Актуальность. Проблема растительного бежа приобретает все большую остроту. Только в продуктах питания дефицит белка составляет 30%. Высока потребность в белке кормовых рационов, что является сдерживающим фактором роста продуктивности животноводства. Несовершенство структуры посевных площадей, особенно снижения удельного веса зернобобовых культур и бобовых трав, при ограниченных материально-технических ресурсах привело к снижению валовых сборов зерна бобовых, содержания в урожае протеина, в почве гумуса. По сравнению с 1981;1985 гг. в 1995;2000 годы содержание гумуса в почвах Поволжского региона уменьшилось на 8−14%.
В связи с этим, одним из важных направлений в организации адаптивно-ландшафтного растениеводства является создание высокопродуктивных агроценозов, включающих бобовые и зернобобовые культуры, которые наиболее полно используют биоклиматические ресурсы региона, и разработка ресурсосберегающих технологий с использованием экологически чистых физических и биологических факторов. Биолого-экологический подход к эффективному развитию растениеводства в засушливом Поволжье предусматривает увеличение посевов гороха, чечевицы, сои и таких ценных для региона культур, как нут и чина. Многолетние исследования и результаты производственного испытания показали, что их засухоустойчивость, высокобелко-вость в микрозонах с более засушливым климатом и в крайне сухие годы составляют достойную альтернативу гороху. Они характеризуются экологической пластичностью и адаптивностью, превосходно сочетают высокую продуктивность с отличными кормовыми достоинствами, рационально используют агроклиматические условия зоны и характеризуются устойчивым семеноводством.
Поэтому особую актуальность приобретают исследования, направленные на изучение агробиологических особенностей формирования высокопродуктивных фитоценозов зернобобовых культур и разработку эффективных приемов повышения их симбиотической деятельности.
Цель и задачи исследований. Целью работы явилось научное обоснование формирования высокопродуктивных агрофитоценозов зернобобовых культур, основанное на видовых и сортовых биологических особенностях как основы программирования урожая и применения адаптивных энергосберегающих технологий выращивания и определение их агроэнергетической и экономической эффективности.
В программу исследований входило:
— определение агробиологических параметров высокопродуктивных агрофитоценозов гороха, чечевицы, чины и нута;
— разработка и усовершенствование приемов оптимизации продукционного процесса зернобобовых культур в простых и сложных фитоце-нозах (сроки посева, способы и нормы высева и др.);
— выявление эффективности предпосевного применения макрои микроудобрений в сочетании с бактериальными препаратами;
— изучение видовых особенностей формирования корневой системы и продуктивности ее работы;
— изучение формирования и продуктивности работы симбиотиче-ского аппарата в зависимости от условий и приемов выращивания;
— изучение фотосинтетической деятельности посевов;
— установление влияния видового, сортового и возрастного состава растений и приемов технологии их возделывания на биохимическую изменчивость зерновой и кормовой продукции;
— дать энергетическую и экономическую оценку адаптивным приемам выращивания зерновых бобовых культур в условиях черноземно-степной и сухостепной зон Поволжья и выявить наиболее энергетически выгодные.
Методической основой исследований явились положения, изложенные в научных трудах академика Н. И. Вавилова, А. А. Ничипоровича, В.Р.
Гуляева, П. Н. Константинова, К. В. Ливанова, А. А. Жученко, И. С. Шатилова, М. К. Каюмова, В. И. Филина, А. И. Помогаевой, А. А. Зиганшина, Г. С. Посы-панова, А. Д. Задорина, В. И. Морозова, И. В. Цой, Г. А. Медведева, А. И. Заварзина, М. Н. Худенко, Е. П. Денисова и др.
Научная новизна. В комплексных научных исследованиях с учетом агроклиматических ресурсов региона и биологических особенностей видов и сортов зернобобовых культур дано теоретическое обоснование создания их высокопродуктивных агроценозов в засушливом Поволжье. Впервые наиболее полно изучена сравнительная продуктивность зернобобовых культур, определены и научно обоснованы приемы оптимизации факторов, влияющих на формирование высокопродуктивных ценозов гороха, чечевицы, чины и нута. Впервые наиболее полно изучено влияние сроков, способов и норм посева, минеральных удобрений при их сочетании с микроэлементами и бактериальными препаратами на продуктивность зернобобовых культур в одновидовых и сложных фитоценозах. Изучена фотосинтетическая, корневая и симбиотиче-ская деятельность зернобобовых культур в зависимости условий и приемов возделывания.
