Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы ...7
1.1 Природно-климатические условия развития картофеля 10
1.2 Требования картофеля к минеральному питанию 17
1.3 Динамика содержания и потребления питательных веществ картофелем.23
1.4 Роль питания в фотосинтетической деятельности и образовании ассимиляционного аппарата картофеля 29
1.5 Влияние минеральных удобрений на структуру и качество урожая 32
2 Объекты, условия и методика проведения исследований 37
2.1 Объекты исследования и их характеристика 37
2.2 Климатические условия проведения опыта 41
2.3 Методика закладки и проведения полевого опыта 45
3 Особенности минерального питания растений 49
3.1 Динамика нарастания сухой биомассы картофеля 49
3.2 Динамика потребления минеральньк элементов растениями картофеля .-.55
4 Ассимиляционная поверхность, чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал растений 61
4.1 Развитие ассимиляционного аппарата растений картофеля в зависимости от уровней минерального питания 61
4.2 Чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал растений картофеля 67
5 Урожайность картофеля и элементы ее структуры, качество клубней 71
5.1 Урожайность и структура урожая картофеля 71
5.2 Содержание крахмала в клубнях картофеля 80
6 Баланс и коэффициенты использования элементов питания из почвы 84
6.1 Баланс элементов питания в почве 84
6.2 Коэффициенты использования питательных элементов из почв и удобрений 88
7. Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения минеральных удобрений 93
7.1 Экономическая оценка применения минеральных удобрений в опыте 93
7.2 Биоэнергетическая оценка применения минеральных удобрений в опыте94
Выводы 101
Предложения производству 102
Список используемой литературы 103
Приложения 118
- Требования картофеля к минеральному питанию
- Климатические условия проведения опыта
- Динамика потребления минеральньк элементов растениями картофеля
- Чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал растений картофеля
Введение к работе
Актуальность. Производство высококачественного семенного материала является важнейшим звеном отрасли картофелеводства, обеспечивающим существенное повышение урожайности картофеля. В целях наиболее полной реализации биологического потенциала сортов, посевных и сортовых качеств семенного материала, необходим достаточно высокий уровень организации применения удобрений (Симаков, 1989).
Биологический потенциал современных сортов картофеля оценивается в 80-100 т/га. В хозяйствах Свердловской области средняя урожайность этой культуры едва превышает 10 т/га, и большинство хозяйств отказывается от выращивания картофеля. При среднем уровне урожайности по России 9,6 т/га отмечаются довольно существенные различия по регионам. В Северо-Западном средний урожай составил - 11,8; Центральном — 9,7; Волго-Вятском - 10,5; в Центрально Черноземном районе - 6,7; в Поволжье - 8,1; на Северном Кавказе - 6,3; на Урале - 10,7; в Западной Сибири - 8,4; в Восточной Сибири - 11,8; на Дальнем Востоке - 9,5 т/га. Для увеличения урожайности особое внимание следует уделять правильному соотношению элементов питания (Анисимов, 2000).
Высокая продуктивность картофеля обуславливает его повышенную потребность в элементах питания. Исследованиями ряда ученых (Демин, Варфа Ахмед, 2000) установлено, что среди агротехнических приемов наибольшее влияние на урожай картофеля оказывают удобрения. Получение высоких урожаев не возможно без создания оптимального уровня питания, и здесь еще много нерешенных проблем, в частности, необходимо выявить потребности растений в элементах питания.
Выявить потребность растений в элементах питания можно путем проведения обследования почв на содержание макро и микроэлементов в зонах произрастания картофеля. Этот подход может быть эффективным, так как при его осуществлении будет известен весь спектр химических элементов на протяжении формирования картофеля.
В практике бытует мнение, что повышение урожая может быть связано с отрицательной зависимостью с качеством продукции: снижение качества и сроков хранения картофеля, содержание крахмала в картофеле и так далее. Если соблюдать все агротехнические правила, заботится о сбалансированном обеспечении растений макро и микроэлементами, повышение урожая всегда сопровождается улучшением его качества (Державин, 1992; Кораблева, 2003).
В литературе приводятся методики расчета потребного количества питательных элементов под запланированный урожай, при этом расчетные дозы удобрений не всегда обеспечивают ожидаемый эффект и не учитывают влияние минеральных удобрений на качество, крахмалистость, заражаемость болезнями и другие показатели. Таким образом, получение урожая основывается на практическом применении важного биологического закона: единства организма и условий среды. Знания потребностей растения и умения в наибольшей мере удовлетворять их дает возможность повышать урожай сельскохозяйственных культур.
Цель исследования. Выявить особенности влияния минеральных удобрений на рост и развитие растений картофеля, характер их питания и формирование урожая семенных клубней.
