Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей задачей человечества является сохранение своего биосферного окружения. Её можно решить только путём интенсификации продукционного процесса в агроэкоспетемах на основе замедления диссипационных и усиления адсорбционных явлений (Кобозев И .В., Тюльдюков Bj\., Парахин Н.В., 1995).
Первым вопросом стратегии регулирования качества окружающей среды (в т.ч. плодородия земель) является организация исследований, направленных на выявление источников и факторов воздействия на экологические системы. Значительные территории в кашей стране заняты травяными экосистемами. Они представляют собой естественные и сеяные кормовые угодья, значимость которых в общем кормовом балансе оценивается высоко. В условиях экономического кризиса возникает опасность потерь ранее накопленных ресурсов: уменьшение плодородия почвы, деградация агроэхосистем и перевод их функционирования на экстенсивный путь, загрязнение окружающей среды, потеря информации, выраженная в снижении культуры земледелия и заинтересованности крестьянства в развитии производства, а также в уменьшении биологического и технологического разнообразия в огрозкосистемах (переход х монокультуре фермерских хозяйств). В связи с этим необходимо разработать экологически безопасные способы повышения эффективности функционирования агроэкосистеме.
Цель и задачи исследований, Основной целью исследований является теоретическое и экспериментальное обоснование принципов и экологически безопасных технологий стабильного развития кормопроизводства в Центральном районе Нечернозёмной зоны РФ, в том числе на основе интенсификации и стабилизации продукционного процесса в травянистых экосистемах, с учётом сукцессионных явлений, происходящих в них под влиянием коренного и поверхностного улучшения, агрохимических и агротехнических приемов (внесение удобрений, извести, подсева трав, орошения, обработки почвы, пастьбы).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
проанализировать действие закона АЛЛнжевского о количественной компенсации в биосферных функциях с цепью разработки методологии стабилизации и экологизации производства кормов;
дать агроэкологическую оценку различным антропогенным сукцессиям на естественных и сеяных кормовых угодьях;
исследовать значение принципа биологического и технологического многообразия- в агрозхосистемзх в обеспечении стабильности их функционирования;
- обосновать основные пути одновреме
його ядаетг*-
стабилизации, интенсификации, экологизации функционирования агроэкосистем и повышения его энергетической и экономической эффективности;
- изучить эффективность приёмов повышения продуктивности и
рационального использования многолетних травостоев (в севообороте и вне
севооборота) с целью усиления н стабилизации продукционного процесса в
агроэкосиетемах с учетом сложного строения ландшафтов;
оптимизировать набор клеверо-злаковых и злаковых травостоев с целью улучшения качества продукции, увеличения, и стабилизации производства корнов, в т.ч. с учетом рельефа;
изучить способы продления продуктивного долголетия травостоев и улучшения качеств: кормов как на основе, использования' минеральных удобрений, так и за счет усиления биологической азотфиксации путём обогащения фнтоценозов бобовыми травами;
исследовать приемы уменьшения потерь при заготовке и хранении сена;
- определить эффективность орошения, известкования, удобрения
многолетних травостоев и других кормовых культур;
определить влияние интенсивности пастбищного использования на состояние естественных кормовых угодий в зависимости от их продуктивности, разработать методику его оптимизации;
- изучить влияние основных изучаемых приемов на агрохимические
свойства почвы и баланс энергии, азота, фосфора- н калия в системе
"антропогенный фактор - почва -растения- урожай"; ,
- определить экономическую и энергетическую эффективность
производства кормов и факторов его интенсификации.
Научная новизна и теоретическая значимость исследований заключается в том, что было изучено действие закона АЛЛижевского о квантитативной компенсации в биосферных функциях применительно к агроэкоенстемам. При этом показано, что основой стабилизации производства кормов является обеспечение сложной структуры и мозаичностн агроэкосистем ы, использование неодинаковой реакции на ритмы абиотической среды разных видов растений и фнтоценозов, расположенных на разных элементах рельефа. Кроме того задача стабилизации и экологизации кормопроизводства решается через освоение севооборотов с культурами, обеспечивающими относительную замкнутость биогеохимических циклов.. Разработаны основные принципы достижения биологического и технологического многообразия агроэкосистем с целью обеспечения стабильного их функционирования.
Выявлено, что для экологизации и стабилизации сельскохозяйственного производства следует, во-первых, снизить уровень колебаний абиотической среды, во-вторых, повысить адаптивный потенциал агроэкосистем; в-третьих.
интенсифицировать продукционный процесс, т.е. обеспечить рост средней величины проективности агроэкосистем; в-четвЕртых, увеличить длительность их функционирования или ускорить производственные циклы. Всё сказанное достигается через опережающий рост наукоёмкости технологий/
Определено, что стабильность урожайности растений и севооборотов, а также производства продукции резко снижается при ухудшении экономической ситуации, особенно у культур интенсивного типа, при этом уменьшается биологическое и технологическое многообразие в агроэкосистемах. Уточнены уравнения, описывающие пути уменьшения экологических последствий деятельности консументов в агроэкосистемах и повышения стабильности и величины экономической и энергетической эффективности продукционного процесса в них и обеспечение продовольственной безопасности ее населения.
Исследовано влияние различных факторов на эффективность инвазии подсеваемых видов в разные травостои, на формирование симбиотического аппарата бобовых и симбиотичесхую азотфиксацию.
Предложена методика оценки экологически безопасного уровня нагрузки животных на пастбища по соотношению съеденной массы к продукти вкосто поедаемых видов в фитоценозе.
Изучено влияние подсева клевера лугового и люцерны изменчивой, различных минеральных удобрений, поверхностного и коренного улучшения травостоев и орошения на качество корма, агрохимические свойства почвы и баланс минеральных питательных веществ и энергии в системе "антропогенный фактор - почва - растения — урожай", а также на загрязненности вертикального стока.
