Продуктивность долголетних культурных пастбищ и плодородие почвы при разных технологических системах ведения

УДК 631.81:633.20.38

Продуктивность долголетних культурных пастбищ и плодородие почвы при разных технологических системах ведения

Привалова К. Н., доктор сельскохозяйственных наук

Алтунин Д. А., кандидат сельскохозяйственных наук

Каримов Р. Р., кандидат сельскохозяйственных наук

ФНЦ «ВИК им. В. Р. Вильямса»

141055, Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок, корп. 1

E-mail: vik_lugovod@k.ru

В последние годы всё большее значение приобретает проблема продления продуктивного долголетия луговых сообществ на основе изучения биологических особенностей многолетних трав, их реакции на агротехнические приёмы при длительном использовании. Это новое направление исследований является перспективным, оно соответствует общей стратегии интенсификации сельского хозяйства. Повышение продуктивного долголетия агрофитоценозов в значительной степени зависит от уровня питания трав, создаваемого за счёт обоснованных сочетаний и доз удобрений. Исследования проводились в полевом опыте с пастбищными травостоями, заложенном в 1946 году на опытном поле ВИК им. В. Р. Вильямса. Опыт включён в общую Географическую сеть опытов с удобрениями (регистрационный номер 146). Поставлена задача, определяемая требованиями времени: дать оценку технологических систем ведения пастбищ при разных уровнях удобрений. Залужение проведено рекомендуемой в тот период многокомпонентной смесью в составе: тимофеевка луговая (Phleum pretense), овсяница луговая (Festuca pratensis), лисохвост луговой (Alopecurus pratensis), кострец безостый (Bromus inermis), мятлик луговой (Poa pratensis), клевер луговой (Trifolium pretense), клевер ползучий (Trifolium repens). В результате исследований обоснованы различные модификации ведения долголетних пастбищ, обеспечивающие производство корма от 1,9 тыс. корм. ед./га в техногенной системе без удобрений до 6,6 тыс. корм. ед. — в техногенно-минеральной на фоне N₁₈₀P₄₅K₁₂₀. Долголетнее использование пастбищных травостоев способствовало воспроизводству почвенного плодородия благодаря дерново-образовательному процессу. За 70-летний срок использования травостоев суммарный прирост гумуса и азота в почве достигал соответственно 13,3 т/га и 584 кг/га. Применение интегрированной, техногенно-минеральной и техногенно-органической систем ведения пастбищ способствовало увеличению запаса гумуса в почве, особенно заметным было увеличение гумуса при внесении N₁₈₀P₄₅K₁₂₀ и 20 т/га навоза: на 22 т/га в сумме за 70 лет по сравнению с исходным показателем и на 8,7 т/га — по сравнению с техногенной системой.

Ключевые слова: долголетние культурные пастбища, технологические системы, удобрение, продуктивность, плодородие почвы.

В современных условиях социально-экономического развития страны при ограниченности средств и материальных ресурсов, диспаритете цен на средства производства и продукцию определяющим условием создания прочной кормовой базы для животноводства является максимальное использование возобновляемых биологических факторов и природных ресурсов. В луговодстве реализация фактора биологизации проявляется многосторонне, при этом важным аспектом является увеличение продуктивного долголетия сеяных травостоев. По сохранению ценного состава и продуктивности фитоценозы относятся к краткосрочным при использовании в течение 5‒7 лет и долголетним — в течение 8‒10 лет и более (Минина, 1972; Кутузова, Зотов и др., 1999). Однако, по заключению В. Л. Комарова, вегетативно размножающийся растительный организм «потенциально бессмертен» (Комаров, 1944). Подтверждением этого положения является долголетний (162 года) Ротамстедский опыт по изучению действия удобрений на культурном пастбище (Работнов, 1982). Создание долголетних, в том числе самовозобновляющихся, пастбищных травостоев обеспечивает существенную экономию капитальных вложений, планируемых на перезалужение, способствует быстрому увеличению площадей улучшенных луговых угодий. В этой связи в последние годы всё большее значение приобретает проблема продления продуктивного долголетия луговых сообществ на основе изучения биологических особенностей многолетних трав, их реакции на агротехнические приёмы при длительном использовании (Кутузова, Привалова и др., 2011). Это новое направление исследований является перспективным, оно соответствует общей стратегии интенсификации сельского хозяйства (Жученко, 1999). Повышение продуктивного долголетия агрофитоценозов в значительной степени зависит от уровня питания трав, создаваемого за счёт обоснованных сочетаний и доз удобрений (Ромашов, 1968).

