Природно-экологические условия, объекты и методика проведения исследований

В диссертационной работе обобщены результаты многолетних полевых и лабораторных опытов по культуре картофеля за период с 1981 по 2005 гг. и является составной частью научно-исследовательских работ, тематического плана и программы Министерства сельского хозяйства РФ по проблеме 0.51.17 заданию 04.

Исследования по основным вопросам рассматриваемой проблемы проводили в полевом стационаре ФГОУ ВПО "Башкирский ГАУ" Бирском, Стерлитамакском, Уфимском опытных хозяйствах, колхозах "Урал" Татышлинского, СПК им. Салавата Мелеузовского, КФХ "Агли" Чишминского районов Республики Башкортостан.

Оценка агроклиматических ресурсов на основе принципа максимальной продуктивности. По существующему природному районированию территория Республики Башкортостан подразделяется на три природные зоны: лесостепную, степную и горно-лесную с шестью агроклиматическими зонами: I Северная лесостепь; II Северо-восточная лесостепь; III Южная лесостепь; IV Предуральская степь; V Зауральская степь; VI Горно-лесная зона. Каждая из этих зон характеризуется наличием большого разнообразия природных условий. В связи с этим в почвенном покрове республики встречается очень большое количество почвенных разностей, характерных как для высокогорных и лесных, так и для лесостепных и степных районов России.

Региональные и зональные особенности почв в комплексе с климатическими факторами (агроресурсный потенциал) обуславливают их пригодность для возделывания картофеля и возможность получения высоких урожаев в разных зонах при условии регулировании факторов роста растений и максимальном использовании фотосинтетически активной солнечной радиации.

Агроклиматические условия Северной и северо-восточной лесостепи. Запасы почвенной влаги в значительной степени определяют урожайность картофеля. Чем лучше почва обеспечена влагой, тем больше эффект от внесенных удобрений. Растения за период своей вегетации испаряют огромное количество воды. Почвенная влага является основным видом биологической субстанции на планете, наиболее активно участвующей в процессах создания органического вещества. Почва - резервуар биологически активной влаги (Долгов, 1962).

Однако абсолютная влажность почвы и ее динамика не отражают степени обеспеченности растений картофеля почвенной влагой. Важно, чтобы в почве содержалась в достаточном количестве доступная растениям влага. Но в летний период содержание доступной растениям влаги нередко даже в лесостепных почвах резко уменьшается, чем создается ее дефицит. В весенний же период особенно большие запасы продуктивной влаги накапливаются в серых лесных почвах, которые обеспечивают растения картофеля только лишь в фазы появление всходов и бутонизации. В отдельные годы уже в июне запасы продуктивной влаги в пахотном и подпахотном слоях уменьшаются в 3-4 раза.

Наши данные показывают, что осадки последней декады мая и первой половины июня часто имеют определяющее значение в получении высоких урожаев картофеля. Почвенная влага в северной лесостепной зоне нередко является лимитирующим фактором урожайности растений. Однако это явление имеет место не столько из-за недостаточного количества осадков, сколько из-за неудовлетворительных агрофизических свойств почв. Следовательно, в этой зоне роль агроприемов в накоплении почвенной влаги и, особенно, в ее рациональном использовании очень велика.

В результате лучшей оструктуренности и более рыхлого сложения пахотного слоя почвы при глубокой вспашке улучшаются условия для влагонакопления. За счет глубокой вспашки в метровом слое почвы дополнительно было накоплено от 12 до 40 мм влаги. На фоне глубокой вспашки растения лучше обеспечены влагой и формируют более высокий урожай. Однако, отмечая в целом положительную роль глубокой основной обработки почвы под картофель, многие исследователи пришли к выводу о большей эффективности сочетания вспашки с обработкой без оборота пласта, чередования глубокой обработки с поверхностной обработкой в севообороте.

При изучении эффективности различных способов основной обработки серых лесных почв в зернопропашном севообороте в колхозе "Урал" Татышлинского района РБ установлено, что общие запасы влаги увеличиваются.

В результате исследований установлено, что под картофель в Северной и Северо-восточной лесостепных зонах эффективной является комбинированная система основной обработки почвы, которая сочетает глубокую (26-28 см) безотвальную или плоскорезную обработку чистых паров (24-26 см) под пропашные и паро-занимающие культуры, поверхностную обработку (6-10 см) занятого пара под озимую рожь и отвальную вспашку (20-22 см) под яровые зерновые культуры. Такая система позволяет использовать положительные и уменьшить отрицательные стороны систематического отвального или безотвального способов основной обработки почвы.

