Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Картофель (Solanum tuberosum L.) – исключительное ценное клубнеплодное крахмалоносное растение семейства Пасленовые (Solanaceae), имеющее большое значение в жизнеобеспечении человека как «второй хлеб», а также как источник важных продуктов переработки – глюкозы, крахмала, этанола, и как высокопитательный корм для животных [0; 2]. Это высокопродуктивная культура, про которую в свое время Д.Н. Прянишников [3] писал, что выращивать корнеплоды и картофель на полях – это то же, что получать 3 колоса там, где раньше рос один. В истории картофелеводства нашей страны зафиксированы примеры получения урожайности свыше 80–120 т/га [4]. В настоящее время ещё далеко не исчерпаны резервы повышения урожайности, качества урожая, рентабельности картофелеводства. По данным ФАО 2020 [5], в мире получают с гектара по 20,1 т, в Российской Федерации – 15,7 т клубней, что значительно ниже потенциальных возможностей современных сортов [6–8]. Реализация потенциальной продуктивности сортов во многом зависит от технологии возделывания, природно-климатических условий и экологической адаптивности выращиваемых сортов [6; 7; 9].

Достижение высоких результатов возможно при применении метода программирования урожайности [10]. Оптимальное программирование предусматривает определение действительно возможных урожаев в каждой конкретной местности, обеспечивающих наиболее полное использование природных и материально-технических ресурсов за счет оптимизации основных факторов жизни растений и управления ходом продукционного процесса [9]. Наиболее мощным фактором получения запрограммированных урожаев является удобрение. По сведению ряда авторов, повышение урожайности в системе агротехнических приемов обеспечивается за счет удобрений в США на 40–50 %, в Германии на 50 %, во Франции на 50–70 % [11; 12]. Определение доз удобрений на программируемый урожай является важнейшим принципом программирования урожайности [4]. Эти вопросы требуют дальнейшего изучения при выращивании современных сортов по экологически безопасной технологии.

Цель работы – выявить особенности формирования климатически обеспеченных урожаев разных по скороспелости сортов картофеля в условиях Верхневолжья при возделывании по экологически безопасной технологии с междурядьями 75 см.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в 2017–2019 гг. на дерново-подзолистой супесчаной почве КФХ «Анкинович» Калининского района Тверской области. До закладки опыта в почве содержалось 2,5 % гумуса (по Тюрину), 107,1 мг/кг легкогидролизуемого азота (по Корнфилду), 482 мг/ кг Р2О5 и 295 мг/кг К2О (по Кирсанову), рНсол. – 6,43.

В опыте изучали факторы: А – фон минерального питания: 1 – умеренный, расчетная доза NPK на урожай 30 т/га; 2 – повышенный, NPK на урожай 40 т/га; В – сорт: 1 – Винета, раннеспелый; 2 – Гала, среднеранний; 3 – Скарб, среднеспелый; 4 – Никулинский, среднепоздний. Площадь учетной делянки по А – 48 м2, по В – 12 м2, повторность четырехкратная, размещение делянок рандомизированными блоками.

Объекты исследований – сорта картофеля отечественной (Никулинский, ВНИИКХ имени Лорха) и зарубежной селекции (Скарб, Беларусь; Винета, Германия; Гала, Германия, ф. Norica).

Исследования выполнены по современным методикам [13]. Расчеты программируемой урожайности (ПРУ) и показателей климатической обеспеченности проведены по методике [4; 14], дисперсионный и корреляционный анализы по методике [15].