Методика исследований. Исследования проводятся в полевом опыте, заложенном П. И. Ромашовым и М. С. Афанасьевой в 1946 году на опытном поле ВИК им. В. Р. Вильямса. Затем исследования продолжили: В. П. Мельничук, Л. Д. Фёдорова, З. В. Морозова, О. М. Балаева, М. Ф. Щербаков. В последние годы (1976‒2016) исследования проводил ведущий научный сотрудник отдела луговодства В. А. Кулаков (с 2014 года совместно с Д. А. Алтуниным). С 2017 года исследования проводят сотрудники лаборатории луговедения и луговодства: К. Н. Привалова, Д. А. Алтунин, Р. Р. Каримов. В отличие от ранее поставленных задач — изучить влияние длительного применения удобрений на продуктивность пастбищных травостоев и плодородие почвы — поставлена задача, определяемая требованиями времени: дать оценку технологических систем ведения пастбищ при разных уровнях удобрений. Обоснованная академиком В. И. Кирюшиным классификация адаптивно-ландшафтных систем земледелия нашла отражение в луговодстве (Многовариантные системы ведения лугового кормопроизводства, 2006; Кутузова, 2013; Кутузова, Кулаков, 2014). Опыт заложен на суходоле временно избыточного увлажнения, с типичной для центрального Нечерноземья дерново-подзолистой среднесуглинистой почвой. В исходном состоянии в слое 0‒20 см содержалось 2,03 % гумуса, 60 мг/кг подвижного фосфора, 70 мг/кг обменного калия, рН_сол — 4,3. Режим использования травостоев — имитация выпаса (трёхкратное скашивание в фазу начала выхода в трубку злаковых трав). Площадь делянки — 104 м². Учёты и наблюдения проводили по современным общепринятым в луговодстве и земледелии методикам.

Результаты исследований. В зависимости от применяемой системы ведения пастбищ и уровня удобрений формируются разные по составу долголетние фитоценозы. При техногенной системе ведения пастбища (без внесения удобрений) в годы, по увлажнению близкие к среднемноголетнему уровню, отмечена регрессивная (отрицательная) сукцессия: формирование малоценного низовозлаковоразнотравного травостоя, непригодного для кормления продуктивного молочного скота, с участием 34‒45% разнотравья на 11‒13-й годы и 53% низовых злаков (овсяницы красной, полевицы тонкой, колоска душистого) — на 71-й год жизни. Однако в благоприятных по увлажнению условиях (1962 год, 17-й год жизни) сохранялся травостой с содержанием 50,3% ценных видов (в т.ч. 26,3% клевера ползучего). Ведение пастбищ по интегрированной системе на фоне ежегодного внесения Р₄₅К₆₀ обеспечивало формирование бобово-злакового травостоя с участием клевера ползучего по годам пользования от 20 до 42%, что обеспечивало дополнительное среднегодовое поступление биологического азота в размере 75 кг/га. При техногенно-минеральной системе ведения пастбищ на фоне N_60-180P₄₅K_60-120 в результате прогрессивной положительной сукцессии ценные по составу фитоценозы с содержанием 31‒58% корневищных злаков — лисохвоста лугового и мятлика лугового, способных к самовозобновлению — сохраняются в течение 70 лет.

При рациональном режиме использования травостоев на фоне ежегодного внесения удобрений получен качественный зелёный корм, отвечающий требованиям ГОСТ Р 57482-2017 «Корм пастбищный». Энергонасыщенность корма составила 10,2‒10,4 МДж обменной энергии (0,84‒0,88 корм. ед.) в 1 кг сухого вещества. Концентрация сырого протеина в зависимости от системы ведения пастбища составила: 14,5% — при техногенной, 16,0% — при интегрированной и 16,1‒20,5% — при техногенно-минеральной. Наиболее ценный по протеиновой и энергетической питательности корм, полностью удовлетворяющий потребностям высокопродуктивных коров, получен на фоне ежегодного внесения N₁₈₀P₄₅K₁₂₀.

