Обоснование параметров утилизации соломы озимой пшеницы на кормовые цели и удобрения

Актуальность темы

Темпы развития современного растениеводства лишь на 50−60% обеспечивают реализацию генетического потенциала животноводства. Основной лимитирующий фактор — острый дефицит энергии и полноценного протеина. Причем, проблема дефицита физиологически доступной энергии завуалирована, она проявляется лишь через относительный дефицит концентрированных кормов и низкое качество объемистых кормов, использование которых в составе рационов резко снижает показатель концентрации объемной энергии в сухом веществе используемых кор-мосмесей, а, следовательно, и продуктивное действие последних [A.B. Архипов, 1990].

Обработка на ЭВМ многолетних данных по развитию скотоводства в нашей стране позволила четко выделить 5 периодов (по среднему надою на фуражную корову) связанных с особенностями кормления и качеством используемых объемистых кормов.

Первый период (1960;1963 гг.) — продуктивность снизилась на 356 кг или на 12%, что совпало с внедрением силосного типа кормления. В этот период в среднем на корову заготавливалось 25−32 ц силоса, а количество используемого сена снизилось с 9,3 до 6,7 ц.

Второй период (1964;1970 гг.) — рост продуктивности на 44,9% или на 713 кг, что совпало со снижением обеспеченности силосом (до 20−22 ц), сохранением того на уровне (до 6,4−7,2 ц) и резким увеличением расхода концентрированных кормов с 5,3 до 8−9 ц.

Третий период (с 1978;1981 по 1982;1990 гг.) характеризуется нестабильностью показателей продуктивности, которая то возрастала, то падала.

Однако в этот период рост продуктивности во всех случаях совпадала с увеличением заготовки сена с 5,1 до 7,6 ц.

С позиции опыта последних лет следует выделить четвертый период (с 1991 г. по сегодняшний день), характеризуемый резким снижением не только поголовья, но и продуктивности. Кризисная ситуация в АПК привела к тому, что многие предприятия с развитой индустриальной технологией добивавшиеся в прошлом высокой продуктивности, сегодня используют свои мощности лишь на половину, или даже полностью останавливаются.

Факты таковы, что животноводство России, на сегодняшний день, по уровню развития отброшено на 20−30 лет назад. Средняя обеспеченность кормами не превышает25−27 ц кормовых единиц на условную голову при концентрации обменной энергии не более 8 МДж и 10−11% сырого протеина.

Восстановление животноводства, и, прежде всего скотоводства, а также последующая его интенсификация связана с опережающим развитием кормовой базы, улучшением ее структуры, повышением качества объемистых кормов и сбалансированности рационов. Решение этой проблемы затрагивает не только вопросы оптимизации структуры посевных площадей, повышение урожайности и валового сбора кормовых культур, но и широкое внедрение безотходных и ресурсосберегающих технологий в систему производства и использование кормов.

С этих позиций большой научный и практический интерес представляет проблема рационального использования побочных продуктов растениеводства, содержащих высокий уровень лигнифицированной клетчатки. Накоплен богатый научный и практический опыт утилизации таких продуктов, в том числе, как кормового средства, так и компонента для приготовления органических удобрений. Однако до сих пор нет четко обоснованных параметров использования соломы в качестве корма или удобрения обеспечивающих применительно к конкретным производственным условиям наиболее высокую экономическую эффективность и экологическую целесообразность. Это дает основание считать, что избранная тема, посвященная обоснованию параметров утилизации соломы озимой пшеницы на кормовые цели и удобрения, обладает несомненной актуальностью.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы — обосновать параметры утилизации соломы злаковых зерновых культур в виде компонента рационов или органических удобрений, обеспечивающих повышение эффективности кормления крупного рогатого скота за счет сокращения затрат энергии и производственных ресурсов.

Для достижения намеченной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• обосновать потенциальные возможности поступления и рационального использования энергии побочной продукции растениеводства, и прежде всего зернового хозяйства, применительно к конкретным производственным условиям АПК Центрального Черноземья;

• получить экспериментальные данные по оценке сравнительной эффективности процесса утилизации соломы в пределах биосистем поч-ва-«растение и корм —>жи вотное;

• сформировать массив исходной информации, включающий как производственные статистические, так и экспериментальные данные, характеризующие механизм утилизации соломы на различных уровнях трофической цепи АПК;

• построить и реализовать на ПЭВМ математические модели, описывающие оптимальные параметры утилизации соломы в сфере материального производства АПК.