Агроклиматические условия Южной лесостепи и Предуральской степной зоны. Черноземные почвы, особенно типичные, обыкновенные и южные, преимущественно распространены в районах недостаточного увлажнения, где величина урожая сельскохозяйственных культур лимитируется, прежде всего, почвенной влагой. В степных зонах грунтовые воды залегают достаточно глубоко и в обеспечении растений влагой участия не принимают. Основным источником почвенной влаги в степных районах являются атмосферные осадки, среднегодовое количество которых по многолетним данным колеблется от 400 до 300 мм. Основная часть их выпадает в осенне-зимний период в виде снега. Поэтому нередко в черноземных почвах складывается неблагоприятный водный режим для сельскохозяйственных культур. Влажность черноземов в вегетационный период тесно связаны с погодными условиями морфофизиологическими особенностями растений и агротехнологиями их возделывания. В степных районах накопление и рациональное использование почвенной влаги составляет основу агротехники степного неорошаемого земледелия.

Глубокая вспашка под картофель значительно усиливает накопление в почве воды в период выпадения осенних и весенних осадков. Уже к середине ноября на глубоко обработанном участке запасы продуктивной влаги превышают запасы воды на 20 мм и более в соответствующих слоях почвы, обработанных на глубину 20-22 см, причем это превышение сохраняется в течение всего вегетационного периода. Следует отметить, что при глубокой обработке типичных карбонатных черноземов увеличивается накопление воды и в слое 50-100 см.

Получение высоких урожаев картофеля в значительной степени связано с количеством летних атмосферных осадков. Так, при наличии летних осадков в количестве 140-155 мм и весной при посеве запас продуктивной влаги в метровом слое почвы в количестве не менее 150-155 мм можно получить хороший урожай клубней картофеля

Установлено, что важным фактором накопления и сохранения почвенной влаги является характер сложения пахотного слоя почвы. В степных засушливых районах создание пахотного слоя почв с оптимальным сложением путем правильной обработки позволяет значительно увеличить запасы почвенной влаги и получить достаточно высокие урожаи клубней.

Исходя из особенностей почвенно-климатических условий Южной лесостепи основной задачей обработки почвы является создание достаточно мощного окультуренного пахотного слоя, способного обеспечить благоприятный водный, воздушный и температурный режим для нормального продукционного процесса картофеля.

Климат Республики Башкортостан континентальный и характеризуется относительно жарким летом, холодной зимой, резкими суточными и годовыми колебаниями температуры, преимущественно малым, а на юге недостаточным количеством атмосферных осадков, поздними весенними и ранними осенними заморозками. Климатические условия лесостепной зоны зависят от территориального расположения местности и формы рельефа. Вытянутые с севера на юг Уральские хребты создают различие в климатических условиях Предуралья и Зауралья.

Для термического режима лесостепной зоны характерны резкие колебания температуры даже за короткий период времени. Среднегодовая температура воздуха колеблется от 1,7 (северо-восточная подзона) до 2,8°С (южная лесостепная подзона). Соответственно различаются и ресурсы тепла вегетационного периода. Наиболее обеспеченной теплом вегетационного периода является лесостепная подзона с суммой положительных температур 2424°С и суммой среднесуточных температур выше 5°С 1640°С.

Закономерности выпадения атмосферных осадков, установленные по многолетним данным, в основном характерны и для отдельных лет, но в некоторые годы наблюдаются и резкие изменения количества осадков.

Основные агроклиматические показатели свидетельствуют о том, что в годы проведения исследований наблюдалось значительное колебание условий увлажнения и температурного режима. По количеству выпавших осадков и наличию влаги в почве их можно разделить на благоприятные по увлажнению (ГТК > 1: 1983, 1985, 1986, 1992, 1996, 1997, 2001, 2003, 2004, 2005 гг.), засушливые (ГТК 0,5-0,7: 1981, 1987, 1998, 2000 гг.). Большое по агроклиматическим условиям разнообразие лет позволило всесторонне оценить экспериментальный материал, выявить адаптивные сорта картофеля и рекомендовать их для возделывания в производстве.

Величины агрофизических параметров почв определяется, главным образом, соотношением структурных фракций и плотностью сложения (объемной массой) почвы. Основными условиями, обеспечивающими благоприятный рост растений картофеля, являются наличие комковато-зернистой структуры и плотность пахотного слоя почв около 1,01-1,25 г/см³. При этом в почве создаются оптимальные величины порозности (объем воздушных пор 50-60%), влажности (около 30%) и температуры почвы в вегетационный период (около 20°С).

