Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 7
1.1. Интеркропинг как проявление закона необходимого разнообразия в пространстве 10
1.2. Смешанные и совместные посевы 13
1.3. Пожнивные и поукосные культуры 25
1.4. Зеленый конвейер для молочного комплекса 28
2. Условия проведения, схема и методика исследований 31
2.1. Почвы 31
2.2. Климат 32
2.3. Погодные условия лет проведения опыта 34
2.4. Схема опыта 3 8
2.5. Методика исследований 40
3. Биологические особенности кормовых культур при выращивании в одновидовидовых и смешанных орошаемых агроценозах 44
3.1 Закономерности роста и развития растений 44
3.2. Формирование и работа ассимиляционного аппарата 47
3.3 Динамика формирования зеленой и сухой биомассы в посевах 49
3.4. Поукосные культуры и их смеси 52
3.4.1. Закономерности роста и развития поукосных культур 52
3.4.2 Формирование ассимиляционного аппарата 54
3.4.3 Динамика формирования зеленой биомассы в посевах поукосных культур 55
4. Динамика влажности почвы 58
4.1. Динамика влажности почвы в посевах 58
4.2. Зависимость урожайности кормовых культур от влажности почвы 65
5. Гумус и водно-физические свойства почвы 74
5.1. Поступление свежего органического вещества в почву 74
5.2. Баланс гумуса в кормовом севообороте 80
5.3 Агрофизические свойства почвы 85
5.3.1 Плотность почвы 85
5.3.2 Структурность почвы 89
5.3.3 Пористость почвы 93
6. Урожайность и водопотребление смешанных и поукосных посевов 100
6.1. Урожайность 100
6.2. Качество биомассы кормовых культур 107
6.3. Водопотребление смешанных и поукосных посевов 110
7. Энергетическая и экономическая эффективность культур в смешанных и поукосных посевах 117
Выводы 123
Предложения производству 124
Список литературы 126
Приложения 148
- Зеленый конвейер для молочного комплекса
- Погодные условия лет проведения опыта
- Динамика формирования зеленой и сухой биомассы в посевах
- Зависимость урожайности кормовых культур от влажности почвы
Введение к работе
Орошаемые земли - важнейший резерв повышения производства кормов в стране. Увеличение интенсивности кормопроизводства является условием эффективного использования орошаемой пашни. Поливные земли должны занимать в структуре посевных площадей на поливных землях кормовые культуры должны занимать до 80 %. Кормопроизводство на орошаемых землях во многом зависит от подбора культур, отзывчивых на интенсивные технологии.
Важное место в орошаемых севооборотах приобретают уплотненные посевы, как в пространстве (озимые, ранневесенние, поукосные, пожнивные и др.) так и во времени (смешанные и совместные).
Уплотнение посевов не только повышает продуктивность орошаемых земель, но и улучшает их агромелиоративное состояние,
В связи с этим значение уплотненных посевовособенно возрастает в современных условиях дефицита энергетических и материальных ресурсов, приводящих к острому недостатку техногенных средств улучшения плодородия почвы и повышения урожайности орошаемых культур.
Снижение использования техногенных средств в современных условиях ведения орошаемого хозяйства приводит к деградации поливных земель, и в первую очередь, к дегумификации, декальцификации, деструктуризации, переуплотнению. Широкие масштабы приобретает увеличение засоренности орошаемых земель. Эти виды деградации имеют не меньшее отрицательное значение, чем подъем грунтовых вод и засоление почвогрунта.
Одним из эффективных и дешевых мер борьбы с этими видами деградации является расширение уплотненных посевов при орошении. Длительное пребывание почвы под покровом растений в уплотненных посевах не только повышает сбор кормов с поливного гектара, но и обогащает почву органическим веществом, увеличивает содержание гумуса, улучшает водно-физические свойства почвы.
Целью работы является изучение возможности возделывания уплотненных посевов при орошении в Саратовском Заволжье, совершенствование технологий их выращивания для повышения продуктивности ирригационного агроландшафта с одновременным улучшением агромелиоративного состояния поливных земель.
