Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1 Зависимость фотосинтеза картофеля от различных уровней минерального питания 5
1.2 Влияние минеральных удобрений на рост и развитие растении картофеля 14
1.2.3 Влияние азотных удобрений на продуктивность картофеля 18
1.2.2 Фосфорные удобрения и их влияние на рост и развитие картофеля 21
1.2.3 Потребность растений картофеля в калийных удобрениях 25
Глава 2. Условия и методика проведения опыта 31
2.1 Почвенно-климатические условия 31
2.2 Методика проведения исследований 38
Глава 3. Результаты исследований 41
3.1 Роль минерального питания в формировании надземных и подземных органов различных сортов картофеля 41
3.2 Развитие фотосинтетического аппарата растений картофеля в зависимости от уровней минерального питания 51
3.3 Влияние минерального питания на структурные компоненты урожая и урожайность картофеля 71
Глава 4. Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения минеральных удобрений 83
4.1 Экономическая оценка применения минеральных удобрений в опыте 83
4.2 Биоэнергетическая оценка применения минеральных удобрений в опыте 86
Выводы 91
Предложения производству 93
Список использованной литературы 94
- Влияние минеральных удобрений на рост и развитие растении картофеля
- Методика проведения исследований
- Развитие фотосинтетического аппарата растений картофеля в зависимости от уровней минерального питания
- Биоэнергетическая оценка применения минеральных удобрений в опыте
Влияние минеральных удобрений на рост и развитие растении картофеля
Известно, что листья представляют собой величайшие живые лаборатории ассимиляции солнечной энергии и синтеза органических веществ, где совершаются все сложнейшие биохимические реакции. Придавая большое значение листу растения в создании органических веществ, К.А. Тимирязев (1949) писал: "Можно сказать, что в жизни листа выражается сама сущность растительной жизни, что растение - это лист."
Учитывая современные достижения науки о питании растений и синтезе органических веществ, следует заметить, что лист и корень - вот сущность растений, ибо в них сосредоточены две синтетические лаборатории, взаимодополняющие и обуславливающие работу друг друга. Одним из необходимых условий получения высоких урожаев картофеля является формирование ботвы с развитой листовой поверхностью, где происходит первоначальное создание органического вещества, и последующие его превращения до конечных продуктов, определяющих урожай (Ничипорович, 1966; Грозов, Бабиян, 1979; Кокшаров, 1984). Следовательно, в целях получения высокого урожая необходимо создавать условия для быстрого формирования вегетирующей части растений, и затем прекращения увеличения площади листьев и поддержания ее на оптимальном уровне в течение длительного времени, чтобы могло происходить интенсивное клубнеобразование (Артюшин, Дерюгин, Кулюкин, Ягодин, 1991; Гутин, 1965; Романчук, 1958;). При достижении таких оптимальных условий создаются предпосылки не только для формирования высокого урожая клубней картофеля, но и для повышения устойчивости клубней к механическим повреждениям в процессе механизированной уборки урожая. (Flogel, 1977; Романов, 1972).
Однако высокая фотосинтетическая активность листьев ещё не является достаточным условием для получения высокого урожая. Важнейшим фактором продукционного процесса следует назвать ассимиляционный (фотосинтетический) потенциал посева, определяемый произведением площади листьев на продолжительность вегетации ("листо-днями" м.кв./суток). По расчетам А.А. Ничипоровича, для получения урожая клубней 500-700 центнеров с гектара (общий биологический урожай сухой биомассы 10-15 т. с га) при величине чистой продуктивности С02 - 5-6 г/м.кв. в сутки требуется, чтобы фотосинтетический потенциал посева был 2-2,5 млн.м. кв./сутки. Такой потенциал может быть достигнут при максимальной площади листьев около 30-40 тыс м.кв./га и соответствующем графике нарастания листовой поверхности. Разумеется, что фотосинтетический потенциал должен быть обеспечен необходимым количеством углекислоты (около 20-30 тонн на га ), воды и элементов минерального питания (Шевцова, Болотова, 1984). Как и любая физиологическая функция, площадь листьев зависит от многих внешних факторов. Поэтому необходимо определить оптимальные и лимитирующие значения основных факторов формирования фотосинтетического аппарата, при этом надо различать два уровня влияния среды: 1) прямое действие того или иного фактора на активность уже сформированного фотосинтетического аппарата. В этом случае кратковременное влияние фактора может не вызвать глубоких адаптированных изменений фотосинтезирующей системы;
2) при длительном воздействии внешние факторы влияют на процессы морфогенеза и вызывают устойчивые фенотипические изменения в организации фотосинтетического аппарата, включая изменения структуры пластидного аппарата, пигментного комплекса, ферментной системы. (Альсмик, Амбросов, Вечер, 1977).
