Системная регуляция устойчивости Северного картофеля к мокрой бактериальной гнили с помощью удобрений

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х

атмосферы с последующим переводом его в минеральные формы, а так же закреплением его в виде органических форм в почве.

В целом, микробиологические исследования показали, что на удобренных вариантах почти по всем срокам анализов численность всех изученных групп была выше по сравнению с их численностью на не удобренном варианте. Таким образом, внесение органических и минеральных удобрений как отдельно, так и совместно, всегда оказывает положительное влияние на развитие микроорганизмов в почве, обеспечивая высокую биологическую активность почвы [6, с. 496]. Список использованной литературы:

1. Панников В.Д. Почва, климат, удобрение, урожай/ В.Д. Панников, В.Г. Минеев. - М.: Колос, 1977. - 416с.

2. Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с.

3. Основные микробиологические и биохимические методы исследования почвы. - Л.: ВНИИСХМ, 1987. - 46 с.

4. А.С.Фатьянов, С.Н. Тайчинова. Почвоведение. - М.; Колос, 1972. - 62 с.

5. Мишустин Е.Н. Микроорганизмы и плодородие почвы. - М.; 1956. - 103 с.

6. Почвоведение. Под ред. И.С.Кауричева. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.; Колос, 1975. - 496 с.

© Климкина Ю. М., 2017

УДК 631.8:632.38:635.21

В.И. Костюк

Главный научный сотрудник, д. б. н.

Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина Кольский научный центр Российской академии наук г. Апатиты, Российская Федерация

СИСТЕМНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СЕВЕРНОГО КАРТОФЕЛЯ К МОКРОЙ БАКТЕРИАЛЬНОЙ ГНИЛИ С ПОМОЩЬЮ УДОБРЕНИЙ

Аннотация

Изучено влияние органических и минеральных удобрений на заболеваемость картофеля сорта Хибинский ранний мокрой бактериальной гнилью во время зимнего хранения клубней. Установлено, что практически все виды удобрений в повышенных дозах (за исключением калийных) снижают устойчивость картофеля к бактериозам. На экспериментально-аналитической платформе подобрано оптимальное соотношение различных видов удобрений, снижающее потери картофеля от мокрой гнили до минимального уровня.

Ключевые слова

Кольский Север, картофель, мокрая бактериальная гниль, удобрения, статистический анализ и моделирование.

Введение

Кольский полуостров отличается неблагоприятными условиями для производства и хранения картофеля. Период его фактической вегетации в данном регионе составляет всего 65-75 дней [1], а продолжительность осенне-зимне-весеннего хранения семенного и продовольственного картофеля достигает 8-9 месяцев.

Общие потери картофеля при хранении в стационарных хранилищах с естественной вентиляцией составляют в среднем 10-30%, что в значительной мере обусловлено активностью возбудителей бактериозов картофеля. Среди них доминирующую роль играют бактерии родов Erwinia, Corynebacterium и Pectobacterium, вызывающие мокрую (бактериальную) гниль клубней картофеля и наносящие основной вред

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

северному картофелеводству [2].

Одним из эффективных агротехнических приемов, повышающих общую (конститутивную и индуцибельную) устойчивость картофеля к бактериозам во время вегетации растений и хранения клубней, является применение сбалансированных доз органических и минеральных удобрений [3]. При этом надо иметь в виду, что индуцибельный потенциал различных видов удобрений существенно отличается, что выражается в широком спектре иммунных ответов пораженных растений [4].

В Мурманской области трофическая регуляция неспецифической устойчивости картофеля к фитопатогенам ранее не изучалась с позиций системного анализа. Апробация данного подхода и послужила основной целью настоящей работы.

Методика исследования

В качестве объекта для исследований был выбран скороспелый сорт картофеля Хибинский ранний, оригинатором которого является Полярная опытная станция ВИРа. Полевой опыт проводили в течение двух лет на территории агрополигона данной станции. Пахотный слой опытного участка (хорошо окультуренная подзолистая песчаная почва) имел следующие агрохимические свойства: рН солевое - 6.4-7.0; сумма аммонийного (с реактивом Несслера) и нитратного азота (по Грандваль-Ляжу) - 8.1-12.9 мг/100 г; содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Бурриелю-Гернандо) - 7.0-12.1 и 30-52 мг/100 г соответственно [5, 6].

