Влияние густоты посадки и расчетных доз минеральных удобрений на фотосинтетическую деятельность и формирование урожая картофеля в условиях Южного Урала

Аграрная наука Евро-Северо-Востока, № 2 (33), 2013 г. УДК 635.21: 631.5

Влияние густоты посадки и расчетных доз минеральных удобрений на фотосинтетическую деятельность и формирование урожая картофеля в условиях Южного Урала

Александр Анатольевич Васильев, кандидат с.-х. наук, ученый секретарь ГНУ ЮУНИИПОК Россельхозакадемии, г. Челябинск, Россия

E-mail: kartofel_chel@mail.ru Изучено влияние сорта, густоты посадки и уровня питания на фотосинтетическую деятельность и урожайность картофеля в условиях Южного Урала. Установлено оптимальное сочетание агротехнических приемов, дана количественная оценка их действия и взаимодействия.

Ключевые слова: картофель, сорт, густота посадки, уровень питания, фотосинтез, вклад фактора, урожайность, семенная фракция

Урожай культурных растений формируется в процессе фотосинтеза. Величина урожая определяется размерами, продолжительностью и интенсивностью работы ассимиляционного аппарата. Наибольшую урожайность картофеля формируют те посевы, которые на 60 день вегетации имеют площадь листьев 30-40 тыс. м2/га [1]. Для устойчивого роста продуктивности картофеля существует необходимость разработки таких приемов возделывания, которые обеспечили бы повышение коэффициента усвоения ФАР путем подбора сортов с высокой интенсивностью фотосинтеза, улучшения условий влагообеспеченности и минерального питания, изменения структуры посева, повышения обеспечения растений углекислотой и др. [2].

Материал и методы. В 2008-2010 гг. в условиях лесостепной зоны Южного Урала изучалось влияние расчетных доз минеральных удобрений на урожайность различных по скороспелости сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) в зависимости от густоты посадки. Предшественник - сидеральный пар (яровой рапс). Фракция семенного материала - 50-80 г. Глубина посадки - 6-8 см.

Схема опыта. Фактор А - сорт картофеля: 1. Губернатор (ранний). 2. Невский (среднеранний). 3. Спиридон. 4. Тарасов. 5. Балабай (среднеспелые). Фактор В -густота посадки: 1. 40,4 тыс. клубней на 1 га (75х33 см). 2. 55,5 тыс. клубней на 1 га (75х24 см). 3. 70,1 тыс. клубней на 1 га (75х19 см). Фактор С - дозы удобрений: 1. Без удобрений (контроль). 2. Расчет доз удобрений под урожай 25 т/га. 3. Расчет доз удобрений под урожай 40 т/га. 4. Расчет доз удобрений под урожай 50 т/га.

Нормы удобрений установлены рас-четно-балансовым методом с учетом содержания и коэффициентов использования элементов питания из почвы, сидерата и удобрений. Минеральные удобрения (нитроаммофоска 16:16:16, аммиачная селитра, двойной суперфосфат и сульфат калия) вносили дробно: основную часть - под весеннюю обработку почвы, стартовую дозу ^2Р32К32 - во время посадки картофеля. В среднем за три года доза удобрений под урожай 25 т/га составила N74Р68К71, под урожай 40 т/га - ^84Р218К271, под урожай 50 т/га

- ^64Р318К407.

Закладка опыта, анализы, учеты и наблюдения проводились в соответствии с общепринятыми методиками. Математическую обработку данных осуществляли методом дисперсионного анализа с расчетом вклада фактора в общую вариацию признака [3].

Почва опытного участка - чернозем выщелоченный среднесуглинистый с содержанием гумуса 5,9-6,3%, слабо- и среднеки-слой реакцией почвенного раствора (рНсол -4,80-5,12). Содержание подвижного фосфора (по Чирикову) - 8,6-12,2 мг/100 г, обменного калия (по Чирикову) - 11,3-32,1 мг/100 г почвы.