Учитывая данные факторы, динамика формирования площади листьев в посевах сходна по общему типу с динамикой формирования её у отдельных растений: в первой половине вегетационного периода идет быстрый рост суммарной площади листьев, затем она достигает максимальной величины, и по прошествии некоторого времени начинается уменьшение площади листьев в связи с их отмиранием. Между тем, наивысшие и наилучшие по качеству урожаи можно получить только в посевах, обладающих оптимальной по размерам площадью листьев и оптимальным ходом её формирования (Иванов, 1941; Ничипорович, 1956; Коняев, 1978; Лаптев, Жарова, Жемойтц, 1977).
Вместе с тем необходимо отметить, что хозяйственно максимальному и биологическому урожаю, для сортов интенсивного типа, соответствует листовая поверхность в 45-50 тыс. м. кв./га. Нужно иметь в виду, что сильное затенение листьев нижних ярусов происходит в то время, когда фотосинтетическая способность уже сильно понижена и основная роль в продукционном процессе принадлежит листьям верхних и средних хорошо освещаемых ярусов (Ничипорович, 1964; Waston, 1956; Быков, 1980).
Таким образом, при выращивании картофеля по интенсивной технологии нужно стремиться к тому, чтобы в кратчайшие сроки сформировать с помощью рационального применения удобрении листовую поверхность растений (Шатилова, 1979; Гусев, Сабиров, Сабирова, Ручкин, 1999; Сапарклычева, 1998). В этом случае создаются хорошие условия для длительного оттока пластических веществ из надземных органов в клубни, что способствует формированию высокого и качественного урожая. В соответствии с этим, формирование биомассы всего растения в начале вегетации протекает относительно медленно, в течение 20-25 дней после появления всходов. Затем, примерно с фазы образования бутонов, начинается интенсивный прирост биомассы, который продолжается до конца цветения и у раннеспелых сортов происходит в период между 24-м и 60-м, у среднеспелых - между 24-м и 76-м и позднеспелых - между 25-м и 85-м днем после появления всходов. Далее развитие биомассы ослабевает. Максимальная листовая поверхность у ранне- и среднеспелых сортов картофеля развивается к первой половине июля, у позднеспелых - до первой половины августа, причем на активность этого процесса существенно влияют метеорологические условия, агротехника и генотип растения (Климашевский, 1984; Гутин, 1965; Минеев, Ниловская, 1981; Панников, Минеев, 1987; Полевой, 1978; Сапарклычева, Кандаков, 2001).
В последнее время повысился интерес к измерению содержания хлорофилла в онтогенезе культурных растений в связи с поиском критериев, позволяющих осуществлять отбор высокоурожайных растений в процессе селекции. При этом, необходимо предъявлять высокие требования к оценке содержания пигмента. Содержание пигмента в единице площади листа повышается по мере нарастания вегетативной массы растения и достигает максимальных значении в основном в фазе цветения (Куренкова, 1984).
