SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX УДК 631.582.(571.56)
DOI: 10.24411/2587-6740-2020-14073
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АМАРАНТА МЕТЕЛЬЧАТОГО В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ
Х.И. Максимова
Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства имени М.Г. Сафронова — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Федеральный исследовательский центр «Якутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук», г. Якутск, Россия
В статье приведены результаты полевых исследований по энергетической оценке новой перспективной культуры амаранта метельчатого, сорта «Багряный» на зеленый корм и силос для возделывания в резко континентальных условиях Центральной Якутии. Исследования с целью изучения биопродуктивности новых кормовых культур для возделывания на сочные корма проводились на орошаемом участке «Мойдох» агрофирмы «Немюгю» Республики Саха (Якутия). Полевые опыты выполнялись согласно методике полевого опыта, методике биоэнергетической оценки кормовых культур. Лабораторные исследования проводились на базе лаборатории биохимии с использованием спектрального анализатора NIR SCANNER mo LCE 4250. Установлено, что в среднем за годы исследований новая культура амарант обеспечила выход зеленой массы 28,1 т/га, сухого вещества 6,44 т/га, при энергоемкости 1 т продукции 1,06 ГДж/га сбор переваримого протеина составила 13,0 ц/га, кормовой единицы — 4,51 т/га и обменной энергии 59,8 ГДж/ га. Амарант обеспечивает энергетический коэффициент — 4,09, коэффициент эффективности производства кормов составляет 1,32, что доказывает целесообразность возделывания этой культуры на зеленый корм и силос в условиях Центральной Якутии.
Введение
Современные условия развития сельскохозяйственного производства требуют устойчивой, ресурсосберегающей технологии, обеспечивающей максимального использования агроклиматических ресурсов, биологических и агроэкологических факторов адаптивного природопользования.
Внедрение новых технологий производства продукции растениеводства в хозяйства, в зависимости от тех природно-сельско-хозяй-ственных зон, где они расположены, позволит перейти на адаптивно — интенсивному систему производства растениеводческой продукции [1].
В Республике Саха (Якутия) одним из главных задач полевого кормопроизводства является возможность повышения продуктивности посевов путем увеличения использования солнечной радиации в процессе фотосинтеза, для осуществления стратегического планирования научно — технологического развития отрасли, где важными критериями выступают географические, агробиологические и агроэкологиче-ские факторы.
Как известно, климат Центральной Якутии отличается резко континентальными метеоусловиями. Лето отличается жарким и коротким периодом, ФАР (фотосинтетическая активная радиация) за вегетационный период при сумме температур +50С составляет 13600 ГДж/га [2]. Сумма активных температур воздуха (+10 — +100С) в Центральной Якутии составляет 15650С. Вегетационный период растений в среднем длится 90-95 дней. При средней температуре воздуха в июле 16-190С, абсолютные максимальные температуры достигают 35-380С, весной дата перехода среднесуточной температуры воздуха через +100С наступает в конце мая [3].
Таким образом, погодные условия лета в Центральной Якутии позволяют выращивание теплолюбивых кормовых культур.
Немаловажным фактором, продвижения возделывания теплолюбивых кормовых культур послужили и благоприятные метеоусловия последних лет в связи с потеплением климата (среднегодовая температура повысилась на 3-50С, чем среднемноголетний показатель) [4]. В этих условиях одной из перспективной культурой для возделывания на сочные корма является амарант метельчатый.
Ценной особенностью амаранта является его быстрый рост, особенно в условиях яркого солнца, высокой температуры и даже малоувлажнен-ной почвы, которые соответствуют условиям Центральной Якутии. Амарант лучше переносит субаридные условия, чем кукуруза и пшеница, так как, тонко регулируя осмос, он устойчив к потере некоторого количества воды без увядания и засыхания [5].
Целью исследований следовательно является подбор новых высокоурожайных, экологически устойчивых сортов кормовых культур, адаптированных к условиям среды, способных полнее использовать биоклиматический потенциал региона.