Период активной вегетации растений (июнь-август) 2008 г. был признан влажным (ГТК = 1,68), 2009 г. - достаточно влажным (ГТК = 1,21) и 2010 г. - засушливым (ГТК = 0,65).

Результаты и их обсуждение. Многофакторные полевые исследования позволяют обнаружить оптимальное сочетание агротехнических приемов и дать количественную оценку их действия и взаимодейст-

вия [4, 5]. По Б.А. Доспехову [3] вклад фактора - часть общего варьирования, обусловленная его влиянием, а эффект взаимодействия - это часть варьирования, вызванная различным действием одного фактора при разных градациях другого.

Наибольшая листовая поверхность в наших опытах отмечена в фазе цветения культуры. Увеличению листового индекса способствовало загущение посадок и применение расчетных доз минеральных удобрений. В среднем за три года площадь листьев сорта Губернатор достигала 45,95 тыс. м2/га, Невский - 40,38, Спиридон - 43,21, Тарасов - 43,85 и Балабай - 41,26 тыс. м2/га в варианте №РК под урожай 50 т/га при загущенной посадке.

Фотосинтетический потенциал посева (ФП), характеризующийся суммарной площадью листьев за каждый день вегетационного периода, достигал наибольших значений также в варианте использования удобрений под урожай 50 т/га и густоте посадки 70,1 тыс. клубней на 1 га: у сорта Губернатор - 2,644, Невский - 2,303, Спиридон - 2,490, Тарасов - 2,534 и Балабай - 2,365 млн. м2 • сут/га, что было в 1,7-2,1 раза выше, чем в варианте без удобрений с разреженной густотой посадки. Увеличение густоты посадки с 40,4 до 70,1 тыс. клубней на 1 га приводило к росту ФП картофеля у сорта Губернатор (в среднем по фонам питания) на 25,2%, Невский - на 36,8, Спиридон - на 25,7, Тарасов - на 32,5, Балабай - на 38,8% (табл. 1).

Таблица 1

Фотосинтетический потенциал посевов картофеля, млн. м2 • сутки на 1 га

Густота посадки

Губернатор Невский Спиридон Тарасов Балабай

70,1 тыс. клуб./га Без удобрений - 1,959 1,577 1,889 1,908 1,780

^4Р68К71 25 2,283 1,868 2,076 2,221 2,007

^84?218К271 40 2,490 2,116 2,393 2,426 2,242

^64Р318К407 50 2,644 2,303 2,490 2,534 2,365

55,5 тыс. клуб./га Без удобрений - 1,726 1,401 1,662 1,681 1,542

К74?68К71 25 2,046 1,708 1,877 1,931 1,805

^184Р218К271 40 2,269 1,880 2,080 2,083 1,925

^64?318К407 50 2,344 1,984 2,224 2,197 2,043

40,4 тыс. клуб./га Без удобрений - 1,556 1,106 1,497 1,446 1,272

^4?68К71 25 1,774 1,408 1,709 1,642 1,468

^184Р218К271 40 1,975 1,514 1,820 1,787 1,545

^64Р318К407 50 2,093 1,621 1,932 1,921 1,671

Важным показателем, характеризующим интенсивность работы ассимиляционного аппарата, является чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ). Она измеряется количеством сухой органической массы в граммах, которое синтезирует 1 м2 листовой поверхности за сутки. В нашем опыте ЧПФ была максимальной в фазе бутонизации - от 6,28 до 9,94 г/м2 в сутки. Средневзвешенная за вегетацию ЧПФ варьировала в пределах от 3,32 до 5,59 г/м2 в сутки в зависимости от

сорта, густоты посадки и уровня питания (табл. 2). У сорта Тарасов наибольшая чистая продуктивность фотосинтеза была на фоне внесения удобрений под урожай 25 т/га и густоте посадки 55,5 тыс./га (4,77 г/м2 в сутки) у остальных сортов - на фоне без удобрений: Губернатор и Спиридон - при густоте посадки 70,1 тыс./га (3,93 и 5,59 г/м2 в сутки), Невский и Балабай - 40,4 тыс. клубней на 1 га (4,82 и 4,79 г/м2 в сутки соответственно).