Научная новизна. Впервые проведен сравнительный анализ и дана объективная оценка эффективности утилизации соломы в животноводстве и растениеводстве в связи со сложившейся в хозяйствах ЦЧЗ реальной производственной ситуацией.

Обоснованы оптимальные нормы и условия использования соломы озимой пшеницы в качестве удобрения.

Практическая ценность работы заключается в том, что апробированные методические подходы к оценке эффективности различных технологических приемов утилизации соломы позволяют обосновать параметры использования соломы в качестве удобрения и компонента кормового рациона обеспечивающих, применительно к конкретным производственным условиям, увеличение производства кормов и молока, при минимальных энергозатратах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на заседаниях кафедры «Технологии производства и приготовления кормов» (1997, 1998 гг.), на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Курской ГСХА им. И. И. Иванова (1998, 1999 гг.), а так же на Международной конференции посвященной 95-летию со дня рождения акад. ВАСХНИЛ И. А. Даниленко, (Харьков, 1998 год).

По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей, 1 находится в печати.

Положения, выносимые на защиту:

1. Теоретическое обоснование выбора наиболее рациональных технологических приемов утилизации соломы и других побочных продуктов растениеводства с высокой концентрацией лигнифицированной клетчатки- 9.

2. По мере развития растениеводства и животноводства, количественные параметры утилизации соломы будут изменяться в сторону увеличения ее использования в качестве органического удобрения;

3. Утилизация соломы через цикл: почва — растение — животное является наиболее энергосберегающим и экологически целесообразным приемом увеличения объемов производства, повышения качества и продуктивного действия кормов и рационов для молочного скота.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, предложения производству, списка литературы. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, включая 15 таблиц и 11 рисунков.

Список литературы

включает 228 наименования, в том числе 44 на иностранных языках.

Выводы.

1. Теоретическим обоснованием к утилизации соломы в пределах биосистем почва растение и корм -" животное, служит то, что в обоих случаях это связано с созданием оптимальных условий для развития целлю-лозолитических микроорганизмов.

2. Аналогичность механизма утилизации соломы в пределах названых систем, обеспечивает возможность использования результатов экспериментальных исследований, по скармливанию соломы в скотоводстве в случаях ее включения в состав комплексных удобрений.

3. С ростом урожайности сельскохозяйственных культур в растениеводстве и повышением уровня кормления в животноводстве с 22 до 45 ц кормовых единиц на один гектар и с 30 до 40 ц. к. ед на условную голову в год соответственно, реальное использование соломы как кормового средства в животноводстве снижается с 25−30% до 11% (от ее производства) и возрастает от 75-до 90% (в растениеводстве).

4. При сложившейся структуре и интенсивности производства в аграрном секторе Центрального Черноземья среднегодовой выход соломы, в расчете на 100 га сельскохозяйственных угодий составляет 76,9 тонн, а реальная возможность использования ее через животное (корм + подстилка) не превышает 25,2 тонн, или 33% от ее поступления.

5. Критерий интенсивности процесса гидролиза клетчатки, оцениваемы по плотности почвенных микроорганизмов возрастает при использовании соломы в качестве удобрения на 24.4−102.5%, достигая 6,119−9,954 миллионов на один грамм почвы.

6. Тесная корреляционная зависимость между плотностью почвенных микроорганизмов и урожайностью сельскохозяйственных культур свиде.

II / тельствует о том, что использование соломы в качестве удобрения повышает эффективное плодородие почвы.

7. Использование соломы как удобрение в дозах от 20 до 50 ц/га в сочетании с 90 кг азота обеспечивает на каждый МДж обменной энергии (заключенной в соломе) получение 1,3 МДж обменной энергии в дополнительном урожае зерна.

8. Повышение качества грубых кормов за счет полного исключения из рационов молочного скота соломы при его продуктивности 2500 и 3000 кг молока за лактацию, повышает оплату корма продукцией на 12,1 и 4,8% соответственно.