В опыте соблюдали запрограммированную экологически безопасную технологию возделывания картофеля. Удобрения вносили на ПРУ: на умеренном фоне на 30 т/га (N45P23K35), на повышенном – 40 т/га (N102P23K115). Уровень урожайности в 30 т/га соответствует расчетному ПРУ по биогидротермическому потенциалу продуктивности, в 40 т/га – потенциальному урожаю с КАД ФАР 2,5 %. Дозы удобрений определяли балансовым способом [4]. Посадку проводили по схеме 75х28 см, густота стояния 50 тыс. растений на гектаре. Технологические операции при возделывании картофеля выполняли с помощью комплекса современных машин (Grimme, Amazone, Колнаг и др.), применяемых при технологии с междурядьями 75 см. Сажали картофель хорошо подготовленными клубнями семенной фракции (50–80 г – прозеленённые, прогретые, пророщенные), обработанные инсектофунгицидом «Престиж», сажалкой GL – 34 Т. В системе ухода за посевами пестициды не применялись. Погодные условия в годы исследований отличались от среднемноголетней нормы, что будет показано в разделе «Результаты исследований».

Результаты исследования и их обсуждение

Программированное выращивание картофеля предусматривает проведение исследований по климатической обеспеченности его в разные годы [4]. Определение этих показателей в условиях Верхневолжья свидетельствует о неодинаковой тепло- и влагообеспеченности картофеля в разные годы (табл. 1).

Наибольшие отклонения от среднемноголетних данных наблюдались по показателям влагообеспеченности картофеля, а именно по суммарному водопотреблению, запасу продуктивной влаги до посадки, сумме осадков, гидротермическому показателю, биогидротермическому коэффициенту продуктивности и гидротермическому коэффициенту, которые были ниже нормы. Обеспеченность растений теплом (∑t > 10 °C), а также показатели радиационного баланса и суммы фотосинтетически активной радиации превышали норму. Наиболее холодным и влажным оказался 2017 г., когда суммарное водопотребление, сумма осадков были на 9,3 и 16,8 % больше среднемноголетнего количества.

На основании показателей климата рассчитаны разные уровни (категории) урожайности (табл. 2). Результаты их свидетельствуют о том, что в условиях региона по тепловым ресурсам (КУБП) раннеспелые, среднеранние и среднеспелые сорта картофеля могут накопить урожай абсолютно сухой фитомассы 9,38, клубней – 29,31 т/га. Близкие к этим могут быть получены урожаи по приходу ФАР с КПД 2,0 %.

Более низкую урожайность раннеспелых, среднеранних и среднеспелых сортов картофеля можно получить по условиям влагообеспеченности (КУВ). Потенциальная урожайность, рассчитанная по приходу ФАР с КПД 2,5 %, близка к 40 т/га, а с КПД 3,0 % – к 50 т/га. На основании анализа полученных данных на умеренном фоне минерального питания дозы удобрений (NPK) мы рассчитывали на ПРУ в 30 т/га, на повышенном – 40 т/га, то есть на КУБП и ПУ с КПД ФАР 2,5 %. Урожайность, рассчитанная по фактическим показателям климата в годы исследований, в среднем за 3 года, мало отличалась от ПРУ по среднемноголетней норме.

Результаты экспериментальных исследований, полученные в двухфакторном опыте, показали, что фактическая урожайность картофеля в большинстве вариантов значительно отличалась от ПРУ (табл. 3). Различия в продуктивности зависели от биологии сорта, фона минерального питания растений и распределения тепла и влаги в течение вегетации в годы исследований. Так, при разной реакции на изменения тепло- и влагообеспеченности картофеля, на умеренном фоне сорт Скарб, на повышенном – Никулинский сформировали в среднем за 3 года запрограммированную урожайность. Бо́льшим недобором урожая к ПРУ отличались сорта на умеренном фоне, особенно в 2017 г. На повышенном фоне в связи с улучшением минерального питания растений фактическая урожайность, как правило, превосходила ПРУ.

Недобор урожайности на умеренном фоне объясняется как погодными условиями, так и несбалансированностью минерального питания растений. Так, первые два месяца вегетации картофеля в 2017 г. характеризовались избыточным увлажнением и колебаниями температуры воздуха, а также недостатком влаги во время созревания (рис. 1).

Таблица 2

Уровни программируемой урожайности картофеля в разные годы, т/га

Примечание: сухая масса – это абсолютно сухая масса.

