Картофель Solanum tuberosum L. имеет большое значение как пищевая, техническая и кормовая культура. Однако главное значение – продовольственное, в связи с чем в России его называют вторым хлебом [1].
Клубни картофеля содержат около 25 % сухих веществ, в том числе 14...22 % крахмала, 1,4...3,0 % белков, около 1 % клетчатки, 0,2...0,3 % жира и 0,8...1,0 % зольных веществ [2].
Картофель для организма человека является важным источником витамина С и Р- активных соединений. Клубни содержат «устойчивый» крахмал, который способствует нормализации работы кишечника. Картофельный сок рекомендуется при заболеваниях желудка. Все это свидетельствует о его лечебном значении. Клубни картофеля – сырье для промышленного производства ценных продуктов. Из 1 тонны клубней картофеля с крахмалистостью 17,5 % можно получить 112 литров спирта, 55 кг жидкой углекислоты или 170 кг крахмала [1].
Картофель и продукты его переработки (свежая и сухая мезга, барда) – хороший корм для животных. В 100 кг клубней содержится 25–30 кормовых единиц и 2,1 кг переваримого протеина, в ботве 8,5–12 корм. ед. и 1,6 кг переваримого протеина. Поэтому второе значение его – кормовое [1].
Картофель – стратегическая культура XXI в. Его клубни находятся в почве и защищены от радиационного заражения, что позволяет использовать картофель как страховую культуру, способную в экстремальных условиях погоды накопить высокий урожай [1].
В настоящее время мировой урожай картофеля достигает 300 млн т. В Нечерноземье картофель – одно из важнейших культивируемых растений. Однако почвы северо-западных областей нашей страны и Тверской области в том числе, кроме ряда особенностей, характеризуются ещё и низким содержанием большинства необходимых растениям микроэлементов.
Вместе с тем глобальное загрязнение окружающей среды и нарушение экологического баланса биосферы выдвигают перед производителями сельскохозяйственного сырья и продуктов питания на первый план проблему получения экологически чистой продукции как растительного, так и животного происхождения. В последние годы во всём мире около 50 % прироста урожайности сельскохозяйственных культур достигается внесением удобрений, причём 20 % этого прироста обусловлено использованием микроудобрений, содержащих соединения бора, цинка, меди, марганца, кобальта, молибдена и других, требующихся растениям в меньших количествах, микроэлементов. Низкая обеспеченность сельского хозяйства микроудобрениями – это не только реальное препятствие дальнейшего роста урожайности, но и одна из главных причин ухудшения качества сельскохозяйственного сырья и продуктов питания, выражающегося не только в снижении их энергетической ценности, но и сокращении содержания микроэлементов, витаминов и других биологически активных веществ.
Укрепление продовольственной безопасности требует увеличения выпуска качественной продукции, для чего в свою очередь необходима надежная сырьевая база [3]. Важным фактором в решении этого вопроса является улучшение качества минерального питания с применением важнейших микроэлементов, особенно бора. Недостаток бора, необходимого растениям в более значительных по сравнению с другими микроэлементами количествах, вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшение качества получаемой продукции. Растениям бор необходим в течение всего периода вегетации. При дефиците бора наблюдается отмирание апикальной точки роста стебля растения, сопровождающееся ростом боковых побегов, точки роста которых затем также отмирают [4]. Растения поражаются сухой гнилью, дуплистостью (корнеплоды), нарушением оплодотворения (лён), пожелтением (кормовые бобовые), коричневой гнилью (цветная капуста), бактериозом [5]. Большая часть бора растительных организмов локализована в клеточной стенке преимущественно в составе комплексов с пектином [6]. При дефиците этого микроэлемента свойства клеточной стенки значительно изменяются, что приводит к замедлению растяжения и деления клеток, формирования тканей. Бор не входит в состав каких-либо растительных ферментов, но может оказывать косвенное влияние на скорость большого числа биохимических процессов, ингибируя или активируя ферменты и субстраты, поскольку борат-анионы способны к координации разнообразных соединений, содержащих в составе молекул гидроксильные группы. По-видимому, таким образом, бор участвует в синтезе и транспорте углеводов, метаболизме нуклеиновых кислот, ростовых веществ, фенолов [6], что в течение вегетационного периода формирует количественный и качественный состав вегетативной и продуктивной частей растения. Поэтому актуальным является вопрос оптимизации обеспечения культивируемых растений бором рациональными и экологически безопасными методами.
Из почвы растения получают бор в форме борат-анионов [6], способных к образованию хелатных комплексов не только с гидроксилсодержащими лигандами, но и с синтетическими аминокарбоновыми кислотами [7]. В ряду таких лигандов как эффективное и экологически безопасное хелатирующее соединение выделяется этилендиаминдиянтарная кислота (ЭДДЯК) [8–10]. Свойства и биологическая активность борат-этилендиаминдисукцинатнго комплекса (В-ЭДДЯК) исследованы в недостаточном объёме, но представляют не только теоретический интерес, но и практическую значимость, поскольку известно, что микроэлементы эффективнее усваиваются растениями в составе комплексонатов [11]. Хелатный комплекс В-ЭДДЯК экологически безопасен, так как содержит экологически безопасный лиганд – этилендиаминдиянтарную кислоту и низкотоксичный борат в качестве комплексообразователя. Поэтому вполне целесообразным представлялось исследование биологической активности В-ЭДДЯК на одном из наиболее распространённых культивируемых растений. Картофель хорошо отзывается на внесение борных микроудобрений. На чернозёмных почвах применение борной кислоты без макроудобрений увеличивает урожайность клубней на 5,7 т/га [12].
