CC BY
57
Известия ТСХА, выпуск 4, 2005 год
УДК 633.2/.3.031
АГРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УЛУЧШЕНИЯ ПРИРОДНЫХ И СТАРОСЕЯНЫХ СЕНОКОСОВ И ПАСТБИЩ
H.H. ЛАЗАРЕВ (Кафедра луговодства)
Улучшение природных сенокосов путем совместного применения удобрений, гербицидов и подсева трав обеспечивает высокую окупаемость (в 2,96-3,7 раза) затрат совокупной энергии обменной энергией получаемых кормов. При длительном внесении азотных удобрений в дозах свыше 120 кг д.в. азота на 1 га старосеяных злаковых травостоев отмечается снижение агроэнергетического коэффициента с 2,32-2,48 до 1,56-2,06 и окупаемости совокупных затрат валовой энергией, аккумулируемой надземной и подземной массой луговой экосистемы в 1,21,7 раза.
В последние годы в условиях недостаточного ресурсного обеспечения сельского хозяйства резко сократились объемы работ по улучшению кормовых угодий. При планировании этих работ приоритет должен отдаваться приемам и способам улучшения, требующим меньших затрат, особенно невосполняе-мых источников энергии [7].
Пойменные сенокосы и пастбища с изреженными травостоями рекомендуется улучшать путем полосного подсева бобовых трав, что требует затрат совокупной энергии 4-6 ГДж/га. Урожай при этом повышается на 6-8 ц/га, также в урожае накапливается до 80120 кг/га азота [8].
Некоторые авторы [4] считают, что одним из путей удешевления производства кормов на естественных кормовых угодьях является повышение продуктивного долголетия лугов, которое можно длительное время поддерживать при применении техногенно-минеральной системы с умеренными дозами удобрений и поддержке режимов использования, отвечающим биологическим особенностям доминантных видов. При этом окупаемость 1 руб.
затрат в 3,6-3,7 раза выше, чем на краткосрочных угодьях [4].
По мнению Б.П. Михайличенко [13], практическая политика в луговодстве должна строиться преимущественно на основе приемов рационального использования лугов, повышении продуктивности ранее улучшенных сенокосов и пастбищ, а также на применении ресурсосберегающих технологий поверхностного улучшения и наиболее простых и эффективных технологий коренного улучшения при более правильном использовании фактора биологиза-ции и внутрихозяйственных возобновляемых ресурсов.
Интенсификация кормопроизводства нередко приводит к нарушению стабильности агроэкосистем. Для поддержания экологического равновесия между всеми компонентами агробиоценоза необходимо осуществлять контроль за всеми показателями агроэкосистемы и определить предельные значения антропогенной нагрузки, не нарушающих этого равновесия [8]. По предварительным данным, допустимые уровни антропогенной нагрузки составляют 2-15 ГДж/га при поверхностном улучшении 25 ~
32 ГДж/га на мелиорируемых угодьях [6].
Метод энергетической оценки наряду с экономическими показателями дает возможность выбрать наиболее рациональные способы улучшения кормовых угодий, при проведении которых обеспечиваются минимальные затраты антропогенной энергии при сохранении луговыми фитоценозами высокой устойчивости.
Методика исследований
Исследования по изучению эффективности различных способов улучшения сенокосов и пастбищ выполнены в 1975-2003 гг. на с.-х. предприятиях Московской обл. [1, 2, 3, 9, 10]. В колхозе «Борец» изучали влияние 10-летнего применения минеральных удобрений на старосеяные злаковые травостои, в колхозе «Ленинец» природные травостои улучшали путем совместного применения гербицидов, удобрений и подсева многолетних трав, в совхозе «Гжельский» Раменского района и совхозе «Пановский» Коломенского района проводили коренное улучшение с применением различных способов обработки почвы, а в КСХП «Химки» Химкинского района старосеяные травостои улучшали подсевом многолетних бобовых трав. Расчеты по определению энергетической эффективности улучшения кормовых угодий проводили по методикам ВНИИ кормов имени В.Р. Вильямса [11, 12].
