CC BY
424
УДИ 633.2:5631.86
10.18286/1816-4501 -2015-4-52-57
МОДЕЛИ СМЕШАННЫХ ПОСЕВОВ МНОГОЛЕТНИХ ТРАВ ДЛЯ УСЛОВИЙ
ЛЕСОСТЕПИ ПОВОЛЖЬЯ
Тойгильдин Александр Леонидович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Земледелие и растениеводство»
Солнцева Ольга Викторовна, кандидат экономических наук, доцент кафедры «Информатика»
Тойгильдина Ирина Александровна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры «Почвоведение, агрохимия и агроэкология»
ФГБОУ ВО Ульяновская ГСХА
432017, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1, тел. раб. 8(8422)55-95-75; e-mail: atoigildin@yandex.ru
Ключевые слова: моделирование посевов, многолетние травы, смешанные агрофитоценозы, продуктивность, биоэнергетическая оценка.
Рассматриваются особенности формирования урожайности многолетних трав (кострец, люцерна и эспарцет) в одновидовых и смешанных посевах. Построены нелинейные модели демонстрирующие динамику накопления сухого вещества в зависимости от доли компонентов в бинарных посевах многолетних трав. Приведена оценка продуктивности изучаемых агрофиценозов по выходу кормовых единиц, перевариваемого протеина и обменной энергии. Рассчитана биоэнергетическая эффективность возделывания многолетних трав в одновидовых и смешанных посевах.
Введение
Обоснование агротехнологий, направленных на максимальное использование продукционного потенциала культурных растений, возможно только на базе познания теоретических основ и закономерностей формирования урожая в агрофитоценозах с учетом конкретных почвенно-климатических условий. Рост продуктивности растений связан с оптимизацией структуры посевов, с их конструированием, это позволяет более полно использовать факторы жизни растений, при этом следует учитывать, что посев - это искусственная биосистема, все ресурсы которой направлены на удовлетворение потребностей культурного растения.
Исследования одновидовых посевов и травосмесей различного состава и сложности, проведенные как отечественными, так и иностранными учеными, показывают, что смешанные посевы оптимально подобранных компонентов являются наиболее эффективными. По мнению геоботаника
В.Н. Сукачева [1], между растениями в сме-
шанных посевах, наряду с конкуренцией, могут быть и взаимовыгодные отношения, обеспечивающие улучшение физических и химических свойств почвы, создание лучшего микрофитоклимата, защиту от болезней и вредителей, привлечение полезной энтофауны, что, в конечном счете, приводит к повышению продуктивности агрофитоценозов.
В условиях лесостепи Поволжья введение в севообороты многолетних трав сопряжено со следующими проблемами: во-первых, при длительном возделывании многолетних трав обостряется проблема влагообеспеченности, что затрудняет их использование в качестве предшественников и снижает продуктивность последующих культур в севооборотах. Урожайность многолетних трав в значительной степени определяется количеством осадков за вегетацию, так, по данным Федеральной службы государственной статистики, в Ульяновской области за 2010-2014 гг. она составляет 68 % [2]. Во-вторых, большинство видов многолетних
трав при длительном использовании выпадают из травостоя, появляются сорняки, и их продуктивность падает. В связи с этим в полевых севооборотах лесостепи Поволжья интерес представляют краткосрочные травосмеси (2-3 года пользования), которые можно включать в ротацию 6-8-польных севооборотов, не выводя поле из оборота.
Цель исследований: изучить особенности формирования урожайности и продуктивности многолетних трав (кострец безостый - Bromus inermis, люцерна посевная - Medicago sativa, эспарцет песчаный -Onobrychis arenaria) в одновидовых и смешанных фитоценозах в условиях лесостепи Поволжья.
Объекты и методы исследований
Для решения поставленных задач нами был заложен полевой опыт по изучению одновидовых и смешанных посевов многолетних трав (кострец безостый, люцерна посевная и эспарцет песчаный) 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, площадь делянок 36 м2, учетная 30 м2.
Агротехника в опытах общепринятая для зоны, за исключением изучаемых приемов. Планируемая урожайность культур -
25,0 т/га зеленой массы. Дозы удобрений под одновидовой посев костреца составили N Р К . под остальные варианты Р К.. Норма высева многолетних трав для одновидовых посевов при 100 % посевной годности- 5 млн. шт. семян на 1 га. В травосмесях
норма высева составлялась из расчета 50 % и 25 % от полной числовой нормы каждого компонента в чистом виде. Изучаемые сорта многолетних трав - кострец безостый Улья-новский-1, люцерна посевная - Казанская 36, эспарцет песчаный - Песчаный 1251. Исследования проводились по общепринятым методикам [3].
Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднемощный среднесуглинистый.
Результаты исследований
Обладая ценными биологическими и хозяйственными признаками, традиционными многолетними травами, возделываемыми в условиях земледелия Среднего Поволжья, являются кострец безостый, люцерна посевная и эспарцет песчаный [4].
Смешанные посевы кормовых культур в мировой практике известны давно и широко используются. В системе организации адаптивного кормопроизводства особое место принадлежит бобово-злаковым фитоценозам, продуктивность которых зависит от правильного подбора видов, количества и соотношения компонентов. Теория этого вопроса раскрыта в работах зарубежных и отечественных ученых [5, 6, 7, 8, 9], исследования продуктивности смешанных посевов указывают, что при правильном подборе компонентов отмечается их преимущество в сравнении с одновидовыми посевами [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16].
Интегрирующим показателем эффективности агротехнических приемов является урожайность возделываемых культур. Изучение одновидовых и смешанных посевов многолетних трав показало, что наибольшее накопление сухого вещества происходило в двухкомпонентных и трехкомпонентных смесях многолетних трав, при этом прибавка урожайности составила 0,20-0,24 т/га. Учет урожайности многолетних трав показал не одинаковый вклад отдельных компонентов в ее формирование, введение в смесь люцерны привело к повышению урожайности в среднем на 0,29 т/га сухого вещества,
Таблица 1
Урожайность многолетних трав в одновидовых смешанных посевах, т/га сухого вещества (за 2004-2006 гг.)
Количество компонентов (Фактор А) Преобладающая культура (фактор В) Среднее по фактору А Отклонения (+-), т/га
Кострец Люцерна Эспарцет
Одновидовые посевы 6,09 6,37 5,02 5,83 -
Двойная смесь 6,79 (Л)* 6,13 (Э) 5,18 (К) 6,03 +0,20
5,18 (Э) 6,79 (К) 6,13 (Л)
Тройная смесь 6,19 6,11 5,92 6,07 +0,24
Среднее по фактору В 6,06 6,35 5,56 X X
Отклонения (+-), т/га - +0,29 -0,50 X X
НСРПВ . Л в 05 для факторов А и В 0,18
*-второй компонент смеси: Л - люцерна; И - кострец: Э - Эспарцет.
введение эспарцета к ее снижению на 0,50 т/га (табл. 1).
Следует отметить важный аспект - при возделывании травосмесей азотные удобрения не применялись, тогда как относительно высокий урожай костреца в одновидовом посеве был получен при внесении азота перед началом формирования укосов.
Наибольшая урожайность сухого вещества была получена при возделывании смеси люцерны и костреца (50+50%) - 6,79 т/га, что выше, чем одновидовой посев люцерны на 6,2 % (6,37 т/га), посева костреца на 12,7 % (6,09 т/га) и посева эспарцета на
26,1 % (5,02 т/га).
Характер взаимосвязи урожайности сухого вещества и показателей доли компонентов в агрофитоценозах с многолетними травами характеризуют моделями:
Смесь Нелинейная модель R
Кострец + люцерна у=5,487+0,126x^0,053х2-0,001х21-0,001х1х2-0,0005х22 [1] 0,85 ±0,13
Кострец + эспарцет у=3,072 + 0,055x^0,045 х3+0,0003x^-0,0006х1х3-0,0003х32 [2] 0,99 ±0,04
Люцерна + эспарцет у=1,795+0,041х2+0,013х3+ 0,0008х22+0,001х2х3+0,000 1х32[3] 0,99 ±0,04
у - урожайность смеси; х2 - доля ко-
стреца в смеси; х2 - доля люцерны в смеси; хз - доля эспарцета в смеси
Все нелинейные модели являются статистически значимыми, при этом t-критерии фактический превышает его табличное значение, что свидетельствует о достоверности вычислений коэффициента корреляции.
Динамика урожайности многолетних трав (сухое вещество) в двухкомпонентных смесях в зависимости от доли компонентов представлена на рис. 1.
Модель сочетания люцерны и костреца (рис. 1 а) показывает, что ее урожайность повышалась с увеличением долей компонентов, т.е. эти две культуры дополняют друг друга. Построенная 3D модель показывает, что роль люцерны в травосмеси выше, чем костреца, о чем свидетельствуют значения бета - коэффициентов (0,61 - люцерна, 0,53 - кострец).
