Занятие 4.1.1 Регулирование основных факторов формирования продуктивности естественных и культурных пастбищ

Цель. Научиться получать запланируемую урожайность на основе регулирования светового, водного и пищевого режимов, знать и применять основные законы земледелия применительно к условиям естественных и культурных пастбищ.

Материалы и пособия.Задания по регулированию светового, водного и пищевого режимов для получения запланируемую урожайность пастбищ. Вспомогательные таблицы – поступление фотосинтетически активной радиации (ФАР), коэффициенты использования солнечной энергии травами, влагообеспеченность травостоев (т/га), коэффициенты водопотребления. Счетная техника. Справочные литературы.

Содержание. Планирование урожайности – важная проблема современной агрономической науки и практики. Необходимое условие успешного выполнения задачи – знать и применять основные законы земледелия:

закон равнозначимости, или незаменимости, факторов – для нормальной жизнедеятельности трав исключение какого-либо, даже незначительного фактора не может быть ничем компенсировано;

закон ограничивающего фактора, или закон минимума, - всякие дополнительные затраты без учета фактора, находящегося в минимуме, не могут дать должного эффекта; закон минимума определяет систему земледелия, способы обработки почвы, проведение мероприятий по осушению и орошению лугов;

закон возврата – для поддержания плодородия почвы в нее необходимо вносить питательные вещества, потребляемые травами на создание урожая; правильно определенные дозы удобрений способствуют прогрессивному повышению плодородия почвы и определяют возрастающую по спирали эффективность одних и тех же удобрений;

закон оптимуми, или закон совокупного действия факторов, - наивысшую продуктивность растений обеспечивает только оптимальное соотношение разнообразных факторов; при разработке технологических карт в хозяйствах следует учитывать конкретные условия луга и на основе этого планировать систему удобрения, сроки посева, норму высева семян и т.д.;

закон критического периода луговых трав по отношению к фосфору – если растения в начале развития перенесли фосфорное голодание, то формирование высокого урожая даже при хорошей обеспеченности фосфором в последующий период уже невозможно;

закон физиологических часов – в зависимости от продолжительности светового дня и интенсивности освещения ускоряется или замедляется развитие растений;

закон регуляторной системы растений – травы беспрерывно реагируют на изменение внешней среды; наивысший урожай можно получить лишь в том случае, когда условия среды соответствуют биологическим особенностям растений, обусловленным генотипом. Это должно учитываться при районировании сортов и видов трав. Поливы и подкормки травостоев следует осуществлять по сигналу, поступающим от растений.

Применительно к травостоям нужно учитывать следующие показатели: приход фотосинтетически активной радиации (ФАР); коэффициент использования солнечной энергии травами; влагообеспеченность травостоев (т/га); коэффициент водопотребления их; урожай, который может быть получен за счет влагозапасов почвы и прихода солнечной энергии (т/га); количество воды, необходимое для получения запланированной прибавки урожая, то есть оросительная норма (м³/га); уровень эффективного плодородия почвы (количество N, P₂O₅, K₂O на 100 г почвы, кг/га); коэффициент использования питательных веществ из почвы (%); вынос элементов питания с планируемым урожаем (кг/га); уровень урожая, который может быть получен за счет эффективного плодородия почвы (т/га); коэффициент использования питательных веществ минеральных удобрений (%); планируемая прибавка урожая, для получения которой потребуется внести питательные вещества с минеральными удобрениями (кг/га).

Например, в условиях Северного Казахстана за период май-сентябрь приход на га площади ФАР составляет 13,8-14,7 млрд. кДж энергии, в том числе при температуре воздуха больше +10 ⁰С – 12,6-13,0 млрд. кДж/га. Здесь же за вегетационный период развития многолетних трав приход ФАР в среднем составляет 13,4-14,7 млрд. кДж энергии га.