Методика исследований
Изучение биопродуктивности кормовых культур проводилось на орошаемом участке «Мойдох» агрофирмы «Немюгю» в Приленском агроландшафте, Республики Саха (Якутия). При проведении исследований использовались методики полевого опыта [6], биоэнергетической и агроэнергетической оценки кормовых культур [7,8]. Биохимические исследования проводились в лаборатории биохимии и массовых анализов с использованием спектрального анализатора NIR SCANNER mo LCE 4250.
Тип почвы мерзлотный лугово-чернозем-ный солончаковатый, рН водный — 7,6-8,4, содержание гумуса — 3,14%, подвижных форм азота Nbii — 0,38, фосфора Р2О5 — 13,4 и калия К2О — 22?1 мг/100 г.
Изучались: 1. Овес Покровский-9 (традиционная силосная культура); 2. Амарант метельчатый «Багряный». Минеральные удобрения были внесены под предпосевную обработку в дозе М60Р60К60. Полив проведен дождевальным агрегатом КИ-5 с нормой 250 м3/га. Площадь делянок — 50 м2, повторность трехкратная.
Результаты исследований
Метеоусловия в годы исследований (2009 — 2014 гг) отмечались благоприятными, за исключением 2009 г. Средняя температура воздуха в июне-июле 2009 года повсеместно была высокой (18,2-200 С). Осадков выпало меньше средне-многолетней нормы. Метеорологические условия 2010 года отличались достаточной влагой в мае (20,9-26,4 мм). В июне, июле кратковременные осадки (19,0 мм) отмечались периодически, но они существенно не повлияли на продуктивную влагу почвы, ввиду высокой температуры воздуха (350-370 градусов). В 2011-2012 годах суточные перепады температур неблагоприятно повлияли на рост и развитие растений в первой половине лета (максимальная дневная температура достигала +380С, минимальная — +70С). В 2013 году весна была ранней, лето было прохладным, средняя температура воздуха составила +160С. В 2014 году в первой половине лета наблюдались среднесуточные перепады температур воздуха (максимальная +31,20С, минимальная -0,90С). Осадков в мае месяце выпало 1,9 мм при норме 25,4 мм, с июня по август (31,6 — 61,0 мм) наблюдались в пределах сред-немноголетней нормы.
Таким образом, агроклиматические условия в 2010 — 2014 гг. были благоприятными — ГТК-0,62, 1,05; 1,08; 1,56 и 0,67 при норме 0,60. В 2009 год отмечался засушливым, ГТК вегетационного периода составил 0,50.
Теплообеспеченность вегетационных периодов соответствовала по биологическим требованиям теплолюбивых растений и сумма активных
© Максимова Х.И., 2Q2Q Международный сельскохозяйственный журнал, 2Q2Q, том 63, № 4 (376), с. 58-61.
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
Таблица 1
Теплообеспеченность по фазам развития растений, (ст. Покровск)
Год Температура за межфазный период (0С),
Посев — всходы 01.06 — 15.06 Всходы-кущение 16.06 - 05.07 Кущение-выход в трубку 06.07-20.07 Выход в трубку-выметывание 21.07-05.08 Выметывание-цветение 06.08-15.08 Цветение-молочная спелость, 16.08-25.08 Сумма температур за вегетационный период
температур составила за период «посев — укосная спелость» от 1968оС до 2189оС по годам, что обеспечила высокую урожайность зеленой массы кормовых культур (табл.1). В фазе кущение — трубкование суточный прирост амаранта составлял 1,8 см, в фазе трубкование-выметывание максимальный суточный прирост при температуре воздуха в июле месяце до 380С отмечался у амаранта — 3,2 см. В фазе цветения высота растений составляла у амаранта до 127см, у овса — 108,2 см (табл.2).
За годы исследований урожайность зеленой массы амаранта составила 28,1 т/га, при этом прибавка зеленой массы была 11,9 т/га по сравнению с контрольной культурой овса. Наибольшие урожайности зеленой массы амаранта отмечались в благоприятные 2010 и 2011 гг. — 34,8 и 44,7 т/га, что выше в 2-3 раза, чем зеленая масса традиционной силосной культуры овса.