Органические удобрения вносили перед посадкой картофеля в виде навоза крупного рогатого скота (Н), а минеральные удобрения вносили под культивацию в форме аммиачной селитры (N), двойного суперфосфата (Р) и хлористого калия (К). Натурную реализацию четырехфакторного эксперимента проводили по плану Рехтшафнера [7] в трехкратной повторности с полной рандомизацией расположения вариантов (таблица). Все виды удобрений варьировали на трех уровнях: навоз - 0; 60 и 120 т/га, N, Р и К - 0; 140 и 280 кг д.в./га.

Семенные клубни картофеля массой 60-80 г проращивали на свету в течение 35-40 дней и высаживали 28 мая - 2 июня с площадью питания 70 • 30 см (4.76 раст./м2). Финальный сбор урожая (УР, кг/м2) проводили 27-31 августа. Учетная площадь делянок по каждому варианту опыта составляла 90 (3 • 30) м2. Содержание крахмала (КР,%) в свежеубранных клубнях картофеля определяли поляриметрическим методом [8].

В партиях картофеля, отобранных от каждого варианта опыта и помещенных в отдельные закрома стационарного хранилища, в конце февраля проводили клубневой анализ [2] для оценки масштабов распространения главным образом мокрой бактериальной гнили (МГ,%). Суммарные проявления ооспороза, сухой фузариозной и фомозной гнилей не превышали 3%.

Статистическую обработку экспериментальных данных (усредненных за два года исследований) выполняли с использованием программ Microsoft Excel 2010 и STATISTICA 10 [9].

Результаты и их обсуждение

Для изучения количественных аспектов данной проблемы целесообразно использовать концепции и алгоритмы системного подхода [10], позволяющего определять характер и направленность статистических связей между управляющими факторами (удобрениями) и устойчивостью картофеля к фитопатогенам. Данный подход позволяет переходить от слабо структурированных результатов натурного опыта к вычислительному моделирующему эксперименту, предоставляющему широкие возможности для имитации и прогнозирования потенциального поведения картофеля в системе "удобрения - мокрые гнили".

Исходные экспериментальные данные, отражающие характер влияния органических и минеральных удобрений на урожайность картофеля, содержание в клубнях крахмала, а также на заболеваемость клубней мокрой бактериальной гнилью при их зимнем хранении, представлены в таблице.

Матрица планирования и первичные результаты эксперимента

Варианты Навоз, N Р 1 К МГ, УР, КР,

опыта т/га кг д.в./га % кг/м2 %

1 0 0 0 0 2 2.43 10.3

2 120 140 140 140 16 3.17 8.8

3 60 280 140 140 7 3.18 9.8

4 60 140 280 140 12 3.77 9.1

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 2410-700Х

5 60 140 140 280 20 3.46 9.0

6 0 280 280 280 4 3.37 9.6

7 120 0 280 280 25 2.70 9.9

8 120 280 0 280 19 2.96 9.4

9 120 280 280 0 21 3.03 9.4

10 0 0 280 280 10 2.80 10.6

11 0 280 0 280 7 2.56 9.9

12 0 280 280 0 7 3.32 9.8

13 120 280 0 0 24 2.93 9.9

14 120 0 280 0 28 3.75 10.5

15 120 0 0 280 10 3.05 10.6

16 60 140 140 140 11 3.39 9.5

М 13.9 3.12 9.8

Статистические оценки

V,% 57.6 12.5 5.7

Примечание. М - средняя арифметическая; V - коэффициент вариации; МГ - мокрая бактериальная гниль клубней картофеля; УР - урожайность картофеля; КР - содержание крахмала в клубнях картофеля.

Первичная статистическая обработка этих данных позволила оценить размах модификационной изменчивости результативных признаков, обусловленный различными дозами и соотношениями использованных в опыте удобрений. Наименее лабильным признаком оказалось содержание крахмала в клубнях, коэффициент вариации которого составил лишь 6%. Средний уровень вариабельности (12%) был характерен для урожайности картофеля. А самый широкий диапазон изменчивости (58%) наблюдался у показателя "мокрая бактериальная гниль клубней". Это свидетельствует об эффективности управления индуцибельной компонентой системной устойчивости картофеля к фитопатогенам с помощью удобрений.

Данный вывод убедительно подтверждается с помощью корреляционно-регрессионного анализа первичных экспериментальных данных (таблица).

