Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 9
1.1. Действие средств химизации на величину урожая и качество клубней картофеля 9
1.2. Роль севооборота как важнейшего агротехнического фактора повышения урожайности и качества картофеля 25
1.3. Применение стимуляторов роста как одного из факторов повышения урожайности и качества клубней картофеля 32
ГЛАВА 2. Условия и методика проведения исследований 43
2.1. Место, объекты, схема опыта и методика проведения исследований 43
2.2. Климатические и метеорологические условия 46
ГЛАВА 3. Влияние средств химизации на продуктивность и качество картофеля 56
3.1. Влияние средств химизации на величину урожая, биометрические показатели и структуру урожая картофеля 56
3.2. Содержание и вынос основных элементов питания урожаем клубней картофеля 67
3.3. Влияние средств химизации на качество клубней картофеля 70
3.3.1. Влияние средств химизации на содержание крахмала, сухих веществ, аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля и их товарность 84
3.3.2. Содержание азотистых веществ в клубнях картофеля 92
3.3.2.1. Содержание сырого протеина в клубнях картофеля 92
3.3.2.2. Влияние средств химизации на содержание аминокислот в клубнях картофеля 94
3.3.2.3. Действие средств химизации на содержание нитратов в клубнях картофеля 97
3.4. Действие средств химизации на содержание тяжёлых металлов в клубнях картофеля 100
3.5. Комплексное влияние средств химизации на поступление 137Cs в клубни картофеля 104
ГЛАВА 4. Агроэкономическая оценка эффективности применения средств химизации при возделывании картофеля 111
Выводы 114
Предложения производству 118
Список литературы
- Роль севооборота как важнейшего агротехнического фактора повышения урожайности и качества картофеля
- Содержание и вынос основных элементов питания урожаем клубней картофеля
- Влияние средств химизации на содержание крахмала, сухих веществ, аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля и их товарность
- Комплексное влияние средств химизации на поступление 137Cs в клубни картофеля
Роль севооборота как важнейшего агротехнического фактора повышения урожайности и качества картофеля
Наиболее распространенный способ сочетания органических и минеральных удобрений – приготовление и внесение их в виде различных компостов (Гаврилова, 1982).
В конечном итоге это способствует установлению положительного баланса гумуса, азота, фосфора и калия в почве (Лукин, 2004; Шакиров и др., 2004).
По мнению В. И. Никитишена (2006) при внесении научно обоснованных доз минеральных удобрений достигается повышение не только урожайности, но и содержание в почве доступных для растений форм азота, фосфора, калия и других элементов питания.
Установлено, что при недостаточном азотном и, особенно, фосфорном питании в первый период жизни растений картофеля нарушается обмен веществ, снижается интенсивность последующего развития растений, что в конечном итоге ведет к значительному понижению урожая и содержания крахмала в клубнях (Бардышев, 1991; Федотова, 2003).
Исследованиями уставлено, что важным фактором эффективного использования удобрений является совершенствование агротехнологий возделывания сельскохозяйственных культур (Лапа и др., 2000), при этом необходимо учитывать, что основой получения высокой урожайности является оптимизация питания растений путем научно обоснованного применения удобрений и других средств химизации (Ладонин 2001; Белоус, Моисеенко, 2005), внесение гербицидов снижает количество сорняков и увеличивает урожайность картофеля (Андреев, 2004).
Как правило, на песчаных почвах азотные удобрения более эффективны при достаточной обеспеченности таких почв фосфором (Семененко, Невмержицкий, 1997).
Известно, что потребность в азоте растение картофеля испытывает с момента прорастания клубня, образования корневой системы и ростков. Поскольку на первом этапе развития корневой системы новообразование клеток идет за счет азота материнского клубня, то для роста стеблей этих запасов как правило не хватает и растение получает его через корневую систему. Исходя из этого, первые всходы появляются только после укоренения ростка в почве и начала поступления элементов минеральной пищи через корни (Вечер, Гончарик, 1973).