Агрофизические свойства почв весьма динамичны и зависят от уровня культуры земледелия, а в настоящее время наметилась устойчивая тенденция их ухудшения: переуплотнение сложения и утрата комковато-зернистой структуры, снижение полевой влагоемкости и водопроницаемости, усиление поверхностного стока воды. Ухудшение физических свойств почв распространяется до глубины 70-80 см. Переуплотнение почв особенно пагубно влияет на рост, развитие и урожайность картофеля. Увеличение плотности почвы всего лишь на 0,01 г/см³ выше оптимума снижает урожайность картофеля в среднем на 2,5 т/га. Подверженность почв уплотнению связана, прежде всего, с ее структурным состоянием.

Причин ухудшения агрофизических свойств почв много. Это длительно практикуемая монополия отвальной вспашки, несоблюдение оптимальных сроков обработки, когда физическая спелость почв не наступила, влияние тяжелых сельскохозяйственных машин, особенно на колесном ходу, большое количество технологических операций, недостаточное внесение органики в почву, отсутствие или малая доля в севооборотах разуплотняющих культур (многолетних трав, бобовых растений), потеря гумуса в результате эрозии и усиления минерализации и т.д. Для оптимизации агрофизических свойств почв должны быть устранены отрицательные технологические воздействия на почву и эрозия.

Почвы Республики Башкортостан характеризуются высоким содержанием валового азота. В дерново-подзолистых почвах его содержание варьирует в пределах 0,15-0, 19, серых лесных - 0, 20-0,33, черноземах - 0,39-0,65, горно-лесных почвах - 0,44-0,52%.

В почвах Южной и Северо-восточной лесостепной, Предуральской степной зон запасы валового азота в слое 0-100 см составляют 15-38 т/га. Несколько меньше запасы азота в почвах Северной лесостепной и Зауральской степной зон соответственно 12-32 и 21-28 т/га. Общие запасы азота, также как и гумуса, свидетельствуют о высоком потенциальном плодородии почв. С агрономической точки зрения основной интерес представляет активная фаза органического азота. Она находится в обороте и является основным резервом минерального азота как источника питания для растений.

Запасы и формы фосфора зависят от почвообразующей породы, степени ее выветривания и содержания в почве органического вещества. Общие запасы валового фосфора в пахотном слое увеличиваются от дерново-подзолистых и светло-серых лесных почв к серым, темно-серым лесным почвам и черноземам от 3,0 до 6,4 т/га, в слое 0-50 см - от 6,5 до 13,9 т/га.

Содержание калия в почвах по сравнению с азотом и фосфором высокое. Оно определяется, главным образом, составом почвообразующих пород. Так, минимум приходится на почвы с легким гранулометрическим составом, максимум - на карбонатные и засоленные почвы, от 75 до 95% валового калия приходится на минеральную часть почвы. Как правило, содержание гумуса не влияет на наличие в почве калия. Как типичные и выщелоченные черноземы, так и серые лесные почвы Предуралья, имеющие тяжелый гранулометрический состав, содержат примерно одинаковое количество валового калия в пределах 1,3-1,8%. В целом по республике 74,5% пахотных почв характеризуется повышенным содержанием обменного калия, 21,4% средне обеспеченным и только 4,1% содержат недостаточное количество калия.

Таким образом, для почв Республики Башкортостан с целью поддержания оптимальных режимов обеспечения их элементами минерального питания растений картофеля характерна повышенная потребность в удобрениях особенно в фосфорных. Фосфор является первым фактором, лимитирующим плодородие почв во всех природных зонах республики. Кроме того, в Северной лесостепи лимитирующими факторами выступают кислая реакция среды и недостаточное содержание минерального азота.

Возрастает также необходимость внесения под растения картофеля калийных удобрений. Все это в комплексе позволит создать оптимальное соотношение между элементами минерального питания.

Наиболее благоприятной для большинства сельскохозяйственных растений, в том числе и для картофеля является реакция почвенного раствора, близкая к нейтральной рН 6,0 в солевой вытяжке или от 7,0 до 6,0 в водной вытяжке. На кислых почвах из-за низкой нитрификационной способности и связывания фосфатов в недоступные растениям формы условия для развития картофеля ухудшается (наблюдается недостаток, в первую очередь, азота и фосфора).

Решение поставленных задач осуществлялось постановкой и проведением многовариантных полевых и лабораторных опытов. В качестве объекта исследований были привлечены сорта картофеля разных групп спелости: Пушкинец, Невский, Лорх, Гатчинский, Зов, Луговой, Приекульский ранний.

Опыт №1 (1981-1985 гг.). Полевые опыты по изучению влияния предпосадочной обработки почвы под картофеля.

Опыт №2 (1987-1993 гг.). Полевые опыты по изучению влияние глубины и способов основной обработки почвы в сочетании с расчетными нормами удобрений на планируемый урожай картофеля.

