Введение. Картофель является ценным продуктом питания, богат белками, витаминами и минеральными солями. Агротехнические мероприятия, обеспечивающие высокие урожаи картофеля, требуют создания оптимального водно-воздушного, теплового и пищевого режима в зоне максимального распространения корневой системы в слое почвы 0–20 см [1]. Выращивание раннего картофеля в условиях Сибири имеет ряд существенных особенностей, связанных с почвенными условиями. Участки почвы должны иметь хороший дренаж и прогреваемость, большая часть питательных веществ вносится перед посадкой, а также в рядки во время посадки в легкоусвояемой для растений форме [2].
Цель исследования – изучить динамику содержания элементов питания в агрочерноземах при возделывании ультрараннего сорта картофеля Коломба в Красноярской лесостепи.
Объекты и методы. Исследование проведено на базе ООО «Сельскохозяйственное предприятие «Дары Малиновки», территориально расположенном в Сухобузимском районе, в 57 км севернее г. Красноярска. Почвенный покров участка исследования представлен комплексом агрочерноземов глинисто-иллювиальных типичных и агрочерноземов криогенно-мицелярных, средне- и тяжелосуглинистых разновидностей. Мощность гумусового горизонта варьирует в пределах 30–65 см, что характеризует их как маломощные и среднемощные виды [3]. По содержанию гумуса почвы характеризуются как сильно гумусированные виды (7,5–9,0 %), это закономерно, поскольку для агрочерноземов Сибири характерна небольшая мощность гумусового горизонта и высокая гумусированность [4]. В начале вегетации по содержанию нитратного и аммонийного азота почвы характеризуются очень низкой и низкой обеспеченностью (3,0–7,9 мг/кг), по содержанию подвижного фосфора имеют среднюю обеспеченность (167–181 мг/кг), по содержанию обменного калия для картофеля имеют среднюю и повышенную обеспеченность (145–170 мг/кг). Сумма обменных оснований очень высокая (54,5–57,6 ммоль/100 г), незначительно снижается с глубиной. В составе обменных катионов преобладает кальций (25,3–25,5 ммоль/100 г), содержание магния составило от 4,3 до 5,0 ммоль/100 г. Гидролитическая кислотность связана с присутствием ионов водорода среди катионов, однако содержание обменного водорода в пахотном горизонте не превышает 6 % от суммы обменных оснований, и составляет 1,4–3,8 ммоль/100 г. Величина рНводн. в слое почвы 0–20 см нейтральная и колеблется в пределах от 6,7 до 7,1, а в слое 20–40 см рН увеличивается и переходит в слабощелочную (7,5–7,7) из-за присутствия углекислых солей. В изученных пахотных почвах при недостатке увлажнения в осенний период возможно подтягивание карбонатов в пределы гумусового горизонта весной и слабое подщелачивание почвенного раствора. В целом рН почвенного раствора в слое почвы 0–20 см нейтральная и выше оптимальных значений для возделывания картофеля, которые лежат в диапазоне 5,5–6,5. Таким образом, выращивание картофеля в Красноярской лесостепи осуществляется и на нейтральных (рН 6,6–7,3), и на слабощелочных и среднещелочных почвах, где рН может достигать 7,5–7,9, но даже на таких по уровню рН почвах картофель благополучно может расти при условии высокой обеспеченности элементами питания, оптимальных физических и водно-физических параметрах [5].
Погодные условия вегетационного периода 2021 г. существенно отличались по режиму увлажнения от средних многолетних данных, а по температуре были близки к среднемноголетним значениям. Выпадение осадков в эти месяцы происходило неравномерно. Весной наблюдался дефицит атмосферных осадков, минимум которых пришелся на две первые декады мая. Наибольшее количество выпало в третью декаду июня – их количество было больше на 69,4 мм в сравнении с многолетними данными, это сопровождалось сильными ливневыми дождями, что привело к непроизводительным потерям влаги, подтоплению растений в микропонижениях. По распределению температур весна 2021 г. была прохладной, среднемесячная температура мая составила 10 °С. Пониженные температуры в июне в сочетании с избыточным увлажнением привели к затягиванию вегетационного периода. В июле и августе температура воздуха была теплее на 2–2,2 °С среднемноголетних значений. В целом за весь вегетационный период ГТК составил 1,2, что соответствует достаточному увлажнению и благоприятным условиям для развития растений (табл. 1).
