сотрудник
Лобня, г. Москва и Московская область, Россия
На основе комплексной оценки (включающей агроэнергетическую) данных полевого опыта разработана энергосберегающая технология создания разнопоспевающих злаковых агроценозов и их длительного (до 38-го года жизни трав) трехукосного использования. Целенаправленно подобранные травосмеси с доминированием корневищных видов районированных сортов злаков обеспечивали производство энергонасыщенного сырья для заготовки сенажа. В травяном сырье содержалось 9,6–10,1 МДж обменной энергии в 1 кг сухого вещества. Совокупные антропогенные затраты энергии на этих травостоях в среднем за 12–37-й годы пользования составили 24,4–24,8 ГДж/га. Они окупались сбором обменной энергии 57,7 ГДж/га на раннем (с лисохвостом луговым) и 66,9–70,0 ГДж/га на среднеспелых агроценозах (с кострецом безостым или двукисточником тростниковым), т. е. в 2,4–2,8 раза. В продукционном процессе рекомендуемых травостоев ведущая роль принадлежит природным факторам. В структуре производства обменной энергии на их долю приходится 58–65%. Мобилизация природных факторов на укосных агроценозах происходит за счет продуктивного долголетия самовозобновляющихся травостоев при ежегодном внесении N180P40K155. Длительное использование перспективных высокопродуктивных агроценозов для раннего и среднего звена укосного конвейера позволяет исключить 4–6 повторных залужений. Это экономит капитальные энергетические вложения на создание луговых угодий и улучшает организацию заготовки объемистых кормов.
злаковые разнопоспевающие травостои, энергосберегающая технология, три укоса, долголетие, качество объемистых кормов, сбор обменной энергии, агроэнергетическая эффективность, природные факторы
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. Основные направления развития лугового кормопроизводства в России / А.А. Кутузова, Д.М. Тебердиев, К.Н. Привалова [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2018. - Т. 32, № 2. - С. 17-20. (DOI:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10204).
2. Кутузова А.А. Актуальные направления развития научных исследований по луговодству // Адаптивное кормопроизводство. - 2010. - № 1. - С. 20-25. (URL: http://www.adaptagro.ru).
3. Инновационный ресурс производства высококачественных объемистых кормов на природных сенокосах / А.А. Кутузова, Д.М. Тебердиев, А.В. Родионова [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2018. - Т. 32, № 2. - С. 40-43. (DOI:https://doi.org/10.24411/0235-2451-2018-10210).
4. Жезмер Н.В. Продуктивность и качество травяного сырья долголетних раннеспелых злаковых укосных агроценозов // Аграрная наука на современном этапе: состояние, проблемы, перспективы : материалы III науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Вологда : ФГБУН ВолНЦ РАН, 2020. - С. 282-287.
5. Экономическая эффективность усовершенствованных технологий создания и использования сеяных сенокосов / А.А. Кутузова, Д.М. Тебердиев, А.В. Родионова [и др.] // Кормопроизводство. - 2020. - № 3. - С. 3-8.
6. Жезмер Н.В. Экономическая эффективность долголетнего многоукосного использования разнопоспевающих злаковых травостоев для заготовки сенажа // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство : сб. науч. тр. Вып. 25 (73) / ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса». - М., 2021. - С. 87-93. (DOI:https://doi.org/10.33814/MAK-2021-25-73-87-93).
7. Жезмер Н.В. Агроэнергетическая эффективность технологий создания и долголетнего укосного использования разнопоспевающих агроценозов // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство : сб. науч. тр. Вып. 14 (62) / ФГБНУ «ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса». - М. : Угрешская типография, 2017. - С. 68-73.
8. Агроэнергетическая эффективность технологий создания и использования долголетнего сенокоса / Д.М. Тебердиев, А.В. Родионова, М.А. Щанникова, С.А. Запивалов // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство : сб. науч. тр. Вып. 25 (73) / ФНЦ «ВИК им. В.Р. Вильямса». - М., 2021. - С. 94-100. (DOI:https://doi.org/10.33814/MAK-2021-25-73-94-100).
9. Методическое пособие по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства / Б.П. Михайличенко, А.А. Кутузова, Ю.К. Новоселов [и др.]. - М. : Типография Россельхозакадемии, 1995. - 174 с.
10. Методическое пособие по агроэнергетической оценке технологий и систем ведения кормопроизводства / Б.П. Михайличенко, А.С. Шпаков, А.А. Кутузова. - М. : Типография Россельхозакадемии, 2000. - 52 с.
11. Кутузова А.А., Трофимова Л.С., Проворная Е.Е. Новый метод энергетической оценки луговых агроэкосистем // Программа и методика проведения научных исследований по луговодству (по Межведомственной координационной программе НИР Россельхозакадемии на 2011-2015 гг.). - М., 2011. - С. 128-163.
12. Кутузова А.А. Методология и практическое значение производства валовой энергии луговыми агробиогеоценозами // Всероссийский научно-исследовательский институт кормов имени В.Р. Вильямса на службе Российской науке и практике. - М. : Типография Россельхозакадемии, 2014. - С. 272-286.
13. Кулаков В.А., Седова Е.Г., Алтунин Д.А. Роль антропогенных и природных факторов в производстве валовой энергии агробиогеоценозами разного флористического состава // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство : сб. науч. тр. Вып. 6 (54) / ФГБНУ «ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса». - М. : Угрешская типография, 2015. - С. 56-60.
14. Кутузова А.А., Алтунин Д.А., Степанищев И.В. Агроэнергетическая и экономическая оценки эффективности технологических систем освоения выбывшей из оборота пашни под пастбища // Многофункциональное адаптивное кормопроизводство : сб. науч. тр. Вып. 7 (55) / ФГБНУ «ВНИИ кормов им. В.Р. Вильямса». - М. : Угрешская типография, 2015. - С. 47-53.
15. Кутузова А.А., Тебердиев Д.М., Родионова А.В. Эффективность антропогенных затрат и природных факторов на долголетнем сенокосе // Кормопроизводство. - 2016. - № 10. - С. 8-12.
16. Рекомендации по созданию и интенсивному укосному использованию луговых травостоев в лесной зоне европейской части СССР / Н.М. Ахламова, Б.И. Коротков, С.С. Лавров [и др.]. - М. : Колос, 1982. - 48 с.
