Влияние калийных удобрений на изменение некоторых физиологических показателей столовой свеклы (Beta vulgaris var. esculenta Salisb.) в условиях Апшерона

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

Столовая свекла ( Beta vulgaris var. esculenta Salisb.) — традиционный и популярный овощ во многих частях мира. Хотя корнеплоды этого растения богаты клетчаткой и сахаром, они имеют среднюю калорийность (43 ккал на 100 г). В том числе растворимые и связанные с клеточной стенкой фенолы богаты биологически активными соединениями [1]. В последние годы особенно возрос интерес к питательным качествам, составу и влиянию столовой свеклы на здоровье [2].

Для получения высокой урожайности корнеплодов и плодов столовой свеклы необходимо изучение закономерностей изменения, характеризующее основные показатели фотосинтетической деятельности растения. Высокая биологическая и хозяйственная продуктивность достигается в результате оптимизации факторов, определяющих значение ассимиляционного аппарата (листовой поверхности) и период его активности, а также ассимиляционный потенциал — скорость фотосинтеза. При слишком большой площади листовой поверхности листья затеняют друг друга, нижние листья желтеют и отмирают, растения потребляют много воды, заражаются различными грибковыми заболеваниями, в результате снижается урожайность. Питательные условия с различными элементами способствуют увеличению площади листьев в течение вегетационного периода в разной степени. Наибольшую площадь листовой поверхности при введении азотных удобрений можно получить в конце, а введение фосфорных удобрений в начале вегетационного периода. Совместное применение навоза и NPK удобрений обеспечивает быстрый рост площади листовой поверхности и ее высокий уровень до конца вегетации [3, 4].

Продукт растений — результат фотосинтеза с участием солнечной энергии, углекислого газа из воздуха, воды из почвы и минеральных элементов. Внесение удобрений приводит к увеличению интенсивности фотосинтеза во все периоды вегетации. Однако влияние минеральных элементов меняется в течение вегетационного периода. При раздельном внесении азотных и фосфорных удобрений интенсивность фотосинтеза возрастает на 35– 60% [5].

Материалы и методы

В качестве материала исследования использовали столовую свеклу сорта Бордо-237. Площадь листовой поверхности растения столовой свеклы определяли с помощью портативного прибора LI-3000C (Япония), количество хлорофилла в листьях — с помощью прибора SPAO-502 Chlorophylemeter (Южная Корея) (путем сравнения полученных цифр с таблицой, прилагаемой к прибору), количество нитратов в корнеплодах с помощью прибора Нитрометр (SOEKS). Количество сухого вещества и сухих растений в листьях, стеблях, корнеплодах определяли при нагревании до 105°C термостатно-весовым методом [6].

Фотосинтетический потенциал (ФП) рассчитывается путем суммирования площади листовой поверхности в течение каждого вегетационного дня, умножения средней площади листовой поверхности (Lor) на продолжительность вегетационного периода (Tv) по приведенной ниже формуле:

PP=Lor x Tv

Удельная поверхностная плотность листьев (УППЛ) характеризуется количеством сухой массы листьев (Mлист) на единицу листовой поверхности (L) и выражается в мг/см2 и рассчитывается следующим образом [7]:

УППЛ = M^.

L

Коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза (КХЭФ) выражает отношение сухой массы (Мсухой) хозяйственно важной части растения (корнеплода) к сухой массе (Мвег) его вегетативных частей (включая генеративные органы и цветки) и рассчитывается по следующей формуле [8, с. 214]:

КХЭФ = Мухой .

Мвег

Результаты исследования были проанализированы статистически и установлены корреляционные связи между различными показателями [6, 7].

Экспериментальная часть

В годы исследований в зависимости от норм удобрений изучали площадь листовой поверхности, содержание хлорофилла в листьях, фотосинтетический потенциал (ФП) посевной площади, КХЭФ, УППЛ, общую сырую и сухую биомассу растения, а полученные результаты подвергали статистической обработке и оценивали их достоверность.

