19,86 1,75 1,72 2,12 2,09 12,5 12,44 *при влажности 14%; числитель – навоз +NPK (сидерат + NPK), знаменатель– солома + NPK (сидерат + солома +NPK) ВЫВОДЫ 1. Формирование травостоев многолетних трав напрямую зависит от воднотеплового режима посевов. Продолжительность межукосных периодов имеет позитивную связь с суммой положительных температур (уравнения регрессии 1…12). Высота растений и площадь листовой поверхности костреца, люцерны и эспарцета положительно связаны с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы, с суммой осадков в период формирования урожая и с суммарным водопотреблением. 2. Наибольшей конкурентоспособностью по отношению к сорному компоненту в фитоценозе отличается кострец, что связано с его высокой плотностью стеблестоя, созданию плотной дернины и войлока, закрывшего поверхность почвы. На втором месте по этому показателю люцерна. В севооборотах к концу тре- 20 тьего года жизни люцерны и костреца численность сорняков снижалась на 94…99 %, а масса на 90…96 % от исходной засоренности. Эспарцет с возрастом изреживается, что приводит к усилению, как численности, так и массы сорняков. 3. Наибольший сбор переваримого протеина и обменной энергии обеспечили посевы люцерны 1,13…1,15 т/га и 79,5…80,4 ГДж/га, на втором месте по этому показателю эспарцет 0,88…0,9 т/га и 63,5…65,4 ГДж/га, а на третьем кострец 0,59…0,6 т/га и 61,8…66,2 ГДж/га. Продуктивность гороха составила соответственно 0,48…0,5 т/га и 33,4…34,2 ГДж/га, яровой пшеницы 0,3 т/га и 38,2…38,7 ГДж/га. 4. При изучении продуктивности многолетних трав в простых и сложных сочетаниях наибольшую урожайность обеспечивали – чистый посев люцерны – 27,75 т/га зеленой массы или 6,37 т/га сухой массы, люцерна + кострец 27,32 т/га или 6,79 т/га сухой массы и люцерна + эспарцет 26,86 т/га или 6,13 т/га сухой массы. Максимальный сбор переваримого протеина получен в посевах люцерны 0,91 т/га и на варианте люцерна + эспарцет + кострец 0,82 т/га. Белковая продуктивность люцерны с эспарцетом – 0,8 т/га и люцерна + кострец – 0,78 т/га. По урожайности и энергобелковой продуктивности чистые посевы костреца и эспарцета уступали их двойным смесям и тройным с люцерной, поэтому в адаптивном кормопроизводстве введение смешанных посевов в севообороты важный резерв накопления кормовых ресурсов. 5. Утилизация соломы зерновых культур в органоминеральной системе удобрений севооборота (солома + NPK) по влиянию на продуктивность культур не уступала фону с применением навоза. 6. В формировании урожая первого укоса костреца на долю почвенной влаги, накопленной в довегетационный период, приходится 54,7…55,6 % суммарного расхода воды, урожая люцерны – 44,2…43,7 %, эспарцета – 41,6…42,6 %. В формировании урожая второго укоса в суммарном расходе воды преобладали атмосферные осадки – 91,9…93,4 %. Установлена позитивная связь урожайности сухого массы многолетних трав с содержанием продуктивной влаги в метровом слое почвы перед началом отрастания (г=0,466…0,735), с суммарным водопотреблением (r= 0,333…0,777), с суммой осадков (r= 0,478…0,716) и суммой положительных температур (r= 0,422…0,706). 7. Выявлена обратная связь между плотностью почвы (у, г/см3) и массой пожнивно-корневых остатков (х, т/га), что характеризует уравнение регрессии у= – 0,0128х +1,4009 (r= – 0,82). При накоплении 1 тонны пожнивно-корневых остатков происходит снижение плотности почвы на 0,0128 г/см3. Введение многолетних трав в севообороты способствует структурообразованию почвы. К концу третьего года жизни в посевах люцерны и эспарцета коэффициент структурности почвы возрос с 1,91…2,03 (перед посевом) до 2,91…2,96, в посевах костреца с 1,9…1,97 до 2,69…2,79. 8. Продуктивность бобоворизобиального симбиоза люцерны по варианту удобрений навоз + NPK составила 212…245 кг/га или 63,8…64,5 % от общего накопления азота в фитомассе, а по варианту солома + NPK – 194…289 кг/га или 61,4…67,7 %. Посевы эспарцета накапливали соответственно 139…149 кг/га (53,7…52,5 %) и 148…164 кг/га (54,5…54,2 %) биологического азота. 9. Микробиологическая активность чернозема напрямую зависела от растительности, влажности и агрофизических свойств почвы. Наибольшее разложение льняного полотна наблюдалось под эспарцетом (38,9…45 %), люцерной 21 (36,4…42,9 %) и горохом (39,1…39,8 %), которые обеспечивали поступление большого количества органического вещества в почву с высоким содержанием азота. Под кострецом разложение составило 30,1…36,7 %. 10. По размерам поступления пожнивно-корневых остатков многолетние травы можно расположить в следующий ряд: кострец (5,72…9,70 т/га)>люцерна (4,60…8,75 т/га)>эспарцет (4,25…6,39 т/га). Масса растительных остатков многолетних трав тесно коррелирует с урожаем основной продукции (уравнения регрессии 16…21, r=0,776…0,927). 