Потенциальная продуктивность биологической массы по приходу ФАР можно определить по следующей формуле: У=QФАР • К/100 • С, где У – потенциально возможная продуктивность абсолютно сухой биомассы, кг, ц/га; QФАР – приход ФАР за период роста и развития культур, кДж/га; К – коэффициент использования ФАР, %; С – необходимая энергия ФАР для формирования единицы продуктивности кДж/кг (для Северного Казахстана этот показатель в среднем равен 16,75 тыс. КДж/га). Если мы примем, что коэффициент использования ФАР 1,5%, а приход ФАР=14,5 млрд. кДж/га, тогда возможная продуктивность трав будет равна У=14,5 млрд. кДж/га • 1,5%/16,75 тыс. кДж/га • 100 = 12985 кг, или 129,8 ц/га. Но ограничивает сбор таких урожаев влагообеспеченность. По средним многолетним данным, в условиях Павлодарской области выпадает 260 мм осадков, или 2600 т/га. Из них около 30% (780 т/га) приходится на непроизводительные расходы, на сток при таянии снега и испарение с поверхности почвы. Следовательно, запасы продуктивной влаги равны 1820 т/га. Разделив этот показатель на коэффициент водопотребления агрофитоценозов пастбищ (600), получают величину возможного урожая сухого вещества за счет влагозапасов почвы (1820 : 600 = 3,03 т/га). Затем рассчитывают оросительную норму на планируемую прибавку урожая. Допустим, планируемый сбор сухого вещества равен 6 т/га, тогда прибавка урожая составит 2,97 т/га (6 – 3,03 = 2,97). Умножением прибавки урожая на принятый коэффициент водопотребления определяют оросительную норму. В нашем примере она равна 1782 м³/га (2,97 • 600 = 1782). Приняв коэффициент использования поливной воды равным 0,8, получают окончательную оросительную норму (1782 : 0,8 = 2227,5 м³/га).

При закладке культурного пастбища с планируемым урожаем 5 т сухого вещества с 1 га делают следующий расчет: вынос питательных веществ на 1 т сухого вещества трав составляет 30 кг азота, 6,5 кг фосфора и 25 кг калия, на планируемый урожай 5 т сухого вещества возможный вынос составит: 150 кг азота (5 • 30), 32,5 кг фосфора (5 • 6,5) и 125 кг калия (5 • 25). Некоторую часть питательных веществ растения усваивают из почвы, за вычетом которых определяют потребность трав в элементах питания минеральных удобрений. Таким образом, в данном случае требуется 120 кг азота, 9,5 кг фосфора и 94 кг калия (таблица 15).

Таблица 15 - Средние данные для расчета доз удобрений на планируемый урожай кормовых культур

Культуры	Вынос на 1 ц сена, кг	Коэффициент использования из почвы	Коэффициент использования из удобрений
N	Р2О5	K2O	N	Р2О5	K2O	N	Р2О5	K2O
Эспарцет	2,5	0,5	1,3	0,7	0,15	0,10	0,6	0,15	0,4
Кострец безостый	1,4	0,2	1,1	0,7	0,12	0,10	0,6	0,20	0,4
Люцерна	2,6	0,6	1,5	0,8	0,15	0,08	0,6	0,20	0,4
Житняк	1,3	0,2	1,05	0,7	0,20	0,04	0,6	0,15	0,4

Например, в Северном Казахстане требуется определить дозу внесения двойного суперфосфата под люцерну при следующих условиях:

-планируемый урожай сена – 22 ц/га;

-содержание Р₂О₅ в почве – 1,5 мг на 100 г (по Мачигину);

-пахотный слой почвы – 0,25 м;

-в двойном суперфосфате содержится 50% Р₂О₅;

-объемная масса почвы – 1,2 г/см³.

Рассчитывается содержание доступного доля растений фосфора в пахотном слое почвы по формуле: П=n•d•h•100, где П – содержание доступного для растений фосфора (Р₂О₅) в пахотном слое почвы, кг/га; n – содержание доступного для растений фосфора по Мачигину, мг на 100 г почвы; d – объемная масса почвы, г/см³; h – пахотный слой, м. Значит П =1,5•1,2•0,25•100=45 кг/га.

Рассчитывается вынос фосфора планируемым урожаем по формуле: В = УּК, где В – вынос фосфора планируемым урожаем, кг/га; У – планируемый урожай зерна, ц/га; К – вынос фосфора на 1 ц зерна, кг. Значит В = 22ּ0,6=13,2 кг/га.

Расчет доз по потребности проводится по формуле: N_y = У•В/К, где N_y – потребность в азоте, кг/га; У – планируемый урожай, ц/га; В – вынос азота 1 ц зерна, кг; К – средний коэффициент использования азота из удобрений. Пример – на выщелоченном черноземе после кукурузы планируется получить урожай 25 ц/га. Потребность в азоте составляет: N_y = 25•4,5/0,7.

