Формирование урожайности и качества клубней топинамбура при разных сроках посадки и уборки зеленой массы

Продовольственная ценность топинамбура определяется уникальным биохимическим составом его клубней (Сафар-мади и др., 2020). Клубни используются в пищевой промышленности в сухом, сыром, вареном, жареном виде (Жылкыай-дарова и др., 2018). Однако внедрению культуры топинамбура в широкое промышленное производство препятствует ряд проблем, связанных в том числе с недостаточной разработкой особенностей технологии его возделывания в разных почвенно-климатических условиях.

Высокой урожайности и качества клубней топинамбура возможно достичь в том числе за счет выбора оптимального срока посадки и уборки зеленой массы (Данилов, Щипцова, 2015). В производственной практике применяют весеннюю или осеннюю посадку (Старовойтова и др., 2017b). Мнения ученых относительно выбора оптимального срока посадки расходятся. В средней полосе России более предпочтительна ранняя весенняя посадка при наступлении спелости почвы (Старовойтова и др., 2017a). Летние посадки снижают урожайность клубней в два раза, а в засушливых условиях могут привести к полной ее потере (Старовойтов и др., 2018). Такого же мнения придерживаются ученые из Республики Хакасия, где более высокая урожайность клубней была получена при их посадке в апреле в сравнении с майскими посадками (Гордеева, Кызынгашева, 2011). В условиях Республики Узбекистан при ранневесенней посадке (5 апреля) отмечалось более интенсивное развитие растений топинамбура, что обеспечило большую про- дуктивность куста и урожайность клубней (Жангабаева и др., 2020). В Республике Беларусь одинаково высокие показатели урожайности клубней были получены как при весенней, так и при подзимней посадке (Яро-шевич и др., 2012). Преимущество подзимней посадки над весенней доказано в условиях уральского региона (Абрамчук, Лаптев, 2018). Из подзимних посадок предпочтение отдают наиболее поздним. При посадке топинамбура 30 октября в Оренбургской области урожайность клубней была на 20–33% выше, чем при посадке 2–4 неделями ранее (Гулянов, 2018). Установлено, что срок уборки зеленой массы оказывает непосредственное влияние на урожайность клубней (Михеев и др., 2018). В Республике Беларусь максимальный сбор клубней – 46 т/га и содержание сухого вещества в них возможно получить при позднем сроке укоса ботвы – перед самой уборкой клубней (Горный и др., 2015). В Центральной России наибольший сбор клубней получали при их уборке через 20 суток после укоса ботвы (Манохина и др., 2018). В Среднем Предуралье исследования по выбору оптимального весеннего срока посадки проводили еще в 30-х годах прошлого столетия. Однако сравнительных исследований весенней и подзимней посадки не проводилось, равно как и исследований по выбору оптимального срока укоса зеленой массы.

В связи с этим цель наших исследований – определить оптимальный срок посадки клубней и уборки зеленой массы, обеспечивающий формирование наибольшей урожайности и лучшего качества клубней топинамбура.

Задачи исследований:

• 1)    определить урожайность клубней и показатели ее структуры;

• 2)    выявить особенности формирования клубней;

• 3)    определить фракционный и биохимический состав клубней.

Материалы и методы исследований

Экспериментальные двухлетние полевые исследования проводили на базе опытного поля, а лабораторные – в лаборатории освоения агрозоотехнологий Пермского ГАТУ в 2019–2020 гг. Двухфакторный опыт закладывали в соответствии с Методикой опытного дела (Доспехов, 2011) в четырехкратной повторности по схеме: Фактор А – срок посадки: А1 – весенний; А2 – подзимний; Фактор В – срок уборки зеленой массы: В1 – через 10 суток после фазы полного цветения; В2 – через 20 суток после фазы полного цветения; В3 – перед уборкой клубней. Площадь делянки: общая – 30 м2, учетная – 20 м2. Объект исследований – топинамбур (Heliantus tuberosus L.) сорта «Скороспелка».

