ВВЕДЕНИЕ
Картофель принадлежит к числу важнейших сельскохозяйственных культур и в мировом производстве продукции растениеводства занимает одно из первых мест наряду с рисом, пшеницей и кукурузой.
Картофель - культура разностороннего использования. Благодаря содержанию в клубнях крахмала, белка высокого качества и витаминов, он является исключительно важным продуктом питания человека и сырья для перерабатывающей промышленности.
Овес является важной производственной и фуражной культурой в условиях легких почв. Получение высоких урожаев зерна овса хорошего качества в условиях радиоактивного загрязнения почв - весьма актуальная задача.
Поэтому возник вопрос усовершенствования интенсивной системы удобрения для картофеля и овса: определение оптимальных доз, сочетаний органических и минеральных удобрений для конкретных почвенно-климатических условий зоны радиоактивного загрязнения.
Хотя наукой и практикой показана высокая эффективность удобрений на картофеле и овсе, однако, имеющиеся опытные данные охватывают недостаточный набор видов, доз и соотношений органических и минеральных удобрений под картофель. Для формирования максимально возможного урожая картофеля и овса высокого качества крайне важно изучение более широкого набора доз органических и минеральных удобрений и практического применение наиболее эффективных из них. Поэтому изучение и выявление оптимальных доз и сочетаний, одновременно обеспечивающих максимальную урожайность картофеля и овса, высокое их качество и экономическую эффективность весьма актуально.
5 Различные варианты удобрений картофеля и овса, обеспечивающие
формирование максимально высокого урожая, одновременно могут оказывать отрицательное влияние на те или иные показатели качества и обеспечивать низкий экономический эффект и наоборот.
На основании вышеизложенного, целью данной работы было проанализировать влияние органических и минеральных удобрений, их доз и сочетаний на урожай и качество клубней картофеля и зерна овса.
Наряду с другими факторами, при разработки сочетаний и соотношений удобрений важное значение имеет изучение не только действия, но взаимодействия между вносимыми питательными веществами.
Применительно к песчаным почвам Нечерноземной зоны продолжение исследований в этом направлении остается важной задачей в условиях интенсивной химизации земледелия.
Определение оптимальных вариантов системы удобрения картофеля и овса - доз, сочетаний и соотношений органических и минеральных удобрений, обеспечивающих получение высокого урожая хорошего качества картофеля и овса и прибыльного экономического эффекта, лучше всего осуществляется в многофакторном полевом опыте с последующей обработкой данных методом регрессивного анализа и нахождения различных производственных функций, то есть уравнений регрессии. Эти уравнения позволяют выявить закономерности действия и взаимодействия отдельных факторов на урожай картофеля и овса, а также будут характеризовать изменения показателей качества урожая в зависимости от количественного изменения изучаемых факторов. Производственные функции позволяют определить качество клубней картофеля и зерна овса при любых сочетаниях видов и доз удобрений в пределах тех интервалов, которые изучаются в опыте.
6
Цель и задачи исследований. Основной целью исследований являлось снижение цезия-137 в продукции сельскохозяйственных культур, получение ее в пределах санитарно-гигиенических требований (СанПиН 2.23.2.1078-01, зерно овса - 70 Бк/кг, клубни картофеля - 120 Бк/кг) путем оптимизации доз и сочетаний соотношений органических и минеральных удобрений в условиях дерново-подзолистых песчаных почв.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Получение максимальных урожаев сельскохозяйственных культур путем оптимизации доз и соотношений элементов питания и мелиорантов в условиях радиоактивного загрязнения дерново-подзолистой песчаной почвы легкого механического состава.
2. Изучить действие минеральных, органических удобрений и известкования на накопление 137Cs в клубнях картофеля и зерне овса, получение нормативно чистой сельскохозяйственной продукции.
3. Исследовать влияние различных доз минеральных, органических удобрений и известкования на качество клубней картофеля и на качество зерна овса.
Практическая значимость работы. Экспериментальными исследованиями в полевых опытах установлены оптимальные дозы минеральных и органических удобрений под картофель и овес, что позволяет получать высокие урожаи этих культур с накоплением 137Cs в допустимых пределах, лучшие варианты, снижающие накопление радионуклидов в клубнях картофеля и зерне овса будут рекомендованы для широкого внедрения в производство.
