ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства лесостепи Среднего Поволжья является повышение урожайности и улучшение качества картофеля для полного обеспечения региона этим продуктом. Возделываемые в регионе сорта картофеля имеют высокий потенциал продуктивности, оцениваемый на уровне 40-50 т/га клубней. В производственных условиях его удается реализовать на 20-30 %. Для удовлетворения потребностей населения в картофеле необходимо повысить его среднюю урожайность во всех категориях хозяйств до 20-25 т/га.
В комплексе агротехнических мероприятий, направленных на решение этой задачи, важное место принадлежит рациональному, научно-обоснованному использованию минеральных удобрений.
Имеющиеся разработки по дозировкам удобрений, как правило относятся к Центрально-Черноземной, Центральной и Волго-Вятской зонам. Для условия же Среднего Поволжья такие исследования единичны (В.Г. Игон-тов, 1982; Ю.Н. Лысенко, 1987; А.Н. Орлов, 1998; В.В. Молянов, 1999). Практически не затронут вопрос воздействия удобрений на семенные качества клубней сортов картофеля различных групп спелости в последействии. Поэтому представляется важным изучить приемы, которые управляют процессом формирования урожая клубней определенного качества с учетом назначения картофеля и выявить оптимальные сочетания элементов питания (азота, фосфора и калия) по действию на величину урожая и семенную продуктивность.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось выявить на выщелоченном черноземе Среднего Поволжья влияние уровней минерального питания на формирование урожая картофеля, его качества и семенную продуктивность.
В задачу исследований входило:
- изучить особенности роста, развития растений и изменение урожайности сортов картофеля различных групп спелости в зависимости от уровней минерального питания;
- выявить влияние различных доз минеральных удобрений на изменение товарности, крахмалистости,содержания нитратов в клубнях картофеля, пораженность их болезнями и сохранность;
- рассчитать экономическую и энергетическую эффективность изучае-й) мых сочетаний минеральных удобрений;
- установить степень изменения продуктивности семенных клубней различных сортов в последействии в зависимости от фонов минерального питания.
Научная новизна. В результате проведенных исследований на выщелоченном черноземе Среднего Поволжья впервые изучено влияние отдельных элементов минерального питания (азота, фосфора, калия), а также их сочетаний на урожайность, качество, пораженность болезнями, сохранность сортов картофеля различных групп спелости и изменения семенной продук-тивности клубней последействии.
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА
1.1. Использование питательных веществ удобрений и почвы растениями картофеля
Отличительной особенностью развития растения картофеля является то, что интенсивные ростовые процессы у него наблюдаются не только во время роста ботвы, но и в период максимального прироста клубней, который обычно совпадает с фазой цветения и началом отмирания ботвы. Эта биологическая особенность картофеля объясняет причину его потребности в питательных веществах в течение почти всего периода вегетации. Ботва у растения картофеля растет от появления всходов и до цветения, а формирование клубней продолжается от начала образования бутонов на растениях и до уборки урожая. Следует однако отметить, что со второй половины вегетационного периода, после того как ботва достигнет максимальной массы и начнет отмирать, потребление питательных веществ картофелем снижается. В этот период происходит перераспределение питательных элементов внутри растения, передвижение их из ботвы в клубни. Картофель с мощно развитой ботвой нередко к концу вегетационного периода почти не поглощает питательных элементов из почвы (В.Ф. Ильин, 1938; С.Н. Карманов, В.П. Кирюхин, А.В. Коршунов, 1988; Г. Ферстер, 1988; Д.А. Кореньков, 1990).
Минеральные удобрения являются одним из основных компонентов системы удобрения картофеля, оказывающим зачастую решающее влияние на плодородие почвы, урожайность культур, качество продукции. Получить максимальный, генетически обусловленный уровень урожайности даже на высоко окультуренных почвах можно только при направленном регулировании питания растений картофеля, с учетом законов формирования уро- жая, требований культуры, особенностей сорта. Процессом питания расте-ний управляют путем дифференциации форм, доз, сроков, периодичности и
способов внесения минеральных удобрений (А.А. Смирнов, 2002).
При рациональном использовании удобрений можно достичь такого уровня плодородия почв, при котором не будут ограничены потребности сельскохозяйственных культур в питательных элементах.