Задачи исследования.
Установить влияние применения минеральных удобрений на особенности питания растений картофеля.
Выявить влияние минеральных удобрений на формирование биомассы, листовой поверхности и функционирование фотосинтетического аппарата растений картофеля.
Определить баланс питательных элементов в почве.
Изучить влияние минеральных удобрений на урожайность, элементы ее структуры и качество.
Дать экономическую и биоэнергетическую оценку эффективности применения минеральных удобрений при возделывании семенного картофеля.
Защищаемые положения:
Особенности минерального питания при возделывании картофеля на семенные цели.
Потребление и вынос элементов питания растениями картофеля.
Рост и развитие растений картофеля и формирование урожая семенных клубней под влиянием минеральных удобрений.
Научная новизна. Впервые в условиях северной лесостепи Предуралья изучено влияние минеральных удобрений на формирование растений картофеля с учетом их ассимиляционной и фотосинтетической деятельности. Рассчитаны коэффициенты использования питательных элементов из почв и удобрений. Выявлено влияние различных доз минеральных удобрений для возделывания семенного картофеля.
Практическая ценность работы. На основе полученных данных разработана и внедрена система удобрения семенного картофеля в ГУП ОПХ «Крас-ноуфимская селекционная станция», КХ «Успех», Агрофирме «Манчажской», ООО «Тавра».
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Процесс усвоения зольных элементов и азота из почвы получил название почвенного или минерального питания. Поглощение и усвоение элементов минеральной пищи из почвы представляет собой очень важную сторону жизни растений. Теоретические основы минерального питания необходимы для разработки рациональных практических мероприятий, направленных на повышение продуктивности и урожайности растений. При этом, надо помнить замечание Д.Н. Прянишникова (1937) о том, что недостаток или отсутствие знаний в области минерального питания растений нельзя заменить избытком удобрений. Снабжение растений полным набором и в оптимальном соотношении минеральных элементов имеет значение в конструктивном и энергетическом обмене растений, в повышении устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям, в регулировании осмотических явлений, протекающих в растении и т.д. (Веретенников, 2002).
Рядом исследователей установлено, что применение повышенных и высоких норм удобрений (особенно не сбалансированных по основным элементам питания) снижает содержание крахмала в клубнях картофеля, увеличивает накопление нитратов в продукции, а также ослабляет их сопротивляемость патогенам и устойчивость клубней при хранении (Демин, 1985; Демин, Варфа Ахмед, 2000; Дорожкин, 1982; Елисеева, Усманов, 1996; Латушкин, Личко, Цер-линг, 1979; Панников, Минеев, 1987; Переверзев, 1994; Царегородцев, Альме-тов, 1996; Benton, 1984; Painter, 1988).
В развитии картофельного растения различными исследователями выделено от 3 до 6 периодов развития (Вавилов, 1981; Коренев и др., 1988; Хлевной, 1986).
Первая стадия - покой клубня. Различают глубокий естественный покой и покой вынужденный. В состоянии естественного покоя почки клубней не прорастают даже при самых благоприятных условиях. Продолжительность ес-
тественного покоя определяется особенностями сорта и составляет в среднем 3-4 месяца. В состоянии вынужденного покоя клубень поддерживается за счет искусственного создания условий, препятствующих прорастанию почек, прежде всего пониженных температур (2-4С) (Коренев и др., 1988).
Условия и режим хранения, которые складываются в период покоя, влияют как на сохранность клубней, так и на продуктивность выращенных из них растений.
Вторая стадия - период становления ростка, формирование подземной части стебля и пристолонных корней приурочен ко времени от посадки до появления всходов картофеля (довсходовый период). После окончания периода покоя и при наступлении биологического минимума температур, используя питательные вещества материнского клубня, почки глазков трогаются в рост. Разрастанием междоузлий стеблевой части почки завершается формирование ростка и подземной части стебля. В среднем продолжительность второго периода составляет 20-30 дней и зависит в первую очередь от сортовых особенностей и температуры почвы, в меньшей степени от величины посадочных клубней (Коренев и др., 1988).
Третья стадия- начинается от появления первых зеленых листьев, обычно срощенных, до развития стеблей с нормальными листьями (Хлевной, 1986) и характеризуется ростом листьев, междоузлий и началом формирования генеративной сферы растения.
На подземной части побега в это время продолжают расти и ветвиться корни, а пазушные почки трогаются в рост, образуя боковые побеги первого порядка - столоны. Рост столонов начинается сразу же после появления всходов и прекращается в конце фазы бутонизации, когда верхушки их начнут разрастаться в клубни.