Решение поставленной задачи выполнялось в 4-х факторном полевом опыте, который позволял изучить действие и последействие нескольких
7 факторов и определять связи и зависимости между результатами и
количественными параметрами изучаемых факторов.
После катастрофы на Чернобыльской АЭС на Новозыбковской опытной станции ВИУА, территория которой по плотности загрязнения относится к 3 зоне (зона отселения, 15-40 Ku/км2), нами были проведены и продолжаются в настоящее время на дерново-подзолистой песчаной почве экспериментальные исследования в опытах с такими культурами как картофель и овес.
Исследованиями Новозыбковской опытной станции установлено, что все мероприятия, направленные на повышение плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур в той или иной мере способствует снижению перехода цезия-137 в конечную продукцию. Одна из целей нашей работы — определить перечень эффективных защитных мероприятий по снижению накопления 137Cs в клубнях картофеля и зерне овса на дерново-подзолистых песчаных почвах, загрязненных долгоживущими радионуклидами.
Апробация и публикация. Результаты исследований докладывались на 3-й региональной научно-практической конференции-ярмарке (29 ноября 2001 г., г. Брянск) на 36-й Международной научной конференции «Агрохимические аспекты повышения продуктивности сельскохозяйственных культур» (3-5 апреля 2002 г., Москва, ВИУА), Международной научной конференции «Обеспечение высокой экономической эффективности и экологической безопасности приемов использования удобрений и других средств химизации в агротехнологиях» (20-21 марта 2003 г., Москва, ВИУА).
По материалам диссертационной работы опубликовано 4 статьи.
8 Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Влияние разных доз и сочетаний навоза, минеральных удобрений и известкования на урожайность и качество картофеля
В решении важнейшей задачи повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения их качества, особое место занимают вопросы создания оптимальных условий обеспечения растений питательными веществами в течение всего периода вегетации. Как известно, эффективность применения удобрений зависит от потребности растений в питательных элементах, способности почвы удовлетворять данную потребность, из расчета доз и оптимальных соотношений между элементами в удобрениях и от биологических особенностей культуры (Бардышев, 1984).
В ГДР органические удобрения вносят на тяжелых почвах с осени под зябь, а на легких почвах - весной под вспашку, фосфорные и калийные удобрения дают с осени, азотные — весной, в общей сложности под технические сорта картофеля применяют 160 кг азота на 1 га: 35 кг в составе навоза + 15 кг за счет зеленого удобрения + ПО кг в минеральных удобрениях. В Великобритании выпускается несколько видов сложных удобрений для картофеля в рекомендованных дозах и соотношениях.
Фосфорные и калийные удобрения рекомендуется вносить весной, что повышает отзывчивость картофеля на них по сравнению с осенним внесением. На большой площади (до 86%) удобрения вносятся в марте-апреле.
Дробное внесение азотных удобрений под картофель более эффективно, чем одноразовое. Норма азота 250 кг/га, внесенная в 2 приема, оказалось более эффективнее, чем 125, 375 и 500 кг/га при одноразовом применении. Повышение дозы азотных удобрений снижает количество внутренних механических повреждений (Литун и др., 1988).
Одним из основных факторов повышения плодородия почв, и на этой основе, увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, является научно обоснованное применение удобрений и других средств химизации, в
9
интенсивных технологиях с учетом природно-климатических и региональных особенностей страны (Слободин, 1973; Доспехов, 1976; Лыков, 1976; Захаров, 1978; Жуков, 1983; Рабочев, 1983; Попов и др., 1984; Милащенко и др., 1990).
Вследствие биологических особенностей картофель нуждается в большем количестве питательных веществ, чем многие сельскохозяйственные культуры. Исследованиями установлено, что 60% корней картофеля на супесчаных почвах формируется в слое 0-20 см, 16-18- в слое 20-40 см, 17-20- в слое 40-60 см и всего лишь 2-3% - в более глубоких горизонтах (Станков, 1964; Жуков, 1968). В среднем на 1 т урожая картофель вместе с клубнями и ботвой выносит 5 кг азота, 2 - фосфора, 10 - калия, 3-8 кальция, 1,6 - магния, 0,5 - серы (Прянишников, 1952, 1963; Найдин, 1969; Дзикович, 1974; Писарев, 1974; Сапожников, Корнилов, 1977; Карманов и др., 1988).