Результаты исследований
Энергетическая эффективность применения минеральных удобрений на старосеяных сенокосах и пастбищах
Энергетическая оценка эффективности различных агротехнических мероприятий может быть про-
ведена как с учетом выхода обменной энергии, так и по валовой энергии, аккумулируемой луговыми фитоценозами в надземной и подземной массе, а также в почве. Изучение в течение 10-летнего периода различных систем удобрения старовозрастных злаковых травостоев показало, что внесение удобрений в дозе N240^90^120 увеличивает накопление валовой энергии фитоценозами с 693-865 до 14391651 ГДж/га (табл. 1). Наибольшее количество валовой энергии аккумулировалось в надземной массе травостоев (65-88%), причем азотные удобрения в большей степени оказывали влияние на формирование надземной массы, а фосфорно-калийные — подземной.
При пастбищном и сенокосно-пастбищном режимах использования травостоев наибольшее количество валовой энергии в почве накапливалось при внесении фос-форно-калийных удобрений. Без внесения минерального азота фосфор и калий удобрений в меньшей степени, чем в других вариантах, использовались урожаем, но накапливались в почве. Кроме того, в отдельные годы в вариантах без азота клевер ползучий обеспечивал дополнительное поступление симби-отически фиксированного азота. Именно нй долю азота и гумуса приходится свыше 90% валовой энергии, накапливающейся в почве и характеризующей ее плодородие.
На пастбище без применения минеральных удобрений запас валовой энергии в почве за 10-летний период не изменился, на сенокосе снизился (на 69 ГДж/га), а при венокосно-пастбищном использовании отмечалось ежегодное повышение энергозапаса на 6,9 ГДж/га. Эти различия обусловлены влиянием выпаса скота, за счет экскрементов которого в луговую агроэкосисте-
Таблица 1
Распределение валовой энергии по элементам луговой агроэкосистемы
(в сумме за 10 лет)
Вариант
Затраты совокупной энергии, ГДж/га
Накопление валовой энергии, ГДж/га
надземная масса
подзем- измене-
ние пло- всего
ная
масса дородия
почвы
% к контролю
Получено за счет фотосинтеза, ГДж/га
Окупаемость совокупных
затрат,
%
Пастбищное использование
Без удобрений (контроль) 133 575 170 0 745 100 612 560
Р90К120 157 596 172 94 862 116 705 549
Ы120Рэ0К120 263 1088 179 49 1316 177 1053 500
МгдоРэоК^о 368 1276 167 -4 1439 193 1071 391
^60РэС)К120 472 1361 160 54 1575 211 1103 334
Сенокосно- ■пастбищное использование
Без удобрений (контроль) 130 620 176 69 865 100 735 665
Р90К120 154 624 203 128 955 110 801 620
М12оРэоК12С) 261 1216 194 14 1424 165 1163 546
И240Р90К120 367 1402 171 78 1651 191 1284 450
МзбоРэоКтго 472 1449 172 69 1740 201 1268 369
Сенокосное использование
Без удобрений (контроль) 122 572 217 -96 693 100 571 568
Р90К120 146 628 227 2 857 124 711 587
МчгоРэоК^го 254 1176 240 41 1457 210 1203 574
^4оРэоК12о 359 1394 198 44 1636 236 1277 456
ИзбоРэоК^о 475 1468 176 -45 1599 231 1124 337
му дополнительно поступали органические и минеральные вещества.
Накопление валовой энергии подземной массой луговых фитоценозов изменялось от 160 до 240 ГДж/га. При пастбищном и сенокосном использовании оно было максимальным при внесении умеренной дозы азота 120 кг/га, а при сенокосно-пастбищном — в варианте с фос-форно-калийными удобрениями. При повышенных дозах азотных удобрений уменьшалась корневая масса трав и, как следствие этого, снижались запасы валовой энергии в подземной массе.
Разница между суммарным накоплением валовой энергии и затратами антропогенной совокупной энергии позволяет определить поступление в агроэкосистему энергии за счет фотосинтеза. При сенокосном и се-нокосно-пастбищном режимах использования лугопастбищных травостоев наибольшее количество вало-
вой энергии за счет фотосинтеза поступало при внесении азота в дозе 240 кг/га, а при пастбищном использовании — при 360 кг/га.