Осенние агротехнические мероприятия включали в себя дискование почвы бороной БДМ-2,4 и зяблевую вспашку плугом ПЛН-4-35. Весной проводили боронование БЗТС-1,0 при возможно раннем сроке, культивацию с боронованием КПС-4+БЗСС-1. Перед весенней и подзимней посадкой осуществляли нарезку гребней культиватором КОН-2,8. В летний период перед подзимней посадкой проводили дополнительные культивации по мере появления сорняков. Минеральные удобрения вносили с учетом выноса элементов питания с урожайностью клубней 25 т/га в дозах N221 Р74 К374 разбрасывателем D-Pol. Перед посадкой клубни просушивали, за посадочную фракцию принимали клубни массой 20–80 г. Весеннюю посадку осуществляли при физической спелости почвы вручную на глубину 5–6 см в 2019 году – 13 мая, в 2020 году – 9 мая. Подзимнюю посадку проводили при устойчи- вом снижении среднесуточной температуры воздуха до 5 °C вручную на глубину 5–6 см в 2018 году – 10 октября, в 2019 году – 6 октября. В течение вегетационного периода проводили три междурядные обработки. Зеленую массу скашивали поделяночно триммером Husgvarna 128R согласно схеме. Клубни убирали поделяночно картофелекопалкой КТН-2В с подбором вручную в 2019 году – 5 октября, в 2020 году – 26 сентября. За клубни мелкой фракции в урожае принимали клубни массой менее 20 г, за средние – массой 21–80 г, за крупные – более 80 г.

Опыты закладывали на дерново-мелкоподзолистой среднесуглинистой средне-окультуренной почве с содержанием гумуса по годам от 1,7–2,4%. В вегетационный период 2019 года сумма осадков была значительно выше нормы и составила 620,1 мм, среднесуточная температура воздуха – 12 °C. Сумма осадков за 2020 год составила 428,2 мм, температура воздуха – 13 °C. Наблюдения и исследования проведены по общепринятым методикам.

Результаты и обсуждение

Густота всходов при весенней посадке составила 3,5 шт./м², что на 0,8 шт./м² больше, чем при подзимней (табл. 1) . Это обусловлено существенно большей полевой всхожестью растений – на 21%. Густота растений – 3,0–3,1 шт./м² и полевая всхожесть – 83–85% в зависимости от срока укоса ботвы существенно не изменялись.

Формирование клубней топинамбура начинается в фазе бутонизации и не зависит от срока посадки. Число клубней в кусте существенно повышается от фазы бутонизации до фазы полного цветения – в среднем на 15,4 шт. или более чем в три раза (рис. 1) . После фазы цветения отмечается редукция клубней как при весенней, так и при подзимней посадке – в среднем на 7,7–7,8 шт./куст, или на 35%, что можно объяснить дефицитом углеводов. В фазы бутонизации и цветения и по периодам

Таблица 1. Густота всходов и полевая всхожесть топинамбура

Срок посадки (А)	Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В)						Среднее по А
	10		20		перед уборкой клубней
	всходы, шт./м2	полевая всхожесть, %	всходы, шт./м2	полевая всхожесть, %	всходы, шт./м2	полевая всхожесть, %	всходы, шт./м2	полевая всхожесть, %
Весенний	3,5	96	3,5	95	3,5	92	3,5	94
Подзимний	2,7	74	2,6	72	2,7	74	2,7	73
Среднее по В	3,1	85	3,0	83	3,1	83
НСР05 главных эффектов				по фактору А			0,2	10
				по фактору В			F ф < F 05	F ф < F 05
НСР05 частных различий				по фактору А			0,4	17
				по фактору В			F ф < F 05	F ф < F 05

Источник: исследования авторов.

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

Фаза бутонизации

Фаза цветения

Уборка з/м через 10 суток Уборка з/м через 20 суток Уборка з/м перед уборкой после полного цветения после полного цветения          клубней

0,0

Рис. 1. Динамика прироста числа клубней в кусте по фазам развития, шт.

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Источник: исследования авторов.

Фаза бутонизации

Фаза цветения

Уборка з/м через 10 суток Уборка з/м через 20 суток Уборка з/м перед уборкой после полного цветения после полного цветения           клубней

Рис. 2. Динамика изменения средней массы клубня по фазам развития, г

Источник: исследования авторов.

укоса зеленой массы отмечали более высокое число клубней в кусте при подзимней посадке – на 2,8–5,9 шт. Это обусловлено более ранним появлением всходов и увеличением продолжительности периода всходы – бутонизация.