В задачи исследований входило:
изучение роста, развития растений и динамика формирования биомассы в многокомпонентных смешанных агрофитоценозах;
выявление особенности фотосинтеза в чистых одновидовых и смешанных многокомпонентных посевах кормовых культур при различных видах уплотнения;
проведение сравнительной оценки продуктивности основных культур, качества корма, сроков его поступления в одновидовых и смешанных посевах;
исследование влияния уплотненных посевов на поступление в почву свежего органического вещества и динамику гумусовых веществ в кормовом орошаемом севообороте;
изучение динамики основных агрофизических свойств почвы под влиянием смешанных посевов в ирригационном агроландшафте;
определение эффективности использования поливной воды смешанными и одновидовыми посевами при различном уплотнении;
энергетическая и экономическая оценка возделывания орошаемых культур в уплотненных агрофитоценозах.
Научная новизна исследований заключается в том, что впервые в Саратовском Заволжье в условиях орошения установлено влияние уплотненных смешанных двух- и трехкомпонентных посевов весеннего и поукосного срока сева на рост, развитие и фотосинтез растений, на продуктивность кормового севооборота, на качество кормов, на накопление органического вещества почвы и ее основные агрофизические свойства, на эффективность использования кормовыми культурами поливной воды.
Практическая значимость работы сводится к конкретным рекомендациям по составлению двух- и трехкомпонентных смешанных посевов с целью формирования высокопродуктивных уплотненных агрофитоценозов. Сочетание различных видов уплотнения (смешанных, озимых, ранневесенних и по-укосных посевов) позволило обеспечить производство для животноводства зеленых кормов с ранней весны до глубокой осени.
Для стабилизации баланса гумуса в ирригационном агроландшафте предлагается использовать кормовой севооборот, насыщенный различными уплотненными посевами, сочетающими уплотнение в пространстве и во времени.
Внедрение разработанного интенсивного севооборота позволило предупредить агрофизическую деградацию орошаемых земель.
Основные положения, выносимые на защиту:
оптимальное сочетание компонентов в смешанных посевах озимого, ранневесеннего и поукосного уплотнения кормовых культур при орошении;
преимущество смешанных посевов по сравнению с одновидовыми в продуктивности кормовых культур, качестве кормов и эффективности использования поливной воды;
возможность предотвращения деградации орошаемой почвы в кормовом севообороте при сочетании смешанных посевов с ранневесенним и по-укосным уплотнением.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях (г. Пенза, 2003, 2004 гг.), на внутривузовских научных конференциях региона (2002-2004 гг.).
Результаты исследований внедрены в хозяйствах Духовницкого, Бала-ковского и Энгельсского районов на площади 260 га.
По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы общим объемом 1,6 печатных листов, из них 0,9 авторских.
Зеленый конвейер для молочного комплекса
В условиях Нижнего Поволжья с ее часто повторяющимися засухами богарная пашня и естественные кормовые угодья не могут рассматриваться как гарантированный источник кормов. Поэтому в системе мер, направленных на создание прочной кормовой базы, решающая роль принадлежит орошаемым землям. Только на орошаемых землях гарантируется непрерывное поступление зеленой массы в течение всего возможного периода вегетации растений в качестве корма и сырья для заготовки травяной муки, сена, сенажа и силоса. При этом особое требование предъявляется к качеству зеленой массы, которая должна быть сбалансирована по основным питательным веществам.
Ни одна культура не содержит достаточного количества и в оптимальном соотношении питательных веществ, обеспечивающих полноценное кормление животных. Только сочетание различных культур в системе специализированных конвейеров позволяет бесперебойно получать зеленую массу, сбалансированную по основным питательным веществам.
Зеленый конвейер — это система организации летней кормовой базы, которая позволяет беспрерывно обеспечивать полную потребность животных в зеленых кормах с ранней весны до поздней осени.
Создание зеленого конвейера предполагает выполнение комплекса агротехнических (подбор, размещение в севооборотах и технология выращивания кормовых культур), зоотехнических (формирование групп животных, их содержание) и хозяйственно-экономических (организация и оплата труда, транспортные и другие работы) мероприятий.