Опыт №3 (1995-2000 гг.). Полевые опыты по изучению водоудерживающей способности листьев и водного режима почвы при различных способах основной обработки почвы.

Опыт №4 (2002-2005 гг.). Лабораторные и полевые опыты по изучению морфофизиологических особенностей растений картофеля.

Опыты проводились в специализированных севооборотах для возделывания картофеля с короткой ротацией полевых культур. Агротехника в опытах была общепринятая для зоны, за исключением изучаемых приемов. Общая площадь делянок 320 м², учетная 252 м². Учет урожая сплошной поделяночный.

Опыты сопровождались следующими наблюдениями, анализами и исследованиями. Гумус определяли по Тюрину, рН солевой вытяжки на рН-метре, Н-500 "Аквилон", подвижную форму азота по Тюрину, подвижный калий и обменный калий по Чирикову. Фенологические и биометрические наблюдения в основные фазы роста картофеля проводились по методике ВНИИКХ (1967). Динамику нарастания ботвы, накопления урожая и клубней, ассимиляционную поверхность листьев учитывали по методике ВНИИКХ (1967). Показатели фотосинтетической деятельности растений в посевах определяли по методике А.А. Ничипоровича (1961, 1973), чистая продуктивность фотосинтеза - по формуле, предложенной L. Bridds, F. Kidd, C. West, (1920). Структуру урожая определяли непосредственно перед уборкой, с каждой делянки выкапывали по 10 кустов. Учитывали количество и массу клубней по следующим фракциям: мелкие - менее 40 г, средние - 40-80 г, крупные - более 80 г - по методике ВНИИКХ (1967). Содержание крахмала определяли по методике Эверса;. Аминокислотный состав - кислотным и щелочным гидролизом, далее на аминоанализаторе LKB-40101. Витамины колориметрически на КФК-60. Состав микроэлементов в соляно кислой вытяжке определяли методом атомно-адсорбционной спектрометрии.

Математическая обработка экспериментальных данных проводилась методом дисперсионного и корреляционно-дирегрессионного анализа (Б.А. Доспехов, 1985) на ПЭВМ с использованием Excel 2000, Statistica 6,0, StatGraphics Plus 5.1 Экономическую эффективность возделывания картофеля рассчитывали путем использования натуральных стоимостных экономических показателей, нормативов и расценок, принятых для производственных условий Республики Башкортостан. Энергетическую эффективность изучаемых агроприемов определяли согласно Методическим рекомендациям ВАСХНИИЛ (1989) и методике биоэнергетической оценки картофелеводства (ВНИИКХ, 2000).

Влияние способов основной предпосадочной обработки почвы на рост и развитие растений картофеля

Влияние способов предпосадочной обработки почвы на температур-ный режим почвы. Сроки предпосадочной обработки оказывают большое влияние на температурный режим. Установлено, что при гребневой посадке наблюдается повышение температуры как в слое 0-10 см, так и 10-25 см в фазу появления всходов, бутонизации и цветения картофеля. Положительное влияние гребней на температурный режим лучше проявляется на серых лесных почвах Северной лесостепи Республики Башкортостан. Гребневая посадка оказывает благоприятное влияние на тепловой режим почв, что, на наш взгляд, является одним из основных факторов получения дружных всходов картофеля.

Влияние способов предпосадочной обработки на водный режим почвы и водоудерживающую способность листьев картофеля. В степных и даже лесостепных районах Республики Башкортостан основной причиной недополучения планируемых урожаев сельскохозяйственных культур, в том числе и картофеля, является недостаток влаги в почве. Поэтому все технологические приемы, связанные с возделыванием картофеля, должны быть направлены на максимальное накопление и рациональное использование влаги в почве.

Из растений вода транспирируется в атмосферу, производя работу по переносу элементов питания, принимая участие в фотосинтезе, дыхании, биохимических превращениях, энергообмене и терморегулировании (Бахтизин, 1977; Loon, 1981). В связи с этим в своих исследованиях мы обратили большое внимание на изучение водного режима почвы в посевах картофеля. Полученные нами данные позволили выявить зависимость урожая клубней картофеля от влажности почвы в слое 0-50 см (r = 0,86), которая выражается формулой (1):

у=0,3764х+91,364, (1)

где: у - урожайность, т/га; х - влажность почвы в мм.

Водоудерживающая способность клеток растений зависит от условий их возделывания, сортовых признаков, различных факторов среды, технологии возделывания и др. В частности, большое влияние оказывают условия минерального питания и действие различных технологий. Под их влиянием и за счет увеличения количества воды более экономно расходуется влага.

Лучшая обводненность листьев указывает на высокую их водоудерживающую способность и засухоустойчивость, что очень важно для континентального климата Республики Башкортостан.