Уравнение множественной регрессии, описывающее влияние органических и минеральных удобрений на основной отклик (МГ) представлено ниже в стандартизованных переменных, что позволяет визуально сравнивать эффективность каждой из форм удобрений:

МГ,% = 1.16Н - 0.45Н2 +1.75Ы - 1.12Ы2 + 1.18Р - 0.46Р2 - 2.59К + 2.48К2 - 0.80ЫР

Оно получено методом пошаговой регрессии и характеризуется высокими оценками качества аппроксимации экспериментальных данных: коэффициент множественной детерминации R2 = 99.6%; остаточная дисперсия 82ост = 0.63; средняя ошибка аппроксимации Е = 5.7%; расчетный критерий Фишера F(9; 6) = 170.1 > Fo.95 = 4.1; уровень статистической значимости уравнения Р < 0.001. Очевидно, что по совокупности приведенных статистик уравнение (1) адекватно отображает структуру системы "удобрения -гнили" и поэтому может использоваться для вычислительных экспериментов в пределах изученной нами области варьирования управляющих факторов.

Рассмотрим более подробно спецификацию данного уравнения. В спектре действия органических удобрений на заболеваемость клубней картофеля мокрой гнилью доминирует линейная компонента, а наличие в его структуре слабого квадратичного эффекта отражает монотонный характер изменений данного отклика в широком диапазоне вариаций доз навоза. Аналогичные выводы можно сделать и в отношении фосфорных удобрений.

Вхождение в структуру уравнения (1) значительных по абсолютной величине квадратичных эффектов для N и К указывает на хорошо выраженный нелинейный характер влияния этих биогенных макроэлементов на устойчивость картофеля к бактериозам и на нецелесообразность их применения в очень высоких дозах.

Если оценивать рассматриваемую ситуацию в общем плане, то можно сказать, что возрастающие дозы навоза, азотных и фосфорных удобрений усиливали заболеваемость картофеля МГ, а калийных, напротив, снижали ее уровень.

Влияние удобрений на урожайность картофеля описывается следующей полиномиальной моделью:

УР, кг/м2 = 3.81Н - 2.43Н2 + 1.23Р - 0.64НЫ - 0.95НР - 0.47НК + 0.43ЫК - 0.47РК.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

В круглых скобках приведены взаимодополняющие статистические оценки качества данного аппроксиматора. Анализ его структурной спецификации позволяет сделать вывод о выраженном положительном влиянии навоза и фосфорных удобрений на урожайность картофеля в условиях Заполярья.

Содержание крахмала в клубнях картофеля увеличивалось на фоне применения возрастающих доз навоза (вносимых в умеренных количествах) и снижалось под влиянием минеральных (особенно азотных) удобрений:

КР, % = 1.57Н - 1.07Н2 -3.96 N - 3.58N2 - 0.34HN - 0.44НР - 0.42НК.

(R2 = 96.0%; S2OCT = 0.023; Е = 1.5%; F (7; 8) = 27.7 > F0.95 = 3.5; Р < 0.001) Подбор оптимальных доз органических и минеральных удобрений с целью максимального уменьшения заболеваемости картофеля МГ в период зимнего хранения клубней является непростой задачей. Она осложняется тем, что между урожайностью картофеля и крахмалистостью клубней существует отрицательная корреляция (г = -0.36), а между урожайностью и поражаемостью клубней мокрой гнилью -положительная (г = 0.22). Данное обстоятельство делает актуальным следующее требование для оптимизационной задачи -рациональная конфигурация доз и соотношений удобрений не должна приводить к существенному снижению урожайности и крахмалистости картофеля.

С целью подбора оптимальной комбинации удобрений использовали стандартные средства анализа в электронной таблице Microsoft Excel - инструмент "Подбор параметра" и надстройку "Поиск решения". Анализ регрессионного уравнения (1) в надстройке "Поиск решения" выполняли с использованием метода обобщенного понижающего градиента (ОПГ), применяемого для гладких нелинейных задач. Задаваемые ограничения для удобрений - диапазон их реальных вариаций (min-max) в полевом эксперименте. Критерий оптимизации - МГ.

В результате конкурирующего отбора результатов модельных вычислений в качестве наилучшего варианта была выбрана следующая комбинация удобрений: навоз - 40 т/га, N30 P55 K125 кг д.в./га. Она, на наш взгляд, вполне удовлетворяет как агротехническим, так и фитопатологическим требованиям, поскольку позволяет: а) снизить агрохимическую нагрузку на почву; б) уменьшить уровень заболеваемости клубней картофеля мокрой гнилью до 1.6%, что ниже значения данного показателя в варианте 1 (условный контроль) проведенного опыта (см. таблицу).

