Алгоритм оценки участия элементов питания (N, Р, К) в формировании прибавки урожайности картофеля в условиях степи Северного Казахстана

Введение. Картофель является одной из важных сельскохозяйственных культур, имеющей продовольственное и кормовое значение. Практически ежедневно человек употребляет картофель или полученные из него продукты, в которых содержатся необходимые для нормального функционирования организма вещества [1]. Клубни представляют собой сырье как производные спирта и крахмала, идущие на корм скоту и птицы, а в особо засушливые годы используют и ботву для получения силоса [1, 2].

Кроме того, картофель ценен и в агротехническом отношении. Как пропашная культура способствует разрыхлению почвы и очищению поля от сорняков. Его возделывание после зерновых уменьшает содержание в пашне энтомо-и фитофагов, приносящих вред злакам. Большие урожаи клубней картофеля, широкая известность и экологическая пластичность делают его хорошей страховой культурой [3, 4].

Отдавая должное этой культуре, академик Д.Н. Прянишников писал, что «возделывать картофель на полях это то же, что получать три колоса там, где раньше рос один» [5].

В агропромышленном комплексе Республики Казахстан значимость и потребность в картофеле постоянно возрастает. В связи с этим перед аграриями картофелеводами ставится задача повышения продуктивности картофельных полей при одновременном снижении энергетических затрат на его производство.

Добиться высоких результатов в области картофелеводства можно только за счет широкого освоения современных высокоэффективных технологий производства картофеля, включающих в себя использование современных машин, качественного семенного материала, эффективных доз и сочетаний удобрений и средств химической защиты растений [6–9].

Для улучшения результатов в области картофелеводства в Павлодарской области необходимо использовать сорта, устойчивые к неблагоприятным погодным условиям возделывания, а также удобрения-стимуляторы увеличения продуктивности картофеля [10].

В настоящее время имеет все более важное значение определение потребности растений в удобрениях при резкой их относительной недос- таточности или избыточности и несбалансированности в почве, правильное установление доз, оптимального соотношения питательных веществ в них, сроков и способов применения под определенную сельскохозяйственную культуру [11, 12].

В современной агрохимической науке и практике особенно актуальными являются вопросы применения и повышения эффективности минеральных удобрений. Не теряют актуальность вопросы наилучших доз и сочетаний удобрений в конкретных почвенно-климатических условиях [12]. Вопросами расчета доз удобрений под растениями занимались ряд ученых, для этого использовались различные методы и математические формулы [6, 10, 11, 13, 14]. Но несмотря на это, до настоящего времени не разработано совершенной методики, позволяющей охватить все факторы, определяющие количество элементов питания, которые необходимо внести в почву для получения запланированного урожая заданной величины и качества [15].

Д.Р. Хоглэнд и многие ученые указывают, что исследователь, работающий над вопросами питания растений, изучает прежде всего многофазную систему «почва–растение–атмосфера» с ее бесчисленными взаимоотношениями и взаимодействиями. К этому можно добавить сложность системы почвы и окружающей среды в современных реалиях, на которой произрастает растение [13, 15–17].

Цель исследований – выявить эффективность минеральных удобрений под картофель в различных дозах и сочетаниях в условиях Северного Казахстана.

Объекты и методы. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на урожайность картофеля изучалось в полевом опыте. Опыт включал девять вариантов выборки полной факториальной схемы при четырех уровнях азота, фосфора и калия. Уровни элементов питания: 0, 45, 90, 135 (азотные удобрения) кг д.в. на га. Удобрения использовались по классической схеме с шагом 45 кг д.в/га для выявления оптимальной отзывчивости картофеля на питательные вещества.

Опыт по выявлению отзывчивости картофеля на минеральные удобрения размещался в степной почвенно-климатической зоне Евгень-евского сельского округа (сельскохозяйственная зона г. Аксу Павлодарской области Республики Казахстан). Закладывался на опытных полях

ТОО «Уштерек и К». Дозы удобрений: 1. Контроль (без удобрений). 2. P 45 K 45 . 3. N 45 P 45 . 4. N 45 K 45 . 5. N 45 P 45 K 45 . 6. N 90 P 45 K 45 . 7. N 135 P 45 K 45 . 8. N 45 P 90 K 45 . 9. N 45 P 45 K 90 . Объект исследований – сорт картофеля зарубежной селекции Гала. Опыты закладывались в 4-кратной повторности с площадью делянок 48 м² в четыре яруса. Размещение делянок – рендомизированное. Посадку картофеля проводили в первой декаде мая. Формы удобрений: простые (аммиачная селитра, суперфосфат двойной, хлористый калий); комплексные (аммофос). Расчет количества минеральных удобрений проводился по формуле для односторонних и многосторонних удобрений Д фм = Д Д^ [18, с. 47-48].

d

Удобрения вносили вручную с последующей заделкой. Расстояние между делянками составляет 70 см, между каждой повторностью – 1 м.