КУБП – климатически обеспеченный урожай, рассчитанный по биогидрологическому потенциалу продуктивности; КУВ – климатически обеспеченный урожай по влагообеспеченности; ПУ – потенциальный урожай с КПД ФАР 2,0; 2,5; 3,0 %.

Таблица 3

Фактическая урожайность сортов картофеля и ее отличия от программируемой (ПРУ), т/га

Среднесуточная температура воздуха в период «всходы – бутонизация» была низкой (14,2 °С). О затруднении минерального питания в этом году на умеренном фоне свидетельствует тот факт, что на повышенном фоне все сорта, кроме раннеспелого Винета, накопили урожаи выше ПРУ. Для раннеспелых сортов в начале вегетации сложились менее благоприятные условия, чем для более позднеспелых. Превышение ПРУ сортов 2019 г. объясняется оптимальным сочетанием и распределением тепла и влаги в течение вегетации картофеля. А именно, повышенная температура воздуха после всходов ускорила наступление фазы бутонизации в сравнении с другими годами календарно на 7–12 дней, а цветение – на 7–26 дней, что продлило рост клубней и накопление урожая по сортам с 8–37 дней в 2017 г. до 50 дней в 2019 г. (табл. 4). Кроме того, в ответственный период для накопления урожая «цветение – созревание» сложилась умеренная температура воздуха (15,3 °С), что соответствовало требованием биологии картофеля [16]. Установлена тесная положительная прямая корреляция между урожайностью картофеля и суммой температур (r = 0,82), суммой осадков (r = 0,87) в период «цветение – созревание» и отрицательная – со среднесуточной температурой воздуха в этот период (r = – 0,82), при фактических значениях t и F, равных 3,76–4,76 и 14,00–22,67, теоретических – t05 = 2,4, F05 = 5,6.

Оптимизация минерального питания растений на повышенном фоне способствовала получению прибавок урожая в среднем по сортам 15,2–15,9 т/га или 40,5–64,9 %. Соответственно по сортам в среднем за 3 года они составили, т/га ( %): Винета – 12,6 (38,4), Гала – 16,0 (57,8), Скарб – 19,3 (67,0), Никулинский – 14,2 (55,5).

Повышению урожайности в разные годы по фонам минерального питания и сортам содействовало сокращение расхода влаги на единицу товарной продукции, что обозначается товарным коэффициентом водопотребления (Кв тов.) (табл. 5). Он находится в обратной зависимости от урожайности и в прямой от суммарного водопотребления. Повышение урожайности в 2019 г. способствовало существенному снижению Кв тов. на обоих фонах минерального питания. По сравнению с наиболее влажным 2017 г. они были в 1,5–2,3 раза меньше на умеренном фоне и 1,1–2,1 раза на повышенном. Оптимизация минерального питания растений на повышенном фоне снизила коэффициенты водопотребления в среднем за 3 года на 36,2 %. Разница в Кв тов. между сортами меньше, чем между годами и фонами, она не превышает 14,6–19,2 % (14,2–28,5 м³/т), но она была больше НСР 05 (6,7 м³/т). Коэффициенты водопотребления являются важнейшими параметрами программирования. Полученные по сортам и категориям урожайности Кв тов. можно использовать при программировании урожайности картофеля в Верхневолжском и других регионах со сходными агроклиматическими условиями.