Многолетние опыты показывают, что водоудерживающая способность является динамичным показателем и варьирует в зависимости от фазы роста и стадий развития растений. Полученные данные подтверждают, что наибольшая потеря растениями воды происходит в фазу всходов и в процессе репродукционного процесса, в котором существенная роль принадлежит обработке почвы. Под влиянием обработки почвы водоудерживающая способность увеличивается. На водоудерживающую способность листьев картофеля влияет основная и предпосадочная обработка почвы, повышающая засухоустойчивость и жароустойчивость растений.

Фотосинтетическая деятельность растений, формирование минеареолов и проводящей системы листьев картофеля в зависимости от технологических приемов

Динамика развития листовой поверхности и продуктивность фотосинтеза в зависимости от способов посадки, уровня минерального питания и сортовых особенностей сортов картофеля. Согласно основным положениям теории нетто-ассимиляции, величина урожая определяется размерами ассимилирующей поверхности листьев, величиной чистой продуктивности фотосинтеза, продолжительностью работы листьев в следствие благоприятного течения продукционного процесса растений картофеля.

Рис. 1 Динамика ассимилирующей поверхности листьев в зависимости от способов посадки, уровня минерального питания и сортовых особенностей, тыс. м²/га, учхоз БГАУ

Высокопродуктивный агроценоз картофеля формируется в условиях оптимальных показателей агротехнологии отдельного растения и посадок в целом.

Рис.2 Зависимость урожайности картофеля сорта Лорх от площади листовой поверхности

Для повышения урожайности клубней до 50,0-70,0 т с 1 га (биологический урожай сухой биомассы 10-15 т с 1 га) необходимо привести посевы к оптимальному индексу листовой поверхности - 40-45 тыс. м²/га. Сорт Невский более приспособлен к гребневой посадке, по сорту Пушкинец наилучшие показатели получены при гладком способе посадки. Зависимость (r=0.93) урожая клубней картофеля от площади листьев описывается формулой (2):

Y = 0,468x + 3,2505, (2)

где: у - урожайность клубней, т/га; х - площадь листовой поверхности, тыс. м²/га.

Количество миниареол в листьях картофеля в зависимости от способов посадки и уровня минерального питания. Миниареолы - субъединицы листовой поверхности, изолированные структуры (группы клеток), ограниченные со всех сторон жилками. Данные структуры способны накапливать органические вещества в клетках самих миниареол и достаточно эффективно транспортировать вещества в аттрагирующие органы, в том числе и в формирующиеся клубни. Нами установлено, что величина ассимиляционной поверхности листьев зависит от технологий возделывания, внесения минеральных удобрений и погодных условий. Фотографии поверхностей высечек листьев картофеля сорта Пушкинец позволили определить число меристемных эпидермальных клеток в миниареолах. Этот анализ был проведен на двух сортах картофеля, выращенных в полевых условиях (рис.4). Аналогичные результаты получены по сорту Невский.

Рис. 3 Миниареолы листовой поверхности картофеля

Несмотря на незначительные отличия в площади верхней доли листа у сортов Пушкинец (621,62 мм²) и Невский (867,05 мм²), число миниареол в высечке, имеющих площадь 1,54 мм², представляют собой также величину довольно близкую (по сортам): от 16,8 до19,5 шт. у сорта Невский и от 20,3 до 23,6 шт. у сорта Пушкинец. Таким образом, на 1 мм² приходится относительно постоянное число миниареол: от 10,9 до 12,7 шт. у сорта Невский и от 12,4 до 16,6 шт. у сорта Пушкинец. Площадь одной миниареолы отличается незначительно у обоих сортов: от 0,079 до 0,092 мм² - у сорта Невский и от 0,060 до 0,081 мм² у сорта Пушкинец.

Таблица 1 - Количество миниареол верхней доли листа картофеля в зависимости от способов посадки, уровня минерального питания и сортовой специфичности

Примечание. *Расчет минеральных удобрений на 25 т/га и на 30 т/га.