9. Утилизация соломы как удобрения (85−90% от ее поступления) обеспечивает увеличение валового производства молока от 256,4 до 721,6 ц при интенсивности производства зерна от 1071,0 до 1935,0 ГДж соответственно на 100 га сельскохозяйственных угодий. При этом, дополнительно получаемый объем молока за счет использования соломы составляет 83,7 и 172,7 ц, или на каждый центнер внесенной в почву соломы получено 9,7 -10,5 кг молока дополнительно.

1 ю.

Предложения производству.

В зависимости от конкретных производственных условий, оцениваемых по интенсивности производства зерна в хозяйстве (структура посевных площадей и урожайность) и молочного скотоводства (плотность поголовья коров, продуктивность и уровень кормления), определять количественное соотношение соломы используемой в качестве удобрения и компонента кормовых рационов. При продуктивности молочного скота более 3000 кг за лактацию, солома озимых зерновых культур должна быть полностью исключена из состава кормовых рационов и использоваться в животноводстве только как подстилка или в растениеводстве в качестве органического удобрения.

Измельченная солома вносится в почву на том же поле непосредственно после уборки озимых зерновых под вспашку. Доза внесения соломы обусловлена полученным урожаем последней и может быть в пределах от 20 до 50 ц/га.

Эффективность использования соломы как удобрения повышается с внесением в почву азотных удобрений. В этом случае для достижения максимального эффекта рекомендуется вносить на каждый центнер соломы 34,5 кг азота.

Заключение

.

Результаты проведенных исследований позволили сделать следующее заключение.

Оптимальные параметры использования растительного сырья с высоким содержанием лигнифицированной клетчатки в пределах биосистем почва —" растение и корм -" животное, изменяются в широких пределах в зависимости от уровня и соотношения развития растениеводства и животноводства. При этом интенсификация растениеводства, связанная с оптимизацией структуры посевных площадей и ростом урожайности сельскохозяйственных культур, улучшением условий кормления и ростом продуктивности скота, потенциальные возможности эффективного использования соломы как кормового средства резко сокращаются, вплоть до полного исключения этого продукта из кормового баланса для животноводства. Среди альтернативных путей утилизации соломы и других побочных продуктов растениеводства с высоким содержанием клетчатки, наиболее приемлемый с точки зрения экономической эффективности и экологической целесообразности служит включение этих продуктов в состав комплексных и органических удобрений.

Теоретическим обоснованием использования соломы, как компонента удобрений под сельскохозяйственные культуры, служит то, что биохимический механизм утилизации соломы в пределах биосистемы почва -" растение аналогичен ее утилизации через пищеварительный тракт сельскохозяйственных животных, и, в частности, жвачных. В пределах биосистем почва -" растение и корм —" животное гидролиз клетчатки и ее включение в обменные процессы, с последующим использованием в качестве источника физиологически доступной энергии для живого организма (растения и.

1и/ животные), происходит под воздействием микроорганизмовв первом случае — аэробов, а во втором — анаэробов.

Относительно стабильные условия внешней среды в желудочно-кишечном тракте сельскохозяйственных животных (температура, влажность, рН, оптимальный уровень и соотношение питательных веществ) обеспечивают интенсивное развитие микрофлоры (особенно в рубце жвачных) и быстрый гидролиз соломы (5−21 сутки) и других растительных продуктов с высоким содержанием клетчатки.

В отличие от пищеварительного тракта животных в пределах биосистемы почва —" растение внешние условия среды (температура, влажность, рН, оптимальный уровень и соотношение питательных веществ), подвержены существенным колебаниям и не всегда их значение является оптимальным для интенсивного развития микробиологических процессов. Из-за этого отличия интенсивность микробиального гидролиза клетчатки в пределах данной биосистемы подвержена существенным сезонным колебаниям (вплоть до полного прекращения в период с отрицательными температурами) и характеризуется достаточно низкими темпами и длительным периодом до полного расщепления клетчатки (на протяжении нескольких вегета-ций в зависимости от технологии ее использования).