Установлена биохимическая изменчивость зернобобовых культур. Экспериментально подтверждена целесообразность конструирования сложных агрофитоценозов мятликовых и зернобобовых культур. Дана агроэнерге-тическая и экономическая оценка разных приемов их возделывания.
Основные положения, выносимые на защиту;
• биологические и агроэкологические основы формирования высокопродуктивных фитоценозов зернобобовых культур в одновидовых и смешанных посевах в условиях засушливого Поволжья;
• приемы адаптивных технологий возделывания гороха, чины, чечевицы и нута, обеспечивающие управление фотосинтетической и симбиогической деятельностью растений в посевах, оптимизацию густоты их стояния и размещения на площади, способов посева в одновидовых и смешанных агроценозах;
• агроэнергетическая и экономическая оценка зернобобовых культур и приемов их возделывания;
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
На основании проведенных исследований рекомендованы производству несколько забытые, но ценные зернобобовые культуры: горох, чина, чечевица, нут, обеспечивающие получение 2,8−3,4 т зерна с 1 га.
Разработана и апробирована в производстве технология возделывания чины посевной в смешанных посевах с ячменем, суданской травой, кукурузой и подсолнечником, обеспечивающая 25,5−33,2 т/га зеленой массы.
Разработанные приемы технологии возделывания гороха, чечевицы, чины посевной и нута обеспечивают воспроизводство плодородия почвы, биологизацию и экологизацию растениеводства, экономию материально-технических средств и получение дешевой высокобелковой продукции.
Результаты исследований прошли производственную проверку и внедрены в хозяйствах Саратовской области, включены в областные рекомендации по возделыванию сельскохозяйственных культур, используются в учебном процессе Саратовского аграрного университета им. Н. И. Вавилова.
Результаты научных исследований автора получили отражение в монографии «Чечевица» (Саратов, 1981) — Организационно-технологическом проекте производства чечевицы по интенсивной технологии (Москва, 1986) — Справочнике по орошаемому земледелию (Саратов, 1994) — Методических учебных пособиях «Растениеводство» (4.1. Семеноведение, 1998; 4.2. Зерновые культуры, 1998; 4.3. Зерновые бобовые культуры, 1999) — «Концепции развития агропромышленного комплекса Саратовской области до 2005 года» (Саратов, 2000) и других изданиях.
Апробация. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях Саратовского ГАУ им. Н. И. Вавилова (1967;2000 гг.) — научной конференции по зернобобовым культурам на Востоке лесостепной полосы (Казань, 1967) — научной конференции «Биология и агротехника полевых культур на Юго-Востоке» (Саратов, 1969) — юбилейных Вавиловских чтениях — 87, (Саратов, 1987) — научно-практической конференции «Экологические проблемы в агропромышленном комплексе Среднего Поволжья» (Пенза, 1995) — Международной научной конференции «Развитие научного наследия академика Н.И. Вавилова» (Саратов, 1997) — III Международной научно-производственной конференции «Интродукция нетрадиционных и редких сельскохозяйственных растений» (Пенза, 2000) — Международной научной конференции «Проблемы сельскохозяйственного производства в изменяющихся экономических и экологических условиях XXI века» (Пенза, 2000) — областных и районных агрономических совещаниях.
Под руководством автора защищена кандидатская диссертация и 248 дипломных работ.
Диссертационная работа является итогом 33-летних (1967;2000 гг.) исследований автора по разработке адаптивных, ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий, формирующих высокопродуктивные фито-ценозы зернобобовых культур в условиях резко континентального климата степной и сухостепной зон Поволжья.
Публикации в печати. По теме диссертации опубликованы 62 научных работы, в том числе монография и рекомендации.
