Productivity of fodder crops cultivated in monoculture and crop rotation in steppe zone of the Southern Urals

Full Text

Введение

Приоритетным направлением агропромышленного комплекса Российской Федерации является выращивание экологичной продукции высокого качества. В современных системах земледелия применяется научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур в севообороте. Рост нагрузки факторов интенсификации земледелия на окружающую среду и экологию снижается за счет биологизации севооборотов [1–3].

Эффективность земледелия в разных почвенных и климатических условиях достигается путем совершенствования севооборотов по принципу продуктивности и влияния на почвенное плодородие [4, 5].

В засушливых условиях Южного Урала продуктивность полевых культур изучалась в краткосрочных опытах с необъективным подходом без учета благоприятных и засушливых лет [6, 7].

Введение в севообороты высокопродуктивной культуры суданской травы и разработка научно обоснованных технологий возделывания — одно из направлений животноводческой отрасли [8]. В засушливых условиях суданская трава отличается высокой урожайностью, адаптирована к действию высоких температур воздуха и имеет универсальное использование [9].

Постоянный поиск ресурсов для увеличения объема кормов и улучшения их качества остается актуальным и, в этом отношении суданская трава занимает первое место среди однолетних кормовых культур с содержанием в 100 кг зеленой массы 19,0 кормовых единиц (к. е.) и 2,3 кг протеина [10].

Суданская трава относится к культурам с достаточной экологической устойчивостью, превышающей влияние стрессов в экстремальных климатических условиях.

По суточному приросту зеленой массы суданская трава среди однолетних кормовых культур не только не уступает, но и значительно превосходит кукурузу. Засухоустойчивость суданской травы обеспечивается благодаря мощной корневой системе, которая использует влагу глубинных слоев почвы. При производстве грубых, сочных и искусственно обезвоженных кормов первостепенное значение имеет возделывание однолетней культуры суданской травы, имеющей ценные биологические и хозяйственные качества, сочетающиеся с высокой продуктивностью [11–13].

Один из источников увеличения питательности концентрированных кормов — зернофуражная культура ячменя. В Оренбургской области доля ячменя в структуре посевных площадей составляет 20…25 % [14].

Культура ячменя хорошо отзывается на внесение минеральных удобрений, при этом ее продуктивность, по мнению Н.А. Максютова [15], во влажные годы возрастает на 0,8 т зерна с 1 га [16].

Зерновые культуры отзывчивы на внесение минеральных удобрений и увеличивают продуктивность при выполнении остальных агроприемов [17].

Возделывание кормовых монокультур возможно при высокой потребности конкретного растениеводческого сырья. Длительные опыты с бессменными посевами кормовых культур на фоне меняющегося климата широко представлены в западных странах (США, Германии, Дании и др.) [18, 19].

Негативный почвенный процесс при потере гумуса малозаметен, но идет постоянно. Для улучшения плодородия почвы необходимо вводить в севообороты сидеральные пары и промежуточные культуры с запашкой сидеральной массы и корневых остатков. Зарубежные ученые указывают на увеличение почвенного плодородия при запашке корневых и стерневых остатков, которое превышает действие органических удобрений [20, 21]. В севооборотах с сидеральным паром процессы минерализации гумуса снижаются.

Цель исследования — определить потенциальные возможности и уровень урожайности полевых культур, используемых на корм животным при возделывании в монокультуре и разных севооборотах.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования выступают полевые культуры кормового назначения (кукуруза на силос, суданская трава, ячмень и двухкомпонентная смесь гороха с овсом), а также почвообразцы этих вариантов.

Опытный участок находится на территории Оренбургской области в координатах: 51.775125° с. ш., 55.306547° в. д.

Почва опытного участка относится к чернозему южному карбонатному малогумусному тяжелого механического состава. В слое 0–30 см почвы гумуса от 3,2 до 4,0 %, общего азота 0,20…0,31 %, фосфора 0,14…0,22 %, калия 30…38 мг на 100 г почвы.

Кормовые культуры изучались по схеме:

1. В занятом (вторая половина лета) севообороте первым полем — суданская трава летнего срока сева, четвертым — кукуруза на силос, шестым — ячмень.
2. В занятом (первая половина лета) севообороте первым полем — двухкомпонентная смесь гороха и овса, четвертым — кукуруза на силос, шестым — ячмень.
3. Монопосевы кукурузы на силос и ячменя.

В целом схема шестипольного севооборота имеет вид: первым полем — занятые пары, вторым полем — пшеница твердая яровая, третьим полем — пшеница мягкая яровая, четвертым полем — кукуруза на силос, пятым полем — пшеница мягкая яровая, шестым полем — ячмень.