Для облегчения работы по составлению системы удобрения рекомендуется формула:

Д = (100ּВ) - (ПּК_п)

СּК_у

где Д – доза удобрения, кг/га; В – вынос элементов минерального питания с планируемым урожаем, кг/га; П – питательные вещества почвы, кг/га; К_п – коэффициент использования питательных веществ из почвы, %; К_{у –} коэффициент использована питательных веществ из удобрений, %; С – содержание действующего вещества в удобрении, %.

Исследования показали, что для получения запланированных урожаев 40-50 т зеленой массы с 1 га на почвах среднего плодородия необходимо ежегодно вносить на 1 га 200-250 кг азота, 60-80 кг фосфора, 100-120 кг калия.

Эффективным средством, от которого зависит получение гарантированно высоких урожаев на пастбищах при любых погодных условиях, является орошение. Оно также способствует более равномерному распределению пастбищного корма по циклам стравливания, влияет на лучшее усвоение травами питательных веществ из почвы и удобрений, улучшает микроклимат.

Расчет оросительной нормы. Оптимальные условия лугопастбищных трав создаются при влажности почвы 70-85% наименьшей влагоемкости.

Необходимость полива и величину оросительной нормы, то есть количество воды, требуемой для восполнения сезонного дефицита влаги, определяют по уравнению водного баланса. В упрощенном виде его можно записать так: Е = Р ± ∆W + M + I – O, где Е – суммарное водопотребление, то есть испарение воды растениями и почвой за вегетацию, м³/га; Р – количество осадков за вегетацию, м³/га; ∆W – изменение влагозапасов почвы, м³/га, рассчитывается как разница между содержанием воды в почве в весенний период и в конце вегетации (обычно в слое не менее 0-100 см); М – оросительная норма, м³/га; I – приток грунтовых вод, м³/га; О – отток в грунтовые воды, м³/га. Преобразуя данную формулу, получаем: М = Е – Р ± ∆W – I + O. Значить, величина оросительной нормы это разница между расходными (суммарное испарение, отток грунтовых вод) и приходными (осадки, приток грунтовых вод) статьями водного баланса.

Суммарное водопотребление наиболее точно устанавливают при использовании лизиметров. В практике его можно рассчитать на основании коэффициента водопотребления, то есть количества воды, расходуемого травостоем на образование 1 т сухого вещества.

Количество осадков определяют как среднемноголетнее за вегетационный период. Поскольку вегетация трав продолжается фактически все теплое время года, то обычно берут среднемноголетние данные за 6 мес. – с последней декады апреля до второй (включительно) декады октября. При более точных расчетах следует принимать во внимание только эффективные осадки (более 5 мм в сутки).

Показатель ∆W представляет собой разницу между весенним запасом воды в расчетном (корнеобитаемом) слое и остатков воды в данном слое в конце вегетации на орошаемых пастбищах. Количество доступной влаги можно рассчитать, вычитая из запаса воды в почве, который она способна удержать в состоянии полного насыщения (при 100% НВ), количество воды в ней при влажности, соответствующей разрыву капилляров. Эта разница характеризует активный запас влаги в почве. Она зависит главным образом от механического состава почвы и содержания в ней гуминовых веществ.

Приток грунтовых вод при расчете оросительных норм принимают во внимание, если они находятся на глубине 2 м от поверхности почвы и менее. Использование их растениями также зависит от механического состава почв.

Отток в грунтовые воды, или вертикальная фильтрация, происходит при избыточном увлажнении верхнего слоя почвы.

Расчет поливного режима. Поливной режим представляет совокупность норм, сроков и числа поливов.

Сроки (время) полива устанавливают различными методами. Чаще всего необходимость полива трав определяют по состоянию влажности почвы в корнеобитаемом слое (0-30 или 0-40 см). Обычно очередной полив культурных пастбищ проводят спустя 2-3 дня после стравливания травостоя. Межполивной период длится 7 дней и более в зависимости от состояния влажности почвы, которая должна поддерживаться на уровне не ниже 70% НВ.