Таблица 2

Чистая продуктивность фотосинтеза картофеля

Густота посадки

Губернатор Невский Спиридон Тарасов Балабай

70,1 тыс. клуб./га Без удобрений - 3,93 4,69 5,59 4,36 3,81

N74^8^1 25 3,57 4,34 5,37 4,01 4,15

N184^18^71 40 3,93 4,21 5,02 3,98 4,17

N264^18^07 50 3,55 3,87 4,78 4,01 3,89

55,5 тыс. клуб./га Без удобрений - 3,86 4,69 5,15 4,49 4,62

N74^8^1 25 3,80 4,66 5,51 4,77 4,44

N^84^18^71 40 3,83 4,29 5,20 4,48 4,56

N264^18^07 50 3,83 4,25 4,97 4,58 4,44

40,4 тыс. клуб./га Без удобрений - 3,73 4,82 4,52 4,54 4,79

N74P68K71 25 3,68 4,70 4,59 4,51 4,59

N184^18^71 40 3,54 4,54 4,51 4,53 4,55

N264^18^07 50 3,32 4,05 4,35 4,32 4,46

Коэффициент использования фотосинтетической активной радиации (ФАР) увеличивался по мере повышения уровня минерального питания и густоты посадки картофеля. Наибольший коэффициент использования ФАР зафиксирован на загущенных посадках:

картофеля сортов Невский и Тарасов на фоне внесения расчетных доз удобрений под программируемый урожай 50 т/га - 3,92 и 4,46%, а у сортов Балабай, Губернатор и Спиридон -на фоне удобрений под урожай 40 т/га -4,11%, 4,30 и 5,28% соответственно (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициент использования ФАР картофелем в зависимости от сорта, густоты посадки и расчетных доз удобрений, %

Густота посадки

Губернатор Невский Спиридон Тарасов Балабай

70,1 тыс. клуб./га Без удобрений - 3,39 3,25 4,64 3,66 2,98

N74P68K71 25 3,58 3,56 4,89 3,92 3,66

N^84^18^71 40 4,30 3,91 5,28 4,24 4,11

N264^18^07 50 4,12 3,92 5,23 4,46 4,05

55,5 тыс. клуб./га Без удобрений - 2,93 2,89 3,76 3,32 3,13

N74^8^1 25 3,41 3,50 4,54 4,05 3,52

N184^18^71 40 3,82 3,54 4,75 4,10 3,86

N264^18^07 50 3,95 3,70 4,86 4,42 3,99

40,4 тыс. клуб./га Без удобрений - 2,55 2,34 2,97 2,89 2,68

N74^8^1 25 2,87 2,91 3,45 3,25 2,96

N184^18^71 40 3,08 3,02 3,60 3,56 3,09

N264^18^07 50 3,05 2,88 3,70 3,64 3,27

Дисперсионный анализ трехфакторно-го полевого опыта показал, что площадь ассимиляционной поверхности и фотосинтетический потенциал посевов картофеля в сильной степени зависят от густоты посадки (вклад фактора - 59,2 и 55,2%), в меньшей мере от - расчетных доз удобрений (29,6 и 33,3%) и сорта (9,9 и 10,8% соответственно). Чистая продуктивность фотосинтеза картофеля определяется главным образом генотипом (69,6%). Доля вариации, обусловленная густотой посадки, составляет 10,5%, уровнем минерального питания - 9,0 %, взаимодействием АВ (сорт и густота посадки) -8,3%. Коэффициент использования ФАР зависит от густоты посадки (54,7%), генотипа (22,0%), расчетных доз удобрений (21,0%) и взаимодействия АВ (1,3%).