При уточнении числа миниареол и площади одной миниареолы очень важно было определить, за счет какого показателя формируется различная площадь листа. Нами выявлено, что площадь верхней доли листа у сорта Невский увеличивается с увеличением площади миниареол и на фоне минеральных удобрений, число же миниареол на 1 мм² в этом случае уменьшается. У сорта Пушкинец наблюдается обратная зависимость: с увеличением числа миниареол на 1 мм² и уменьшением их площади при внесении расчетных норм минеральных удобрений площадь верхней доли листа увеличивается. Следовательно, мы можем предположить, что площадь листа определяется как величиной миниареол каждого листа и сорта, так и числом миниареол, которые входят в состав целого листа, что, по-видимому связано с размерами листа: так если у сорта Невский средняя площадь листа составляет 621,62 мм², в листе содержится минимальное количество миниареол - 7335,12 шт., тогда как сорт Пушкинец, имевший наибольшую площадь листа 867,05 мм², имеет максимальное число миниареол - 14393,03 шт. Показатель числа миниареол в листе дает основание для утверждения, что урожайность различных сортов картофеля определяется площадью листьев, которые способны поглощать световую энергию и превращать ее в энергию химических связей, в дальнейшем использовать эту энергию для образования различных метаболитов. По данным исследований можно констатировать, что внесение минеральных удобрений при гребневой и гладкой посадке увеличивает площадь миниареол в листьях среднераннего сорта Невский. В отличие от сорта Пушкинец сорт Невский обладает наибольшей площадью миниареол как при гребневой, так и при гладкой посадке, а максимальное количество миниареол в листе имеет сорт Пушкинец. Это объясняется тем, что Пушкинец - раннеспелый сорт, в связи с чем у него интенсивнее происходит процесс деления клеток и образования большего количества миниареол, которые увеличиваются под влиянием минеральных удобрений.

Формирование урожая в зависимости от общей продуктивности и распределения ассимилятов. Хозяйственная урожайность растений зависит от характера постфотосинтетического распределения ассисмилятов по органам растения. Урожай клубней может быть выше у тех растений, у которых большая доля вновь образованных ассимилятов будет поступать в клубни, и, наоборот, при равной процентной доле транспортируемых веществ в клубни, величина хозяйственного урожая будет зависеть от количества синтезированных веществ. В конце вегетации важную роль играет отток пластических веществ, синтезированных за время вегетации в листьях, в клубни. О полноте этого процесса можно судить по степени увядания ботвы.

За несколько дней до начала клубнеобразования резко усиливается передвижение углеводов и в нижних частях стеблей создается большой фонд запасных веществ в форме крахмала. При этом основной запасающей тканью является сердцевидная паренхима стебля. Как только начинается формирование клубней, этот фонд быстро расходуется. С этого момента клубни становятся основным потребляющим органом. У 25-32-дневных растений клубни составляют всего 2-5% общей массы растения. У 70-дневных растений до 80% ассимилятов поступает в клубни.

Поступление азота и зольных элементов в процессе вегетации картофеля происходит неравномерно. Наибольшее количество азота, фосфора и калия потребляется картофелем в период бутонизации и цветения растений, т.е. в период образования репродуктивных органов, что соответствует наивысшим приростам надземной массы картофеля. В период клубнеобразования поступающие в растение питательные элементы расходуются в основном на формирование клубней.

Наибольший прирост сухой биомассы у обоих сортов, как при гребневой, так и при гладкой посадках, наблюдается в фазе цветения. Особенно резкий ее прирост происходит от всходов до фазы бутонизации. Сорт Невский формирует наибольшую биомассу во всех вариантах по сравнению с сортом Пушкинец. Сорт картофеля Невский - среднеранний, у него большая продолжительность вегетационного периода, чем у раннеспелого сорта Пушкинец и за этот период он успевает накопить наибольшее количество сухой биомассы, особенно при гребневой посадке. Увеличение норм минеральных удобрений также ведет к возрастанию прироста сухой биомассы изучаемых сортов картофеля. К концу периода цветения наблюдается снижение прироста сухой биомассы, так как до начала клубнеобразования происходит усиление передвижения ассимилятов из вегетативных частей растения в клубни. Внесение расчетных норм удобрений оказывает значительное влияние на увеличение прироста биомассы. Аналогичная картина наблюдается и у сорта Пушкинец.

Рис.4 Динамика прироста сухой биомассы одного растения по фазам вегетационного периода сорта Невский в зависимости от способов посадки и уровня минерального питания, 2003-2005 гг., Учхоз БГАУ

Распределение проводящих пучков в листьях картофеля. В лабораторных условиях нами установлено, что доля проводящих пучков зависит от площади листовой пластины и различна для изучаемых сортов. Так, наименьшая доля жилок выявлена у сорта Лорх (14,78%), а наибольшая - у сорта Невский (22,39%). Приближаются к максимальному значению данного показателя сорта Гатчинский (21,13%) и Приекульский ранний (19,24%). Сорта Зов и Луговской имеют довольно низкие значения доли жилок 16,4% и 17,2% соответственно. Наибольшую урожайность сформировал сорт Невский (1500 г/куст), наименьшую - сорт Лорх (760 г/куст). Сорта Зов и Луговской можно отнести к среднеурожайным: 925 и 900 г/куст соответственно. Сорта Приекульский ранний и Гатчинский имеют несколько более высокие показатели урожайности 1020 и 1120 г/куст.

