Актуальность работы. Основной и наиболее распространенной зернобобовой культурой в нашей стране является горох. Его зерно является источником растительного пищевого белка, а зеленая масса и отходы зернового производства пополняют запасы протеина в кормах. Горох, как и другие зернобобовые культуры, является отличным симбионтом, т. е. активно вступает в симбиоз с клубеньковыми бактериями, обладающими способностью усваивать азот воздуха и накапливать его в растительной массе и в почве.
В этой связи в севооборотах для большинства сельскохозяйственных культур горох является ценнейшим предшественником.
По содержанию белка с наиболее полным набором незаменимых аминокислот семена гороха превосходят зерно хлебных злаков в 1,5−2 раза, по калорийности они близки к мясу, к тому же в семенах, плодах и зеленой массе гороха содержатся витамины А, В, С и Д, что еще больше повышает их пищевую и кормовую ценность.
И, тем не менее, только за последнее десятилетие посевные площади гороха в нашей стране сократились в 3,3 раза, а валовые производство его зерна более чем в 4,6 раза. В настоящее время только в продуктах питания дефицит белка составляет 30%. Высока потребность в белке кормовых рационов, что и является одним из сдерживающих факторов роста продуктивности животноводства.
В связи с несовершенством структуры посевных площадей в современных сельскохозяйственных предприятиях, особенно снижения удельного веса зернобобовых культур и бобовых трав, при ограниченных материально-технических ресурсах, проблема растительного пищевого и кормового белка приобретает все большую остроту, к тому же содержание гумуса в почвах только Поволжского региона уменьшилось на 8−14%.
По данным ВНИИЗКБ для обеспечения потребности в пищевом и кормовом растительном белке требуется увеличить площади под зернобобовыми культурами в стране до 7−8 млн га, а в структуре пашни до 5,4%, в том числе в Поволжском регионе до 6,2%. При этом доля гороха среди других видов зернобобовых культур должна составлять 84,3%.
Одним из актуальных и важных направлений в решении проблем белкового дефицита и вопросов биологизации почвенного плодородия в степном засушливом Поволжье является разработка и внедрение в практику хозяйств адаптивных высокопродуктивных и ресурсосберегающих агроценозов зернобобовых культур, включающих виды и сорта, наиболее полно использующих биоклиматические ресурсы региона, для чего необходимы исследования агробиологических особенностей современных сортов, в данном случае, гороха, и выявление параметров, оптимизирующих условия роста, развития растений и наиболее полной реализации их продуктивного потенциала.
Цель и задачи исследований. Основной целью исследований было выявление наиболее продуктивных сортов гороха для зернового и кормового использования в одновидовых и смешанных посевах, сортов пригодных для интенсивных агротехнологий и установление оптимальных норм высева и соотношений компонентов для основных, промежуточных, одновидовых и сложных агроценозов.
В задачу исследований входило:
— изучение особенностей роста и развития сортов гороха с различными морфотипами растений в одновидовых и сложных агроценозах;
— изучение особенностей формирования корневой системы, продуктивности ее работы и определение соотношения между надземной и корневой биомассой;
— изучение формирования и продуктивности работы симбиотического аппарата в зависимости от условий и приемов выращивания культуры;
— определение фотосинтетического потенциала сортов гороха в одновидовых и сложных агроценозах в основных и промежуточных посевах;
— определение агробиологических параметров высокопродуктивных агроценозов гороха в одновидовых и смешанных посевах;
— разработка и совершенствование приемов оптимизации продукционного процесса культуры в простых и сложных фитоценозах (сроки посева, способы и нормы высева, предпосевная обработка семян биопрепаратами и микроэлементами и др.);
— определение биоэнергетической и экономической эффективности технологий возделывания одновидовых и смешанных посевов гороха в условиях степной засушливой зоны Саратовского Правобережья.
Методической основой исследований явились положения, изложенные в научных трудах академика Н. И. Вавилова, А. А. Ничипоровича, В. Р. Гуляева, П. Н. Константинова, И. С. Шатилова, А. А. Жученко, М. К. Каюмова, А. А. Зиганшина, Г. С. Посыпанова, В. И. Филина и др. исследователей.