Теория и практика эффективного использования удобрений строится на концепции создания и поддержания определенного оптимального уровня содержания в почве элементов питания, при их высокой степени доступно-gl сти для растений. При достижении таких показателей в дальнейшем управ-
ление формированием урожайности сельскохозяйственных культур будет осуществляться посредством внесения азотных удобрений при компенсации выноса фосфора и калия урожаем (Н.В. Войтович, И.Н. Чумаченко, 2002).
Для обеспечения картофеля достаточным количеством питательных веществ в самый ранний период жизни, необходимо вносить минеральные удобрения, содержащие питательные вещества в легкодоступной форме ф (Б.А. Писарев, 1990).
Картофель предъявляет повышенные требования к количеству питательных веществ, необходимых для образования высокого урожая, что связано с наличием у него слаборазвитой корневой системы, и способностью накапливать большое количество сухого вещества на единицу площади (П.М. Жуковский, 1964; В.А. Сухоиванов, В.А. Борисов, 1974; А.В. Бутов, 1980; А.В. Коршунов, 1982).
Способность накапливать большое количество сухого вещества и от-ф носительно слабо развитая корневая система, располагающаяся в основном
в пахотном слое почвы, обуславливает повышенную требовательность картофеля к наличию легкодоступных питательных веществ в почве (А.И. Тамман, 1963; В.Ф. Ильин, Б.А. Писарев, В.А. Сухоиванов, 1974).
Потребность в элементах корневого питания картофеля изучали: Д.Н. Прянишников (1952), А.И. Тамман (1953, 1959), А.Г. Лорх (1948, 1960), Б.А. ^ Писарев (1977), А.Н. Филлипов (1980) и др.
В составе сухого вещества картофеля обнаружено 26 различных хи-
8
мических элементов. Однако, в условиях большинства почвенно-климатических зон страны растения картофеля наибольшую потребность из элементов питания испытывают в азоте, фосфоре и калии, каждый из которых оказывает определенное влияние на рост, развитие и накопление урожая (Ю.С. Авдеев, 1970; Кокшаров, 1974; Б.А. Писарев, Г .А. Ганзин, 1977; В.Г. Игонтов, Пугачев, В.Д. Молянов, 1997).
Картофелю питательные вещества необходимы в течение всего веге-8} тационного периода. За время роста и развития растений картофеля сущест-
вуют периоды наиболее интенсивного потребления всех питательных веществ и отдельно - азота, фосфора, калия.
Для правильного построения системы питания растений картофеля, как указывают Т.М. Печенкина, 1968; Б.А. Писарев, 1969; З.И. Журбицкий, 1971, необходимо знание динамики поступления основных элементов в растение по фазам роста.
^г Азот - основной элемент питания картофеля. Он входит в состав всех
аминокислот, из которых построена молекула белка. Растения картофеля используют азот из почвы в виде минеральных солей азотной кислоты и солей аммония.
Уровень азотного питания непосредственно влияет на рост, развитие и продуктивность этой культуры.
В растениях картофеля азот накапливается с первых дней жизни, но максимальное его количество в ботве наблюдается в период цветения, а в ф клубнях к концу вегетации. До начала образования клубней растения ис-
пользуют около 1/3 всего азота. Максимум его поглощения наблюдается в период интенсивного клубнеобразования. После бутонизации потребность растений в азоте снижается, если до этого дозы его были достаточно высокими. Дефицит азота в первый период вегетации задерживает последующее развитие растений.
А При недостаточном азотном питании растения слабо развиваются и
сильно отстают в росте. При этом уменьшается величина ассимиляционной
поверхности, листья принимают светло-зеленую окраску и преждевременно стареют, резко снижается урожайность.
При избыточном же азотном питании чрезмерно развивается ботва, задерживается образование клубней, снижается устойчивость их к механическим повреждениям при уборке и к болезням во время хранения. Растениям вреден как недостаток, так и избыток азота. (СЕ. Стефанишин, 1960; Г.И. Филипова, 1981; К. Mueller, 1984; С.А. Гусев, 1985; М.А. Духанин, ? 1996; В.Г. Мухин, Е.О. Гущина, 1996; G. Baumgaertel, 1997).
