Пути повышения использования фотосинтетически активной радиации при возделывании картофеля в условиях лесостепи Среднего Поволжья

В.П. Владимиров

Введение. Фотосинтез - процесс поглощения света и трансформации его энергии в химический потенциал богатых энергией органических соединений в виде углеводов, жиров, белков.

Из многих факторов, которые оказывают влияние на рост и развитие растений, солнечная радиация является наиболее трудно регулируемым фактором. Поэтому важнейшей проблемой современного земледелия является повышение продуктивности посевов путем увеличения использования солнечной радиации в процессе фотосинтеза. Для этого необходимо разрабатывать и внедрять новые методы повышения продуктивности возделываемых культур. Одним из таких методов является возделывание запланированных урожаев, который предусматривает разработку комплекса взаимосвязанных элементов технологии возделывания, своевременное осуществление которых обеспечит достижение расчетного уровня урожая.

М.К. Каюмов [4] отмечает, что необходимо разрабатывать пути интенсификации процессов фотосинтеза в посевах, способных аккумулировать 3-5% солнечной энергии. Поэтому усилия ученых сосредоточены на создании количественной теории фотосинтетической продуктивности растений, а также оптимального аккумулирования солнечной радиации и рационального использования почвенноклиматических ресурсов.

Учет прихода ФАР и разработка всего комплекса агротехнических мероприятий для получения урожаев с высоким уровнем использования этой энергии имеет большое значение в целях выяснения целесообразности внесения удобрений под разные уровни запланированного урожая.

Важными условиями для интенсивного использования солнечной радиации с высоким КПД являются быстрый рост площади листьев в посеве, достижение ее оптимальной величины и долгое пребывание в активном состоянии. В конце вегетационного периода важно, чтобы листья перемещали в репродуктивные запасающие органы максимальное количество пластических веществ, накопившихся в структурах самих листьев. Однако в практике при возделывании сельскохозяйственных культур это условие не всегда выполняется. При недостаточном снабжении растений водой и минеральными веществами, из-за засоренности посадок картофеля площадь листьев будет невысокой. Следовательно, степень поглощения растениями ФАР и интенсивность газообмена также будут невысокими.

Наиболее полное использование климатических ресурсов происходит в посевах с оптимальной, хорошо ориентированной в пространстве фотосинтезирующей системой. Наиболее благоприятным для формирования высоких урожаев является, когда величина листовой поверхности быстро достигает размеров 40-60 тыс. м2/га, а затем, по возможности долго сохраняется в активном состоянии на этом уровне и, наконец, значительно уменьшается или окончательно отмирает, отдавая пластические вещества на формирование клубней. Дальнейшее увеличение площади листьев приводит к уменьшению накопления урожая на единицу площади листьев (к снижению чистой продуктивности фотосинтеза) в связи с тем, что с площадью листьев связана оптическая плотность посева [Мальцев, Каюмов, 7].

Особенно велико недоиспользование энергии солнечной радиации в весенние месяцы при поздних сроках посадки картофеля, когда солнце сравнительно высоко и ФАР достаточно для активной фотосинтетической деятельности. К тому времени, когда площадь листьев достигает оптимальных размеров, уже значительно снижается интенсивность ФАР и ухудшается тепловой режим [2-3,8-9].

По данным Е.А.АИеп, R.K Seott [1] потенциальная урожайность картофеля у среднеспелых и позднеспелых сортов в Западной Европе составляет 90-100 т/га, в Восточной Европе -60-80 т/га. В классических опытах А.Г. Лор- ха [6] была получена урожайность 78,4 т/га. В то же время урожайность картофеля в России остается невысокой. Так, в 20072011 гг. средняя урожайность этой культуры в стране составила 13,1 т/га.

Важным фактором в разработке оптимальных технологий возделывания сельскохозяйственных культур является оценка продуктивности пашни с учетом эффективного плодородия почвы, обеспеченности растений элементами питания вносимых туков и выявление зависимости между этими составляющими.

Одним из путей повышения продуктивности картофельных агроценозов является регулирование минерального питания растений за счет применения сбалансированных по элементам доз удобрений. Для получения высоких урожаев с хорошим качеством клубней, питательные вещества должны быть хорошо доступными растениям, в необходимом количестве и в нужной форме [5].

Целью исследований явилось обоснование норм удобрений под запланированную урожайность 25,0-40,0 т/га клубней раннеспелого сорта картофеля Удача на серых лесных почвах Республики Татарстан.

