POTATO PRODUCTIVITY DEPENDING ON THE GROWING DOSES OF NITROGEN FERTILIZERS UNDER THE IRRIGATION OF GRAY FOREST SOILS OF FOREST STEPPE IN THE MIDDLE VOLGA REGION
Abstract and keywords
Abstract (English):
Field experiments were carried out in 2014-2016 on the experimental field of Plant growing and horticulture Department of Kazan State Agrarian University. The effectiveness of increasing doses of nitrogen fertilizers in the cultivation of the mid-early ripening group of potatoes of Gala variety on gray forest medium loam granulometric composition of the soil was studied. The agrochemical characteristics of the soil were as follows: the humus content in the arable layer of the soil according to Tyurin was 3.25-3.31%, the pH of the salt extract was 5.6-5.7, the easily hydrolyzed nitrogen was 140-152 mg/kg of soil, the mobile phosphorus was 142-145 mg/kg, exchange potassium - 151-156 mg/kg of soil. The effect of the studied doses of fertilizers on the productivity of potato tubers, the dry matter content, starch, nitrates and taste qualities was established. The optimal dose of nitrogen fertilizers for potatoes was established against the background of mineral fertilizers Р120К120S30 and chelated forms of microelements: copper, boron and molybdenum as part of ZhUSS-1 and ZhUSS-2. Nitrogen fertilizers were applied depending on the option in increasing doses - N30, N60, N90, N120 kg of active substance. In the process of research it was found that the fertilizers applied in a dose of Р120К120S30 (background) increased the productivity of potato tubers on average for 3 years by 5.01 tons per hectare. Nitrogen fertilizers introduced in addition to the background (Р120К120S30) as their dose increased from 30 to 120 kg of active substance per hectare provided an increase in yield by 3.33-7.25 tons per hectare. An increase in the doses of nitrogen fertilizers contributed to a decrease in the dry matter, starch, and taste in the tubers, while the amount of nitrates increased, but was significantly lower than the maximum allowable concentration.

Keywords:
microelements, nitrogen, mineral fertilizers, productivity, potatoes (Solanum tuberosum), vitamin C, starch, protein, nitrates.
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение. Один из основных факторов нормального роста и развития растений, формирования высоких урожаев картофеля – применение удобрений [1,2,3,4,5,6].  В агрономической практике, установленным фактом, является то, что наибольшее влияние на урожайность картофеля оказывают азотные удобрения [7,8].  На долю азота в этом процессе составляет 20% [9]. Актуальная задача современного картофелеводства – снижение затрат элементов питания вносимых удобрений на формирование единицы урожайности картофеля. Эту задачу можно решить дифференцированным применением азота на фоне внесения фосфорно-калийных удобрений.  

Эта культура имеет слаборазвитую корневую систему, за время вегетации накапливает значительное количество сухого вещества, поэтому   предъявляет повышенные требования к элементам питания.   Всходы растений картофеля появляются лишь после укоренения ростка в почве и начала поступления элементов минерального  питания через корни  [10]. 

При разработке системы удобрения картофеля необходимо учитывать среднераннюю группу спелости сорта картофеля.  Ранние сорта относительно сильнее отзываются на минеральные туки, особенно в повышенных  дозах, чем поздние сорта. Наоборот, поздние сорта лучше используют питательные вещества органических удобрений и почвы. Дозы азотных удобрений под ранние, среднеранние и среднеспелые сорта составляет – 90…100 кг, а под поздние – 60…90 кг/га д.в. [11].

Из элементов минерального питания картофель наибольшее количество   потребляет азот, фосфор и калий [12]. Азотное удобрение играет первостепенную роль  в формировании высоких урожаев картофеля. При недостатке азотного питания происходит значительное снижение    урожайности клубней картофеля, что связано с низким приростом клубней в период их формирования и преждевременным отмиранием надземной массы [13]. Однако и одностороннее  высокое  питание азотом приводит к чрезмерному росту надземной массы картофеля и   торможению роста и развития клубней, а также к снижению показателей их качества [14, 15].

Картофель формирует высокие урожаи клубней и надземной массы,  с которым выносит большое количество питательных веществ. Сера   один из этих элементов, входящих в состав белков и участвующих в их синтезе. Этот элемент в почвах представлен преимущественно органическими соединениями, входящими в состав гумуса. Сера играет значительную роль в обмене веществ, оказывает влияние на образование хлорофилла, усиливает развитие корневой системы растений [16]. Некоторые авторы отмечают, что внесение кремния снижает водно-дефицитный стресс картофельного растения [17].

Н.Е. Власенко [18] отмечает, что высокие  фоны минерального питания, особенно азотные обуславливают не только накопление нитратов, но и снижение содержания в клубнях сухого вещества, крахмала, а также вызывают ухудшение кулинарных и вкусовых качеств картофеля.