Однако, не смотря на то, что интенсивность гидролиза соломы в пределах почва —" растение существенно уступает аналогичному процессу в пределах биосистемы корм -> животное, утилизация соломы в качестве удобрения под сельскохозяйственные культуры имеет целый ряд неоспоримых преимуществ, которые позволяют в перспективе отдать приоритет именно этому направлению утилизации побочной продукции растениеводства. К этим преимуществам относятся:

1. Утилизация соломы через почву отличается высокой экономической эффективностью так как не требует дополнительных затрат труда, средств и.

1U8 энергии. Использование соломы как удобрения обеспечивает высокую окупаемость затрат за счет прибавки урожая заключенной в нем энергии и синтезированных органических веществ. Это дает основание считать, что в данном случае солома как удобрение повышает эффективность фотосинтетических процессов. Следовательно, мы имеем дело с экологически чистой и энергосберегающей технологией утилизации продукта;

2. Использование соломы как кормового средства требует дорогостоящего оборудования и высоких затрат энергии для ее подготовки к скармливанию. Кроме того, сам процесс гидролиза клетчатки микрофлорой рубца, требует присутствия энергии уже синтезированных органических соединений (рубцовое пищеварение проходит лишь при условии определенного соотношения сахара, азота, клетчатки и других питательных и биологически активных веществ). Это дает основание считать, что гидролиз клетчатки в пределах биосистемы корм —" животное является высокозатратным и малоэффективным путем утилизации соломы. Тем более, что увеличение удельного веса клетчатки в рационах сельскохозяйственных животных снижает интенсивность кормления и оплату корма продукцией.

3. Существенным преимуществом утилизации соломы через почву, является то, что количественные параметры ее использования, ограничены лишь валовым поступлением соломы, то есть практически вся солома может быть использована при минимальных затратах и высокой эффективности в качестве удобрения или компонента для их приготовления.

Аналогичность утилизации соломы через почву и через желудочно-кишечный тракт животного, позволяет использовать результаты экспериментальных исследований по использованию соломы в качестве кормового средства при обосновании оптимальных параметров утилизации соломы и других побочных продуктов растениеводства в качестве удобрения.

Не смотря на очевидные преимущества использования соломы в качестве удобрения, по сравнению с ее утилизацией через биосистему корм животное при современном уровне развития и экономическом состоянии аграрного сектора, солома зерновых культур пока еще остается обязательным компонентом кормового баланса для сельскохозяйственных животных. Учитывая это, нами для достижения намеченной цели были проведены предварительные исследования по оценке производственных факторов определяющих потенциальные возможности наиболее рационального использования соломы в качестве кормового средства при производстве молока. К этим факторам следует отнести размер и структуру посевных площадей занятых зерновыми, урожайность и валовое производство зерна, а следовательно и поступление соломы, объем и качество производимых сочных и грубых кормов, плотность и структуру животноводства, энергетический уровень кормления и продуктивность животных.

Систематизация и оценка количественного значения этих факторов с использованием классических методов математического анализа, дает возможность достаточно объективно представить себе параметры и эффективность использования соломы в современных условиях и на перспективу в зависимости от динамики развития аграрного сектора.

Для решения этого вопроса, нами использованы многочисленные статистические данные опубликованные в официальных сборниках, характеризующие состояние аграрного сектора Центрального Черноземья Российской Федерации, за период с 1970 по 1997 годы, в разрезе Воронежской, Липецкой, Белгородской, Тамбовской и Курской областей.

Результаты этих исследований показали, что сложившаяся структура производства аграрного сектора характеризуется высоким удельным весом посевных площадей занятых под зерновыми (в среднем 54% и более) при относительно низкой урожайности (15,5−29,5 ц/га). Валовое производство зерна, а следовательно и выход соломы, составляют от 9500 до 14 130 тысяч тонн. Такой структуре производства в растениеводстве соответствует и относительно низкий уровень животноводства и, в частности, крупного рогатого скота, как основного потребителя клетчатки. Так, на протяжении анализируемого периода, поголовье крупного рогатого скота по Центральному Черноземью находится в пределах от 5085,6 (в 1985 году) до 2433,1 тысяч голов (в 1997 году), в том числе 1875,1−1182,8 тысяч голов коров. При таком поголовье, плотность КРС не превышала 42−30 голов, в том числе 15−13 коров на 100 га сельскохозяйственных угодий.

