Формирование совместных травостоев силосных культур с высокобелковыми растениями в Предуральской лесостепи Республики Башкортостан

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Формирование совместных травостоев силосных культур с высокобелковыми растениями в Предуральской лесостепи Республики Башкортостан

06.01.01 - общее земледелие

кандидата сельскохозяйственных наук

Бахтияров Тимерзян Хасанович

Кинель - 2011

Работа выполнена на кафедре растениеводства ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» в 2007…2010 гг.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук Троц Василий Борисович

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ Р.Р.Исмагилов

кандидат сельскохозяйственных наук А.В.Казарина

Ведущая организация ГНУ Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

Защита диссертации состоится «26» апреля 2011 года в 10⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.058.01 при ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Адрес: 446442,Самарская область, г. Кинель, пгт. Усть-Кинельский, ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», диссертационный совет. Тел./факс (84663) 46-1-31, (84663) 46-5-84, E-mail: ssaa-samara@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», с авторефератом - в сети Интернет на сайте СГСХА www.ssaa.ru

Автореферат разослан «25» марта 2011г.

Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, профессор Г.К.Марковская

Общая характеристика работы

подсолнечник травостой урожай овес

Актуальность темы. Одним из факторов, сдерживающих продуктивность животноводства в Предуральской лесостепи Республики Башкортостан, является недостаточная обеспеченность скота высококачественными кормами, сбалансированными по питательным веществам и в первую очередь по переваримому протеину. Дефицит кормового белка в настоящее время составляет около 15…20%, а в зимних рационах достигает 30…40%. В связи с этим особую актуальность имеют исследования, направленные на разработку современных ресурсосберегающих технологий формирования высокопродуктивных агрофитоценозов силосных культур, позволяющих получать урожаи фитомассы, сбалансированной по переваримому протеину и другим, физиологически активным веществам в пределах зоотехнических норм.

Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в разработке приемов возделывания поливидовых посевов силосных культур, обеспечивающих получение в условиях Предуральской лесостепи Республики Башкортостан стабильных урожаев фитомассы, обеспеченной переваримым протеином в пределах физиологических норм. В соответствии с этим в задачи исследований входило:

1. Изучить особенности роста и развития силосных растений подсолнечника, кукурузы и сорго в одновидовых и совместных травостоях с мальвой мелюка и донником белым однолетним.

2. Сделать сравнительную оценку кормовой ценности урожая и определить наиболее приемлемые варианты смесей.

3. Изучить особенности формирования фитомассы в подсолнечнико-бобово-злаковой смеси на силос при различных уровнях минерального питания растений.

4. Выявить влияние сроков посева вики и овса в ценозах подсолнечника на продуктивность травостоя и качество урожая.

5. Изучить характер ассоциативных напряжений в сложных растительных сообществах, дать теоретическое и практическое обоснование биологической совместимости возделываемых культур.

6. Сделать экономическую и агроэнергетическую оценку разработанным технологиям.

7. Внедрить наиболее эффективные приемы повышения протеиновой полноценности травостоев кормовых культур в производство.

Научная новизна. Впервые в условиях Предуральской лесостепи Республики Башкортостан изучены особенности роста и развития силосного подсолнечника, кукурузы и сорго в бинарных посевах с мальвой мелюка и донником белым однолетним. Дано агробиологическое обоснование целесообразности моделирования таких травостоев. Выявлен характер ассоциативных напряжений в поливидовых агроценозах. Установлены основные биометрические параметры силосных плантаций, позволяющих в 1,3…1,9 раза увеличить выход переваримого протеина с 1 га и повысить его концентрацию в 1 кормовой единице до 99…122 г. Проведено уточнение сроков посева викоовсяной смеси в ценозах силосного подсолнечника, обеспечивающих без существенных дополнительных материальных затрат, значительный выход кормового белка с единицы площади при более рациональном использовании трофических ресурсов. Выявлено влияние минеральных удобрений на характер межвидовой конкуренции и продуктивность подсолнечнико-бобово-злаковой смеси. Дана экономическая и агроэнергетическая оценка разработанным приемам возделывания силосных культур.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты подбора высокобелковых компонентов для совместного возделывания в бинарных травостоях с силосным подсолнечником, кукурузой и сорго, позволяющие в 1,3…1,9 раза увеличить выход переваримого протеина с 1 га.

2. Обоснование основных биометрических параметров поливидовых агроценозов, стабильно обеспечивающих в контрастных погодных условиях получение 24,7…26,5 т/га биомассы на силос, сбалансированной по кормовому белку в пределах зоотехнических норм.

3. Агробиологическое обоснование посева викоовсяной смеси по всходам силосного подсолнечника, уменьшающего ассоциативное напряжение в растительном сообществе и повышающего сбор переваримого протеина с урожаем при различных уровнях плодородия почвы на 2,2…57,7%.

4. Экономическая и агроэнергетическая оценка разработанных приемов увеличения концентрации переваримого протеина в кормах.

Практическая ценность работы. Производству рекомендованы технологии формирования стабильных поливидовых агроценозов силосных культур, позволяющие в 1,3…1,9 раза увеличить выход кормового белка с единицы площади и получать фитомассу, сбалансированную по переваримому протеину и другим питательным веществам в пределах зоотехнических норм. Полученный экспериментальный материал используется в учебном процессе в ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», ФГОУ СПО «Аксеновский сельскохозяйственный техникум» и ФГОУ СПО «Белебеевский техникум механизации и электрификации сельского хозяйства» в программах повышения квалификации специалистов и руководителей хозяйств Самарской, Оренбургской областей и Республики Башкортостан.

По разработанным технологиям кормовые культуры возделываются в СПК «Заветы Ленина», ООО «Правда-Агро», ОАО «Каранский», ОАО «ГПЗ им. М.Горького», колхозе им. Димитрова, им. Куйбышева и других хозяйствах Республики Башкортостан и Оренбургской области на площади около 10 тыс. га.

Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 13 печатных работах, общим объемом 3,9 п.л., в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК России, 1 статья в Международном журнале. Докладывались на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 115-летию Т.С.Мальцева «Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодежи» (г. Курган, 2010 г.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» (г. Уфа, 2010 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в АПК» (г. Москва, 2010 г.), а также на агрономических конференциях Альшеевского, Миякинского, Бижбулякского и Ауразинского районов Республики Башкортостан (2007…2009 гг.), на межрегиональном совещании глав сельских муниципальных районов и начальников районных управлений сельского хозяйства Оренбургской области и РБ «Актуальные вопросы кормопроизводства и пути решения проблемы кормового белка», проводимом на базе ФГОУ СПО «Аксеновский сельскохозяйственный техникум» (2008…2009 гг.).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах и содержит введение, 5 глав, выводы и предложения производству, список литературы из 259 источников, в том числе 9 на иностранном языке. Работа включает 2 рисунка, 29 таблиц и 23 приложения.

Содержание работы

Условия и методика исследований

Исследования проводились в период с 2007 по 2010 гг. на полях учебного хозяйства ФГОУ СПО «Аксеновский сельскохозяйственный техникум» Альшеевского района Республики Башкортостан, в годы с резко контрастными погодными условиями. 2007 год был избыточно влажным с ГТК -1,57. 2009 - отличался жаркой и сухой погодой в июне - июле и влажной, теплой в августе. ГТК ровнялся 0,90. Засушливый тип погодных условий с ГТК - 0,89 и неравномерным выпадением осадков был характерен для 2008 года и аномально засушливый с ГТК - 0,14 для 2010 года.

Для решения поставленных задач закладывалось 2 полевых опыта. В опыте 1 (2007…2009 гг.) изучались особенности формирования урожая силосных растений (подсолнечник, кукуруза, сорго) в одновидовых и совместных ценозах с высокобелковыми культурами (мальва мелюка (Malva meluca Graebn) и донник белый однолетний (Melilotus albus desr.) при умеренном уровне минерального питания растений (табл. 1).

1. Схема опыта 1

Опыт 2 (2008…2010 гг.) предусматривал изучение влияния различных сроков посева викоовсяной смеси в травостои подсолнечника на продуктивность агрофитоциноза и характер межвидовой конкуренции. Исследования проводились на двух уровнях минерального питания растений: 1 - контроль (без удобрений); 2 - фон - 1 (расчетные дозы NPK на урожай зеленой массы 25 т/га) по следующей схеме (табл.2).

2. Схема опыта 2

Почва опытного участка - чернозем типичный среднегумусный среднемощный тяжелосуглинистый с содержанием гумуса 5,8%, подвижного фосфора - 15,3 мг и обменного калия - 22,9 мг на 100 г почвы. Мощность гумусового горизонта до 46 см, реакция почвенного раствора - рН 6,6…7,0.Предшественником в опытах была озимая рожь. После её уборки проводилась зяблевая вспашка на 25…27 см. Весной велось боронование БЗТС-1,0 поперек основной обработки. Первая культивация выполнялась на глубину 10…12 см для провокации и уничтожения сорняков с одновременным боронованием. Вторая - в день посева на глубину заделки семян. Способ посева подсолнечника, кукурузы, сорго и мальвы - широкорядный с междурядьями 70 см сеялкой KINZE-2000. Семена мальвы смешивались с гранулированными удобрениями (аммофос) в соотношении 1:6 и высевались через туковысевающие аппараты сеялки в зону рядка семян основных силосных культур. Донник белый однолетний размещался сплошным рядовым способом сеялкой СПУ-6 поперек посева подсолнечника, кукурузы и сорго. Затем поле прикатывалось. В течение лета в широкорядных травостоях проводили две междурядные обработки культиватором КРН - 5,6. Бинарные ценозы с донником однолетним ухода не требовали. Все варианты опыта 1 размещались на умеренно удобренном фоне N ₃₃ Р₉ К₁₄. Для посева использовались рекомендуемые для РБ сорта и гибриды: кукурузы - Кинбел 181 СВ, сорго сахарное - Кинельское - 3, мальвы - Волжская, донника белого однолетнего - Поволжский.

Подсев бобово-злаковой смеси в 3 варианте опыта 2 проводился после боронования подсолнечника, а в 4 - после междурядной обработки, сеялкой СЗ-3,6. Удобрения (N ₆₇ Р₁₄ К₈) вносились по той же схеме, что и в опыте 1. Фосфорные и калийные разбрасывались под вспашку, а азотные - весной под культивацию. Объектом исследований служили растения следующих сортов и гибридов: подсолнечника - Родник (Р 453); овса - Мирный; вики - Льговская 60. Повторность в опытах трехкратная, учётная площадь делянок 200 м² . Размещение вариантов систематическое.

Экспериментальная работа проводилась с учетом основных методических указаний, разработанных ВНИИ кормов им. В.Р.Вильямса (1987), методики полевого опыта Б.А.Доспехова (1985), методических указаний по проведению полевых опытов с кормовыми культурами (1997), методического пособия по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства (1995).

Полевые опыты сопровождались необходимыми наблюдениями и анализами:

1. Посевные качества семян определялись в лаборатории семеноведения кафедры растениеводства Самарской ГСХА по существующему ГОСТу.

2. Метеорологические условия анализировались по данным АМС «Аксаковская», а также прослеживались в течение всего периода вегетации растений.

3. Густоту стояния растений подсчитывали на постоянно закрепленных площадках по 0,5 м² в четырехкратной повторности на двух несмежных повторениях. Подсчет проводили в фазе полных всходов и в конце вегетации (В.Ф.Моисейченко и др., 1996).

4. Фенологические наблюдения велись с отметкой даты посева, полных всходов. У овса отмечалось кущение, выход в трубку, выметывание, молочная и восковая спелость зерна. У вики - даты ветвления, начало и полного образования бобов, зеленой и восковой спелости. У подсолнечника - формирование первой, второй и третьей пар настоящих листьев, образования корзинок, полного цветения (75%). У кукурузы и сорго - появление трех и пяти листьев, начало и полного выметывания, молочной и восковой спелости зерна. У мальвы и донника однолетнего велась отметка фаз: начало (10%) и полных (75%) всходов, ветвления, выметывания и бутонизации, начало и полного цветения (75%), укосной спелости. По всем вариантам опыта вычислялась продолжительность межфазных периодов.