Достаточно хорошая и полная обеспеченность растений азотом на ранних этапах развития приводит к относительно быстрому формированию фотосинтетического аппарата, что обеспечивает растению возможность более продуктивнее использовать весенние запасы влаги в почве и формировать урожай клубней в более благоприятных температурных условиях (Котиков, 2005).
Многие исследователи, в том числе Н. И. Гриднев (1982), М.А. Бардышев (1991), А.В. Коршунов (2001), на основе проведенных опытов в разное время отмечают, что количество азота в надземных органах картофеля значительно повышается с момента появления всходов до фазы цветения, а затем убывает, что объясняется оттоком питательных веществ в молодые клубни. При этом показано, что картофель потребляет азот в течение всей вегетации и при недостаточном азотном питании рост картофеля резко замедляется, особенно это заметно на листьях, которые преждевременно отмирают. Известно, что избыточное азотное питание также вредно, поскольку задерживается созревание растений – чрезмерно развивается ботва, образуются мелкие недоразвитые и незрелые клубни с высоким содержанием нитратов, вегетационный период удлиняется (Вечер, Гончарик, 1973; Коршунов, 2001; Perrеnoud, 1993). Многочисленными опытами установлено, что решающее значение в повышении урожаев клубней картофеля имеет применение азотных удобрений в оптимальных дозах на большинстве почв Российской Федерации. Так как они не только повышают урожай, но и улучшают качество, увеличивая выход белка, крахмала, витаминов, улучшая аминокислотный состав (Коршунов, 2001; Алексеев, 2004).
На основе проведенных исследований А.Н. Небольсин, З.П. Небольсина (2001) определили, что под картофель на слабоокультуренных почвах более приемлемой дозой азота является N120 , на средне окультуренных – N60. В зависимости от сорта дозы азотных удобрений должны быть обязательно дифференцированы (Васин, 2007).
Экспериментально установлено, что в условиях обильного питания важную роль в снижении содержания нитратов в растениях играет фосфор, а калий, повышая активность нитратредуктазы, способствует синтезу углеводов и органических кислот, то есть оказывает не прямое, а косвенное действие на интенсивность процессов превращения нитратов в органическое соединения (Осипов, Соколов, 2001).
Содержание и вынос основных элементов питания урожаем клубней картофеля
При внесении средней дозы NPK (N150P60K180) прибавка урожая клубней по сравнению с контролем составила 144 ц/га, а по сравнению с дозой N75P30K90 она увеличилась на 33 ц/га, при этом самый высокий урожай клубней 402 ц/га получен в 2012 году. Дальнейшее увеличение доз NPK до N225P90K270 (3 NPK) способствовало росту урожайности клубней в отдельные годы, однако оно было неадекватным увеличению дозы минеральных удобрений, прибавка урожая по сравнению с сравнению с прибавкой полученной от внесения средней дозы N150P60K180. Таким контролем в среднем составила 135 ц/га, что в 1,1 раза ниже по образом, применение минеральных удобрений в повышенных дозах может быть менее эффективным, особенно в засушливые годы.
Многочисленные исследования, проведенные в разных почвенно-климатических условиях в течение длительного времени (Белоус, Шаповалов, 2006; Васин, 2007; Козловский, 2009; Лазарев, 2012; Постников, Ясин, 2010; Кузнецова и др., 2010; Зубарев, 2010; Иванюк, Калач, 2011; Иванова, 2011: Молявко и др., 2012), показали, что применение химических средств защиты растений (пестицидов) при возделывании картофеля гарантированно обеспечивает высокую эффективность других агрохимикатов (удобрений, милиорантов, биостимуляторов и др.) при этом значительно возрастает вероятность получения высоких урожаев клубней картофеля хорошего качества.
Опытами А.А. Молявко (2000), М.А. Котикова (2012), А.А. Молявко с соавторами (2012); А.А. Малюго с соавторами (2013), П.П. Охлопкова с соавторами (2013) убедительно показано, что применение химических средств защиты растений при возделывании картофеля агрономически и экономически эффективно, увеличение урожайности клубней картофеля может достигать двукратно.