Представленная работа является составной частью плана научно-исследовательских работ Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова, в том числе с 1996 г. по целевой комплексной научно-технической программе «Разработка адаптивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур в условиях Саратовской области».
За оказанную помощь автор искренне признателен сотрудникам и аспирантам СГАУ им. Н. И. Вавилова Н.Н.Кулевой, Т. Н. Седовой, В. В. Седову, Н. А. Шьюровой, профессорам А. А. Прохорову, В. Н. Титову, М. Н. Худенко, А. И. Заварзину, Е. П. Денисову, председателю СХА «Родина» Балашовского района А. Н. Игнатову.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
1. Агроклиматические ресурсы степной и сухостепной зон Поволжского региона и Саратовской области при правильном подборе и сочетании в посевах продуктивных и адаптированных видов и сортов зернобобовых культур и применении научно-обоснованных технологий их возделывания гарантируют получение 2−3 т/га высокобелкового зерна и 25,5−33,0 т/га зеленой массы. Из агротехнических приемов, определяющих величину урожая зернобобовых культур, ведущее значение имеют: подготовка семян, сроки, способы и нормы посева, оптимизация режима питания, сроки скашивания.
2. Наиболее продуктивные агроценозы зернобобовых культур формируются при ранневесенних сроках посева, которые обеспечивают наибольшую полноту всходов (68−88%), развитие более высокорослых всходов высоким прикреплением нижних бобов (на 15,8% выше, чем на растениях поздних сроков посева), наибольшую листовую поверхность (у гороха — до 37,6 тыс. м /га), лучше развитую корневую систему с большим числом активных клубеньков. За годы исследований (1993;1997 гг.) разница межу крайними вариантами по урожайности составила 0,58−0,64 т /га, или урожайность гороха снижалась на поздних посевах (с запозданием на 14−18 дней после раннего посева) на 34,5%, чины на 29,1%, чечевицы — 37,8%, нута — 33,3% против их урожайности на ранних посевах.
Зернобобовые культуры на ранних посевах отличались более продолжительной вегетацией, несколько меньшим содержанием белка и золных веществ в зерне.
3. Наивысшую урожайность чечевицы в среднем за 1993;1997 гг. обеспечивали черезрядные посевы (через 30 см) с нормой высева 2,0 млн. всхожих семян на 1 га. Ее урожайность на сплошных рядовых посевах с той же нормой высева была ниже по сорту Петровская 4/105 на 26%, по сорту Красноградская 250 — на 15% и по сорту ПСЕ-4 — на 30%. На узкорядных посевах максимальную урожайность обеспечивала норма высева 3,0 млн. семян на 1 га. За годы испытаний разница между урожаями на узкорядных и черезрядных посевах по Петровской 4/105 составила 0,06 т/г, что находится в пределах ошибки опыта. Экономия посевного материала, лучшие товарно-технологические качества зерна, более благоприятные условия для проведения видовой прополки и искоренения сорной растительности, снижение абортивности репродуктивных органов, формирование более продуктивных растений позволяют признать перспективность и целесообразность черезряд-ных и широкорядных способов посева для чечевицы.
4. Высокую продуктивность чины посевной обеспечивали сплошные рядовые посевы при высеве 1,3 млн. семян на 1 га и на широкорядных при высеве 0,7 млн. семян/га. В засушливые и резко сухие годы преимущество оказывалось на стороне широкорядных посевов, где формировались наиболее высокорослые и ветвистые растения с наибольшей их выживаемостью к уборке (77−88%). Однако более выполненные и выравненные семена, с меньшим числом щуплых зерен и высокими посевными качествами формировались на сплошных рядовых посевах. Во влажные годы по общей зерновой продуктивности и по выходу полноценных семян лучшие результаты давали сплошные рядовые посевы.
5. Максимальный урожай зерна нута обеспечивали узкорядные посевы с нормой высева 1,0 млн. семян/га. Сплошные рядовые посевы уступали им на 11,5%, широкорядные — на 18%. На широкорядных посевах нут формировал более продуктивные растения (по числу бобов, семян, их массе), но продуктивность каждого отдельного растения в широкорядном посеве не всегда компенсировалась необходимым их числом на единице площади.