Цель исследований – изучить особенности формирования урожайности картофеля среднеранней группы спелости Гала в условиях лесостепи Среднего Поволжья. Определить наиболее эффективную дозу минеральных удобрений при применении хелатных форм микроудобрений (ЖУСС-1 для обработки клубней и ЖУСС – 2 для некорневого внесения во время вегетации). 

Условия, материалы и методы исследования. Исследования проводили в 2014-2016 гг. Почва опытного участка  серая лесная среднесуглинистого гранулометрического состава имела следующие агрохимические характеристики: рН солевой вытяжки – 5,6-5,7; содержание гумуса –  3,25-3,31 %; легкогидролизуемого азота – 140-152 мг/кг; подвижного фосфора –  142-145, обменного калия – 151-156 мг/кг почвы. 

Для посадки использовали семенные клубни первой репродукции с массой  60-65 г. Предшественник во все годы исследования   озимая пшеница, под которую вносилось 40 т/га органических удобрений. Ширина междурядья 75 см, густота посадки  53,2 тыс. клубней на га (25×75 см). Глубина посадки 10-12 см, общая площадь делянки составляла – 72 м2, учетная 60 м2. Осенняя подготовка почвы состояла из    лущения стерни дисковыми лущильниками на глубину 6…8 см после уборки предшественника, а через 10…12 дней вспашка оборотным плугом EuroDiamant на глубину 22-24 см.  Весной  фрезерование вертикально фрезерным культиватором  Zirkon – 7/300. Посадку проводили четырехрядной картофелесажалкой  Hassia SL 4 BZS.

Объектом исследований служил среднеранний сорт Гала.  Схема опыта предусматривала изучение  следующих вариантов: без удобрений (контроль); Р90К120S30 фон; фон + N30; фон + N60; фон + N90; фон + N120Макроудобрения вносили во время посадки. Во всех вариантах, кроме контрольного (без удобрений) вносили  микроэлементы легкоусвояемой, хелатной форме   в составе жидкого удобрительно-стимулирующего состава ЖУСС-1 (для обработки клубней перед посадкой 0,5%-ным раствором  из расчета 10 л/т) и ЖУСС-2 (для двукратной обработки растения во время вегетации 0,2%-ным раствором из расчета 500 л/га в фазе образования бутонов и через две недели).  Посадку проводили в 2014 г проводили 10 мая, в 2015 г – 12 мая, 2016 г – 10 мая.

Орошение производили дождеванием (400 м3/га) 3 раза за вегетационный период. Первый полив фазе образования бутонов второй и третий во время интенсивного прироста клубней. 

Учет урожая проводили взвешиванием клубней на каждой делянке. 

Анализ и обсуждение результатов исследования. Анализ данных по количеству всходов показал, что внесенные удобрения не оказали существенного влияния на их количество, которое, в зависимости от варианта, варьировало от 52,69 на контроле до 52,86 тыс. шт./га. В среднем за годы исследований в  контрольном варианте линейные размеры  стеблей растений картофеля изучаемого сорта  составили 52 см, а при внесении удобрений в дозе   – N120Р120К120S30 на 17 см выше (рис. 1).

Хотя и число стеблей на 1 куст является сортовым признаком, который определяется числом ростков, массой семенных клубней, физиологическим состоянием посадочного материала, наши исследования показали, что уровни минерального питания оказали некоторое влияние на число стеблей на 1 куст и на 1 га. Оно  при внесении фона удобрений увеличилось на 0,3 на 1 куст и 16 тыс. штук на 1 га. Максимальными (4,6 штук на 1 куст и 243 тыс. шт./га) величины этих показателей отмечены на фоне внесения удобрений в дозе N90Р120К120S30. и N120Р120К120S30.

 На фоне естественного плодородия без применения удобрений  урожайность картофеля среднераннего  сорта  Гала  формировалась  доста-точно высокая во все годы исследования (24,70-26,16 т/га), что можно объяснить внесением органических удобрений под предшественник и применения  орошения посадок картофеля (табл. 1).

Анализ результатов исследований показал, что прибавка урожая  картофеля при внесении фоновых удобрений (Р120К120S30) по отношению к контролю в 2014 г. составила 5,33 т/га, в 2015 г. –  3,76, в 2016 г. –  6,05 т/га,   а в среднем за три года 5,01 т/га.   Возрастающие дозы азотных удобрений, на фоне фосфорно-калийных удобрений, весьма существенно повлияли на продуктивность картофеля.