Практическая ценность работы. Установлены зависимости урожайности, ботанического состава травостоя, качества продукции, баланса энергии и минеральных питательных веществ в агроэкосистемах, плодородия почвыот орошения, удобрений, известкования, поверхностного и коренного улучшения .туга, подсева клеверов, выпаса овей.
Были разработаны севообороты с высокой товарностью растениеводства и продуктивностью в размере 3400-4400 кормовых единиц с 1 га. Определено, что наибольшую продуктивность (650-700 кг/га сырого протеина и 32-42 ГДж/га обменной энергии) обеспечивает набор травосмесей, состоящий из раннеспелого (клевер луговой дауукосный * ежа сборная) и позднеспелого (клевер одноукосный + тимофеевка луговая) травостоев. При этом на верхнем плато рекомендуется возделывать две травосмеси, на южном склоне — раннеспелый, а на северном и нижнем плато — позднеспелый травостой. Установлено, что варьирование продуктивности по годам всего сложного агроландшафта в 1,32 раза меньше, чем в среднем у отдельных из его элементов, В условиях диспаритета цен в пользу промышленных товаров
продуктивное долголетие травостое» можно продлить без внесения азотных удобрении с помощью подсева клевера лугового и люцерны изменчивой, производимого во влажный год после первого укоса, особенно на фоне весеннего внесения фосфорно-калийных удобрении.
На основе полученных математических моделей можно прогнозировать экономическую эффективность удобрений, орошения, подсева и выпаса скота, в т.ч. с учетом экологических последствии.
Даны рекомендации по.уменьшению потерь прн заготовке к хранению сена и оптимизации использования пастбищ в зависимости от их продуктивности. Рассчитана эффективность разных оросительных систем.
Результаты исследовании подтверждены опытом хормопроизводствз ПТЗ "Заря Подмосковья", в Крестьянском хозяйстве Темирсултанова и других хозяйствах Московской, Ярославской и Орловской областей.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- использование закона Л Л.Чижевского о количественной компенсации в
биосферных функциях позволяет стабилизировать производство кормов в
крупных и фермерских хозяйствах,
биологическое, технологическое многообразие, севообороты, использование разных элементов ландшафта и подбор адаптированных к ним травостоев и культур позволяет стабилизировать продукционный процесс в агрозкосистемах, в частности производство кормов;
- продуктивное долголетие многолетних травостоев можно продлить на
основе усиления биологической азотфикезции путём подсева клевера лугового
и люцерны изменчивой, улучшением фосфорно-калийного питания,
известкованием и омоложением травостоев;
экономическая ситуация определяет стабильность
сельскохозяйственного производства, его рентабельность, а тахже востребованность приёмов его интенсификации, экологизации и стабилизации;
- экологизация, стабилизация и интенсификация продукционного процесса в агрозкосистемах определяются его энергетической эффективностью и достигаются через опережающий рост наукоемкое производства, когда в совокупных затратах возрастает доля расходов на развитие науки и техники; .
антропогенные воздействия в виде подсева трав, коренного и поверхностного улучшения травостоев, орошения, удобрения, известкования, обработки почвы, интенсивность пастьбы влияют не только на продуктивность, состав фитоценоза, качество продукции, энергетическую и экономическую эффективность производства кормов, но и на агрохимические свойства, микробиологическую активность почвы, баланс питательных веществ и энергии в системе "антропогенный фактор - почва - фитоценоз - урожай", а также на качества фильтрационной воды (вертикальный сток);
уменьшить экологические последствия в пастбищных экосистемах и предотвратить их деградацию можно путём увеличения и стабилизации их продуктивности при соответствующей оптимизация пастбищной нагрузки и коэффициента использования корма;
- совершенствование технологий, заготовки ц хранения сена позволяют
снизить потери питательных веществ и улучшить его качество и тем самым
повысить эффективность орошения и удобрення;
- повышение экономической эффектазности кормопроизводства и
приемов его интенсификации достигается через снижение диспаритета цен и
повышение энергетической эффективности производства на основе роста
нау коем кости технологий.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных, научно-прахтических конференциях и совещаниях, включая:
- научные конференции МСХЛ (1990-2001 гг.); республиканские
семинары (1995-2000 гг.), объединённое научно-техническое совещание учйных
и специалистов МСХА, ГГО "Заря Подмосковья" и учхоза МСХА "Дружба" -
Москва, 1996; Международная конференцій "Биологизация и экологизация
земледелия", Орёл, 1999; Всероссийские конференции "Экологические аспекты
по возделыванию с.-х. культур в фермерских хозяйствах1*, Переславяь, 1995,
199S; научные конференции МГЛУ, 2000 и 2001 гг.
Публикации. По материалам исследований опубликована 40 работ (59,2 усл. п. л.), в т.ч. 4 монографии, I учебное пособие.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, десяти глав, выводов, предложений производству, списха литературы и приложений. Работа изложена на 334 страницах^ содержит 77 таблицы, 17 рисунков и 10 приложений. Список использованной литературы содержит 477 наименования, в т.ч. на иностранных языках 127.
В основу диссертации положены данные экспериментальных исследований, полученных автором самостоятельно и в совместных исследованиях с д.с.-хл. В.А.Тюльдюковым, д.с-х.н, Я. В. Парах иным, к.с.-х.н. Г.С.Маркиным, Д.С.-Х.Н. Кобозевым, к.с.-х.н. ИЛ.Латифовым.
Автор .выражает искреннюю благодарность сотрудникам ОНИЛ технологии и механизации орошения кафедры луговодства ТСХА за оказанную техническую помощь в проведении исследований. 75% объема работы по сбору и обобщению результатов исследований выполнено автором.