5. Динамику линейного роста определяли путем измерения высоты случайно выбранных растений в 10 пунктах делянки с интервалом в 20 дней от начала интенсивного роста и пред уборкой.

6. Приросты зеленой массы и сухого вещества определяли - через 20 дней, от начала интенсивного роста и перед уборкой урожая. Растения срезались с площадки 0,5 м² на всех повторениях опыта. После взвешивания определялся выход сухого вещества, для чего измельченные пробы высушивались при температуре 105⁰С до постоянного веса. Параллельно исследовалась структура надземной массы травостоев путем разделения двух пробных снопов на стебли, листья, соцветия и их взвешиванием. Доля каждой фракции вычислялась в процентах.

7. Площадь листовой поверхности определялась по оригинальной программе - методом сканирования на ПЭВМ Pentium ЙV. Фотосинтетический потенциал посевов и чистая продуктивность фотосинтеза рассчитывалась по методике А.А.Ничипоровича (1976).

8. Данные прихода фотосинтетически активной радиации (ФАР) взяты в Башкирском территориальном управлении по метеорологии и прогнозу погоды. КПД_фар рассчитывали с учетом калорийности 1 кг сухой биомассы, ее прироста за определенный промежуток вегетации и суммы ФАР за тот же период.

9. Учет урожая проводился поделяночно методом взвешивания на весах ВП-100 скошенной зеленой массы со всей учетной площади делянки в сроки, установленные для каждого опыта. Перед уборкой в поливидовых посевах учитывалась доля каждого компонента ценоза в урожае.

10. Химические анализы растений выполнялись в лаборатории животноводства СГСХА на инфракрасном анализаторе ИК 4500.

11. Кормовая ценность зеленой массы рассчитывалась на основе данных химического состава растений, коэффициентов переваримости по М.Ф.Томмэ (1984). Расчет условных кормопротеиновых единиц сделан по методике С.И.Мартиросова и др. (1977). Обменная энергия 1 кг сухой биомассы определялась согласно рекомендаций по оценке питательности кормов в энергетических кормовых единицах (В.А.Григорьев и др., 1984; В.Г.Васин и др., 2005).

12. Лабораторные анализы почвы проводились в Агрохимической лаборатории СГСХА, легкогидролизуемый азот определялся по И.В.Тюрину и М.М.Кононовой, подвижный фосфор и обменный калий - по В.Ф.Чирикову. Математическая обработка экспериментального материала проводилась по Б.А,Доспехову (1985) в вычислительном центре Самарской ГСХА на ПЭВМ Pentium ЙV.

13. Экономическую оценку результатов исследований выполняли по методике, разработанной кафедрой экономики Самарской ГСХА. Расчет агроэнергетической эффективности по методическим рекомендациям ученых ВНИИ им. В.Р.Вильямса (1989, 1995) и Самарской ГСХА (В.Г.Васин и др., 2005) на ПЭВМ Pentium IV.

Результаты исследований

Формирование бинарных травостоев подсолнечника, кукурузы и сорго с высокобелковыми растениями

Фенологические наблюдения. Исследованиями в опытах выявлено, что всходы всех растений, как в контрольных, так и в бинарных посевах появляются одновременно. В дальнейшем, по мере роста, в совместных ценозах отмечалось запаздывание в прохождении очередных фенофаз. Причем у основных культур оно больше проявлялось во второй период вегетации, а у мальвы и донника однолетнего прослеживалась на протяжении всей вегетации. Наиболее сильно новые кормовые культуры депрессировались в поливидовых посевах с подсолнечником, кукуруза и сорго отличались большей толерантностью к компонентам смеси. Наблюдениями установлено, что бутонизация, выметывание и цветение традиционных и новых кормовых растений в Предуральской лесостепи РБ приходится на 5…6 декады вегетации. Это обостряло фитоценотичнескую напряженность в посевах, усиливало конкуренцию и взаимоугнетение растений. В результате вегетационный период смесей увеличивался на 4…6 дней. Исследованиями установлено, что к моменту укосной спелости подсолнечника - на 65…70 день вегетации, мальва и донник однолетний успевают сформировать только бутоны и раскрыть единичные цветки. В фазу полного цветения новые кормовые культуры вступают на 75…78 день после появления всходов. Продолжительное цветение мальвы и донника белого однолетнего (25…35 дней) позволяет существенно варьировать сроками отчуждения кукурузы и сорго. К их уборке можно приступать на 75…90 и 89…102 день вегетации. Различия в сроках наступления укосной спелости одновидовых посевов традиционных растений и их смесей с мальвой и донником однолетним позволяют организовать в условиях юго-запада Предуральской лесостепи Республики Башкортостан конвейерную заготовку зимнего корма, используя для закладки раннего силоса зеленую массу агроценозов с подсолнечником, затем через 10…18 дней убирать варианты с кукурузой. Фитомассу сорго и его смесей можно закладывать на силос в начале сентября, через 12…14 дней после уборки кукурузы.

Густота стояния. Опытами установлено, что полевая всхожесть семян изучаемых культур, как в одновидовых, так и в смесях примерно равна. Очевидно, на данном этапе органогенеза химические выделения молодых растений не проявляют четко выраженного аллелопатического эффекта или их концентрация еще относительно мала и они не могут оказывать угнетающего или стимулирующего действия. В течение вегетации часть опытных растений неизбежно погибала в силу естественных причин. В бинарных ценозах процессы изреживания усиливалось еще и сложными межвидовыми взаимоотношениями компонентов смесей. К моменту уборки густота стояния подсолнечника в посевах с мальвой оказалась на 8,6%, а в травостоях с донником на 14,2% ниже значений контрольного варианта. Кукуруза и сорго испытывали меньшие стрессы, однако и их сохранность в смесях с мальвой уменьшалась по сравнению с контрольными на 4,6…6,4%, а в травостоях с донником на 9,8…11,0%.