Высокое эффективное плодородие выщелоченных черноземов лесостепной зоны

Южного Урала и запашка ярового рапса на сидерат позволяют получать без применения минеральных удобрений урожайность клубней картофеля на уровне 25,26-40,27 т/га в зависимости от сорта и густоты посадки.

Применение минеральных удобрений в дозах, рассчитанных на урожайность 25 т/га, гарантировало получение запланированного урожая в условиях засушливого 2010 г. сортами Губернатор, Невский и Спиридон при схеме посадки 75х24 и 75х19 см, а сортами Тарасов и Балабай - 75х33, 75х24 и 75х19 см. В среднем за 2008-2010 гг. расчетные дозы удобрений под урожай клубней 40 т/га обеспечивали получение программируемой урожайности сортами Губернатор, Спири-дон, Тарасов и Балабай при густоте посадки 55,5 и 70,1 тыс. клуб./га. Сорт Невский формировал лишь 95,5-97,3% запланированной урожайности (табл. 4).

Таблица 4

Урожайность картофеля в зависимости от сорта, густоты посадки и уровня минерального питания, т/га

Густота посадки

Губернатор Невский Спиридон Тарасов Балабай

70,1 тыс. клуб./га Без удобрений - 32,83 31,76 40,27 36,11 28,92

К74?68К71 25 35,42 35,07 42,52 38,53 35,95

^84Р218К271 40 44,25 38,94 46,83 41,75 41,70

^64?318К407 50 43,19 39,46 47,41 44,43 41,58

55,5 тыс. клуб./га Без удобрений - 28,73 30,30 33,64 33,11 31,54

N74^8^1 25 33,85 37,24 41,70 41,17 35,76

^184Р218К271 40 39,48 38,21 44,15 41,30 39,76

^64Р318К407 50 42,71 40,43 46,43 46,50 42,52

40,4 тыс. клуб./га Без удобрений - 26,04 25,26 27,15 29,33 27,46

^4Р68К71 25 30,25 31,92 32,39 33,24 30,79

^84?218К271 40 33,02 33,60 34,14 36,91 32,94

^64Р318К407 50 33,47 32,43 35,88 38,98 36,02

НСР05 общ. = 3,17; НСР05 (А) = 0,92; НСР05 (В) = 0,71; НСР05 (С) = 0,82

В варианте с удобрениями под урожай 50 т/га программируемый уровень урожайности у сортов Губернатор, Спиридон, Тарасов и Балабай достигался при густоте посадки 55,5 и 70,1 тыс. клубней на 1 га в услови-

ях влажного 2008 года (ГТК = 1,68) - 58,2963,39 т/га, 53,06-57,64 т/га, 50,94-51,98 и 53,19-55,25 т/га соответственно, а у сортов Тарасов и Спиридон, кроме того, в условиях достаточного увлажнения 2009 года

(ГТК = 1,21) - 50,67-52,19 и 52,10-56,98 т/га. Наибольшая урожайность сорта Невский составляла 45,11 т/га в условиях 2009 года. В среднем за три года величина урожая картофеля на этом фоне минерального питания составляла 64,9-94,8 % от расчетной в зависимости от сорта и густоты посадки.

В рамках многомерного анализа установлено, что в среднем за 3 года урожайность картофеля в лесостепной зоне Южного Урала главным образом зависела от густоты посадки (вклад фактора - 46,6%), уровня минерального питания (42,7%) и сорта (8,0%).

