employee
Lobnya, Moscow, Russian Federation
On the basis of a comprehensive assessment (including agro-energy) of field experience data, an energy-saving technology has been developed for creating different-ripening cereal agrocenoses and their long-term (up to the 38th year of herb life) three -moving use. Purposefully selected grass mixtures with the domination of rhizome species of zoned varieties of cereals ensured the production of energy-rich raw materials for harvesting haylage. The herbal raw materials contained 9.6–10.1 MJ of metabolic energy in 1 kg of dry matter. The total anthropogenic energy consumption on these stands on average for 12–37 years of use amounted to 24.4–24.8 GJ/ha. They paid off by collecting metabolic energy of 57.7 GJ/ha in the early (with meadow foxtail) and 66.9–70.0 GJ/ha in mid-ripening agrocenoses (with awnless brome and reed canary grass), that is, 2.4–2.8 times. In the production process of the recommended herbage, the leading role belongs to natural factors. In the structure of metabolic energy production, they account for 58–65%. The mobilization of natural factors on agrocenoses occurs due to the productive longevity of self-renewing herbage with the annual application of N180P40K155. Long-term use of promising highly productive agrocenoses for the early and middle link of the moving conveyor system makes it possible to exclude 4–6 renewal of meadow. This saves energy capital investments for the creation of meadowlands and improves the organization of the procurement of bulky forage.
grass stands with different ripening times, energy-saving technology, three cuttings, longevity, quality of bulky forage, collection of metabolic energy, agro-energy efficiency, natural factors
Введение. В создании устойчивой кормовой базы для животноводства значительная роль принадлежит луговому кормопроизводству. В современных условиях при постоянном росте цен на материально-технические и трудовые ресурсы актуальным направлением в исследованиях по луговодству является разработка энерго- и ресурсосберегающих агротехнических приемов и технологий [1; 2]. Долголетние многоукосные разнопоспевающие агроценозы, созданные на основе корневищных видов злаков, обеспечивают продуктивное долголетие лугов и получение качественного травяного сырья для заготовки энергонасыщенных и питательных объемистых кормов — сенажа и силоса [3; 4]. При длительном интенсивном использовании травостоев без перезалужения в несколько раз снижаются капитальные затраты на создание агроценозов, уменьшается себестоимость кормов и повышается энергетическая эффективность укосной технологии [5–7].
В настоящее время в ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса» научные разработки завершаются их энергетическим и экономическим анализом для обоснования путей сокращения расхода ресурсов и энергии при производстве кормов на сенокосах и пастбищах [6; 8]. Агроэнергетическая оценка приемов и технологий позволяет определить затраты антропогенной энергии (живого и овеществленного труда) в единых показателях (джоулях) в соответствии с международной системой СИ [9; 10]. При этом выявляется эффективность затрат антропогенной энергии и роль природных факторов в продукционном процессе [11].
Природные факторы, участвующие в формировании урожайности травостоев и производстве энергии агроэкосистемами, очень разнообразны — это видовой и возрастной состав популяции луговых трав, энергия солнца, потенциальное и активное плодородие почвы, запас влаги в почве, погодные условия и др. [12]. В исследованиях ВНИИ кормов установлено, что в разрабатываемых энерго- и ресурсосберегающих технологиях на лугах снижение антропогенных затрат энергии в значительной мере происходит за счет мобилизации природных факторов [13–15].
Цель исследований — выявить энергетическую эффективность создания и долголетнего интенсивного использования укосной технологии, а также роль антропогенных затрат и природных факторов в продукционном процессе разнопоспевающих злаковых травостоев.
Условия, материалы и методы. Экспериментальные данные получены на основе полевого опыта, проведенного в 1994–2019 гг. во ВНИИ кормов. В опыте изучались ранние и среднеспелые одновидовые посевы наиболее долголетних злаковых трав и травосмеси с их доминированием 12–37-го годов пользования (г.п.) при трехукосном режиме скашивания. Площадь делянки — 40 м2, размещение вариантов систематическое со смещением по повторностям. Опытный участок относится к суходольному типу луга с временно избыточным увлажнением, почва дерново-подзолистая среднесуглинистая. При подготовке почвы к посеву в 1982 г. внесли 3 т/га известковой муки. На 12 г.п. в слое почвы 0–20 см содержалось 1,8% гумуса, 109 мг/кг подвижного фосфора, 44 мг/кг обменного калия, рНсол — 5,7.