В неблагоприятный по метеоусловиям 2009 год амарант обеспечивал 19,8 т/га зеленой массы. В остальные годы урожайность зеленой массы амаранта была стабильной от 20,0 до 26,0 т/га. Соотношение урожайности зеленой массы овса и амаранта по годам показано в гистограмме (рис.1.).
Как известно, корова с удоем молока 3000 кг использует валовую энергию корма на 20-22%, коэффициент использования протеина на молоко составляет 33-39%, также значительное количество энергии выделяется с переваренными остатками (до 36-38%) [9]. Следовательно, важно повышение переваримости кормов, для эффективного их использования, которое определяется технологическими приемами, ботаническому составу, содержанию питательных веществ.
По расчетам анализа биоэнергетической оценки возделывания и уборки культур при возделывании амаранта совокупная затрата энергии на удобрения и технологические процессы составляют у овса 36,5 ГДж/га, у амаранта этот показатель 29,9 ГДж/га, что на 22% меньше чем у овса. Уменьшение совокупной затраты отмечается в стоимости семян амаранта, так как на 1гектар посева требуется лишь 1 кг мелкозернистых семян амаранта.
Агроэнергетические исследования установили, что амарант как высокоурожайная и высокобелковая кормовая культура обеспечивает высокий энергетический коэффициент — 4,09, коэффициент эффективности производства кормов составляет 1,32. Выход сухого вещества у амаранта — 64,4 ц/га, валовая энергия с одного гектара составляет 122,3 ГДж. Протеиновая питательность кормовой единицы у амаранта высокая 287,0 г на 1 кг сухого вещества при этом сбор переваримого протеина 13,0 ц/га и обменной энергии 59,8 ГДж. Энергоемкость 1 т проТаблица 2
Суточный прирост растений по фазам развития растений, см. (2009-2014 гг.)
Культура Кущение Суточный прирост Трубкова-ние Суточный прирост Выметывание Суточный прирост Цветение
Овес 23,8 2,1 54,3 2,4 93,6 1,1 118,8
Амарант 15,6 1,8 31,7 3,2 78,0 2,0 127,1
Рис. 1. Урожайность кормовых культур в зависимости от теплообеспеченности вегетационного периода (2009-2014 гг.)
Таблица 3
Биоэнергетическая эффективность технологии кормовых культур (2009-2014 гг.)
Показатели Культуры
Овес Амарант
Урожайность, т/га 16,2 28,1
Сухое вещество, ц/га 48,6 64,4
Валовая энергия, ГДж/га 88,9 122,3
Обменная энергия, ГДЖ/га 40,3 59,8
Переваримый протеин, ц/га 2,5 13,0
Затраты совокупной энергии, ГДж/га 36,5 29,9
Энергетический коэффициент (э. к.) 2,44 4,09
Энергоемкость, 1 т продукции, ГДж/га 2,25 1,06
Приращение валовой энергии, ГДж/га 45,1 85,1
Коэффициент энергетической эффективности 0,92 1,32
дукции 1,06 ГДж. Приращение валовой энергии отмечается 85,1 ГДж/га [10,11,12]. Эти показатели аналогичны к биоэнергетическому потенциалу кормовых культур выращиваемых по технологии производства зеленого замороженного естественным холодом корма — криокорм. [13] (табл.3).
Таким образом, адаптивное использование экологического и биологического потенциала новой культуры амаранта с целью обеспечения высокой продуктивности создает географическое и экологическое дифференцирование сортов кормовых культур. Исследование биоэнергетической оценки амаранта представля- 59
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (376) / 2020
SCIENTIFIC SUPPORT AND MANAGEMENT OF AGRARIAN AND INDUSTRIAL COMPLEX
Таблица 4
Таблица 5
Структура затрат совокупной энергии (2009-2014 гг.)