Научная новизна. На основе комплексных научных исследований с учетом агроклиматических ресурсов и биологических особенностей сортов гороха дано обоснование агротехнологическим приемам формирования высокопродуктивных агрофитоценозов культуры в одновидовых и сложных посевах. Впервые в условиях засушливой степной зоны Саратовского Правобережья определены и научно обоснованы приемы оптимизации факторов, определяющих максимальную степень реализации продукционного потенциала сортов гороха в одновидовых и смешанных агроценозах.
Изучена фотосинтетическая, корневая и симбиотическая деятельность сортов гороха в зависимости от условий и агротехнических приемов возделывания (сроков, способов и норм посева, способов предпосевной обработки семян биопрепаратами и микроэлементами).
Основные положения, выносимые на защиту:
— биологические и агроэкологические основы создания высокопродуктивных фитоценозов гороха в одновидовых и смешанных посевах в условиях степной засушливой зоны Саратовского Правобережья;
— приемы адаптивных технологий возделывания гороха, обеспечивающие управление фотосинтетической деятельностью растений и посевов и оптимизирующие условия репродукционного процесса культуры в одновидо-вых и смешанных посевах;
— агроэнергетическая и экономическая оценка сортов гороха и приемов их возделывания.
Практическая ценность и реализация результатов исследований. На основании проведенных исследований разработаны и апробированы в производстве некоторые агротехнологические приемы возделывания гороха в од-новидовых и смешанных агроценозах, обеспечивающие получение до 3,8−5,2 т с 1 га высокобелкового зерна и 25,5−32,4 т/га зеленой массы.
Разработанные приемы технологии предпосевной обработки семян гороха биопрепаратами и микроэлементами обеспечивают получение дешевой высокобелковой продукции, воспроизводство плодородия почвы и экономию материально-технических средств.
Лучшие варианты разработанных агротехнологических приемов выращивания гороха в одновидовых и смешанных посевах прошли производственную проверку и внедрены в хозяйствах Саратовской области, а их результаты используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Саратовский аграрный университет имени Н.И.Вавилова».
Результаты научных исследований автора получили достаточно полное отражение в печати.
Апробация и публикации в печати. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова (2003, 2004 и 2005 гг.), — опубликованы в сборнике материалов VI Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва: РУДН, 2005) и в других сборниках научных работ — «Новое в сельскохозяйственном производстве» (Саратов: СГАУ им. Н. И. Вавилова, — 2005 г.) — сборнике научных статей «Адаптивный потенциал полевых культур Поволжья» (Саратов:
СГАУ им. Н. И. Вавилова, — 2005 г.) и др.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и рекомендаций производству, списка литературы (268 наименований, в том числе 8 иностранных авторов). Работа изложена на 207 страницах компьютерного текста, включает 51 таблицу, 7 рисунков и 45 приложений.
выводы.
1. Агроклиматические ресурсы черноземной степной зоны Поволжья при правильном подборе и сочетании сортов гороха в смешанных посевах с другими видами сельскохозяйственных культур и применении адаптивных приемов их возделывания в основных и промежуточных агроценозах гарантируют получение 3,09−4,24 т/га высокобелкового зерна и 22,6−40,5 т/га продуктивной зеленой массы.
Из агротехнических приемов, определяющих величину и качество урожая гороха и его смесей в основных, поукосных и пожнивных посевах, являются: обработка семян защитными, стимулирующими рост растений веществами и бактериальными препаратами, оптимизация сроков, способов и норм высева культур в одновидовых и смешанных посевах в соответствии с их назначением, оптимизация режима питания и сроков скашивания кормовых смесей.
2. Изучаемые сорта гороха в значительной степени снижают урожай зерна и кормовой массы при поздних весенних и летних сроках посева по сравнению с традиционными ранневесенними сроками высева. Так, кормовой горох Зарянка при ранневесеннем посеве в среднем за 2001;2003 гг. сформирован урожай зеленой массы 30,9 т/га, что превышало его урожаи в поздневе-сенних и летних посевах в 1,6 и 1,7 раза соответственно. И тем не менее следует признать целесообразность поздневесенних и летних сроков высева гороха в практике создания смешанных, уплотненных и промежуточных агроценозов.
Совмещенные посевы гороха с кукурузой (высев во 2-й декаде мая) обеспечивали урожай зеленой массы на 13,5% превышающий урожай одновидовых посевов злака, и на 52,2% - по содержанию переваримого протеина в кормовой массе. В технологии осуществления уплотненных посевов устраняется сепарация семян при высеве, исключаются междурядные обработки, при этом засоренность посевов снижается в два раза по числу сорняков на единице площади и в 3,2 раза по их массе. Такая технология менее затратная по трудовым и материальным расходам.