Средняя масса клубня существенно повышается в период от фазы бутонизации до фазы полного цветения – в среднем на 19,1 г (рис. 2) . От фазы полного цветения до первого срока уборки зеленой массы через 10 суток также наблюдается

Таблица 2. Густота и выживаемость растений за вегетационный период

Срок посадки (А)	Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В)						Среднее по А
	10		20		перед уборкой клубней
	густота растений, шт./м2	выживаемость, %	густота растений, шт./м2	выживаемость, %	густота растений, шт./м2	выживаемость, %	густота растений, шт./м2	выживаемость, %
Весенний	3,3	95	3,2	94	3,3	97	3,3	95
Подзимний	2,5	93	2,4	92	2,2	84	2,4	90
Среднее по В	2,9	94	2,8	93	2,7	91
НСР05 главных эффектов				по фактору А			0,4	F ф < F 05
				по фактору В			0,1	F ф < F 05
НСР05 частных различий				по фактору А			0,7	F ф < F 05
				по фактору В			0,2	F ф < F 05

Источник: исследования авторов.

Таблица 3. Число клубней в кусте и их средняя масса

Срок посадки (А) Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В) Среднее по А 10 20 перед уборкой клубней число клубней, шт./куст средняя масса, г число клубней, шт./куст средняя масса, г число клубней, шт./куст средняя масса, г число клубней, шт./куст средняя масса, г Весенний 13,0 41,8 14,3 46,1 15,2 44,9 14,2 44,3 Подзимний 16,1 30,4 18,9 37,1 21,1 37,1 18,7 34,8 Среднее по В 14,5 36,1 16,6 41,6 18,2 41,0 НСР05 главных эффектов по фактору А 4,0 5,8 по фактору В 2,9 4,5 НСР05 частных различий по фактору А 6,9 10,0 по фактору В 4,1 6,4 Источник: исследования авторов. тенденция увеличения средней массы клубня – на 2,8–7,3 г.

Прирост массы клубня завершается через 20 суток после фазы полного цветения. Начиная с фазы полного цветения при весенней посадке средняя масса клубня увеличивается в среднем на 6,6–11,1 г по сравнению с подзимней посадкой. Это объясняется более мощным развитием растений и их фотосинтетического аппарата.

Таким образом, наиболее интенсивный прирост числа клубней в кусте и их средней массы наблюдается от фазы бутонизации до фазы полного цветения. Через 10 суток после фазы полного цветения отмечается существенное снижение числа клубней, а прирост массы клубня продолжается до 20 суток после этой фазы.

Густота растений перед уборкой при весенней посадке была существенно (на 0,9 шт./м²) выше, чем при подзимней, что обусловлено более высокой густотой всходов (табл. 2) . При подзимней посадке растения топинамбура менее жизнеспособны, что подтверждается более низкой их выживаемостью за вегетационный период – на 5%.

Разная продолжительность вегетационного периода оказала влияние на формирование густоты растений перед уборкой, которая при ранних сроках укоса зеленой массы была на 0,1–0,2 шт./м2 больше, чем при ее укосе перед уборкой клубней.

Подзимняя посадка в среднем обеспечивает формирование большего числа клубней в кусте – на 4,5 шт., что отмечается при каждом сроке уборки зеленой массы (табл. 3). Средняя масса клубня, наоборот, была выше при весенней посадке – на 9,5 г, что также фиксируется при каждом сроке укоса ботвы: через 10 суток после фазы полного цветения – на 11,4 г, через 20 суток – на 9,0 г, перед уборкой клубней – на 7,8 г.

При укосе зеленой массы перед уборкой клубней в кусте топинамбура в среднем формируется 18,2 клубня, что на 3,7 шт. больше, чем при более ранних сроках уборки. Средняя масса клубня была существенно выше при укосе зеленой массы через 20 суток после фазы полного цветения – на 5,5 г по сравнению с ее уборкой через 10 суток. Большее число клубней в кусте и их средняя масса при поздних сроках уборки зеленой массы может быть обусловлено продолжающимся оттоком углеводов из стебля в клубни.

Увеличение числа клубней в кусте при подзимней посадке компенсируется большей средней массой клубня при весенней посадке, что обеспечивает формирование одинаковой продуктивности куста при всех изучаемых сроках посадки – 632,6– 627,5 г (табл. 4). Более высокая продуктивность куста – на 141,7–191,3 г сформировалась при поздних сроках уборки зеленой массы, что обусловлено большим числом клубней в кусте – на 2,1–3,7 шт. и средней массой одного клубня – на 4,9–5,5 г.

Большая урожайность клубней топинамбура формируется при весенней посадке – на 4,9 т/га (табл. 5) . Ввиду одинаковой продуктивности куста существенное повышение урожайности клубней при весенней посадке обусловлено большей густотой растений – на 0,9 шт./м² (см. табл. 2) .