Анализ структуры урожая картофеля показал, что повышение уровня питания увеличивает количество и среднюю массу клубней в гнезде. Загущение посадок, наоборот, снижает продуктивность, среднюю массу и количество клубней в расчете на 1 куст. Коэффициент хозяйственной эффективности при этом изменялся не существенно. Значительный вклад в изменчивость продуктивности картофеля был обусловлен густотой посадки (вклад фактора - 68,9%) и уровнем питания (24,4%), в меньшей степени - выбором сорта (5,1%). Число и средняя масса клубней в гнезде, наоборот, в большей степени зависят от генотипа (49,2 и 45,5% соответственно), чем от густоты посадки

(30,8 и 40,0%) и расчетных доз удобрений (16,8 и 9,9%). Коэффициент хозяйственной продуктивности также в основном зависел от сорта (76,2%), в меньшей степени от густоты посадки (13,5%) и доз удобрений (3,3%).

Увеличение густоты посадок с 40,4 до 70,1 тыс. клубней/га и уровня минерального питания способствовало повышению сбора клубней семенной фракции (от 30 до 100 г) с единицы площади. Загущение посадок увеличивало этот показатель у сорта Губернатор в среднем по фонам питания в 1,61 раза, Невский - в 1,55 раза, Спиридон - в 1,57 раза, Тарасов - в 1,47 и Балабай - в 1,49 раза. Внесение удобрений под урожай 25 т/га повышало сбор семенных клубней с 1 га в среднем по изучаемым сортам на 15,331,6%, под урожай 40 т/га - на 18,1-32,9%, под урожай 50 т/га - на 6,6-17,8% в зависимости густоты посадки. Наибольшим этот показатель был при схеме посадки 75х19 см на фоне внесения удобрений под урожай 40 т/га (в среднем за 2008-2010 гг. -^89Р218К271): Губернатор - 241,8, Невский -326,7, Спиридон - 286,2, Тарасов - 290,4 и Балабай - 243,7 тыс. шт. на 1 га (табл. 5). Густота стеблестоя на этих вариантах составляла соответственно: 256, 290, 217, 313 и 250 тыс. стеблей на 1 га.

Таблица 5

Сбор клубней семенной фракции с 1 гектара, тыс. шт.

Густота посадки

Губернатор Невский Спиридон Тарасов Балабай

70,1 тыс. клуб./га Без удобрений - 164,6 267,5 241,4 244,7 154,3

К74?68К71 25 193,8 292,6 259,6 276,0 198,6

^84Р218К271 40 241,8 326,7 286,2 290,4 243,7

^264Р318К407 50 223,3 255,8 269,7 259,0 209,3

55,5 тыс. клуб./га Без удобрений - 133,4 218,4 185,0 197,9 148,9

^4?68К71 25 186,0 277,4 237,4 233,8 184,8

^184Р218К271 40 179,8 251,8 242,6 241,2 230,3

^^264Р318К407 50 168,5 232,4 209,5 228,5 190,0

40,4 тыс. клуб./га Без удобрений - 96,5 185,3 152,3 168,3 126,6

^4Р68К71 25 156,1 188,8 180,3 184,3 145,8

^84Р218К271 40 130,7 190,9 183,7 200,4 142,2

^^264Р318К407 50 128,4 170,6 158,7 174,3 126,3

При густоте посадки 55,5 тыс. клубней на 1 га у сортов картофеля Губернатор и Невский наибольший сбор клубней семенной фракции отмечался на фоне внесения расчетных доз удобрений под урожай 25 т/га (в среднем за 2008-2010 гг. - ^Лв^) -186,0 и 277,4 тыс. шт./га. У среднеспелых сортов картофеля наибольшее число семенных клубней с 1 га было получено в варианте внесения МРК на урожай 40 т/га, но при этом только у сорта Балабай разница с вариантом внесения ЫРК на урожай 25 т/га была существенной - 230,3 и 184,8 тыс. семенных клубней на 1 га. Очевидно, в лесостепной зоне Южного Урала при возделывании картофеля на семенные цели при густоте посадки 55,5 тыс. клубней на 1 га для сортов Гу-

Выводы. Высокое эффективное плодородие выщелоченных черноземов Южного Урала и запашка ярового рапса на сидерат позволяют получать без применения минеральных удобрений урожайность картофеля на уровне 25,26-40,27 т/га в зависимости от сорта и густоты посадки.