Точно время полива можно установить, исходя из физиологического состояния растений. В связи с этим в последнее время сроки поливов трав стали диагностировать по показателю концентрации клеточного сока, которая связана с водным режимом почвы. С увеличением влажности почвы концентрация клеточного сока снижается и ростовые процессы в растениях протекают более интенсивно. Оптимальная концентрация клеточного сока у злаковых пастбищных трав в молодом возрасте 2-4%. По мере иссушения почвы она возрастает до 10-12% и выше. Сигналом для полива можно считать концентрацию клеточного сока 4,5-5%, что соответствует влажности почвы 70-75% НВ.

Таблица 16 – Оросительные и поливные нормы для пастбищ

Местоположение	Норма воды, м3га	Число поливов
оросительная	поливная
Суходолы, склоны балок	1500-1800		5-6
Поймы малых рек, днища балок, прирусловая пойма средних и крупных рек	1200-1500		4-5
Низинные луга, центральная пойма средних и крупных рек	900-1200		3-4
На культурных пастбищах при поддержании влажности средне-суглинистой почвы не ниже 70-85% НВ	1090-1610	230-270	4-7

Таблица 17 – Основные условия, определяющие способ и технику полива культурных пастбищ

Тип поливной машины	Допусти-мый уклон участка, микроре-льеф	Характерис-тика почвы и скорость впитывания в первый час, см	Полив-ные нор-мы, м3га	Факторы, ограничи-вающие примене-ние орошения
Широкозахват-ные дождеваль-ные машины (типа ДДА-100 МА и ДМУ-А-229-32, «Фрегат»)	0-0,02 (0,05); спокойный	Суглинистые, легкосугли-нистые, супесчаные, песчаные; 5-15 и более	100-600	Скорость ветра более 5-7 м/с, засоление почв, близкое залегание засоленных грунтовых вод
Дальнеструйные дождевальные агрегаты (типа ДДН-70)	0-0,01; различной сложности	То же	100-600	Скорость ветра более 2-2,5 м/с, засоление, размыв почвы
Среднеструйные дождевальные установки (типа ДКШ-64 «Волжанка»)	0-0,2; хорошо выровнен-ный	Тяжелосугли-нистые, суглинистые, легкосугли-нистые; 5-15 и менее	100-600	То же
Стационарные дождевальные системы с дальнеструй-ными насадками с использова-нием естествен-ного и искусст-венного напора	До 0,05; различной сложности	Суглинистые, легкосуглинистые, супесчаные, песчаные; 5-15 и более	50-600	Скорость ветра более 5 м/с

Поливную норму определяют по формуле: М = (В – В₁) • А • Н • 100; где М – поливная норма, м³га; В – влажность почвы, равная уровню НВ, %; В₁ – влажность почвы до полива, %; А – объемная масса почвы, м³/т; Н – толщина корнеобитаемого слоя, м.

Пример. Если влажность слоя почвы толщиной 0,4 м до полива была 20%, уровень влажности при НВ – 25% и объемная масса почвы – 1,3 м³/т, то поливная норма будет равна: М = (25 – 20) • 1,3 • 0,4 • 100 = 260 м³га.

Сумма всех поливных норм за вегетационный период составит фактическую оросительную норму. На практике можно использовать данные таблиц 16 и 17.

В аридной зоне культурные пастбища невозможны без стабильного орошения. В травостое с преобладанием люцерны вносят в основном только фосфорно-калийные удобрения с повышенными нормами фосфора. На злаковых травостоях при орошении в указанной зоне нормы внесения азота достигают 400-600 кг д.в. на 1 га, за счет чего продуктивность пастбищ возрастает до 15-20 тыс.корм.ед. с 1 га.

Особое место занимают профилактические мероприятия, проводимые против засоления. При этом в некоторых случаях на культурных пастбищах применяют механическое, промывное и химическое (гипсование) рассоление почв.

Порядок выполнения работы. Студент получает индивидуальное задание по планированию урожайности пастбищ в зависимости от светового, водного и пищевого режимов. Использовая формулы и вспомогательные табличные материалы, описанные в содержании, студент рассчитывает планируемую урожайность искусственных пастбищ по поступлению ФАР. Использовая формулы и вспомогательные табличные материалы, описанные в содержании, студент рассчитывает оросительную и поливную нормы, количество и сроки полива. Использовая формулы и вспомогательные табличные материалы, описанные в содержании, студент рассчитывает необходимую дозу внесение азота, фосфора, калия и суммарные количества удобрений для получения планируемую урожайность.