Оптимизация минерального питания картофеля в условиях Центрального района Нечернозёмной зоны РФ

УДК 633.491(470.31)

Оптимизация минерального питания картофеля в условиях Центрального района Нечернозёмной зоны РФ

Шитикова А. В., кандидат сельскохозяйственных наук

Абиала А. А.

ФГБОУ ВО «РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева», кафедра растениеводства и луговых экосистем

127550, Россия, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49

E-mail: plant@rgau-msha.ru

Комплексные исследования влияния подкормок азотными удобрениями на продуктивность картофеля проводили в многофакторных полевых опытах в 2017–2018 годах на Полевой опытной станции РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева. Установлены наиболее эффективные виды удобрений для картофеля, позволяющие улучшить рост, развитие, параметры фотосинтетической деятельности, товарную и семенную продуктивность посадок и качество клубней. Азотное питание усиливало фотосинтетическую деятельность растений картофеля, что выражалось в увеличении высоты растений (на 1–3 см), массы ботвы (на 9–15%), площади листьев (на 5–8%). Наибольшая площадь листьев — 54,3 тыс. м²/га — достигалась при внесении аммиачной селитры в дозе N₆₀, а также при применении нитрата кальция дробно (15+15) — 46,8 тыс. м²/га. На хорошо окультуренных почвах применение в качестве подкормки нитрата кальция обеспечивало прибавку урожая от 2,3 до 6,4 т/га. Наиболее высокая урожайность — 37,6 т/га — получена в варианте, в котором дробно вносили нитрат кальция в дозах 15+15; средняя высота растений при этом была 59,9 см, густоте стеблестоя — 168,5 тыс. шт./га, площадь листьев — 46,8 тыс. м²/га и NDVI — 0,92 ед. Экономически оправданным в наших исследованиях было дробное внесение нитрата кальция в дозах 15+15, что выразилось в снижении себестоимости производства и повышении рентабельности.

Ключевые слова: картофель, азотные удобрения, урожай, продуктивность, крахмал.

Картофель — стратегически важная для России сельскохозяйственная культура, основной продукт питания человека и источник корма для животных. На корм используют клубни в сыром, сушёном и запаренном виде, засилосованную ботву, продукты переработки картофеля. Картофель требователен к условиям минерального питания, плодородию и физическому состоянию почвы, особенно в период интенсивного клубнеобразования. Оптимизация минерального питания картофеля путём применения удобрений должна способствовать получению не только высоких устойчивых урожаев, но и требуемого качества клубней (Шпаар, 2016; Коршунов, 2014; Васильев, 2016). В Нечернозёмной зоне рациональное внесение азотных удобрений наряду с другими элементами питания существенно увеличивает урожайность картофеля (Шитикова, 2013; 2015). Важно учитывать, что для картофеля в равной мере вреден как избыток, так и недостаток азота в почве. Избыток минерального азота в почве вызывает чрезмерный рост ботвы в ущерб формированию клубней, а также задерживает их созревание, приводит к снижению содержания в них крахмала и увеличению нитратов, особенно при дефиците фосфора и калия.

В связи с этим поиск путей оптимизации азотного питания картофеля весьма актуален в агрономическом и экологическом аспектах.

Цель исследований — обосновать дозы внесения различных форм азотных удобрений, оценить влияние подкормок на формирование урожая картофеля и качественные характеристики продукции применительно к дерново-подзолистым почвам.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

— выявить влияние форм и доз азотных удобрений на формирование фотосинтетического аппарата, морфобиологические показатели картофеля и ход продукционного процесса;

— научно обосновать оптимальные дозы различных форм азотных удобрений, обеспечивающих максимальную продуктивность при разработке технологии возделывания картофеля;

— изучить особенности формирования урожая, основных компонентов его структуры и качества клубней в зависимости от агротехнических приёмов возделывания картофеля.

Методика исследований. Комплексные исследования влияния подкормок азотными удобрениями на продуктивность картофеля проводили в многофакторном полевом опыте в 2017–2018 годах на Полевой опытной станции РГАУ–МСХА им. К. А. Тимирязева. Почва хорошо окультуренная дерново-подзолистая среднесуглинистая со следующими агрохимическими показателями: содержание гумуса — 2,61–2,70%, подвижного Р₂О₅ — 145,0–180,5 мг/кг, обменного К₂О — 86,0–120,0 мг/кг, рН_КСl — 4,8–5,0.