Травы районированных сортов высеяли весной 1982 г. под покров горохо-овсяной смеси. Для залужения использовали корневищные злаки — лисохвост луговой (Alopecurus pratensis L.) сорт Серебристый, кострец безостый (Bromopsis inermis Leyss.) Моршанский 760, двукисточник тростниковый (Phalaroides arundinacea L.) Первенец и рыхлокустовую ежу сборную (Dactylis glomerata L.) ВИК 61. В качестве видов-уплотнителей в травосмеси включали короткокорневищный мятлик луговой (Poa pratensis L.) Йыгева 1 и рыхлокустовые злаки — тимофеевку луговую (Phleum pratense L.) ВИК 9 и овсяницу тростниковую (Festuca arundinacea Schreb.) Балтика. Тип скороспелости агроценозов, виды трав, состав травосмесей и нормы высева семян (кг/га) при 100%-ной посевной годности даны в таблице 1. В 1983–1993 гг. опыт проводили при орошении. В 1994–2019 гг. по организационно-экономическим причинам исследования продолжили при естественном увлажнении.
1. Продуктивность разнопоспевающих агроценозов и качество травяного сырья
в среднем за 1994–2019 гг.
Тип и состав агрофитоценоза, норма высева семян (кг/га) |
Урожайность СВ, ц/га |
Содержание сеяных видов, % |
Произведено на 1 га |
Содержание |
||
ОЭ, ГДж |
СП, кг |
МДж ОЭ в 1 кг СВ |
ПП, г/корм. ед. |
|||
Раннеспелый |
|
|
|
|
|
|
Лисохвост луговой (16) |
68,6 |
65 |
69 |
1129 |
10,1 |
142 |
Ежа сборная (18) |
69,0 |
51 |
70 |
1089 |
10,1 |
133 |
Лисохвост (11) + ежа (6) |
71,4 |
74 |
72 |
1148 |
10,1 |
138 |
Ежа (12) + тимофеевка луговая (4) + мятлик луговой (4) |
70,9 |
74 |
71 |
1108 |
10,1 |
133 |
Среднеспелый |
|
|
|
|
|
|
Кострец безостый (20) |
83,7 |
70 |
82 |
1115 |
9,7 |
116 |
Кострец (14) + тимофеевка (4) |
85,6 |
72 |
84 |
1149 |
9,8 |
116 |
Двукисточник тростниковый (10) |
87,5 |
65 |
84 |
1188 |
9,6 |
122 |
Двукисточник (7) + овсяница тростниковая (6) |
91,2 |
68 |
88 |
1260 |
9,6 |
125 |
НСР05 |
6,1 |
|
|
|
|
|
Для получения травяной массы, обеспечивающей заготовку качественного сенажа, агроценозы со второго года жизни (1983 г.) косили в системе сырьевого конвейера три раза за сезон. Первый укос убирали в начале фазы колошения доминирующего в травостое вида. Второй и третий укосы скашивали при высоте трав более 50 см. В среднем за 1994–2019 гг. доза удобрений за сезон составила N180P40K155. Аммиачную селитру и хлористый калий вносили дробно — равными частями под каждый укос. Подкормку травостоев суперфосфатом проводили весной. Дозы фосфора и калия периодически изменяли в зависимости от содержания в почве Р2О5 и K2О.
Учеты, наблюдения, анализы и расчеты проводили в соответствии с методиками исследований, принятыми в луговодстве. Агроэнергетическая оценка укосной технологии проведена по разработанной во ВНИИ кормов методике, утвержденной РАСХН [9–11]. Расчеты капитальных (единовременных) вложений на создание агроценозов и текущих (ежегодных) производственных затрат на уход и использование травостоев сделаны на основе типовых технологических карт с учетом энергетических эквивалентов на материально-технические и трудовые ресурсы.