Завышенные нормы азотных удобрений резко усиливают поступление в клубни азота и приводят к снижению содержания в них крахмала. Этот процесс наиболее ярко проявляется у молодых формирующихся клубней в фазе начала цветения, когда растения поглощают из почвы значительное количество азота, необходимого для активных ростовых процессов. По мере созревания клубней темпы накопления крахмала возрастают, но компенси-м ровать задержку крахмалонакопления, произошедшую в фазе цветения, пол-
ностью не удается.
Роль фосфора, как и азота, в жизни растений исключительно велика. Условия фосфорного питания в значительной мере определяют характер важных отправлений растительного организма. Изменение фосфорного питания влияет на рост и его характер, оводненность и проницаемость тканей, плодообразование. При полном обеспечении картофельного растения фосфором раньше появляются всходы и ускоряется прохождение других фаз, ф быстрее развивается корневая система, особенно в начале роста фосфор иг-
рает первостепенное значение в синтезе белка, приводит к раннему клубне-образованию и большому накоплению крахмала в клубнях, повышает устойчивость к засухе (А.Г. Лорх, 1948; Б.М. Виноградский, 1950; З.И. Жур-бицкий, 1963; В.П. Толстоусов, 1974).
В первые дни после появления всходов в растение поступает незначи-
^ тельное количество фосфора, однако этот период является критическим, так
как отрицательное действие недостатка фосфора не может быть возмещено
10
никаким последующим улучшением фосфорного питания. Отсутствие фос-i фора в удобрениях способствует уменьшению прироста урожая картофеля в
середине вегетации растений.
Недостаток фосфора нарушает нормальное развитие картофельного растения: понижается ветвистость куста, у листьев преобладает тускло-зеленый или бронзовый оттенок, бутонизация и цветение задерживается на 3-5 дней, на клубнях появляются коричневые пятна. При значительном А недостатке фосфора приостанавливается рост стеблей и листьев, снижается
семенная продуктивность (К.П. Магницкий, 1964; А.С. Вечер, 1973; Guezza А.Е. Guezbelo R., 1985). Фосфорные удобрения улучшают вкусовые качества картофеля ( А.В. Коршунов, В.И. Попов, 1972), способствуют увеличению числа клубней, укрепляют ткани растений, повышают их вирусоустой-чивость (Ю.З. Гаитов, 1971; W. Hunnius, Guzielte N., 1974; Wunkelmann, 1981;).
^ Фосфорное питание играет большую роль в улучшении углеводного и
белкового обмена, ускорении роста и развития растений. Кроме того, фосфор положительно влияет на водный режим растений, повышает их устойчивость к засухе. Картофель поглощает фосфор из почвы в основном в виде анионов фосфорной кислоты. При недостатке фосфора признаки фосфорного голодания появляются сначала на нижних листьях и распространяются вверх. Дефицит фосфорного питания вызывает железистую пятнистость
листьев.
Ф Недостаток фосфора может проявиться на всех типах почв, но чаще
всего он ощущается на кислых, богатых подвижными соединениями алюминия и железа суглинистых и глинистых дерново-подзолах и красноземах (Б.А. Писарев, 1990).
Из всех зольных элементов калий в растениях, особенно в картофеле, содержится в наибольшем количестве. Он является одним из важнейших
^ элементов в растительном организме. Улучшение калийного питания кар-
тофеля усиливает как общий рост растения, так и рост листовой поверхно-
11
сти, удлиняет продолжительность жизни листьев нижних и средних ярусов и период их фотосинтетической деятельности. При калийном голодании картофеля происходят нарушения в росте и развитии растений и его анато-мо-морфологическом строении. Стебли имеют укороченные междоузлия и становятся непрочными, листья приобретают темно-зеленый цвет, куполообразно-морщинистую форму, становятся хрупкими. Куст отстает в росте, становится раскидистым, стебли часто лежат на земле, задерживается цве-^ тение (В.В. Арнаутов, 1945; А.Н. Леонтьева, 1964; В.У. Пчелкин, А.Д. Мо-
чалов и др., 1974; W. Zorn, 1995; G. Pienz, 1998).