3. При летних (1-я и 3-я декады июля) посевах кормовой горох в смесях с суданской травой формирует сравнительно большую кормовую массу за короткий период вегетации (60−65 дней), при этом в надземной массе возрастает доля листьев и больше накапливается протеина и жира. Поукосные посевы суданской травы при скашивании травостоя смеси в фазу выметывания злака обеспечивали урожай зеленой массы в 24,4 т/га со сбором 4,79 т/га кормовых единиц и 585 кг/га переваримого протеина, создавая при этом условия для формирования второго укоса смеси или ее использования на выпас.
Поукосные и пожнивные посевы кормового гороха с суданской травой превышали одновидовые агроценозы этих компонентов по урожаю зеленой массы на 44,3 и 6,15% и на 36,8 и 22,6% соответственно. В основных (поздневесенних) посевах гороха с суданской травой в среднем за 2001;2003 гг. смесь превышала по урожаю зеленой массы одновидовые посевы компонентов в 1,92 и 1,27 раза, по сбору переваримого протеина на 37,5 и 73,6% соответственно.
4. Продуктивной смесью кормового гороха в основных (ранневесенних) посевах была смесь с подсолнечником, сформировавшая в среднем за три года испытаний листовую поверхность посева в 50,8 тыс. м2/га при фотопотенциале 3,05 млн м2-дн./га и чистой продуктивности фотосинтеза 2,58 г/м2 в сутки, значительно превышая показатели фотосинтетической деятельности гороха и подсолнечника в одновидовых посевах. Сбор сухой биомассы смеси с одного гектара посева составил 7,88 т, превышая одновидовый посев кормового гороха на 2,15 т/га или на 37,5%. По урожайности зеленой массы горо-хо-подсолнечная смесь на 11,6% уступала горохо-суданковой смеси, однако противопоставлять изучаемые виды смесей друг другу нецелесообразно, поскольку в определенных ситуациях эти смеси достаточно технологичны, экологичны и продуктивны.
5. Поукосные и пожнивные посевы способствуют рациональному использованию почвенно-климатических ресурсов черноземной степной зоны Саратовского Правобережья и представляют наиболее перспективное направление в создании продуктивных зеленых и сырьевых конвейеров по производству кормов.
Кроме дополнительного корма, поукосные и пожнивные посевы обеспечивают накопление в почве большей массы органических веществ и азота. В среднем за 2001;2003 гг. в основных посевах горохоовсяной и горохо-суданковой смесей пожнивные и корневые остатки в почвенном слое 0−0,4 м составили 14,35 и 12,39 т/га, в поукосных посевах горохоовсяной смеси после кормового гороха на зеленый корм масса корневых и пожнивных остатков составила 12,5 т/га, в пожнивных после озимой пшеницы 24,0 т/га, соответственно в поукосных и пожнивных посевах горохо-суданковой смеси -10,94 и 24,15 т/га.
Наибольшим накоплением корневых и пожнивных остатков отличались агроценозы кормового гороха в совмещенных посевах с подсолнечником и кукурузой. При урожае зеленой массы 25,0 и 21,4 т/га соответственно остатки корневой и пожнивной массы составили в среднем за годы испытаний (2001;2003 гг.) в основных посевах 13,2 и 14,9 т/га, в поукосных 8,04 и 9,60 т/га и в пожнивных 5,7 и 7,4 т/га.
6. Результативными смесями кормового гороха с ранними яровыми злаками были горохоовсяные и горохо-ячменные агроценозы. Высев горохоовсяной смеси с нормой расхода семян 0,8 млн штук/га всхожих зерен гороха и 2,7 млн всхожих зерен овса обеспечил урожай зеленой массы в среднем за 2001;2003 гг. 22,6 т/га при соотношении компонентов в кормовой массе 1:5,5- горохо-ячменная смесь с высевом 1,2 млн семян/га гороха и 2,3 млн зерен/га ячменя обеспечила урожай зеленой массы в 20,4 т/га при соотношении компонентов, а урожайной массе 1:2.