Объект исследований — среднеранний сорт картофеля Ресурс. Ценностью данного сорта являются его высокая и стабильная урожайность, хорошая устойчивость к вирусным болезням, а также к жаре и засухе. Сорт обладает средней устойчивостью к фитофторе ботвы и клубней, а также редко поражается паршой обыкновенной.

Варианты:

1. контроль (фон);
2. аммиачная селитра N₃₀ в фазу полных всходов;
3. нитрат кальция N₃₀ в фазу полных всходов;
4. аммиачная селитра N₆₀ в фазу полных всходов;
5. нитрат кальция N₆₀ в фазу полных всходов;
6. нитрат кальция N₃₀ в фазу бутонизации;
7. нитрат кальция N₁₅ в фазу полных всходов + N₁₅ в фазу бутонизации.

Повторность опыта трёхкратная, расположение вариантов рендомизированное. Площадь опытной делянки — 25 м². Для посадки использовался элитный семенной материал. Предшественник озимая пшеница.

Для решения поставленных задач использовали общепринятые методы полевых и лабораторных исследований по культуре картофеля (ВНИИКХ) и статистической обработки данных: фенологические наблюдения проводились по «Методике государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур», определение уровня азотного питания растений картофеля — по содержанию хлорофилла в листьях непосредственно в поле с помощью портативного прибора N-tester YARA, индекс NDVI — с помощью сенсорного датчика GreenSeeker RT 200, площадь листьев — на фотопланиметре Li-3100, содержание сухого вещества и крахмала в клубнях — по ГОСТ 16932-93, урожайность — сплошным методом, статистическая обработка — методом дисперсионного анализа.

Результаты исследований. Удовлетворение потребностей картофеля в питательных элементах на ранних этапах развития способствует наиболее быстрому формированию вегетативных органов растений, содействует интенсивному фотосинтезу, а также даёт возможность эффективнее использовать запасы почвенной влаги для формирования урожая культуры (Шпаар, 2016).

Высота растений определяется в первую очередь сортовыми особенностями и условиями произрастания. В нашем эксперименте применение удобрений некоторым образом повлияло на этот показатель — в фазу бутонизации высота изменялась от 42 до 48 см. В фазу цветения высота растений изменялась от 50 см до 63 см. Самыми высокорослыми растения картофеля были в варианте с применением нитрата кальция в дозе N₆₀ в фазу полных всходов — 62,6 см.

По-видимому, раннее внесение азотного удобрения способствовало более быстрому развитию ботвы и раннему смыканию в рядах стеблестоя, при таком чрезмерном развитии (нитрат кальция N₆₀ в фазу полных всходов) в последующем замедлялось образование клубней.

Применение в наших исследованиях подкормок азотными удобрениями в фазу полных всходов повлияло на густоту стеблестоя картофеля практически во всех вариантах (табл. 1). Густота стеблестоя изменялась по вариантам опыта от 163 до 174 тыс. шт./га. В большей степени это связано с сортовыми особенностями и в меньшей — с условиями вегетационного периода культуры и применяемыми подкормками. Максимальная густота стеблестоя в фазу бутонизации отмечена в варианте, в котором для подкормки использовался нитрат кальция в дозе 60 кг д.в./га в фазу полных всходов — 170,6 тыс. шт./га (+7 тыс. шт./га к контролю), низкую стеблеобразующую способность в фазу цветения показали растения в вариантах с применением аммиачной селитры и нитрата кальция в дозе 30 кг д.в./га в фазу полных всходов (158,3 и 168,5 тыс. шт./га соответственно).

1. Густота стеблестоя, тыс. шт./га

В наших исследованиях определение индекса NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) с помощью сенсорного датчика GreenSeeker RT 200 показало, что применение азотных подкормок позволило увеличить продолжительность функционирования фотосинтетически активной биомассы по сравнению с контрольным вариантом. Индекс NDVI варьировался от 0,89 до 0,93 (табл. 2). Максимальных своих значений он достигал при применении нитрата кальция во всех дозах. Как известно, при повышении в начальный период роста содержания минерального азота почвы и удобрений в корнеобитаемом слое (0–60 см) от низкого (50–60 кг/га) до умеренного (80–90 кг/га) наблюдается пропорциональный рост массы ботвы и клубней в урожае.