6. Оптимальная глубина заделки семян гороха, чины, чечевицы и нута составляет 6−8 см, которая обеспечивала быстрое появление наиболее полных всходов (82,4−86,1%). Углубление посевного слоя до 10−12 см задерживало появление всходов на 5−6 дней и снижало полевую всхожесть на 5−17%. Более высокую полевую всхожесть (92,5−94,7%) обеспечивали семена с массой 1000 шт. у чины 88 г, у чечевицы — 40 г. Использование на посев более крупной фракции семян (соответственно 285 и 80,0 г) снижало полевую всхожесть чины до71,2%, чечевицы до 60,4%.
7. Анализ биометрических параметров роста растений показал, что горох до цветения растет быстрыми темпами, среднесуточные приросты в высоту составляют 1,0−1,6 см. Чечевица растет в 2,5−3,0 раза медленнее гороха. Более высокорослые растения формировались на сплошных рядовых и узкорядных посевах чечевицы. Высота заложения первых бобов изменяется не только в зависимости от видовых и сортовых особенностей, но и от приемов возделывания и погодных условий. Нижние бобы на главном стебле у гороха, чины и нута закладывались на высоте 25,0−44,5 см. Наиболее низкое расположение бобов у чечевицы — 18,1−22,4 см.
8. Установлено влияние густоты посева зернобобовых культур на морфологическую структуру растений и их фотосинтетическую деятельность. Наибольшую фотосинтетическую деятельность посевы нута проявляли при норме высева 1,3 млн. семян/га, где формировался агроценоз с плол щадью листьев 32,5 тыс. м /га (среднее за 1993;1997гг.) и фотосинтетическим л потенциалом 2,80 млн. м дн./га.
Оптимальный вариант по ЧПФ (2,36 г/ м2 в сутки) и сбору сухой биомассы (6,43 т/га или 132 ГДж/га) — это агроценоз нута, сформированный при высеве на 1 га 1,0 млн. всхожих семян.
Наилучшие условия для фотосинтетической деятельности в посевах гороха складывались при высеве на 1 га 1,2 млн. всхожих семян (максимальная площадь листьев 37,6 тыс. м2/га, ФП — 2,64 млн. м2 дн./га), чины — 1,3 млн. штук всхожих семян/га максимальная (площадь листьев 44,7 тыс. м2 /га, ФП — 3,57 млн. м2 дн./га) и в посевах чечевицы 1,8 млн. всхожих семян/га (максимальная площадь листьев 38,8 тыс. м2 /га, ФП — 2,90 млн. м2 дн./га). Сбор сухой биомассы с таких посевов достигал максимальной величины — 6,42 т/га или 131 ГДж/га. Установлена высокая корреляционная зависимость величины фотосинтетического потенциала от площади листьев зернобобовых (г= 0,997), максимальное проявление которой достигается на фосфорно-калийном фоне (Р30К30) в сочетании с обработкой семян ризоторфином и молибденом. Применение молибдена, путем обработки семян, на фосфорно-калийном фоне предпосевного удобрения (Р30К30) по влиянию на урожай равноценно внесению полного минерального удобрения (N30P30K30) в сочетании с обработкой семян молибденом.
9. Максимальная площадь листьев и наибольшее накопление сухой биомассы у гороха, чины, чечевицы и нута приходится на фазу налива семян. Из испытанных сортов чечевицы наиболее полно реализует биоклиматический потенциал Петровская 4/105. На широкорядных посевах повышается продуктивность работы листьев. Они более длительный период времени сохраняются в активном состоянии. Внесение удобрений увеличивает площадь листьев в период их максимума на 5,2−8,4 тыс. м2/га, а ФП — 6,3−22,7%. Коэффициент корреляции между максимальной площадью листьев и ФП на фоне Р30К30 + ризоторфин + молибден составил 0,99. Фотосинтетическая деятельность смешанных посевов чины с ячменем, суданской травой и подсолнечником выше, чем в чистых посевах. Лучшие показатели были в агроценозе чины с суданской травой, площадь листовой поверхности составила 111,5.