Таблица 4

Агроклиматические условия вегетационного периода картофеля в годы исследований

Таблица 5

Товарные коэффициенты водопотребления сортов картофеля на разных фонах в годы исследований, мм х га/ц или м3/т

Важными параметрами программирования являются также площадь листьев и фотосинтетический потенциал посева (агроценоза) (ФПП), которые оказывают большое влияние на урожайность картофеля и других сельскохозяйственных культур [9]. По данным ряда авторов, коэффициент корреляции между урожайностью и максимальной, средней площадью листьев посева, ФПП достигают 0,82–0,83 при фактических значениях t и F, равных 7,87–8,21 и 64,42–67,38, теоретических t 05 = 2,05, F05 = 4,26 [17]. В нашем опыте площадь листьев посева в большой степени зависела от влаго- и теплообеспеченности картофеля в разные годы и периоды вегетации и в меньшей – от биологии сорта и уровня минерального питания. Так, в среднем за 3 года максимальная площадь листьев посева колебалась по сортам на умеренном фоне от 33,4 до 35,6 тыс. м2/га, на повышенном – от 37,2 до 39,7 тыс. м2/га, в год (2017) с избыточным увлажнением в первой половине вегетации соответственно по фонам от 39,0 до 48,5 (умеренный) и от 41,6 до 50,5 (повышенный фон) тыс. м2/га. Наименьшая площадь листьев посева сформировалась в 2019 г. с резким дефицитом влаги и повышенными температурами воздуха в первой половине вегетации «всходы-цветение». Она составила в среднем по сортам 24,0 тыс. м2/га на умеренном фоне и 27,0 тыс. м2/га на повышенном фоне.

О фотосинтетической активности посева можно судить по производительности ФПП, то есть по количеству урожая клубней, полученному на 1 тыс. единицу ФПП [4].

Исследованиями выявлено, что величина ФПП изменялась от влияния изучаемых факторов в той же закономерности, как площадь листьев посева. Производительность ФПП зависела в первую очередь от агроклиматических условий в годы исследований, во вторую – от обеспеченности растений минеральной пищей и от биологии сорта (табл. 6).

Таблица 6

Величина и производительность фотосинтетического потенциала посева (агроценоза) сортов картофеля при программировании разных уровней урожайности в годы исследований

Более высокой фотосинтетической активностью картофель отличался в благоприятном для формирования урожайности 2019 г., когда производительность ФПП на умеренном фоне была в 2,4 раза, на повышенном в 1,8 раза больше, чем в неблагоприятном 2017 г. Улучшение минерального питания растений на повышенном фоне увеличило производительность ФПП в среднем по сортам за 3 года в 1,4 раза, а разница между сортами составляла соответственно по фонам 32,7 % и 38,4 %. Наиболее высокий фотосинтетической активностью обладали сорта Винета на 1-м фоне, Скарб и Винета на 2-м фоне минерального питания, которые на 1 тыс. ед. ФПП накопили, в среднем 25,1 кг клубней на умеренном и 29,26–32,79 кг на повышенном фоне. Ценным свойством сорта Винета является способность увеличивать выход клубней на 1 тыс. ед. ФПП при более высоких параметрах посева (площади листьев и ФПП), что свидетельствует о более высокой продуктивности фотосинтеза.

Повышение фотосинтетической активности картофеля при возделывании его по экологически безопасной технологии без применения химической защиты посадок сдерживалось поражением растений фитофторозом, эпифитотия которого наблюдалась ежегодно (рис. 2). Этим объясняется недобор урожая к ПРУ, особенно в годы с коротким периодом созревания (2017) из-за раннего усыхания пораженной фитофторозом листовой поверхности. Для сохранения посадок картофеля от этой болезни обычно рекомендуется применение в течение вегетации не менее 6–8 обработок их фунгицидами [18].

Результаты определения пораженности растений фитофторозом по ботве свидетельствуют о разной устойчивости сортов к этой болезни. Сильноустойчивым оказался сорт Никулинский, у которого на обоих фонах распространение болезни не превышало 23 %, а развитие 7 %, среднеустойчивым – Скарб: распространение 84–87 %, развитие – 30–41 %. Сорта Винета и Гала слабоустойчивые к фитофторозу и при применении химических средств защиты растений потенциально способны формировать урожаи запрограммированного уровня. Достоинством этих сортов является способность формировать хозяйственно ценные урожаи до сильного распространения болезни (до начала созревания). Об этом свидетельствует выход товарных клубней из урожая (табл. 7). Во все годы и по всем сортам в среднем он был высокий.

