Россия
Россия
Россия
Россия
УДК 631.81 Общие вопросы. Питание растений. Элементы питания растений. Производство и применение удобрений
УДК 635.21 Картофель. Solanum tuberosum L.
Представлены результаты исследований, полученных в двух опытах. Цель исследований в полевом опыте 2010–2012 гг. (чернозем выщелоченный, Тамбовская область) и 2021–2023 гг. (дерново-подзолистая среднесуглинистая, Московская область) – изучить возможности возделывания отечественных сортов картофеля в адаптивно-биологизированных технологиях и сравнить с традиционной минеральной системой. Во введении приводятся литературные данные по деградации пашни, в том числе под посадками картофеля, и причины, вызывающие её. Серией опытов доказано, что для повышения продуктивности картофельных севооборотов необходимо использование сидератов, расчёт доз удобрений с учётом почвенного плодородия и запланированной урожайности; снижение на 50% доз NPK-удобрений в сочетании с сидератами и биологически активными препаратами: азотовит, фосфатовит, бисолбисан, бисолбифит, агровин и др. В условиях преобладания жары и засухи 2010-2012 годов, в опыте на черноземе выщелоченном наиболее ярко действие предпосадочной обработки клубней бактериальными препаратами (азотовит, 1л/т + фосфатовит, 1 л/т) проявилось в звене севооборота [(гречиха + вика)-картофель], при этом бактериальные препараты хорошо работали, как в неудобренной почве (24,6%), так и на фоне половинной дозы NPK (20,2%). Также высокий эффект от бактериальных удобрений получен при возделывании картофеля в течение 3-х лет на одном месте: от 10,6% на фоне полной дозы NPK до 27,0% на фоне половинной дозы NPK. В полевом опыте на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2021–2023 гг.) относительно высокую урожайность картофеля (до 29,3 т/га) обеспечивало его размещение на фоне запашки рапса масличного в сочетании с половинной дозой N31P37K82Mg10 + биопрепараты. Комплексное минеральное питание на фоне запашки малолетних сорных растений: [сорняки + (N33P41K79Mg7 + БисолбиФит) + 2-кратное опрыскивание БисолбиСан и Агровин], также позволило получить высокую отдачу от вложенных средств и повысить урожайность до 26,5 т/га. Рост урожайности от вложенных агрохимикатов на фоне запашки биомассы сорняков был выше значений аналогичных вариантов поля с рапсом.
сидераты, биологически активные агрохимикаты, картофель, урожайность, качество, плодородие почвы
Введение. Согласно данным ФАО, в мире площади сильно и умеренно деградированных земельных угодий составляют, соответственно, 25% и 8% (интернет-сайт ФАО). Деградированная почва несет реальную угрозу здоровью человека и животных, существенно снижая урожайность культурных растений и качество продукции. Прямые потери от токсикоза почв, включая загрязнение остатками стойких гербицидов, оцениваются в ≈ 25% мирового урожая (Глинушкин, Соколов, Торопова, 2016: 213–219). Ежегодно в России становится примерно на 0,5 млн га больше эродированных земель, по оценке РАН, только от этого вида деградации ущерб может достигать 18–25 млрд. рублей в год. В первую очередь это связано с возможными потерями урожая, кроме того, с эрозией ежегодно вымывается 30–50% объема минеральных удобрений (Гордеев, Романенко, 2008: 23–25; Апарин, Сухачева, 2009: 203–225).
Агрогенно-измененные почвы в зависимости от характера, продолжительности и интенсивности антропогенного воздействия могут повышать своё плодородие или деградировать (Карпова, 2008:19-22; Апарин, Сухачева, 2009: 203–225; Bennett, Klironomos, 2019: 91-96). Наиболее быстро деградация почв проявляется при возделывании пропашных культур, и, прежде всего, картофеля. Деградация пашни при возделывании картофеля, главным образом, вызывается проведением частых механических обработок почвы и односторонним внесением минеральных удобрений, которое сейчас преобладает. При систематическом применении физиологически кислых минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах повышается их кислотность, ускоряется вымывание кальция и магния, увеличивается ненасыщенность почв основаниями (Федотова, Жевора, Тимошина, Князева, 2017: 134–135).