7. Степень реализации репродукционного потенциала изучаемых сортов гороха зависит как от складывающихся условий вегетации, так и от приемов агротехники. В условиях влагообеспеченных и засушливых лет на растениях гороха Орловчанина созревало 45,3 и 35,5% бобов от потенциала образовавшихся бутонов. С повышением густоты посева процент вызревших бобов уменьшается. Сбрасывание растением завязавшихся органов репродукции, особенно в верхнем ярусе, вызывает низкая относительная влажность воздуха, затенение растений излишней загущенностью посевов или сорняками. Репродуктивный потенциал пелюшки в благоприятные годы по водообеспеченности был реализован на 50,1%, в сухой 2002 г. — на 43,8%.
8. Максимальный урожай зерна гороха (4,96 т/га) был сформирован на посевах сорта Орловчанин в условиях достаточно водообеспеченного 2003 года (при ГТК в мае-июне 1,01) при норме высева 1,2 млн всхожих семян на 1 га при уборочной густоте стеблестоя 950 тыс. растений/га. В условиях засушливого 2002 года (при ГТК за май-июнь 0,44) наибольший урожай зерна (3,35 т/га) гороха Орловчанина был сформирован при норме высева 1,0 млн всхожих семян на 1 га при уборочной густоте стеблестоя 700 тыс. растений на 1 га.
Сорт пелюшки Зарянка в меньшей степени реагировал на изменение плотности посева в условиях лет разных по влагообеспеченности. Максимальный урожай зерна (3,20 и 2,55 т/га) был сформирован и в 2003 и 2002 гг. при норме высева 1,2 млн всхожих семян на 1 га, соответственно густота стеблестоя составляла 900 и 820 тыс. растений на 1 га.
9. Наилучшим стимулятором полноты всходов гороха был препарат экс-трасол-55, повысивший ее у Орловчанина на 13,5%, у Зарянки — на 10,6% по сравнению с контрольным вариантом.
Обработка семян гороха экстрасолом и ризоторфином в отношении формирования более полных всходов оказалось более эффективной и менее затратной мерой, чем предпосевное внесение полного минерального удобрения в дозе 30 кг д.в. на 1 га каждого элемента (NPK).
10. Фон фосфорно-калнйного удобрения в сочетании с обработкой семян ризоторфином обеспечивал наибольшую полноту всходов гороха (85,2%), в дальнейшем эти посевы характеризовались более высокой фотосинтетической и симбиотической продуктивностью. Так, индекс листовой поверхности (ИЛП) в среднем за годы испытаний составил по сорту Орловчанин 2,76 мУм2 и превышал контроль на 0,73 m2Ai2.
11. Обработка семян гороха экстрасолом повышала общую выживаемость культуры к уборке на 10,2% по сравнению с контролем и на 7,3% по сравнению с фоном предпосевного полного минерального удобренияКзоРзоКзоНа вариантах с применением экстрасола повышалась фотосинтетическая и симбиотическая продуктивность гороха. Так, количество клубеньков на корнях растений Орловчанина увеличивалось в 2 раза, у Зарянки — на 26,6%.
12. Наибольшее накопление биологического азота в почве отмечено в посевах гороха с предпосевным фосфорно-калийным удобрением и инокуляцией семян ризоторфином, а также на варианте с применением экстрасола. В среднем за годы испытаний (2002;2004 гг.) на фоне Р30К30 + ризоторфин по сорту Орловчанин в слое почвы 0−0,3 м накоплено 49,7 кг/га биологического азота, на варианте с применением экстрасола — 43,51 кг/га, что превышает контрольный вариант и вариант с N30P30K30 на 93 и на 77,6% и на 68,9 и 21,8% соответственнопо кормовому гороху Зарянке — 106,9 и 106,7 кг/га, что превысило контроль и фон NPK на 28,4 и 28,2% и на 7,9 и 7,7%.
13. Лучшим фоном предпосевного минерального удобрения в отношении стимулирования зерновой продуктивности гороха был фон фосфорно-калийного удобрения в сочетании с обработкой семян ризоторфином, в среднем за 2002;2004 гг. урожай зерна Орловчанина составил 2,42, Зарянки 1,95 т/га. На вариантах с применением экстрасола урожай зерна Орловчанина составил 2,10 т/га, Зарянки — 1,78 т/га, превысив контрольные варианты на 25,7 и 18,6% соответственно.