В результате исследований установлена прямая зависимость между урожайностью сорта и долей проводящих пучков от общей площади листовой пластины. Интересно отметить, что увеличение доли жилок связано не столько с их толщиной, сколько с длиной и, особенно, с разветвленностью проводящих пучков.

Фотосинтетический потенциал посева и чистая продуктивность фотосинтеза картофеля. Для получения высоких урожаев недостаточно иметь большую площадь листьев в период максимума, это ещё не гарантирует получения высокого урожая. И.С. Шатилов, А.Ф. Чудновский (1980) отмечают, что высокие урожаи возможны и при условии, если растения сформируют такой фотосинтетический потенциал (ФП), который обеспечит рассчитанный уровень готовой продукции.

Таблица 2 - Фотосинтетический потенциал посевов картофеля сорта Лорх в зависимости от способов посадки и применения удобрений

Фотосинтетический потенциал посевов картофеля является обобщающим показателем, определяющим водный режим, густоту посадки и систему удобрений. С помощью этого показателя можно получить данные, характеризующие зависимость между ФП и урожайностью, а также о суточном приросте сухой биомассы за весь период вегетации и отдельно по фазам развития растений. По А.А. Ничипоровичу (1961) для хороших посевов ФП составляет 2,2-3,0 млн. м²/ дней, для средних - 1,0-1,5 и для плохих - 0,5-0,7 млн. м²/ дней.

Нами установлено, что способы посадки и применение удобрений увеличивают ФП от 19,2 до 22,9%. Следует отметить, что с увеличением ФП возрастает и урожайность картофеля, особенно это заметно при посадке его в предварительно нарезанные гребни с осени и с локальным внесением удобрений весной (табл.2,3)

Таблица 3 - Фотосинтетический потенциал посевов картофеля сорта Приекульский ранний в зависимости от способов посадки и применения удобрений

Среднее значение ФП как при гладкой посадке, так и посадке с последующей нарезкой гребней с осенним и весенним внесением удобрений вразброс не оказывает существенного влияния на его изменение. На показатели ФП и на формирование урожая влияет не только способ посадки, но в существенной степени способы внесения минеральных удобрений. При одинаковых величинах ФП урожайность картофеля при внесении удобрений вразброс заметно ниже, чем при локальном способе. Следовательно, способы и сроки внесения удобрений неодинаково влияют на ФП и на урожайность клубней. С увеличением урожайности показатели ФП на 1 т клубней уменьшается, за исключением варианта с предварительно нарезанными гребнями весной при локальном внесении удобрений.

Влияние приемов возделывания картофеля на урожайность и качество клубней

Ростовые процессы в зависимости от густоты стояния и глубины посадки. Валовой урожай клубней зависит от продуктивности каждого главного стебля, от числа таких стеблей на отдельном растении и от количества растений на единицу площади. Так, для продовольственного картофеля стеблестой должен составлять 160-180 тыс., а для семенного - 185-240 тыс. шт. главных стеблей (клубненосных стеблей) на 1 га. В зависимости от средней массы или среднего размера посадочных клубней площадь питания их колеблется в пределах от 0,14 до 0,28 мІ, а количество растений на 1 га составляет 38-50 тыс. у продовольственного картофеля и 42-60 тыс. - семенного.

В зависимости от размера и массы посадочных клубней для картофеля разных направлений использования требуется и разное количество посадочного материала. Увеличение урожая с каждого куста достигается посредством правильного применения удобрения, повышения плодородия почвы, улучшения сортовых качеств клубней и другими, более прогрессивными приемами агротехники.

Повысить урожай, увеличив густоту посадки, казалось бы, более просто. Однако и здесь есть определенный предел, превышение которого ведет не к повышению урожая, а, наоборот, к снижению его и ухудшению качества клубней (Бацанов, 1970).

Гребневой способ посадки способствует некоторому увеличению числа сохранившихся растений на 1 га. Так, по сорту Приекульский ранний наибольший процент сохранившихся растений на 1 га по сравнению с контролем был в варианте предварительной нарезки гребней весной с локальным внесением минеральных удобрений. По среднепозднему сорту Лорх процент сохранившихся к уборке растений по сравнению как с контролем, так и с остальными вариантами опыта, был выше в вариантах с предварительно нарезанными гребнями весной с локальным и разбросным способами внесения удобрений.

Способы посадки картофеля по-разному влияют на урожайность. Так, при гладкой посадке с осенним внесением удобрений вразброс урожайность составила в среднем за три года 20,8 т/га. При тех же условиях посадки с внесением удобрений вразброс прибавка урожая составила 1,2 т/га. При гребневой посадке с осенним и весенним внесением удобрений урожайность увеличивается в сравнении с гладкой посадкой на 1,5 т/га. Наибольшая прибавка урожая клубней в зависимости от способов посадки (3,9 т/га) получена в варианте с предварительной нарезкой гребней и осенним внесением удобрений вразброс.