Минеральные удобрения в дозе Ы6оРбоКбо сохранили высокую крахмалистость (по сравнению с контролем), способствовали увеличению средней массы товарных клубней. Наиболее высокое количество нитратов в клубнях отмечено при внесении полного минерального удобрения в дозе N120P120K120. Близкие зависимости отмечены и для содержания подвижных фосфатов и обменного калия в почве (Майборода и др., 1988).
Следовательно, для получения высокого урожая картофеля необходимо вносить с удобрениями значительное количество питательных веществ.
Действие удобрений на урожай и качество картофеля зависит от биологических особенностей сорта, почвенно-климатических условий и технологии выращивания. Внесение удобрений в почву обуславливает более интенсивный рост и развитие растений, увеличивает накопление растениями сухой массы с единицы площади, что является основной задачей земледелия.
При совершенствовании технологии выращивания картофеля с улучшением обработки почвы, правильного размещения в севообороте и ухода за растениями использование удобрений становится более полным, и
10
эффективность их значительно повышается (Ставрова, 1970; Нарциссов, 1976; Милащенко, 1985; Хлевной и др., 1986; Замотаев и др., 1989; Белоус, 1996).
На дерново-подзолистых почвах первое место по эффективности занимают азотные удобрения, второе - фосфорные (Кулаковская, 1970; Прошляков, 1972; Кореньков, 1973; Ильин и др., 1974; Гаврилова, 1982; Иванова, 1989; Державин, 1992).
Увеличение дозы азота до 120 кг/га на фоне Р90К90 приводит к накоплению нитратов в клубнях картофеля; с точки зрения получения наибольшего урожая и менее загрязненной нитратами продукции, дозу азотных удобрений под картофель нецелесообразно повышать более 90 кг/га. В зависимости от погодных условий следует ограничиваться дозой Neo-Накопление NO3 в картофеле, наряду с уровнем минерального питания в значительной степени определяется погодными условиями, что необходимо учитывать при выборе доз азотных удобрений в составе полного минерального удобрения (Авдонин, 1972; Ильин и др., 1974; Куликова, 1988; Духанин, 1996).
По исследованиям П.Д. Барбалио, Э.В. Веверса (1970), в условиях Латвии на дерново-подзолистых и дерново-карбонатных почвах эффективность азотных удобрений зависела от количества осадков и рН почвы, фосфорных - от содержания подвижного фосфора, калийных - от содержания подвижного калия и количества осадков в период вегетации картофеля.
В засушливых условиях действие удобрений, особенно азотных, ограничивается недостатком влаги в почве. Поступление и равномерность распределения осадков в период вегетации картофеля оказывает решающее влияние на эффективность удобрений (Прянишников, 1952). То есть, между эффективностью минеральных удобрений и метеорологическими условиями существуют тесная связь (Щерба, 1953; Белов, 1969; Полевой, 1978; Панников, 1986).
11
Удобрения при умеренных дозах применения, наряду с повышением урожайности, улучшали качество урожая. Азотно-калийные удобрения повышали содержание азотных соединений в урожае, товарность картофеля и при рациональном применении не оказывали существенного негативного влияния. Фосфорное удобрение способствовало повышению содержания сухого веществ в сене вико-овсяной смеси и крахмала в картофеле. Применение навоза не оказывало положительного влияния на качество урожая культур (Минеев и др., 1988).
На легких почвах Новозыбковской опытной станции ВИУА внесение средних доз удобрений (Т^6ОРбоКбо) под картофель на фоне 40 т/га торфонавозного компоста (1:1) повышало урожай клубней на 42,4 ц/га. Добавления магния (Mg 50) увеличивало прибавку урожая клубней еще на 34,7 ц/га(Таман, 1967; Духанин, Колосова, 1976; Писарев, 1977).