При этом, в настоящее время 40–50% роста продуктивности картофеля обеспечиваются рациональным применением минеральных удобрений. Однако существенным недостатком многих минеральных удобрений является наличие в них сопутствующих балластных элементов (фтора, натрия), а также токсичных тяжелых металлов (кадмия, свинца, мышьяка, никеля, хрома, стронция и др.). Загрязнение почвы ТМ приводит к ингибированию в ней биологических процессов и нарушению метаболизма в растениях (Карпова, 2008:19-22; Федотова, Жевора, Тимошина, Князева, 2017: 134–139). Поэтому в современном сельскохозяйственном производстве картофеля необходимо переходить на адаптивно-биологизированное его возделывание, с частичной заменой минеральных удобрений на биологическую составляющую, в т.ч. сидераты и биологически активные агрохимикаты.
Для картофелеводов представляют интерес микробиологические удобрения на основе ризосферных бактерий. Взаимодействие ризосферных бактерий с растительным организмом основывается на колонизации ими ризосферной зоны корней, при этом затрудняется доступ патогенов к источникам питания, а также заражение растений; нормализуется минеральное питание через стимуляцию развития корневых волосков, увеличение поглотительной способности, тем самым ускоряется перевод элементов питания в доступную форму (Кожемяков, Белоброва, Орлова, 2011: 112-115; Dubey, Tripathi, Dubey, Singh, Abhilash, 2016: 362-365).
Цель исследований в краткосрочных полевых опытах 2010–2012 гг. (чернозем выщелоченный, Тамбовская область) и 2021–2023 гг. (дерново-подзолистая среднесуглинистая, Московская область) – изучить возможности возделывания сортов картофеля в адаптивно-биологизированных технологиях и сравнить с традиционной минеральной системой.
Материалы и методы. Методологической основой экспериментальных исследований являлось изучение и анализ источников научной литературы отечественных и зарубежных авторов по изучаемой тематике, разработка цели и задач исследований. При постановке и проведении полевых и лабораторно-аналитических исследований руководствовались общепринятыми ГОСТами и методиками. Статистическая обработка результатов проведена методом дисперсионного анализа на ПЭВМ с использованием приложения к Excel СХSTAT.
В полевом опыте (2010–2012 гг.) на черноземе выщелоченном Тамбовской области, семенной материал раннего сорта картофеля Удача обрабатывался смесью препаратов (1 л/т + 1л/т): Фосфатовит – на основе почвенных микроорганизмов Bacillus mucilaginosus, обогащает почву усвояемыми соединениями фосфора; Азотовит – на основе почвенных азотофиксирующих микроорганизмов Azotobacter chroococcum. Запашка биомассы бинарных сидератов: гречиха + вика и редька масличная + вика, проводилась в конце сентября, перед зяблевой вспашкой чернозема. 2010 и 2011 гг. характеризовались исключительной жарой и засухой в течение всей активной вегетации картофеля.
В полевом опыте 2021–2023 гг. на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве объектом исследований являлся среднеспелый сорт картофеля – Фаворит (I репродукция). Запашка сидератов проводилась в конце августа-начале сентября месяца вегетационного сезона, предшествующего посадке картофеля, которую проводили вручную в предварительно нарезанные гребни 31 мая 2021 г., 3 июня 2022 г.; 4 июня 2023 г., схема посадки 75 х 30 см, густота стояния растений – 44 000 штук/га. Уборка вручную – 13.09.2021, 1.09.2022 г. и 01.09.2023 г. Формы удобрений, применявшиеся на опыте: жидкий микробиологический препарат на основе ризосферной бактерии Bacillus subtilis штамм Ч-13 БисолбиСан®. Твердый микробиологический препарат на основе ризосферной бактерии Bacillus subtilis штамм Ч-13 БисолбиФит. Нитроаммофоска 14:23:23; Калийно-магниевое уд. (К-Mg-S=40-6-16); Аммиачная селитра (34%). Дозы минеральных удобрений рассчитывались балансовым методом с учетом почвенного плодородия на уровень урожайности картофеля 30 т/га (Каюмов М.К., 1989): на поле с запашкой сорняков средняя доза за три года составила N66P82K157Mg14; на поле с запашкой рапса масличного средняя доза за три года – N62P73K164Mg19; схема опыта представлена в табл. 2.