Пониженной товарностью клубней отличались сорта в 2017 г.: среднеспелый Скарб (83,7 %) и среднепоздний Никулинский (85,8 %), которые не успели реализовать свой фотосинтетический потенциал из-за короткого периода созревания. Более высокой товарностью клубней на обоих фонах минерального питания отличался сорт Винета. Выход товарных клубней в тоннах с гектара зависел от урожайности сорта и товарности клубней. Высокий, равный ПРУ и выше, урожай товарных клубней обеспечивали сорта: на умеренном фоне Винета (31,3 т/га), на повышенном – Винета, Гала и Скарб (41,7–46,4 т/га).

Эффективность программирования урожайности можно оценить по окупаемости урожаем внесенных удобрений. Анализ этих данных (табл. 8) свидетельствует о том, что при точном соблюдении запрограммированной технологии, посадке по лучшему предшественнику хорошо подготовленными клубнями можно достичь высокой окупаемости урожаем 1 кг действующего вещества удобрений. Так, в среднем по сортам и за 3 года, на умеренном фоне получено 287 кг клубней на 1 кг д.в. удобрений, на повышенном – 185 кг. В среднем по 2 фонам лучшей окупаемостью отличались сорта Винета и Скарб, у которых получено по 259 и 244 кг клубней на 1 кг д.в. удобрений. При программировании более высокого урожая (40 т/га) окупаемость снизилась в среднем на 35.7 %, но оставалась высокой – 185 кг на 1 кг д.в. В более благоприятный (2019) год окупаемость возрастала по сравнению с менее благоприятным (2017) годом на умеренном фоне в 1,5 раза, на повышенном – в 1,3 раза.

Таблица 8

Окупаемость урожаем внесенных удобрений

Заключение

Таким образом, обеспеченность картофеля агроклиматическими ресурсами позволяет программировать урожайность по тепловым ресурсам 29,31 т/га, по влагообеспеченности 23,17 т/га, по приходу ФАР с КПД 2 % – 29,79; 2,5 % – 39,58; 3 % – 47,5 т/га.

На накопление урожая клубней большое влияние оказывает распределение тепла и влаги в течение вегетации. Более высокая урожайность сортов картофеля формировалась в годы (2019) с высокой температурой воздуха в период «всходы – цветение» (17,0–17,1 °С) при дефиците влаги и умеренной (15,3 °С) в период «цветение – созревание» при оптимальном увлажнении.

Оптимизация агроклиматических условий в лучшие годы способствовала формированию урожайности выше ПРУ на умеренном фоне минерального питания на 9,9 т/га (35,8 %), на повышенном – на 12,9 т/га (32,4 %). Наибольшую урожайность в среднем за 3 года накопили сорта: на умеренном фоне Винета (32,8 т/га + + 4,0 т/га к ПРУ), на повышенном Скарб (48,1 т/га + 8,3 т/га к ПРУ).

Рост урожайности сортов в разные годы был обеспечен более экономным расходованием влаги и питательных веществ (NPK) на единицу урожая, повышением фотосинтетической активности и производительности ФПП, а также биологическими особенностями сортов. При возделывании по экологически безопасной технологии раннеспелые и среднеранние сорта накапливали хозяйственно ценный урожай клубней до начала эпифитотии фитофтороза.

На высоко окультуренных дерново-подзолистых почвах Верхневолжья при строгом соблюдении экологически безопасной технологии с посадкой по лучшим предшественникам хорошо подготовленными (прозелененными, пророщенными, прогретыми) клубнями семенной фракции можно программировать уровни урожайности: по биогидротермическому потенциалу продуктивности (КУБП) – 30 т/га и приходу ФАР с КПД 2,5 % (ПУ) – 40 т/га, что позволяет получать на 1 кг действующего вещества удобрений по лучшим сортам, в среднем до 330 и 200 кг клубней соответственно.