Дополнительные расчеты по уравнениям (2-3) показали, что в случае применения вышеуказанной комбинации удобрений урожайность картофеля составит 3.12 кг/м2, а содержание крахмала в клубнях -10.3%. Эти значения вполне приемлемы с хозяйственно-экономической точки зрения, поскольку достигаются при небольшом расходе органических и минеральных удобрений.

Для сравнения отметим, что в соответствии с агротехническим регламентом "Системы ведения сельского хозяйства в Мурманской области", составленным в 1983 году [11], под картофель рекомендуется вносить навоз в количестве 70 т/га, а минеральные удобрения - в дозах N80 P80 K120 кг д.в./га. Этот уровень питания ориентирован преимущественно на получение высоких урожаев данной культуры на любых окультуренных почвах. Действительно, как показали наши расчеты по уравнениям (1-3), на этом фоне органо-минерального питания урожайность картофеля достигает 3.44 кг/м2. Однако данное обстоятельство не должно вызывать особой эйфории у заполярных картофелеводов. По нашим оценкам, рекомендуемые дозы удобрений снижают крахмалистость клубней до 9.7%, а их заболеваемость мокрой гнилью в период зимнего хранения возрастает до 9.5%, что существенно увеличивает к весне общие потери картофеля (технологический брак, абсолютный отход).

Таким образом, ранее предложенные рекомендации имели незавершенный характер, поскольку не учитывали дуализм технологической цепочки "производство - сохранность картофеля". Методология нашего подхода к решению данной проблемы отличается более высокой "разрешающей способностью", так как базируется на современной экспериментально-аналитической платформе. Ее результирующая идея заключается в использовании сбалансированной (квазиоптимальной) комбинации удобрений для укрепления системной устойчивости картофеля к бактериозам в экстремальных условиях Кольского Севера.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» № 03-2/2017 ISSN 2410-700Х_

Список использованной литературы:

1. Костюк В.И. Экология культурных растений на Кольском Севере. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2012. - 169 с.

2. Воловик А.С., Глез В.М., Замотаев А.И. и др. Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1989. - 205 с.

3. Воловик А.С., Шнейдер Ю.И. Гнили картофеля при хранении. - М.: Агропромиздат, 1987. - 93 с.

4. Рубин Б.А., Арциховская Е.В. Биохимия и физиология иммунитета растений. - М.: Высшая школа, 1968. - 413 с.

5. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

6. Агрохимические методы исследования почв. - М.: Наука, 1975. - 656 с.

7. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 с.

8. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. и др. Методы биохимического исследования растений. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 430 с.

9. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. - М.: ООО "Бином-Пресс", 2008. - 512 с.

10. Литвак Ш.И. Системный подход к агрохимическим исследованиям. - М.: Агропромиздат, 1990. - 220 с.

11. Система ведения сельского хозяйства в Мурманской области. - Мурманск: Мурманское кн. изд-во, 1983. - 232 с.

© Костюк В.И., 2017

УДК 634.8

Н.Л. Студенникова

канд. с.-х. наук, старший научный сотрудник, ФГБУН «ВННИИВиВ «Магарач» РАН», г. Ялта, Республика Крым E-mail: studennikova63@mail.ru З.В. Котоловець канд. с.-х. наук, научный сотрудник, ФГБУН «ВННИИВиВ «Магарач» РАН», г. Ялта, Республика Крым E-mail: zinaida_kv@mail.ru

УЛУЧШЕНИЕ ВИНОГРАДА СОРТА САПЕРАВИ МЕТОДОМ КЛОНОВОЙ СЕЛЕКЦИИ

Аннотация

Представлены результаты по выделению исходной группы визуально здоровых растений винограда сорта Саперави для проведения клоновой селекции. Проведены агроучеты на визуально здоровой группе (500 кустов) растений: подсчет глазков, количество и процент развившихся побегов, плодоносные побеги, соцветия, процент плодоносных побегов, коэффициенты плодоносности и плодоношения, количество гроздей и определение их среднего веса, средний урожай с куста и продуктивность побега по сырой массе гроздей.

Ключевые слова

Сорт, виноград, клоновая селекция, агробиологические учеты.

Клоновая селекция играет важную функциональную роль в повышении эффективности виноградарства, поскольку она не только уточняет результаты апробации, массовой и фитосанитарной селекции, а также позволяет определить наиболее экономически выгодные клоны, которые дают новую