Результаты исследований и их обсуждение. Полученные данные показали, что при долголетнем трехукосном использовании выявлено преимущество целенаправленно сформированных смешанных агроценозов по сравнению с одновидовыми посевами трав. У травосмесей установлены более высокие и выровненные по годам урожайность и содержание сеяных видов (табл. 1). Смешанные травостои за счет компенсационного эффекта меньше реагируют на ухудшение погодных условий и более устойчивы к внедрению в агроценоз дикорастущих видов. На основе комплексной оценки экспериментальных данных для создания раннего травостоя укосного конвейера перспективной оказалась двухкомпонентная травосмесь из лисохвоста лугового (11 кг/га семян) и ежи сборной (6 кг/га). В среднем за 12–37 г.п. с 1 га получено 71 ц/га сухого вещества (СВ), 72 ГДж обменной энергии (ОЭ) и 1148 кг сырого протеина (СП) при содержании 10,1 МДж ОЭ в 1 кг СВ и 138 г/корм. ед. переваримого протеина (ПП). Для организации среднего звена сырьевого конвейера высокую продуктивность долголетних агроценозов обеспечило залужение травосмесями из костреца безостого (14 кг/га) с тимофеевкой луговой (4) и из двукисточника тростникового (7) с овсяницей тростниковой (6 кг/га). В среднем за 26 лет продуктивность 1 га соответственно составила 86 и 91 ц СВ, 84 и 88 ГДж обменной энергии, 1149 и 1260 кг сырого протеина при содержании 9,8 и 9,6 МДж ОЭ в 1 кг СВ, 116 и 125 г/корм. ед. переваримого протеина (табл. 2).
Агроэнергетическая оценка технологии создания и длительного трехукосного использования разнопоспевающих злаковых травостоев сделана с учетом 20% неизбежных технологических потерь (при заготовке сенажа) произведенных на 1 га урожайности СВ, обменной энергии и сырого протеина (табл. 2 и 3).
2. Антропогенные затраты энергии на создание и использование на сенаж
злаковых травостоев 13–38-го года жизни
Тип скороспелости и состав травостоя |
Капитальные вложения в среднем за 38 лет, ГДж/га |
Текущие производственные затраты |
Совокупные затраты энергии, ГДж/га |
||
всего, ГДж/га |
в том числе, % |
||||
удобрение |
использование |
||||
Раннеспелый |
|
|
|
|
|
Лисохвост луговой |
0,79 |
23,55 |
81 |
19 |
24,34 |
Ежа сборная |
0,79 |
23,56 |
80 |
20 |
24,35 |
Лисохвост + ежа |
0,79 |
23,61 |
80 |
20 |
24,40 |
Ежа + тимофеевка луговая + мятлик луговой |
0,80 |
23,60 |
80 |
20 |
24,40 |
Среднеспелый |
|
|
|
|
|
Кострец безостый |
0,81 |
23,88 |
79 |
21 |
24,69 |
Кострец + тимофеевка |
0,80 |
23,93 |
79 |
21 |
24,73 |
Двукисточник тростниковый |
0,77 |
23,97 |
79 |
21 |
24,74 |
Двукисточник + овсяница тростниковая |
0,77 |
24,05 |
79 |
21 |
24,82 |
3. Энергетическая эффективность антропогенных затрат и роль природных факторов
при долголетнем использовании на сенаж разнопоспевающих травостоев
в среднем за 26 лет
Тип и состав травостоя |
Сбор ОЭ с учетом потерь, ГДж/га |
Антропогенные энерго-затраты, ГДж/га |
Природные факторы в структуре производства ОЭ |
АК, % |
Удельные затраты на производство, МДж |
||
ГДж/га* |
% |
1 ГДж ОЭ |
1 кг СП |
||||
Раннеспелый |
|
|
|
|
|
|
|
Лисохвост луговой |
55,4 |
24,3 |
31,1 |
56 |
228 |
439 |
26,9 |
Ежа сборная |
56,0 |
24,4 |
31,6 |
56 |
230 |
436 |
28,0 |
Лисохвост + ежа |
57,7 |
24,4 |
33,3 |
58 |
236 |
423 |
26,6 |
Ежа + тимофеевка луговая + мятлик луговой |
57,0 |
24,4 |
32,6 |
57 |
234 |
428 |
27,5 |
Среднеспелый |
|
|
|
|
|
|
|
Кострец безостый |
65,2 |
24,7 |
40,5 |
62 |
264 |
379 |
27,7 |
Кострец + тимофеевка |
66,9 |
24,7 |
42,2 |
63 |
271 |
369 |
26,9 |
Двукисточник тростниковый |
67,1 |
24,7 |
42,4 |
63 |
272 |
368 |
26,0 |
Двукисточник + овсяница тростниковая |
70,0 |
24,8 |
45,2 |
65 |
282 |
354 |
24,6 |
*Природные факторы определяли по разнице сбора ОЭ и совокупных затрат антропогенной энергии.
