Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса 6
1.1. Использование питательных веществ, удобрений и почвы растениями картофеля 6
1.2. Поражаемость болезнями, качество урожая при различных уровнях минерального питания 17
1.3. Сорт и семенная продуктивность 26
2. Условия, программа и методика проведения исследований 32
2.1. Почвенно-климатические условия зоны 32
2.2. Характеристика опытного участка и схема опыта 33
2.3. Наблюдения и анализы 35
2.4. Метеорологические условия по годам исследований 36
3. Рост и развитие растений сортов картофеля различных групп спелости в зависимости от фонов минерального питания 42
3.1. Фенологические наблюдения 42
3.2. Развитие растений картофеля 43
3.3. Динамика накопления массы ботвы 47
3.4. Ассимиляционная поверхность листового аппарата 49
3.5. Динамика нарастания массы клубней 51
4. Урожайность картофеля в зависимости от фонов минерального питания 53
5. Качество, пораженность болезнями и сохранность клубней картофеля различных групп спелости в зависимости от фонов минерального питания 58
5.1. Качество картофеля в зависимости от сортов и фонов минерального питания 58
5.1.1. Товарность картофеля 58
5.1.2. Крахмалистость клубней 60
5.1.3. Содержание нитратов в клубнях 64
5.1.4. Поражаемость клубней болезнями 68
5.1.5. Сохранность клубней картофеля 74
6. Энергетическая и экономическая эффективность приемов возделывания картофеля 77
6.1. Энергетическая эффективность возделывания сортов картофеля на различных фонах минерального питания 77
6.2. Экономическая эффективность сочетаний минеральных удобрений и сорта при возделывании картофеля 82
7. Урожайность сортов картофеля различных групп спелости в последействии в зависимости от уровней минерального питания 87
8. Выводы 90
9. Предложение производству 93
10.Список использованной литературы 94
Приложения 108
- Использование питательных веществ, удобрений и почвы растениями картофеля
- Характеристика опытного участка и схема опыта
- Развитие растений картофеля
- Содержание нитратов в клубнях
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач сельскохозяйственного производства лесостепи Среднего Поволжья является повышение урожайности и улучшение качества картофеля для полного обеспечения региона этим продуктом. Возделываемые в регионе сорта картофеля имеют высокий потенциал продуктивности, оцениваемый на уровне 40-50 т/га клубней. В производственных условиях его удается реализовать на 20-30 %. Для удовлетворения потребностей населения в картофеле необходимо повысить его среднюю урожайность во всех категориях хозяйств до 20-25 т/га.
В комплексе агротехнических мероприятий, направленных на решение этой задачи, важное место принадлежит рациональному, научно-обоснованному использованию минеральных удобрений.
Имеющиеся разработки по дозировкам удобрений, как правило относятся к Центрально-Черноземной, Центральной и Волго-Вятской зонам. Для условия же Среднего Поволжья такие исследования единичны (В.Г. Игон-тов, 1982; Ю.Н. Лысенко, 1987; А.Н. Орлов, 1998; В.В. Молянов, 1999). Практически не затронут вопрос воздействия удобрений на семенные качества клубней сортов картофеля различных групп спелости в последействии. Поэтому представляется важным изучить приемы, которые управляют процессом формирования урожая клубней определенного качества с учетом назначения картофеля и выявить оптимальные сочетания элементов питания (азота, фосфора и калия) по действию на величину урожая и семенную продуктивность.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлось выявить на выщелоченном черноземе Среднего Поволжья влияние уровней минерального питания на формирование урожая картофеля, его качества и семенную продуктивность.
В задачу исследований входило:
изучить особенности роста, развития растений и изменение урожайности сортов картофеля различных групп спелости в зависимости от уровней минерального питания;
выявить влияние различных доз минеральных удобрений на изменение товарности, крахмалистости, содержания нитратов в клубнях картофеля, пораженность их болезнями и сохранность;
рассчитать экономическую и энергетическую эффективность изучаемых сочетаний минеральных удобрений;
установить степень изменения продуктивности семенных клубней различных сортов в последействии в зависимости от фонов минерального питания.