Проведенная оценка агрофитоценозов показывает, что наименьшая урожайность была получена при возделывании одновидового посева эспарцета, при введении в смесь костреца уровень урожайности возрастал. Согласно модели максимальная урожайность эспарцета в смеси с кострецом или люцерной может быть получена при доле эспарцета не более 30 % (рис. 1 б, в).
Анализ продуктивности многолетних трав в одновидовых и смешанных посевах
У, т/га
У, т/га
■ 3,962 Ш 4,424 П 4,886 О 5,349 О 5,811 О 6,273 О 6,735 О 7,197 7,659 8,122 above
О)
Ш 3,76 О 3,92 О 4,08 О 4,24 О 4,4 О 4,56 О 4,72 О 4,88 Ш 5,04 Ш 5,2 above
КОСТРЕЦ
0 100
ЭСПАРЦЕТ
б)
У, т/га
8,0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
5.0
4.5
4.0
100
ЮС
Ш 3,909 О 4,318 О 4,727 О 5,136 О 5,545 О 5,955 О 6,364 О 6,773 О 7,182
S above
ЭСПАРЦЕТ
0 0
ЛЮЦЕРНА в)
показал, что по выходу кормовых единиц (к.ед.) их можно расположить в следующей последовательности (тыс. к.ед. с 1 га): люцерна + кострец - 5,94 > люцерна 5,77 > люцерна + кострец + эспарцет- 5,41 > кострец + люцерна + эспарцет - 5,39 люцерна + эспарцет - 5,29 > эспарцет + люцерна + кострец - 5,21. Однокомпонентные посевы костреца и эспарцета значительно уступали травосмесям по выходу кормовых единиц, их продуктивность составила соответствен-
Рис. 1 - Зависимость сбора сухого вещества травосмесей многолетних трав (у, ^га) от доли компонентов (х, %]
но 4,85 и 4,45 тыс. к.ед. с 1 га (табл. 2).
По выходу обменной энергии складывалась аналогичная ситуация, данный показатель изменялся от 70,4 (кострец + люцерна) до 52,6 ГДж/га (эспарцет).
Оценка белковой продуктивности показала преимущество бобовых культур и смесей с их преобладанием. Продуктивность одновидового посева люцерны составила 0,91 т/га перевариваемого протеина (ПП), травосмесей с преобладанием люцерны - 0,78 - 0,82 т/га, тогда как одновидового посева костреца -0,40 т/га. По белковой обеспеченности кормовых ресурсов преимущество имели также фитоценозы с бобовыми культурами. Изучаемые посевы можно расположить в следующем порядке (г ПП на 1 к. ед.): эспарцет - 160 г, люцерна - м158 г, травосмеси - 131-151 г, кострец - 82 г.
При оценке биоэнергетической эффективности одновидовых и смешанных
Таблица 2
Сравнительная продуктивность многолетних трав в одновидовых и смешанных посевах
Культура* % от нормы вы- Выход с 1 га ПП, г на 1 корм.
сева Корм, ед., т ПП, т ОЭ, ГДж ед.
Кострец 100 4,85 0,40 60,5 82
Люцерна 100 5,77 0,91 67,3 158
Эспарцет 100 4,45 0,71 52,6 160
К + Л 50+50 5,94 0,78 70,4 131
К + Э 50+50 4,50 0,60 53,6 132
Л + э 50+50 5,29 0,80 63,1 151
к + л +э 50+25+25 5,39 0,71 64,0 132
Л +К + Э 50+25+25 5,41 0,82 64,0 151
э +л +к 50+25+25 5,21 0,76 61,8 145
* - И- кострец безостый; Л - люцерна посевная; Э - эспарцет песчаный.
посевов многолетних трав выявлено, что по накоплению валовой энергии в основной продукции преимущество имели смесь костреца и люцерны - 125,6, а также одновидовой посев люцерны -118,8 ГДж/га, другие посевы характеризовались меньшим накоплением энергии - 94,1-114,7 ГДж/га.
Затраты суммарной энергии при возделывании одновидового посева люцерны и смеси люцерна + кострец составили 8,9 ГДж/га, тогда как на других вариантах данные показатели находились на уровне 9,310,4 ГДж/га. Затраты энергии при возделывании одновидового посева костреца возросли до 15,9 ГДж/га, что объясняется применением энергоемких азотных удобрений.
Окупаемость затрат энергии при возделывании многолетних трав была на высоком уровне, при этом самый высокий биоэнергетический коэффициент был получен на смеси люцерна + кострец (14,1) и одновидового посева люцерны (13,4). Биоэнергетический коэффициент одновидовых посевов костреца и эспарцета составил соответственно 7,0 и 9,1, тогда как при возделывании двойных и тройных смесей костреца, люцерны и эспарцета в различных сочетаниях он находился на уровне 10,2-12,3 ед.