Степень засоренности в большей мере определяется технологией выращивания картофеля и свойствами сорта. Массовое развитие сорной растительности ведет к снижению продуктивности посадок культуры на 15-20%, а в отдельных случаях – 30% (Зубарев, 2010).
Картофель, как широкорядная культура имеет от всходов смыкания рядков весьма низкую конкурентоспособность и в связи с этим может значительно угнетаться сорняками, которые весьма конкурентны за питательные вещества и воду и затеняют растения картофеля. В фазе всходов 5 сорняков на 1 м2 или 1% покрытия площади, уменьшают урожайность до достижения порога вредоносности. При этом в период формирования стеблестоя картофеля порог вредоносности достигает при 5% покрытия площади сорняками. Сильные по своей конкурентоспособности сорняками (куриное просо, щетинник, щирица запрокинутая, марь белая, лебеда раскидистая, пырей ползучий, вьюнок полевой, виды осотов) оказывают влияние не только на урожайность, но и на размер клубней, что снижает их товарность, усложняет уборку и увеличивает потери (Коршунов, 2001; Белоус и др., 2010).
Нашими исследованиями установлено, что в среднем урожайность картофеля под действием пестицидов, в зависимости от применяемой системы удобрения возрастала от 214 до 283 ц/га. Прибавки от пестицидов составляли от 18 до 33 ц/га. Наибольшее влияние на урожайность клубней картофеля пестициды оказали по органо-минеральной системе удобрения (вар.10).
Таким образом в наших исследованиях в среднем за 5 лет наиболее эффективной оказалась органо-минеральная система (навоз 40 т/га + N75P30K90 ) и минеральная со средними (N150P60K180) дозами.
Исходя из этого следует, что минеральные удобрения, как хорошо растворимые и быстродействующие, более эффективны по сравнению с органическими непосредственно в год внесения. Органические удобрения, являясь удобрениями с пролонгированным действием, в первый год применения уступают по эффективности быстродействующим минеральным. Детальный анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что изучаемый в наших исследованиях препарат "Гумистим" обеспечил повышение урожая клубней картофеля в зависимости от фона удобрений на 8-44 ц/га.
Применение внекорневой подкормки совместно с первой плановой обработкой против колорадского жука: 6 л/га препарата "Гумистим" + 300 л воды + инсектицид, а так же внекорневая подкормка в конце цветения 6 л/га препарата "Гумистим" + 300 л воды повысила урожайность картофеля на фоне органо-минеральной системы (навоз 40 т/га + N75P30K90) на 15,5%, на фоне минеральной системы с низкой дозой (N75P30K90) на 8,9%, на фоне средней дозы (N150P60K180) на 11,1%. Применение препарата "Гумистим" на фоне повышенной дозы (N225P90K270 ) нивелируется действием минеральных удобрений, его применение становится неэффективным.
Наиболее интенсивное накопление урожая клубней картофеля отмечено в благоприятные по увлажнению 2011 и 2012 годы. Наиболее низкие урожаи клубней картофеля по изучаемым вариантам опыта получены в 2010 году, включая и варианты с применением препарата "Гумистим". Относительно близким по уровню урожайности клубней картофеля были 2011и 2012 годы.
Влияние средств химизации на содержание крахмала, сухих веществ, аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля и их товарность
Данные наших исследований согласуются с результатами, полученными ранее в исследованиях других авторов (Власенко, 1987; Молявко, 2000; Мерзлая и др.,2001; Федоров, 2007; Молявко и др., 2009; Белоус и др., 2009) и др. Пестициды не оказали заметного влияния на размеры накопления крахмала и сухих веществ в клубнях. Сбор крахмала с единицы площади посадок, как известно, определяется уровнем урожайности, содержанием крахмала в клубнях (%) и системой удобрения (таблица 11). Нашими исследованиями установлено, что в среднем за годы проведения опыта выход крахмала с единицы площади посадок по вариантам опыта варьировал в пределах 11,1 - 41,8 ц/га. органо-минерального удобрения (навоз 40 т/га + N75P30K90 ) в комплексе с пестицидами и стимулятором роста (вар.11) -41,8 ц/га. Несколько ниже сбор крахмала получен в варианте с внесением средней дозы N150P60K180 при комплексном применении средств химизации (вар.9), он составил- 37,6 ц/га.