Научная новизна. В результате проведенных исследований на выщелоченном черноземе Среднего Поволжья впервые изучено влияние отдельных элементов минерального питания (азота, фосфора, калия), а также их сочетаний на урожайность, качество, пораженность болезнями, сохранность сортов картофеля различных групп спелости и изменения семенной продук-тивности клубней последействии.
Использование питательных веществ, удобрений и почвы растениями картофеля
Отличительной особенностью развития растения картофеля является то, что интенсивные ростовые процессы у него наблюдаются не только во время роста ботвы, но и в период максимального прироста клубней, который обычно совпадает с фазой цветения и началом отмирания ботвы. Эта биологическая особенность картофеля объясняет причину его потребности в питательных веществах в течение почти всего периода вегетации. Ботва у растения картофеля растет от появления всходов и до цветения, а формирование клубней продолжается от начала образования бутонов на растениях и до уборки урожая. Следует однако отметить, что со второй половины вегетационного периода, после того как ботва достигнет максимальной массы и начнет отмирать, потребление питательных веществ картофелем снижается. В этот период происходит перераспределение питательных элементов внутри растения, передвижение их из ботвы в клубни. Картофель с мощно развитой ботвой нередко к концу вегетационного периода почти не поглощает питательных элементов из почвы (В.Ф. Ильин, 1938; С.Н. Карманов, В.П. Кирюхин, А.В. Коршунов, 1988; Г. Ферстер, 1988; Д.А. Кореньков, 1990).
Минеральные удобрения являются одним из основных компонентов системы удобрения картофеля, оказывающим зачастую решающее влияние на плодородие почвы, урожайность культур, качество продукции. Получить максимальный, генетически обусловленный уровень урожайности даже на высоко окультуренных почвах можно только при направленном регулировании питания растений картофеля, с учетом законов формирования урожая, требований культуры, особенностей сорта. Процессом питания растений управляют путем дифференциации форм, доз, сроков, периодичности и способов внесения минеральных удобрений (А.А. Смирнов, 2002).
При рациональном использовании удобрений можно достичь такого уровня плодородия почв, при котором не будут ограничены потребности сельскохозяйственных культур в питательных элементах. Теория и практика эффективного использования удобрений строится на концепции создания и поддержания определенного оптимального уровня содержания в почве элементов питания, при их высокой степени доступности для растений. При достижении таких показателей в дальнейшем управление формированием урожайности сельскохозяйственных культур будет осуществляться посредством внесения азотных удобрений при компенсации выноса фосфора и калия урожаем (Н.В. Войтович, И.Н. Чумаченко, 2002). Для обеспечения картофеля достаточным количеством питательных веществ в самый ранний период жизни, необходимо вносить минеральные удобрения, содержащие питательные вещества в легкодоступной форме (Б.А.Писарев, 1990). Картофель предъявляет повышенные требования к количеству питательных веществ, необходимых для образования высокого урожая, что связано с наличием у него слаборазвитой корневой системы, и способностью накапливать большое количество сухого вещества на единицу площади (П.М. Жуковский, 1964; В.А. Сухоиванов, В.А. Борисов, 1974; А.В. Бутов, 1980; А.В. Коршунов, 1982). Способность накапливать большое количество сухого вещества и относительно слабо развитая корневая система, располагающаяся в основном в пахотном слое почвы, обуславливает повышенную требовательность картофеля к наличию легкодоступных питательных веществ в почве (А.И. Тамман, 1963; В.Ф. Ильин, Б.А. Писарев, В.А. Сухоиванов, 1974). Потребность в элементах корневого питания картофеля изучали: Д.Н. Прянишников (1952), А.И. Тамман (1953, 1959), А.Г. Лорх (1948, 1960), Б.А. Писарев (1977), А.Н. Филлипов (1980) и др. В составе сухого вещества картофеля обнаружено 26 различных хи 8 мических элементов. Однако, в условиях большинства почвенно-климатических зон страны растения картофеля наибольшую потребность из элементов питания испытывают в азоте, фосфоре и калии, каждый из которых оказывает определенное влияние на рост, развитие и накопление урожая (Ю.С. Авдеев, 1970; Кокшаров, 1974; Б.А. Писарев, Г.А. Ганзин, 1977; В.Г. Игонтов, Пугачев, В.Д. Молянов, 1997). Картофелю питательные вещества необходимы в течение всего вегетационного периода. За время роста и развития растений картофеля существуют периоды наиболее интенсивного потребления всех питательных веществ и отдельно - азота, фосфора, калия. Для правильного построения системы питания растений картофеля, как указывают Т.М. Печенкина, 1968; Б.А. Писарев, 1969; З.И. Журбицкий, 1971, необходимо знание динамики поступления основных элементов в растение по фазам роста. Азот - основной элемент питания картофеля. Он входит в состав всех аминокислот, из которых построена молекула белка. Растения картофеля используют азот из почвы в виде минеральных солей азотной кислоты и солей аммония. Уровень азотного питания непосредственно влияет на рост, развитие и продуктивность этой культуры. В растениях картофеля азот накапливается с первых дней жизни, но максимальное его количество в ботве наблюдается в период цветения, а в клубнях к концу вегетации. До начала образования клубней растения используют около 1/3 всего азота. Максимум его поглощения наблюдается в период интенсивного клубнеобразования. После бутонизации потребность растений в азоте снижается, если до этого дозы его были достаточно высокими. Дефицит азота в первый период вегетации задерживает последующее развитие растений.