Анализ плотности стояния высокобелковых компонентов ценозов показал, что в смесях с подсолнечником к укосной спелости остается не более 53,4% взошедших растений мальвы и 56,0% донника однолетнего. В двойных смесях новых кормовых культур с кукурузой и сорго, сохранность мальвы составляла 69,2…72,6%, а донника однолетнего - 75,2…77,8%.

Линейный рост растений. Исследованиями выявлено, что темпы линейного роста в бинарных посевах существенно снижаются. Причем ингибирование ростовых процессов наблюдалось, как у основных компонентов смесей, так и у новых кормовых культур. Особенно напряженные межвидовые взаимоотношения складывались в травостоях с подсолнечником. Имея относительно быстрое стартовое развитие - 1,5…2,6 см/сутки и большую листовую поверхность он сильно затенял и угнетал мальву и донник однолетний. Высота их стеблей к укосной спелости подсолнечника ровнялась в среднем 52 см и 60 см, или 41,6% и 65,3% от индексов одновидовых ценозов. На 12 см и 27 см ниже контроля были и растения подсолнечника. Причем наиболее сильно основная силосная культура детерминировалась в совместном посеве с донником однолетним.

Ярусная архитектоника травостоя формировалась и в смесях с кукурузой и сорго. Однако при высоких темпах линейного роста во второй половине лета мальва практически догоняла кукурузу, а в ценозах с поздно убираемым сорго даже перерастала злаковую культуру, достигая средней высоты в 174 см. Донник однолетний в посевах с кукурузой занимал надпочвенное пространство до 103 см, а в смесях с сорго - до 115 см. Меньшей конкурентной силой по отношению к злаковым отличались и высокобелковые культуры. Высота кукурузы в смесях с мальвой была лишь на 6 см, а сорго на 5 см ниже контрольных параметров. Донник однолетний проявлял большую агрессивность к другим компонентам, снижая длину их стеблей на 12…15 см.

Фотосинтетические параметры посевов. Опытами установлено, что на начальных этапах органогенеза злаковые культуры имеют относительно небольшую листовую поверхность. К концу третьей декады вегетации в одновидовых посевах сорго она достигает только 12,8, а кукурузы - 16,8 тыс.м/га. У мальвы и донника однолетнего эти значения были еще ниже и не превышали соответственно 8,2 тыс.м²/га и 9,2 тыс.м²/га. Формирование оптической поверхности в травостоях подсолнечника проходило быстрее. К указанной дате она достигала 20,1 тыс.м²/га. Несколько иную динамику листообразования имели совместные ценозы. К началу четвертой декады вегетации их суммарная оптическая поверхность в травостоях с подсолнечником - на 1,4…5,9%, а в смесях с кукурузой и сорго - на 14,2…28,5% и 29,6…52,0% превышала контрольные значения.

С усилением ростовых процессов площадь листьев всех растений увеличивалась. Причем наибольшие приросты ассимиляционной поверхности отмечались у высокобелковых культур. Максимальную фотосинтетическую поверхность одновидовые посевы злаков формировали к 7…8, а подсолнечника к 6 декаде вегетации. В моноценозах кукурузы она равнялась в среднем - 45,4 тыс.м²/га, сорго - 37,4 тыс.м²/га, а подсолнечника - 35,7 тыс.м²/га (табл. 3).

3. Фотосинтетические параметры посевов, 2007…2009 гг.

К концу вегетации часть листьев нижних ярусов подсыхала и терялась. В результате оптическая площадь контрольных посевов снижалась на 5,0…12,9%. В бинарных травостоях кукурузы и сорго, наоборот, за счет постоянного новообразования и увеличения листовых пластинок у мальвы и донника однолетнего, фотосинтетическая поверхность практически в полном объеме функционировала до укосной спелости, сохраняясь на уровне 42,9…48,8 тыс.м²/га и 39,9…43,9 тыс.м²/га. В посевах подсолнечника к моменту уборки наибольшую листовую поверхность имели его травостои с мальвой - 32,6 тыс.м²/га.

Величина урожая силосных зависит не только от площади листьев, но и от продолжительности их функционирования или фотосинтетического потенциала (ФП). Анализ полученных данных показал, что, несмотря на высокие стартовые темпы наращивания листовой поверхности, в целом за вегетацию подсолнечник формирует относительно небольшой ФП - 1125 тыс.м² • дней/га. В бинарных смесях с мальвой он был несколько выше, но не превышал 1239 тыс.м² • дней/га. При этом на долю второго компонента ценоза приходилось 37,8% общего объема ФП. Фотосинтетический потенциал совместного посева подсолнечника с донником однолетним равнялся 1290 тыс.м² • дней/га, доля высокобелкового вида в суммарном объеме фотосинтетического аппарата достигала 43,6%. В контрольных травостоях кукурузы параметры ФП составляли 1795 тыс.м² • дней/га, что на 62% больше индексов одновидовых плантаций подсолнечника. Совместные ценозы кукурузы и мальвы с начальных этапов развития имеют преимущества перед вторым вариантом смеси. В результате их ФП на 194 тыс.м² • дней/га превышал показатели кукурузы с донником однолетним и на 529 тыс.м² • дней/га значений монокультуры злака. На долю высокобелковых компонентов приходилось в среднем 45,4% и 47,1% общего объема ФП. Фотосинтетический потенциал в одновидовых посевах поздноубираемого сорго равнялся 1916 тыс.м² • дней/га, что на 3,2% и 61,6% больше индексов кукурузы и подсолнечника. В совместных ценозах с мальвой достигал 2417 тыс.м² • дней/га. Причем постоянное листообразование у мальвы компенсировало их потерю у сорго и способствовало длительному и активному функционированию оптической поверхности травостоев. В бинарных смесях сорго с донником однолетним наоборот, оба компонента к концу вегетации теряли часть листьев нижних ярусов, снижая ФП до 2275 тыс.м² • дней/га. Доля листьев новых кормовых культур в суммарном объеме ФП сорговых травостоев составляла соответственно 47,5% и 50,1%. Фотосинтетический потенциал контрольных посевов мальвы составил в среднем за годы исследований 1682 тыс.м²•дней/га, а донника однолетнего - 1539 тыс.м² •дней/га.

