Энергосберегающая технология выращивания многолетних трав

Учитывая низкую гумусированность каштановых почв зоны сухих степей, 70 % площади которых используется для производства зерна, их высокую распаханность, земледелие в этой зоне связано с повышенным экологическим риском.

Значительную часть такой эродированной пашни рекомендуется занять многолетними травами и кормовыми угодьями с целью сохранения и улучшения ее почвенно-мелиоративного состояния за счет использования почвозащитного потенциала многолетних трав.
Наши пятилетние исследования показали, что поливидовые бобово-злаковые травосмеси, подсеянные рано весной в травостой озимого тритикале, обладали высокой экологической пластичностью и продуктивностью.

Наибольшую урожайность в среднем за пять лет обеспечил агрофитоценоз «тритикале + (пырей удлиненный, донник, люцерна, эспарцет)»: зеленой массы – 14,2 т/га, сухого вещества – 3,9 т/га, сырого протеина – 654 кг/га. Использование звена зернокормового севооборота с участием озимого тритикале и многолетних трав обеспечило эффективное использование пашни, снизило затраты энергии на 1 га севооборотной площади, достоверно увеличив выход в среднем за пять лет обменной энергии до уровня 44,7 ГДж/га, что на 40 % выше в сравнении с посевом тритикале и люцерны.
В смеси с тритикале многолетние бобово-злаковые агрофитоценозы достаточно эффективно использовали часть потенциально испаряемой влаги для производства продукции, снижали дефляционные процессы на эрозионноопасных участках склоновых земель, способствовали накоплению почвенной влаги в осенне-зимний период, что позволяло рационально использовать ее в период весенне-летней вегетации растений.

Таким образом, на деградированных старопахотных землях подсев в озимый тритикале многолетних бобовых и злаковых трав является эффективным приемом повышения их урожайности и продления продуктивного долголетия на вновь сформированных почвозащитных лугопастбищных фитоценозах.
В течение последних десятилетий из-за нарастания засушливости климата под влиянием антропогенных факторов, несовершенства структуры посевных площадей, в которых озимые зерновые занимают свыше 70 % площади пашни, усилились процессы ее деградации, что привело к снижению количества органического вещества в почве, снижению продуктивности пашни (Кутузова А.А. и др., 2018).
Эффективность кормопроизводства на каштановых почвах сухостепной зоны остается низкой из-за несовершенства видового состава многолетних трав и их соотношения в агрофитоценозе при организации сырьевого конвейера. В структуре посевных площадей по-прежнему доминируют злаки, требующие при выращивании большого количества азота. Помимо этого, как следствие, дефицит протеина и энергии в рационах приводит к перерасходу кормов на производство продукции животновоства (Улимбашев М.Б. и др., 2018).
В сложившейся ситуации в каштановых почвах сухостепной зоны продолжается процесс распада гумусового вещества, содержание которого в последние 15-20 лет приблизилось к пороговому уровню – 1,6-1,9 %. Дальнейшее его снижение может в ближайшие годы привести к необратимым процессам и экологическому кризису.
Усилились и агроэкологические риски, обусловленные неблагоприятными климатическими изменениями, влиянием усиления засушливости климата и эрозионных процессов. Из сельскохозяйственного оборота выведены большие площади кормовых угодий и переведены в пахотные земли. Структура посевных площадей изменилась в сторону увеличения экономически рентабельных зерновых культур.

Развитие зернового производства на основе пшеницы и ячменя, востребованных на рынке, ведет к упрощенной системе земледелия, основанной на севооборотах с короткой ротацией, при которой зерновые занимают более 70 % площади пашни, что снижает ее фитосанитарную и агрохимическую устойчивость.
В настоящее время общая площадь кормовых угодий в крайне засушливой и засушливой зонах Ставропольского края составляет 32,3 тыс. га сенокосов и 1161,7 тыс. га пастбищ. В целом эти зоны располагают большими возможностями для производства кормов и животноводческой продукции, но современное состояние кормопроизводства все еще характеризуется экстенсивным уровнем ведения вследствие низкой обеспеченности материально-техническими ресурсами.
В этих условиях возрастает роль бобовых культур и их травосмесей с различными видами злаковых трав, являющихся не только источником производства кормов высокого качества, но и обладающих важнейшим биологическим и почвозащитным потенциалом, стабилизирующим и оптимизирующим агроэкосистему в зоне каштановых почв.