14. Смешанные посевы кормового гороха с ячменем обеспечивают самый ранний зеленый корм, горохоовсяные смеси заполняют разрыв между использованием ячменно-бобовой смеси и началом скармливания животным посевов гороха в смесях с подсолнечником и гороха в смесях с суданской травой. Ценность и перспективность смеси кормового гороха с суданской травой в сравнительно меньшей изреживаемости бобового компонента в период вегетации, что объясняется медленным первоначальным развитие и ростом злака. К тому же после основного укоса горохо-суданковой смеси в достаточно водообеспеченные годы можно сформировать отаву для 1-го и 2-го укосов.
15. Уплотненные посевы кукурузы с кормовым горохом при раннем скашивании травостоя (в период начала цветения бобового компонента) обеспечивают достаточно высокие урожаи зеленой массы (21,4 т/га) со сбором с 1 га 3,14 т кормовых единиц и 350 кг переваримого протеина.
16. Наибольший активный симбиотический потенциал сформировался у пелюшки Зарянки, составив в среднем за 2001;2003 гг. в фазу бутонизации 1265 кг-сут./га активной массы сырых клубеньков с леггемоглобином, в фазу цветения он достиг 2474 кг-сут./га, что свидетельствует о фиксации атмосферного азота в 25,3 и 53,5 кг/га соответственно.
Клубеньковая масса в слое почвы 0−0,3 м в фазу цветения у Зарянки составляла 9,93 г/м2, у Орловчанина — 2,25 г/м2.
На поукосных и пожнивных посевах клубеньки образовывались на корнях гороха в основном на инокулированных посевах, их масса была меньшей, чем в основных посевах, уменьшалась масса клубеньков и в загущенных посевах гороха. В слое почвы 0−0,4 м при высеве 0,8 млн всхожих семян гороха на 1 га масса сухих корней с клубеньками у Орловчанина в среднем за годы испытаний составляла 68,5 г с 1 м², у Зарянки — 87,6 г/м2. С повышением нормы высева гороха до 1,4−1,6 млн масса сухих корней и клубеньков увеличивалась на 76,0, 99,8% и 75,1, 100,1% соответственно.
17. Биоэнергетическая оценка основных и промежуточных посевов гороха в смесях с суданской травой показала преимущество такой смеси по продуктивности, по обеспечению наибольшего энергетического дохода с 1 га посева и наименьшей энергетической себестоимости продукции. Коэффициент энергетической эффективности смешанных посевов гороха с суданской травой в основных и промежуточных агроценозах в среднем за три года испытаний составил 1,14, что на 0,32, 0,26 и 0,24 превышало эти величины в одновидовых посевах гороха. Рекомендуемые технологические приемы посева кормового гороха в смесях с суданской травой в основных, поукосных и пожнивных агроценозах энергетически эффективны и обеспечивают высокопродуктивные и стабильные сборы кормовой массы с единицы площади.
Возделывание гороха в смесях с суданской травой в основных и промежуточных посевах характеризует и наибольший уровень рентабельности -446, 271 и 199% соответственно. Условный чистый доход от реализации кормовой массы с поукосных посевов гороха с суданской травой составил в среднем за три года 5773 руб. с 1 га.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.
На черноземах засушливой степной зоны Поволжья одной из наиболее продуктивных культур для смешанных посевов с кормовым горохом является суданская трава.
Горохо-суданковые смеси при правильной агротехнике возделывания гарантируют получение высоких урожаев достаточно продуктивной кормовой массы во второй половине лета в основных посевах (2-я декада мая) и в осенний период в промежуточных посевах (1-я и 3-я декады июля). Оптимальным соотношением компонентов в таких смесях является высев кормового гороха Зарянки с нормой высева 1,4 млн штук всхожих семян на 1 га и суданской травы — 1,6 млн всхожих зерен на 1 га.
Использование в предпосевной обработке семян гороха биопрепаратов, ростовых веществ и микроэлементов обеспечивает относительно устойчивое повышение урожайности и качества продукции.
В числе микроэлементов, составляющих пищевую ценность продуктов питания и кормов, особое место занимает селен. Используемый для обработки семян селенат натрия в концентрации 1 • 10*5% (из расчета 2 л на 1 ц семян), не представляет опасности с экологической точки зрения, но значительно повышает энергию прорастания и полевую всхожесть семян, активизирует ассимиляционную деятельность гороха и существенно повышает его урожай.
Наилучший стимулирующий эффект продукционных процессов гороха был получен от предпосевной обработки семян экстрасолом-55 (1%-ный раствор экстрасола использовали из расчета 1 л на 1 тонну семян).
Семена должны быть обработаны экстрасолом-55 за 16−18 часов до посева.
