Научные основы формирования смешанных агроценозов кормовых трав в горной зоне Центральной части Северного Кавказа

Научные основы ФОРМИРОВАНия смешанных агроценозов кормовых ТРАВ в горной зоне Центральной части Северного Кавказа

Специальности: 06.01.09 - растениеводство,

06.01.12 - кормопроизводство и луговодство

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук
Владикавказ-2008

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова» в 1998-2008 гг.

Защита диссертации состоится 5 марта 2009 г. в 11.00 ч. на заседании диссертационного совета ДМ 220.023.01 при ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» по адресу: 362040, Россия, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Кирова, 37, Горский ГАУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте referat_ vak@ministry.ru

Автореферат разослан «____» ____________200_ г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Лазаров Т.К.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Решающим фактором успешной реализации задач по развитию сельскохозяйственного производства является адаптивная стратегия земледелия, сменившая техногенные системы. В этой связи большое народнохозяйственное значение имеет разработка основных агротехнических приемов выращивания высокопродуктивных, адаптивных, энергосберегающих агроценозов, обеспечивающих повышение устойчивости кормовой базы и природоохранной роли кормовых культур, в том числе в условиях воздействия техногенных стрессоров.

Решение актуальной проблемы увеличения производства полноценных кормов можно осуществить путем производственной интродукции экотипов ценных дикорастущих видов трав местных популяций, разработки агротехнических приемов повышения их продуктивности по принципу организации естественных растительных сообществ, расширения набора растений, обладающих высокой устойчивостью к неблагоприятным почвенно-климатическим условиям (засуха) и почвоулучщающими свойствами.

В условиях ограниченных возможностей для сельского хозяйства горной зоны эффективным способом повышения конкурентоспособности предприятий является диверсификация сельскохозяйственного производства путем расширения посевов культур, используемых в различных отраслях народного хозяйства. В связи с этим, практическую значимость приобретает внедрение в практику растениеводства горной зоны Центральной части Северного Кавказа агроценозов лекарственно-кормовых трав многоцелевого использования, выращивание которых позволит иметь гарантированную прибыль в зависимости от конъюнктуры рынка, смягчить проблему безработицы.

Цель и задачи исследований.

Цель исследований заключалась в разработке ресурсосберегающих агротехнических приемов, обеспечивающих повышение урожайности и качества агроценозов кормовых трав многоцелевого использования, обладающих высокой биологической ценностью и продуктивностью в горных условиях (девясил высокий, окопник шершавый, крапива двудомная и козлятника восточный).

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- оценка возможности производственной интродукции козлятника восточного, девясила высокого, окопника шершавого и крапивы двудомной из естественного генофонда горной зоны на основе исследования интенсивности самовозбновления, структуры и гетерогенности фитоценозов;

- определение роли суберизации корней и лигнификации стеблей в формировании засухоустойчивости травянистых растений в целях успешной интродукции в районы с неустойчивым увлажнением;

- обоснование модели смешанного агроценоза широколистных трав на основе принципа дифференциации экологических ниш и фитоценотической конкуренции;

- изучение продукционного процесса и хозяйственной продуктивности агроценозов козлятника восточного, девясила высокого, окопника шершавого и крапивы двудомной в монокультуре, парных и полных смесях по срокам вегетации;

- выяснение влияния ценотических (конкуренция) и антропогенных (удобрения) факторов на хозяйственную продуктивность многолетних трав в смешанном агроценозе по сравнению с монокультурами;

- установление качественного состава биомассы агроценозов многолетних трав в смесях и в монокультурах;

- определение степени биогеохимической сбалансированности агроценозов трав в монокультуре и в смеси по азоту и зольным элементам;

- исследование сукцессионного процесса в агроценозах многолетних трав;

- оценка степени накопления агроценозами кормовых трав токсичных элементов и техногенных радионуклидов, изучение роли компонентов смеси в биоиндикации техногенного загрязнения;

- изучение почвенно-биотического комплекса как подсистемы агроценозов многолетних трав;

- энергетическая и социально-экономическая оценка эффективности агроценозов многолетних кормовых трав.