Поэтому важнейшей задачей в современном земледелии является не только повышение продуктивности пашни за счет возделывания сельскохозяйственных культур, но и, что особенно важно, снижение энергозатрат на получение единицы продукции. В этих условиях созданию сеянных агрофитоценозов на землях, подверженных дефляционным и другим негативным процессам, путем введения в структуру посевных площадей многолетних трав, прежде всего бобовых, принадлежит ключевая роль в воспроизводстве почвенного плодородия, снижении процессов водной и ветровой эрозий на пашне (Жезмер Н.В., 2016; Шпаков А.С. и Бражникова Т.С., 2003).
Исследования, проведенные в данной зоне, свидетельствуют о том, что существующее в настоящее время разнообразие сортов и видов многолетних злаковых и бобовых трав позволяет конструировать бинарные и поливидовые агрофитоценозы с различным функциональным назначениям: для улучшения биохимического состава кормов, предотвращения дефляционных процессов на пашне и в целом стабильности всей агроэкосистемы (Дзыбов Д.С., 2015).
Такие вновь создаваемые агрофитоценозы с участием злаковых и бобовых видов многолетних трав формируют стабильный запас поедаемой кормовой массы и превосходят стародавние деградированные травостои на пашне и кормовых угодьях в 2,5-3 раза (Ригер А.Н., 2018).
Цель исследования
Разработка энергосберегающей технологии создания эффективных агрофитоценозов многолетних бобовых и злаковых трав на склоновых, малопродуктивных землях, подверженных водной и ветровой эрозиям.

Объекты исследования.

Озимый тритикале (Ставропольский 3); многолетние травы: люцерна изменчивая (Вега 87), пырей удлиненный (Ставропольский 10), пырей средний (Ставропольский 1), житняк гребневидный (Викрав), эспарцет песчаный (Песчаный 21), донник желтый двулетний (Альшеевский).
Характеристика территорий, природно-климатические условия.

Эксперимент проводили на территории Апанасенковского района Ставропольского края, естественная растительность которого относится к зоне разнотравно-типчаково-ковыльной степи. Почвы – каштановые. Содержание гумуса в горизонте А достигает 2,35 % при его запасах в слое 0-100 см – 120 т/га. Порозность почвы – 42-46 %, плотность в слое 0-30 см – 1,28-1,32 г/см3.
По водообеспеченности территория хозяйства относится к I агроклиматической зоне с ГТК 0,5-0,7. Годовое количество осадков при коэффициенте увлажнения (КУ) 0,25-0,28 колеблется от 320-350 мм, достигая в отдельные благоприятные по увлажнению годы 390-420 мм. Наибольшее увлажнение было отмечено в вегетационный период 2016 года, когда выпало 115 мм осадков, что на 40 % больше среднемноголетней нормы.
Схема эксперимента

Полевые опыты с многолетними травами проводили в 2013-2017 гг. в СПК племзавод «Дружба» Апанасенковского района Ставропольского края, в зернокормовом полевом севообороте, в котором кормовые культуры занимали 
30 % посевной площади. Схема опытов включала изучение различных видов бобовых и злаковых трав: люцерна изменчивая, эспарцет песчаный, донник желтый, пырей удлиненный, пырей средний, житняк гребневидный и тритикале озимый.
Многолетние бобовые и злаковые травы подсевали рано весной (третья декада марта) на глубину заделки семян 2-3 см в посев озимого тритикале. Тритикале озимый высевали в третьей декаде сентября на глубину  5-7 см с нормой высева семян 150 кг/га. 
В травосмесях норму высева кормовых культур применяли из расчета по 50 % от полной нормы высева каждого компонента в одновидовых посевах, которая по культурам составляла: пырей удлиненный – 15 кг/га, пырей средний – 15 кг/га, житняк гребневидный – 15 кг/га, эспарцет песчаный –  40 кг/га, люцерна изменчивая – 12 кг/га,  донник желтый двулетний – 12 кг/га. Тритикале и многолетние травы высевали в 4-кратной повторности. Перед посевом многолетних трав рано весной в фазу кущения тритикале проводили боронование травостоя.
Площадь опытной делянки – 360 м2, учетной – 50 м2. Минеральные удобрения: азотные в дозе N45 вносили ежегодно рано весной в подкормку, фосфорные и калийные (Р60К30) – под основную обработку почвы в год посева тритикале. Учет и уборку урожая в первый год жизни травостоя проводили при достижении укосной спелости тритикале (колошение). В посевах второго и последующих лет жизни уборку урожая проводили при достижении укосной спелости многолетних злаковых и бобовых трав (колошение, бутонизация, цветение).
При выполнении исследований руководствовались методикой проведения полевых опытов с кормовыми культурами (Новоселова Ю.К. и др., 1997). Основной метод исследований – лабораторно-полевой. В процессе исследований изучали особенности роста и развития растений, определяли густоту стеблестоя и выживаемость растений, высоту, облиственность и ботанический состав агрофитоценоза, продуктивность, динамику накопления биомассы урожая, его качество, а также рассчитывали энергетическую эффективность выращивания многолетних трав в уплотненных посевах.
Оборудование и технические средства.