Культуры зеленого конвейера должны отвечать главным требованиям -давать максимальный сбор зеленой массы с высокой питательностью, по-едаемостью и иметь разные сроки скашивания. Установлено, что самая высокая молочная продуктивность коров обеспечивается при содержании в одной кормовой единице 110-120 г переваримого протеина, 80-100 г сахара. Оптимальное сахарно-протеиновое соотношение в системе зеленого конвейера достигается при скармливании злаковых и бобовых культур, дополняющих друг друга необходимыми компонентами питательных веществ. В связи с этим в основе организации зеленого конвейера лежит принцип подбора разновременно созревающих культур из озимых, многолетних трав и яровых культур раннего и позднего сроков использования в основных и промежуточных, чистых и смешанных посевах.
Обзор научных трудов по теме наших исследований позволяет сделать вывод о том, что имеется значительная информация о продуктивности ведущих кормовых культур, а также простых смесей в разных природных зонах страны, отработаны основные приемы их агротехники. Значительно меньше имеется данных по подбору оптимальных компонентов, их соотношению в двух- и, особенно, многокомпонентных смесях. И очень мало работ, где возделывание кормовых культур рассматривается в связи с производством кормов в специализированных конвейерах. В нашей зоне это лишь исследования В.Д. Кузьмина (1968, 1992) и М.Н. Худенко (1983, 1995). Ими определены ориентировочные схемы зеленых конвейеров для различных видов живот ных. В молочном скотоводстве конвейер складывается следующим образом. Весной, самый ранний зеленый корм обеспечивают озимые культуры - рожь, тритикале, озимая пшеница. После использования озимых в начале лета достигают укосной спелости многолетние травы. В группе ранних яровых смесей наиболее продуктивны горох + овес; горох + овес + подсолнечник; овес + рапс; овес + рапс + подсолнечник. В позднелетний и раннеосенний периоды получение полноценной зеленой массы обеспечивают, наряду с многолетними травами, смешанные посевы поздних однолетних кормовых культур: кукурузы, сорго, суданской травы, сои, подсолнечника, рапса. В группе культур для сочного корма наиболее продуктивна кормовая свекла.
С середины лета и до самых заморозков дополнительное количество зеленого корма обеспечивают поукосные и пожнивные посевы гороха с овсом, различных по скороспелости гибридов кукурузы.
В настоящее время требуется детальная разработка многих вопросов зеленого конвейера в Саратовском Заволжье. Это и определение четкого состава культур в нем, уточнение норм высева и соотношения компонентов в смесях, выявление оптимальных сроков скашивания посевов, отработка технологических приемов возделывания культур и многое другое. Решению этих вопросов для конкретных условий Балаковского района и были посвящены наши исследования.
Погодные условия лет проведения опыта
В 1996 году погодные условия характеризовались как сухие и теплые. Годовая сумма осадков составила 229,2 мм вместо 318 мм по норме (72,1 %). За апрель-сентябрь выпало 149,0 мм против 178,0 мм по среднемноголетней величине (83,7 %) (табл. 2). В апреле средняя температура воздуха составила 3,8 С, что ниже нормы на 1,3 С. В мае и июне температура воздуха равнялась 18,4 и 20,2 С, что теплее обычного на 3,3 и 0,4 С. Особенно жарким был май месяц. Максимальная температура повышалась до 32,5 С, а минимальная влажность воздуха опускалась до 11 %. В июне максимальная температура составляла 37,5 С, а минимальная влажность воздуха равнялась 16 %. Июль и август также были теплее обычного на 0,7 и 0,2 С. Максимальная температура достигала 37,1 и 36,5 С. Влажной и жаркой погодой характеризовался 1997 год . Сумма осадков за год составила 360,1 мм (норма — 318 мм), за апрель-сентябрь - 224,4 мм (вместо 178 мм). В апреле среднесуточная температура воздуха равнялась 7,7 С вместо 5,1 С, сумма осадков - 29,7 мм вместо 22,0 мм по норме (табл. 3). Средняя влажность воздуха составляла 70 %. В мае выпало 56,4 мм осадков, что на 81,9 % больше среднемноголетней величины.