Таблица 1
Теплообеспеченность и режим увлажнения вегетационного периода 2021 г.
(ГМС «Сухобузимское»)
|
Месяц |
I декада |
II декада |
III декада |
Средняя за месяц |
Средняя многолетняя |
± к средней многолетней |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Среднесуточная температура, °С |
||||||
|
Май |
9,2 |
10,2 |
10,6 |
10,0 |
8,0 |
2,0 |
|
Июнь |
15,6 |
16,6 |
15,6 |
15,9 |
15,2 |
0,7 |
|
Июль |
20,1 |
20,7 |
20,4 |
20,4 |
18,4 |
2,0 |
|
Август |
19,3 |
– |
– |
19,3 |
17,1 |
2,2 |
|
Сумма за май – август |
1592 |
1445 |
147 |
|||
Окончание табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Осадки по декадам, мм |
||||||
|
Май |
4,5 |
17,0 |
7,6 |
29,1 |
32,0 |
–2,9 |
|
Июнь |
7,6 |
5,8 |
100,0 |
113,4 |
44,0 |
69,4 |
|
Июль |
2,4 |
15,0 |
12,7 |
29,1 |
69,0 |
–39,9 |
|
Август |
21,0 |
– |
– |
21,0 |
9,3 |
11,7 |
|
Сумма за май – август |
193 |
154 |
39 |
|||
|
ГТК май – август |
1,21 |
1,06 |
0,15 |
|||
Производственный опыт размещался в звене севооборота чистый пар – картофель. Подготовка почвы к посадке включала внесение комплексного минерального удобрения азофоска N15P15K15 в дозе 60 кг д.в./га разбросным способом 4 мая с последующей его заделкой фрезой. Посадка картофеля проведена 6–7 мая автоматической четырехрядной картофелесажалкой Miedema Structural 4000. В опыте изучали сорт картофеля Коломба, который является очень ранним столовым сортом, хорошо приспособленным к различным климатическим условиям и типам почв (в т. ч. природных зон смешанных лесов и лесостепи), среднеустойчив к засухе, включен в Госреестр России в 2013 г. Первую копку клубней можно проводить уже на 35-й день после полных всходов, урожайность сорта в зависимости от времени копки может составлять от 11 до 36 т/га.
Схема опыта: 1 – контроль (непророщенные клубни картофеля); 2 – пророщенные клубни картофеля. Для подготовки к посадке картофеля был выбран режим проращивания при температуре 12 ± 2 °С, с продолжительностью освещения 10 ч в день, интенсивность 1000 лк. За неделю до высадки была снижена температура (путем проветривания склада наружным воздухом) до 6–8 °С для закаливания и предупреждения перерастания ростков. Влажность воздуха поддерживалась в интервале 75–80 %. К моменту высадки клубни имели хорошо развитые верхушечные ростки длиной до 3 см. Продолжительность проращивания (от закладки до высадки) – 26 дней.
Отбор смешанных почвенных образцов производили из слоя почвы 0–20 см и 20–40 см в 6-кратной повторности по разным вариантам и фазам развития картофеля (13 мая – начало появления проростков на контроле, рост проростков на варианте с проращиванием клубней; 17 июня – фаза появления всходов на контроле, фаза роста стеблей на варианте с проращиванием клубней; 2 июля – фаза роста стеблей на контроле, фаза бутонизации на варианте с проращиванием клубней; 9 августа – фаза бутонизации на контроле, фаза технической спелости (на варианте с проращиванием клубней). Определение нитратного азота проводили по ГОСТ 26488-85 [6], определение аммонийного азота проводили по ГОСТ 26489-85 [7], определение фосфора и калия – по Чирикову, ГОСТ 26204-91 [8].