Методика проведения исследований
Методическим подходом в решении поставленных задач явилась комплексная оценка структуры и функциональной активности фотосинтетического аппарата и продуктивности сортов картофеля как при применении следующих доз минеральных удобрений: N60P6oK9o, N120P120K180 и N180P180K270 5 так и без их применения (данный вариант был взят в качестве контроля). і Опыт закладывался в четырехкратной повторности, размещение делянок систематизированное, учетная площадь делянки - 42 м . В качестве опытных объектов были взяты 2 раннеспелых сорта: Белоярский ранний, Удача.
Посадку картофеля проводили 27-28 мая. Агротехника выращивания картофеля общепринятая, предварительно в соответствующих вариантах вносили минеральные удобрения в запланированных дозах. Предшественником картофеля был ячмень. Посадка и уборка картофеля проводились вручную. Норма посадки-3,1 т/га, схема посадки - 70 30 см, средняя масса посадочного клубня 60,0-70,0 граммов. Глубина посадки клубней - 8-10 см, густота посадки - 47,5 тыс/га. В течение вегетации, начиная с 30-35 - дневного возраста с интервалом в 10 дней, проводились наблюдения за динамикой накопления массы надземных и подземных органов, для чего выкапывали по 5 кустов. В 2000 и 2001 году измеряли сухую и сырую массу всего растения. С! интервалом в 10 дней проводили анализ площади листовой поверхности весовым методом, чистой продуктивности фотосинтеза по методике А.А. Ничипоровича и определение хлорофилла спектрофотометрическим методом (Флягин, 1992).
Конечный учет урожая проводили в сентябре, в возрасте растений 80-87 дней. Урожай клубней определяли методом сплошного учета. При уборке урожая определяли его структуру (у 40 растений): число клубней на один куст и среднюю массу одного клубня, а также число товарных клубней на один куст и массу товарного клубня. Содержание крахмала в клубнях картофеля определяли по удельному весу.
Удача - сорт селекции ВНИИ картофельного хозяйства. Растение раскидистое, средней высоты, окраска цветков белая. Урожайность в госиспытании 190-300 ц/га ( максимальная 451 ц/га), товарность 88....97 %, лежкость 84... .96 %.
Клубни овальные белые, с гладкой кожурой и мелкими глазками. Мякоть белая. Содержание крахмала 11-17 %. Вкусовые качества хорошие. Масса товарного клубня 80-120 грамм. Устойчив к раку. Восприимчив к фитофторозу, выше среднего поражается макроспориозом и паршой обыкновенной; вирусными болезнями на уровне стандартов; клубневыми гнилями при хранении - в средней степени, но слабее стандартов. Относительно устойчив к переувлажнению.
Довольно пластичный сорт, который после 1994 года районирован во многих регионах, однако в нашей зоне пока не проявляет достаточной стабильности. Клубни устойчивы к механическим повреждениям, сорт может возделываться механизированно. Сорт московской селекции, и его семеноводство в Уральском регионе не налажено.
Белоярский ранний - сорт селекции Свердловского СХИ, столового назначения, районирован с 1990 года. Клубни длинно-овальные, с тупой вершиной, кожура красная, глазки мелкие. Окраска мякоти клубня белая. Товарная урожайность на сортоучастках Свердловской области за 1988-1990 годы составила 26,9 т/га, урожайность в госиспытании до 35,6 т/га ( максимальная 45 т/га). Масса товарного клубня ПО граммов. Содержание крахмала - 14,7 %. Вкус клубней - 4,5 балла. Лежкость клубней - 88,2 %. Максимальное поражение ботвы в годы эпифотии - 40 %.
Устойчив к раку, ризоктониозу, среднеустойчив к вирусам, сильно восприимчив к Продуктивность растений во многом определяется ходом нарастания биомассы вегетативных органов (стебель, лист) и расходованием её на формирование урожая. Темп образования и роста вегетативных органов, длительность их жизнедеятельности и интенсивность работы зависят как от природы и свойств самого растения, так и от условий минерального питания (Кандаков, 1996).