2 2 тыс. м /га, ФП — 6,7 млн. м дней/га, энергии, поглощенной посевом — 34,2 млн. ккал/га, что соответственно в 3,0- 4−3,5 и 1,9 раза выше монопосева чины.
10. Чина посевная хорошо совмещается в смесях с суданской травой. Максимальное накопление сухого вещества в биомассе смеси чина (1,0 млн.) + суданская трава (1,6 млн.) приходится на начало плодообразования чины. Среди других видов зернобобовых чина отличается лучшим отрастанием после скашивания. Урожайность ее отавы во влажные годы достигает 13,5 т/га зеленой массы. Установлено, что отрастание новых побегов у чины посевной происходит за счет почек, расположенных в пазухах листьев стеблевых побегов. При низком скашивании (на уровне почвы) чина не отрастает.
11 .Чина посевная формирует более мощную корневую систему по протяженности и массе (сухая масса корней в слое 0−30 см составляла у чины л J.
34,4 м /дм почвы, у гороха — 28,58- чечевицы — 27,84 м /дм). Длина корней у гороха и чечевицы почти не изменялась в зависимости от степений увлажнения корнеобитаемого слоя, у чины и нута вусловиях почвенной засухи развивалась большая поверхность корней в 1,2 и 1,4 раза по сравнению с условиями достаточного водообеспечения.
12. Выход пасоки и интенсивность ее выделения у изучаемых зерновых бобовых культур находится в тесной связи с погодными условиями вегетационного периода и ее суммарный выход коррелирует с продуктивностью. У чины посевной отмечена наибольшая продолжительность активного выделения пасоки — 39−54 дня, у нута — 37−48 дней, гороха — 31−40 и чечевицы — 3246 дней. В ранние фазы развития по выходу пасоки выделился сорт чечевицы ПСЕ-4, в более поздние преимущество имеет Петровская 4/105. Оптимальные условия для большего накопления в пасоке азота создаются при сочетании предпосевного удобрения РзоКзо с обработкой семян молибденом и ризоторфином. В благоприятные годы в фазу ветвления в пасоке Петровская 4/105 накапливаются в большем количестве такие аминокислоты, как аспара-гин (24,7 мкг), глютамин (16,9 мкг), аргинин (12,6 мкг) — в засушливые годы их содержание снижается в 1,4−2,3 раза.
13.Показатели симбиотической деятельности гороха, чины, чечевицы и нута значительно варьируют в зависимости от норм, сроков и способов посева, обеспеченности фосфором, калием и микроэлементами. Выявлено, что продолжительность активного симбиоза у гороха — 58−75, чечевицы — 62−85, чины — 68−90 и нута — 88−104 дня. АСП нута в 2,3−2,5 раза больше, чем у чины и чечевицы и в 10 раз — гороха. Повышение обеспеченности растений фосфором и калием, а также инокуляция семян ризоторфином увеличивает размер и активность симбиотического аппарата. Установлена тесная корреляционная зависимость между количеством клубеньков и урожаем зерна (г=0,896).
14.Наиболыпая энергетическая питательность зеленой массы чина достигает в цветение (556,1 ЭКЕкрс), нут — в плодоношение (554 ЭКЕкрс).
Зерно гороха и чечевицы отличаются наибольшим содержанием энергии, выраженной в ЭКЕкрс. Энергетическая питательность 1 кг сухого зерна гороха составляет 678,6 ЭКЕкрс, чечевицы — 671, нута — 677,2 и чины — 640,5 ЭКЕкрс. По содержанию тепловой энергии в зерне выделяется нут 18,0 ГДж/т.
Максимальным накоплением переваримого протеина в биомассе сложных агрофитоценозов выделяются смеси: чина (1,0 млн.) + суданская трава (1,6 млн.) — 0,83 т/гачина (1,0 млн.) + кукуруза (0,06 млн.) при черезрядном (0,89 т/га) и полосном (0,86 т/га) способах размещения компонентов. Наименьший сбор переваримого протеина с 1 га посева был на смесях чины с ячменем (0,52 и 0,62 т/га) и в смесях с подсолнечником (0,61 и 0,63 т/га). Максимальная обеспеченность кормовой единицы переваримым протеином (ПП) отмечена в одновидовом посеве чины (204 г), чино — кукурузных (156 и 150 г) и чино — подсолнечниковых смесях (146 г).