В текущих производственных затратах (23,6–24,0 ГДж/га в среднем за 1994–2019 гг.) основная доля, 79–81%, приходилась на трехкратное применение удобрений (N180P40K155 за сезон). Ежегодные затраты на использование травостоев (кошение, ворошение, подбор подвяленной массы кормоуборочным комбайном ДОН-680М, ее транспортировка и закладка сенажа) составили 19–21%. Это в 3,7–4,2 раза меньше затрат на подкормку удобрениями. Однако высокое продуктивное долголетие интенсивных злаковых агроценозов и получение энергонасыщенного, полностью обеспеченного переваримым протеином травяного сырья для заготовки объемистых кормов, возможно только при внесении оптимальных доз минеральных удобрений [16].
Среднегодовые совокупные затраты антропогенной энергии на создание, уход и использование раннеспелых травостоев составили 24,3–24,4 ГДж/га (табл. 2). На среднеспелых агроценозах этот показатель был несколько выше — 24,7–24,8 ГДж/га, что обусловлено более высокой урожайностью агроценозов с кострецом безостым и двукисточником тростниковым (табл. 1). В результате долголетнего (38 лет жизни) использования травостоев доля капитальных энергетических вложений в структуре среднегодовых совокупных затрат составила 3%.
Агроэнергетическая оценка долголетнего трехукосного использования рекомендуемых производству разнопоспевающих злаковых травостоев показала достаточно высокую энергетическую эффективность интенсивной технологии (табл. 3). Установлено, что агроэнергетический коэффициент — АК (окупаемость антропогенных затрат сбором обменной энергии) был на раннеспелом двухвидовом агроценозе с доминированием лисохвоста лугового 236% при сборе обменной энергии 58 ГДж/га. На среднеспелых смешанных травостоях (с кострецом безостым и двукисточником тростниковым) в результате большого сбора обменной энергии с 1 га (67–70 ГДж) агроэнергетический коэффициент повысился до 271–282%. При этом удельные затраты антропогенной энергии на производство 1 ГДж обменной энергии соответственно составили 423 и 354–369 МДж, а на 1 кг сырого протеина — 26,6 и 24,6–26,9 МДж.
Единовременные капитальные затраты энергии на создание 1 га разнопоспевающих агроценозов составили 29,4–30,7 ГДж. Среднегодовые затраты в расчете на 38 лет жизни (л.ж.) трав были 0,77–0,81 ГДж (табл. 2).Это значительно ниже, чем при обычном краткосрочном использовании лугов — 4,90–5,12 ГДж/га в среднем за 6 лет. Большая часть энергетических затрат (49–51%) в структуре капитальных вложений приходилась на проведение известкования. Антропогенные затраты энергии на обработку почвы были 22–23%, а на семена трав и покровной культуры составили 26–29%.
Методика оценки агроэнергетической эффективности приемов и технологий в луговом кормопроизводстве позволяет выявить значение природных факторов в структуре производства обменной энергии травостоями [11; 14]. Так, при соблюдении рекомендуемой агротехники на перспективных многоукосных агроценозах 12–37-го г.п. за счет природных факторов с 1 га получено 33 ГДж обменной энергии на раннеспелом и 42–45 ГДж на среднеспелых смешанных травостоях (табл. 3). Это соответственно составило 58 и 63–65% в структуре производства обменной энергии и в 1,4–1,8 раза превышало антропогенные затраты энергии на создание агроценозов, уход и использование. Следовательно, в продукционном процессе долголетних трехукосных луговых агроэкосистем ведущая роль принадлежит возобновляемым природным факторам.