Средняя темпе- ратура воздуха равнялась 14,6 С вместо 15,1 С по норме, что на 0,5 С ниже нормы. В июне выпало 62,5 мм, что в 2,1 раза больше нормы. Средняя температура воздуха равнялась 22,1 С, что выше нормы на 3,3 С. В июле погода была прохладной и сухой. Выпало всего 17,9 мм осадков или 45,9 % нормы. По погодным условиям 1998 год был очень засушливым и жарким. Сумма осадков за год равнялась 208,4 мм, за апрель-сентябрь — 63,8 мм против 318 и 178 мм по норме или 65,5 и 35,8 % (табл. 4). В апреле выпало 25,2 мм; в мае - 0,3 мм; в июне - 0.4 мм; в июле — 18,7 мм; в августе — 14,1 мм. В апреле сумма осадков была близка к норме. В мае и июне их практически не было. В июле и августе выпало всего 32,8 мм или 50,0 % от средней многолетней величины. Температура воздуха в апреле составляла 4,1 С, что ниже нормы на 1,0 С. В мае, июне и июле она превышала среднюю многолетнюю величину на 0,9 С; 4,2 и 2,0 С.
В течение этих трех месяцев стояла сухая и жаркая погода. Максимальная температура уже в мае равнялась 33,0 С; в июне — 40,8; в июле - 38,0 С. Минимальная относительная влажность воздуха опускалась до 11; 16; 19 %. Это следует считать жесткой весенне-летней засухой. В августе температура воздуха была близка к многолетней. Сумма осадков равнялась 14,1 мм или 44,1 % нормы. Даже в сентябре осадки составляли всего 4,6 мм, а температура отмечена на 0,9 С выше нормы. Влажность воздуха снижалась до 17 и 15 %. Налицо осенняя засуха. Таким образом, 1998 год характеризовался резко выраженной комбинированной весенне-летне-осенней засухой. Подводя итоги, следует заметить, что 1996 год был среднесухой и теплый, 1997 год - влажный и теплый и 1998 год - острозасушливый и жаркий.
Динамика формирования зеленой и сухой биомассы в посевах
Формирование вегетативной массы кормовыми растениями определяет конечный результат их выращивания. Поэтому раскрытие закономерностей ее накопления имеет большое значение. У различных культур этот процесс идет неодинаково.
В начале вегетации молодые растения обладают слабой корневой системой и небольшой листовой поверхностью прирост вегетативной массы невелик и органические вещества направляются на образование листового аппарата и корневой системы. В последующие фазы большая часть органических веществ расходуется на интенсивное образование листостебельной массы.
Темпы образования урожая и его качество в течение вегетации у культур различны. При этом процесс накопления урожая зеленой и сухой биомассы аналогичен ходу формирования ассимиляционного аппарата. Этот процесс наглядно выражается в виде одновершинной кривой Сакса, т.е. сначала идет медленное нарастание биомассы, потом в период активного роста прирост биомассы ускоряется, достигая максимума, на некоторое время стабилизируется и затем может уменьшаться за счет усыхания и опадения листьев и оттока питательных веществ из биомассы в корневую систему. Многолетнее изучение процессов формирования зеленой и сухой биомассы позволили получить подробный объективный материал по данному вопросу для кормовых культур и их смесей (табл. 8, 9) Существенные различия в темпах накопления биомассы у изучаемых культур и смесей мы показываем на примере среднесуточного прироста зеленой массы (табл. 8). Ранние яровые культуры обладают более высокими темпами накопления биомассы в начале вегетации, а концу вегетационного периода идет менее интенсивный рост. Скорость прироста биомассы у овса и его смесей с горохом, подсолнечником и суданской травой наибольшая в период с третьей декады мая до середины июня. В это время наибольший среднесуточный прирост у овса составлял 1,1 т/га, а у наиболее продуктивной смеси ранних яровых культур суданская трава + подсолнечник + ячмень достигал 2,83 т/га, или в 2,57 раза выше. Динамика накопления сырой биомассы различными культурами, посеянными в одновидовых и смешанных посевах имела различный характер. За период вегетации от всходов до укосной спелости овес в чистом виде накопил 26,1 т/га зеленой массы, рапс - 27,3 т/га; горох с овсом - 31,6 т/га; овес, горох и подсолнечник - 57,8 т/га; суданская трава с подсолнечником и ячменем - 70,0 т/га (табл. 9). В смешанных агроценозах накопление сырой биомассы было в 1,21-2,68 раза выше, чем у чистых посевов овса и рапса. Аналогичная закономерность отмечена и в динамике накопления сухой биомассы (табл. 10). За период вегетации до уборочной спелости овес в одновидовых посевах в среднем за годы исследований накапливал 6,53 т/га сухого вещества; рапс -6,55 т/га; овес с горохом - 8,01 т/га; овес с горохом и подсолнечником - 12,72 т/га; суданская трава с ячменем и подсолнечником — 16,40 т/га.
