Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы. Развитие картофелеводства в Якутии 7
2.1. История картофелеводства в Якутии 7
2.2. Биологические особенности картофеля и роль удобрений при его выращивании 11
2.3. Современное состояние картофелеводства 29
3. Природно-климатические условия на севере Якутии 33
4. Объекты, условия и методы исследований 45
4.1. Схема опыта и методика проведения исследований 45
Агроклиматические условия в годы исследований (2000-2002 гг.) 48
4.2.1. Температура воздуха 48
4.2.2. Количество осадков и относительная влажность воздуха 50
5. Влияние удобрений на урожайность и качество картофеля 52
5.1. Развитие растений картофеля 52
5.2. Урожайность картофеля 59
5.3. Основные показатели качества клубней 62
6. Агроэкологическая и экономическая эффективность применения удобрений 74
Выводы 76
Предложения производству 78
Список литературы 79
Приложения 99
- История картофелеводства в Якутии
- Схема опыта и методика проведения исследований
- Развитие растений картофеля
Введение к работе
Картофель является важной продовольственной культурой в Якутии. Несмотря на то, что обеспеченность картофелем в регионе достаточно высока, северные улусы республики ощущают острый его дефицит. Выращивание картофеля в условиях республики и особенно на севере Якутии, в экстремальных условиях Верхоянского района, относящегося к самым холодным территориям в Северном полушарии с абсолютным максимумом отрицательных температур около 70 °С, с наличием ряда негативных факторов: поздние весенние и ранние осенние заморозки, короткий вегетационный период, резкими перепадами дневной и ночной температуры воздуха и характеризующегося распространением таежных мерзлотных почв, остро стоит вопрос снабжения населения продовольственным картофелем.
Эта культура культивируется в основном на трёх типах почв: мерзлотных таежных, мерзлотных пойменных (слоистых) и переходных от таежных к лугово-черноземным. Важнейшим приемом получения высоких урожаев является применение удобрений и орошение.
До настоящего времени выращиванием картофеля под Верхоянском занимались отдельные энтузиасты, научные обоснования для получения устойчивых урожаев культуры не разработаны.
В последние годы из всех культур, выращиваемых в Верхоянском улусе, картофель имеет наибольшее значение, и в индивидуальных огородах занимает половину площади. (Казарян, 2003). По немногочисленным материалам, в северных улусах картофель весьма успешно может возделываться на участках, защищенных от заморозков. Так, в крестьянском хозяйстве «Силээн» на площади 1,5 га и в подсобном хозяйстве «Верхоянскторг» на площади 3 га в 1994-1998 гг. урожайность картофеля достигала в среднем от 40 до 60 ц/га (Отчет УСХ Верхоянского улуса за 1994-1998 гг.). Однако как раз в эти годы заморозков в период клубнеообразования не наблюдалось.
В этой связи важно установить влияние органического удобрения навоза крупного рогатого скота, а также минеральных удобрений и стимулятора роста растений гумата калия (ГК) на формирование урожая картофеля в условиях мерзлотных почв севера Якутии, прежде всего Верхоянского улуса. Технология получения ГК разработана Институтом Горного дела Севера СО РАН (Патент 16480770 РФ, МКИ С G 1/4). Электрохимическая переработка бурых углей с получением гуматов обеспечивает выход гуминовых веществ до 55-65% от массы угля. Из многочисленных научных источников известно, что гуминовые удобрения оказывают положительный эффект при неблагоприятных для развития растений погодных условиях (Агроэкология ..., 2000).
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение закономерностей действия навоза крупного рогатого скота, минеральных удобрений и гумата калия при выращивании раннего картофеля на мерзлотной аллювиальной почве в Верхоянском районе Якутии и установление эффективных, экологически безопасных их сочетаний и доз. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
- Изучить влияние навоза, минеральных удобрений и гумата калия на рост и развитие картофеля при выращивании на севере Якутии.
- Определить действие органических и минеральных удобрений в различных дозах и сочетаниях на урожайность картофеля.
- Исследовать влияние органических и минеральных удобрений на качество клубней.