1. Индекс NDVI

Дальнейшее повышение уровня азотного питания увеличивало продуктивность картофеля при опережающем развитии ботвы по отношению к формированию клубней, что связано с более значительными затратами азота на единицу товарной продукции.

В наших исследованиях установлено влияние уровня азотного питания на увеличение площади листьев картофеля: она изменялась от 28,9 до 54,3 тыс. м²/га. Максимальная площадь листьев (54,3 тыс. м²/га) отмечена в варианте, в котором для подкормки в фазу полных всходов использовалась аммиачная селитра в дозе 60 кг д.в./га, самые низкие показатели площади листьев отмечались в контроле (28,9 тыс. м²/га). Другая закономерность наблюдалась в вариантах с применением нитрата кальция: дробное внесение удобрения (15+15) в фазу всходов и фазу бутонизации и в дозе 30 кг — в фазу полных всходов было более эффективным в формировании площади листьев — 46,8 и 43,6 тыс. м²/га соответственно, в то время как высокие дозы (60 кг) и подкормка в фазу бутонизации (30 кг) не вызывали существенной прибавки: площадь листьев составляла 33,6 и 33,0 тыс. м²/га соответственно. При этом внесённые удобрения в виде нитрата кальция в дозе N₆₀ были неэффективны в своём действии на рост и формирование надземной листостебельной массы и формирование хозяйственно ценной части урожая. Возможно, это связано с тем, что изучаемые удобрения относятся к разным формам азотных удобрений: содержат азот одновременно в аммиачной и нитратной форме (аммиачная селитра) и в нитратной (нитрат кальция).

Количество хлорофилла под влиянием применяемых удобрений в условиях эксперимента значительно изменялось, т.е. зависело от условий корневого питания. Внесение азотных удобрений способствовало повышению содержания хлорофилла в листьях картофеля. В среднем за вегетацию концентрация хлорофилла под влиянием азота возрастала на 6–10%. Существенно удалось повысить этот показатель только при двойной подкормке нитратом кальция (470 ед.) и при внесении высоких доз аммиачной селитры (463,7 ед.).

Максимальные значения массы сырой ботвы отмечались в вариантах, в которых для подкормки использовался нитрат кальция в дозе 60 кг в фазу полных всходов — 633 г (30,41 т/га) и аммиачная селитра в дозе 30 кг д.в./га — 548,3 г (26,32 т/га).

В исследованиях установлено также и действие уровня азотного питания на динамику клубнеобразования и прирост массы клубней. Полученные данные свидетельствуют о том, что продолжительность и интенсивность прироста клубней картофеля в исследуемых вариантах была различной. На интенсивность прироста оказывали существенное влияния условия тепло- и влагообеспеченности периода вегетации. Наиболее интенсивным прирост массы клубней был в фазу цветения в результате применения нитрата кальция в дозе 60 кг в фазу всходов и дробного применения этого удобрения (15+15) — 80,5 и 110,3 г/куст соответственно, что свидетельствует о быстром поступлении и доступности питательных элементов, необходимых картофелю.

Азотные подкормки оказали положительное действие на формирование надземной массы растений картофеля. Это привело к более раннему смыканию ботвы в междурядьях, вследствие этого листья среднего яруса испытывали недостаток света, что явилось причиной ослабления и нарушения процесса ассимиляции растениями углекислоты воздуха и в дальнейшем оказало влияние на формирование урожая.

Применение азотных удобрений повлияло на формирование урожая картофеля. Наибольшее количество клубней на один куст сформировалось в вариантах, в которых для подкормки использовалась аммиачная селитра в дозе 60 кг д. в./га — 19,53 шт. на один куст, но в этом варианте доля клубней весом менее 30 г была больше, поэтому товарность была ниже, чем в других вариантах.

Применение нитрата кальция в дозе 60 кг обеспечивало мощное развитие надземной массы, но высокая фотосинтетическая активность не обеспечивала в итоге высокую урожайность: в этом варианте урожайность была ниже, чем на контроле, на 4 т/га и составила 27,1 т/га.