Программируемая урожайность картофеля 40 т/га в лесостепной зоне Южного Урала реально достижима. Расчетные дозы минеральных удобрений на урожай 40 т/га обеспечивают получение запланированного уровня урожайности у сортов Спиридон и Тарасов при схемах посадки 75х24 и 75х19 см,

бернатор, Невский, Спиридон и Тарасов следует применять дозу удобрений, рассчитанную на получение урожая 25 т/га, а для сорта Балабай - под урожай 40 т/га.

Сбор клубней семенной фракции с единицы площади главным образом зависит от густоты посадки (вклад фактора - 65,9%), в меньшей степени от генотипа (21,4%) и уровня минерального питания (10,5%).

Расчетные дозы минеральных удобрений обеспечивали наибольшую энергетическую эффективность производства картофеля при густоте посадки 55,5 тыс. клубней на 1 га. Коэффициент превращения энергии по мере повышения уровня питания снижался с 2,76 на контроле до 1,79 в варианте №К на урожай 50 т/га (рис.).

а у сортов Губернатор и Балабай - 75х19 см. Урожай клубней 50 т/га у сортов Губернатор, Спиридон, Тарасов и Балабай возможен при густоте посадки 55,5 и 70,1 тыс. клубней/га в условиях влажного вегетационного периода.

Наиболее высокие показатели фотосинтетической деятельности формировали загущенные посевы картофеля. Наибольший коэффициент использования ФАР сортами Невский и Тарасов зафиксирован на фоне внесения расчетных доз удобрений под урожай 50 т/га - 3,92 и 4,46%, а сортами Бала-бай, Губернатор и Спиридон - на фоне

Рис. Коэффициент энергетической эффективности возделывания картофеля

удобрений под урожай 40 т/га - 4,11%, 4,30 и 5,28% соответственно.

Урожайность картофеля в лесостепной зоне Южного Урала в значительной степени зависит от густоты посадки (46,6%), уровня минерального питания (42,7%) и генотипа (8,0%).

В лесостепи Южного Урала на продовольственные цели картофель следует выращивать на фоне минеральных удобрений под урожай 40 т/га при густоте посадки 55,5 тыс. клубней на 1 га. Для увеличения сбора клубней семенной фракции у сорта Балабай следует использовать густоту посадки 55,5 и 70,1 тыс. клубней на 1 га и минеральные удобрения в расчете под урожай 40 т/га, а у сортов Губернатор, Невский, Спиридон и Тарасов при схеме посадки 75х24 см удобрения необходимо вносить под

урожай 25 т/га, а при схеме посадки 75х19 см - под урожай 40 т/га.

Список литературы

1. Ничипорович A.A. Фотосинтез и вопросы повышения продуктивности растений // Проблемы фотосинтеза. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С. 421-433.

2. Федотов В.А., Саратовский А.Л. Развитие, фотосинтетическая деятельность и урожайность картофеля на обычном и интенсивных агрофонах // Вестник Воронежского ГАУ. 2010. № 3. С. 18-21.

3. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. 351 с.

4. Белоус Н.М. Система удобрения картофеля // Химизация сельского хозяйства. 1992. № 4. С. 68-72.

5. Литвинов С.С. Методика полевого опыта в овощеводстве. М.: ВНИИО, 2011. 648 с.

Effect of planting density and calculation norms of mineral fertilizers on photosynthetic activity and yield formation of potato under condition of Southern Ural

Vasilyev A.

The effect of variety, planting density, and nutrition level on photosynthetic activity and yield of potatoes under condition of Southern Ural are studied. The optimal combination of farming practices is established, a quantitative evaluation of their actions and interactions is given.

Key words: potato; variety; planting density; nutrition level; photosynthesis; factor contribution; productivity; seed fraction