Продуктивность долголетних пастбищных фитоценозов в зависимости от системы ведения пастбищ с соответствующими уровнями удобрений изменялась от 23 ГДж/га (1,9 тыс. корм. ед.) до 78 ГДж/га (6,6 тыс. корм. ед.) в среднем за 42 года (табл. 1). Потенциал продуктивности травостоя при техногенной системе на дерново-подзолистой неудобренной почве составил 23 ГДж обменной энергии (ОЭ) (1,9 тыс. корм. ед./га). При интегрированной системе сбор пастбищного корма по сравнению с техногенной системой увеличился в 2,2 раза благодаря использованию биологического источника азота. При ведении пастбища по техногенно-минеральной системе производство корма в зависимости от уровня удобрений изменялось от 53 ГДж обменной энергии (4,4 тыс. корм. ед.) до 78 ГДж (6,6 тыс. корм. ед./га).

1. Продуктивность долголетних (72-й год жизни) пастбищ при разных технологических системах ведения (среднее за 1976‒2017 гг.)

Примечание: * — окупаемость 1 т навоза при внесении 10 т/га — 362 корм. ед., при внесении 20 т/га — 263 корм. ед.

Максимальный сбор корма — 78 ГДж/га обменной энергии, 1,54 т/га сырого протеина в среднем за 42 года, что соответственно в 3,5 и 4,8 раза выше по сравнению с контролем (техногенная система без удобрений) — получен при использовании интенсивной системы на фоне N₁₈₀P₄₅K₁₂₀. Окупаемость 1 кг действующего вещества смеси NPK в техногенно-минеральной системе составила 10,2‒14,3 корм. ед., а в интегрированной системе (фон РК) благодаря дополнительному использованию фактора биологизации накопление биологического азота достигало 17,0 корм. ед., что превышает показатели, получаемые на зерновых культурах. Внесение навоза в дозах 10 и 20 т/га (один раз в 4 года) способствовало увеличению продуктивности пастбища (по сбору ОЭ) соответственно на 48 и 69%, прибавка на 1 т удобрения составила 346 и 256 корм. ед. Комплексная оценка пастбищных систем проводилась не только по влиянию их на продуктивность долголетних травостоев, но и по изменению почвенного плодородия.

Научно обоснованное применение систем ведения пастбищ с долголетними травостоями способствовало воспроизводству почвенного плодородия.

В создании почвенного плодородия исключительно важная роль отводится почвенному гумусу. В отличие от пахотных земель, характеризующихся потерей гумуса из почвы (до 0,6 т/га ежегодно), на луговых угодьях происходило его накопление в результате дерновообразовательного процесса (Кулаков, Трофимова, Щербаков, 1997; Трофимова, Кулаков, 2003). При долголетнем использовании фитоценозов, являющихся важным источником накопления гумуса, наиболее чётко проявляется их средообразующая роль — позитивное влияние на почвенную среду при всех системах ведения пастбищ. В техногенной пастбищной системе в условиях ненарушенной дернины (без перезалужения) запас гумуса на 70-й год жизни повысился на 13,3 т/га, или на 29%, при ежегодном приросте 190 кг/га, количество азота — на 585 кг/га (на 8,4 кг/га в год) (табл. 2).

За 70-летний срок использования травостоев суммарный прирост гумуса и азота в почве достигал соответственно 13,3 т/га и 584 кг/га. Применение интегрированной, техногенно-минеральной и техногенно-органической систем ведения пастбищ способствовало увеличению запаса гумуса в почве, особенно заметно — при внесении N₁₈₀P₄₅K₁₂₀ и 20 т/га навоза: на 22 т/га в сумме за 70 лет по сравнению с исходным показателем и на 8,7 т/га — по сравнению с техногенной системой.

1. Накопление гумуса и азота в слое почвы долголетних пастбищ (0‒20 см) при разных системах их ведения (1947‒2016 гг.)*

Примчание: * — данные В. А. Кулакова.

Высокое накопление гумуса в почве при техногенно-органической системе связано с тем, что при внесении навоза примерно 75% его полностью минерализуется, а 25% пополняет запасы почвенного гумуса (Кононова, 1951; Пейве, 1961).