В смешанных посевах накопление сухой биомассы шло интенсивнее, чем в одновидовых посевах овса и рапса в 1,22-2,50 раза. Кормосмеси овес + яровой рапс, а также суданская трава, подсолнечник и ячмень высевались поукосно после овса и гороха на зеленый корм. Данные показывают, что в поукосных и пожнивных посевах кормовые культуры развивались значительно быстрее, чем в основных (табл. 11). Если цветение у кукурузы весеннего посева наступало через 60 дней после всходов, то у кукурузы поукосного посева через 55 дней. Цветение у овса весеннего срока посева наступило через 48 дней после всходов, а поукосного - через 44 дня, у ярового рапса - через 31 и 27 дней, у суданской травы - через 54 и 48 дней, у ячменя - через 43 и 37 дней, у подсолнечника - через 51 и 46 дней. У культур поукосного посева вегетация сокращалась на 5-6 дней (табл. 11). Это вызвано тем, что первая половина вегетации кормовых культур в повторных посевах по сравнению с весенними проходит в условиях повышенных температур, длинного дня и качественно другого спектрального состава. Продолжительность вегетационного периода очень важна, так как определяет сроки хозяйственного использования растений, возможность посева той или иной культуры в данной зоне, их пригодность для основной и промежуточной культуры. Особенности роста культур в высоту проявлялись как в темпах роста в течение вегетации, так и в общей высоте растений к моменту уборки. Отмечены значительные различия культур по высоте. В поукосных посевах высота растений была много ниже, чем у культур весеннего срока сева. Цветение овса наступило при высоте 72 см; ярового рапса — при высоте 74 см; подсолнечника — 107 см; ячменя — 64 см; суданской травы — при высоте 138 см; кукурузы - 139 см. Это соответственно ниже, чем у весенних посевов овса на 38 см; рапса— на 36 см; подсолнечника - на 43 см; ячменя — на 36 см; суданской травы — на 57 см; кукурузы — на 98 см.
Зависимость урожайности кормовых культур от влажности почвы
Для более полной оценки значения промежуточных культур следует учитывать не только дополнительную продукцию, получаемую при их возделывании, но и количество органического вещества, поступающего в почву с послеуборочными остатками. Пожнивные и корневые остатки заметно влияют на баланс органического вещества в почве.
По данным A.M. Гаврилова (1971), поукосная кукуруза, убранная на зеленый корм, оставляла в почве 16,8 т/га пожнивных и корневых остатков. Высеваемый до нее горох на корм весеннего срока сева дополнительно поставлял в почву 2,4 т/га органического вещества; чина - 1,8; горчица - 4,1; овес - 4,2; пажитник - 3,0; кормовые бобы - 3,2 т/га.
Поукосные и пожнивные посевы после раноубираемых культур в опытах Волгоградского СХИ оставляли после себя от 2,6 до 11,3 т/га свежего органического вещества в виде послеуборочных остатков. Наибольшее количество оставляла после себя пожнивная кукуруза - 11,3 т/га остатков. После подсолнечника в почву поступало 10,1 т/га органических остатков; после суданской травы - 6,4 т/га; после гороха - 2,6; после горчицы - 5,7; после пажитника—3,3 т/га. Несмотря на сокращенный период вегетации пожнивные и поукосные культуры имели корни такой же мощности, как и в основных ранневесенних посевах.