Характеристика опытного участка и схема опыта
Однако, анализ реального положения дел в картофелеводстве показывает, что параметры потенциальной урожайности практически не реализуются в производственных условиях по большинству сортов, и разрыв между достигнутым уровнем потенциальной урожайности и фактической с годами почти не сокращается, а нередко еще более возрастает.
В настоящее время в Госреестре селекционных достижений РФ имеется достаточно большое разнообразие сортов картофеля, способных давать стабильные и высокие урожаи в различных почвенно-климатических условиях большинства регионов России. Всего в Госреестре на 2000 г. представлен 201 сорт, из них 96 сортов отечественной селекции, 29 сортов селекции стран Ближнего зарубежья и 73 сорта Дальнего зарубежья (Б.В. Анисимов, 2000).
Особенно важное практическое значение для большинства регионов и хозяйств имеет правильный подбор сортов с учетом длительности периода вегетации, необходимого для их полного созревания.
В работах А.Н. Орлова (2000) доказано, что в условиях Пензенской области для обеспечения бесперебойного снабжения населения продовольственным картофелем необходимо выращивать ранние сорта картофеля в сочетании со среднепоздними с применением следующих уровней питания: 30 т/га навоза + оРэоКбо, а также повышенные дозы полного минерального из расчета N90P120K90 кг д.в. на 1 га, которые обеспечивают получение урожая клубней картофеля на этих фонах 39,6-42,2 т/га по сорту Лорх и 36,0-32,2 т/га по сорту Ранняя Роза, что выше контроля без удобрений соответственно на 13,1-15,7 т/га, или на 49-59 % по сорту Лорх и на 15,2 и 12,5 т/га, или 76 и 63 % по сорту Ранняя Роза.
В основных зонах товарного картофелеводства России поздние сорта обычно не успевают вызреть, вследствие чего клубни сильно повреждаются при уборке и, как правило, плохо хранятся. Особенно большие потери могут происходить при хранении недозрелых клубней с механическими повреждениями.
В таких условиях наиболее эффективно возделывание сортов картофеля ранней и среднеранней групп спелости. Такие сорта успевают сформировать значительную часть урожая ..-, т -уг/„..и-, до наступления жары и засухи, массового повреждения ботвы колорадским жуком и завершают клуб необразование до наступления осенней дождливой погоды и развития фитофтороза. К тому же клубни большинства современных раннеспелых и среднеранних сортов имеют хорошую лежкость при хранении и могут использоваться в течение всего зимнего периода.
Потенциальная урожайность среднеспоздних и поздних сортов картофеля выше, но накопление урожая клубней, в зоне лесостепи Среднего Поволжья, у них происходят чаще всего в неблагоприятный период (жара, засуха, или наоборот - фитофтороз, переувлажнение почвы и т.д.). Условия для уборки таких сортов тоже редко бывают нормальными, поэтому они не всегда могут давать высокий, стабильный урожай и обеспечивать надлежащее качество продукции.
Для ежегодного получения гарантированного урожая на участке необходимо иметь не менее трех сортов картофеля различных групп спелости и направления использования (Б.В. Анисимов, 2000).