- разработаны принципы конструирования смешанных агроценозов широколистных кормовых трав;

- дано обоснование развития растениеводства в горной зоне путем его диверсификации, в частности с использованием многолетних лекарственно-кормовых трав, урожай которых имеет неограниченный рынок сбыта для последующего многоцелевого использования;

- разработана методика и предложен принцип оценки засухоустойчивости кормовых трав по степени и интенсивности суберизации корневой системы;

- исследован фитосанитарный статус и природоохранная роль многолетних кормовых трав в агрогеобиоценозах.

Исследования являются составной частью тематического плана НИР КБГСХА (шифр 06.01.0905, номер государственной регистрации 0120.0 802390).

1.Теоретическая концепция и количественные параметры оценки засухоустойчивости кормовых трав по степени и характеру суберизации корней при подборе видового состава для районов с неустойчивым увлажнением; эмпирические зависимости выживаемости растений и экологической стратегии видов в условиях почвенно-воздушной засухи от их коэффициента суберизации.

2.Обоснование оптимальной модели смешанного агроценоза многолетних широколистных трав, сконструированного с учетом их эколого-фитоценотических стратегий, вертикальной и горизонтальной структуры, сбалансированности по минеральным веществам.

3.Показатели продукционного процесса, эффективности размножения девясила высокого, окопника шершавого, крапивы двудомной и козлятника восточного в зависимости от условий выращивания; количественные показатели сукцессионного процесса в смешанных агроценозах.

4.Оценка фитосанитарного и микробиологического статуса кормовых трав.

5.Энергетическая и социально-экономическая оценка выращивания смешанных агроценозов лекарственно-кормовых трав в горной зоне Центральной части Северного Кавказа.

Автор глубоко признательна за помощь и поддержку доктору сельскохозяйственных наук профессору Жерукову Б.Х., за ценные советы при выборе научного направления исследований и оформлении диссертации, консультативную помощь по вопросам исследований - доктору сельскохозяйственных наук профессору Фисуну М.Н., доктору сельскохозяйственных наук профессору Шомахову Ю.А., доктору сельскохозяйственных наук профессору Кумахову В.И., доктору сельскохозяйственных наук профессору Шукаевой Ф.Ж.

В качестве объектов исследований выделены многолетние широколистные травы (козлятник восточный, девясил высокий, окопник шершавый, крапива двудомная), а также травянистые растения различных экологических групп по отношению к условиям увлажнения в естественных фитоценозах предгорно-горной зоны Центральной части Северного Кавказа.

Предгорная зона Центральной части Северного Кавказа, находящаяся в высотном поясе 500-800 м над уровнем моря, характеризуется теплым и умеренно влажным климатом, горная зона - умеренно-теплым с неустойчивой обеспеченностью осадками, выраженным ветровым режимом, высокой степенью синергетической природной опасности (оползни, обвалы, осыпи, град, сели). Температурный и влажностный режимы 1999-2001 гг. были близки к средним многолетним значениям (9,3^оС и 625 мм). 1998 г. был жарким и засушливым со среднегодовой температурой 10,9^оС и суммой осадков 521 мм. За период исследований относительная влажность воздуха в течение вегетации была близка к среднему многолетнему значению (73%) в 1998 г., в 1999 г. – выше на 3, в 2000 г. – на 5, в 2001 г. – на 2%. В 2002-2007 гг. тепловой режим был близок к среднемноголетним значениям (8,3-8,4^оС). В 2004, 2006 и 2007 гг. режим выпадения осадков был наиболее близким к среднемноголетним значениям (ГТК=1,8). В 2005-2006 г. количество осадков составило 523 мм (ГТК=1,0), в т. ч. за июль-август – 49 мм. В 2002 гг. осадков было на 11,7% выше среднемноголетнего значения, в 2003 г. – на 9,8% ниже.