- Определить пораженность картофеля болезнями.
- Дать агроэкологическую и экономическую оценку применения навоза, минеральных удобрений и гумата калия при выращивании картофеля.
Научная новизна Впервые в экстремальных условиях Верхоянского района Якутии на таежной мерзлотной аллювиальной почве проведены исследования в полевом опыте по изучению закономерностей действия навоза и минеральных удобрений, а также гумата калия в различных дозах и сочетаниях при выращивании раннего картофеля сорта Полет. На основании трехлетних экспериментальных материалов дано научное обоснование агрономически эффективного и экологически безопасного применения органических и минеральных удобрений под ранний картофель для обеспечения устойчивой урожайности и получения биологически полноценной продукции.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Особенности действия навоза, минеральных удобрений, гумата калия на урожайность картофеля, качество клубней и пораженность их болезнями на мерзлотной аллювиальной почве Верхоянского района Якутии. - Эффективные, экологически безопасные дозы и сочетания органических и минеральных удобрений под картофель в экстремальных условиях севера Якутии.
Практическая значимость
Получены экспериментальные данные для разработки систем удобрения под картофель в целях повышения его урожайности и качества клубней на таежной мерзлотной аллювиальной почве в Верхоянском районе Якутии.
Для уровня урожайности 60 ц/га предложено выращивание раннего картофеля сорта Полет и применение органо-минеральной системы удобрения при ежегодной дозе навоза Ют/га.
Для индивидуальных хозяйств, располагающих достаточным количеством навоза, под ранний картофель рекомендуется применение одного навоза в ежегодной дозе 20 т/га.
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на Международной научной конференции ВНИИА (г. Москва, 2004 г.), ученых советах ГНУ ЯНИИСХ (г. Якутск, 2000-2005 гг.), Международной научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы использования органических удобрений на основе отходов промышленного животноводства» (г. Владимир, 2006).
Работа выполнена в лаборатории органического вещества почв и органических удобрений ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова и лаборатории агроэкологии ГНУ Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора Генриэты Егоровны Мерзлой и кандидата сельскохозяйственных наук Айаала Ивановича Степанова, которым автор выражает глубокую благодарность. Автор признателен сотрудникам лаборатории органического вещества почв и органических удобрений ГНУ ВНИИА, а также кандидату биологических наук Слепцову Спиридону Спиридоновичу и кандидату сельскохозяйственных наук Иванову Айаалу Алексеевичу.
История картофелеводства в Якутии
Первый опыт выращивания картофеля в Якутии приходится на 60-е годы XVIII века. В 1766 году был издан указ Сената о необходимости производства в Восточной Сибири овощей и разведения так называемых «земляных яблок», т.е. картофеля. Этот указ является первым документом о необходимости производства картофеля в Восточной Сибири (Жуковский, 1964). В 1767 году в Якутск были доставлены первая партия клубней картофеля, выращенных в районе г. Иркутска, а также экземпляры наставлений о разведении картофеля. Полученные клубни картофеля в количестве 22 фунтов были разосланы по восьми пунктам, и 2 ноября того же года казаки Якутска рапортовали, что ими было посажено 90 клубней, но урожая не получено. Это была первая в истории Якутии посадка картофеля (Башарин, 1989).