Продуктивность семенных клубней определяется, прежде всего, их наследственными свойствами. Они изменяются со временем под воздействием ряда важных факторов, вследствие чего снижается, как правило, урожай и его качество. В практике картофелеводства это влияние предотвращается, главным образом семеноводческими мероприятиями, направленными на поддержание картофеля в здоровом состоянии. Важное значение в этом вопросе имеют условия минерального питания растений. Правильное минеральное питание обеспечивает гармоничное развитие растений, способствует получению высокопродуктивных семенных клубней (Н.Е. Власенко, 1983; П.П. Вавилов, 1986).
В процессе репродуцирования качество семенного материала заметно ухудшается. Урожайность клубней разных сортов при разных параметрах минерального питания, полученных из семян второй репродукции в зависимости от сорта на 12-37 ц/га ниже, чем из семян элиты.
Снижение качества семенного материала связано, главным образом, с поражением растений вирусными болезнями и усилением экологического вырождения. Степень проявления этих показателей подвержена значительному влиянию разных норм удобрений и условий температурного и влаж-ностного режимов (П.П. Вавилов, 1986).
Густота посадки не оказывает существенного влияния на семенные качества клубней картофеля в последействии. Более значимой здесь является масса посадочного клубня, с уменьшением которой продуктивность заметно возрастает (СМ. Юрлова, 1983).
Для семенного картофеля важно подобрать такие дозы и соотношения минеральных удобрений, которые по возможности решали бы одновременно задачи получения более высоких урожаев, меньших отходов при хранении и сохранения других показателей качества, в том числе и семенных (А.В. Марчевская, В.К. Мосин, 1971; В.В. Оберг, 1975; Л.Г. Бобров, СИ. Швед, 1980).
В исследованиях Ю.Н. Лысенко (1987), проведенных в 1978-1981 гг. на выщелоченных черноземах Пензенской области по изучению различных уровней минерального питания на семенную продуктивность картофеля сорта Лорх в последействии в условиях орошения и богары установлено, что применение в течение 1-4 лет возрастающих доз удобрений в пределах N60P90K60 До N125P210K165 повышало продуктивность семенных клубней в последействии. Прибавка от контроля составила 48 ц/га после 1-го, + 10 ц/га- после 2-х, + 13 ц/га - после 3-х и + 8 ц/га - после 4-х лет действия. Положительное последействие отмечено и во второй год испытания.
Развитие растений картофеля
Оценка действия любого из изучаемых приемов только по конечному урожаю клубней не может вскрыть взаимосвязи между ними. Об обеспеченности факторами жизни можно судить лишь по состоянию самого растения в процессе вегетации (А.Г. Лорх, 1948). Важнейшим периодом вегетации растений картофеля является время цветения. К этому моменту у большинства сортов картофеля заканчивается формирование количества клубней, наблюдается наибольшая масса ботвы, корней и площадь ассимиляционной поверхности. По эти показателям с большой достоверностью можно судить о величине будущего урожая.
Условия года, сорт, фоны минерального питания по разному воздействовали на растения картофеля (табл.5).
Количество стеблей на один куст в зависимости от фонов минерального питания изменялось незначительно, а в основном соответствовало биологическим особенностям сорта. Наибольшее количество стеблей отмечено у сорта Свитанок киевский (5,6 - 5,8 шт на один куст), наименьшее у сорта Пензенская скороспелка (3,9 - 4,1). Сорт Лорх занимал промежуточное положение по этому показателю (4,9 - 5,1 стеблей на один куст). Условия года, также как и фоны минерального питания мало влияли на количество стеблей в одном кусте картофеля.
Напротив, погодные условия оказали заметное влияние на высоту стеблей растений картофеля. Наибольшая высота растений отмечена по всем сортам и системам удобрений в благоприятном по погодным условиям 1990 году (приложение 4,5,6). Так, в контрольном варианте растения сорта Пензенская скороспелка имели высоту в 1990 г. - 54,3 см, 1991-49,7, 1992 - 50,2 см. У сорта Свитанок киевский: 42,3; 40,4; 41,2 см, сорта Лорх: 64,3; 60,3; 61,3 см, соответственно.