Клубни при недостатке калия бывают мелкими и плохо хранятся в зимний период (Б.Ф. Турчин, 1954; Д.А. Сабинин, 1955; М.А. Бардышев, 1984).
При внесении калия картофель становится более устойчивым к заморозкам, избытку и недостатку влаги. Калий ускоряет образование углеводов ш в листьях и их передвижение в клубни (А.И. Тамман, 1953; Н.Я. Чмора,
В.В. Арнаутов, 1953; М. Munzert, 1982).
При достаточном количестве калия в почве картофель становится более устойчивым к потемнению мякоти клубней при механических повреж-дениях.после очистки и варки, а также к грибным и бактериальным болезням.
Из всех элементов питания для накопления урожая растение картофеля больше потребляет калия. Калий необходим для образования клубней и & имеет большое значение для передвижения крахмала из листьев в растущие
клубни. Калий играет исключительную роль в водном режиме растения. Он повышает тургор клеток, уменьшает транспирацию. Повышение калийного питания картофеля усиливает общий рост растения и листовой поверхности, удлиняет продолжительность жизни листьев нижних и средних ярусов и время их фотосинтетической деятельности (А.С. Вечер, М.Н. Гончарик,
- 1973; К. Mueller, 1988).
i
Действие того или иного элемента питания на растения картофеля за-
12
висит от обеспеченности почвы другими питательными веществами. Так, фосфор и калий улучшают усвоение азота. При недостатке калия растения картофеля очень плохо используют аммиачный азот. Для усвоения нитратного азота необходимо достаточное количество фосфора.
Азотистые соединения поступают в растение преимущественно в первую половину вегетационного периода, когда происходит интенсивный рост ботвы (А.А. 11ичипорович, 1976). В этот период растение картофеля по-
ft требляет много азота потому, что он является основным компонентом бел-
ков, идущих на образование стеблей и листьев. При отмирании ботвы поступление азота из почвы уменьшается, а с началом засыхания стеблей -прекращается. Фосфорнокислые соединения картофель потребляет в меньших количествах, чем азотистые. Фосфор и калий поступают в растение преимущественно в периоды интенсивного образования ботвы и клубней (Калийные удобрения).
ц Вопросы использования минеральных удобрений требуют более чет-
кого подхода к соотношению элементов питания, так как при несбалансированном их применении могут смещаться физиологические и биохимические процессы в сторону одностороннего угнетения или развития ботвы и снижения урожая клубней и их качества (Д.И. Лаврентович, 1985; А.В. Коршунов, А.В. Бутов, П.И. Махнев, 1993).
Потребление питательных веществ резко возрастает по мере увеличения норм минеральных удобрений, а также с ростом урожайности. При низ-
фГ кой агротехнике и невысоких урожаях питательных веществ на единицу
урожая необходимо относительно больше. С улучшением же условий роста и развития, а следовательно, и с увеличением урожайности питательные вещества почвы используются экономнее (Б.А. Писарев, 1990).
Многие исследователи отмечают из года в год увеличение рекомендуемых доз, однако урожайность картофеля в целом повышается слабо. При
, этом также неэкономно расходуются азот, фосфор и калий на единицу веса
клубней (И.А. Митин, 1982; А.В. Назаров, 1992; Н.М. Белоус, 1996).
13
Удобрения оказывают большое влияние на рост и развитие картофеля. Многие исследователи показывают зависимость действия элементов питания азота, фосфора и калия на физиологические и продуктивные показатели растений картофеля (А.В. Коршунов, 1982; О. Симанавичене, И. Микалаю-нас, Я. Пржеводските, 1982; Ю.С. Авдеев, 1991; Н.М. Белоус, 1992). Применением минеральных удобрений можно создать оптимальное соотношение между азотом, фосфором и калием на всех типах почв при разной степени обеспеченности их элементами питания. При этом всегда отмечается, что действие на процессы жизнедеятельности растений могут оказывать не только дозы и соотношения элементов питания, но и сочетания условий среды: влажность, температура, сорт и др. (А.И. Тамман, 1963; З.В. Шала-мова, 1973; A. Nitsch, К. Klein, 1992).