Важную роль в формировании урожая биомассы играет чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) - показатель, характеризующий эффективность работы листовой поверхности. Исследованиями в наших опятах выявлено, что ЧПФ величина не постоянная и существенно меняется в течение вегетации. Анализ средних значений ЧПФ за вегетацию показал, что в одновидовых плантациях подсолнечника они равны 6,04 г/м²•сутки. В его смесях с мальвой - 5,08 г/м²•сутки, а с донником однолетним - 4,72 г/м²•сутки. ЧПФ контрольных травостоев кукурузы равнялась 4,92 г/м²•сутки, сорго - 4,74 г/м²•сутки. Темпы накопления биомассы в их смесях с мальвой и донником однолетним находились примерно на равном уровне и варьировали от 3,93 до 4,10 г/м²•сутки. Интенсивность приростов органики у новых кормовых культур была несколько выше и составляла в среднем за вегетацию 5,17 и 5,45 г/м²•сутки.

Эффективность работы фотосинтетического аппарата силосных культур также можно оценить по выходу валовой энергии и коэффициенту использования ФАР. Подсчеты показали, что совместные травостои подсолнечника с мальвой аккумулируют около 149,3 ГДж/га при коэффициенте использования ФАР - 1,90%. Замена подсолнечника кукурузой позволяет увеличить КПД ФАР до 2,12% и накапливать в среднем 174,8 ГДж/га. Средний уровень накопления энергии в полиценозах сорго равнялся - 178,2…180,4 ГДж/га. Причем наибольшей энергоемкостью и КПД ФАР - 2,10% отличались его посевы с мальвой.

Продуктивность посевов. Анализ полученных данных на плантациях с подсолнечником показал, что наиболее полно жизненные ресурсы в годы исследований использовали его одновидовые ценозы, формируя в среднем за три года 23,1 т зеленой массы с 1 га (табл. 4).

4. Урожай зеленой массы силосных культур, т/га, 2007…2009 гг.

НСР₀₅ 1,44 0,96 1,05

Включение в его травостои мальвы мелюка повышало ассоциативное напряжение в агроценозе, снижая продуктивность поливидового посева на 1,3% или 0,3 т/га. Еще более сложные взаимоотношения растительных организмов проявлялись в совместных посевах подсолнечника и донника однолетнего. Урожайность этого варианта опыта составила в среднем 21,2 т зеленой массы с 1га, что на 8,9% ниже контрольного значения и на 7,5% параметров первого варианта смеси.

Близость биологии злаковых растений и новых кормовых культур при их различной реакции на влияние стрессовых факторов способствовало созданию более стабильных растительных сообществ. В результате урожайность совместных посевов кукурузы с мальвой и донником однолетним на 16,2…21,2% превышала значения аналогичных смесей с подсолнечником и на 3,2…6,0% параметров одновидовых посевов кукурузы. При этом наибольший сбор зеленой массы - 26,5 т/га обеспечивали ценозы кукурузы с мальвой.

Одновидовые посевы сорго формировали в среднем 24,7 т зеленой массы с 1 га. Моделирование совместных травостоев сорго с мальвой повышало урожайность посевов на 3,2% - до 25,5 т/га. Уплотнение плантаций злака донником однолетним также способствует увеличению урожая фитомассы до 24,9 т/га, что на 0,8% или 0,2 т/га больше контрольного параметра.

Анализ данных сборов сухого вещества показал, что в вариантах с подсолнечником практически равное его количество аккумулировали одновидовые травостои - 5,60 т/га и его смесь с мальвой - 5,68 т/га. Формирование совместных посевов кукурузы с мальвы позволяет довести выход сухой биомассы до 6,56 т/га, что на 4,9% больше контрольного значения. Сборы сухого вещества в полиценозе кукурузы и донника однолетнего достигали в среднем 6,39 т/га, это на 2,2% выше значения монокультуры. На плантациях сорго максимальные сборы сухого вещества - 6,60 т/га обеспечивали его посевы с мальвой. Замена мальвы донником однолетним снижает накопление сухой биомассы до 6,40 т/га.

Математическая оценка связей продуктивности посевов и фотосинтетических параметров травостоев выявила, что выход зеленой массы и сухого вещества с единицы площади в большей степени определяется размерами оптической поверхности (r = 0,74, r = 0,70), продолжительностью ее функционирования (r = 0,93, r = 0,88) и уровнем аккумуляции сухой биомассы (r = 0,64, r = 0,71) (табл. 13). Коэффициент корреляции с чистой продуктивностью фотосинтеза и среднесуточными приростами сухого вещества находился в пределах r = - 0,79…- 0,81 и r = 0,10…0,03.

Структура урожая. Наблюдениями в наших опытах выявлено, что к уборке урожая доля листьев в зеленой массе одновидовых посевов подсолнечника составляла в среднем 27,0%, кукурузы - 26,8%, а сорго - 27,2%. Облиственность у новых кормовых культур была выше и равнялась у мальвы - 35,2%, а у донника однолетнего - 38,7%. Сложные межвидовые напряжения в бинарных посевах существенно меняли архитектонику растений. Они имели более тонкий, чем в контрольном травостое стебель и относительно мелкие листовые пластинки, доля которых в структуре урожая основных компонентов смесей снижалась на 10,2…16,5%, а высокобелковых - на 12,8…33,4%. Кроме того, в результате задержки генеративного развития зеленая масса поливидовых ценозов содержала на 3,6…29,1% меньше соцветий и початков - источника многих питательных веществ. Однако, несмотря на снижение ценных фракций урожая отдельных компонентов, суммарная доля листьев и соцветий в фитомассе смесей значительно превышала контрольные значения.