В одновидовых и сложных агроценозах чины с мятликовыми и подсолнечником кормовая масса суммарных урожаев обеспечена переваримым протеином значительно выше предусмотренных норм кормления.
15.Максимальная урожайность гороха (3,89 т/га) в достаточно влаго-обеспеченный год была достигнута при густоте стеблестоя 1,13 млн. раст./га, в среднезасушливые и крайне сухие годы наивысшую урожайность обеспечивали посевы с густотой стеблестоя 0,97−1,01 млн. раст./га. Максимальные урожаи чины в среднезасушливые, влажные и сухие годы были достигнуты при густоте стояния 1,10,1,12 и 1,0 млн. раст./га.
Максимальную урожайность чечевицы в условиях достаточно влажных лет обеспечивала густота стояния 1,5 млн. раст./га, в равных условиях, но при 0,75 млн. раст./га урожайность снижалась на 36%.
Наивысшую урожайность нута в умеренно сухие (2,45 т/га) и влажные годы обеспечивала густота стояния 0,79 и 0,70 млн. раст./га. При большем загущении посевов резко снижалась общая и семенная продуктивность растений, снижается содержалось белка и клетчатки.
При загущении посевов зернобобовых культур в зеленой массе снижается содержание протеина, повышается количество клетчатки, однако возрастают урожай кормовой массы и сбор протеина с единицы площади.
Зеленая масса чины посевной во все периоды вегетации отличается высоким содержанием протеина (18,2−20,2%) и меньшим содержанием клетчат-ки (20,6−26,4%).
16. В условиях засушливого Поволжья чина посевная отличается максимальным накоплением энергии в урожае (28,4 тыс. МДж/га), превышая ее содержание в урожае гороха на 26,1, чечевицы — 55,1 и нута — 53,7%. Коэффициент энергетической эффективности посевов чины — 2,20, гороха — 1,77, чечевицы — 1,48 и нута — 1,51. Энергетически эффективными являются смеси чины с кукурузой, ячменем суданской травой (3,0−4,2). Энергетическая себестоимость 1 т зеленой массы чино-мятликовых смесей составляет 0,65−0,90 ГДж. Включение в сырьевые конвейеры высокопродуктивных смесей чины с суданской травой, кукурузой и подсолнечником, обеспечит бесперебойное поступление высококачественной зеленой массы в течение всего весенне-летне-осеннего периода.
17.Результаты производственной проверки возделывания зернобобовых культур в учебно-опытных хозяйствах СГАУ, в СХТО «Дружба» Ровен-ского района и других хозяйствах Саратовской области соответствуют основным выводам диссертационной работы.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.
1. В условиях сухостепной и черноземной степной зон Поволжья горох, чину, чечевицу и нут следует высевать в ранневесенние сроки, глубина заделки семян 6−8 см. Оптимальная норма высева семян для гороха и нута 1,2 млн. всхожих семян на гектар. Чину следует высевать сплошным рядовым способом дифференцируя нормы высева от 0,7 до 1,3 млн. всхожих семян на гектар с учетом запасов продуктивной влаги в почве. Адаптированные сорта чечевицы Петровская 4/105 и ПСЕ-4 необходимо высевать сплошным рядовым способом с коэффициентом высева 2,0−2,5 всхожих семян на гектар. Широкорядные посевы следует практиковать для размножения дефицитных и перспективных сортов.
2. Для повышения продуктивности и симбиотической азотфиксации зернобобовых культур, а также плодородия почвы семена перед посевом необходимо инокулировать ризоторфином совместно с молибденом.
3. Для получения сбалансированных кормов по сахаро-протеиновому соотношению в систему зеленого и сырьевого конвейеров целесообразно включать однолетние мятликово-бобовые смеси, состоящие из бобового компонента чины и мятликового — суданской травы, кукурузы, ячменя, а также чино-подсолнечниковые агроценозы.