Однако внесение азотных удобрений связано с большими затратами энергии, израсходованной на их производство, поэтому в целом окупаемость антропогенных затрат при внесении азотных туков снижается. Так, при внесении азотных удобрений в дозе 360 кг/га при се-нокосно-пастбищном режиме использования она составила 369%, что в 1,7 раза ниже, чем в фос-форно-калийном фоне (табл. 2).
Залужение сеяных сенокосов и пастбищ требует значительных единовременных капитальных затрат. Особенно возрастают энергетические затраты при создании орошаемых кормовых угодий.
В условиях, когда задействованы наиболее мощные факторы интенсификации лугопастбищного хо-
зяиства — внесение минеральных удобрений и орошение — затраты совокупной энергии на выращивание и уборку урожая злаковых травостоев составляют 21,1-46,9 ГДж/га. При орошении, даже без внесения азотных удобрений, они остаются довольно высокими — 9,7-11,1 ГДж/га.
Наиболее существенную долю среди текущих затрат совокупной энергии составляют минеральные удобрения, а среди них — азотные. Так, при внесении только фосфор-но-калийных удобрений на них приходится 21,6% затрат, а внесение полного минерального удобрения в дозе Ы12оР9оК12о увеличивает их до 59,6%. При увеличении дозы азота со 120 до 360 кг/га затраты энергии на приобретение и внесение удобрений возрастают в 2,6 раза.
Режимы использования травостоев несущественно сказались на суммарных затратах антропогенной
энергии. При пастбищном режиме использования требуются дополнительные затраты по организации пастбищной территории, а при сенокосном — по уборке урожая. При сенокосно-пастбищном режиме использования травостоев также необходимо проводить огораживание, уборку урожая в 1-м укосе, но не требуется, как правило, затрат на подкашивание нестравленных остатков травы.
Наименьшие затраты совокупной энергии на 1 га (12,2-13,3 ГДж), на 1 кг сухого вещества (3,9-4,3 МДж), на 1 ГДж обменной энергии (38,941,8 МДж) и наибольший агроэнер-гетический коэффициент (2,39-2,57) получены без внесения минеральных удобрений.
Внесение фосфорно-калийных удобрений ухудшало показатели аг-роэнергетической эффективности, так как они незначительно изменяют продуктивность злаковых траво-
Таблица 2
Агроэнергетическая эффективность использования орошаемых сенокосов и пастбищ
(в среднем за 10 лет)
Вариант Выход с 1 га Затраты совокупной энергии АК
СВ, т ГДж ОЭ на 1 га, ГДж на 1 кг СВ, МДж на 1 ГДж ОЭ, МДж
Пастбищное использование
Без удобрений (контроль) 3,08 31,8 13,3 4,3 418 2,39
Р90К120 3,21 33,1 15,7 4,9 474 2,11
М120Рэ0К120 5,81 61,0 26,3 -4,5 431 2,32
N240^90^120 6,66 70,0 36,8 5,5 525 1,90
МзбоРдоКтго 7,07 73,9 47,2 6,7 639 1,57
Сенокосно-пастбищное использование
Без удобрений (контроль) 3,34 33,4 13,0 3,9 389 2,57
Р90К120 3,37 33,7 15,4 4,6 457 2,19
М-|20Рэ0К120 6,47 64,7 26,1 4,0 403 2,48
№40РЭ0К-|20 7,41 75,6 36,7 5,0 485 2,06
МзбоРэоК120 7,64 77,1 47,2 6,2 612 1,63
Сенокосное использование
Без удобрений (контроль) 3,11 29,2 12,2 3,9 418 2,39
Р90К120 3,41 32,0 14,6 4,3 456 2,19
^120Рэ0К120 6,30 59,2 25,4 4,0 429 2,33
М240Рэ0К-|20 7,34 69,7 35,9 4,9 515 1,94
МзбоРэоКтго 7,74 74,3 47,5 6,1 639 1,56
Примечание. Здесь и далее АК —агроэнергетический коэффициент.