По данным ряда ученых, растения легче всего и сильнее всего отзываются на различные агротехнические мероприятия изменением площади листьев и высоты растения, что и является основным путем воздействия на ход накопления сухой массы и конечные размеры урожая (Ничипорович, 1952, 1956, 1961; Бекишев, 1953; Вассини, 1961).
Наблюдения за динамикой нарастания биомассы картофеля сорта Удача показывают, что в течение вегетационного периода 2000 года формирование надземной части растений заканчивалось к фазе бутонизации, а клубней - к фазе цветения. Как видно из таблицы 10, в фазу всходов формировалось 23 % общей биомассы и 0,6 % клубней, в фазу бутонизации формировалось 64 % общей биомассы и 40 % клубней. После фазы цветения заметных изменений биомассы растений картофеля не наблюдалось, что свидетельствует о заметном снижений роста растения и преобладании других метаболических процессов, связанных с передвижением питательных веществ из ботвы в клубни, накоплением крахмала, образованием плотной кожуры. В свою очередь вегетационный период 2001 года отличался более1 растянутыми сроками формирования растений картофеля сорта Удача:
Развитие фотосинтетического аппарата растений картофеля в зависимости от уровней минерального питания
Как уже говорилось выше картофель является культурой очень отзывчивой на внесение минеральных удобрений. Особенную потребность испытывает картофель в таких элементах питания как азот, фосфор и калий. Можно считать, что в среднем каждые 100 центнеров клубней выносят из почвы около 50 кг азота, 20 кг фосфора и 90 кг калия (Ганзин, Писарев, 1969). Поэтому необходимо постоянно поддерживать режим питания растений на оптимальном уровне. Для осуществления этого нужно знать, какое количество основных элементов (N, Р, К) и микроэлементов (В,!и других) надо иметь в усвояемой форме для получения заданных величин прироста клубней при разных условиях погоды. Это очень сложная проблема, на сегодня ещё не решенная.
А.Г. Лорх (1948) указывает, что для обеспечения оптимального режима питания нужно следить за ходом поступления минеральных питательных веществ в растение. Общая потребность растении в питательных веществах определяется не только приростом клубней, но и мощностью ботвы. При большой мощности ботвы один и тот же урожай клубней может из почвы в 2-3 раза больше минеральных веществ. Поэтому оптимальная мощность ботвы для разных почв и погодных условий должна быть заранее определена (Цубербиллер, 1969).
Таким образом, при выведении и испытании новых сортов картофеля в различных почвенно-климатических зонах нашей страны, кроме определения урожайности и устойчивости к вредителям и болезням, следовало бы так же изучать отзывчивость этих сортов на разные виды удобрении. Это позволило бы правильно строить агротехнику высоких урожаев различных по скороспелости сортов (Жукова, Писарев, Кузнецов, 1964). Результаты наших исследований показывают, что урожайность картофеля повышается при всех дозах минеральных удобрений, что подтверждает их высокую роль в формировании урожая и влияние на морфофизиологические показатели развития картофеля.
Полученные данные за три года проведения исследований показали, что при выращивании различных сортов картофеля в вариантах с применением минеральных удобрений урожайность клубней картофеля повышалась в 1,3-2,5 до 2,5 раз, по сравнению с вариантом без применения удобрений (контроль). При этом, наиболее эффективными оказались варианты N60P6oK9o и N]2oPi2oKi8o, урожайности на которых достоверно отличались между собой и существенно превышали контроль (НСР05=57,17). Урожайность на варианте N180Pi8oK270 достоверно превышала только контроль, но практически не отличалась от урожайности на фоне N120P120K18C а по сорту Удача имела даже тенденцию к снижению (таблица 13).
Эффективность применения удобрений на картофеле во многом зависит от климатических условий. В годы с благоприятными метеорологическими условиями нередки случаи удвоения урожая картофеля в связи с применением минеральных удобрений. В засушливые годы эффективность удобрений значительно снижается, особенно на легких песчаных и супесчаных почвах, где действие удобрений в большей мере зависит от условий увлажнения, чем на тяжелых и средних суглинках. Например, в условиях относительно влажного вегетационного периода повышенные дозы азота, фосфора и калия на гектар обеспечили более высокие урожаи клубней.