Выводы
На основании проведенных исследований можно сделать основные выводы:
1. Многолетние травы в смешанных агрофитоценозах по уровню урожайности имели преимущество перед одновидовыми посевами в среднем на 0,20-0,24 т/га сухого вещества.
2. Наибольшее влияние на повышение продуктивности травосмесей оказывала люцерна, введение ее в травосмесь приводило к росту урожайности агрофитоценозов. Выявлена прямая зависимость урожайности сухого вещества от долей компонентов в смешанных посевах, которая характеризуется нелинейными моделями [1-3].
3. По урожайности преимущество имела травосмесь кострец + люцерна, на которой за два укоса было получено 6,79 т/га сухого вещества, что больше чем на одновидовых посевах люцерны на 0,42 и костреца на 0,70 т/га. Отмечалось преимущество травосмеси кострец + люцерна по выходу кормовых единиц, перевариваемого протеина, обменной энергии и биоэнергетической эффективности в сравнении с одновидовыми посевами костреца, люцерны и эспарцета и других их сочетаний.
Библиографический список
1. Сукачев, В.Н. О внутривидовых и межвидовых взаимоотношениях среди растений / В.Н. Сукачев // Ботанический журнал. - 1953.-№ 1. - С. 38-57.
2. Территориальный орган Федеральной службы государственной статистики по Ульяновской области. - Режим доступа : http://uln.gks.ru.
3. Методические указания по проведению полевых опытов с кормовыми культурами / Ю.К. Новоселов, В.Н. Киреев, Г.П. Кутузов [и др.]. - М.: РАСХН, 1997. -С. 155 - 140.
4. Беляк, В.Б. Интенсификация кормопроизводства биологическими приемами (теория и практика) / В.Б. Беляк. - Пенза: Изд-во ПТИ, 1998. - 184 с.
5. Грюммер, Г. Взаимное влияние высших растений (аллелопатия) / Г. Грюммер .
- М.:1957 - 262 с.
6. Марков, М.В. Агрофитоценология / М.В. Марков. - Казань, 1972. - 269 с.
7. Миркин, Б.М. Фитоценология. Принципы и методы / Б.М. Миркин, Г.С. Розенберг. - М.: Наука, 1978. - 212 с.
8. Норин, В.Н. Некоторые вопросы теории фитоценологии. Ценотическая система, ценотические отношения, фитогенное поле/
В.Н. Норин // Ботанический журнал. - 1987.
- № 9.-С. 1161-1174.
9. Гродзинский, А.М. Аллелопатия растений и почвоутомление / А.М. Гродзинский //Избранные труды. - Киев : Нукова Думка, 1991,-430 с.
10. Методическое руководство по исследованию смешанных агрофитоценозов / Н. А. Ламан [и др.]. - Минск: Навука i тэхшка, 1996.-101 с.
11. Humphrey, L.D. Demographic and growth responses of a guerrilla and a phalanx perennial grass in competitive mixtures / L.D. Humphrey, D.A. Pyke // Journal of Ecology. -
1998. -T. 86, № 5,- P. 854-865.
12. Modeling soil-root water transport and competition for single and mixed crops/ F. Lafolie, L.Bruckler, H.Ozier-Lafontaine, R.Tournebize, A.Mollier // Plant and Soil. -
1999. -T. 210, № 1. - P. 127-143.
13. Васин, А.В. Формирование высокопродуктивных агрофитоценозов многокомпонентных смесей с бобовыми на корм в лесостепи Среднего Поволжья: автореф. дис. ... канд. сельскохозяйственных наук:
06.01.09 / А.В. Васин. - Кинель, 2000. -45 с.
14. Котов, П.Ф. Смешанные посевы кормовых культур/ П.Ф. Котов. - Воронеж, 2001.-110 с.
15. Di Falco, S. Crop Genetic Diversity, Productivity and Stability of Agroecosystems. A Theoretical and Empirical Investigation / S. Di Falco, Ch. Perrings //Scottish Journal of Political Economy. -2003. -T. 50, № 2. - P. 207-216.
16. Варламов, В.А. Агробиологическое обоснование формирования высокопродуктивных смешанных агрофитоценозов многолетних и однолетних кормовых культур в лесостепи Среднего Поволжья: монография /В.А. Варламов. - Пенза, 2008. - 226 с.