стоев. Дополнительное внесение к фосфорно-калийным азотных удобрений в дозе N[20 повышало окупаемость затрат совокупной энергии практически до уровня контрольного варианта. Дальнейшее повышение уровня азотного питания сопровождалось снижением показателей эффективности удобрений на 25-57%.
Наилучшие показатели агроэнер-гетической эффективности обеспечивались при минимальных затратах на удобрения. Это не означает, что оптимальными являются варианты без удобрений. Учитывая, что за счет внесения удобрений в дозе КГ^оРдоКпо урожай возрастает в 2 раза при снижении окупаемости энергозатрат всего на 2,6-3,6%, эту дозу необходимо признать оптимальной,
Агро энергетическая эффективность различных способов борьбы с сорной растительностью на сенокосах и пастбищах
Наряду с внесением минеральных удобрений борьба с нежелательными растениями является одним из самых действенных способов поверхностного улучшения лугов, но наибольший эффект достигается при сочетании различных способов улучшения. Для борьбы с многолетней сорной растительностью на лугах возникает необходимость в при-
менении гербицидов. Затраты совокупной энергии на производство 1 кг д. в. наиболее распространенных форм гербицидов (2,4-ДА, раундап) составляют 419,6 МДж, что выше, чем на удобрения, однако с учетом невысоких доз гербицидов суммарные затраты на них значительно ниже, чем на удобрения.
При улучшении суходольного сенокоса в колхозе «Ленинец» было проведено уничтожение сорных трав различными гербицидами в сочетании с последующим подсевом трав и внесением минеральных удобрений в дозе ЫзоРзоКво- В структуре капитальных затрат примерно одинаковые доли приходились на семена трав (41,8-50,8%) и удобрения (40,5-50,4%), а затраты на гербициды составили только 16,5-17,7% (табл. 3).
В сумме затраты совокупной энергии на проведение работ по улучшению суходольного луга не превышали 9,02 ГДж на 1 га.
Различные гербициды на фоне внесения минеральных удобрений способствовали формированию продуктивных травостоев, которые довольно эффективно использовали внесенные в подкормки удобрения. Коэффициент агроэнергетичес-кой эффективнсти составлял от 2,96 до 3,70, в то время как в контрольном варианте он не превышал 1,84 (табл. 4).
Таблица 3
Затраты совокупной энергии на улучшение луговых травостоев
(числитель — ГДж/га, знаменатель —%)
Вариант Семена Гербициды Удобрения Всего
Контроль 3,77 3,65 7,42
50,8 49,2 100
2,4-ДА 3,77 1,60 3.65 9,02
41,8 17,7 40,5 100
Реглон 3,77 1,52 3,65 8,94
42,2 17,0 40,8 100
Раундап 3,77 1,47 3,65 8.89
42,4 16,5 41,1 100
Таблица 4
Агроэнергетическая эффективность улучшения суходольного сенокоса
Вариант Затраты совокупной энергии, ГДж/га ОЭ, ГДж/га АК
приведенные затраты уборка урожая удобрение всего
Контроль 1,48 2,33 8,86 12,67 23,27 1,84
2,4-ДА 1,80 2,50 8,86 13,16 38,96 2,96
Реглон 1,79 2,54 8,86 13,19 43,69 3,31
Раундап 1,78 2,58 8,86 13,22 48,92 3,70
Наиболее эффективным оказалось применение раундапа, который преобразовывал природный травостой, состоящий из малопродуктивных дикорастущих злаков, в сеяный с доминированием ежи сборной. Окупаемость затрат совокупной энергии выходом обменной энергии повысилась при этом в 2 раза — с 184 до 370%. Результаты исследований показывают, что правильное использование химических средств борьбы с сорной растительностью на лугах является очень эффективным способом их улучшения. Внесение удобрений е сочетании с подсевом трав без проведения истребительных мер борьбы с сорняками не обеспечивало такого высокого эффекта, так как сохранившиеся дикорастущие растения препятствовали укоренению более продуктивных подсеянных трав.