Заключение. Новое направление исследований в луговодстве по формированию долголетних (свыше 70 лет) пастбищных фитоценозов, обеспечивающих значительную (до 10 и более раз) экономию капитальных вложений на перезалужение, является перспективным. При этом особую значимость для науки и практики приобретают вопросы обоснования многовариантных технологических систем ведения пастбищ. В результате экспериментальной оценки альтернативных технологических систем при разных условиях удобрения выявлен потенциал продуктивности долголетних травостоев: от 23 ГДж/га обменной энергии (1,9 тыс. корм. ед.) до 78 ГДж/га (6,6 тыс. корм. ед.). При долголетнем использовании травостоев при всех изучаемых системах ведения пастбищ благодаря дерновообразовательному процессу отмечено воспроизводство почвенного плодородия: увеличение накопления гумуса и азота по сравнению с исходным их содержанием соответственно на 26‒48 и 22‒34%.

В зависимости от формы хозяйствования, технико-экономических отношений сельскохозяйственного производства могут применяться различные инновационные модификации систем ведения пастбищ.

Литература

1. Минина И. П. Луговые травосмеси / И. П. Минина. — Москва: Колос, 1972. — 287 с.
2. Ресурсосберегающие технологии улучшения сенокосов и пастбищ в Нечернозёмной зоне России: рекомендации / А. А. Кутузова, А. А. Зотов и др. — 1999. — 45 с.
3. Конструирование целевых фитоценозов для пастбищ и сенокосов на основе новых сортов трав и кормовых культур / А. А. Кутузова, К. Н. Привалова и др. // Программа и методика проведения научных исследований по луговодству (по Межведомственной координационной программе НИР Россельхозакадемии на 2011‒2015 гг.). — Москва, 2011. — С.44‒68.
4. Комаров В. Л. Учение о виде растений / В. Л. Комаров. — М.: АН СССР, 1944. — 244 с.
5. Работнов Т. А. Влияние долголетнего внесения удобрений на луговой фитоценоз / Т. А. Работнов // Бюллетень Московского общества испытателей природы. — 1982. — Вып. 4. — С.78‒90.
6. Жученко А. А. Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства / А. А. Жученко // Доклады РАСХН. — 1999. — № 2. — С.5‒11.
7. Ромашов П. И. Удобрение сенокосов и пастбищ / П. И. Ромашов. — М.: Сельхозгиз, 1968. — 231 с.
8. Многовариантные системы лугового кормопроизводства в Нечернозёмной зоне РФ: практическое руководство. — Москва, 2006. — 53 с.
9. Кутузова А. А. Многовариантные технологические системы создания и использования сенокосов и пастбищ по зонам страны / А. А. Кутузова // Лекции послевузовского образования. — Москва, 2013. — С.65‒83.
10. Кутузова А. А. Альтернативные технологические системы в луговодстве / А. А. Кутузова, В. А. Кулаков // ВНИИ кормов им. В. Р. Вильямса на службе российской науке и практике. — Москва, 2014. — С.241‒260.
11. Кулаков В. А. Современные системы улучшения лугов / В. А. Кулаков, Л. С. Трофимов, М. Ф. Щербаков // Кормопроизводство. — 1997. — № 1‒2. — С.24‒26.
12. Трофимова Л. С. Современное экспериментальное обоснование развития дернового процесса на лугах / Л. С. Трофимова, В. А. Кулаков // Кормопроизводство. — 2003. — № 11. — С.11‒14.
13. Кононова М. М. Изменение органических веществ почвы при различных приёмах окультуривания / М. М. Кононова // Проблема почвенного гумуса и современные задачи его изучении. — Москва, 1951. — С.260‒343.
14. Пейве Я. В. Биохимия почвенного гумуса / Я. В. Пейве // Биохимия почв. — Москва, 1961. — С.196‒230.

Productivity of permanent farm grasslands and soil fertility as affected by various tillage practices

Privalova K. N., Dr. Agr. Sc.

Altunin D. A., PhD Agr. Sc.

Karimov R. R., PhD Agr. Sc.