Подсев многолетних трав по всходам озимого тритикале проводили сеялкой AmazoneD 6000 ТС (Германия), прикатывание почвы выполняли агрегатом МТЗ 80+3ККШ-6 (Россия). Для скашивания травосмесей на сено применяли косилки КДП4 или КДП-6 (Россия) в агрегате с МТЗ-80 (Россия). Скошенную массу ворошили и сгребали граблями ГВК-6 (Россия). При урожайности зеленой массы более 10 т/га для скашивания применяли косилки-плющилки КПВ-3 (Россия) в агрегате с МТЗ-80 (Россия) или Е-301 (Германия). Подбор валков осуществлялся пресс-подборщиком ПРФ-180 (Россия). Обработку участка рано весной в посевах второго и последующих лет продуктивной жизни многолетних трав выполняли бороной БИГ-3 (Россия).
Биохимический анализ кормов выполняли на оборудовании комплексно-аналитической лаборатории отдела ветеринарной медицины Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра. Статистическая обработка. Обработка полученных экспериментальных данных проведена методом дисперсионного анализа (Доспехов Б.А., 1985).
Результаты исследования
Как показали проведенные исследования, многокомпонентные бобово-злаковые травосмеси, подсеянные в раскустившийся травостой озимого тритикале, оказались достаточно устойчивыми к среде обитания, так как компоненты агрофитоценоза, составленные из разных семейств и различных биологических групп, обладали высокой биологической пластичностью, полнее использовали факторы внешней среды, в результате чего уже в год подсева формировали плотный, устойчивый травостой.
Появление всходов у озимого тритикале, высеянного по черному пару, отмечалось на 10-12 день. В осенний период растения хорошо раскустились и ушли в зиму при коэффициенте кущения 4,5. Период от посева до всходов донника составил 16 дней при сумме эффективных температур 145 °С, у люцерны – соответственно 22 дня и 185 °С. Полные всходы у двух видов пырея были получены через 27 дней, у житняка – через 22 дня, у эспарцета – через 30 дней после подсева.
Густота стояния растений тритикале после перезимовки колебалась от  280 до 320 шт./м2, к моменту уборки урожая в фазу колошения сократилась из-за выпадения растений в период весенней вегетации, до 250-270 шт./м2. Количество растений пырея среднего и удлиненного перед уборкой урожая биомассы по разным вариантам травосмесей колебалось от 380 до 450 шт./м2,  донника – от 450 до 520, эспарцета – от 180 до 190, люцерны – от 250 до 270 шт./м2.
Наиболее продуктивное и устойчивое по годам жизни звено было сформировано при высеве рано весной в тритикалевый травостой следующей травосмеси: пырей удлиненный + донник желтый + люцерна изменчивая + эспарцет песчаный, с урожайностью сухого вещества по годам на уровне 3,1-4,9 т/га (табл. 1).