Опытами установлено, что наибольший удельный вес мальва и донник однолетний имеют в фитомассе смесей с сорго - 42,3…44,0%. В суммарном урожае ценозов с кукурузой доля мальвы составляла 41,6%, а донника однолетнего 43,2%. Анализ ботанического состава растительных сообществ с подсолнечником показал, что доля сложноцветной культуры в общей биомассе к уборке составляла 75,0…76,4%, а удельный вес мальвы и донника однолетнего не превышал 23,6…25,0%.

Корреляционный анализ факторов, определяющих долю высокобелкового компонента в урожае, выявил сильную степень зависимости данного показателя от высоты растений (r = 0,81) и мощности фотосинтетического аппарата (r = 0,74 и r = 0,97). Слабая связь прослеживалась с густотой стояния растений (r = 0,23) и с ЧПФ (r = - 0,95)

Химический состав биомассы. Лабораторные анализы показали, что сухая фитомасса одновидовых посевов подсолнечника накапливает 9,30% сырого протеина, кукурузы - 8,80%, а сорго - 9,00%. Уровень концентрации протеина в биомассе мальвы достигал 14,85%, донника однолетнего - 15,60%, что в 1,59…1,77 раза больше индексов традиционных силосных культур. Поэтому их включение в ценозы злаковых растений и подсолнечника способствует существенному увеличению кормового белка в урожае. Так, даже небольшая доля мальвы в посеве сложноцветного растения повышала уровень протеина в общей фитомассе - до 10,10%, а донника - до 10,60%, что на 8,6% и 13,9% больше значений монокультуры. Введение мальвы и донника однолетнего в состав ценозов с кукурузой обогащает сухую биомассу по сравнению с контрольным посевом злака на 27,8% и 26,7%. Концентрация протеина в сухом веществе фитомассы сорго и мальвы повышалась до 12,15%, а с донником однолетним до 11,75% .

Анализы данных по сырой клетчатки показали, что наименьшее ее количество накапливают одновидовые и бинарные травостои подсолнечника, соответственно 25,20%, 23,40% и 23,10%. К укосной спелости контрольные посевы кукурузы аккумулировали в среднем 26,10% клетчатки, биомасса кукурузы с мальвой - 23,70%, а кукурузы с донником однолетним - 24,10%, что в 1,10 и 1,08 раза меньше показателей монокультуры злака. Индексы концентрации клетчатки в монопосевах сорго не превышали 27,10%, а в бинарных ценозах - 25,80% и 26,10%. Сухая биомасса контрольных вариантов мальвы и донника однолетнего содержала относительно небольшое количество клетчатки - 25,10% и 26,05%.

Максимальное количество жира отлагалось в фитомассе подсолнечника - 3,45%, мальвы - 3,01% и донника однолетнего - 3,10%. В урожае одновидовых посевов злаков его объемы варьировали от 2,10% до 2,22%, что на 20,7…37,1% ниже значений смесей.

Изучаемые растения различались и по уровню содержания зольных элементов. Больше всего сырой золы откладывалось в растениях мальвы - 9,60% и донника однолетнего - 9,40%. Концентрация зольных элементов в их совместных посевах с подсолнечником на 0,7% и 5,4%, а с кукурузой и сорго в 1,06…1,13 раза превышала индексы монокультуры.

Кормовая ценность урожая и сборы переваримого протеина. Опытами выявлено, что одновидовые посевы силосного подсолнечника обеспечивают выход не более 3,92 т/га кормовых единиц и 0,31 т/га переваримого протеина. Включение в состав ценозов подсолнечника мальвы и донника однолетнего, даже при их сильной депрессии, повышает сбор кормовых единиц на 10,4% и 2,6%, а выход переваримого протеина возрастают в 1,4 и 1,3 раза. При этом обеспеченность 1 корм. ед. белком увеличивается до 99 и 103 г (табл. 5).

5. Кормовая ценность биомассы и выход переваримого протеина, 2007…2009 гг.

Сбор кормовых единиц в контрольных посевах кукурузы составлял 5,00 т/га, а переваримого протеина 0,33 т/га. В бинарном посеве кукурузы и мальвы выход переваримого протеина достигали 0,63 т/га, а его концентрация в 1 корм. ед. повышалась до 119 г, что в 1,9 раза больше контрольных значений. Уплотнение кукурузы донником однолетним увеличивало сборы переваримого протеина до 0,59 т/га или в 1,8 раза по сравнению с контролем.

Создание совместных посевов высокобелковых растений с сорго так же способствовало повышению сборов переваримого протеина до 0,62 и 0,52 т/га, что на 63,1 и 36,8% больше монокультуры, при обеспеченности 1 корм. ед. кормовым белком в пределах 122 и 117 г.

Исследованиями выявлено, что концентрация кормового белка в фитомассе чистых посевов мальвы может достигать 164 г на 1 корм. ед., донника однолетнего - 175 г, а его выход с 1 га соответственно - 0,70 и 0,68 т.

Математический анализ зависимости сборов переваримого протеина показал, что его выход с единицы площади в большей степени определяется урожаем биомассы (r = 0,95) и долей высокобелкового компонента в травостое (r = 0,87). Большое влияние на объемы сборов кормового белка оказывает и его уровень аккумуляции в биомассе, коэффициент корреляции донного признака составил в среднем 0,74.

Сравнение изучаемых вариантов опыта по сбору кормопротеиновых единиц - показателю, отражающему степень обеспеченности корма белком, подтверждает выявленные ранее закономерности. В ценозах с подсолнечником наибольший выход КПЕ - 4,31 тыс./га обеспечивали его травостои с мальвой. Бинарные посевы кукурузы превышали контрольный вариант по этому показателю в 1,3…1,4 раза. В травостоях с сорго лучшей оказалась смесь злаковой культуры с мальвой - 5,64 тыс./га.