Дозы минеральных и органических удобрений под картофель могут резко колебаться в зависимости от уровня плодородия почвы, предшественника и обеспеченности хозяйств удобрениями (Найдин, 1956; Сапожников, 1966;Гаврикова, 1970; Годунов, 1977; Дугина, 1983)
Величины оптимальных доз минеральных удобрений под картофель, установленные разными исследованиями, сильно варьируют, что определяется целым комплексом факторов: почвенно-климатическими условиями, уровнем эффективного плодородия почвы, технологий выращивания культуры (Писарев, 1970; Иванова и др., 1977). По данным исследований В.Ф. Ильина (1966) в засушливые годы при количестве осадков за вегетационный период около 200 мм навозное удобрение превышало действие минеральных туков. С увеличением выпадения осадков за период вегетации картофеля от 300 до 400 мм, эффективность минеральных удобрений была выше по сравнению с навозом. Повысить эффективность навоза в засушливых условиях можно или увеличением дозы внесения или путем обогащения почвы дополнительным внесением лимитирующего элемента питания, например фосфора. В этом случае оптимальным
12
соотношением N:P должно быть 1:2 (1:3) (Васильев и др., 1982). Картофель особенно отзывчив на совместное применение органических и минеральных удобрений. Этот способ дает возможность регулировать питательный режим почвы в соответствии с потребностью растений в элементах питания в основные фазы роста и развития. Такое сочетание удобрений обеспечивает питание растений в начальный период роста и развития в основном за счет минеральных удобрении. В последующий период, по мере роста растений, питание их все в большей мере обеспечивается за счет питательных веществ, образующихся в результате минерализации навоза. Таким образом, в результате сочетания органических и минеральных удобрений создаются условия, при которых растения оптимально обеспечиваются питанием в течение всего периода вегетации (Гаврилова, 1982; Васильева и др., 1984; Бундинене, 2000). Активизируя биологическую активность почвы, органические удобрения повышают эффективное (реальное) плодородие за счет потенциального (Петербургский, 1964; Попов, Андрее, 1984). Создание оптимальных условий питания растений в течение всей вегетации путем сочетания органических и минеральных удобрений особенно важно для пропашных культур, так как они имеют продолжительный период роста и развития (Мамченков, 1976; Карманов, 1979; 1988;).
Сочетание органических и минеральных удобрений благоприятствует усилению гумификации органического вещества с преимущественным накоплением в почве гуминовых кислот (Бодрова, 1961; Мамченков, 1967; Минеев, 1977). При разложении органических удобрений на фоне азота и фосфора значительно шире делается соотношение гуминовых и фульвокислых (СгСф) (Шевцова, 1986).
На основании исследований И.М. Мамченков (1967) объясняет положительное влияние сочетаний навоза и минеральных удобрений на урожайность также улучшением фосфорного питания растений. На фоне органических удобрений значительно эффективнее используются питательные вещества из минеральных удобрений и почвы, коэффициент их
13
использования существенно повышается (Лазурский, 1973; Белоус, 1996, Лукин и др., 2001). С увеличением доз удобрений депрессия урожаев начинается раньше от минеральных удобрений, чем от навоза. На легких почвах в Польше также отмечена депрессия урожаев при систематическом внесении высоких доз минеральных удобрений (Кушелевский, 1972).
Наиболее эффективной нормой удобрения под картофель в длительных опытах на супесчаных почвах, обеспечивающей урожай 250 ц/га клубней можно считать N40-90P40-70K40-90 на фоне 25-40 т/га навоза, на легко- и среднесуглинистой для получения урожая 250-300 ц/га - N40.100P60-80K80-110 на фоне 15-25 т/га органических удобрений, на тяжелосуглинистой для урожая 150- 200 ц/га -20-35 т/га органических удобрений и минеральных N45-70P40-50K60-90 (Щербакова, Громыко, 1983).
Наиболее распространенный способ сочетания органических и минеральных удобрений - приготовление и внесение их в виде различных компостов (Найдин, Любарская, 1969; Гаврилова, 1982). Многолетние стационарные опыты, проведенные в Англии, Швеции, ГДР показали, что при внесении минеральных и органических удобрений в эквивалентных дозах более высокий эффект обеспечивают минеральные удобрения (Найдин, Любарская, 1969; Еськов и др., 2001). Экспериментальные данные Новозыбковской опытной станции ВИУА и других учреждений показали, что на малобуферных песчаных почвах минеральные удобрения малоэффективны без достаточной заправки их органическими удобрениями (Белов, 1969; Колосова, 1976; Тикавый, Дембицкая, 2000). Внесения минеральных удобрений на фоне 20 т/га навоза оказали существенное влияние на урожай и качество клубней картофеля. Наиболее эффективной была одинарная доза минеральных удобрений (N45P45K3o)> внесенная локально (Володина, 1984; Кожемякина, Иванова, 2001).