В исследованиях, проведенных во ВНИИ кормов, установлено, что при разработке энергосберегающих сенокосных и пастбищных технологий необходимо увеличивать использование природных факторов. Выявлено, что за счет обработки почвы, подбора трав для залужения и интенсификации других приемов происходит мобилизация природных факторов [13–15]. Это способствует повышению продуктивности травостоев и позволяет снизить затраты антропогенной энергии на лугах. В наших исследованиях высокая доля природных факторов в структуре производства обменной энергии объясняется продуктивным долголетием самовозобновляющихся корневищных видов (до 38 г.ж.) при внесении за сезон N180P40K155 и скашиванием злаковых травостоев в оптимальные сроки.
Заключение. На основе комплексной оценки (включающей агроэнергетическую) данных долголетних исследований разработана энергосберегающая технология создания разнопоспевающих злаковых травостоев и их длительного (до 38-го года жизни трав) трехукосного использования для заготовки объемистых кормов. Рекомендуемые травосмеси: ранняя из лисохвоста лугового с ежой сборной и среднеспелые с доминированием костреца безостого или двукисточника тростникового обеспечивают получение энергонасыщенного и питательного травяного сырья (для сенажа) с содержанием 9,6–10,1 МДж ОЭ в 1 кг СВ и 116–138 г переваримого протеина в расчете на 1 корм. ед. При сборе с 1 га в среднем за 12–37-й годы пользования на раннем травостое 58 ГДж обменной энергии, а на среднеспелых агроценозах 67–70 ГДж среднегодовые совокупные антропогенные энергозатраты на создание и использование окупаются соответственно в 2,4 и 2,7–2,8 раза. Установлено, что в продукционном процессе разнопоспевающих травостоев ведущая роль принадлежит возобновляемым природным факторам. При соблюдении рекомендуемой агротехники (в том числе внесение N180PK) в структуре производства обменной энергии 58–65% приходится на природные факторы.
Продуктивное долголетие целенаправленно сформированных злаковых самовозобновляющихся травостоев для раннего и среднего звеньев укосного конвейера позволяет исключить 4–6 повторных залужений. В результате экономится 117–182 ГДж/га капитальных энергетический затрат и 52–108 кг/га семян многолетних трав на коренное улучшение. При этом появляется возможность увеличения площадей сеяных луговых угодий и улучшения организации заготовки кормов с повышением их качества благодаря скашиванию травостоев в более ранние и оптимальные сроки в системе укосного конвейера.
1. Osnovnye napravleniya razvitiya lugovogo kormoproizvodstva v Rossii / A.A. Kutuzova, D.M. Teberdiev, K.N. Privalova [i dr.] // Dostizheniya nauki i tehniki APK. - 2018. - T. 32, № 2. - S. 17-20. (DOI:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10204).
2. Kutuzova A.A. Aktual'nye napravleniya razvitiya nauchnyh issledovaniy po lugovodstvu // Adaptivnoe kormoproizvodstvo. - 2010. - № 1. - S. 20-25. (URL: http://www.adaptagro.ru).
3. Innovacionnyy resurs proizvodstva vysokokachestvennyh ob'emistyh kormov na prirodnyh senokosah / A.A. Kutuzova, D.M. Teberdiev, A.V. Rodionova [i dr.] // Dostizheniya nauki i tehniki APK. - 2018. - T. 32, № 2. - S. 40-43. (DOI:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10210).
4. Zhezmer N.V. Produktivnost' i kachestvo travyanogo syr'ya dolgoletnih rannespelyh zlakovyh ukosnyh agrocenozov // Agrarnaya nauka na sovremennom etape: sostoyanie, problemy, perspektivy : materialy III nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem. - Vologda : FGBUN VolNC RAN, 2020. - S. 282-287.
5. Ekonomicheskaya effektivnost' usovershenstvovannyh tehnologiy sozdaniya i ispol'zovaniya seyanyh senokosov / A.A. Kutuzova, D.M. Teberdiev, A.V. Rodionova [i dr.] // Kormoproizvodstvo. - 2020. - № 3. - S. 3-8.