Высокие дозы минеральных удобрений при систематическом применении, несомненно, оказывают более сильное воздействие на почву, расте- ние, формирование урожая и показатели качества семенного картофеля. При длительном применении минеральные удобрения оказывают не только прямое положительное действие, как элементы питания, но и косвенное отрицательное через изменение ими свойств почвы как на урожай, так и на качество продукции (Н.С. Авдонин, 1973).
Под влиянием систематического внесения удобрений повышается не только содержание гумуса и доступных растениям форм азота в почвах. Под влиянием удобрений происходит увеличение надземной массы растений и одновременно увеличивается накопление корневых остатков, которые участвуют в создании гумуса почвы (А.С. Любарская, 1960; Л.К. Шевцова, Д.М.Сизова, 1974).
Под влиянием длительного применения удобрений повышается и биологическая активность почв. Систематическое применение удобрений повышает валовое содержание фосфора и доступных его форм, а также уве- личивает подвижность фосфатов. Характер таких изменений в значительной степени зависит от свойств почвы, доз удобрений и длительности их применения (Н.С. Авдонин, 1982).
14
Длительное применение удобрений и в особенности органических, положительно влияет на водно-физические свойства почв, которые в значительной степени определяют превращение удобрений в почвах. Следовательно, длительное применение удобрений приводит к накоплению и перераспределению необходимых сельскохозяйственным растениям элементов питания и улучшению свойств почвы в целом, и повышению ее плодородия (В.П. Бугаев, З.М. Осипова, 1968; А.Д. Хлыстовский, З.М. Осипова, 1973; В.Г. Минеев, А.И. Хабарова, И.И. Щербакова, 1977, 1978).
Ежегодное внесение средних, а затем повышенных доз удобрений оказывает значительное влияние на агрохимические свойства дерново-подзолистой суглинистой почвы. Повышенные дозы полного минерального удобрения увеличивают кислотность почвы, содержание подвижного алюминия (А.В. Коршунов, Г.И. Филипова, 1982).
Однако, при правильном применении минеральных удобрений в сочетании с известкованием кислых почв, можно исключить отрицательное влияние минеральных удобрений.
Растения картофеля в течение всей своей жизни постоянно находятся во взаимодействии с внешней средой. В теории получения высоких урожаев важнейшая роль принадлежит основному закону земледелия - физиологической незаменимости и равнозначимости всех факторов жизни: света, тепла, воздуха, воды и пищи.
Для правильного использования средств химизации и, в первую очередь, удобрений и получения высокого, с хорошими качественными показателями, урожая сельскохозяйственных культур необходимо принимать во внимание взаимосвязь внутренних и внешних условий питания растений.
Не подлежит сомнению тот факт, что растения поглощают из почвы преимущественно те элементы, которые им необходимы для нормального роста на данном этапе развития. При этом элементы, находящиеся в почвенном растворе, поглощаются в неодинаковом количестве и с различной
15
интенсивностью, определяемой наследственными свойствами растительного организма (З.И. Журбицкий, 1963).
Наследственные признаки могут быть изменены под сильным влиянием физических и химических воздействий (Д.А. Кореньков, Ю.М. Капци-нель, 1982).
Вот почему одной из наиболее актуальных задач научного земледелия продолжает оставаться глубокое изучение и учет требований растений к ус- ловиям произрастания, на основе которых можно наиболее правильно удовлетворять потребность сельскохозяйственных культур в необходимых факторах жизни и получать наивысший урожай (К.А. Тимирязев, 1937).
Лесостепная зона Среднего Поволжья относится к зоне рискованного земледелия с периодически повторяющимися засухами и неравномерностью выпадения осадков за вегетационный период.
Потребность в воде картофельного растения изменяется не только в связи с онтогенезом растения, но и находится в тесной зависимости от условий окружающей внешней среды. На расходование воды растениями влияют влажность почвы и воздуха, температура, обеспеченность элементами корневого питания.
Потребность картофеля в воде определяется биологическими особенностями культуры, надземной массой и урожайностью. В среднем, на каждый центнер клубней растения расходуют 7-10 т воды на суглинистой и 11-14 - на супесчаной почвах. Общий расход воды с 1 га при урожайности 30 т/га достигает 3-4 тыс.м3 (Н.В. Тыктин, 1982).