Несмотря на существенное снижение густоты растений (на 0,1–0,2 шт./м2) большая урожайность клубней топинамбура формируется при укосе зеленой массы начиная через 20 суток после фазы полного цветения – 19,0–21,2 т/га, что на 2,7–4,9 т/га выше по сравнению с уборкой зеленой массы через 10 суток. Это обусловлено более высокими показателями продуктивности куста – на 141,7–191,3 г (см. табл. 4).

Таблица 4. Продуктивность куста, г

Срок посадки (А)	Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В)			Среднее по А
	10	20	перед уборкой клубней
Весенний	538,8	666,0	693,2	632,6
Подзимний	499,5	655,6	727,6	627,5
Среднее по В	519,1	660,8	710,4
НСР05 главных эффектов		по фактору А	F ф < F 05
		по фактору В	154,4
НСР05 частных различий		по фактору А	F ф < F 05
		по фактору В	218,4
Источник: исследования авторов.

Таблица 5. Урожайность клубней топинамбура, т/га

Срок посадки (А)	Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В)			Среднее по А
	10	20	перед уборкой клубней
Весенний	19,0	20,6	24,2	21,3
Подзимний	13,6	17,3	18,2	16,4
Среднее по В	16,3	19,0	21,2
НСР05 главных эффектов		по фактору А	3,1
		по фактору В	2,6
НСР05 частных различий		по фактору А	5,4
		по фактору В	3,7
Источник: исследования авторов.

Таблица 6. Фракционный состав клубней в урожае топинамбура, %

Срок посадки (А)	Срок уборки зеленой массы, суток после фазы полного цветения (В)									Среднее по А
	10			20			перед уборкой клубней
	мел.	сред.	круп.	мел.	сред.	круп.	мел.	сред.	круп.	мел.	сред.	круп.
Весенний	45	42	13	47	38	16	39	46	15	43	42	15
Подзимний	64	31	6	53	38	9	56	37	7	58	35	7
Среднее по В	54	36	10	50	38	12	48	41	11
НСР05 главных эффектов						по фактору А				9	4	8
						по фактору В				F ф < F 05	F ф < F 05	F ф < F 05
НСР05 частных различий						по фактору А				16	8	14
						по фактору В				F ф < F 05	F ф < F 05	F ф < F 05

Источник: исследования авторов.

Таблица 7. Содержание сухого вещества, водорастворимого сахара и сырой золы в клубнях топинамбура

Срок посадки, см (А)	Срок уборки зеленой массы	Биохимические показатели
		сухое в-во, %	среднее по А	сахар, % на а.с.в.	среднее по А	зола, % на а.с.в.	среднее по А
Весенний	10*	19,8	20,8	12,9	14,6	1,36	1,32
	20*	20,2		17,0		1,25
	перед уборкой клубней	22,4		14,0		1,34
Подзимний	10	20,6	21,1	11,5	12,4	1,48	1,34
	20	20,5		13,2		1,21
	перед уборкой клубней	22,3		12,6		1,33
Среднее по В1		20,2		12,2		1,42
Среднее по В2		20,4		15,1		1,23
Среднее по В3		22,3		13,3		1,34
НСР05 гл. эф. по фактору А		F ф < F 05		1,1		F ф < F 05
НСР05 ч. раз. по фактору А		F ф < F 05		1,8		F ф < F 05
НСР05 гл. эф. по фактору В		0,4		1,2		0,04
НСР05 ч. раз. по фактору В		0,6		1,8		0,06

Доля клубней мелкой фракции была на 15% выше при подзимней посадке, а доля клубней средней и крупной фракции, наоборот, при весенней посадке – на 7 и 8% соответственно (табл. 6) .

Фракционный состав клубней не зависит от срока уборки надземной массы. Наблюдается тенденция незначительного снижения доли мелких клубней при поздних сроках уборки ботвы – на 4–6% и, соответственно, повышения доли средних клубней – на 2–3%, крупных клубней – на 1–2%.

При изучаемых сроках посадки в клубнях наблюдается одинаковое содержание сухо- го вещества и сырой золы (табл. 7). Содержание водорастворимого сахара было на 2,2% выше при весенней посадке. За счет более продолжительного оттока питательных веществ большее содержание сухого вещества (на 1,9–2,1%) отмечается при укосе ботвы перед уборкой клубней. Большее содержание водорастворимого сахара формируется при укосе ботвы через 20 суток после фазы полного цветения – на 1,8–2,9%, а сырой золы – при ее укосе через 10 суток – на 0,08–0,19%.