Результаты и их обсуждение. В почвах Сибири содержание нитратных форм азота, особенно в начале вегетации, характеризуется низким уровнем, что связано с длительным сезонным промерзанием почвенного профиля. Короткий вегетационный период, активное потребление растениями и вымывание обильными осадками второй половины лета приводят к тому, что нитратные формы азота не успевают накапливаться в агропочах [9]. Известно [10–12], что динамика минеральных форм азота в агропочвах в большей степени определяется не только метеорологическими условиями вегетационного периода, но и агротехническими мероприятиями, главным из которых является внесение удобрений. В данном опыте с применением комплексных удобрений обеспеченность нитратными формами азота в первой половине вегетации была очень высокой. При возделывании раннего картофеля происходило существенное снижение содержания нитратного азота во второй половине вегетации до среднего и низкого уровня, что связано с его выносом культурой в фазу бутонизации – цветения на вариантах с пророщенными клубнями и в фазу роста стеблей – бутонизации в вариантах без проращивания (контроль). Коэффициент вариации данных в течение вегетации по содержанию нитратного азота в слое почвы 0–20 и 20–40 см на разных вариантах (с проращиванием и без проращивания клубней) изменялся от низкого (16 %) до очень высокого (77 %), при этом с глубиной степень варьирования возрастала (табл. 2). На динамику нитратного азота в агрочерноземе существенное влияние (р < 0,05) оказали изменения погодных условий в течение вегетации и варианты опыта. Показатель силы влияния фактора «срок отбора» составил в слое 0–20 см – 88 %, в слое 20–40 см – 61 %; показатель силы влияния фактора «вариант опыта» составил в слое 0–20 см – 2 %, в слое 20–40 см – 4 %. В целом за вегетационный период 2021 г. обеспеченность нитратным азотом агрочернозема в слое 0–40 см менялась от очень высокой в первой половине вегетации до средней и низкой перед уборкой раннего картофеля.
Известно, что нитратная и аммонийная форма азота физиологически равноценны для растений, однако их использование культурами в полевых условиях зависит от многих факторов: уровня кислотности, гранулометрического состава, гидротермического режима, предшественников, способов обработки почвы [13]. В изученных агрочерноземах содержание аммонийного азота в течение вегетации колебалось от повышенного до низкого уровня обеспеченности. Происходило существенное снижение содержания аммонийного азота во второй половине вегетации, что совпало с фазами бутонизации и цветения на вариантах с пророщенными клубнями и фазой роста стеблей и бутонизацией в вариантах с непророщенными клубнями картофеля.
Таблица 2
Статистические параметры содержания нитратного азота в агрочерноземах
при возделывании ранних сортов картофеля, мг/кг
|
Глубина слоя, см |
Пророщенные клубни (n = 6) |
Контроль (непророщенные клубни) (n = 6) |
|||||||
|
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
||
|
Май (посадка клубней картофеля) |
|||||||||
|
0–20 |
30,6±8,2 |
19,7 |
38,9 |
28 |
31,7±8,8 |
20,6 |
39,3 |
28 |
|
|
20–40 |
35,7±6,5 |
27,6 |
48,0 |
25 |