Опыты проводились на серой лесной почве СХПК «Нальчикский», серой лесной и аллювиальной луговой почвах МУП СПК «Сукан-Суу». Серые лесные почвы опытных участков в пахотном слое (0-20 см) характеризовались средним содержанием гумуса (2,7-4,6%), средним (30-52 мг/кг) и повышенным (63-82 мг/кг) содержанием подвижного фосфора, высоким (76-92 мг/кг) и повышенным (98-105 мг/кг) содержанием обменного калия, слабощелочной (рН_водн.=7,0-7,4) и близкой к нейтральной реакцией (рН_водн.=6,9-7,0). Аллювиальная луговая почва опытного участка в пахотном слое (0-10 см) характеризовалась низким содержанием гумуса (2,4-3%), средним содержанием подвижного фосфора (64-72 мг/кг) и высоким – обменного калия (90-96 мг/кг), слабокислой реакцией (рН_водн=6,0).

В процессе исследований реализованы следующие опыты.

Опыт 1. Заложен в 1998-2001 гг. на серой лесной почве предгорной и горной зон. Размер учетных делянок 25 м². Способ посева широкорядный с междурядьями 70 см, повторность четырехкратная. Посев козлятника и крапивы - ранневесенний, девясила и окопника осенний. Проводили 2 укоса. Варианты опыта: 1.козлятник восточный (1 млн. шт./га) – посев 5.04.1998 г; 2.крапива двудомная (1 млн. шт./га) – посев 5.04.1998 г.; 3.девясил высокий (0,25 млн. шт./га) – посев 10.10.1998 г.; 4.окопник шершавый (0,1 млн. шт./га) – посев 10.10.1998 г. На участок с посевом крапивы двудомной ранней весной ежегодно вносили перепревший навоз из расчета 20 т/га 1 раз в 3 года.

Опыт 2. Оценка побегообразования и продуктивности козлятника восточного в зависимости от высоты скашивания и рельефа местности. Посев рядовой с междурядьями 30 см и нормой высева 2 млн. шт./га. Почва серая лесная. Варианты: 1 (участок на ровном рельефе), 2 (участок на склоне с углом в основании 32^о).

Опыт 3. Механизмы приспособления к условиям засухи исследовали у 38 видов травянистых растений различных экологических групп по отношению к условиям увлажнения. Для исследования отбирали по 10 особей каждого вида в засушливые и особенно жаркие периоды года. Устанавливали связь между суберизацией корней, лигнификацией стеблей и выживаемостью трав. Учет проводили на 4-х постоянных площадках по 1 м² в 2-3 срока в течение вегетации.

Опыт 4. Двухфакторный: оценка продуктивности смешанного агроценоза кормовых трав по сравнению с монокультурами в зависимости от типа почвы. Фактор А – тип почвы (серая лесная, аллювиальная луговая). Фактор В – тип агроценоза: 1.козлятник восточный в монокультуре, 2.девясил высокий в монокультуре; 3.окопник шершавый в монокультуре; 4.крапива двудомная в монокультуре, 5. смешанный агроценоз. Площадь посадок по 30 м². Плантации были заложены весной 2002 г. путем посадки отрезков корневищ девясила и окопника с 2-3 почками, корневых отпрысков козлятника и крапивы в борозды на глубину 15 см с расстоянием в ряду 70 см и с междурядьями 70 см. Расположение систематическое. Соотношение компонентов смешанной посадки 1:1:1:1. Посадка произведена чередующимися полосами по 5 м. Укос растений проводился в конце июня и в начале августа. Повторность четырехкратная.

Конкурентоспособность кормовых трав в смешанных агроценозах определяли по продуктивности зеленой массы соседних компонентов полос. Повторность шестикратная. Фактор А – тип почвы (серая лесная, аллювиальная луговая). Фактор В – продуктивность парных смесей: 1) крапива двудомная + козлятник восточный; 2) козлятник восточный + девясил высокий; 3) девясил высокий + окопник шершавый.

Оптимальные варианты удобрения смешанного агроценоза изучали в двухфакторном опыте: фактор А - вид удобрений, фактор В - тип агроценоза (смесь, монокультура). Повторность четырехкратная.