В XIX в. с дальнейшим развитием производительных сил, открытием Ленских приисков и развитием торговли наблюдалось заметное распространение картофелеводства в Якутии. По данным Г.П. Башарина (1989), в 1803 году было разослано предписание о приручении ясачных жителей Якутии «к разведению картофеля». Путешественник И.И Рядовский в 1806 г. отметил, что в Амгинской слободе «картофель родится очень крупный». Отсюда можно утверждать, что амгинские крестьяне начали заниматься выращиванием картофеля уже с конца XVIII и начала XIX веков. В 1812 году Якутский земский суд разослал «правила о разведении земляных яблок». В этом документе указаны простейшие приемы агротехники возделывания картофеля: выбор пригодных для этого участков земли, резка семенных клубней на части, сроки и способы посадки. Выращивание картофеля поощрялось властями и в 1842 году Якутский областной начальник назначил денежную премию «за отличные успехи в производстве картофеля». Производство картофеля в Якутском округе развивалось по
Якутско-Иркутскому тракту вдоль р. Лены. В 1848 году на семи станциях собрали 140 пудов картофеля. В отдельные годы терпели неудачи. Несмотря на это, ленские крестьяне продолжали разведение картофеля. В 1852 году на территории этого тракта было посажено уже 232 пуда. В 1859 г на Якутске— Аянском тракте вырастили 1030 пудов клубней. В 60-х годах XIX века этот тракт считался одним из крупных очагов по выращиванию картофеля в условиях Якутии .В Олекминском округе в 1832 году посадили 59 пудов картофеля, в Вилюйском первые его посадки проводили в 1844 году. При этом нужно отметить, что разведением картофеля начало заниматься местное население. В Олекминском округе в 1832 году посадили 59 пудов. Документы свидетельствуют о низкой урожайности того периода от 0-1,9 сам. В колымском округе посадку картофеля начали в 1843 году, а в Верхоянском - в начале 50-х годов XIX века. Урожайность колебалась от 1,3 до 12,2 сам. Верхоянский район можно считать одним из старейших и основных очагов земледелия Заполярья. Первые пробные посадки здесь проводились еще в 20-30-х годах XIX века. По отчётам, в 1837-1841 гг. в городе было 7 огородов. Первыми огородничеством начали заниматься служащие местной казачьей команды. Администрация Якутской области 28 августа 1842 г. потребовала от Верхоянского окружного исправника провести в округе и в городе посевы злаковых и огородных культур и о результатах сообщить в Якутск. Опыты, особенно со злаковыми культурами, оказались не очень удачными. Поэтому в отчете за 1855 год Якутский губернатор, имея в виду Верхоянские и Колымские округа, писал, что «хлебопашество невозможно». Однако, постепенно огородничество становится одним из важных занятий жителей. В 1880-х годах, как и в предыдущие десятилетия, основными огородными культурами, выращиваемыми в Верхоянске, были картофель, капуста, репа и другие культуры. Политический ссыльный П.И. Войнаральский 12 августа 1887 года писал: «В первое время поселения своего в улусе завел огород и непрестанно до сих пор ежегодно занимаюсь опытами по разведению хлеба, картофеля и других овощей. Несмотря на существующее здесь убеждение о невозможности земледелия в этом суровом крае, я пришел к совершенно противоположному мнению. На моём опытном участке ячмень в полном и хорошем наливе и выращен из семян, дозревших здесь же в 1885 году». В огороде он сажал картофель, капусту, репу, лён, коноплю, сардаа-растение, корни которого богаты сахаром, проводил опыты по выращиванию зерновых. Он сравнивал Верхоянский округ с северными уездами Архангельской и Вологодской губерний, где с успехом возделывали «Яренский ячмень» для созревания которого нужно не более шести недель. Как сообщал в те годы окружной исправник, в масштабах города Верхоянска политссыльные превратили огородничество в один из основных видов хозяйственной деятельности. Подсчитано, что в городе в 1882 году было 16 огородов, в 1892 -14, 1899 -15. По его данным, в период с 1863 по 1902 гг. в районе Верхоянска было посеяно 122 пуд. 18 ф. картофеля, на каждый учтенный год приходилось по 4 пуд. 21 ф. В 1863 и 1879 гг. было посеяно самое большее количество картофеля (по 15 пуд. 02 ф.). За все годы получено 734 пуд. 37 ф. урожая картофеля. Средний урожай составил за 27 лет более 27 пудов. В 1886 г. урожая не получили по неизвестной причине. Самый высокий урожай получен - 1866 году (12,5 сам). Урожаи от 8 сам до 12,2 сам были собраны в 1864, 1882, 1883, 1893, 1894, 1898 и 1902 гг. Картофель выращивался в основном только в самом Верхоянске. Чиновники окружного управления, будучи грамотными, интересовались возможностями разведения картофеля и овощей в условиях Севера. Следующим очагом разведения картофеля в Верхоянском округе был I Юсальский наслег по течению р. Дулгалах. Здесь разведением картофеля занимались местные якуты - Ефимовы и священник местной церкви. За десять лет с 1879 по 1889 гг. здесь посажено 1 пуд 07 ф. и получено 7 пуд. 26 ф.(сам - 6.5) картофеля. Таким образом, в XIX веке картофель в Якутии выращивали в нескольких округах, в том числе и в северных. В настоящее время из всех культур, возделываемых в Верхоянском улусе, картофель имеет наибольшее значение. В индивидуальных огородах он занимает более половины площади (Казарян, 2003).