Самая высокая урожайность, как результирующий критерий оценки применяемых агроприёмов, позволила выявить преимущество дробного внесения нитрата кальция (15+15). Урожайность в этом варианте составила 37,6 т/га, что позволило получить самую высокую в эксперименте прибавку к контролю — 6,4 т/га (табл. 3).

1. Урожайность картофеля, т/га

Одним из показателей при оценке качества клубней картофеля является содержание сухого вещества. На уровень накопления в клубнях крахмала большое влияние оказывают такие факторы, как температура, влажность воздуха и почвы, удобрения, уход и др. Во влажные и холодные годы происходит снижение крахмалистости, а в тёплые и сухие — её повышение. Задержка оттока углеводов из листьев в проводящие пути, из столона в клубень, приводит к снижению количества крахмала.

На содержание сухого вещества в стеблях и листьях картофеля существенное влияние оказывали фазы развития растений, условия тепло- и влагообеспеченности и применяемые агроприёмы. Результаты исследований показали, что содержание сухого вещества в клубнях картофеля изменялось под действием азотных удобрений от 17,8 до 21,9%, а крахмала — от 10,1 до 12,4%, но в значительной степени эти показатели зависели и от условий тепло- и влагообеспеченности вегетационного периода.

Наибольшее содержание сухого вещества и крахмала на момент уборки отмечалось в клубнях вариантов с применением аммиачной селитры и нитрата кальция в дозах 60 кг д.в./га — 20,9 и 21,9% и 12,3 и 12,4% соответственно.

О целесообразности проводимых мероприятий, в данном случае — применения подкормок, нельзя судить лишь по полученному эффекту, выраженному в виде прибавки урожая, так как он не даёт представления о выгодности применения подкормок в эти сроки. Необходимо определить окупаемость, отдачу совокупных вложений, для чего необходимо сделать экономическую оценку проводимых мероприятий.

Результаты исследований влияния подкормок нитратом кальция выявили взаимосвязь затрат на производство картофеля и ожидаемой прибыли от доз удобрения. Так, с повышением доз нитрата кальция (60 кг) повышался уровень производственных затрат, ожидаемая прибыль снижалась в среднем на 28%. Уровень рентабельности производства картофеля при подкормках нитратом кальция изменялся в зависимости от сроков и доз применения от 56 до 123%. Самая высокая рентабельность (123%) была отмечена в варианте, в котором использовалось дробное внесение нитрата кальция (15+15), при этом и себестоимость производства, и трудоёмкость 1 т картофеля были ниже (3,7 тыс. руб./т). И как следствие, при более низкой себестоимости производства 1 т продукции была выше окупаемость затрат — в 12,3 раза. Таким образом, наиболее целесообразно при производстве картофеля дробное внесение нитрата кальция в фазу полных всходов и бутонизации в дозе 30 кг д.в./га.

Заключение. Подкормки нитратом кальция обеспечивали получение на хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах в Центральном районе Нечернозёмной зоны стабильных урожаев картофеля на уровне 20–30 т/га и прибавку урожая от 2,3 до 6,4 т/га. Наиболее высокая урожайность — 37,6 т/га — получена в варианте, в котором использовалось дробное внесение нитрата кальция в дозах 15+15. В исследованиях установлено повышение содержания крахмала под действием азотных удобрений: самое высокое содержание крахмала на момент уборки отмечалось в клубнях вариантов с подкормкой нитратом кальция в дозе N₆₀ — 12,4%. Экономически оправданным в наших исследованиях было дробное внесение нитрата кальция в дозах 15+15, что выразилось в снижении себестоимости производства на 0,64 тыс. руб./т и повышении рентабельности на 32% по сравнению с контрольным вариантом.