Условия, материалы и методы исследования. Исследования проводили на опытных полях университета в Казанской пригородной зоне Республики Татарстан. Почва серая лесная, среднесуглинистая. Рельеф опытного участка ровный. Мощность пахотного слоя 26-28 см, рН солевой вытяжки 5,6, содержание гумуса по Тюрину 3,42 %, легкогидролизуемого азота 131136, подвижного фосфора 147-154 и обменного калия 179-184 мг/кг почвы.

Общая площадь делянки 72,0 учетная 60,0 м2. Повторность опыта трехкратная. Предшественник озимая рожь. Глубина посадки 8-10 см. Посадку проводили клубнями средней фракции (60-65 г). Для посадки использовались семенные клубни первой репродукции.

Схема однофакторного опыта включала варианты: 1 - без удобрения (контроль); 2 - расчет удобрений на получение 25 т/га; 3 - расчет удобрений на получение 30 т/га; 4 - расчет удобрений на получение 35 т /га; 5 - расчет удобрений на получение 40 т/га клубней.

Посадку проводили при температуре почвы 6-7 0С. В течение вегетации во все фазы развития растений отбирали растительные образцы по 15 штук с каждого варианта опыта. Площадь листьев, фотосинте- тический потенциал (ФП), рассчитывали по А.А. Ничипоровичу (1961). Урожай убирали картофелекопалкой.

Анализ и обсуждение результатов исследования. Метеорологические условия в годы проведения исследований сильно не отличались и были вполне благоприятными для роста и развития растений картофеля.

Число растений на единицу площади оказывает значительное влияние на рост и развитие растений. Учитывая это, нами определялось влияние расчетных норм удобрений на изменение числа растений картофеля по отдельным фазам роста и развития. Результаты анализа показали, что разные фоны питания не оказали существенного влияния на полевую всхожесть картофеля. В зависимости от варианта она составила 99,799,8%. В фазе цветения произошло незначительное уменьшение числа растений (на 0,11-0,17 тыс. шт./га). Аналогичная картина наблюдалась и при определении выживаемости растений, она составила 99,5-99,7% от взошедших растений. Это подтверждает необходимость внесения норм NPK с учетом биологических особенностей культуры и правильного соотношения питательных веществ во вносимых удобрениях.

Площадь листьев и чистая продуктивность фотосинтеза являются основными факторами, определяющими уровень урожая биомассы растений.

Таблица 1 - Площадь листьев посадок картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, тыс. м2/га, 2011-2013 гг.

Таблица 2 - Листовой фотосинтетический потенциал посадок картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, тыс. м 2 х суток на га, 2011-2013 гг.

Размер и динамика развития листовой поверхности находятся под воздействием многочисленных агротехнических, климатических и биологических факторов. Данные изучения динамики развития листовой поверхности показали, что удобрения значительно влияли на величину площади листьев и их жизнедеятельность в течение вегетационного периода. Во все сроки учета на удобренных вариантах она была выше, чем на контроле без удобрений (табл.1). Если в фазе всходов этот показатель был незначителен, то в фазе бутонизации она в зависимости от фона питания возросла в 2,6-3,1 раза по сравнению с предыдущей фазой и на контрольном варианте без применения удобрений, листовая поверхность составила 27,4 тыс. м2/га. Площадь листьев, максимальных размеров достигла в фазе цветения независимо от фона питания. В варианте без удобрения максимальная площадь листьев достигла 29,6 тыс. м2/га. При внесении удобрений в расчете на урожайность 25 т/га клубней она увеличилась в 1,15 раза, на фоне 40 т/га - 1,58 раза по сравнению с контролем без удобрений. К уборке произошло значительное отмирание листьев и уменьшение их деятельной поверхности.

Фотосинтетическая активность листьев еще не достаточное условие для получения высокого урожая. Важнейшим фактором продукционного процесса является фотосинтети- ческий потенциал посева. Он отражает напряженность работы ассимилирующей поверхности, как за межфазные периоды, так и за период вегетации. Фотосинтетический потенциал в начале вегетации оказывался незначительным, но по мере роста площади листьев он увеличивался и достигал максимальных значений к концу вегетации картофеля. В посадках, в варианте без удобрений он достиг 2173 тыс. м 2 х суток на га (далее единиц), 25 т/га - 2520 тыс. единиц., 30 т/га - 2910 тыс. единиц., 35 т/ га - 3196 тыс. единиц., 40 т/га - 3575 тыс. единиц, то есть с увеличением фона питания этот показатель закономерно возрастал. Разница между крайними вариантами составила в 1,64 раза (табл. 2).