Результаты и обсуждение. Из всех факторов, определяющих продуктивность системы: почва ↔ растение, сами растения и микроорганизмы, окружающие их, играют главенствующую роль, о чем свидетельствуют данные полевого опыта (2010–2012 гг.) на черноземе выщелоченном. Возделывание картофеля в течение трех лет на одном поле ослабило действие минеральных удобрений (рис. 1). Эффективность полной дозы NPK снизилась с 76%2010 до 53,2%2012, половинной дозы – с 43,8%2010 до 26,1%2012.
Урожайность картофеля при повторной посадке в течение трех лет находилась в относительно низком диапазоне 13,7–22,6 т/га, при этом существенно поднималась за счет снижения на 50% дозы NPK и применения бактериальных препаратов. Запашка бинарного сидерата (гречиха + вика) повышала урожайность картофеля на 5,4 т/га или на 39,4%, редька + вика – на 6,5 т/га или на 47,4% по сравнению с соответствующими значениями от возделывания картофеля повторно.
Наиболее ярко действие предпосадочной обработки клубней бактериальными препаратами (азотовит + фосфатовит) проявилось в звене севооборота [(гречиха + вика)-картофель], при этом бактериальные препараты хорошо работали, как в неудобренной почве (24,6%), так и на фоне половинной дозы NPK (20,2%). Также высокий эффект от бактериальных удобрений получен при возделывании картофеля в течение 3-х лет на одном месте: от 10,6% на фоне полной дозы NPK до 27,0% на фоне половинной дозы NPK.
Следует особо подчеркнуть, что в условиях острой засухи 2010 г. достоверное увеличение массы клубней под влиянием бактериальных препаратов наблюдалось на неудобренном варианте – прибавка составила 4,1 т/га или 33,9% к контролю; действия бактериальных удобрений на величину урожая клубней на минеральном фоне не установлено.
Рисунок 1. Влияние предшественников, минеральных и бактериальных удобрений (Азотовит + Фосфатовит – АФ) на урожай картофеля (2010–2012 гг., выщелоченный чернозем)
Figure 1. The effect of precursors, mineral and bacterial fertilizers (Azotovite + Phosphatovite – AF) on potato yield (2010-2012, leached chernozem)
Наиболее ярко действие предпосадочной обработки клубней бактериальными препаратами (азотовит + фосфатовит) проявилось в звене севооборота [(гречиха + вика)-картофель], при этом бактериальные препараты хорошо работали, как в неудобренной почве (24,6%), так и на фоне половинной дозы NPK (20,2%). Также высокий эффект от бактериальных удобрений получен при возделывании картофеля в течение 3-х лет на одном месте: от 10,6% на фоне полной дозы NPK до 27,0% на фоне половинной дозы NPK.
Следует особо подчеркнуть, что в условиях острой засухи 2010 г. достоверное увеличение массы клубней под влиянием бактериальных препаратов наблюдалось на неудобренном варианте – прибавка составила 4,1 т/га или 33,9% к контролю; действия бактериальных удобрений на величину урожая клубней на минеральном фоне не установлено.
Применение минеральных удобрений и бактериальных препаратов, в звене севооборота [(гречиха + вика)-картофель] и [(редька + вика)-картофель] положительно влияло на качество клубней, при этом обработка посадочного материала бактериальными препаратами повышала качество продукции, как на неудобренном фоне, так и на фоне полной и половинной дозы NPK.
Из трех изучаемых предшественников [картофель; (редька + вика) на сидерат; (гречиха + вика) – на сидерат] – наиболее оптимальные параметры плодородия выщелоченного чернозема складывались после запашки бинарного сидерата – редька масличная + вика. Применение в звене севооборота [(редька + вика)-картофель] перед посадкой картофеля полной и половинной дозы минеральных удобрений в сочетании с обработкой клубней бактериальными препаратами способствовало формированию положительной направленности в содержании: подвижного фосфора (P2O5 +69 и 22 мг/кг), обменного калия (K2O + 32 и 11мг/кг) и нитратного азота (N-NO3 + 11 и 34 мг/кг) в почве. Применение минеральных удобрений без сочетания с бактериальными препаратами в этом звене севооборота создавало не всегда положительные показатели по балансу элементов питания.
В ряде случаев на начальном этапе освоения адаптивных систем земледелия при отсутствии многолетних сорняков можно использовать в качестве сидерата естественную засоренность однолетними сорными растениями (Арсентьев, Тимошина, 2023: 113–114). Сорные растения являются естественным компонентом биоценоза, несущим функции поддержания их биоразнообразия и устойчивости.