Как видно из приведенных выше данных сортовые особенности значительно влияли на высоту растений картофеля. В среднем за три года наблюдений наибольшая длина стеблей отмечена у сорта Лорх - 62 см. Пензенская скороспелка имела высоту растений 51,4 см, сорт Свитанок киевский - 41,3 см ( на контроле). Такое же соотношение высоты ботвы в зависимости от сорта отмечалось по всем изучаемым фонам удобрений.
Изучаемые фоны минеральных удобрений по-разному влияли на высоту стеблей растений картофеля. У всех сортов во все годы наблюдений наибольшая высота ботвы отмечалась в вариантах с максимальным количеством азота (Niso). Превышение составляло по сравнению с контролем 5,7 - 13,2 см (табл.5).
Наибольшее количество клубней на один куст у всех сортов картофеля по всем фонам минеральных удобрений сформировалось в благоприятные годы для роста и развития растений (прилож. 4,5,6). Так в 1990 г. у сорта Пензенская скороспелка на период цветения отмечалось 8,3 шт, у Сви-танка киевского - 9,8, у Лорха - 10,8 шт. клубней на одно растение ( на контроле). В 1991 г.: 7,4; 8,9; 9,8, в 1992 г.: 6,9; 8,4; 9,3 шт. клубней на один куст, соответственно.
Таким образом и сортовые особенности влияли на количество клубней, максимальное их количество формировал сорт Лорх.
Различные элементы питания и их соотношения по-разному воздействовали на формирование количества клубней на одно растение картофеля. Одностороннее внесение фосфорных и калийных удобрений не приводило к заметным изменениям этого показателя. Следует отметить лишь тенденцию к некоторому уменьшению количества клубней при внесении удобрений (0,1 - 0,3 шт на растение), в среднем, за три года наблюдений; внесение азота приводило к увеличению количества клубней на куст, так в варианте N50P50K50 зафиксировано у сорта Пензенская скороспелка 9,0 клубней на одно растение, у Свитанка киевского 10,5, у сорта Лорх 11,1. Это выше, чем в контрольном варианте на 1,5; 1,5; 1,0 шт. соответственно. Внесение Nioo кг/га привело к увеличению количества клубней на куст по сравнению с контролем, у Пензенской скороспелки на 2,8, у Свитанка киевского - 2,1, у Лорха - 1,6 шт. Наибольшее количество клубней на растение в период цветения сформировалось в варианте N150P150K150
Результаты учета массы клубней на одно растение свидетельствует об очень высокой эффективности удобрений. Максимальное количество клубневой массы на одно растение на контрольном варианте к моменту полного цветения накапливал сорт раннего картофеля Пензенская скороспелка, в среднем, за три года - 221,5 г. Этот показатель у среднераннего сорта Свитанок киевский был 210,0 г, среднепозднего сорта Лорх - 184,3 г.
Содержание нитратов в клубнях
В связи с энергетическим кризисом и резким возрастанием стоимости нефтепродуктов назрела острая необходимость в оценке производства продукции сельского хозяйства с точки зрения энергозатрат технологий производства продовольствия на основе энергетического анализа.
Одним из критериев, позволяющих достоверно определить затраты сельскохозяйственного производства, не исключая стоимости показателя, является энергоемкость. Этот показатель наиболее объективен, не зависит от конъюнктуры рынка и характеризует собой технический уровень развития технологий.
Проблема энергетического обеспечения сельскохозяйственного производства, в отличие от других отраслей народного хозяйства, усугубляется не только необходимостью увеличения объема производства продукции в связи с его нехваткой, но и значительным сокращением рабочей силы в сельской местности.
В последнее столетие затраты совокупной энергии (энергетическая цена) на получение 100 калорий продукции составляли: в 1980 г. - 48 кал., в 1950 г. - 57 кал., в 1960 г. - 70 кал., в 1980 г. - 86 кал. (В.В. Коринец, 1988).
Рост урожайности в США и странах Западной Европы в 2-3 раза сопровождался ростом затрат невосполнимой энергии (удобрения, пестициды, орошение, техника и др.) в 10-15 раз (А.А. Жученко, 1985) и даже в 50 раз (И.И. Свентицкий, 1982).