В составе такой травосмеси роль доминантов в год посева выполняли тритикале и донник, во второй год – донник, эспарцет и люцерна. Начиная с третьего года жизни, преобладающими видами в составе травостоя были пырей удлиненный, пырей средний, люцерна изменчивая и житняк.
В посевах третьего года жизни, в структуре сформированного агрофитоценоза злаковые виды трав (пырей, житняк) занимали 55-60 %. Доля люцерны и эспарцета в разных сочетаниях травосмесей находилась в пределах 35-40 %. 
К четвертому и пятому годам жизни на долю люцерны приходилось от 32 до 38 % урожая биомассы при полном выпадении из травостоя эспарцета песчаного, а содержание биомассы злаковых трав в составе травосмеси возросло до 70-75 %.
Вместе с тем, наибольшее количество массы люцерны по годам продуктивной жизни было получено в сочетании «озимый тритикале + люцерна изменчивая» и колебалось от 85 до 67 %  при внедрении к пятому году жизни в состав травостоя разнотравья, доля которого достигала 15-20 % общей биомассы.
Оценку энергетической эффективности выращивания многолетних травосмесей проводили путем сравнивания затрат совокупной энергии на их выращивание с выходом обменной энергии с полученным урожаем по энергетическому коэффициенту технологии (табл. 2).