Повышения агроэнергетической эффективности мероприятий по поверхностному улучшению лугов можно добиться путем снижения доз вносимых азотных удобрений, затраты совокупной энергии на которые являются преобладающими. На их приобретение и внесение приходится 59,1-61,6% всех затрат. Без внесения минеральных источников азота приемлемые урожаи могут давать бобово-злаковые травостои. На бедных почвах трансформировать разнотравно-злаковые в бобово-злаковые травостои крайне затруднительно без дополнительных затрат на известкование.
Расчеты показывают, что дополнительное поверхностное внесение на 1 га 2,5 т известковых материалов потребует 9,7 ГДж совокупной энергии и при условии успешного укоренения подсеянных бобовых трав может заменить минеральные азотные удобрения.
Эффективность подсева трав, коренного улучшения и перезалу-жения сенокосов и пастбищ
Коренное улучшение и переза-лужение сенокосов и пастбищ требует выполнения трудоемких операций по обработке почвы с помощью различных с.-х. машин и орудий. В настоящее время предпочтительными являются упрощенные способы залужения с использованием небольшого набора машин или комбинированных агрегатов залужения, совмещающих за один проход работы по первичной, предпосевной обработке почвы и посеву травосмес.ей. В структуре затрат на залужение на плужную обработку почвы приходится 59-67% затрат (табл. 5). При замене плужной обработки мелкой дисковой или фрезерной обработкой затраты снижаются соответственно в 1,8 и 1,7 раза. В опытах, проведенных в Львовской обл., дискование по сравнению со вспашкой обеспечивало снижение затрат на обработку почвы на 49% [5].
При подсеве трав в дернину дисковой или фрезерной сеялкой затраты на выполнение этой операции снижаются до 669-790 МДж/га,
Таблица 5
Капитальные затраты на залужение и подсев трав (МДж/га)
Вариант
Обработка почвы и посев Удобрение Семена Всего затрат
Контроль _ 1595 _ 1595
Разбросной посев - 1595 1344 2939
Полосный подсев 790 1595 1344 3729
Бороздковый подсев 669 1595 1344 3608
Вспашка+двукратное дискование 4208 1595 1344 7147
Двукратное дискование+вспашка+
+ двукратное дискование 5882 1595 1344 8821
Двукратное дискование 2343 1595 1344 5282
Двукратное фрезерование 2449 1595 1344 5388
т. е. в 3-3,6 раза по сравнению с мелкими обработками почвы.
Очень энергоемкими способами окультуривания почвы является внесение извести и органических удобрений. Затраты на применение 5 т/га известковых материалов составляют 20,6 ГДж совокупной энергии, что в 2,3—3,9 раза больше, чем суммарные затраты на удобрения, семена, обработку почвы и посев. Исследования показывают, что многолетние злаковые травы дают устойчивые урожаи при рНсол. 5,0, поэтому при создании злаковых травостоев необходимость в известковании возникает на почвах с рНС0Л. ниже 4,5-5,0.
Внесение органических удобрений при коренном улучшении и пе-резалужении может быть рекомендовано на почвах с гумусовым горизонтом, нарушенным эрозией, а также в результате корчевки дре-весно-кустарниковой растительности; на выработанных торфяниках. На других местообитаниях многолетние травы в первые годы после залужения могут получать необходимое количество питательных веществ за счет минерализации органического вещества дернины.
Первоочередными объектами коренного улучшения и перезалуже-ния должны являться сенокосы и пастбища, не требующие больших объемов работ по окультуриванию
почвы. Культурные пастбища пере-залужают при сильной изреженности травостоев и значительном количестве сорных трав; при полном выпадении из травостоев бобовых компонентов. При наличии в составе травостоя 25-30% высокопродуктивных корневищных злаковых трав предпочтительнее является поверхностный способ улучшения с помощью внесения минеральных удобрений, стимулирующих их вегетативное размножение.
Подсевом трав в дернину улучшают старосеяные луга после уничтожения сорной растительности гербицидами, при выпадении бобовых трав. При использовании специальных фрезерных сеялок подсев может проводиться в достаточно густые злаковые травостои с целью обогащения их бобовыми компонентами. При этом основным условием успешного укоренения подсеянных трав является частое использование травостоев с целью уменьшения конкурентной способности растений, слагающих старый травостой.