“VIK” n. a. V. R. Williams

141055, Russia, the Moscow region, Lobnya, Science Town, 1

E-mail: vik_lugovod@k.ru

Productive longevity of grassland ecosystems has become of great significance, requiring studies of grass biology and response to farm practices. Productive longevity of perennial grasses significantly depends on plant nutrition, affected by rates and combinations of fertilizers. Experiment started in 1946 and is the part of research network on fertilization (registration number 146). The goal was to evaluate practices for grassland cultivation on various nutrition backgrounds. Seeding mixture was composed of common timothy (Phleum pretense), meadow fescue (Festuca pratensis), common foxtail (Alopecurus pratensis), smooth brome (Bromus inermis), bluegrass (Poa pratensis), red clover (Trifolium pretense) and white clover (Trifolium repens). Modifications of some cultivation techniques enabled forage production from 1.9 thousand feed units ha^-1 under zero fertilization to 6.6 thousand feed units ha^-1 — on the background of N₁₈₀P₄₅K₁₂₀. Long-term farming of grasslands improved soil fertility due to sod formation. After 70 years increase in humus and nitrogen reached 13.3 t ha^-1 and 584 kg ha^-1, respectively. Mineral and organic fertilizers increased humus content in soil. Application of N₁₈₀P₄₅K₁₂₀ and 20 t ha^-1 of manure for 70 years enriched humus layer by 22 t ha^-1 compared to the original value and 8.7 t ha^-1 — compared to zero fertilization.

Keywords: permanent grassland, technological system, fertilizer, productivity, soil fertility.

References

1. Minina I. P. Lugovye travosmesi / I. P. Minina. — Moscow: Kolos, 1972. — 287 p.

2. Resursosberegayushchie tekhnologii uluchsheniya senokosov i pastbishch v Nechernozemnoy zone Rossii: rekomendatsii / A. A. Kutuzova, A. A. Zotov et al. — 1999. — 45 p.

3. Konstruirovanie tselevykh fitotsenozov dlya pastbishch i senokosov na osnove novykh sortov trav i kormovykh kultur / A. A. Kutuzova, K. N. Privalova et al. // Programma i metodika provedeniya nauchnykh issledovaniy po lugovodstvu (po Mezhvedomstvennoy koordinatsionnoy programme NIR Rosselkhozakademii na 2011‒2015 gg.). — Moscow, 2011. — P.44‒68.

4. Komarov V. L. Uchenie o vide rasteniy / V. L. Komarov. — Moscow: AN SSSR, 1944. — 244 p.

5. Rabotnov T. A. Vliyanie dolgoletnego vneseniya udobreniy na lugovoy fitotsenoz / T. A. Rabotnov // Byulleten Moskovskogo obshchestva ispytateley prirody. — 1982. — Iss. 4. — P.78‒90.

6. Zhuchenko A. A. Strategiya adaptivnoy intensifikatsii rastenievodstva / A. A. Zhuchenko // Doklady RASKhN. — 1999. — No. 2. — P.5‒11.

7. Romashov P. I. Udobrenie senokosov i pastbishch / P. I. Romashov. — Moscow: Selkhozgiz, 1968. — 231 p.

8. Mnogovariantnye sistemy lugovogo kormoproizvodstva v Nechernozemnoy zone RF: prakticheskoe rukovodstvo. — Moscow, 2006. — 53 p.

9. Kutuzova A. A. Mnogovariantnye tekhnologicheskie sistemy sozdaniya i ispolzovaniya senokosov i pastbishch po zonam strany / A. A. Kutuzova // Lektsii poslevuzovskogo obrazovaniya. — Moscow, 2013. — P.65‒83.

10. Kutuzova A. A. Alternativnye tekhnologicheskie sistemy v lugovodstve / A. A. Kutuzova, V. A. Kulakov // VNII kormov im. V. R. Vilyamsa na sluzhbe rossiyskoy nauke i praktike. — Moscow, 2014. — P.241‒260.

11. Kulakov V. A. Sovremennye sistemy uluchsheniya lugov / V. A. Kulakov, L. S. Trofimov, M. F. Shcherbakov // Kormoproizvodstvo. — 1997. — No. 1‒2. — P.24‒26.

12. Trofimova L. S. Sovremennoe eksperimentalnoe obosnovanie razvitiya dernovogo protsessa na lugakh / L. S. Trofimova, V. A. Kulakov // Kormoproizvodstvo. — 2003. — No. 11. — P.11‒14.

13. Kononova M. M. Izmenenie organicheskikh veshchestv pochvy pri razlichnykh priemakh okulturivaniya / M. M. Kononova // Problema pochvennogo gumusa i sovremennye zadachi ego izuchenii. — Moscow, 1951. — P.260‒343.

14. Peyve Ya. V. Biokhimiya pochvennogo gumusa / Ya. V. Peyve // Biokhimiya pochv. — Moscow, 1961. — P.196‒230.