Каштановая маломощная почва опытного поля Уштерек – легкого механического состава. Содержание гумуса низкое, что в среднем составило 1,7–2,1 % по Тюрину, нитратного азота до посева – 13,2 мг/кг, подвижного фосфора – 28,4 мг/кг и обменного калия – 424 мг/кг по Ма-чигину, рН сол – 7,1. Анализ проводили по общепринятым методикам в ЦАС Омский.

Климатические условия по годам исследования были следующие. В 2015–2016 гг. была характерная умеренная засушливость июня, июля и августа со среднемесячными температурами 20–24 °С. Влажность воздуха была на уровне 62 %. В этот период выпадает осадков от 24,6 до 34,3 мм [19].

Оценку опытных данных и выявление различных зависимостей в системе «урожайность– удобрение» проводили методами дисперсионного, регрессионного и коррелятивного анализов по Б.А. Доспехову [20]. Установление математических связей – с помощью специализированных пакетов статистических программ на персональном компьютере.

Результаты и их обсуждение. В полевых опытах с удобрениями изучали влияние азотно-фосфорно-калийных удобрений на урожайность клубней картофеля. Была разработана программа эффективности удобрений и выданы рекомендации наилучших доз.

Влияние минеральных удобрений на продуктивность картофеля по-разному проявилось в зависимости от доз и соотношений питательных компонентов в том или ином варианте. Так, при установлении зависимости между внесенными положительная коррелятивная связь (табл., дозами минеральных удобрений (NPK кг/га) и уравнения 1–3).

урожайностью картофеля (т/га) наблюдалась

Влияние минеральных удобрений на урожайность картофеля на каштановых почвах (2015–2016 гг.)

Вариант	Урожайность клубней, т/га	Прибавка к контролю		Прибавка к фону, т/га			« b » окупаемость 1 кг д.в. уд. урожаем, ц/га
		т/га	« b », ц/га	P 45 K 45	N 45 K 45	N 45 P 45
				N	P	K	N	P	K
Контроль	31,3	–	–
P 45 K 45	32,4	1,1	0,122
N 45 P 45	33,1	1,8	0,200
N 45 K 45	31,3	-	-
N 45 P 45 K 45	34,4	3,1	0,230	2,0	3,1	1,3	0,444	0,689	0,288
N 90 P 45 K 45	35,3	4,0	0,222	2,9			0,322
N 135 P 45 K 45	35,5	4,2	0,187	3,1			0,229
N 45 P 90 K 45	37,8	6,5	0,361		6,5			0,722
N 45 P 45 K 90	34,6	3,3	0,183			1,5			0,167

Из данных таблицы можно сделать вывод, что наивысшая урожайность от применения азотно-фосфорно-калийных удобрений в сравнении с контролем в сочетании 1:2:1 в дозах N 45 P 90 K 45 , прибавка – 6,5 т/га (20,8 %). Второе место по эффективности на урожай клубней был выявлен у варианта NPK в сочетании 2:1:1, прибавка составила 4,2 т/га, или 13,4 %. Калийные удобрения на N 45 P 45 дали прибавку к фону 1,5 т/га, что составило 4,5 %, а по отношению к контролю – 3,3 т/га, или 10,5 %.

При низком содержании азота в почве экспериментально использовали повышенную дозу азота для ответной реакции картофеля на элемент питания. Прибавка урожайности в варианте N 135 составила 3,1 т/га по отношению к фону, или 9,6 %. Прибавка по отношению к варианту с дозой N 90 была незначительной.

Анализ полученных данных показал, что картофель проявляет высокую отзывчивость на используемые удобрения. Результаты полевых опытов позволяют установить показатель взаимосвязи между величиной урожая и дозой удобрения (« b ») [11, 14].

Полученные нормативные количественные характеристики («b») интенсивности действия каждого внесенного азота, фосфора и калия в дозах от 45 до 90 кг/га (на фонах PK, NK и NP) позволяют определить, на какую величину повысится урожайность картофеля и окупаемость одного килограмма внесенного удобрения [10, 15].

Располагая коэффициентами интенсивности 1 кг удобрений на величину урожая картофеля (ц/га или т/га) и « b » – потребности в удобрениях (NPK) на создание единицы урожая (1 ц/га либо 1 т/га), можно определить количество удобрений, необходимое для обеспечения запланированной прибавки урожая [10].