Выводы
1. На орошаемых сенокосах и пастбищах со старовозрастными злаковыми травостоями наибольший агроэнергети-ческий эффект достигается при внесении азотных удобрений в дозе 120 кг д.в. азота на 1 га. Затраты совокупной энер-
гии окупались выходом обменной энергии корма в 2,11—2,42 раза. При более высокой дозе минерального азота 240 кг/га агроэнергетический коэффициент снижался до 1,90-2,06.
2. Поверхностное улучшение природного сенокоса путем применения гербицидов с последующим внесением минеральных удобрений в дозе N30P зцк.60 и проведением подсева трав требует небольших затрат совокупной энергии — 8,89-9,02 ГДж/га, которые окупаются сбором обменной энергии в 2,96-3,7 раза.
3. При поверхностном улучшении кормовых угодий подсевом трав в дернину дисковой или фрезерной сеялкой капитальные затраты совокупной энергии снижаются в 1,4-1,8 раза по сравнению с проведением коренного улучшения по мелким обработкам почвы и в 1,9-3,0 раза при использовании традиционной пахотной обработки почвы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев Н.Г., Лазарев H.H., Ермолаев Ю.Г., Кушнир Н.Ф. Поверхностное улучшение пойменных и суходольных лугов // Изв. ТСХА, 1987. Вып. 4. С. 2026. — 2. Андреев Н.Г., Лазарев H.H., Ши-буков A.A. Эффективность применения утала при коренном улучшении суходольных лугов // Изв. ТСХА, 1989. Вып.1. С. 22-29. — 3. Андреев Н.Г., Лазарев H.H., Емельянов A.M. Эффективность применения утала и различных способов обработки почвы при коренном улучшении лугов // Изв. ТСХА, 1990. Вып. 6. С. 31-40. — 4. Ахламова Н.М., Фе-
дорова Л.Д, Кулаков В.А. и др. Повышение продуктивности долголетних лугов // Интенсификация лугопастбищ-ного хозяйства. М., 1989. С. 91-98. — 5. Бегей С.В., Бомба М.Я. Дискование вместо вспашки // Земледелие, 1985. № 5. С. 25-26. — 6. Кутузова A.A. Перспективные направления научных исследований по луговодству // Кормопроизводство, 1996. № 4. С. 2-6. — 7. Кутузова A.A., Зотов A.A., Тебердиев Д.М. и др. Повышение экономической эффективности угодий // Кормопроизводство, 1997. № 1-2. С. 12-14. — 8. Кутузова A.A., Зотов A.A., Францева A.A. и др. Агроэнер-гетическая оценка технологий лугового кормопроизводства / / Кормопроизводство, 1998. № 1. С. 2-7. — 9. Лазарев H.H. Тришкин М.С., Краева H.A. Применение гербицидов и подсева трав при улучшении природных и сеяных лугов // Изв. ТСХА, 2001. Вып. 1. С. 51-63. — 10. Лазарев H.H. Формирование пастбищных и сенокосных травостоев под действием длительного применения минеральных удобрений // Изв. ТСХА, 2004. Вып. 2. С. 37-52. — 11. Методическое руководство по оценке потоков энергии в луговых агроэкосистемах. М.: ВНИИК, 2000. — 12. Михайличенко Б.П.Кутузова A.A., Новоселов Ю.К. и др. Методическое пособие по агроэнергетической и экономической оценке технологий и систем кормопроизводства. М.: Россельхозакаде-мия, 1995.— 13. Михайличенко Б.П. Концептуальные основы развития кормопроизводства на современном этапе и на перспективу.// Кормопроизводство, 1997. № 7. С. 10-14.
Статья поступила 8 августа 2005 года
SUMMARY
Natural hayfields' improvement by means of combined use of fertilizers, herbicides and grass sowing gives higher recoupment (2,96-3,7 times) of expenditure. During long-term application of nitrogenous fertilizers, the dose above 120 kg per hectare .the decrease of agro-energy coefficient from 2,32-2,48 to 1,56-2,06 is found and recoupment of expenditure — 1,2-1,7 times.