Увеличение дозы минерального удобрения до N225P90K270, как при отдельном внесении, так и в комплексе пестицидами и стимулятором роста не приводило к повышению крахмалистости клубней в связи с более мощным развитием ботвы и более поздним ее отмиранием, при этом с более замедленным оттоком питательных веществ в клубне они формировались с более низким содержанием в них крахмала. В годы с засушливым вегетационным периодом высокая доза азота в составе NPK тормозила рост и развитие растений картофеля, что способствовало снижению уровня урожайности картофеля, а также и крахмалистости клубней. Выход крахмала с единицы площади также снижался.
Экспериментально установлено, что размер клубней влияет на многие показатели качества картофеля (технологические, вкусовые, кулинарные и т.д.). Также принято считать (Ерей, 1974), что лучшие по качеству клубни -среднего размера весом 80-120 г. Исследованиями (Жоровин, 1977; Varnis 1973) установлено, что существенное влияние на размер клубней и выход отдельных фракций могут оказать удобрения, при этом, как правило, азотные удобрения увеличивают размер клубней. По данным В.Л. Сонгина (1976), фосфорные удобрения увеличивают в урожае картофеля количество клубней средних размеров. Хлорсодержащие калийные удобрения способствуют увеличению выхода крупных клубней, сернокислый калий, наоборот, способствует увеличению выхода клубней средней величины (Holmes, 1972).
В наших опытах установлено, что товарность клубней в среднем за годы исследований по изучаемым вариантам было относительно высокой и колебалось от 61 до 88% (рисунок 1, приложение 14). Рис. 1. Товарность клубней картофеля по вариантам опыта, % (среднее за 2009-2013 гг)
Самая низкая товарность клубней получена в контрольном варианте, то есть 40% клубней отнесено в мелкие и средние клубни, используемые в основном на кормовые цели. В вариантах с применением средств химизации товарность возрастала до 81-88%. Внесение навоза в дозе 80 т/га повышало товарность клубней на 21%, аналогичный результат получен от внесения органо-минерального удобрения (навоз 40 т/га + N75P30K90). Минеральные удобрения в последовательно возрастающих дозах повышали выход товарных клубней по сравнению с контролем на 20-22%.
Применение пестицидов способствовало снижению засоренности посевов, уменьшению поврежденности вредителями и болезнями, то есть косвенно способствовало повышению урожайности и товарности клубней картофеля. Под влиянием пестицидов товарность клубней картофеля повышалась в среднем по вариантам опыта на 3-4%. Применение стимулятора роста "Гумистим" также повышало товарность клубней картофеля в среднем на 1%, а в сравнении с контролем - на 25-27%
Таким образом, можно констатировать, что органические, органо-минеральные и минеральные удобрения, как при отдельном внесении, так и в комплексе со средствами химической защиты растений и стимулятором роста, снижали содержание крахмала и сухих веществ в клубнях картофеля, но повышали выход товарных клубней по сравнению с контролем без удобрений. Сбор крахмала с единицы площади возрастал одновременно с повышением урожайности картофеля в зависимости от уровня применяемых в опыте средств химизации вне зависимости от его относительного содержания в урожае клубней.
Многочисленными исследованиями (Писарев, Владимиров, 1973; Сабирова, 2001; Федотова, 2003; Шаповалов, 2006; Елькина, 2010; Балабко и др, 2012; Шитикова, 2013), проведёнными в различных погодно-климатических и почвенных условиях, показано, что содержание аскорбиновой кислоты в свежевыкопанных клубнях картофеля может колебаться в больших пределах в зависимости от сорта и других факторов. В частности по данным Н.А. Жоровина (1977) и Н.И. Пришепа (1978) один из самых важнейших факторов, такой как полное минеральное удобрение в независимости от доз и соотношений, составляющих его элементов, как в чистом виде, так и на фоне органического удобрения практически не оказывало существенного влияния на содержание аскорбиновой кислоты в клубных картофеля.