Срок посадки не оказал влияния на содержание в клубнях топинамбура сырого

Таблица 8. Содержание сырого протеина, жира и клетчатки

Срок посадки, см (А) Срок уборки зеленой массы Биохимические показатели протеин, % на а.с.в. среднее по А жир, % на а.с.в. среднее по А клетчатка, % на а.с.в. среднее по А Весенний 10* 8,3 9,0 2,23 1,91 2,4 2,7 20* 9,2 1,54 2,8 перед уборкой клубней 9,7 1,97 2,9 Подзимний 10 7,7 8,4 1,48 1,34 2,8 3,0 20 8,3 1,21 3,1 перед уборкой клубней 9,1 1,33 3,1 Среднее по В1 8,0 1,86 2,6 Среднее по В2 8,7 1,37 3,0 Среднее по В3 9,4 1,65 3,0 НСР05 гл. эф. по фактору А Fф < F05 Fф < F05 Fф < F05 НСР05 ч. раз. по фактору А Fф < F05 Fф < F05 Fф < F05 НСР05 гл. эф. по фактору В 0,5 0,45 Fф < F05 НСР05 ч. раз. по фактору В 0,8 0,64 Fф < F05 * Суток после фазы полного цветения. Источник: исследования авторов. протеина, жира и клетчатки (табл. 8). Содержание сырого протеина оказалось более высоким при максимально позднем укосе зеленой массы – на 0,7–1,4%, а содержание сырого жира, наоборот, при уборке зеленой массы через 10 суток после фазы полного цветения – на 0,49% по сравнению с ее уборкой через 20 суток. Содержание сырой клетчатки варьировалось от 2,6–3,0% и не зависело от срока укоса ботвы.

Выводы

Наибольшую урожайность клубней обеспечивает весенний срок посадки – 21,3 т/га и уборка зеленой массы начиная через 20 суток после фазы полного цветения – 19,0–21,2 т/га.

Густота растений перед уборкой при весенней посадке была на 0,9 шт./м2 выше, чем при подзимней, что обусловлено большей густотой всходов – на 0,8 шт./м2 и более высокой выживаемостью растений – на 5%. При поздних сроках уборки ботвы густота растений снижается на 0,1–0,2 шт./м2.

Большее число клубней в кусте при подзимней посадке – на 4,5 шт./куст и большая средняя масса одного клубня при весенней посадке – на 9,5 г обеспечивают формирование одинаковой продуктивности куста – 632,6–627,5 г. Тенденция роста продуктивности куста от более раннего срока укоса зеленой массы к более позднему – на 141,7–191,3 г обусловлена повышением числа клубней в кусте – на 2,1–3,7 шт. и средней массой одного клубня – на 4,9–5,5 г.

Интенсивный рост числа клубней в кусте в среднем на 15,4 шт. и средней массы одного клубня в среднем на 19,1 г отмечается от фазы бутонизации до фазы цветения. Через 10 суток после фазы полного цветения наблюдается редукция клубней – в среднем на 7,8 шт., или на 35%, а повышение средней массы клубня продолжается в течение 20 суток после полного цветения. При подзимней посадке, начиная с фазы бутонизации, в кусте формируется на 2,8–5,9 клубня больше. Весенняя посадка обеспечивает формирование более крупного клубня – на 6,6–11,1 г.

При весенней посадке доля клубней средней фракции была выше на 7%, крупной – на 8%. Сроки уборки зеленой массы не повлияли на формирование фракционного состава.

Сроки посадки не оказали влияния на биохимический состав клубней за исключением водорастворимого сахара, содержание которого при весенней посадке было выше на 2,2%. Большее содержание сухого вещества (22,3%) и сырого протеина (9,4%) отмечали при укосе зеленой массы перед уборкой клубней. Большее содержание сырой золы (1,42%) и сырого жира (1,86%) – при уборке зеленой массы через 10 суток, а содержание водорастворимого сахара (15,1%) – через 20 суток после полного цветения.

В технологии возделывания топинамбура на продовольственные цели в Среднем Предуралье посадку клубней рекомендуем проводить весной, уборку зеленой массы – через 20 суток после фазы полного цветения.