По нашим данным, влияние минеральных удобрений на урожайность сорта Удача сильнее всего проявилось в 2002 (при максимальной дозе удобрения она превышала контроль более чем в 2,5 раза). В 2000-2001 годах наибольшая урожайность картофеля сорта Удача была получена на фоне Ni2oPi2oKi80 при этом необходимо отметить, что при дальнейшем росте дозы минерального удобрения происходило достоверное снижение урожайности при НСРо5=20,59-24,25. Наибольшую эффективность в 2000 году проявила доза N120P120K180, (урожайность картофеля возросла на 50 % по сравнению с контролем); в 2001 году - доза N60P6oK9o, (при меньших затратах она обеспечивала такую же урожайность, как и на варианте N12oPi2oKi8o) 74
При формировании урожая клубней сорта Белоярский ранний в 2001 году наиболее эффективной оказалась доза N6oP6oK.90, давшая наибольшую прибавку урожая по сравнению с контролем (117 ц/га), наихудшим вариантом оказался фон Ni8oPi8oK27o, где прибавка урожайности не превысила 30 ц/га. В 2002 году картина была диаметрально противоположной: урожайность на варианте с максимальной дозой минеральных удобрений превышала контроль более, чем в 3 раза, а с минимальной дозой - всего на 20 %. 2000 год характеризовался рядом особенностей: несмотря на то, что урожайность картофеля описываемого сорта в этот год возрастала по мере увеличения доз минеральных удобрений, лучшим следует признать вариант с фоном NnoPmKiso, поскольку при несущественной разнице между урожайностью на этом варианте и варианте с фоном Ni8OPi8oK270 (НСРо5 24,25) затраты на внесение удобрений на последнем варианте значительно возрастают.
Структурные компоненты урожая картофеля По мнению Айвенсена (1963), для получения высоких и стабильных урожаев необходимы такие мероприятия, которые обеспечивают высокую фотосинтетическую активность и благоприятно воздействуют на все основные компоненты продуктивности растения. Компоненты продуктивности формируются постепенно в течение онтогенеза растений (Hagman, 1973). Из клубня, в зависимости от его физиологического состояния и регуляции апикального доминирования (Strieker, 1965), вырастает определенное число главных и боковых стеблей. На подземных частях стеблей развиваются столоны, а на их концах - клубни. В процессе вегетации происходит определенная редукция числа клубней, лишь конечный показатель и масса определяют величину урожая. Индивидуальная структура урожая на единице площади определяется числом клубней на растении (которое зависит от числа стеблей в кусте и числа клубней на одном стебле), средней массой одного клубня и числом растений на площади.
При оценивании структуры урожайности картофеля нами выявлено, что средняя масса клубней картофеля по сравнению с контролем достоверно увеличивалась при внесении всех доз минеральных удобрений (таблица 14), при этом на растения картофеля сорта Удача в 2000 и 2002 году наибольшее влияние оказала доза МшРшКш, обеспечившая увеличение средней массы клубня по сравнению с контролем на 5-30 граммов, в 2001 году оптимальной для нарастания массы клубней оказалась доза N60P60K90. Наибольшая масса клубней сорта Белоярский ранний в 2000 и 2001 году отмечалась на варианте N6oP6oKc o и составила соответственно 61,9 и 103,9 граммов, а в 2002 году - на варианте N120P120K180 (116,2 граммов).
Биоэнергетическая оценка применения минеральных удобрений в опыте
Эффективное производство сельскохозяйственных культур, в том числе и картофеля, связано, прежде всего, с ростом энергозатрат на производство и внесение удобрений.