По данным исследований Л.С. Федотовой (2003) возрастающие дозы NPK в системе удобрения способствовали снижению витамина С в клубнях картофеля, при этом отмечено повышение концентрации нитратов.
Проведёнными исследованиями установлено, что содержание витамина C в клубнях картофеля изменялось в зависимости от погодных условий вегетационного периода и применяемых средств химизации (таблица 12, приложение 14-18). содержание витамина С в клубнях картофеля по сравнению с более благоприятными 2009, 2011 и 2012 годами было значительно ниже и составило 11,52-12,88 и 11,44-13,38 мг% соответственно. Удобрения положительно влияли на содержание витамина С в клубнях картофеля, повышая его содержание. Наиболее высокое содержание витамина в среднем за годы исследований отмечено в вариантах с органо-минеральной системой удобрения (навоз 40 т/га + N75P30K90) – 13,84 мг% и средней дозой (N150P60K180) – 13,68 мг% при комплексном применении средств химизации, включая стимулятор роста "Гумистим". Аналогичные данные получены в исследованиях А.В. Коршунова (2001). 3.3.2. Содержание азотистых веществ в клубнях картофеля
Установлено, что азотистые соединения в клубнях картофеля представлены белками, аминокислотами, амидами, аммиаком, нитратами и др. (Плешков, 1980).
Как правило, основная масса протоплазмы клеток представлена белками. Белки также входят в состав некоторых витаминов, ферментов, аминокислот, участвуют в обменных реакциях белкового характера.
Изучено, что в растении картофеля исходным и конечным соединением обмена органических соединений азотистых веществ является аммиак. В избыточном количестве он может вызывать отравление организма. Установлено, что аммиак довольно легко вступает в реакцию прямого аминирования кетокислот, превращаясь в аминокислоты, а также реагирует с аспарагиновой и глютаминовой аминокислотами, образуя амиды этих кислот (Плешков, 1976). Этой реакцией растение устраняет вредное действие аммиака. Известно, что аммиак появляется в растениях после восстановления нитратов в корнях растений до аммиака, поэтому концентрация нитратов в корнях подобно аммиаку невысокая (Метлицкий, 1972).
В клубнях картофеля обычно содержится в среднем по некоторым данным (Жоровин, 1977, Власенко, 1987) от 1,9 до 2,2% азотистых веществ, при этом на белок приходится больше половины их общего содержания (Соколов, 1968).
Комплексное влияние средств химизации на поступление 137Cs в клубни картофеля
Важнейшей задачей, которую постоянно приходится решать сельхозпроизводителям на радиоактивно загрязненных территориях, является получение продукции растениеводства, содержащей минимальное количество радионуклидов и соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям (Санжарова и др., 2004). Потребление нормативно чистой продукции обуславливает снижение дозы внутреннего облучения на радиоактивно загрязненной территории при потреблении пищевых продуктов населением (Алексахин, 1994; Подоляк 2007; Белоус и др. 2013).
Известно, что снижение уровней загрязнения сельскохозяйственной продукции местного производства радионуклидами в послеаварийный период явилось следствием одновременно действующих факторов: прочной сорбции 137Сs в почвах, непрерывно протекающего процесса радиоактивного распада и использование в практике сельскохозяйственного производства различных агромелиоративных мероприятий (Алексахин и др., 1992; Просянников, 1996; Прищеп и др., 1997; Пристер, Алексахин, 2007; Подоляк, 2012; Анишина, 2012).