В полевом опыте (2021–2023 гг.) на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве установлено, что урожайность картофеля за годы исследований в варианте с расчетной дозой N62P73K164Mg19 повышалась на поле с запашкой рапса масличного на 6,9 т/га или 34,3%, на поле с запашкой сорной растительности, от внесения N66P82K157Mg14 – на 8,5 т/га или 48,3% (табл. 2).
Обогащение половинной дозы минеральных удобрений препаратом Бисолбифит в 4-м варианте на обоих сидеральных полях повышало эффективность NPK – в результате урожайность 4-го биомодифицированного варианта превысила уровень половинной дозы NPK (3-й вариант) на поле с рапсом на 1,5 т/га или 6,1%, на поле сорной растительности – на 1,8 т/га или 8,3%.
В среднем за три года на поле с рапсом дополнительное некорневое опрыскивание биопрепаратом БисолбиСан (5-й вариант) и БисолбиСан совместно с Агровином (6-й вариант) на фоне половинной дозы NPK максимально повышало урожайность картофеля до 27,2–29,3 т/га или на 2,8–4,9 т/га (11,5–20,1%) к уровню половинной дозы NPK.
Таблица 2. Урожайность картофеля и содержание крахмала в зависимости от сидератов и применения удобрений, 2021–2023 гг., дерново-подзолистая почва
Table 2. Potato yield and starch content depending on siderates and fertilizer application, 2021-2023, sod-podzolic soil
|
№ п/п |
Варианты опыта |
Урожайность, т/га |
Прибавка к вариантам: |
Крахмал, % |
|
|
1 |
2 |
||||
|
Сидерат – рапс масличный |
|||||
|
1 |
Без удобрений |
20,1 |
- |
|
14,1 |
|
2 |
N62P73K164Mg19 – полная доза NPKMg |
27,0 |
6,9 |
- |
13,1 |
|
3 |
0,5(NPKMg) |
24,4 |
4,3 |
- |
13,5 |
|
4 |
0,5(NPKMg) + БисолбиФит |
25,9 |
5,8 |
1,5 |
14,1 |
|
5 |
0,5(NPKMg) + БисолбиФит + БисолбиCан |
27,2 |
7,1 |
2,8 |
13,9 |
|
6 |
0,5(NPKMg) + Бисолбифит + (БисолбиСан +Агровин) |
29,3 |
9,2 |
4,9 |
14,3 |
|
Сидерат – малолетние сорняки |
|||||
|
1 |
Без удобрений |
17,6 |
- |
|
14,7 |
|
2 |
N66P82K157Mg14 – полная доза NPKMg |
26,1 |
8,5 |
- |
12,9 |
|
3 |
0,5(NPKMg) |
21,8 |
4,2 |
- |
14,0 |
|
4 |
0,5(NPKMg) + БисолбиФит |
23,6 |
6,0 |
1,8 |
14,3 |
|
5 |
0,5(NPKMg) + БисолбиФит + БисолбиCан |
24,9 |
7,3 |
3,1 |
14,3 |
|
6 |
0,5(NPKMg) + Бисолбифит + (БисолбиСан +Агровин) |
26,5 |
8,9 |
4,7 |
14,5 |
|
НСР05 Точность опыта |
0,72–1,61 1,05–2,48% |
1,1 |
|||
Более надежную и относительно высокую урожайность культуры (до 29,3 т/га) обеспечивало ее размещение после запашки рапса масличного на фоне половинной дозы NPK – N31P37K82Mg10 + биопрепараты.
Комплексное минеральное питание на фоне запашки малолетних сорных растений [сорняки + (N33P41K79Mg7 + БисолбиФит) + 2-кратное опрыскивание БисолбиСан и Агровин] также позволяло получить высокую отдачу от вложенных средств и повысить урожайность до 26,5 т/га.
Снижение дозы минеральных удобрений вдвое и биомодификация препаратом БисолбиФит (3–6 варианты) способствовала повышению содержания фитонутриентов в клубнях, что объясняется повышением доступности питательных веществ и улучшением агрохимических характеристик пахотного слоя почвы. Наибольшее содержание сухого вещества/крахмала в клубнях картофеля отмечены в 6-м варианте на обоих полях с сидератами – [рапс/сорняки + (N31-33P37-41K79-82Mg7-10 + БисолбиФит) + 2-кратное опрыскивание БисолбиСан и Агровин]: 19,9–20,1/14,3–14,5%.