Полевые культуры возделывались на двух агрофонах питания — удобренном  (N₄₀P₈₀K₄₀) и без удобрений. Размер и площадь делянок на удобренном фоне 108 м² (3,6 × 30 м), без удобрения 216 м² (3,6 × 60 м). Учетная площадь при уборке ячменя на зерно составила на удобренном фоне 60 м², на неудобренном — 120 м². Урожайность суданской травы и горохоовсяной смеси учитывалась метровыми накладками в 10 местах на удобренном и неудобренном фонах (учетная площадь 10 м²). Продуктивность кукурузы учитывалась при срезании двух рядов растений по длине делянки удобренного фона (30 м) и одного рядка по неудобренном фону (60 м). Срезанная листостебельная масса кормовых культур взвешивалась на площадочных весах и затем приводилась к урожайности на 1 га.

Сорта и гибриды высеваемых культур: суданская трава — Бродская 2, кукуруза на силос — РОСС-144МВ, ячмень — Натали, горох — Чишминский 210, овес — Скакун.

Результаты исследования и обсуждение

Годы эксперимента включают все многообразие погодных условий от влажных до очень засушливых лет с низким ГТК периода вегетации.

Изменение продуктивности суданской травы в течении 32 лет эксперимента на двух фонах почвенного питания и соизмерение с ГТК периода вегетации полевых культур показаны на графиках (рис. 1).

Рис. 1. Продуктивность суданской травы (Sorghum sudanense) на двух агрофонах питания за 1990–2021 гг.
Источник: выполнил В.Ю. Скороходов

Fig. 1. Productivity of Sudan grass (Sorghum sudanense) under two fertilization regimes in 1990–2021
Source: created by V.Y. Skorokhodov

За тридцать два года эксперимента слабую засушливость (ГТК = 1,0…1,3) отмечали дважды: в 1994 и 2000 г.; умеренную (ГТК 0,7…1,0) — в течение 7 лет (1990, 1997, 2003, 2006–2008, 2013 гг.), очень сильная засуха (ГТК = 0,4…0,7) наблюдалась 13 лет (1992, 1993, 1999, 2004, 2005, 2009, 2011, 2012, 2014–2017, 2019) и условия пустыни (ГТК < 0,4) — 10 лет (1991, 1995, 1996, 1998, 2001, 2002, 2010, 2018, 2020, 2021 гг.).

Наибольшая продуктивность суданской травы получена в 1990 г. на агрофоне с применением удобрений (4,44 тыс. к. е. с 1 га) и без удобрений (4,01 тыс. к. е. на 1 га). Также, наибольший сбор суданской травы на удобренном и неудобренном фоне соответственно составил в 1997 г. — 3,54 и 3,04 тыс., в 2003 г. — 3,03 и 2,68 тыс., в 2004 г. — 4,16 и 3,55 тыс., в 2007 г. — 3,87 и 2,67 тыс. к. е. на 1 га.

Важной составляющей оценки сельскохозяйственных культур, возделываемых бессменно и в севооборотах, является продуктивность. Нами подсчитана продуктивность кормовых культур за длительный промежуток времени на основании полученной урожайности за 1990–2021 гг. в севооборотах и бессменно на двух фонах питания (таблица).

Продуктивность кормовых культур в севообороте и при моновозделывании на двух агрофонах питания (в сумме за 1990–2021 гг.)

Варианты пара в севооборотах, монопосевы	Культура	Фон питания	Выход по культурам (сумма), тыс. к. е.	НСР05		Выход, тыс. к. е. _____________________________________ Обменная энергия, МДж, с 3 га, сумма за 1990–2021 гг.
						А	В
Занятый (во второй половине лета)	Суданская трава	А	69,24	0,36	0,14	229,02 996,99	221,25 985,89
		В	63,11	0,27
	Кукуруза	А	106,86	0,87	0,27
		В	101,01	0,82
	Ячмень	А	52,92	0,53	0,10
		В	57,13	0,48
Занятый (в первой половине лета)	Злаково-­бобовая смесь	А	78,62	0,51	0,20	245,23 1117,36	221,88 996,39
		В	67,92	0,44
	Кукуруза	А	104,78	0,89	0,37
		В	99,76	0,77
	Ячмень	А	61,83	0,51	0,13
		В	54,20	0,41
Бессменная кукуруза		А	101,02	0,86	0,32	303,06 709,16	283,62 663,67
		В	94,54	0,85
Бессменный ячмень		А	51,75	0,51	0,13	155,25 1676,70	147,33 1591,16
		В	49,11	0,47

Примечание. А — удобренный фон; В — неудобренный фон; под чертой содержание обменной энергии (ОЭ) по перевариемым питательным веществам.