39,7±9,4 |
28,3 |
49,0 |
24 |
|
|
|
17 июня. Фаза роста стеблей |
17 июня. Фаза всходов |
|||||||
|
0–20 |
56,2±9,3 |
43,7 |
70,8 |
17 |
69,7±11,1 |
54,5 |
81,5 |
16 |
|
|
20–40 |
45,8±11,4 |
36,6 |
67,2 |
25 |
52,7±12,8 |
37,4 |
67,7 |
24 |
|
|
|
2 июля. Фаза бутонизации |
2 июля. Фаза роста стеблей |
|||||||
|
0–20 |
6,5±4,4 |
3,5 |
14,4 |
68 |
13,4±4,3 |
6,9 |
18,2 |
32 |
|
|
20–40 |
12,7±9,7 |
2,2 |
25,8 |
77 |
24,1±13,3 |
11,6 |
47,7 |
55 |
|
|
|
9 августа. Фаза цветения |
9 августа. Фаза бутонизации |
|||||||
|
0–20 |
8,3±3,7 |
5,7 |
14,9 |
45 |
14,1±3,6 |
8,6 |
18,1 |
26 |
|
|
20–40 |
13,5±8,2 |
4,6 |
24,5 |
61 |
23,0±11,1 |
12,5 |
42,8 |
48 |
|
В течение вегетации существенно возрастал коэффициент вариации данных по содержанию аммонийного азота как в слое почвы 0–20 см, так и в слое почвы 20–40 см. Размах сезонного варьирования содержания аммонийного азота менялся от 7–8 до 20–25 % (табл. 3). На вариантах с непророщенными клубнями в слое почвы 20–40 см обнаружено существенное снижение содержания аммонийных форм азота до низкого класса обеспеченности (ПСВ (показатель степени влияния) фактора «вариант» – 9 %) в фазу бутонизации. В большей степени на динамику аммонийного азота оказывал фактор «срок отбора», т. е. период вегетации (ПСВ фактора «срок отбора» составил 47–59 %). Динамика потребления аммонийного азота во второй половине вегетации в обоих вариантах опыта была схожей: наблюдали снижение количества аммонийной формы азота до низкого и среднего уровня обеспеченности, связанного с выносом вегетативной массой картофеля, а также трансформацией этой формы азота в нитратную в результате нитрификации.
Таблица 3
Статистические параметры содержания аммонийного азота в агрочерноземах
при возделывании ранних сортов картофеля, мг/кг
|
Глубина слоя, см |
Пророщенные клубни (n = 6) |
Контроль (непророщенные клубни) (n = 6) |
||||||
|
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
|
|
Май (посадка клубней картофеля) |
||||||||
|
0–20 |
6,7±0,4 |
5,9 |
6,8 |
7 |
6,3±0,4 |
5,8 |
6,7 |
7 |
|
20–40 |
7,2±0,6 |
6,7 |
7,9 |
8 |
7,3±0,6 |
6,6 |
7,9 |
8 |
|
|
17 июня. Фаза роста стеблей |
17 июня. Фаза всходов |
||||||
|
0–20 |
12,6±1,7 |
11,0 |
15,1 |
13 |
10,0±2,0 |
7,8 |
12,9 |
20 |
|
20–40 |
11,3±1,8 |
9,4 |
14,5 |
16 |
10,0±0,8 |
8,9 |
11,0 |
8 |
|
|
2 июля. Фаза бутонизации |
2 июля. Фаза роста стеблей |
||||||
|
0–20 |
7,2±1,7 |
5,2 |
9,0 |
24 |
8,3±0,8 |
7,0 |
9,2 |
9 |
|
20–40 |
9,0±1,0 |
7,8 |
10,6 |
11 |
7,8±2,1 |
5,7 |
10,8 |
26 |
|
|
9 августа. Фаза цветения |
9 августа. Фаза бутонизации |
||||||
|
0–20 |
8,9±1,9 |
6,7 |
11,7 |
21 |
7,9±1,6 |
6,1 |
10,6 |
20 |
|
20–40 |
8,6±1,4 |
7,4 |
11,2 |
17 |
6,4±1,6 |
5,0 |
9,0 |
25 |
Среднее содержание обменного калия в агрочерноземах характеризовалось для картофеля от повышенной обеспеченности в начале вегетации до низкой во второй половине вегетационного сезона (160,4–93,6 мг/кг), характер пространственной изменчивости варьировал от низкого до среднего уровня (Сv – 5–33 %) (табл. 4). По мере роста картофеля происходило постепенное снижение содержания калия, который интенсивно поглощался этой калиелюбивой культурой.