На основе полевых опытов с удобрениями и статистического анализа, а также математического корреляционно-регрессивного метода были получены показатели (« b N », « b P », « b K »), характеризующие динамику связи между переменными величинами «х» (дозы удобрений) и «У» (урожай картофеля). Они показывают, насколько в среднем изменяется величина одного признака при изменении другого, и вычисляются согласно принятым методам вычисления – уравнения (1), (2), (3).

y = 0,0322x + 32,58; r = 0,95. (1)

Рис. 1. Зависимость между дозами азота и урожайностью клубней картофеля, среднее за 2015–2016 гг.

Азот – один из основных элементов питания. Обеспечение растений азотом во многом зависит от скорости разложения органического вещества почвы, на которую оказывают сильное влияние условия окружающей среды, агротехника, плодородие почвы, применяемые удобрения. Недостаток или избыток азота резко сказывается на росте вегетативных органов, что в конечном итоге ведет к недобору урожая [11, 15]. Содержание какого-либо питательного вещества часто возрастает при внесении его в удобрения, за счет этого может повыситься или понизиться содержание других элементов. Для продуктивности растения важна не только концентрация каждого питательного вещества, но и его соотношение, которое должно соблюдаться в определенных пределах.

Так, в среднем по годам исследований наилучшие дозы и сочетания удобрений были

N 45 P 45 K 45 и N 90 P 45 K 45 , прибавки урожайности картофеля от которых соответственно составили 3,1; 4,0 т/га. Исследованиями установлено, что внесение азотных удобрений более 90 кг/га экономически невыгодно согласно коэффициенту « b » – 0,187. По данным исследований Ц.-Д.Д. Батомункаевой, высокие дозы азота на фоне фосфорно-калийных удобрений положительно влияли на урожайность товарных клубней картофеля [21]. Каждый килограмм внесенного в почву азота увеличивал урожай клубней на 0,032 т/га. Эта связь между дозами азота, внесенного в почву (N, кг/га), и урожайностью картофеля выражается уравнением регрессии (1).

Установлена высокая положительная зависимость между фосфором удобрений и урожайностью картофеля – уравнение (2).

y = 0,0722x + 31,25; r = 0,98. (2)

Рис. 2. Зависимость между дозами фосфора и урожайностью клубней картофеля, среднее за 2015–2016 гг.

В среднем по годам исследования положительно влияли на урожайность клубней картофеля следующие варианты: N 45 P 45 K 45 и N 45 P 90 K 45 . Максимальная урожайность – в пределах 34,4–37,8 т/га. Об этом свидетельствует высокая функциональная зависимость урожайности картофеля (У, т/га) от доз фосфорных удобрений (Р кг/га) – уравнение (2). Каждый килограмм внесенного в почву фосфора увеличивал урожай клубней на 0,072 т/га.

Проводимые исследования минерального питания под картофель подразумевают использование трех элементов. Калий необходим для повышения засухоустойчивости культуры, возможности противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды, стимулирования течения фотосинтеза, синтеза сахаров, углеводов, устойчивости к различным заболеваниям [1]. Калийные удобрения растворимы в воде и при- меняются с успехом на различных почвах. КСL является основным калийным удобрением, которое может использоваться в качестве третьего компонента минерального питания на почвах с близкой к нейтральной реакцией среды. При внесении в почву калий быстро переходит из почвенного раствора в поглощенное состояние. На почвах, находящихся в эксплуатации и удобренных азотом и фосфором, калийные удобрения весьма эффективны в связи с недостатком доступного калия по отношению к азоту и фосфору [15]. Пересыхание верхнего слоя почвы, особенно попеременное высушивание и увлажнение, усиливает поглощение калия в необменной форме почвенными коллоидами, что в конечном итоге сказывается на динамике обменного калия.

y = 0,0167x + 33,283; r = 0,74. (3)

Рис. 3. Зависимость между дозами калия и урожайностью клубней картофеля, среднее за 2015–2016 гг.

Выявлено, что хлор играет существенную роль в жизнедеятельности растительного организма: ему принадлежит третье место из восьми для изучаемого картофеля. Ряд минерального состава листьев картофеля: 1. К. 2. N. 3. Cl. 4. Са. 5. Р. 6. Mg. 7. S. 8. Na [15, с. 154–155].

Из рисунка 3 видно, что применение 1 кг калийных удобрений увеличивало урожай клубней картофеля на 0,017 т/га. Графики на рисунках 1–3 указывают на текущую связь урожая с применением удобрений (NPK).