Литература

1. Абакумов В. Н. Урожайность картофеля разных групп спелости в условиях Московской области / В. Н. Абакумов, П. А. Обухов, А. В. Шитикова // Плодородие. — 2017. — № 4. — С.16–18.
2. Беленков А. И. Формирование урожая и качества клубней картофеля в зависимости от технологии возделывания, способов обработки почвы и уровня минерального питания в полевом опыте ЦТЗ / А. И. Беленков, В. А. Николаев, А. В. Шитикова, А. С. Черных // Нивы Зауралья. — 2013. — № 7 (107). — С.58–62.
3. Васильев А. С. Формирование продуктивности разных сортов картофеля под влиянием некорневых подкормок высокотехнологичными препаратами / А. С. Васильев, З. И. Усанова // Земледелие. — 2016. — № 5. — С.33–36.
4. Картофель. Возделывание, уборка, хранение / Под общей ред. Д. Шпаара. — Москва: Издательство «ДЛВ «Агродело», 2016.
5. Эффективность приёмов сортовой агротехники на ранних сортах картофеля российской селекции / А. В. Коршунов, А. В. Митюшкин, А. С. Дорогов, А. В. Шитикова // Достижения науки и техники АПК. — 2014. — № 10. — С.26–28.
6. Шитикова А. В. Формирование урожая картофеля при применении азотных удобрений и регуляторов роста / А. В. Шитикова. — Москва: Издательство РГАУ–МСХА, 2015. — 161 с.

Optimization of potato mineral nutrition in the central region of the Non-Chernozem zone

Shitikova A. V., PhD Agr. Sc.

Abiala A. A.

Russian Timiryazev State Agrarian University, department of Crop Production and Grassland Ecosystems

127550, Russia, Moscow, Timiryazevskaya str., 49

E-mail: plant@rgau-msha.ru

Multi-factorial field trials were conducted at the Field Experimental Station of the Russian Timiryazev State Agrarian University in 2017–2018. Potato productivity was analyzed as affected by nitrogen fertilization. The most effective fertilizers selected improved potato growth, development, photosynthetic activity, tuber and seed productivity and quality. Nitrogen nutrition increased photosynthetic activity of plants leading to higher height (by 1–3 cm), top mass (by 9–15%) and wider leaf area (by 5–8%). The widest leaf area — 54.3 thousand m² ha^-1 — occurred under applications of ammonium nitrate (N₆₀) and calcium nitrate (15+15) — 46.8 thousand m² ha^-1. Application of calcium nitrate in well-cultivated soil resulted in yield increase from 2.3 to 6.4 t ha^-1. The highest productivity — 37.6 t ha^-1 — was achieved in the variant treated with calcium nitrate (15+15); average plant height was 59.9 cm, plant density — 168.5 thousand pcs. ha^-1, leaf area — 46.8 thousand m² ha^-1 and NDVI — 0.92. Split application of calcium nitrate showed to be economically effective improving the production payback.

Keywords: potato, nitrogen fertilizer, yield, productivity, starch.

References

1. Abakumov V. N. Urozhaynost kartofelya raznykh grupp spelosti v usloviyakh Moskovskoy oblasti / V. N. Abakumov, P. A. Obukhov, A. V. Shitikova // Plodorodie. — 2017. — No. 4. — P.16–18.

2. Belenkov A. I. Formirovanie urozhaya i kachestva klubney kartofelya v zavisimosti ot tekhnologii vozdelyvaniya, sposobov obrabotki pochvy i urovnya mineralnogo pitaniya v polevom opyte TsTZ / A. I. Belenkov, V. A. Nikolaev, A. V. Shitikova, A. S. Chernykh // Nivy Zauralya. — 2013. — No. 7 (107). — P.58–62.

3. Vasilev A. S. Formirovanie produktivnosti raznykh sortov kartofelya pod vliyaniem nekornevykh podkormok vysokotekhnologichnymi preparatami / A. S. Vasilev, Z. I. Usanova // Zemledelie. — 2016. — No. 5. — P.33–36.

4. Kartofel. Vozdelyvanie, uborka, khranenie / Pod obshchey red. D. Shpaara. — Moscow: Izdatelstvo “DLV “Agrodelo”, 2016.

5. Effektivnost priemov sortovoy agrotekhniki na rannikh sortakh kartofelya Rossiyskoy selektsii / A. V. Korshunov, A. V. Mityushkin, A. S. Dorogov, A. V. Shitikova // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. — 2014. — No. 10. — P.26–28.

6. Shitikova A. V. Formirovanie urozhaya kartofelya pri primenenii azotnykh udobreniy i regulyatorov rosta / A. V. Shitikova. — Moskva: Izdatelstvo RGAU–MSKhA, 2015. — 161 p.