Внесение удобрений приводит к увеличению интенсивности фотосинтеза во все периоды вегетации. Благодаря рациональному режиму подкормки минеральными элементами повышение фотосинтетической активности растений в посевах является основным условием получения высококачественной продукции. Когда определяется наилучшая фотосинтетическая деятельность различных овощных растений, которая достигается в посевах агротехническими приемами, можно планировать и получать ожидаемый урожай.

28 aб   в   г   д

^̅X + S x̅ = 59608,72±576,13 м²/га; C v = 18,71%; НРП 05 = 573,2 м²/га; НРП 05,% = 10,0%

^̅X + S x̅ = 139,64±1,135 мг/100 г; C v = 1,62%; НРП 05 = 3,67 мг/100 г; НРП 05,% = 2,6%

Рисунок 1. Изменение площади листовой поверхности столовой свеклы и общего количества хлорофиллов в листьях в зависимости от доз удобрений А — 2017 г.; Б — 2018 г.; В — 2019 г.; Г — в среднем за три года а — без удобрений (контроль); б — навоз 20 т/га (фон); в — фон+N 120 P 90 K 60 ; г — фон+N 120 P 120 K 90 ; д – фон + N 120 P 90 K 120

Наибольшее количество хлорофилла (162,4 мг / 100 г) зафиксировано в 2019 г. в варианте без удобрений, а наименьшее — в этом же варианте (128,2 мг / 100 г) в 2018 г. (Рисунок 1, Таблица 1).

Таблица 1

ВЛИЯНИЕ КАЛИЙНОГО УДОБРЕНИЯ НА ПЛОЩАДЬ ЛИСТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ И КОЛИЧЕСТВО ХЛОРОФИЛЛА В ЛИСТЬЯХ

Площадь листовой поверхности, м2/га					Хлорофилл, мг/100 г в сырой массе
Варианты	2017	2018	2019	В среднем	Варианты	2017	2018	2019	В среднем
Без удобрений (контроль)	40945,1	47260,1	37508,1	41904,4	Без удобрений (контроль)	131,0	128,2	162,4	140,4
Навоз 20 т/га (фон)	54562,7	63498,1	51063,3	56374,7	Навоз 20 т/га (фон)	139,0	137,6	151,2	143,0
Фон+N 120 P 90 K 60	61701,6	69399,5	58003,0	63034,7	Фон+N 120 P 90 K 60	135,2	151,2	123,9	137,0
Фон+N 120 P 90 K 90	66372,0	72146,1	60387,5	66301,9	Фон+N 120 P 90 K 90	139,0	135,9	143,2	139,4
Фон+N 120 P 90 K 120	70882,8	77453,2	62946,2	70427,4	Фон+N 120 P 90 K 120	140,1	138,7	136,3	138,4

^̅X + S x̅ =59608±5576,13 м²/га                       X^̅ + S x̅ = 139,64±1,135 мг/100 г.

Cv=18,71%                                Cv=1,62%

НРП 05 =573,2                                 НРП 05 =3,67 мг /100 г

НРП 05 ,%=100%                             НРП 05 ,%=2,6%

Внесение органических и минеральных удобрений существенно влияет на площадь листьев у столовой свеклы, а также значительно повышает ФП посева. Так, самый высокий показатель ФП в посевах был зарегистрирован в 2018 г. (2552,0–3955,2 тыс м²сут/га), а самый низкий – в 2019 г. (2119,2–3210,3 тыс м²сут/га). Максимальный уровень ФП по всем вариантам наблюдается в варианте фон+N 120 P 90 K 120 в годы исследований (соответственно 3544,1 в 2017 г., 3795,2 в 2018 г., 3210,3 в 2019 г. и в среднем за три года 3516,5 тыс м²сут/га (Рисунок 2, Таблица 2).