6. Zhezmer N.V. Ekonomicheskaya effektivnost' dolgoletnego mnogoukosnogo ispol'zovaniya raznopospevayuschih zlakovyh travostoev dlya zagotovki senazha // Mnogofunkcional'noe adaptivnoe kormoproizvodstvo : sb. nauch. tr. Vyp. 25 (73) / FNC «VIK im. V.R. Vil'yamsa». - M., 2021. - S. 87-93. (DOI:https://doi.org/10.33814/MAK-2021-25-73-87-93).
7. Zhezmer N.V. Agroenergeticheskaya effektivnost' tehnologiy sozdaniya i dolgoletnego ukosnogo ispol'zovaniya raznopospevayuschih agrocenozov // Mnogofunkcional'noe adaptivnoe kormoproizvodstvo : sb. nauch. tr. Vyp. 14 (62) / FGBNU «VNII kormov im. V.R. Vil'yamsa». - M. : Ugreshskaya tipografiya, 2017. - S. 68-73.
8. Agroenergeticheskaya effektivnost' tehnologiy sozdaniya i ispol'zovaniya dolgoletnego senokosa / D.M. Teberdiev, A.V. Rodionova, M.A. Schannikova, S.A. Zapivalov // Mnogofunkcional'noe adaptivnoe kormoproizvodstvo : sb. nauch. tr. Vyp. 25 (73) / FNC «VIK im. V.R. Vil'yamsa». - M., 2021. - S. 94-100. (DOI:https://doi.org/10.33814/MAK-2021-25-73-94-100).
9. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy i ekonomicheskoy ocenke tehnologiy i sistem kormoproizvodstva / B.P. Mihaylichenko, A.A. Kutuzova, Yu.K. Novoselov [i dr.]. - M. : Tipografiya Rossel'hozakademii, 1995. - 174 s.
10. Metodicheskoe posobie po agroenergeticheskoy ocenke tehnologiy i sistem vedeniya kormoproizvodstva / B.P. Mihaylichenko, A.S. Shpakov, A.A. Kutuzova. - M. : Tipografiya Rossel'hozakademii, 2000. - 52 s.
11. Kutuzova A.A., Trofimova L.S., Provornaya E.E. Novyy metod energeticheskoy ocenki lugovyh agroekosistem // Programma i metodika provedeniya nauchnyh issledovaniy po lugovodstvu (po Mezhvedomstvennoy koordinacionnoy programme NIR Rossel'hozakademii na 2011-2015 gg.). - M., 2011. - S. 128-163.
12. Kutuzova A.A. Metodologiya i prakticheskoe znachenie proizvodstva valovoy energii lugovymi agrobiogeocenozami // Vserossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut kormov imeni V.R. Vil'yamsa na sluzhbe Rossiyskoy nauke i praktike. - M. : Tipografiya Rossel'hozakademii, 2014. - S. 272-286.
13. Kulakov V.A., Sedova E.G., Altunin D.A. Rol' antropogennyh i prirodnyh faktorov v proizvodstve valovoy energii agrobiogeocenozami raznogo floristicheskogo sostava // Mnogofunkcional'noe adaptivnoe kormoproizvodstvo : sb. nauch. tr. Vyp. 6 (54) / FGBNU «VNII kormov im. V.R. Vil'yamsa». - M. : Ugreshskaya tipografiya, 2015. - S. 56-60.
14. Kutuzova A.A., Altunin D.A., Stepanischev I.V. Agroenergeticheskaya i ekonomicheskaya ocenki effektivnosti tehnologicheskih sistem osvoeniya vybyvshey iz oborota pashni pod pastbischa // Mnogofunkcional'noe adaptivnoe kormoproizvodstvo : sb. nauch. tr. Vyp. 7 (55) / FGBNU «VNII kormov im. V.R. Vil'yamsa». - M. : Ugreshskaya tipografiya, 2015. - S. 47-53.
15. Kutuzova A.A., Teberdiev D.M., Rodionova A.V. Effektivnost' antropogennyh zatrat i prirodnyh faktorov na dolgoletnem senokose // Kormoproizvodstvo. - 2016. - № 10. - S. 8-12.
16. Rekomendacii po sozdaniyu i intensivnomu ukosnomu ispol'zovaniyu lugovyh travostoev v lesnoy zone evropeyskoy chasti SSSR / N.M. Ahlamova, B.I. Korotkov, S.S. Lavrov [i dr.]. - M. : Kolos, 1982. - 48 s.