Сроки внесения удобрений также оказывают определенное положительное влияние на прибавку урожая клубней картофеля. Весеннее внесение удобрений вразброс на фоне гладкой посадки дает 1,2 т/га прибавки по отношению к контролю, тогда как при весеннем внесении удобрений вразброс на фонах с последующей нарезкой гребней и предварительной нарезкой гребней прибавка урожая составила, соответственно, 2,0 и 2,2 т/га, на 1,0 т больше по сравнению с контролем. Прибавка урожая клубней мало зависит от разбросного способа внесения удобрений, где прибавка урожая составляет 4,1 т/га.

Таким образом, определяя суммарную прибавку урожая в зависимости от способов посадки, сроков и способов внесения удобрений, мы констатируем, что наибольшая прибавка получена в вариантах с предварительно нарезанными гребнями с осенним и весенним внесением удобрений локально (соответственно 4,1 и 5,2 т/га).

Статический анализ показал, что изменение урожайности произошло в основном за счет гидротермического коэффициента, влагообеспеченности и температуры. Кроме того, на величину урожая оказал существенное влияние комплексный показатель состояния посевов, условий роста и развития растений - фотосинтетический потенциал. С повышением ФСП закономерно повышается урожайность. Изменение ФСП на 100 кв. м² дней/га приводит к повышению урожайности на 0,16 т/га. Уравнение регрессии урожайности по ГТК и ФСП имеет следующий вид (3):

У= 121.3 - 0.89Х₁ + 0,35Х₂ - 5, 38Х₃ +0,006Х₄, (3)

где: Х₁ - влажность почвы в слое 0-50 см в мм; Х₂ - площадь листьев; Х₃ - среднесуточная температура в период клубнеобразования; Х₄ - осадки в мм.

Содержание сухого вещества и крахмала в клубнях картофеля. Количество сухих веществ и крахмала в картофеле зависит от ряда факторов. Уровень содержания сухого вещества и крахмала (рис.5) колеблется по годам исследований, что связано с погодными условиями. Продление вегетации с повышенной температурой и малым количество осадков в августе и сентябре положительно влияет на увеличение процентного содержания крахмала в клубнях. Многие исследователи наблюдали влияние погодных условий на накопление крахмала в клубнях картофеля. Большинство из них главными факторами считают температуру воздуха и количество осадков.

Рис.5 Содержание сухого вещества в клубнях картофеля в зависимости от способов посадки, уровня минерального питания и сортовой специфичности, % (Учхоз БГАУ, 2003-2005 гг.)

Существует прямая зависимость между метеорологическими факторами и содержанием сухого вещества в клубнях, причем наиболее четко она проявляется в течение 20-30 дней после цветения. Количество крахмала в клубнях находится в прямой зависимости от средней температуры воздуха и в обратной - от суммы осадков за период клубнеобразования. Максимум содержания сухого вещества в клубнях картофеля очень ранних, ранних и среднеранних сортов наступает соответственно на 80-й, 90-й и 100-й день после посадки. В дальнейшем значительного увеличения урожая сухого вещества не наблюдается.

Наиболее интенсивным накопление сухого вещества оказалось при гребневой и гладкой посадках обоих сортов и внесении расчетных норм минеральных удобрений на запланированную урожайность 30 т/га (у сорта Невский - 24,3%, сорта Пушкинец - 23,3%). Период усиленного накопления сухого вещества в основном отмечается в июле и первой половине августа, когда растения находятся в фазе цветения, что совпадает с активным клубнеобразованием. Затем накопление сухого вещества проходит умеренно.

Рис.6 Содержание крахмала в клубнях картофеля в зависимости от способов посадки, уровня минерального питания и сортовой специфичности, %

Среди пищевых веществ клубней картофеля ведущую роль играет крахмал, с целью получения которого в основном и возделывается культура. Он составляет 70-80% сухой биомассы клубня или 95-99% всего количества накапливаемых картофелем углеводов. Нами установлено, что характер накопления крахмала в клубнях и уровень его урожая с единицы площади зависит не только от продолжительности вегетации картофеля, но и от его генотипа. В то же время, накопление крахмала в клубнях подвержено значительным колебаниям (рис.6) и зависит от многих агротехнических факторов и уровня минерального питания. Отмечено повышение крахмалистости в зависимости от внесения удобрений. Однако большинство авторов при значительном повышении сбора клубней от внесения удобрений отмечают снижение накопления крахмала в них.