Применение  даже минимальной дозы  азотных удобрений (30 кг д.в./га) существенно повлияло на урожайность клубней картофеля. По сравнению с фоновым вариантом она повысилась на 3,33 т/га, а при внесении N60 дополнительный сбор клубней составил 4,76 т/га,  N90 – 6,65 т/га. Самая высокая урожайность в  опыте (37,72 т/га) получена при внесении азота в дозе – N120  на  фоне Р120К120S30что  на 12,26 т/га превышало уровень урожайности контрольного и на 7,25 т/га – фонового варианта. 

Наиболее важным показателем рационального использования удобрений  при возделывании картофеля является получение дополнительной продукции на 1 кг внесенного действующего вещества. По результатам опытов видно,  что она была самой высокой при внесении  минимальной дозы    азотных удобрений (N30 кг/га действующего вещества)  (рисунок 1), где  в зависимости от года исследований она составила 81-129 кг клубней на 1 кг действующего вещества азота.

С повышением дозы азотного удобрения до 60 кг/га и более его окупаемость снижалась. В зависимости от года исследований при дозе азота  N60  она составила 72-90 кг, при дозе N90 – 72-80 кг/кг, а при дозе N120 –57-63 кг клубней на 1 кг д.в. азота.

Внесение минеральных удобрений оказывало влияние на формирование не только урожайности клубней, но и на показатели их качества. Азотные удобрения усиливают рост и развитие растений, тем самым удлиняя период вегетации. Поэтому установление оптимальной дозы азотных удобрений важно для получения качественных клубней.  Содержание   сухого вещества в клубнях картофеля в контрольном варианте в среднем за 3 года составило 23,0%, а внесение фоновых удобрений (Р120К120S30) повысило  на 0,27 % (рисунок 2).

При внесении азота в дозе N30 совместно с фоновыми удобрениями содержание сухого вещества было на уровне контрольного варианта. Дальнейшее повышение азотных удобрений приводило снижению синтеза сухого вещества в картофеле, особенно при внесении более высоких доз (N 90-120). 

  Применение фосфорно-калийных и серных удобрений (Р120К120S30)  обеспечило повышение содержания крахмала в клубнях картофеля на 0,13 %.  Азотные удобрения в дозе N30 совместно с фоновыми удобрениями не снижали содержание крахмала.  Применение азотных удобрений в более высоких дозах (N60-N120) сопровождалось снижением содержания крахмала в клубнях по сравнению фосфорно-калийным фоном, на 0,3-0,8 %.

Содержание нитратов в клубнях в контрольном варианте  было не высоким и в среднем  за три года составило 44,3 мг/кг. Применение азота в умеренных (N30 и N60) и даже высоких (N90 и N120) дозах совместно с   фосфорно-калийными и серными удобрениями   (Р120К120S30) не приводило к существенному накоплению нитратов в клубнях, по сравнению с контролем. При внесении максимальной дозы азота накопление нитратов в клубнях картофеля не превышало ПДК.   

Выводы. В условиях орошения внесение азотных удобрений на фоне   фосфорно-калийных и серных удобрений на серых лесных почвах является эффективным приемом при выращивании среднераннего  картофеля.

Применение азотных удобрений под картофель сорта Гала в возрастающих дозах от 30 до 120 кг/га в условиях опыта было целесообразным, так как приводило к достоверной прибавке урожайности, не являлось опасным для использования полученного урожая в качестве продукта питания.

Использование умеренных доз азотных удобрений (N30 и N 60) не оказывало значительного влияния на содержание сухого вещества в клубнях картофеля, а повышенных и высоких доз (N90 и N 120) – приводило к заметному снижению уровня его накопления.

Содержание крахмала в клубнях картофеля было наибольшим на фоне фосфорно-калийных и серных удобрений (12,8 %) и совместного их применения с N30 (12,7 %), а с увеличением доз азотных удобрений  до 60, 90 и 120 кг д.в./га снижалось до 12,5, 12,1 и 12,0 %.

В условиях орошения применение азотных удобрений в высоких (N90 -N 120) дозах на фоне фосфорно-калийных и серных удобрений (P120К120S30) не приводило к избыточному накоплению нитратов,  превышающему ПДК. 

 

References

1. Vladimirov K.V., Fomin V.N., Chekmarev P.A. The effectiveness of the estimated doses of fertilizers to obtain the planned potato crops on the gray forest soil of the forest-steppe of the Middle Volga region. [Effektivnost raschetnykh doz udobreniy na poluchenie zaplanirovannykh urozhaev kartofelya na seroy lesnoy pochve lesostepi Srednego Povolzhya]. // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - Achievements of science and technology of the agricultural sector. 2012. № 2. P. 31-33.

2. Vladimirov S.V. Formirovanie urozhaya kartofelya v zavisimosti ot urovnya mineral'nogo pitaniya na seroy lesnoy pochve lesostepi Srednego Povolzh'ya // Vestnik Kazanskogo GAU. 2013. № 2(28). S. 110-114.