На динамику изменений содержания обменного калия в агрочерноземе существенное влияние оказал фактор «срок отбора» (ПСВ в слое 0–20 см – 36 %, в слое 20–40 см – 70 %).
Кроме этого, в течение вегетации обнаружена дифференциация обменного калия по слоям (ПСВ = 12,8 %). В слое почвы 0–20 см содержание обменного калия было в 1,1–1,3 раза выше по сравнению со слоем почвы 20–40 см. Снижение содержания обменного калия в подпахотном горизонте происходило наиболее интенсивно в вариантах с непророщенными клубнями.
Фосфор – обязательный компонент важнейших в метаболизме растений: нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, фосфорсодержащих эфиров, сахаров, нуклеотидов, соединений, принимающих участие в энергетическом обмене (АТФ, НАД, ФАД), витаминов. Он поглощается и функционирует в растении только в окисленной форме – в виде остатков ортофосфорной кислоты [14]. Уровень урожайности культур напрямую зависит от подвижных соединений фосфора в почве [15, 16].
Таблица 4
Статистические параметры содержания обменного калия в агрочерноземах
при возделывании ранних сортов картофеля, мг/кг
|
Глубина слоя, см |
Пророщенные клубни (n = 6) |
Контроль (непророщенные клубни) (n = 6) |
||||||
|
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Май (посадка клубней картофеля) |
||||||||
|
0–20 |
155,6±7,1 |
148,6 |
164,0 |
6 |
155,0±7,2 |
148,9 |
164,1 |
5 |
|
20–40 |
162,3±12,0 |
145,7 |
171,0 |
8 |
160,4±12,2 |
144,8 |
170,2 |
8 |
|
|
17 июня. Фаза роста стеблей |
17 июня. Фаза всходов |
||||||
|
0–20 |
129,2±18,4 |
100,2 |
147,3 |
14 |
149,8±7,2 |
135,6 |
154,6 |
5 |
|
20–40 |
99,5±14,6 |
79,9 |
114,2 |
15 |
114,2±8,6 |
104,4 |
128,8 |
8 |
Окончание табл. 4
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
2 июля. Фаза бутонизации |
2 июля. Фаза роста стеблей |
||||||
|
0–20 |
109,8±9,1 |
95,1 |
120,2 |
8 |
132,7±21,5 |
100,0 |
167,7 |
16 |
|
20–40 |
93,6±5,8 |
85,4 |
102,0 |
6 |
95,2±29,8 |
70,0 |
143,7 |
31 |
|
|
9 августа. Фаза цветения |
9 августа. Фаза бутонизации |
||||||
|
0–20 |
130,7±17,5 |
108,2 |
159,6 |
13 |
128,6±26,9 |
103,4 |
177,7 |
21 |
|
20–40 |
107,7±3,5 |
104,3 |
113,7 |
3 |
100,6±32,7 |
65,5 |
160,1 |
33 |
Высокое содержание гумуса и тяжелосуглинистый гранулометрический состав агрочерноземов привели к поглощению почвенными коллоидами подвижных фосфатов, присутствие карбонатов кальция и магния, слабощелочная и щелочная реакция почвенного раствора способствовали переходу их в труднодоступную форму даже при внесении фосфора в рекомендуемой для картофеля дозе. В связи с этим в течение вегетации обеспеченность 0–40 см слоя почв подвижным фосфором была высокой и повышенной (175–118 мг/кг) при незначительной и средней изменчивости его в пространстве и во времени (Cv – 1–34 %) (табл. 5). Установлено существенное снижение содержания подвижного фосфора в течение вегетации (ПСВ фактора «срок отбора» составил 18–22 %) (табл. 5). Исходный средний уровень обеспеченности опытных полей подвижным фосфором в майский период определил частичное удовлетворение потребности картофеля в этом элементе питания. В июне отмечалось снижение подвижного фосфора в вариантах с пророщенными и непророщенными клубнями картофеля в пахотном и подпахотном слое до среднего уровня обеспеченности. Это связано с потреблением элемента питания картофелем для формирования корневой системы и в целом роста и развития растений. Для последующего июльского периода характерна повышенная обеспеченность подвижным фосфором пахотного и средняя обеспеченность подпахотного горизонтов агрочернозема, обусловленного повышением количества осадков и увеличением температуры.