Формирование поливидовых посевов позволяет существенно увеличить сбор обменной энергии с 1 га. Травостои подсолнечника с мальвой и донником однолетним обеспечили дополнительное получение 8,59 и 6,97 ГДж/га ОЭ и 0,82 и 0,67 тыс./га энергетических кормовых единиц, что на 15,5…19,1% больше контрольного индекса. В совместных ценозах с кукурузой энергоемкость биомассы, по отношению к монопосеву, возрастала на 5,2…8,0%, а сорго на 6,0…7,2%. При этом максимальное количество энергии - 67,32…67,56 ГДж/га и ЭКЕ - 6,42…6,45 тыс./га было получено в посевах злаковых культур с мальвой мелюка.

Влияние сроков посева компонентов на продуктивность поливидовых агрофитоцинозов

Особенности роста и развития силосных культур. Посев опытных растений подсолнечника во всех вариантах проводился одновременно и календарно приходился на начало первой декады мая. Викоовсяная смесь высевалась в течение мая, в разные сроки в соответствии со схемой опыта. Исследованиями выявлено, что всходы подсолнечника появляются на 11…12 день, овса на 6…8 день, а вики на 7…9 день после посева. При этом наиболее быстро и дружно прорастали семена, высеянные в более поздние сроки (вариант 4). Опытами установлено, что массовое цветение подсолнечника при естественном плодородии почвы приходится на 62…66 день вегетации. В эту фазу и следует планировать его уборку. Моделирование совместных травостоев подсолнечника с викой и овсом с одновременным высевом семян (вариант 2) существенно депрессирует растения и задерживает их развитие. К уборке таких плантаций можно приступать на 66…69 день после появления всходов. К этому времени вика формирует бобы в нижнем и среднем ярусах, а овес находится в стадии молочно восковой спелости зерна. Высев бобово-злаковой смеси по всходам подсолнечника (вариант 3) снижает ассоциативное напряжение в ценозе и повышает скорость прохождения фенофаз. Отчуждение фитомассы в таких посевах необходимо проводить на 64…67 день вегетации, при этом второй компонент смеси находится в фазе образования бобов, а третий - молочно-восковой спелости зерна. Темпы развития подсолнечника на плантациях, уплотненных викой и овсом в фазу одной пары настоящих листьев (вариант 4) были близки к контрольным значениям. К их уборке можно приступать на 63…64 день после всходов. В этот период вика проходит фазу цветения, а овес - начала молочной спелости зерна.

Внесение расчетных доз минеральных удобрений в среднем на 3…6 дней задерживает наступление фазы укосной спелости силосных посевов. Это позволяет сдвигать сроки уборки травостоев и регулировать поступление фитомассы в соответствии с графиком сырьевого конвейера.

Сроки посева компонентов оказывали влияние и на плотность травостоев. Подсчеты взошедших растений подсолнечника показали, что его полевая всхожесть на делянках естественного плодородия почвы варьирует в пределах 83,0…86,0%, при этом определенных закономерностей и существенной разницы между вариантами опыта нами не обнаружено. На данном этапе густота стояния основной силосной культуры определялась влагообеспеченностью и температурным режимом вегетационного периода. Полевая всхожесть вики при первом сроке посева равнялась 78,2…82,5%, втором - 65,4…80,5%, а третьем - 53,4…75,0%. У овса эти индексы находились соответственно на уровне 79,6…82,4%, 67,0…80,0% и 63,0…76,4%. Низкая полевая всхожесть при третьем сроке высева бобово-злаковой смеси обусловлена значительным снижением запасов влаги в верхнем слое почвы, особенно в острозасушливую весну 2010 года. Внесение расчетных доз минеральных удобрений, не меняя выявленных закономерностей, повышало полевую всхожесть подсолнечника в среднем на 1,7%, вики - 2,1%, а овса - на 5,3%.

Анализ сохранности растений показал, что в контрольных посевах подсолнечника к уборке остается 76,0…79,5% растений от числа полученных всходов. При одновременном посеве с викой и овсом из-за острых ассоциативных напряжений его сохранность была на 9,7…10,3% ниже монокультуры и на 1,3…2,9% вариантов, уплотняемых по всходам. Сохранность вики и овса при третьем сроке подсева (вариант 4) была в среднем на 7,1…10,0% и 7,5…7,7% ниже значений второго срока. Наряду с межвидовой конкуренцией растения в таком ценозе испытывали большие стрессы из-за недостатка влаги. Внесение удобрений стимулировало жизненные процессы растений, повышая их конкурентоспособность и сохранность в посевах в среднем на 1,7…9,6%.

Исследованиями выявлено, что при одновременном высеве всех компонентов ценоза происходит сильная депрессия основной силосной культуры. Данная закономерность хорошо прослеживалась при всех изучаемых уровнях минерального питания. Подсев викоовсяной смеси по всходам подсолнечника существенно уменьшает ассоциативное напряжение в агроценозе и повышает среднесуточные темпы линейного роста сложноцветной культуры до 2,3 см, что на 0,3 см больше первого значения. Высев вики и овса через 10 дней после появления всходов подсолнечника полнее разводит растения по «экологическим нишам» и значительно снижает межвидовую конкуренцию. Совместный высев всех компонентов ценоза детерминирует и ростовые процессы вики и овса. Внесение минеральных удобрений повышало темпы среднесуточных линейных приростов растений и увеличивало высоту травостоев в среднем на 5…9 см или на 3,8…12,1%.

Опытами установлено, что подсев викоовсяной смеси по всходам основной силосной культуры позволяет создавать трехъярусную растительную конструкцию, в которой верхнее пространство занято растениями подсолнечника, среднее - овсом, нижнее - викой. При одновременном посеве семян всех растений складывается явно выраженная двухъярусная архитектоника травостоя.