Исходя из многочисленных экспериментальных исследований и производственного опыта, следует отметить, что такая плотность поголовья крупного рогатого скота не обеспечивает возможности оптимизации структуры производства в растениеводстве, соответствующего развития кормопроизводства и организации полноценного кормления животных. И, в частности, уровень кормления сельскохозяйственных животных за анализируемый период, характеризуется показателями равными 30 ц кормовых единиц на одну условную голову в год, что даже при самых благоприятных производственных условиях может обеспечить продуктивность в пределах 20 002 500 кг молока на фуражную корову. Для подтверждения этого заключения нужно отметить, что фактическая продуктивность коров за анализируемый период находилась в пределах от 2319,8 (в 1985 году) до 1922,0 кг (в 1995 году) молока в год. При таких параметрах, фактическое использование соломы в животноводстве (для подстилки и в качестве компонента рациона) составляло от 3,02 до 1,61 млн. тонн, или 30−17,5% от ее производства. Эта цифра практически совпадает с потенциальными возможностями ее утилизации в пределах биосистемы почва -" растение.

При такой ситуации развития растениеводства и животноводства могут быть полностью использованы реальные возможности утилизации соломы в животноводстве, прежде всего солома зернобобовых и яровых зерновых культур, а солома озимых зерновых культур (отличающаяся низкой кормовой ценностью) должна быть полностью утилизирована в виде органического удобрения или компонента для их приготовлен&trade-.

Начиная с 1991 года, по мере углубления экономического кризиса, инфляционных процессов и диспаритета цен на товары промышленного и сельскохозяйственного производства, в структуре сферы материального производства агропромышленного комплекса произошли существенные изменения вызвавшие не только экономический упадок, но и нарушившие экономическую устойчивость в аграрном секторе. К таким изменениям следует отнести, прежде всего, сокращение поголовья сельскохозяйственных животных, в том числе крупного рогатого скота, сокращение посевных площадей при увеличении удельного веса посевов занятых под зерновыми. Эти структурные изменения, на фоне существенно сократившегося материально технического снабжения производства, привели к снижению урожайности в растениеводстве и продуктивности в животноводстве, сокращению валового производства зерна и животноводческой продукции, росту себестоимости производимой продукции и резкому падению рентабельности.

В этих условиях существенно изменились параметры и возможность утилизации соломы через животноводство. Включение соломы без предварительной подготовки в рационы дефицитные по энергии и протеину во многих случаях имеет негативные последствия, проявление которых можно наблюдать по снижению эффективности использования кормов и высоким затратам корма на единицу продукции. Практически, включение соломы в такие рационы, создает лишь иллюзию достаточной энергетической обеспеченности животных оцениваемой по кормовым единицам в расчете на 1 условную голову в год. это послужило еще одним веским обоснованием к проведение экспериментальных исследований по сравнительной оценке эффективности использования соломы в качестве удобрения и компонента кормовых рационов.

Оценка эффективности использования соломы как удобрения или компонента для его приготовления осуществлена на посевах озимой пшеницы. При этом предполагалось, что в производственной практике в перспективе будет использована технология уборки зерновых предусматривающая измельчение и рассеивание по полю соломы комбайном при обмолоте зерна. Последующее запахивание этой соломы, как в чистом виде, так и с добавлением минеральных азотных удобрений, создает оптимальные условия для интенсивного развития почвенной микрофлоры, в том числе для целлюлозо-литических бактерий уже на протяжении первых осенних месяцев при положительной температуре окружающей среды и достаточном увлажнении почвы.

Как показали наши исследования, плотность почвенной микрофлоры за период со времени закладки соломы (20 августа) по октябрь возросла с 4,800 (в контроле) до 5,920−7,534 млн./гр. (в вариантах с использованием соломы). Аналогичная картина наблюдалась и в весенний период начиная с момента наступления стабильных положительных температур (апрель) плотность микроорганизмов варьировала от 5,716 до 7,185 млн./гр в вариантах с внесением соломы, или на 25,7−58,0% больше по сравнению с контролем.