Productivity of forage crops in crop rotation and monocropping under two fertilization regimes (total for 1990–2021)

Variant	Crop	Fertilization regime	Yield by crop (total), thousand fodder units	LSD05		Yield, thousand fodder units _______________________________________ Exchange energy, MJ, from 3 hectares, amount for 1990–2021
						А	В
Sown fallow (the second half of summer)	Sudan grass	А	69.24	0.36	0.14	229.02 996.99	221.25 985.89
		В	63.11	0.27
	Corn	А	106.86	0.87	0.27
		В	101.01	0.82
	Barley	А	52.92	0.53	0.10
		В	57.13	0.48
Sown fallow (the first half of summer)	Legume-­grass mixture	А	78.62	0.51	0.20	245.23 1117.36	221.88 996.39
		В	67.92	0.44
	Corn	А	104.78	0.89	0.37
		В	99.76	0.77
	Barley	А	61.83	0.51	0.13
		В	54.20	0.41
Permanent corn		А	101.02	0.86	0.32	303.06 709.16	283.62 663.67
		В	94.54	0.85
Permanent barley		А	51.75	0.51	0.13	155.25 1676.70	147.33 1591.16
		В	49.11	0.47

Note. A — with fertilizer application; B — without fertilizer application; below the line — the content of metabolic energy (ME) for digestible nutrients.

Наиболее продуктивная в кормовом отношении культура — кукуруза на силос, возделываемая после занятого суданской травой пара.

Сумма сбора за годы эксперимента по этому варианту составила на фоне удобрения 106,86 тыс., на неудобренном фоне — 101,01 тыс. к. е. Сбор кукурузы на силос при моновозделывании составил на удобренном фоне 101,02 тыс. к. е., на неудобренном — 94,54 тыс. к. е. Для сопоставления продуктивности кормовых культур в севооборотах и бессменных посевах подсчитан выход с 3 га. Выход кормовой продукции с 3 га севооборотной площади с занятым (летним посевом суданской травы) паром составил на удобренном фоне 229,02 тыс. и неудобренном 221,25 тыс. к. е., с занятым (горохо-­овсяной смесью) паром соответственно по фонам — 245,23 и 221,88 тыс. к. е.

В севообороте с занятым (суданской травой) паром продуктивность ячменя на неудобренном фоне выше, чем по удобренному фону (рис. 2).

Рис. 2. Продуктивность кукурузы на силос, ячменя, возделываемых в севооборотах и монопосевах на двух агрофонах питания
Источник: выполнил В.Ю. Скороходов

Fig. 2. Productivity of corn for silage, barley cultivated in crop rotations and monocroppings under two fertilization regimes
Source: created by V.Y. Skorokhodov

Продуктивность при моновозделывании кукурузы на силос с 3 га (в сумме за годы исследований) на фоне минеральных удобрений 303,06 тыс., на неудобренном — 283,62 тыс. к. е. Возделывание кукурузы на силос в монокультуре является самым высокопродуктивным вариантом среди изучаемых в опыте. Без применения минеральных удобрений в севооборотах получен одинаковый выход (221 тыс. к. е. с 3 га). Наименьший сбор за годы проведения эксперимента в варианте с моновозделыванием ячменя на неудобренном фоне без применения минеральных удобрений — 147,33 тыс. и на удобренном — 155,25 тыс. к. е. с 3 га. Превышение урожайности ячменя на неудобренном фоне связано в первую очередь с большей засоренностью многолетними корневищными и корнеотпрысковыми сорняками в севообороте с занятым паром. В севообороте с занятым суданской травой паром отмечается наибольшее количество многолетней сегетальной растительности (особенно на удобренном фоне), интенсивно использующей питательные вещества и почвенную влагу, тем самым отбирая их у культурных растений.

Заключение

1. Возделывание кукурузы на силос в монокультуре — наиболее высокопродуктивный вариант среди изучаемых в опыте. Моновозделывание кукурузы приводит к продуктивности (в сумме за 1990–2021 гг.) по удобренному фону 303,06 тыс. к. е., по неудобренному — 283,62 тыс. к. е. с 3 га пашни. В то же время наиболее ценным в энергетическом отношении является вариант монопосева ячменя.
2. На основе изучения продуктивности суданской травы установлен наибольший валовый сбор (4,44 тыс. к. е. с 1 га) в 1990 г. при применении минеральных удобрений.
3. Применение занятого (с посевом суданской травы) пара положительно влияет на урожайность ячменя без применения минеральных удобрений. Выход кормовых единиц ячменя на неудобренном фоне в севообороте (в сумме за 1990–2021 г.) составил 57,13 тыс. к. е.

About the authors

Vitaly Y. Skorokhodov

Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: skorohodov.vitali1975@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4179-7784
SPIN-code: 2494-0672

Candidate of Agricultural Sciences, Leading Researcher, Department of Agriculture and Resource-Saving Technologies

27/1 Gagarin ave., Orenburg, 460051, Russian Federation

References

Supplementary files