Для определения количества необходимых удобрений под картофель на каштановых поч- вах следует располагать следующими данными: величина прибавки урожая, коэффициент интенсивности действия единицы удобрения на величину урожая («b») и соотношение N:P:К, разработанное для данной культуры и типа почв: азот, фосфор и калий – в сочетании 1:2:1 [10]. Окупаемость 1 кг фосфора составила 0,72 ц клубней картофеля, азот удобрений «bN» – 0,32 ц/га. Таким образом, внесенные дозы удобрений NPK в сочетании 1:2:1 (N45P90K45) давали наивысшую прибавку урожая клубней картофеля по сравнению с контролем – 20,7 %.

Величину прибавки урожая вычисляют исходя из знания базисной урожайности, т.е. урожайности без применения минеральных удобрений. Так, наши исследования показывают, что среднюю прибавку урожая картофеля (П) от азотных удобрений (на фоне P 45 K 45 ) можно получить в пределах 40 ц/га (4,0 т/га), от фосфорных (на фоне N 45 K 45 ) – 65 ц/га (6,5 т/га), от калийных (на фоне N 45 P 45 ) – 15 ц/га (1,5 т/га). Все прибавки были получены от азотных удобрений в соотношении 3:1:1 (в сумме частей – 5), от фосфорных удобрений – в соотношении 1:2:1 (в сумме частей – 4), от калийных – 1:1:2 (в сумме частей – 4). Коэффициент « b N » = 32,2, « b P » = 72,2, « b K » = 17, т.е. каждый килограмм удобрений увеличивал урожайность соответственно на 32,2, 72,2 и 17 (см. табл. 1).

Коэффициент «b» не является постоянным и зависит от роста и развития культуры, применяемых удобрений. Чем больше коэффициент «b», тем в меньшей дозе необходимо удобрение для получения высокого урожая.

Коэффициент корреляции между дозами азота, фосфора и калия, вносимым удобрением под картофель и урожайностью клубней составил соответственно r = 0,95, r = 0,98, r = 0,74, а уравнения (1), (2), (3) указывают на текущую связь двух переменных.

Количество питательных веществ (Д, кг/га), которое требуется для обеспечения запланированной прибавки урожая, определяется по формуле

„ Уп - Уф b, где Уп – урожайность планируемая, т/га;

Уф – урожайность фактическая, т/га.

Расчет доз N 1 +P 2 +K 1 на прибавку 6,5 т/га (или 65 ц/га) и « b » = 0,361.

^ N + Р ₂ + К = 4 .

^Д n 1 + P 2 + к 1

^ДР 2 О 5

Д К 2 О =

65 ц

=-----= 180 кг / га .

0,361

--2 = 90 кг / га .

--1 = 45 кг / га .

Д_N = — - 1 = 45 кг / га .

Таким образом, располагая выявленными лучшими дозами удобрений на урожайность картофеля в соотношении 1:2:1 в сумме N+P=K = 4, коэффициентом « b » = 0,361 ц, можно рассчитать дозы азотных, фосфорных, калийных удобрений и рекомендовать их в производство. При сочетании удобрений 1:2:1 планируемую прибавку урожая картофеля можно получить при внесении 45 кг азота, 90 кг фосфора и 45 кг калия. В таблице представлены оптимальные дозы удобрений, выявленные полевыми опытами, они хорошо согласуются с расчетными дозами.

Заключение. Таким образом, на основе данных, полученных методами полевого опыта и статистического анализа, представляется возможным диагностировать потребность растений в минеральных удобрениях для получения запланированных урожаев на каштановых почвах. Выявленные уравнения регрессии (1), (2), (3) можно использовать для диагностических целей урожайности картофеля от доз применяемых удобрений. Так, в среднем за 2 года наибольшая потребность картофеля была в фосфорных и азотных удобрениях. Наибольшая прибавка клубней картофеля (6,5 т/га) получена от действия доз N 45 P 90 K 45 . Если рассматривать действие азотных удобрений, то оптимальная доза отмечалась на фоне фосфора и калия (N 90 P 45 K 45 ), прибавка от которой соответственно составила 2,9 т/га. Использование дозы азота (N 135 ) менее эффективно, прибавка была несущественной. От доз калийных в дозе К 90 прибавки составили от 1,5 до 3,3 т/га, или от 4,5 до 10,5 % по отношению к фону (NP) и контролю. Статистически обработанные данные позволили установить уравнения регрессионного типа зависимости урожайности картофеля (У, т/га) и доз удобрений (x, кг/га).