Экспериментальными исследованиями, проведенными в разное время (Просянников, Просянникова, 1996, Белоус и др., 2006; Санжарова, 2010), показано, что естественное протекание биохимических процессов приводит к уменьшению содержания цезия -137 в растениеводческой продукции на 46 %, за счет непрерывно протекающего радиоактивного распада – 5 %, за счет применения защитных мероприятий обеспечивается снижение перехода радионуклидов на 49 %. Эффективность проводимых защитных мероприятий, направленных на снижение концентрации радионуклидов в продукции растениеводства, при этом в первые годы после аварии выше, чем в последующие.
Исследованиями (Воробьев, Курганов, 1996; Белоус, Моисеенко, 2005) установлено, что на почвах легкого механического состава, имеющих низкое плодородие, накопление радионуклидов самое высокое в ряду всех типов почв.
На поступление 137Cs в растения из дерново-подзолистой почвы весьма существенное влияние оказывает содержание обменных катионов кальция, магния, калия и содержание органического вещества, которые в свою очередь определяют емкость катионного обмена и степень кислотности почвы (Бондарь и др., 1992; Van Bergeijk, 1992). Установлено (Алексахин, Корнеев, 1991), что кислотность оказывает косвенное влияние на сорбцию почвами радионуклидов, изменяя емкость катионного обмена, при увеличении кислотности почвы возрастает интенсивность поступления радионуклидов в растения.
Исследованиями, проведенными в Республике Беларусь (Подоляк, 2002; Богдевич и др., 2005) показано, что внесение извести является эффективным приемом снижения поступления 137Cs и 90Sr из почвы в растения.
Путем экспериментов, проведенных в разное время (Богдевич и др., 1997, Путятин, Серая, 2007) установлено, что в зависимости от исходной степени кислотности почв известкование обеспечивает снижение поступления радионуклидов в сельскохозяйственные растения от 1,5 до 3 раз. При этом показано, что минимальная концентрация радионуклидов в сельскохозяйственной продукции чаще всего наблюдается при оптимальных показателях кислотности почв (рН), установленных по наибольшему урожаю при повышении на 0,2-0,3 единицы рН в сторону щелочного диапазона.
В исследованиях, проведенных на Новозыбковской опытной станции ВИУА (Белоус и др., 2002), установлено, что на почвах легкого гранулометрического состава, бедных магнием, известкование лучше проводить доломитовой мукой, при этом применение доломитовой муки способствует снижению перехода 137Сs в сельскохозяйственную продукцию в 1,2-1,6 раз.
В последнее время среди большинства исследователей утвердилась точка зрения, что основным агрохимическим приемом, ограничивающим поступление 137Сs в растения является применение калийных удобрений (Бондарь и др., 1992, Воробьев и др., 2002; Путятин, Серая, 2007; Анишина и др., 2012; Белоус и др., 2012; Белоус, Шаповалов и др., 2013; Renaud at al. 1997). Установлено, что за счет внесения калийных удобрений на разных типах почв поступление цезия -137 в сельскохозяйственные растения уменьшается в 2 - 20 раз (Алексахин и др., 1992; Богдевич и др., 2005, Белоус, Шаповалов, 2006; Шаповалов и др. 2011). Это в значительной степени обусловлено антагонизмом ионов цезия и калия в почвенном растворе. Поскольку эти оба элемента относятся к щелочным металлам, сходство и различия в переносе их в системе "почва-растения" определяют закономерности загрязнения растений цезием-137. Как правило, калий в почве находится в большем количестве, чем радиоцезий, поэтому он разбавляется в почвенном растворе ионами калия и при поглощении корневыми системами наблюдалась четкая конкуренция за места сорбции, то есть проявлялся антагонизм ионов 137Сs и К (Алексахин, Моисеев, Тихомиров, 1992; Богдевич и др., 2005). Как правило, эффективность действия калийных удобрений в свою очередь напрямую зависит от типа почв, уровня их плодородия, от обеспеченности их калием, в том числе валовыми и подвижными формами (Маркина, Ковалев, 2004; Санжарова и др., 2004; Богдевич и др., 2005).
Похожие диссертации на Влияние комплексного применения средств химизации на урожайность и качество картофеля в условиях радиоактивного загрязнения