В этот период формируется основная площадь ассимилирующей поверхности и масса корней (Коренев и др., 1988).
Четвертая стадия от появления бутонов до цветения растений. В этот период формируется столоны, на концах которых появляются утолщения, в
дальнейшем - образуются молодые клубни. В начале молодые клубни очень водянисты, но через некоторое время они разрастаются и заполняются крахмалом, интенсивный рост ботвы продолжается, растения требуют наибольшего количества влаги и питательных веществ (Хлевной, 1986).
Развиваются боковые побеги ветвления, увеличивая количество и площадь листьев растения. Четвертый период приходится на вторую половину фазы бутонизации — начала цветения (Коренев и др., 1988).
С 1 по 4 стадию главным образом увеличивается масса ботвы, прирост клубней незначителен (Вавилов, 1981).
Пятая стадия - охватывает цветение и продолжается до прекращения прироста ботвы (практически до начала её увядания). Эта стадия является наиболее ответственной в формировании урожая клубней. Именно в это время прекращается увеличение массы ботвы и продукты ассимиляции преимущественно используются на рост корней. В это время происходят наиболее интенсивные приросты клубней, накапливается до 75% конечного урожая. Максимум в суточном ходе роста клубней приходится на вечерние, ночные и ранние утренние часы. В дневные часы клубни, как правило, не растут, а в жаркую сухую погоду часто даже уменьшаются в размерах. Погодные условия, складывающиеся в этот период, определяют уровень урожайности. В благоприятные годы среднесуточные приросты урожая клубней достигают 2-2,5 т/га. Приросты же в 1-1,5 т/га отмечаются почти ежегодно (Вавилов, 1981; Коренев и др., 1988; Хлевной, 1986).
Шестая стадия - от начала отмирания ботвы до ее полного высыхания и физиологического созревания клубней. После окончания цветения и образования ягод прирост надземной массы приостанавливается, нижние, а затем средние и верхние листья желтеют, и высыхает весь стебель. К началу высыхания стебля останавливается прирост клубней, происходит их физиологическое созревание и накопление крахмала. Кожица становится плотной, созревшие клубни переходят в состояние естественного покоя. Из постепенно увядающей ботвы значительная часть питательных веществ переходит в клубни. Среднесу-
точные приросты сухой биомассы сокращаются, завершается процесс накопление крахмала (Вавилов, 1981;Хлевной, 1986).
Требования картофеля к минеральному питанию
В середине XIX столетия было известно значение для роста и развития растений 10 химических элементов (N,C,H,0,P,K,Ca,Mg,Fe,Cl). Считалось, что этих элементов достаточно для нормальной жизнедеятельности растений и их называли «необходимыми» (Либих, 1840). В доследующем выяснилось, что число таких необходимых элементов значительно больше, к ним относятся и микроэлементы. В составе сухого вещества картофеля насчитывают 26 различных химических элементов. Однако на большинстве типов почв картофель испытывает потребность в азоте, фосфоре и калии (Байкин, 1979; Хлевной, 1986).
Источником минерального питания для растений в основном является почва. Недостаток отдельных элементов в почвенной среде вызывает ослабление роста и развития растений, снижает их устойчивость к заболеваниям и снижает урожай. Поэтому необходимо вносить в почву недостающие элементы в виде удобрений. Усвоение питательных элементов зависит от различных факторов: среды, температуры, влажности, аэрации почвы, физиолого-биохимических процессов - фотосинтеза, дыхания, транспирации, оттока асси-милянтов, состава удобрений и характера их размещения в почве по отношению к корням растений (Замотаев, Лубенцов, Воловик, 1989; Карманов, 1992; Кидин, 1993; Моисеев, 1994; Постников, Ключарев, Полетаев, 1992; Schmrman, 1998). Потребность картофеля в питательных веществах удовлетворяется природными запасами почв далеко не полностью, поэтому получение полноценных урожаев возможно только при регулярном внесении минеральных удобрений. Эффективность удобрений зависит от типа почв, подтипа, вида или разновидности почвы - агрохимических её показателей, видов, форм и сочетания удобрений, а также сроков и способов их внесения на разных почвах. Наибольшие прибавки от удобрений получают на дерново-подзолистых, серых лесных почвах, оподзоленном и выщелоченном черноземах (Авдонин, 1972,1997; Каримова, Кокшарова, 2002; Шевченко, 2002; Scheffer, Welte, 1962).
Количество питательных веществ, потребляемых картофелем, определяется выносом их из почвы с урожаем, который зависит от биологических особенностей картофеля и свойств почвы. Картофель в среднем на 10 т клубней выносит 50-70 кг азота, 15-20 кг фосфора и 60-100 кг калия (Писарев, 1990; Панников, Минеев, 1987).