Если прирост ФП в варианте с органическим удобрением составил 1,28 раза по сравнению с контролем (по средним трехлетним значениям), то внесение минеральных удобрений на фоне органических удобрений увеличило значение этого показателя в 1,37–1,52 раза. То есть при сочетании минеральных удобрений с органическими их действие на растения становится сильнее, они хорошо развиваются и растут.

Статистический анализ значений вариации ФП в зависимости от доз удобрений показывает, что различия между вариантами достоверны на уровне вероятности 95%. Так, среднее математическое значение ФП в годы исследований по вариантам составило 3047,58±231,77 тыс м²сут/га, изменчивость вариации 19,21%, НРП 05 составила 753,43 тыс м²сут/га или 24,7%. В зависимости от доз внесения калийных удобрений прибавки значений ФП были достоверными по сравнению с контрольным вариантом на уровне вероятности 95%, то есть был выше на 3061,43 тыс м² сут/га (3157,6–3516,5 тыс м² сут/га) и отличался достоверностью от контрольного варианта. Однако увеличение ФП в варианте с органическим удобрением (фон) находилось в пределах указанного интервала достоверности. Что касается изменения КХЭФ столовой свеклы в зависимости от доз внесения калийных удобрений, то следует отметить, что наибольшее значение КХЭФ, как и по большинству других показателей, наблюдалось в 2018 г. (2,6–3,1), а наименьшее — в 2017 г. (1,8–2,2).

^̅X + S_x̅ = 3047,58±231,77 тыс. м² сут/га; C v = 15,21%; НРП 05 = 753,43 тыс. м² сут/га; НРП 05, % = 24,7%

1
a	б	в	г	д

^^^™

^̅X + Sx̅ = 2,36±0,18; C v = 15,45%; НРП 05 = 0,23; НРП 05, % = 9,8%

Рисунок 2. Изменение ФП, КХЭФ и УППЛ в посевах столовой свеклы в зависимости от доз удобрений А — 2017 г.; Б — 2018 г.; В — 2019 г.; Г — в среднем за три года а — без удобрений (контроль); б — навоз 20 т/га (фон); в — фон+N 120 P 90 K 60 ; г — фон+N 120 P 90 K 90 ; д — фон + N 120 P 90 K 120

Таблица 2

ВЛИЯНИЕ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ (ФП) И ПОКАЗАТЕЛИ КОЭФФИЦИЕНТА ХОЗЯЙСТВЕННОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА (КХЭФ) У СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

ФП ты		с м2/га				КХЭФ
Варианты	2017	2018	2019	=q и	Варианты	2017	2018	2019	=q
Без  удобрений (контроль)	2252,0	2552,0	2119,2	2307,7	Без удобрений (контроль)	2,2	3,0	2,4	2,5
Навоз 20 т/га (фон)	2864,5	3238,4	2731,9	2944,9	Навоз 20 т/га (фон)	1,8	2,6	1,9	2,1
Фон +N 120 P 90 K 60	3085,1	3400,6	2987,2	3157,6	Фон+N 120 P 90 K 60	1,8	2,8	1,9	2,2
Фон +N120P90K90	3318,6	3535,2	3079,8	3311,2	Фон +N120P90K90	1,9	2,8	1,9	2,2
Фон +N 120 P 90 K 120	3544,1	3795,2	3210,3	3516,5	Фон +N 120 P 90 K 120	2,0	3,1	1,9	2,3