Схема опыта и методика проведения исследований
Работа выполнялась в лаборатории органического вещества почв и органических удобрений ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова и лаборатории агроэкологии ГНУ Якутский научно-исследовательский институт сельского хозяйства.
Исследования проводились на научно-производственном стационаре в Верхоянске Республики Саха (Якутия) в полевом опыте, заложенном на левом берегу р. Яны.
Почва таежная мерзлотная аллювиальная суглинистая. Перед закладкой опыта в пахотном слое почвы (0-20 см) содержалось гумуса 2,2%; N общего 0,21 %, подвижных форм фосфора и калия соответственно 198 и 265 мг/кг, рН солевой - 6,5; рН водный 7,3. Содержание тяжелых металлов в почве невысокое: свинца - 17 мг/кг, меди - 34, цинка - 38, кадмия - 0, 1, марганца - 1,5 мг/кг сухого вещества, т.е. значительно ниже ОДК (ГН 2.1.7.020-94).
Исходя из цели и задач исследований, в качестве основных объектов изучали:
1) картофель (Solarium tuberosum L.) сорта Полет, 2) навоз крупного рогатого скота, 3) минеральные удобрения, 4) гумат калия.
Картофель сорта «Полет» - раннеспелый, столового назначения, селекции Тулунской селекционной станции. Получен скрещиванием сортов (Тулунский х Юбель) х Лорх х Тулунский. Районирован в Якутии, по Ленскому району, с 1983 г.
В качестве органического удобрения использовали навоз крупного рогатого скота влажностью 70%, который содержал (на сухое вещество) 1,0% общего азота; 2,1 % фосфора (Рг05); 1,1 % калия (К20).
Гумат калия (ГК) произведен из бурых углей местного происхождения. Состав: 37-42 % углерода; 3,5-5 % водорода; 48- 57% кислорода; 2-6% азота. Удобрение разработано Институтом Горного дела Севера СО РАН (Патент
164480770 РФ, МКИ С G 1/4). Из минеральных удобрений вносили аммиачную селитру, суперфосфат двойной, хлористый калий в дозах N 180Р150К130. Схема опыта включала следующие варианты: 1 - Контроль, без удобрений; 2 - N180 Р150 К130; 3 - Навоз 30 т/га; 4 - Навоз 60 т/га; 5 - N180 Р150 К130 + навоз 30 т/га; 6 - ГК 2,5 кг/га; 7 - N180 Р150 К130 + ГК 2,5 кг/га; 8 - Навоз 30 т/га + ГК 2,5 кг/га; 9 - Навоз 60 т/га + ГК 2,5 кг/га, 10 - N180 Р150 К130 + навоз 30 т/га + ГК 2,5 кг/га; 11 - ГК 4,2 кг/га; 12 - N180 Р150 К130 + ГК 4,2 кг/га; 13 - Навоз 30 т/га + ГК 4,2 кг/га; 14 - Навоз 60 т/га + ГК 4,2 кг/га; 15 - N180 Р150 К130 + навоз 30 т/га + ГК 4,2 кг/га. Закладку и проведение опыта выполняли в соответствии с общепринятыми методиками (Методика исследований по культуре картофеля, 1967; Юдин, 1980; Доспехов, 1985; Ефимов, Калиниченко, Горлова, 1988; Программа и методика исследований в Географической сети полевых опытов по комплексному применению средств химизации в земледелии, 1990). Общая площадь делянки -100 м , учётная - 50 м , защитной полосы -50 м2. Повторность - 3 - кратная. Схема посадки - 70 х 35 см. В 1999 г. почву на опытном участке дисковали с помощью БДТ-2,2 в 2-3 следа на глубину 20-22 см с последующим боронованием. Весной 2000 г. проводили закрытие влаги ЛДГ-5 в агрегате с МТЗ -82 на глубину 10 см, дискование на глубину 12-15 см, боронование БЗСС в 2-3 следа. Органические и минеральные удобрения, гумат калия вносили согласно схеме опыта.