На протяжении периода вегетации потребность картофеля в элементах питания не остается постоянной и изменяется в зависимости от почвенно-климатических условий, приемов агротехники, плодородия участка, сорта и т.д. В отличие от других сельскохозяйственных растений, в начальный период развития картофеля, потребность в элементах питания в значительной степени удовлетворяется за счет запасов питательных веществ материнского клубня. Пробившиеся на поверхность почвы ростки переходят к активному корневому питанию, хотя и в этот период не исключено использования питательных веществ посадочных клубней (Авдонин, 1972; Шпаар, Иванюк, 1999).
Для повышения урожайности картофеля необходимо своевременное обеспечение растений элементами питания, что достигается при рациональном использовании минеральных удобрений - азотных, фосфорных и калийных. Все элементы независимы и исключение любого элемента приостанавливает рост картофеля, вызывает ослабление роста и развития растений, снижает их устойчивость к заболеваниям и снижает урожай. Действие того или иного элемента питания на культуру зависит от обеспеченности почвы питательными веществами: фосфор и калий улучшают усвоение азота; при недостатке калия растения очень плохо используют аммиачный азот; для усвоения нитратного азота необходимо достаточное количество фосфора. По данным Л.Л.Убугунова, М.Г.Меркушева (2002) недостаток калийного, азотного и особенно фосфорного питания картофеля в первый период роста нарушает нормальный обмен веществ, угнетает все последующие фазы развития растений и резко снижает урожай и его качество.
При недостатке питательных веществ и воды в почве нужно ожидать относительно более сильного разрастания корневой системы по сравнению с надземными органами растений. Исследователи в этих случаях получают обычно повьшіенное отношение веса корней к весу надземной массы растения при уменьшении абсолютного веса ценной части урожая и всех органов растения. На основании этого зачастую и делается ошибочное заключение о лучшем развитии корней в условиях недостаточного питания растений (Климашевский, 1991).
Условия азотного питания картофеля оказывают явно выраженное влияние на рост и развитие растений. Азотное удобрение играет первостепенную роль в формировании высоких урожаев картофеля. Его доля в этом процессе составляет не менее 20% (Sturm, Buchaer, Zurella, 1994).
Азот входит в состав белка, хлорофилла, нуклеиновых кислот, клеточных ядер и многих органических веществ, которые без азота не могут образовываться в растениях. Питание азотом необходимо для нормального течения в растении процессов синтеза не только азотистых веществ, но и углеводных соединений (Карманов, 1961; Ничипорович, 1976).
Для выхода стеблей на поверхность, запасов питательных веществ, содержащихся в посадочных клубнях, недостаточно и растение поглощает необходимое количество азота из почвы через корневую систему. Азот усваивается из почвенного раствора в основном в виде нитратных удобрений или аммиачных его форм (Кобелева и др., 1964; Кораблева, Богдевич, 2003). При достаточном уровне азотного питания листья приобретают интенсивно зеленую окраску — усиленно образуется хлорофилл, белки, повышается продуктивность и удлиняется жизнь листа. Растения имеют широкие листья, толстые и высокие стебли.
При правильном применении азотные удобрения повышают урожайность растений, улучшают его качество (Мамедов, 1991). Кроме того, улучшается поглощение калия и фосфора и ряда других элементов минерального питания, что способствует увеличению площади листьев, повышению прироста сухого вещества и содержанию белка в клубнях картофеля (Лузина, 2000). Нитратный азот стимулирует развитие густой сетки корней и имеет более важное значение для развития корней, чем фосфор. В почвенной среде, обогащенной азотом, корневая система развивается несравненно лучше, чем почве, обогащенной фосфором. Наиболее мощное развитие корней происходило в той почве, где вносили одновременно и азот и фосфор (Гамзиков, 2001).
Для растений картофеля одинаково вреден как недостаток, так и избыток этого элемента в почве. При избыточном азотном питании чрезмерно растет ботва, задерживается образование клубней, снижается устойчивость их к механическим повреждениям при уборке и к болезням во время хранения. Кроме того, избыток азота затягивает созревание клубней, особенно сильно при одновременном недостатке фосфора и калия. Отрицательное действие избыточного азота на урожай и его качество объясняется, по видимому, тем, что в листьях картофеля накапливаются белки, обладающие плохими осмотическими свойствами, что приводит к задерживанию в листьях продуктов ассимиляции и ослаблению фотосинтеза (Кораблева, 2003).