Характерной особенностью легких почв является мощный песчаный слой. В опытах А.А. Колосовой и Н.Г. Ставровой на Новозыбковской опытной станции ВИУА, общий уровень урожая и прибавки от удобрений
14
выше был при выращивании картофеля на мелких песках мощностью 60-80 см. При этом наибольший урожай клубней получен при сочетании навоза с минеральными удобрениями.
Результаты исследований показывают, что минеральные удобрения оказывали существенное влияние на урожай клубней картофеля. Во все годы парное сочетание минеральных удобрений в отличие от тройного обеспечило меньший урожай. Добавление каждого из трех элементов питания к двум остальным значительно увеличивало прибавку урожая. Различные дозы и соотношения минеральных удобрений не оказывали существенного влияния на изменение содержания крахмала в клубнях картофеля. Лишь на вариантах с высокими дозами азотных удобрений отмечается некоторое его снижение (Купчинская, 2000).
Из органических удобрений эффективнее действует навоз и компосты, из минеральных - аммиачная селитра и сульфат аммония. Азотные минеральные удобрения значительно увеличивают доступность для растений фосфора и калия навоза. Наиболее высокие прибавки урожая картофеля получают при совместном применении навоза (или компоста) и полного минерального удобрения (Кух, 1989). Органоминеральное удобрение в больше степени соответствует требованиям картофельного растения по сравнению с навозом или одними минеральными туками и обеспечивает получение более высоких урожаев картофеля и других культур севооборота (Брагин, Савицкая, 1968; Ильин и др., 1974; Богдевич и др., 2000).
Эффективность применения под картофель удобрений значительно повышается при локальном внесении — перед посадкой или при посадке. Для удобрений, вносимых локально, их доза не должна превышать половину общей дозы (Булаев, 1974). Действие удобрений сильно зависит от погодных условий, главным образом от количества осадков и тепла, а также от величины содержания элементов питания в почве. При благоприятных погодных условиях потребление элементов питания и их влияние на формирование урожая увеличивается (Константинов, 1978). Из минеральных
15
удобрений наибольшее положительное действие на урожайность картофеля оказывают азотные удобрения, особенно в условиях Нечерноземной зоны на дерново-подзолистых почвах с низким естественным плодородием.
Однако азотные удобрения проявляют свою эффективность только при достаточной обеспеченности растений другими основными питательными веществами — фосфором, калием и оптимальным количеством осадков за период май-август (Писарев, 1969; Сапожников и др., 1977).
При внесении аммиачных форм азота под картофель возрастает его потребность в калии. При нитратном питании увеличивается потребность в фосфоре (Писарев, 1974; Прокошев, Дерюгин, 2000). Исследования ВИУА показали, что под скороспелые сорта картофеля надо давать более высокие дозы азота, а под поздние - фосфора. Аналогично азотным проявляется и эффективность калийных удобрений под картофель. С увеличением содержания в почве обменного калия и суммы поступивших осадков урожайность клубней увеличивается (Лорх, 1960; Метлицкий, 1970; Криштапоните, 2000).
В условиях Швеции для песчаных почв с достаточной обеспеченностью фосфором и калием оптимальные дозы азота под картофель составляют 200-400 кг/га (Svenson, 1973). По рекомендации Г.Е. Мерзлой и др. (1999) на легких почвах под поздний картофель следует вносить 38-50 т/га полужидкого навоза (10 и более % сухого вещества) из расчета 120-200 кг азота. Удобрения, особенно в повышенных дозах, оказывают сильное влияние на качественные показатели картофеля, причем очень часто в нежелательную сторону. Качеству картофеля в последние годы уделяют большое внимание. В его клубнях содержится большое количество легкоусвояемого крахмала, полноценных белков, Сахаров (глюкоза, сахароза, фруктоза) и крайне необходимого для здоровья человека и животных витамина С, азотных веществ, а также фосфор, калий, кальций, сера, железо и другие минеральные элементы (Ильин, 1966; Клюквина, Лаптев, 1974; Толстоусов, 1974).