С учетом того, что в Центральной Якутии наибольший процент урожая картофеля и других культур получают с мелиорированных земель, обязательным и необходимым мероприятием в засушливой зоне Якутского Заполярья считали также орошение. В этой связи при проведении полевого опыта был предусмотрен полив картофеля, который осуществлялся дождевателем ДДН-70 в агрегате с ДТ-75. Поливная норма равнялась 300 м3/га. Суммарное водопотребление составляло от 600 до 2000 м3/га в зависимости от условий года. Поливы проводили по фазам развития растений: до появления всходов, по всходам, а также в фазы бутонизации, цветения и клубнеобразования.
После поливов осуществляли рыхление почвы, окучивание растений при высоте 15-17 см. Основное окучивание приходилось на бутонизацию перед смыканием ботвы. Уборку урожая проводили картофелекопалкой.
Действие гумата калия испытывали в двух дозах: 2,5 и 4,2 кг сухой массы на 1 га. Готовый для полива раствор гумата в концентрации 0,002% соответствовал цвету некрепкого чая (Рекомендации ИГДС СО АН, 1998). В этом растворе замачивали клубни за 10-12 часов до посадки. Таким же раствором поливали растения в период вегетации по фазам развития из расчета по 0,5-1 л на каждый куст.
Полученные в ходе исследований данные обработаны с использованием программного обеспечения SNEDECOR и EXCEL.
В период исследований выполнялись следующие учёты и анализы:
1. Фенологические наблюдения за наступлением фаз развития картофеля.
2. Высота растений картофеля.
3. Размер ассимиляционной поверхности картофеля (Методика исследований по культуре картофеля, 1967).
4. Учет урожая картофеля и товарности клубней (Минеев,1985).
5. Проведение биохимического анализа клубней картофеля на содержание крахмала (по Эверсу), сухого вещества - термостатно-весовым методом, витамина С (по Мурри), нитратов по ГОСТ 13496.
6. В почве определяли: гумус по Тюрину, N общий по Къельдалю; рН солевой вытяжки - потенциометрически, подвижный фосфор и калий - Эгнеру-Риму.
Влажность почвы определяли термостатно - весовым методом. Анализы почвы и растений проводили в лаборатории биохимии ГНУ ЯНИИСХ.
Математическую обработку результатов исследований осуществляли по методике Б.А. Доспехова (1985).
Экономическую эффективность изучаемых приемов устанавливали по нормативным затратам труда и средств, отраженным в технологических картах.
Развитие растений картофеля
Фенологические наблюдения в период вегетации в 2000-2002 гг. показали, что в наступлении фаз развития растений по вариантам существенных различий не отмечалось. Посадку картофеля проводили в 2000 году 8 июня, 2001-2002 гг. 10 июня. Почва достаточно прогревалась в конце мая и достигала физической спелости именно в эти сроки. Вегетационный период составлял 84-87 дней.
Даты прохождения фенологических фаз были следующие: начало всходов наблюдалось 2-4 июля, массовые 10-12 июля, начало бутонизации 24-26 июля, массовая бутонизация 30 июля -2 августа; начало цветения 3-8 августа, массовое цветение 10 августа.
Уборка проводилась в 2000 г. 1 сентября, 2001 -2002 гг. 3 сентября. По результатам биометрических наблюдений, представленных в таблице 4, во всех вариантах внесение удобрений увеличивало высоту растений, максимально на 11 см.