Климатические условия проведения опыта
ГУЛ ОПХ Красноуфимская селекционная станция находится в тёплом влажном районе. Он занимает крайнюю юго-западную часть Свердловской области. Сумма положительных температур воздуха за период с температурой выше 10С больше 1800СС. Количество осадков за вегетационный период составляет 250-275 мм. Продолжительность вегетационного периода 119-123 дня, беззаморозкового 100-110 дней. Лето тёплое, средняя месячная температура воздуха в июле 17,0-17,7С. Зима холодная, средняя месячная температура января -15,5-1 б,5С. Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха -40С. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом 160 дней. Устойчивый снежный покров устанавливается в середине ноября.
Наибольшая высота снежного покрова обычно наблюдается в третьей декаде февраля и в среднем достигает 57см, почва промерзает до 46-60см. Последние заморозки весной на открытых ровных местах заканчиваются 25.05-31.05, в долинах 30.05-5.06, на почве 29.04-1.06, первые заморозки осенью начинаются 9.09-13.09, на почве - 29.08-2.09.
Для правильной оценки местности по обеспеченности влагой и теплом, как одним из незаменимых факторов жизни растений, следует применить комплексный показатель увлажнения ГТК. Для районов Среднего Урала ГТК изменяется в пределах 1,4-1,6 (для Красноуфимска 1,2-1,4), что является оптимальным для нормального роста и развития основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в данном регионе, в т.ч. и картофеля. Характеристика погодных условий 2002-2004гг. Вегетационный период 2002 года характеризовался следующими показателями. Наибольшее значение температуры и осадков наблюдалось в третью декаду июля. Показатели среднемесячной температуры воздуха превышали среднемноголетние, за исключением июля и августа. Распределение осадков по месяцам неравномерное и суммарное количество выпадавших осадков за вегетационный период 2002г. выше среднемноголетних. Теплая весна позволила начать весенне-полевые работы в ранние сроки. Осадки весны создали оптимальные условия для прорастания семян картофеля. Осадки июня стимулировали активный рост и развитие растений. Июль был относительно тёплым, с достаточным количеством осадков, что также благоприятно сказалось на развитии растений. Вегетационный период 2003 года характеризовался следующими особенностями: I) Ранним началом периода активной вегетации. 2) Преимущественно благоприятными условиями сева сельскохозяйственных культур. 3) Холодной погодой в первые две декады июня и поздним на 10-15 дней началом метеорологического лета. 4) Преобладание теплой погоды летом, особенно второй его половины. 5) Поздним окончанием летнего периода (на 3 недели позже обычного). 6) Теплой и сухой осенью, позволившей убрать выращенный урожай. Весенние процессы в этом году начались рано: устойчивый переход температуры воздуха через 5 С осуществился 18 апреля. В начале весны наблюдалась неустойчивая погода. Продолжительные волны тепла сменялись кратковременными, но глубокими похолоданиями.
Среднесуточная температура перешла десятиградусную отметку 7 мая, что на восемнадцать дней раньше обычного. Для начала периода активной вегетации были характерны редкие и, в основном небольшие заморозки до -2С, поэтому вреда картофелю они не нанесли. Закончились заморозки в воздухе 29 апреля, на поверхности почвы - 1 июня. Первые заморозки осенью отмечались уже 15 сентября, уже после окончания периода активной вегетации. В итоге продолжительность беззаморозко-вого периода в воздухе составила 141 день, что на 37 дней дольше обычного. На поверхности почвы беззаморозковый период составил 105 дней.
Осенью десятиградусный период закончился 9 сентября и составил 125 дней (на 3 дня раньше среднемноголетних данных). В итоге за десятиградусный период накопилось 2052 С положительных температур, превысив прошлогодние значения на 580С.
Период активной вегетации оказался преимущественно хорошо обеспечен осадками. Меньше нормы (на 10-35%) осадков выпало в первой декаде июля и в первой декаде сентября (недобор составил от 25-90%). Несмотря на относительно сухие периоды, почвенной засухи практически не наблюдалось.