Приходящая энергия солнца относится к практически не регулируемым факторам фотосинтеза в полевых условиях, и задача повышения продуктивности культурных растений заключается в нахождении приемов и способов создания и поддержания функционирования фотосинтезных систем, наилучшим образом ее использующих.
Наряду с использованием солнечной радиации для поддержания функционирования растений и их сообществ, а также снижения ограничивающего воздействия неблагоприятных экологических факторов;применяется большое количество дополнительной антропогенной энергии в виде минеральных удобрений, химических средств защиты растений, орошения, топлива, электроэнергии и других энергоносителей. Большие энергоресурсы затрачиваются на изготовление и ремонт тракторов, сельскохозяйственных машин и др.
И хотя доля антропогенной энергии в общем энергетическом балансе растений относительно невелика (до 5 %) (А.А. Жученко, 1990), ее роль как своего рода катализатора в более эффективном использовании неограниченных ресурсов природы исключительно важна.
За счет антропогенной энергии оптимизируются условия внешней среды, что позволяет повысить утилизацию солнечной радиации в 2 - 3 раза (Б.П. Литун и др., 2000).
Анализ данных по энергетической эффективности различных фонов минерального питания показал, что изучаемые нормы удобрений имеют различную энергоемкость (табл.21, 22, 23). При базовой технологии (контроль без удобрений) затраты совокупной энергии составили 31,1 ГДж/га. В вариантах фонов минерального питания эти затраты напрямую связаны с количеством вносимых минеральных удобрений. Наибольшими затратами в опыте обладал фон минерального питания N150P150K150 - 47,3 ГДж/га (вар. 16) для сорта Пензенская скороспелка.
Выход валовой энергии в вариантах опыта зависел от полученной урожайности. Так, наибольший выход валовой энергии отмечен при сочетании N150P150K50- 118,9 и N15oPi5oKi5o - 118,4 ГДж/га, но именно на этих вариантах зафиксирован один из самых низких биоэнергетических коэффициентов: 2,56; 2,50, соответственно (вар. 15,16).
Самый высокий биоэнергетический коэффициент был в вариантах N50P50K50 - 3,12, N50P50K150- 3,Ю и N50Pi5oK5o- 3,08 (вар.5, 6, 7). Именно такие сочетания минеральных удобрений, с точки зрения биоэнергетических затрат, являются наиболее выгодными для производства картофеля на выщелоченных черноземах Среднего Поволжья. Все это в полной мере относится к сортам Свитанок киевский и Лорх (табл.21, 22, 23).
Основные причины снижения заинтересованности сельскохозпроизво-дителей и населения в возделывании картофеля — большая трудоемкость и высокие затраты на его производство. Это приводит к увеличению производственной себестоимости и низкой рентабельности картофелеводства в лесостепи Среднего Поволжья. Здесь необходимо отметить и такие важные факторы, как резкий рост цен на все основные средства производства, включая технику, химические средства защиты растений, удобрения и сервис. В то же время производители картофеля по существу лишены возможности компенсировать рост издержек производства путем поднятия цен на произведенную продукцию из-за падения покупательской способности населения.
При анализе данных финансовых затрат на га посадок картофеля всех сортов установлено, что в контрольном варианте они составили 52000 рублей. (табл.24, 25, 26). В вариантах с удобрениями затраты увеличивались на стоимость туков вносимых под картофель и наибольшими они были в сочетании Ni5oPi5oKi5o- 54730 руб./га (вар.16).
Наибольший условно чистый доход по сорту Свитанок киевский зафиксирован в варианте N oPisoKso 91480 руб./га (вар. 15), N10oPiooKioo -89180 руб./га (вар. 12), N50Pi5oKi5o - 87260 руб./га - 87260 (вар.7) и N50P50K50 -86080 руб./га (вар.5) и именно в этих сочетаниях минеральных удобрений получена максимальная рентабельность: 167,8; 165,7; 162,4; 162,7 %, соответственно. Аналогичными были эти показатели и по другим сортам.
Наиболее доходным оказалось возделывание сорта Лорх. При современных ценах на картофель, в среднем за три года с каждого гектара, даже без внесения минеральных удобрений, получен условно - чистый доход 72500 руб./га. Это выше, чем при выращивании сорта Пензенская скороспелка на 25500 руб./га и сорта Свитанок киевский - 10500 руб./га.