Наиболее полно и объективно оценить целесообразность применения той или иной дозы минеральных удобрений возможно с помощью биоэнергетической оценки эффективности разрабатываемой технологий, в основу которой положен, с одной стороны, расчет затрат совокупной энергии в (МДж/га), связанных с применением сельскохозяйственных машин и оборудования, затратами на ГСМ, семена, электроэнергию, удобрения и другие средства химизации, с использованием трудовых ресурсов и прочее; с другой стороны учитывается аккумулированная урожаем солнечная энергия.
В наших исследованиях биоэнергетическая оценка данных показала высокую эффективность выращивания картофеля. На всех вариантах (энергетический коэффициент составлял 2,84-3,84). При этом, в отличие от экономической оценки, на вариантах с применением минеральных удобрений энергетическая эффективность снижается (таблица 20).
Такая закономерность связана со значительным ростом удельных энергетических затрат на внесение минеральных удобрений. Так если в варианте N60P6oK9o доля энергетических затрат на применение удобрений составляла примерно 1/3 от общих затрат совокупной энергии, то в варианте N120P120K180 она составляла порядка 43-48 %, а в варианте N180P180K270 - более половины общих затрат.
Важнейшим показателем, характеризующим эфективность работы фотосинтетического аппарата растений, является коэффициент использования фотосинтетически активной радиации (ФАР). ФАР - солнечная радиация, доступная к использованию для фотосинтеза. За вегетационный период растений количество ФАР колеблется в пределах 1,5-3,2 млрд.ккал/га или 6280-13400 ГДж/га (Дюрягин, Пензай, 2000). Расчет ФАР на территории Среднего Урала ведется с учетом географической широты местности (X) по формуле: Q = 52,35+0,7415 Х-0,0156 Х2, ккал/см2 Для расчета необходимо угловые величины, выраженные в градусах перевести в метрические единицы. Для этого минуты умножают на 1,667 и полученную величину ставят за значением градусов. Вегетационный период определяется количеством дней от всходов до уборки урожая. В соответствии с его продолжительностью подсчитывается приход ФАР. Для перевода прихода ФАР с площади 1см на площадь 1 га необходимо полученную величину увеличить в 10 раз, а для перевода калорий в джоули -увеличить в 4,19 раз (Селевцев, 1993). Учхоз УРАЛЕЦ находится на широте 56507, средний вегетационный период картофеля составляет 96 дней, следовательно, приход ФАР составил 1523 Гкал или 6376 ГДж. Коэффициент использования ФАР сельскохозяйственными культурами в лесостепи Зауралья в производственных посевах не превышает 0,5-0,7%, на госсортоучастках 1,0-1,2%, в агрофитоценозах учхоза Курганской ГСХА достигал 2,0-2,2% (Дюрягин, Пензай, 2000).
Согласно шкале Селевцева (1993) степень усвоения солнечной энергии посевами при слабой окультуренности почвы и низкой агротехнике составляет 0,5-1,5%, при хорошей окультуренности почвы и соответствующей агротехнике 1,6-3,5%. Степень усвоения порядка 4-5% считается рекордной. В наших исследованиях наименьшая степень использования ФАР отмечалась у растений сорта Удача: на контроле - низкая (1,2), а на остальных вариантах - высокая (1,8-2,0). У растений картофеля сорта Белоярский ранний коэффициент использования ФАР был высоким на всех вариантах (1,7-2,6) (таблица 20). Оценивая степень усвоения ФАР посевом по вариантам видно, что применение удобрений увеличивает коэффициент использования ФАР, при этом наибольшей величиной этого показателя обладали растения сорта Удача на варианте Ni2oPi2oKi8o-2,0, а растения сорта Белоярский ранний на варианте Ni8oPl8oK270-2,6. Оценка энергетической окупаемости применения удобрений в опыте показывает, что наибольший энергетический КПД отмечался от внесения минеральных удобрений в дозе N60P6oK9o под картофель сорта Удача-3,41. При увеличении дозы минеральных удобрений эффективность их применения падала: на варианте N120P120K180 - на 13%, а на варианте N]8oPi8oK-27o на 68% (таблица 21).