В целом за десятиградусный период выпало 291 мм, это на 109 мм больше нормы. В итоге гидротермический коэффициент Селянинова составил 1,4, что соответствует хорошему увлажнению. Хороший уровень тепла и достаточная влагообеспеченность посадок в 2003 году позволили вырастить урожай картофеля, а продолжительная и сухая осень - убрать его. К концу лета под сельскохозяйственными культурами в пахотном слое содержалось 35-55 мм, в полуметровом 85-105 мм продуктивной влаги. Зима 2003-2004 года началась 23 октября, в сроки близкие к обычным (27 октября). В этот же день произошло установление снежного покрова. Однако преимущественно холодная погода в апреле (средняя за месяц температура воздуха оказалась на 4С ниже нормы) и частые снегопады задержали дальнейший процесс снеготаяния. Практически полностью снежный покров с полей сошел лишь к концу апреля (29.04) с началом пятиградусного периода 28 апреля (по средним многолетним данным устойчивый снежный покров разрушается 11 апреля). Для вегетационного периода 2004 года были характерны следующие особенности: I) Позднее окончание зимы и схода снежного покрова. 2) Позднее начало вегетационного периода. 3) Необычно теплая погода во 2-3 декадах мая. 4) Раннее наступление теплого засушливого лета. 5) Малоблагоприятные условия уборки урожая в сентябре. 6) Раннее, неоднократное установление снежного покрова и зимнего режима погоды в октябре. Необычно холодная погода начала весны задержала наступление весны на 21-23 дня. В дальнейшем нарастание тепла происходило более интенсивно 28 апреля (на 10 дней позже обычного) начался пятиградусный период, означающий начало вегетации сельскохозяйственных культур. Конец весны характеризовался резкой сменой погоды. Первая декада была холодной, две последующие - необычно теплыми. Глубокая волна холода пришлась на 4-6 мая, с понижением среднесуточной температуры воздуха на крайнем юго-западе до 5-6С. 7 мая в ночные часы воздух выхолаживался до -3,-5С, на почве до -7,-9С. Последние заморозки в воздухе 20 мая и составляли -0,2С, на поверхности почвы наблюдались 7 июня и составляли -0,1 С. Первые осенние заморозки на поверхности почвы пришлись на И сентября, интенсивность их составляла -0,7С в воздухе, -2,6С на почве. Продолжительность беззаморозкового периода составила в воздухе 113 дней, на почве 89 дней. Продолжительность десятиградусного периода составила 155 дней. Сумма положительных температур за десятиградусный период составила 2327С, что на 275С больше нормы.
Преобладание жаркой, сухой погоды в третьей декаде июня, в июле вызвало интенсивное испарение влаги с поверхности почвы и растений: уже к 28 июня запасы влаги в пахотном слое понизились до критических (менее 10 мм). На протяжении большей части вегетационного периода, когда шла интенсивная закладка клубней картофеля, наблюдался дефицит осадков. В мае дефицит осадков составлял до 70%, в июле он увеличился до 80%. Запасы влаги в пахотном слое понизились до 5-10 мм, в полуметровом до 11-40 мм. К 18 июля засухой была охвачена вся территория, причем полуметровый слой почвы был практически сухой.
Динамика потребления минеральньк элементов растениями картофеля
Интенсивность потребления питательных веществ является важным показателем минерального питания растений. Учет количества азота, фосфора и калия, потребляемого в единицу времени в динамике, позволяет выявить периоды наибольшей нуждаемости растений в этих элементах. Материалы по динамике суточного потребления питательных веществ могут быть использованы для обоснования сроков, доз и способов внесения удобрений.
Картофель отличается повышенными требованиями к количеству питательных веществ, необходимых для образования высокого урожая. Накопление питательных элементов в растении картофеля тесным образом связано с условиями его питания, в том числе погодными, почвенными условиями и минеральным режимом. Отличительной особенностью развития картофеля является то, что интенсивные ростовые процессы у него идут не только во время роста ботвы, но и в период максимального прироста клубней, который обычно совпадает с фазой цветения и с началом отмирания ботвы. Эта биологическая особенность картофеля объясняет причину его потребности питательных веществ в течение почти всего периода вегетации. Повышенную потребность картофеля в питательных веществах определяет и его слаборазвитая корневая система со слабой усваивающей способностью.
В наших опытах наибольшее потребление питательных веществ обнаруживалось в конце вегетации растений картофеля: по сравнению с предыдущей фазой потребление азота возросло в 1,8-3,7 раз, фосфора в 2,4-7 раз, калия в 1,6-2,7 раз. В течение вегетации потребление различных элементов питания в растениях подвергалось значительным колебаниям. Больше всего растениями потреблялось азота (2,0-5,4 кг/кг в сутки), чуть меньше калия (1,3-2,7 кг/кг в сутки), и меньше всего фосфора (0,17-0,64 кг/кг в сутки).
При внесении минеральных удобрений возрастало и потребление основных элементов питания растениями картофеля. Потребление питательных элементов картофелем сорта Невский на черноземе оподзоленном значительно возрастало на вариантах с применением минеральных удобрений, исключение составил вариант N PisIvio, потребление азота и фосфора на котором увеличилось по сравнению с контролем лишь в фазу бутонизации соответственно на 20-30% и в фазу созревания на 50%, а калия только в фазу созревания на 50% (рисунок 3.3). Максимальным уровень потребления питательных элементов отмечался в вариантах N6SP45K9o и N90P60K120 на серой лесной почве поглощение основных элементов питания растениями картофеля сорта Невский имело прямую зависимость от доз минеральных удобрений (рисунок 3.4).