Продуктивность травостоев. Анализ урожайных данных показал, что в годы с резко контрастными погодными условиями моноценозы подсолнечника в условиях естественного плодородия почв способны формировать в среднем 17,8 т фитомассы с 1 га (табл. 6). Включение вико-овса в состав травостоев подсолнечника, при одновременном высеве компонентов, ведет к снижению сборов зеленой массы по сравнению с монокультурой в среднем на 6,5%. Высев бобово-злаковой смеси по всходам подсолнечника позволяет растениям полнее использовать жизненные ресурсы и способствует получению 18,3 т зеленой массы с 1 га. Данная закономерность хорошо прослеживалась в относительно благоприятных 2008 и 2009 годах. В аномально засушливых условиях 2010 года урожайность 3 варианта опыта была близка к значениям одновременного посева смеси (вариант 2).

6. Урожайность зеленой массы силосных культур, т/га

НСР ₀₅ ОБ 0,90 1,19 0,60

НСР ₀₅ А 0,45 0,60 0,30

НСР ₀₅ В, АВ 0,64 0,84 0,42

С внесением удобрений урожайность всех вариантах опыта повышалась в среднем на 9,2…14,4%. При этом ближе к планируемым параметрам - 80,4% оказались поливидовые травостои с подсевом вики и овса в фазу всходов подсолнечника, обеспечивающие получение максимального урожая биомассы - 20,1 т/га. Полнота выполнения программы на контрольных делянках подсолнечника в среднем за три года равнялась 79,2%, в первом варианте смеси - 72,4%, а в третьем - 75,6%.

Исследованиями выявлено, что уплотнение подсолнечника викой и овсом через 10 дней после появления всходов, в относительно благоприятных условиях увлажнения (ГТК>0,8) способствует повышению сборов зеленой массы по сравнению с первым вариантом смеси на 6,0…8,6%. Однако такой ценоз менее стабилен в остро засушливых условиях.

Анализ ботанического состава фитомассы выявил, что при первом сроке высева викоовсяной смеси 46,0% общего урожая приходится на растения подсолнечника, 25,3% - вики и 28,7% - овса. Уплотнение посевов в фазу всходов подсолнечника повышало его конкурентоспособность и увеличивало долю в суммарном урожае до 52,1%, снижая удельный вес бобового компонента до 21,4%, а злакового до 26,5%. При третьем сроке посева доля вики и овса в урожае уменьшалась соответственно еще на 17,8% и 1,8%, а подсолнечника возрастала до 54,0%.

Особенности растительных конструкций сказывались и на сборах сухого вещества. Наибольший его выход в среднем за годы исследований обеспечивали плантации, уплотненные викой и овсом по всходам подсолнечника (вариант 3) - 4,40 и 4,94 т/га. Внесение минеральных удобрений увеличивало выход сухого вещества во всех вариантах опыта в среднем на 10,7…13,3%.

Химический состав и протеиновая обеспеченность урожая. Лабораторные анализы биомассы показали, что сухое вещество одновидовых травостоев подсолнечника естественного плодородия почвы содержит в среднем 9,50% сырого протеина, 3,20% - жира и 7,89% - зольных элементов. Включение в состав ценоза бобово-злаковой смеси, при совместном высеве компонентов позволяет существенно повысить концентрацию протеина в фитомассе - до 12,81% и на 11,7% уменьшить количество клетчатки. Моделирование агроценозов с подсевом вики и овса по всходам подсолнечника ведет к снижению уровня протеина в сухой массе - до 11,90% или на 7,6%. При более позднем подсеве: через 10 дней после всходов подсолнечника, концентрация протеина в урожае уменьшается еще на 3,2% - до 11,52%, а количество клетчатки повышается до 27,2. Наряду с частичной потерей протеина поздние сроки посева вики и овса снижали и уровень аккумуляции в растениях жировых веществ - с 4,01% - до 3,70% или - на 8,3…11,3%.

Улучшение пищевого режима растений повышало уровень кормового белка в монопосевах подсолнечника в среднем на 2,1%, а в совместных ценозах - на 1,5…2,2%. Это во многом связано с увеличением в структуре урожая удобренных вариантов доли листьев и соцветий. Внесение удобрений также стимулировало аккумуляцию в растениях зольных элементов, жира и на 1,7…4,2% снижало содержание клетчатки.

Опытами выявлено, что одновидовой посев подсолнечника при естественном плодородии почвы обеспечивал получение в среднем за годы исследований - 2,80 т/га корм. ед., 0,26 т/га - переваримого протеина при протеиновой обеспеченности 1 корм. ед. в пределах 85 г (табл. 7). Введение в состав ценозов подсолнечника вики и овса позволяет в 1,50 раза увеличить сборы кормового белка и сбалансировать фитомассу по этому показателю до 119 г на 1 корм. ед. Высев вико-овса по всходам подсолнечника хотя и дает некоторое снижение протеина в фитомассе, однако за счет увеличения продуктивности травостоя, позволяет получать даже без внесения минеральных удобрений 3,49 т/га - кормовых единиц и 0,41 т/га - переваримого протеина, что на 4,4% и 5,1% больше значений первого варианта смеси.

Конструкция фитоценоза с высевом вико-овса в фазу одной пары настоящих листьев подсолнечника (вариант 4), в резко контрастных метеорологических условиях опытного периода не имела преимуществ перед первой и второй моделью смесей, но способствовала повышению сборов кормового белка на 38,4% по сравнению с моноценозом и получению фитомассы с обеспеченностью 1 корм. ед. переваримым протеином в пределах - 110 г.

7. Кормовая ценность биомассы и выход переваримого протеина, 2008…2010 гг.

Внесение удобрений увеличивало выход кормовых единиц с 1 га одновидовых посевов подсолнечника в среднем на 11,2%, а переваримого протеина на 15,3%. В подсолнечнико-вико-овсяных травостоях прибавка составляла соответственно 1,8…9,9% и 11,1…15,3%. Концентрация протеина в 1 корм.ед. удобренного монопосева равнялась 85г, а в смесях варьировала от 116 до 125 г.

Корреляционный анализ зависимости сборов переваримого протеина выявил тесную связь данного фактора с уровнем плодородия почвы (r = 1,00), густотой стояния растений (r = 0,98) и среднюю степень зависимости с долей бобового компонентов в урожае (r = 0,64).