Результаты определения влияния изучаемых приемов на основные параметры фото- синтетических процессов представлены в таблице 3. Они показывают большую роль внесенных удобрений, под влиянием которых произошло существенное увеличение продуктивности фотосинтеза посадок картофеля. По мере повышения фона питания увеличивался сбор сухого вещества с единицы площади. Так, в варианте без удобрения урожайность сухой биомассы составила 5,02 т/га, а при втором уровне урожая она была - на 2,64, при третьем - на 4,85, при четвертом - на 5,54, при пятом на 6,85 т/га выше. Аналогичная картина наблюдалась и по среднесуточному приросту сухой биомассы, где разница между крайними вариантами составляла в 2,36 раза.

Продуктивность работы листьев (ПРЛ) - это выход клубней на 1 тысячу единиц ФП - показывает «работу» фотосинтетического потенциала за период вегетации. По годам исследований этот показатель отличался незначительно и был относительно постоянной величиной, однако он изменялся в вариантах с удобрениями. В варианте без удобрения на каждую тысячу единиц ФП растения формировали 9,1 кг клубней, во втором - 11,8, в третьем - 11,8, в четвертом - 12,7 и в пятом - 12,9 (табл. 3).

Коэффициент использования фотосинтетически активной радиации (ФАР) также зависел от фона питания. По мере его увеличения закономерно повышался и коэффициент использования ФАР. В варианте, где удобрения вносились в расчете на урожайность клубней 40 т/ га его величина составила 2,48%, что в 1,20 раза выше по сравнению с фоном 30 т/га и в 2,36 раза контрольного варианта, где удобрения не вносились.

Наши исследования показали, что внесение удобрений под картофель позволило значительно повысить его урожайность (табл. 4).

Таблица 3 - Показатели продуктивности посадок картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, 2011-2013 гг.

Таблица 4 - Урожайность картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, т/га, 2011-2013 гг.

По эффективному плодородию, урожайность клубней без применения удобрений составила 14,4 т/га. Внесение удобрений в расчете на урожайность 25 т/га повысило урожайность до 24,5 т/га, что составляет 98,0 % от запланированной, в третьем варианте при плане 30 т/га было получено 28,5 т/га или 95,0 %, в четвертом - 33,0 т/га или 94,3 % и в пятом - 36,2 или 90,5 %.

Анализ структуры урожая показал, что с повышением фона питания увеличивалось число растений на 1 га, масса клубней также находилась в прямой зависимости от уровня питания. Внесение удобрений в расчете на урожайность 25 т/га повысило их массу на 186 г, на фоне 30 т/га прибавка составила 257 г, на фоне 35 т/га - 342 г, на фоне 40 т/га - 400 г на 1 куст. Средняя масса одного клубня от первого уровня урожая к пятому колебалось от 55,0 до 92,7 г, число клубней с одного куста с 5,4 до 7,4 штук.

Действительно, планирование урожайности и норм удобрений в наших опытах обеспечило стабильное соотношение клубни: ботва, К хоз. оказывался в зависимости от фона питания равным 56,4-66,9%.

Данные наших опытов, показали, что сбалансированное питание даже при увеличении доз удобрений не существенно снижало содержание крахмала в клубнях. Так на контрольном варианте в клубнях крахмала содержалось 14,4 %. Во втором варианте, где вносились удобрения в расчете на урожайность 30 т/га клубней - 14,7 %. . Даже при внесении более высоких норм удобрений, на фонах, рассчитанных на урожайность клубней 35 и 40 т/га, снижение крахмала было не столь значительным (табл. 5).

Данные наших опытов свидетельствуют о том, что внесение удобрений приводило к некоторому увеличению витамина С в клубнях картофеля и лишь в варианте рассчитанном на урожайность 40 т/га клубней отмечалось незначительное снижение

Существенным фактором, определяющим накопление нитратов в клубнях, является применение органических и минеральных азотных удобрений.

Таблица 5 - Показатели качества клубней картофеля сорта Удача в зависимости от фона питания, %, 2011-2013 гг.