16
Пищевые качества картофеля - это совокупность свойств, характеризующих его как продукт питания (питательная ценность, кулинарные качества). Питательная ценность картофеля определяется содержанием в нем сухого вещества, крахмала, белка, сахара, витаминов и неорганических веществ. Твердо установленных критериев оценки пищевых качеств картофеля пока не существует. Столовые сорта должны характеризоваться средним уровнем накопления сухого вещества, повышенным содержанием аскорбиновой кислоты, белка, незаменимых аминокислот и т.д.
Большое влияние на пищевые качества оказывают условия выращивания, применение удобрений, технология возделывания, способы хранения. Кулинарные качества картофеля - это разваримость, консистенция и цвет мякоти, устойчивость к потемнению, вкус приготовленных блюд. Кулинарные качества зависят от сорта картофеля, условий выращивания, способа и условий хранения (Арнаутов, 1959; Лорх, 1960; Энциклопедия, справочник по картофелю, Минск, 1988; Лапа, Мялявко, 1997; Краусс, 2000; Ивахненко, 2001).
Высокую питательную ценность, наилучшие кулинарные свойства
имели клубни, выращенные при внесении 40 т/га навоза и оптимальных доз
минеральных удобрений (N45.90 Р45-90К90-180) на фоне навоза. Увеличение дозы
¦ азота на фоне навоза приводило к повышению содержание нитратов в
г клубнях и ухудшению их вкусовых качеств. (Авдеев, 1975; Алиева,
Трофимова, 1985; Кух, Процюк, 1988).
Ценность картофеля, как пищевого продукта, определяется, прежде всего, содержанием крахмала в клубнях. При местном, локальном внесении больших доз удобрений, из-за повышенной концентрации почвенного раствора может снижаться содержание сухого вещества и крахмала в клубнях (Горелкин, 1960; Сухоиванов, 1972; Жук, Гупало, 1970; Шаповалов и др., 1996).
17
Основными факторами, влияющими на накопление крахмала в клубнях картофеля, являются: почвенные и климатические условия в период вегетации, биологические особенности сорта, вносимые удобрения, предшественники, технология возделывания и др. (Лорх, 1960; Веселовский, 1975; Замотаев и др., 1989; Косьянчук, Серяев, 1995;).
В литературе имеются противоречивые данные о влиянии удобрений на накопление сухого вещества и крахмала в клубнях картофеля. Одни исследователи считают, что удобрения, особенно в высоких дозах, снижают содержание крахмала в клубнях (Ильин, 1966; Попов, 1973; Панников, 1986; Замотаев и др., 1989). Другие авторы утверждают, что удобрения повышают содержание крахмала на 1,1—5,3% (Русалов, 1983).
В длительном опыте ТСХА (с 1912 г) как минеральные, так и органические удобрения, повышали содержание крахмала в картофеле, витамина С, протеина и увеличивали товарность клубней (Курейчик, 2000). Фосфорно-калийное удобрение снижает содержание крахмала в клубнях, добавление оптимальной дозы азота повышает, а повышенной — вновь уменьшает его содержание. Результаты многочисленных исследований показывают, что калийные удобрения действуют на качество картофеля не одинаково, что связано с почвенно-климатическими условиями, соотношением вносимых удобрений, возделываемых сортов, применяемыми органо-минеральными удобрениями и др.
Действие калийных удобрений на крахмалистость клубней картофеля зависит от доз и форм. Так, хлорсодержащие калийные удобрения снижают накопление крахмала в клубнях (Белов, 1969). Особенно ухудшают качество клубней картофеля (снижают крахмалистость и вкус) низкопроцентные хлорсодержащие формы калийных удобрений (сильвинит, карналлит и др.). Концентрированные формы (хлористый калий, 40%-я калийная соль) незначительно влияют на крахмалистость клубней, а безхлорные (сернокислый и азотнокислый калий), как правило, повышают накопление крахмала (Веселовский, 1975; Лаптев, Князев, 1978).
Вопрос о применении азотных удобрений, не создающих опасности излишнего накопления нитратов в продукции, следует рассматривать с учетом возможных факторов влияющих на этот процесс (Покровская, 1984).

Получить работу