Целью поставленного опыта было сравнение влияния борат-этилендиаминдисукцината (В-ЭДДЯК) и борной кислоты на урожайность и пищевую ценность клубней картофеля.
Материалы и методы исследования
Исследования проводили в 2016–2017 гг. в однофакторном полевом опыте на опытном поле Тверской ГСХА. Почва – дерново-среднеподзолистая остаточно карбонатная глееватая на морене, супесчаная по гранулометрическому составу, хорошо окультурена. Мощность пахотного горизонта 20–22 см, содержание гумуса 2,5 % (по Тюрину), легкогидролизуемого азота 101 мг/кг (по Корнфилду), P2O5 – 253 и K2O – 113 мг/кг (по Кирсанову), pH сол. 5,8.
Схема опыта:
1) контроль (вода 100 мл/м2);
2) раствор борной кислоты (100 мл/1 м2);
3) раствор В-ЭДДЯК – боратный комплекс на основе ЭДДЯК (100 мл/м2);
4) раствор ЭДДЯК (100 мл/м2).
Концентрация растворённых веществ в растворах 0,002 моль/л. Площадь учетной делянки – 5 м2. Общая площадь под опытом – 80 м2. Повторность в опыте четырёхкратная.
Объект исследований – позднеспелый сорт картофеля. Известно, что поздние сорта картофеля способны накапливать на много больше питательных веществ и повышать пищевую ценность культуры [1]. Поэтому для изучения был выбран наиболее известный, урожайный, универсальный сорт с высокими вкусовыми качествами – Ласунак (рисунок). Оригинатор: ГНИУ ВНИИСХ использования мелиорированных земель. РУП НПЦ НАН Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству.
Характеристика сорта: позднеспелый, многостороннего использования. Клубни округло-овальные, кожура светло-желтая, мякоть кремовая, глазки средней глубины. Растение с прямостоячим высоким стеблем, с белой окраской цветков. Период покоя непродолжительный, лежкость клубней удовлетворительная и хорошая, содержание крахмала в клубнях 15–22 %. Устойчив к раку, фитофторозу (по клубням), различным вирусам, среднеустойчив к фитофторозу листьев, парше обыкновенной, ризоктониозу, черной ножке, восприимчив к вирусу «Х». Ценность сорта заключается в высокой урожайности, хороших вкусовых качествах, устойчивости к фитофторозу, вирусам, пригодности для производства различных видов продукции: сухого картофельного пюре, чипсов, замороженных клубней, сухого крахмала, спирта [1].
Клубни картофеля сорта Ласунак
При выращивании картофеля использовали экологически чистую (безопасную) технологию [1]. Предшественник – занятый пар. Внекорневая подкормка растений картофеля вносилась согласно схеме опыта. В течение вегетационного периода до фазы цветения производили однократное опрыскивание растений картофеля сорта Ласунак растворами исследуемых соединений. Контрольные растения одновременно с опытными обрабатывали дистиллированной водой.
Учет урожая проводили по стандартной методике [13]. После уборки клубней в них по традиционным методикам определяли содержание аскорбиновой кислоты, Р-активных веществ [14] и фотоэлектроколориметрическим методом (фотометр КФК-3 2МП) – содержание крахмала [15], поскольку биосинтез этих веществ (углеводов, их производных, в том числе аскорбиновой кислоты, полифенолов) зависит от уровня содержания бора [4, 6] и в значительной мере определяет качество клубней картофеля как пищевого сырья и важнейшего из сочных кормов для сельскохозяйственных животных.
Погодные условия в годы исследований были неодинаковы по температурным условиям: 2016 г. отличался теплой и влажной погодой, 2017 – был прохладным и влажным. Гидротермический коэффициент (по Селянинову) за вегетацию составил в 2016 г. – 1,53, в 2017 г. – 1,96 (при норме 1,46). В оба года исследований картофель получал достаточно влаги, но недополучил тепла в 2017 г. Сумма биологически активных температур (>10 °С) за период посадка – уборка составила в 2017 г. 1889,8 °С при норме 1970 °С, (недобор 80,7 °С или 4,1 %).
Результаты исследования и их обсуждение
В результате исследований выявлено, что некорневая подкормка растений картофеля различными препаратами по-разному повлияла на урожайность картофеля и содержание бора в клубнях (табл. 1).
Выявлено, что бор в составе хелатного комплекса В-ЭДДЯК растениями картофеля поглощается более активно по сравнению с нехелатированной формой микроудобрения (Δω = +48,6 % по сравнению с +40,0 % относительно контроля).