По содержанию питательных веществ корни поукосных и пожнивных культур значительно превосходят корни основных культур, закончивших вегетацию, так как их развитие прерывается, когда они еще очень активны и в них содержится много питательных элементов.
По данным Е.К. Алексеева (1957), содержание азота и доступного фосфора в корнях с возрастом снижается быстрее, чем в надземной биомассе. Активные корни, содержащие небольшое количество лигнина, узкое соотношение C:N, разлагаются быстрее, чем старые отжившие к концу вегетации. Разложение их идет без заметного подавления процесса нитрификации.
Часть свежего органического вещества в почве переходит в гумус. Особенно интенсивно накопление гумуса идет при запашке активной корневой и зеленой массы в почву (СМ. Надежкин, 1999). Для бездефицитного баланса гумуса в почву должно поступать 8-Ю т/га органического вещества (СМ. Надежкин, 1998, 1999; Н.И. Королев, 1980, 1987). В промежуточных посевах, особенно в пожнивных и поукосных, органические остатки характеризуются более узким соотношением C:N, что снижает конкуренцию микроорганизмов с растениями. Процесс разложения при этом сопровождается усилением мобилизации доступных форм азота. Особенно возрастает количество гумуса под влиянием бобово-злаковых травосмесей. Положительное влияние промежуточных культур на содержание гумуса в почве отмечают немецкие (Eich; Rubensam) и американские (Smith, Wheeting, Allison) ученые. Определение количества послеуборочных остатков показало, что смешанные и поукосные посевы увеличивают поступление свежего органического вещества по сравнению с одновидовыми посевами в 1,3-2,2 раза (табл. 18). В 1996 г. озимая рожь оставляла после себя 4,39 т/га послеуборочных остатков, суданская трава весеннего посева - 5,19; кукуруза - 6,83 т/га. После овсяно-гороховой смеси весеннего посева в почву поступало 5,84 т/га свежего органического вещества. Поукосные посевы оставляли в почве меньшее количество органического вещества, чем культуры весеннего срока сева. В 1996 году в поукосных посевах после овсяно-гороховой смеси оставалось 5,14 т/га органических остатков; после овсяно-рапсовой смеси — 4,42 т/га; после ячменно-рапсовой — 3,89 т/га. Наибольшее количество органического вещества поступало в почву после уборки трехкомпонентных смесей с подсолнечником весеннего срока сева.
Оно составляло в 1996 году 9,53 и 7,94 т/га. После их уборки и выращивания поукосных посевов к осени в почву поступало до 13,57-14,67 т/га по слеуборочных остатков. На 1 га севооборотной площади в этом году поступило 9,37 т/га свежего органического вещества. В 1997 году закономерность обогащения почвы органическим веществом в севообороте не изменилась. В этом году озимая рожь составляла после себя 3,93 т/га органических остатков; овсяно-гороховая смесь весеннего посева — 4,18 т/га; суданская трава - 6,07; кукуруза - 7,20 т/га. После поукосной овсяно-гороховой смеси количество пожнивных и корневых остатков составило 4,46 т/га; овсяно-рапсовой — 4,23 т/га; ячменно-рапсовой - 2,94 т/га. Наибольшее количество послеуборочных остатков к осени отмечено при сочетании смешанных трехкомпонентных посевов с подсолнечником и по-укосных злаково-бобовых травосмесей. Здесь накапливалось 12,11—14,00 т/га свежего органического вещества. В среднем на 1 гектар севооборотной площади пожнивных и корневых остатков в 1997 году было 8,59 т/га, что меньше, чем в 1996 году на 9,1 %. Это связано с погодными условиями лет проведения исследований. В 1998 острозасушливом году после озимой ржи оставалось в почве 5,16 т/га послеуборочных остатков. Весенние посевы овсяно-гороховой смеси оставляли после себя 5,01 т/га органического вещества, суданской травы - 5,75; кукурузы - 6,01 т/га.