В наших во всех опытных вариантах содержание нитратов в клубнях оказывалось ниже ПДК, однако с увеличением вносимых норм удобрений их количество несколько увеличивалось. В варианте без удобрения содержалось 41 мг/кг, во втором - 51 мг/кг, в третьем - 60 мг/кг, в четвертом - 67 мг/кг и в пятом - 71 мг/кг, то есть по сравнению с вариантом без удобрения содержание нитратов увеличилось на 10-30 мг/кг.

Значительное влияние на выход товарных клубней в урожае оказали внесенные удобрения. С повышением их норм, снижалась доля мелких клубней, а крупных (свыше 100 г) наоборот, увеличивалась. Без внесения удобрений, она была равной 80,49 %, а по мере повышения фона питания товарность урожая увеличилась на 4,33-11,45 %. Навоз и питательные вещества туков, рассчитанных на урожайность 40 т/га клубней, снижают долю мелких клубней с 19,61 до 8,06 %, а крупных (свыше 100 г) увеличивают с 29,93 до 40,71 % .

Выводы.

По эффективному плодородию на серой лесной почве формировался урожай клубней раннеспелого картофеля сорта Удача - 14,4 т/ га.

Внесение удобрений под запланированные урожаи в дозах, подсчитанных расчетнобалансовым методом на урожайность 25-40 т/ га обеспечило формирование 90,5-98,0 % от запланированного. По мере повышения уровня запланированного урожая вероятность его получения снижалась от 3,0 до 7,5%.

Фотосинтетический потенциал (ФП) за период вегетации картофеля сорта Удача составил в первом варианте без удобрения 2,173, во втором 2,520, в третьем 2,910, в четвертом 3,196 и пятом 3,575 млн. м2/га х дней, то есть с увеличением норм удобрений ФП возрастал соответственно на 0,347-1,402 млн. единиц, на каждую тысячу единиц ФП получено от 7,2 до 10,8 кг клубней картофеля.

Содержание крахмала несколько изменялось от внесенных удобрений. Максимальное содержание крахмала (14, %) достигнуто на втором варианте рассчитанном на урожай клубней 25 т/га. Дальнейшее повышение фона приводило некоторому его снижению.

Содержание нитратов во всех вариантах опыта находилось ниже ПДК. Однако с увеличением норм вносимых удобрений их содержание возрастало в 1,24-1,73 раза (без удобрения - 41 мг/кг сырой массы).

Списоклитературы

Allen E.A. An analusis of growth of the potato cropp / E.A. Allen, R.K. Scott //Jomal of agricultural Science Cambridge.-1980.-№ 9.-p.583-606.

Владимиров В.П. Картофель в лесостепи Поволжья / В.П. Владимиров. - Казань.: Центр инновационных технологий, 2006. - 307 с.

Владимиров К.В. Эффективность расчетных доз удобрений на получение запланированных урожаев картофеля на серой лесной почве лесостепи Среднего Поволжья / К.В. Владимиров, В.Н. Фомин, П.А. Чекмарев. - Достижения науки и техники АПК.- 2012.- № 2.- С.-31-33.

Каюмов М.К. Программирование урожаев - на службу земледельцам /М.К. Каюмов.- Кукуруза.- 1977. - № 11.- С.-7-9.

Коршунов А. В. Повышение эффективности удобрения под картофeль /А.В. Коршунов //Тр. НИИКХ, 1982, вып. 39.- С.3-24.

Лорх А.Г. Динамика накопления урожая /А.Г. Лорх.- М.: Сельхозиздат, 1948. - 192 с.

Мальцев В.Ф. Система биологизации земледелия Нечерноземной зоны России /В.Ф. Мальцев, М.К. Каюмов. - М.: ФГНУ Росинформагротех. 2002. - т. 2. -574 с.

Ничипорович А.А. О путях повышения продуктивности фотосинтеза растений в посевах /А.А. Ничипорович// Фотосинтез и вопросы продуктивности растений.- М.: изд-во АН СССР, 1963.- С. 5-36.

Тооминг Х.Г. Солнечная радиация и формирование урожая /Х.Г. Тооминг.- Л., Гидрометеоиздат, 1977. - 200 с.

Шабанов А.Э., Киселев А.И., Зебрин С.Н. Продуктивность и качество новых сортов картофеля в зависимости от приемов агротехники//Достижения науки и техники АПК. - 2011. - № 1. - С. 30-31.

Бурмистрова Т.И., Сысоева Л.Н., Алексеева Т.П., Трунова Н.М. Исследование эффективности применения органоминеральных удобрений при выращивании картофеля//Достижения науки и техники АПК. - 2012. № 5. - С. 32-33.