Более значительно влияет обработка раствором хелатного комплекса на увеличение урожайности. Прибавка составила 5,9 т/га (21,3 %), в то время как при обработке раствором Н3ВО3 – только 2,9 т/га (10,5 %).
В опыте выявлено заметное стимулирующее действие на урожайность клубней картофеля некоординированного комплексона (ЭДДЯК) в составе раствора очень низкой концентрации, по-видимому, связаное с тем, что при внекорневой обработке часть препарата, попадая в почву, переводит не только бор, но и другие микроэлементы минеральной составляющей почвы, в легко доступные для растений растворимые комплексные соединения, что и увеличивает урожайность на 14,8 %.
Исследование влияния действующего вещества раствора на качество клубней картофеля (табл. 2) позволило установить, что внекорневая обработка препаратами вызвала не только повышение урожайности, но и увеличение содержания в клубнях крахмала, аскорбиновой кислоты и биофлавоноидов (в пересчете на рутин) в двух из трёх вариантов опыта.
Таблица 1
Влияние внекорневой подкормки растений картофеля на урожайность и содержание бора в клубнях
|
№ п/п |
Действующее вещество в растворе для обработки |
Бор в клубнях, мг/кг сырого вещества |
Урожайность, т/га |
||||
|
2016 г. |
2017 г. |
ср. по двум годам |
2016 г. |
2017 г. |
ср. по двум годам |
||
|
1 |
Контроль |
3,8 ± 0,1 |
3,5 ± 0,1 |
3,6 |
27,3 |
28,0 |
27,7 |
|
2 |
Н3ВО3 |
5,2 ± 0,1 |
4,9 ± 0,1 |
5,0 |
30,2 |
31,0 |
30,6 |
|
3 |
В-ЭДДЯК |
6,3 ± 0,2 |
5,2 ± 0,1 |
5,8 |
32,6 |
34,5 |
33.6 |
|
4 |
ЭДДЯК |
5,3 ± 0,2 |
4,5 ± 0,2 |
4,9 |
31,0 |
32,5 |
31,8 |
|
НСР05 |
– |
– |
– |
2,5 |
2,9 |
1,3 |
|
Таблица 2
Изменение содержания биологически активных веществ в клубнях картофеля в зависимости от действующего вещества раствора, использованного для внекорневой подкормки растений
|
№ п/п |
Действующее вещество в растворе для обработки |
Крахмал, % |
Аскорбиновая кислота, мг/100 г сырого вещества |
Биофлавоноиды в пересчёте на рутин, мг/100 г сырого вещества |
||||||
|
2016 г. |
2017 г. |
ср. по двум годам |
2016 г. |
2017 г. |
среднее по двум годам |
2016 г. |
2017 г. |
ср. по двум годам |
||
|
1 |
Контроль (вода) |
19,1 |
22,0 |
21,0 |
11,2 ± 0,2 |
9,6 ± 0,1 |
10,4 ± 0,2 |
43 ± 1 |
55 ± 2 |
49 ± 2 |
|
2 |
Н3ВО3 |
20,2 |
25,1 |
22,6 |
11,9 ± 0,1 |
12,1 ± 0,2 |
12,0 ± 0,2 |
46 ± 1 |
56 ± 1 |
51 ± 1 |
|
3 |
В-ЭДДЯК |
23,0 |
26,2 |
24,6 |
14,7 ± 0,1 |
13,0 ± 0,1 |
13,8 ± 0,1 |
56 ± 1 |
66 ± 2 |
61 ± 2 |
|
4 |
ЭДДЯК |
18,9 |
19,4 |
19,2 |
7,3 ± 0,2 |
11,3 ± 0,2 |
9,3 ± 0,2 |
48 ± 1 |
57 ± 3 |
52 ± 2 |
Так, уровень содержания крахмала при обработке раствором Н3ВО3 возрос на 7,6 %, а при обработке раствором В-ЭДДЯК – на 17,1 %. Наибольшее увеличение содержания аскорбиновой кислоты выявлено также в третьем варианте опыта, что вполне объяснимо влиянием бора на синтез и транспорт сахаров, а крахмал и аскорбиновая кислота в растительных организмах являются производными D-глюкозы [6]. Поскольку биофлавоноиды представляют собой производные фенолов, с метаболизмом которых в растительных тканях связан бор, их наибольшее содержание отмечено в клубнях растений также третьего варианта, где и соединений бора найдено больше всего. По сравнению с клубнями контрольных растений в клубнях третьего варианта содержание Р-активных веществ возросло на 24,5 %.
Заключение
Таким образом, боратный комплекс на основе ЭДДЯК (В-ЭДДЯК) повышает урожайность картофеля на 5,9 т/га (21,3 %), увеличивает питательную ценность клубней: содержание крахмала – на 3,6 %, аскорбиновой кислоты – на 3,4 мг/100 г, биофлавоноидов – на 12 мг/100 г сырого вещества. С учётом малого количества и экологической безопасности расходуемого для обработки препарата по результатам проведённого эксперимента можно сделать вывод о значительной его эффективности в качестве нового борного микроудобрения для повышения урожайности, а также пищевой и кормовой ценности клубней картофеля.