3. The productivity of the early-ripening variety Vineta, depending on planting density and mineral nutrition background on gray forest soils of the forest-steppe of the Middle Volga. [Produktivnost rannespelogo sorta Vineta v zavisimosti ot gustoty posadki i fona mineralnogo pitaniya na serykh lesnykh pochvakh lesostepi Srednego Povolzhya]. / I.R. Gareev, K.V. Vladimirov, A.A. Mostyakova and others. // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. - The Herald of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2016. Vol. 18. № 2. P. 55-58.

4. Morier T., Cambouris A.N., Chokmani K. IN-Season nitrogen status assessment and yield estimation using hyperspectral vegetation indices in a potato crop. // Agronomy Journal. 2015. Vol. 107. №4. P. 1295-1309.

5. Mostyakova A.A., Vladimirov V.P., Gareev I.R., Sitnickova N.V. Ways to increase the use of photosynthetic active radiation by early ripening varieties of potato in Middle Volga Region, Russia. // Biology and Medicine Research Article. Volume 7, Issue 1 Article ID: BM-066-15, 2015. - P. 1-7.

6. Flis S. 4R pragtices for fertilizer management in potatoes //4R Nutrient Stewardship. - 2019. DOI: 10. 2134. P. 8-10.

7. Vlasenko V.N. Udobrenie kartofelya. [Fertilizer of potatoes]. / V.N. Vlasenko. M.: Agropromizdat, 1987. - P. 218.

8. Nazaryuk V.M. Balans i trasformatsiya azota v agroekosistemakh. [Nitrogen balance and transformation in agroecosystems]. / V.M. Nazaryuk. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2002. - P. 257.

9. Sturm H. Gezielterdungen.- Main: 3. Auft, Verlag Union Agrar Frankfurt / H. Sturm, A. Buchner, W. Zerulla // Main.1994.- P. 471.

10. Vecher A.S., Goncharik M.N. Fiziologiya i biokhimiya kartofelya. [Physiology and Biochemistry of potato]. Minsk: Science and Technology Minsk: Nauka i tekhnika, 1973 . - P. 263.

11. Sortove resursy i peredovoy opyt proizvodstva kartofelya. [Varietal resources and best practices in the production of potatoes]. / E.A. Simakov, B.V. Anisimov, A.V. Korshunov and others. // Bibliotechka “V pomosch konsultatu”. M.: FGNU “Rosinformagrotekh”, 2005. - P. 348.

12. Kartofel. Vyraschivanie , uborka, khranenie. [The potato. Growing, harvesting, storage]. / D. Shpaar, A. Bykin, D. Dreger and others. / Efited by D. Shpaar. M.: OOO DLV AGRODELO, 2016. P. 458.

13. Kukresh N.P. The effect of increasing doses of nitrogen fertilizers on the productivity and quality of tubers. [Deystvie vozrastayuschikh doz azotnykh udobreniy na urozhay i kachestvo klubney]. / N.P. Kukresh // Trudy VIUA. - Proceedings of All-Russian Scientific Research Institute of Fertilizers and Agricultural Soil Science. Issue 61. M. 1980. P. 84-88.

14. Nitsh A. Stickstoff - und Kaliumdungung der Kartoffel. / A. Nitsh, K. Klein // Der Kartoffelbau, 1992, N 43. - P. 24-26.

15. Votoupal B. et al. Nektere priciny zmen ve stolni nodnote bramborovych hliz. - Uroda, 1976, r. 24, № 6. - P. 251-253.

16. Spravochnik agrokhimika. [Reference agrochemist]. / I.D. Davlyatshin, M.Yu. Gilyazov, A.A. Lukmanov and others. / edited by I.D. Davlyatshina. Kazan: ID MeDDoK, 2013. P. 300.

17. Pilon C. Foliar or soil applications of silicon alleviate water-deficit stress of potato plants /C/ Pilon, R.P. Sorato, F. Broetto, A. M. Fernandes //Agronomy Journal. 2014. Vol. 106. № 6. P. 2325-2334.

18. Vlasenko N.E. Udobrenie kartofelya. [Fertilizer for potatoes]. / N.E. Vlasenko. - M.: Agropromizdat, 1987. - P. 219.

19. Vladimirov S.V. Potato crop formation depending on the level of mineral nutrition on the gray forest soil of the forest-steppe of the Middle Volga. [Formirovanie urozhaya kartofelya v zavisimosti ot urovnya mineralnogo pitaniya na seroy lesnoy pochve lesostepi Srednego Povolzhya]. // Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - The Herald of Kazan State Agrarian University. GAU. 2013. № 2(28). P. 110-114.

Login or Create
* Forgot password?