11. В посевах люцерны по системе удобрений навоз +NPK содержание гумуса возросло на 301 кг/га, а по системе солома +NPK на 169 кг/га, в посевах эспарцета соответственно на 81 и 53 кг/га. Компенсация потерь гумуса обеспечена с превышением за счет массы пожнивно-корневых остатков. Под посевами костреца баланс гумуса складывается с небольшим дефицитом (– 6…–169 кг/га). На долю пожнивно-корневых остатков приходилось 87…86 % восполнения потерь гумуса. По зерновому звену объем минерализации гумуса превышал его новообразование по первой системе удобрений на 556 кг/га и по второй – на 353 кг/га или соответственно на 63% и 39 %. 12. Расчет экономической и эколого-экономической эффективности показал преимущество бобовых трав, особенно люцерны по сравнению с кострецом и однолетними культурами по выходу продукции с 1 га в стоимостной оценке, меньшими издержками на ее производство. Уровень рентабельности люцерны и эспарцета достигал 245,7…325,9 %. Все варианты в простых и сложных фитоценозах экономически оправдывали производство, однако расчеты показали преимущество чистого посева люцерны, двойных и тройных вариантов изучаемых культур перед чистыми посевами костреца и эспарцета. 13. Оценка биоэнергетической эффективности бобовых фитоценозов показала их ресурсосберегающую и средообразующую функцию. Биоэнергетический коэффициент основной продукции люцерны достигал 15,34…15,46. Тогда как костреца 7,22…6,2, гороха 1,38…1,58 и яровой пшеницы 1,05…1,31. Смешанные посевы костреца, люцерны, эспарцета и люцерна в чистом виде благодаря высокой урожайности и продуктивности более эффективны в энергетическом отношении по сравнению с чистыми посевами костреца и эспарцета. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 1. В севооборотах на выщелоченных черноземах для дальнейшей интенсификации кормопроизводства необходимо расширять посевы многолетних трав, особенно люцерны и ее смесей с кострецом и эспарцетом, которые, рационально используя неуправляемые биоклиматические ресурсы, позволяют получать сбалансированные по белку и питательным веществам корма. 2. Осваивать комплекс приемов биологизации севооборотов включающий бобовые и злаковые фитоценозы; органоминеральные системы удобрений с использованием навоза, сидератов и соломы, что позволит за счет биогенных ресурсов управлять режимом органического вещества с минимальными затратами техногенных средств. 22 3. Введение в севообороты костреца и люцерны является доступным и экономически целесообразным средством оптимизации фитосанитарного состояния посевов, усиления конкурентоспособности культур по отношению к сорному компоненту и повышению продуктивности. СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Тойгильдин А.Л., Голомолзин Р.С. Продуктивность видов севооборотов и режим органического вещества на черноземе выщелоченном лесостепи Поволжья // Региональные проблемы народного хозяйства. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Ульяновск, 2004, с. 175 – 178 2. Асмус А.А., Тойгильдин А.Л., Хайртдинова Н.А. Биоклиматический потенциал и уровень его использования в севооборотах лесостепных агроландшафтов Поволжья // Региональные проблемы народного хозяйства. Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Ульяновск, 2004, с.20 – 26 3. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л., Ларин Ю.В. Белковая продуктивность гороха и многолетних трав в севооборотах и накопление биогенных ресурсов плодородия чернозема // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы. Ульяновск, ГСХА, 2005, с. 65 – 70 4. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л., Чекашкин А.Г. Белковая продуктивность гороха и многолетних трав в зависимости от систем удобрений в севооборотах // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы. Ульяновск, ГСХА, 2005, с.70 – 74 5. Тойгильдин А.Л. Накопление пожнивно-корневых остатков многолетними травами второго года жизни в севооборотах лесостепи Поволжья // Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы сельскохозяйственной науки и образования», Самара СГСХА, 2005, с. 222 – 224 6. Тойгильдин А.Л. Продуктивность симбиотической фиксации азота в посевах люцерны и эспарцета в зависимости от систем удобрений в севооборотах // Материалы Международной науно-практической конференции «Молодежь и наука XXI века» «Ульяновск, ГСХА, 2006, с. 108 – 113 7. Морозов В.И., Тойгильдин А.Л. Бобовые фитоценозы в биологизации севооборотов и накоплении ресурсов растительного белка // Кормопроизводство, 2007, №1 с. 10 – 14.