За вегетационный период растения картофеля потребляют большое количество воды, но только незначительная ее часть (менее 0,5 %) от общего количества используется для построения органической массы растения. Большая же ее часть расходуется на транспирацию, которая, в известной мере, регулирует температуру надземных органов. Расход воды растениями на транспирацию в значительной мере зависит от сортовых особенностей (Ф.Я. Бузовер, 1957).
16
Потребность картофеля в воде необходимо рассматривать по фазам развития. От посадки до появления всходов картофель меньше всего нуждается в воде. У картофеля два критических периода к влажности почвы: период образования и удлинения столонов и период закладки и роста клубней. Вода нужна для поддержания клеток в тургорном состоянии (Б.А. Писарев, 1986).
При недостаточном увлажнении почвы падает эффективность азотных удобрений, затем калийных и фосфорных. При повышенной влажности в первом минимуме чаще всего находится азот, при низкой влажности - фосфор. При недостатке влаги в почве высокие дозы удобрений оказывают отрицательное действие, потому что высокая концентрация почвенного раствора губительно действует на растения. В районах неустойчивого увлажнения, под влиянием высоких доз удобрений, растения, используя весенние запасы воды, хорошо развиваются, а позже, с наступлением засухи, гибнут скорее, чем слабо удобренные и неудобренные, так как сильно развившаяся в начале вегетации растительная масса потребляет большое количество влаги и быстро поглощает водные запасы почвы (Ю.Н. Лысенко, 1987; M.Dambzoth, 1984).
Избыток воды в почве, как и ее недостаток, отрицательно влияет на урожай картофеля, так как в клубнях снижается содержание сухого вещества, крахмала и возрастает поражение растений грибными болезнями (Ф.Я. Бузовер, 1954; А.Г. Габриелян, 1981).
Между показателями продуктивности картофельного растения и вла-гообеспеченностью установлена тесная взаимосвязь. В начале фазы бутонизации начинается образование столонов и формирование клубней. Число клубней определяется влажностью почвы этого периода. В начале цветения клубни достигают в диаметре 2-5 см, то есть начинается интенсивное накопление массы клубней. Установлено, что влажность этого периода опреде- ляет не только крупность клубней, но и степень пораженности их паршой: при оптимальной влажности она бывает наименьшей. Влажность в период
17
клубненакопления определяет уровень урожайности и его устойчивость по годам (В.П. Толстоусов, 1974; С.Н. Карманов, 1983; Н.Е. Власенко, 1987; W. Wiese, 1974).
1.2. Поражаемость болезнями, качество урожая при различных уровнях минерального питания картофеля
У картофеля, особенно велика зависимость величины и качества урожая от посевных и урожайных качеств посадочных клубней. Только за счет повышения качества семенного материала урожай картофеля можно увеличить на 50 и более процентов (В.В. Арнаутов, В.Ф. Ильин, 1945; М.М. Максимович, 1962; С.Н. Карманов, 1964; А.В. Коршунов, 2001).
Использование потенциальных возможностей семенного картофеля, выращенного на безвирусной основе, по степени важности равноценно во- просу разработки сортовой агротехники, то есть агротехники, наиболее соответствующей биологическим особенностям того или иного сорта, позволяющего добиваться значительного повышения урожая (Н.С. Бацанов, А.В. Коршунов, B.C. Морозов, В.И. Попов, 1973).
При выращивании картофеля неблагоприятные условия влияют не только на рост клубней, но и на урожай от этих клубней. На семенные качества клубней влияют все факторы внешних условий, начиная с хранения и кончая уборкой. Чем выше качество семенного материала, тем выше урожай и окупаемость удобрений прибавкой этого урожая (Н.Е. Власенко, 1983).
Отсюда и вытекает необходимость особого отношения к правильному выращиванию картофеля на семенных участках, так как чем лучше удовлетворены требования растения в условиях роста, тем лучше будут семенные качества клубней полученного урожая, следовательно, тем больший урожай дадут клубни при высадке.
Качество продовольственного, семенного картофеля и на техническую переработку зависит от многих факторов. Это — почвенно-климатические |