Затраты совокупной энергии Овес Амарант
МДж/га % МДж/га %%
Машины и оборудования S9S2 19,S S9S2 2A,9
Семена 7O2O 2S,O A26 1,8
Удобрения всего, в т.ч. 719A 2S,6 719A SO,1
азотные S622 1B,S S622 2S,S
фосфорные 1OAA S,A 1OAA A,A
калийные S2B 1,7 S2B 2,2
ГСМ B9AA 29,S B9AA S7,S
Электроэнергия 11A O,A 11A O,S
Пестициды - - - Живой труд, всего 12AS A,2 12AS S,2
Итого SOA67 1OO 2SB7S 1OO
Строительство изгороди 21BO - 21BO Строительство оросительной системы SB9B - SB9B ВСЕГО S6SAS - 299S1 Агротехнологическая эффективность технологии возделывания кормовых культур (2009-2014 гг.)
Показатели Овес Амарант
Урожайность, кг/га 162OO 2B1OO
Сухое вещество, кг/га AB6O 6ASS
Энергетическая ценность 1 кг сухого вещества, МДж/га
по валовой энергии 1B,S 19,O
по обменной энергии AOSSB S9BA6
Затраты энергии в производстве, МДж/га S6SAS 299S1
Энергетическая ценность урожая, МДж/га
по валовой энергии 889S8 12226S
по обменной энергии AOSSB S9BA6
Агроэнергетический коэффициент, %
по валовой энергии 2,AA A,O9
по обменной энергии O,92 1,S2
Таблица 6
Экономическая эффективность заготовки сочного корма
Показатели Культуры
Овес Амарант
Урожайность, ц/га 162 281
Заготовка силоса, ц/га 117 2OS
Прирост продукции с 1 га, ц - 86
Стоимость продукции, руб./га 2SAOO AO6OO
Затраты, руб/га SS1S6 SAOS1
Себестоимость, 1 ц. 2BS,2 121,1
Окупаемость затрат, руб. O,7 1,2
Чистый доход, руб./га - 6S69,O
Рентабельность,% - 19,S
ет интерес для определения оптимальной концентрации питательности в структуре рационов кормления животных. Так, для получения кормовых продуктов, содержащих биологически активных комплексов, ширица (дикорастущий вид амаранта), произрастаю-щая в климатических условиях Якутии предлагается в качестве сырья, как источник витаминов и энергии. Био-энергетичекий анализ с учетом агроэнергетиче-ской эффективности кормовых культур позволяет использовать природные, географические, биологические факторы и потенциал фотосинте-тически активной радиации.
Структура затрат совокупной энергии на возделывание кормовых культур показывает, что затраты на семена овса высокие — 7020 МДж/ га и составляет 23,0% от общей затраты совокупной энергии, у амаранта затраты на семена составляют 426 МДж/га (1,8%). На удобрения (7194 МДж/га), машины и оборудования (5952 МДж/га), ГСМ (8944 МДж/га), электроэнергии (114 МДж/га) у обеих кормовых культур расходуется одинаковое количество энергии. В процентном соотношении затрат от суммы совокупной затраты, наибольшая доля приходится на ГСМ (по овсу — 29,3%; по амаранту — 37,5%) и на удобрения — (23,6 и 30,1% соответственно).
Совокупная затрата энергии на удобрения и технологические процессы у амаранта ниже, чем у овса (36545 МДж/га) и составляет 29951 МДж/га (табл. 4).
Оценка агротехнологической эффективности технологии возделывания кормовых культур, показала что при урожайности зеленой массы амаранта 28100 и овса 16200 кг/га, энергетическая ценность 1 кг сухого вещества составляют 19,0 и 18,3 МДж/га в валовой энергии и 8,9; 8,3 МДж/га в обменной энергии. Энергетическая ценность урожая составляет по валовой энергии у амаранта — 122265 МДж/га, по обменной энергии — 59846 МДж/га, что на 37,5 и 48,4% выше, чем у овса (88938 и 40338 МДж/га соответственно).