Среднегодовые совокупные энергетические затраты при выращивании травостоев многолетних трав в сочетании с озимым тритикале колебались от 5,2 до 7,2 ГДж/га и окупались сбором обменной энергии, сухого вещества и сырого протеина в выращенном корме.
Расчеты, представленные в таблице 2, показывают, что наиболее эффективными, с точки зрения энергоемкости, являются травосмеси с участием злаковых трав, люцерны, донника и эспарцета. Среднегодовые за пять лет энергетические затраты на их выращивание при одноукосном использовании составили 6,0-7,2 ГДж/га, а выход обменной энергии – 32,0-44,7 ГДж/га. Таким образом, коэффициент энергетической эффективности составил 4,7-6,9, что характеризует эти культуры с энергетической точки зрения как высокоэффективные. При этом режиме использования наименьшей эффективностью характеризовалась травосмесь «тритикале + люцерна» (контроль).
В связи с тем, что корм различно используемых травосмесей характеризуется различной энергетической и питательной ценностью, основным критерием хозяйственной эффективности различных режимов сочетания трав и травосмесей является выход валовой и обменной энергий с 1 га посева.
Формирование ценных в кормовом отношении агрофитоценозов многолетних трав способствовало получению на склоновых, эрозионно опасных землях высокопитательного корма с выходом в среднем за пять лет от 486 до 654 кг/га сырого протеина. Благодаря высокой для зоны сухих степей общей продуктивности травостоя с участием озимого тритикале в сочетании с многолетними травами совокупные энергетические затраты окупались сбором обменной энергии в выращенном урожае.
На пятый год продуктивной жизни травостоя была получена максимальная за годы исследований урожайность зеленой массы и сухого вещества за счет двух видов – пырея удлиненного и люцерны изменчивой, которая составила соответственно 16,3 и 4,9 т/га, что в 2,7 раза больше, чем в контрольном варианте (тритикале + люцерна).
Обсуждение полученных результатов
Важной задачей в современном кормопроизводстве является повышение продуктивности возделываемых культур, снижение энерго– и ресурсозатрат на получение продукции, обеспечение воспроизводства плодородия почв и надежную их защиту от эрозии (Лапенко Н.Г. и Оганян Л.Р., 2018; Турко С.Ю., 2017).
Кормовые культуры являются одним из факторов, с помощью которого можно решить многие экологические проблемы. Однако в индустриальных технологических системах земледелия это не используется в полной мере (Овсянников Ю.А., 1998). Ключевая роль в борьбе с дефляционными процессами принадлежит многолетним, прежде всего, бобовым травам (Здоровцев И.П., 1993; Шпаков А.С., 2004). Недооценка кормовых достоинств и почвоулучшающих свойств бобовых культур явилась одной из причин изменения физических, химических и биологических свойств почвы, а также экологической устойчивости экосистем в целом (Овсянников Ю.А., 1998).
Как показали наши исследования, сеянные агрофитоценозы многолетних трав, составленные из различных семейств (бобовых и злаковых) и различных биологических групп на землях, подверженных водной и ветровой эрозиям, полнее используют среду обитания, в результате чего обеспечиваются устойчивые урожаи по годам с различными погодными условиями (Гребенников В.Г. и др., 2018).
Доказано, что в смешанных посевах корневые системы злаковых и бобовых трав дополняют друг друга в своем развитии. Особое внимание заслуживают многолетние бобовые травы, которые оставляют после себя большую массу корневых и стеблевых остатков, благоприятно влияют на физические и химические свойства почв, что позволяет даже без внесения азотных удобрений получать высокие урожаи (Ригер А.Н. и Бедило Н.А., 2018; Трофимов И.С., 2000).
В современной эколого-биосферной системе земледелия значительное место по-прежнему отводится смешанным посевам. Разнообразие кормовых культур позволяет конструировать смешанные посевы с различным функциональным назначением. Они могут создаваться для улучшения биохимического состава кормов, формирования в посеве специфических условий для регулирования процессов почвенной микрофлоры, предотвращения эрозии и повышения в целом стабильности экосистем (Шпаков А.С., 2004).
В последние десятилетия роль многолетних трав в совершенствовании кормовой базы и биологизации земледелия значительно возросла. В производстве зеленых и грубых объемистых кормов многолетние бобовые и злаковые травы в зоне сухих степей занимают первое место и обеспечивают до 60 % общего сбора кормовых единиц (Дзыбов Д.С., 2015).
Люцерна, донник желтый и эспарцет в составе поливидовых фитоценозов со злаковыми компонентами оказывают существенное воздействие на качество урожая. Несмотря на то, что в урожае бобово-злаковых травосмесей доля бобовых трав составляет от 32,6 до 35 %, они значительно улучшают протеиновый состав корма и обеспечивают высокий сбор сухого вещества, валовой и обменной энергий.
По сумме урожаев за первые пять лет пользования статистически достоверное превышение в наших опытах обеспечивала травосмесь «тритикале + пырей удлиненный + донник + люцерна + эспарцет». В сумме за годы исследований травосмеси с участием озимого тритикале, трех видов бобовых трав и пырея удлиненного дали выход сухого вещества 19,5 т/га при среднегодовом показателе 3,9 т/га. Выход обменной энергии достиг величины 223,5 ГДж/га 
при среднегодовом показателе  44,7 ГДж/га. За пять лет суммарный сбор сырого протеина составил 3270 кг/га  при среднегодовом показателе 654 кг/га.
Биоморфологическое разнообразие видов бобовых и злаковых трав, выращиваемых в подсевном с тритикале посеве, позволило дифференцировать состав травосмесей при организации сырьевого конвейера. Сложные травосмеси с участием 3 видов бобовых и 1-2 видов злаковых трав имели существенное преимущество перед одновидовыми и бинарными фитоценозами за счет более быстрого формирования биомассы урожая.
Выводы
1. Для каштановых почв сухостепной зоны выращивание многолетних бобово-злаковых травосмесей в сочетании с озимым тритикале обеспечивает наибольший выход полноценных кормов при значительном снижении затрат материальных ресурсов и энергии, обеспечивая устойчивое функционирование агроэкосистем за счет снижения дефляционных процессов.
2. Исходя из требований современного земледелия и животноводства, многолетние травы, по нашим расчетам, должны составлять не менее 25 % 
от всей посевной площади, а доля люцерны, эспарцета и других бобовых трав и травосмесей с их участием должна быть доведена до 50 %, что существенно уменьшит дефицит протеина в объемистых кормах, а также повысит их агротехническую роль в системе земледелия. Такого количества многолетних трав будет достаточно в качестве предшественника для зерновых и пропашных культур.
3.Ž Формирование ценных в кормовом отношении агрофитоценозов многолетних трав в звене зерно-кормового севооборота «озимый тритикале + подсев в травостой рано весной многолетних бобовых и злаковых трав (пырей удлиненный, донник желтый, люцерна изменчивая, эспарцет)» способствовало получению на склоновых, эрозионно опасных землях энергонасыщенных кормов с выходом в среднем за пять лет обменной энергии и сырого протеина в 1,5 раза больше, чем в одновидовых посевах люцерны.
Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2011-2015 г. 
(№ 06.02.01.61) и 2014-2018 г. 
(№ 0726-2014-0011) ВНИИОК – филиала ФГБНУ «Северо-Кавказский федеральный научный аграрный центр»
В.Г. Гребенников, доктор с.-х. наук,
И.А. Шипилов, кандидат с.-х. наук,
О.В. Хонина, кандидат с.-х. наук
Всероссийский НИИ овцеводства и козоводства, филиал 
Северо-Кавказского федерального научного аграрного центра
УДК 633.2/.3:631.445.51(470.63)