В течение вегетационного периода интенсивность поглощения элементов питания изменялась: в фазу бутонизации максимальное потребление фосфора и калия отмечалось в варианте с дозой N90P60K120 минеральных удобрений, а в фазу цветения в варианте N6gP45K9o. В конце вегетации наибольшее потребление фосфора отмечалось в варианте N90P60K120 (0,4 кг/га в сутки), а калия в варианте N6EP45K90 (2,5 кг/га в сутки). Динамика потребления азота на варианте N68P45K90 фактически совпадала с вариантом N90P60K120.
Потребление питательных элементов растениями картофеля сорта Гранат отличалось рядом особенностей. В варианте N23P і sK-зо поглощение питательных элементов в начале вегетации картофеля практически не отличалось от контроля. На черноземе оподзоленном потребление питательных элементов растения картофеля этого сорта в контрольном варианте и в варианте N23Pi5K3o было на одном уровне до фазы цветения (рисунок 3.5). Во второй половине вегетации потребление питательных элементов на этом варианте по сравнению с контролем значительно увеличивалось: поглощение азота возрастало в 1,5 раза; фосфора на 23%; калия на 31%.
На серой лесной почве поглощение питательных элементов на контроле не уступало варианту N23P15K30 до фазы созревания, в которую содержание азота увеличилось на 32%, фосфора на 22%, калия на 18% (рисунок 3.6).
Максимальное количество питательных элементов растения картофеля сорта Гранат на обеих почвах потребляли в начале вегетации в варианте NpoPeoKno (азота 0,25-0,3 кг/га в сутки; фосфора 0,02 кг/га в сутки; калия 0,14-0,2 кг/га в сутки), а к концу вегетации в варианте NggP K (азота 3,8-5,4 кг/га в сутки; фосфора 0,31-0,64 кг/га в сутки; калия 1,9 кг/га в сутки).
Чистая продуктивность фотосинтеза и фотосинтетический потенциал растений картофеля
Получение высоких урожаев требует снабжения растений большими количествами питательных элементов. При этом должны быть созданы условия для того, чтобы растение могло их усвоить, т. е. ввести в обмен веществ, в синтетические и конструктивные процессы. Для этого должна быть основа в виде высокого фотосинтетического потенциала, который является источником органических веществ и энергии.
Роль минеральных веществ, в функционировании фотосинтетического аппарата заключаются в том, что, несмотря, на их небольшую часть от сухого веса растения, при повышении уровня питания увеличивается не только минеральное питание, но и главным образом повышается содержание соединений углерода. Таким образом, изменение запасов питательных веществ влияет на урожай, в основном воздействуя на чистый фотосинтез культуры.
Большое значение в определении интенсивности накопления органической массы имеет величина чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), то есть количества сухого вещества, синтезируемого 1м листовой поверхности за сутки. Этот показатель может сильно меняться под воздействием внешних факторов.
Величины чистой продуктивности фотосинтеза у разных растений и в разных географических зонах очень близки между собой (4-9 граммов сухого вещества на м в сутки). Наиболее часто встречающаяся величина ЧПФ составляет 4-6 граммов сухого вещества на м2 в сутки, ее можно считать средней, на основе которой формируется современный урожай растений. В неблагоприятных условиях ЧПФ снижается до 2-3 граммов сухого вещества на м2 в сутки и ниже. Что касается максимальной величины, то она может достигать 9-10 и даже 12-14 граммов сухого вещества на м2 в сутки, при этом надо отметить, что у злаков этот показатель обычно выше, чем у культурных растений из двудольных. По данным Л.Е.Строгоновой (1959) ЧПФ картофеля варьирует от 1,0-9,5 граммов сухого вещества на м2 в сутки.
Оптимальным вариантом мог бы быть такой ход ЧПФ, когда в начале вегетационного периода она равнялась бы примерно 5 граммов сухого вещества на м2 сутки, затем достигала бы 10 граммов сухого вещества на м2 сутки и устойчиво удерживалась на этом уровне в течение большей части вегетационного периода, который завершался падением этого показателя (Ничипорович, 1956; Ничипорович, Строгонова, Чмора, Власова, 1961).