Таблица 5
Статистические параметры содержания подвижного фосфора в агрочерноземах
при возделывании ранних сортов картофеля, мг/кг
|
Глубина слоя, см |
Пророщенные клубни (n = 6) |
Контроль (непророщенные клубни) (n = 6) |
||||||
|
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
Х±Sx |
min |
max |
Cv, % |
|
|
Май (посадка клубней картофеля) |
||||||||
|
0–20 |
174,8±2,7 |
171,9 |
176,8 |
2 |
174,6±2,6 |
171,3 |
176,8 |
1 |
|
20–40 |
170,3±6,3 |
164,2 |
179,9 |
4 |
173,3±6,3 |
166,8 |
180,7 |
4 |
|
|
17 июня. Фаза роста стеблей |
17 июня. Фаза всходов |
||||||
|
0–20 |
139,5±17,9 |
112,7 |
157,7 |
13 |
142,1±28,9 |
106,6 |
189,9 |
20 |
|
20–40 |
119,5±20,8 |
85,5 |
141,1 |
17 |
113,2±21,7 |
91,1 |
152,2 |
19 |
|
|
2 июля. Фаза бутонизации |
2 июля. Фаза роста стеблей |
||||||
|
0–20 |
136,3±22,8 |
108,8 |
167,6 |
17 |
169,3±38,4 |
112,3 |
213,5 |
23 |
|
20–40 |
118,0±33,2 |
79,4 |
161,7 |
28 |
123,8±42,4 |
64,5 |
178,2 |
34 |
|
|
9 августа. Фаза цветения |
9 августа. Фаза бутонизации |
||||||
|
0–20 |
155,4±20,9 |
128,4 |
176,7 |
13 |
128,0±38,3 |
93,4 |
193,4 |
30 |
|
20–40 |
127,9±40,8 |
47,3 |
156,2 |
32 |
145,6±29,0 |
109,5 |
192,8 |
20 |
В целом на фоне высокого потребления культурой элементов питания из почвы в экспериментальном варианте (с проращиванием клубней) у сорта Коломба спустя 45 дней от массовых всходов был получен приемлемый уровень товарной урожайности (более 10 т/га) при средней массе товарного клубня 57 г. После 50 дней вегетации сорт Коломба сформировал высокую товарную урожайность (16,3 т/га), превысив контроль (без проращивания) более чем в два раза.
Заключение. Обеспеченность пахотного слоя агрочернозема нитратным азотом в течение вегетации резко снижалась, особенно на вариантах с пророщенными клубнями, в фазу бутонизации и цветения она была на среднем и низком уровне (8,3–6,5 мг/кг), на контрольных вариантах в фазу роста стеблей и бутонизации была на повышенном уровне (13–14 мг/кг). Содержание аммонийного азота также существенно снижалось до среднего и низкого уровня обеспеченности (7,2–8,3 мг/кг) в фазу бутонизации и цветения на вариантах с пророщенными клубнями и в фазу роста стеблей и бутонизации в вариантах с непророщенными клубнями картофеля. На всех вариантах опыта обеспеченность обменным калием в течение вегетации опускалась с очень высокого (155–162 мг/кг) до высокого и повышенного уровня (133–93 мг/кг), обеспеченность подвижным фосфором во второй половине вегетации также снизилась с высокого (170,4 мг/кг) до повышенного уровня (136,3 мг/кг) на вариантах с пророщенными клубнями. При этом урожайность пророщенных клубней картофеля сорта Коломба после 50 дней вегетации составила 16,3, на контроле – 8,2 т/га. Таким образом, пророщенные клубни картофеля в 2 раза эффективнее используют элементы питания из внесенных минеральных удобрений для формирования урожая.