За три года высота стеблей на контроле равнялась 38,4-46,8 см. В первый год при совместном внесении удобрений N180 Р150К130 +навоз 30 т/га + ГК 4,2 кг/га высота стеблей картофеля была равна 54,6 см, во второй год - 53,7 см и в третий год - 52,7 см. Коэффициент корреляции в первый год исследований составлял 0,92, за 2001-2002 гг. соответственно 0,89 и 0,65.
Коэффициент корреляции между количеством стеблей и дозами удобрений составил в первый год исследования 0,91; во второй 0,95 и в третий год 0,49.
Площадь ассимиляционной поверхности зависела от варианта внесения удобрений (приложение 4). Максимальный показатель наблюдался при совместном применении удобрений и был равен 31,7 тыс. м /га при 23,5-24,9 тыс. м /га на контроле (рис.3). Коэффициент корреляции для первого года равнялся 0,91, для второго 0,76 и для третьего года 0,80. Кустистость зависела также от доз удобрений. Коэффициент корреляции по годам составлял 0,91, 0,92 и 0,77.
Среднее значение массы ботвы в годы исследований составило 100 -172 ц/га (табл.7), или 246-424 на один куст (табл.6) Совместное внесение минеральных, органических удобрений и ГК увеличивало массу ботвы. С ростом дозы навоза от 30 до 60 т/га масса ботвы в первый год повышалась до 162 ц/га. Наибольшей масса ботвы в первый год (186 ц/га) была в варианте N180 Р150 К130 + навоз ЗОт/га +ГК 4,2 кг/га, наименьшей (113 ц/га) - в варианте навоза КРС в дозе ЗОт/га в последний год исследований (табл. 6). Между массой ботвы и урожайностью установлена тесная связь (г=0,79).
В варианте N180 Р150 К130+ навоз 30 т/га +ГК 4,2 кг/га количество стеблей за годы исследований увеличилось от 5,3 до 5,7 , при значении на контроле 5-5,1 шт/куст. Высота стеблей составила 52,7- 54,6 при 38,4 - 46,8 см на контроле (табл.4). Площадь ассимиляционной поверхности равнялась 30,8-31,7 при 23,5-24,9 тыс.м /га на контроле, а кустистость - 1,55-1,69 при 1,15-1,27 в контрольном варианте (рис.3).
Таким образом, исследования показали, что совместное применение минеральных, органических удобрений и ГК положительно влияло на биометрические показатели картофеля. Результаты урожайности представлены на рис. 4, в таблице 8 и приложении 10. Сравнение действия минеральных и органических удобрений и ГК в первый год (2000 г.) показало, что наибольшую урожайность обеспечивают варианты N180 Р150 К130 + навоз 30 т/га с применением обеих доз гумата, в которых соответственно было получено 75,3-76,3 ц/га клубней, или на 58-60% больше по сравнению с контролем. В 2001 году наибольшая урожайность наблюдалась в варианте навоз 60 т/га + ГК 2,5 кг/га, где она достигала 74 ц/га, или была на 47% выше контроля. В следующем 2002 году этот показатель равняялся соответственно 66,3, или на 70% превышал контроль. По сравнению с контролем применение ГК в чистом виде при дозах 2,5 и 4,2 кг/га дало прибавку в первый год исследований 3,4 и 4,4 ц/га (7,1 и 9,2 %), а урожайность при этом составила 51 и 52,3 ц/га. Показатели урожая 2001 года немного возросли, и прибавка находилась на уровне 1,7 и 4,3 ц/га (3,3 и 8,5%). В заключительном году исследований прибавка составляла 4 и 7,3 ц/га (10,2 и 18,7 %), а урожайность 43 и 46,3 ц/га. При сочетании ГК с 30 т/га навоза прибавки урожая различались с увеличением дозы ГК до 4,2 кг/га. Прибавка урожая возрастала в первый и в последующие годы. Внесение одного навоза в дозах 30 и 60 т/га в первый год обеспечило прибавку 14 и 21,4 ц/га, за два последних года эксперимента соответственно - 12 и 20,7 и 6 и 13 ц/га. Получена тесная корреляционная связь между дозой азота, внесенного с удобрениями, и урожайностью картофеля - в первый год г= 0,91; в последующие годы г =0,72 - 0,77.