В среднем за 2021-2023 гг. наиболее оптимальные параметры плодородия дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы складывались в 6-ом варианте на фоне запашки биомассы рапса масличного [рапс + (N31P37K82Mg10 + БисолбиФит) + 2-х кратное опрыскивание БисолбиСан и Агровин]: рНKCl 5,16; Нг 3,19 мг-экв/100 г; сумма обменных оснований 11,4 мг-экв/100 г, степень насыщенности основаниями 78,0%, содержание: нитратного азота 15,7 мг/кг, подвижного фосфора 187 мг/кг, обменного калия 143 мг/кг и обменного магния 168 мг/кг, что объясняет повышение урожайности на 2,3 т/га или 8,5% выше уровня полной дозы NPK, наблюдавшееся в этом варианте.
Таким образом, результаты опытов, проводившихся в двух регионах России, подтверждают высокую отзывчивость картофеля на адаптивно-биологизированное возделывание, в котором на фоне сидератов применяли половинную дозу минеральных удобрений в сочетании с предпосадочной обработкой клубней бактериальными препаратами.
Заключение. Адаптивно-биологизированная технология возделывания картофеля базируется на:
- поднятии потенциала почв всего севооборота регулированием кислотно-основных свойств (известкование или применение специализированных кальций-, магнийсодержащих удобрений),
- сокращении разрыва в поступлении органического вещества в почву между природными биоценозами и агроценозами, за счёт увеличения доли многолетних трав, использования сидератов, создания мульчирующего слоя из пожнивно-корневых остатков и соломы (что ведет к отказу от гербицидов); искусственное культивирование на полях почвообразующих эффективных микроорганизмов (ЭМ);
- рациональном применении доз минеральных удобрений, рассчитанных на запланированный уровень урожайности, и снижении их на 50% на фоне запашки сидератов;
- предпосадочной обработке семенного материала картофеля при посадке (или за 2–3 дня до посадки) микробиологическими препаратами + регуляторами роста + микроэлементами; некорневых подкормках растений водорастворимыми макро- и микроудобрениями (1–2 раза за сезон) + уменьшенными дозами СЗР в комплексе с БАВ в зависимости от почвенно-климатических условий.
1. Апарин Б. Ф., Сухачева Е. Ю. Эволюция почв и почвенного покрова мелиорированных земель. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2009. 265 с.
2. Арсентьев И. А., Тимошина Н. А. Использование сорных растений в качестве зелёного удобрения в сельском хозяйстве // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2023. Т. 53. № 9. С. 111–119.
3. Глинушкин А.П., Соколов М. С., Торопова Е. Ю. Фитосанитарные и гигиенические требования к здоровой почве. – М.: Издательство «Агрорус». 2016. 288 с.
4. Карпова Е. А. Длительное применение удобрений и тяжелые металлы в агроэкосистемах // Проблемы агрохимии и экологии. 2008, №2. С. 19–22.
5. Каюмов М.К. Программирование продуктивности полевых культур: Справочник.2-е изд., перераб. и доп. М.: Росагропромиздат, 1989. 368 с.
6. Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / Под редакцией А. В. Гордеева, Г. А. Романенко. М.: Росинформагротех, 2008. 67 с.
7. Создание и анализ базы данных по эффективности микробных биопрепаратов комплексного действия / А. П. Кожемяков, С. Н. Белоброва, А. Г. Орлова // Сельскохозяйственная биология, 2011, № 3, с. 112–115.
8. Федотова Л. С., Жевора С. В., Тимошина Н. А., Князева Е. В. Экологические аспекты применения удобрений в картофелеводстве// Успехи современной науки. 2017, Т.2, №10. С. 134–139.
9. Bennett J. A, Klironomos J (2019) Mechanisms of plant-soil feedback: interactions among biotic and abiotic drivers. New Phytol 222(1): 91-96.
10. Dubey R. K, Tripathi V, Dubey P. K, Singh H. B, Abhilash P. C (2016) Exploring rhizospheric interactions for agricultural sustainability: the need of integrative research on multi-trophic interactions. J Clean Prod 115: 362–365.