В наших исследованиях ЧПФ значительно колебалась по фазам развития картофеля: в фазу всходов — бутонизации ЧПФ составлял 4,64-7,81 грамм на м сутки, в фазу бутонизации - цветения 6,34-14,23 грамм на м сутки, в фазу цветения - созревания 5,56-9,15 грамм на м2 сутки (таблица 4.1). Динамика изменения ЧПФ зависела от почвенных условий и минерального питания: на черноземе оподзоленном у растений картофеля сорта Невский колебания значений этого показателя были незначительны и не превышали 7,28-7,81 грамм на м2 сутки. В середине вегетации ЧПФ увеличивалось и составило 8,79-8,81 грамм м2 сутки, к концу снова снижалось до 6,61-7,74 грамм м2 сутки, исключение составили варианты N23P15K.30 и N90P60K420 на которых значение ЧПФ в фазу цветения - созревания увеличивалась по сравнению с фазой бутонизации — цветения. Максимального значения ЧПФ в конце вегетации достигал в варианте N23P15K30 (8,26 грамм м сутки).
У сорта Гранат в начале вегетации значение ЧПФ на 73-98% было ниже по сравнению с аналогичными значениями у сорта Невский, но уже к середине вегетации ЧПФ у этого сорта значительно (в 1,3-2,0 раза) увеличивалась и превышала продуктивность фотосинтеза картофеля сорта Невский. Максимальное значение ЧПФ в середине вегетации наблюдалось в варианте N23P15K30 (НД8 грамм сутки), а в конце на варианте N68P45K90 ОМ 5 грамм/м2 сутки).
Аналогичная динамика изменения ЧПФ обнаруживалась и на серых лесных почвах, при этом значения этого показателя у растений картофеля сорта Невский были ниже, по сравнению с продуктивностью фотосинтеза картофеля этого же сорта выращенного на черноземе оподзоленном. Максимальное значение ЧПФ в середине вегетации проявлялись на варианте N68P45K90 (9,29 грамм/м сутки), а в конце - варианте зРізК-зо (8,31 грамм/м сутки).
Динамика изменения ЧПФ у растений картофеля сорта Гранат на серой лесной почве была в общем сходна с динамикой на черноземе оподзоленном. Максимальное значение ЧПФ в середине и в конце вегетации растений карто-феля этого сорта имели на варианте N23P15K30 (14,23 и 8,73 грамм/м сутки, соответственно).
Фотосинтетический потенциал (ФП), характеризующийся суммарной площадью листьев каждого дня за вегетационный период, увеличивался от низких доз минеральных удобрений к высоким: максимальное значение этот показатель имел на варианте N90P60K120 и составлял 2522,3-3704,4 тыс.м н/га. Исключение составил картофель сорта Гранат, выращенный на серой лесной почве, у которого максимальное значение ФП отмечалось на варианте N68P45K90 1684,5 тыс.м2дн/га. Показатель ФП зависел от почвенных условий и сортовых особенностей картофеля. В целом ФП на черноземе оподзоленном на 12-40% был выше по сравнению с этим показателем на серой лесной почве. ФП на серой лесной почве сорта Невский на 50% выше, по сравнению с сортом Гранат, на черноземе оподзоленном этот показатель у обоих сортов был фактически равным.
Согласно исследованиям кафедры агрохимии, почвоведения и агроэкологии УрГСХА (Байкин, 1979) в условиях Среднего Урала при одинаковой агротехнике урожайность картофеля определяется совокупностью свойств и режимов, более оптимальные сочетания, которых складываются в корнеобитаемом и приземном слое черноземных почв, В среднем за 3 года урожайность клубней на черноземе оподзоленном на 6-17 ц/га в контрольном варианте, превышала урожайность картофеля, полученного на серой лесной почве.
Различия в естественном плодородии почв по урожайности картофеля наиболее резко проявляются в благоприятные по влажности годы. Если в нормальный по влажности 2003 год урожай клубней в контрольном варианте на черноземе у сорта Невский на 17,45% у сорта Гранат на 26,40% выше, чем на серой лесной, то в засушливый 2004 год разницы по урожайности клубней сорта Невский между различными почвами практически не наблюдалось.
При возделывании картофеля сорта Гранат наибольшую эффективность показали серые лесные почвы: урожайность картофеля этого сорта на 30% была выше, чем на черноземе оподзоленном. Внесение минеральных удобрений также в значительной мере определяло формирование картофеля на разных почвах (таблица 5.1). На серой лесной почве максимальная урожайность у обоих сортов наблюдалась в варианте NpoPeoK o» где прибавка урожая клубней от внесения минеральных удобрений составила у сорта «Невский» 199 ц/га, у сорта «Гранат» 173 ц/га. Сортовые различия наиболее четко проявились на черноземе оподзоленном, где максимальная урожайность сорта Невский в 2002 и 2004 годах наблюдалась в варианте N68P45K90 и составила 318 и 537 ц/га соответственно, а в 2003 году на варианте N90P60K.120 - 528ц/га.