Агроэнергетический коэффициент по валовой энергии у амаранта составляет 4,09%, что 1,5 раза больше, чем у овса (2,44), по обменной энергии — 1,32% также подтверждает эффективность возделывания его при агроэнер-гети-ческом коэффициенте овса 0,92 (табл.5).
Таким образом, хорошо сбалансированная по питательности зеленая масса из амаранта обладает большим преимуществом по сравнению с единственной традиционной культурой на сочные корма — овсом.
Экономическая эффективность заготовки сочного корма (силоса) из овса показывает, что окупаемость затрат 1 рубля равна 0,7, амаранта — 1,2 рублей. При возделывании амаранта чистый доход составляет 6569,0 руб./га, рентабельность заготовки силоса 19,3% (табл. 6).
Заключение
По данным биоэнергетической оценки амарант метельчатый обеспечивая высокобелковую зеленую массу до 28,1 т с 1 гектара, достоверно оправдывает возможность получения высоких стабильных урожаев зеленой массы, для производства сочных кормов в агроклиматических условиях Центральной Якутии. Коэффициент энергетической эффективности у амаранта составляет 1,32, у традиционной силосной культуры, овса — 0,92, что подтверждает возделывание новой культуры в суровых резко континентальных условиях Центральной Якутии. В этой связи представляет интерес исследование биоэнергетической оценки для определения оптимальной концентрации питательности в структуре рационов кормления.
Об авторе:
Максимова Харитина Ивановна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории кормопроизводства ОРСЮ: http://orcid.org/ 0000-0003-1540-5531, tinamaksimova56@mail.ru
www.mshj.ru
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
BIOENERGY ASSESSMENT OF AMARANTHUS CAUDATUS UNDTR THE CENTRAL YAKUTIA CONDITIONS
Kh.I. Maksimova
M.G. Safronov Yakut scientific research institute of agriculture — Division of Federal Research Centre «The Yakut Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences», Yakutsk, Russia
The article describes results of field experiments focusing on the energy assessment of the prospective Amaranthus caudatus culture «Bagryaniy» for the utilization as green fodder and cultivation silage under the high continental climate of Central Yakutia. The selection of prospective feeding cultivars for the silage took place in «Moydokh» irrigation field of «Nemyugyu» agrological company. Fieldworks were carried out following the general methods in this sphere, the methods of bioenergy assessment of forage crops. Laboratory works took place in laboratory of biochemistry, the machine used was spectral analyzer NIR SCANNER mo LCE 4250. It was established that annual average A. caudatus green mass yield was 28,1 t/ha, dry mass yield- 6,44 t/ha; exchange energy was 59,8 GJ/ha, feeding units 4,51 t/ha and amount of digestible protein was 1,30 t/ha. A. caudatus provided an energy coefficient of — 4,09, and the efficiency coefficient of fodder production was shown to be 1,32. To summarize, these results demonstrate the promising prospects of A. caudatus cultivation in the Central Yakutia.
References
About the author:
Kharitina I. Maksimov, candidate of agricultural sciences, senior researcher of the laboratory of feed production at, ORCID: http://orcid.org/ 0000-0003-1640-5531, tinamaksimova56@mail.ru
trends in science and technology: materials from VII International Science conference, Belgorod, No.7-2. Pp. 89-92.
tinamaksimova56@mail.ru
Издательство «Электронная наука» выпускает научные журналы на русском и английском языках. Нам доверяют авторы по всему миру. Количество наших читателей, в том числе и в Интернете,
более 55 тысяч человек ежемесячно.
ЖУРНАЛЫ ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЭЛЕКТРОННАЯ НАУКА»
Международный журнал прикладных наук и технологий «INEGRAL» издается 6 раз в год.
■ Стратегический научный партнер журнала «Государственный университет по землеустройству».
■ INEGRAL цитируется в РИНЦ, Google Scholar, КиберЛенинке.
■ Научным публикациям присваивается международный цифровой индикатор DOI.
■ Журнал участник программы открытого доступа к научным публикациям.
Контакты: https://e-integral.ru, e-science@list.ru
МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ № 4 (376) / 2020