Увеличение плотности почвенной микрофлоры является косвенным показателем интенсивности микробиального гидролиза внесенной соломы и повышения плодородия почвы. Это подтверждается и увеличением выхода зерновой продукции при использовании соломы в качестве удобрения.

Наиболее оптимальным вариантом использования соломы, обеспечивающим дополнительное получение 22,6 ц зерна на 1 гектар, и который может быть рекомендован для широкого применения в производстве служит из использование соломы в определенном сочетании с азотными удобрениями. В данном случае это внесение соломы (45ц/га) и азота (90 кг на 1 гектар). Таким образом, внесение в почву измельченной соломы содержащей 69,6ГДж валовой энергии, в том числе 23,8 ГДж обменной энергии, обеспечило дополнительное получение с зерном урожая 20,3 ГДж обменной энергии. А это значит, что на каждый ГДж внесенный с соломой в почву, дополнительно с продукцией (в зерне) синтезируется 1,14 ГДж. Это еще раз подтверждает заключение о том, что данная технология утилизации соломы обеспечивает дополнительный синтез энергии без дополнительно вложенных затрат.

Параллельно сравнительная эффективность использования соломы озимых культур в кормлении молочного скота, сравнивалась с другими видами грубых кормов и, в частности с сеном, которое замещало солому в эквивалентных количествах по сухому веществу.

Использование соломы в количестве 45−50% от суточной дачи грубого корма при концентрации клетчатки в сухом веществе рациона 23,9−25,6%, при продуктивности равной 6,8 и 13,5 кг в сутки, по сравнению рационами, где в качестве грубого корма использовалось только сено, наблюдалось снижение концентрации энергии и сырого протеина в рационе, соответственно на 4 и 9,1% и, как следствие, снижение валового производства молока и суточной продуктивности на 16% при удое 1740 кг, и на 8,5% при удое 3426 кг за лактацию. Исходя из полученных результатов можно заключить, что использование соломы озимой пшеницы в кормлении молочного скота в принятых нормах снижает биологическую полноценность рационов и увеличивает затраты корма на единицу продукции. При этом, чем выше продуктивность животных, тем существеннее негативные последствия от включения соломы в кормовые рационы.

Полная замена соломы в кормовых рационах сеном, существенно повышает их полноценность и, как следствие, возрастает молочная продуктивность и оплата корма продукцией.

Полученные результаты по сравнительной оценке использования соломы и сена в качестве грубого корма для молочного скота, дает основание утверждать, что высокая эффективность утилизация соломы через почву связана не только с повышением плодородия почвы, получением дополнительной и дешевой продукции, но и с возможностью качественного улучшения объемистых кормов в рационах молочного скота, что в конечном итоге обеспечивает получение дополнительной животноводческой продукции при минимальных затратах кормов.

Для экспериментального подтверждения этого заключения нами была построена математическая модель, описывающая экономическую и биологическую эффективность утилизации соломы в качестве удобрения и кормового средства при различных параметрах развития растениеводства и животноводства. Данная модель включала, как статистические производственные, так и экспериментальные данные.

Анализ данной модели позволил определить количественное значение основных параметров определяющих объем и эффективность утилизации соломы, изучаемыми путями.

Результаты этих исследований показали, что по мере развития аграрного сектора, оптимизации структуры производства растениеводства и животноводства выход соломы на 100 га пашни будет возрастать от 1200 до 1360 ц, или на 13%, но ее использование в животноводстве будет последовательно сокращаться до полного исключения из кормового баланса.

Наиболее реальные условия использования соломы как удобрения — это ее запахивание непосредственно на том поле где она была получена. В этом случае, при использовании семипольного севооборота имеющего 2 по1 ля под озимой пшеницей и одно поле, под яровыми зерновыми, высеваемыми с многолетними травами в качестве основной культуры, и применении соломы в качестве удобрения, ежегодно хозяйство может получать солому озимой пшеницы в количестве 1261,2 ц в расчете на 100 га посевной площади. При этом ежегодно это количество соломы может быть эффективно использовано на площади двух полей, общей площадью 28,6% (от общей посевной площади). Это, в конечном итоге, позволит повысить эффективность производства (по сухому веществу) на 11−38%, в зависимости от технологии использования соломы. но.