^̅X + S x̅ =3047,58±231,75 тыс м²сут/га

X^̅ + S x̅ =2,36±0,18

C v =15,45%

НРП 05 =0,23

НРП 05 , %=9,8%

C v =15,21%

НРП 05 =753,43 тыс м²сут/га

НРП 05 , %=24,7%

Наивысшим значением КХЭФ по вариантам практически во все годы исследований преобладал в варианте без удобрений по сравнению с другими вариантами. Вероятно, это было связано с накоплением большей биомассы корнеплода, чем ее надземной части в неудобренном варианте. В других вариантах (варианты с органическими и минеральными удобрениями) значение КХЭФ была ниже, так как увеличилась сухая биомасса как надземной части, так и корнеплодов и соотношение этих масс было в пользу надземной части. Как видно из результатов статистического анализа данных, полученных по КХЭФ, среднее математическое значение этого показателя составило 2,36±0,18, изменчивость вариации — 15,45%, НРП 05 — 0,23 или 8,8%. По статистическим показателям значение КХЭФ в варианте без удобрений (2,5 по среднему трехлетнему результату) превосходит достоверность на уровне вероятности 95% (2,1–2,2) по сравнению с другими вариантами, за исключением варианта фон+ N 120 P 90 K 120 . Но в варианте фон+N 120 P 90 K 120 эта достоверность себя не оправдывает (2,3+0,23=2,53) (Рисунок 2, Таблица 2).

Значение УППЛ, считающаяся одним из важнейших показателей фотосинтеза, существенно варьирует в зависимости от климатических условий в годы исследований и доз вносимых удобрений (Рисунок 2, Таблица 3).

Таблица 3

УДЕЛЬНАЯ ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ЛИСТЬЕВ (УППЛ) СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

Варианты	УППЛ
	2017	2018	2019	orta
Без удобрений (контроль)	6,0	6,4	5,7	6,0
Навоз 20 т/га (фон)	7,1	7,1	6,2	7,0
Фон+N 120 P 90 K 60	8,0	7,4	7,4	7,5
Фон+N 120 P 90 K 90	7,7	8,2	8,0	8,0
Фон+N 120 P 90 K 120	8,4	9,0	8,3	8,5
X̅ + S x̅ =7,40±0,48 мг/см2; C v =13,0%; НРП 05	=1,56 мг/см2; НРП 05 , %	=21,1%

Самая высокая УППЛ (9,0 мг/см²) была зарегистрирована в 2018 г. в варианте Фон+N 120 P 90 K 120 , а самая низкая УППЛ в 2019 г. в варианте без удобрений (5,7 мг/см²). Значение УППЛ по вариантам варьировала в пределе 6,0–8,4 мг/см² в 2017 г., 6,4–9,0 мг/см² в 2018 г. и 5,7–8,3 мг/см² в 2019 г. Сравнение средних трехлетних значений показывает, что внесение органических и минеральных удобрений положительно повлияло на УППЛ столовой свеклы. Так наибольшее значение УППЛ было зафиксировано в варианте Фон+N 120 P 90 K 120 (8,5 мг/см²). Являются ли наблюдаемые различия в зависимости от доз удобрений статистически значимыми или нет, определяли с помощью статистическо-математического анализа. Выяснилось, что среднее математическое значение УППЛ по вариантам в годы исследования составляет 7,40±0,48 мг/см², изменчивость вариации — 13,0%, НРП 05 — 1,56 мг/см² или 21,1%. Наблюдаемые различия значений УППЛ в зависимости от высоких доз калийных удобрений (K 90 и K 120 ) по сравнению с контрольным вариантом достоверны на уровне вероятности 95%. Различия, зафиксированные в вариантах органических удобрений и в варианте фон+N 120 P 90 K 60 , находятся в пределах интервала достоверности (6±1,56=7,56) (Таблица 3).

Таким образом, в зависимости от доз удобрений значения ФП и КХЭФ посевного поля столовой свеклы существенно различаются. Поскольку внесение калийных удобрений положительно влияет на формирование как надземных, так и корнеплодов растения. Растение хорошо развивается и растет, что в конечном итоге повышает как биологическую, так и хозяйственную продуктивность растения. С этой точки зрения изучено изменение общей сухой и сырой биомассы растений столовой свеклы в зависимости от доз удобрений (Рисунок 3, Таблица 4).

Как видно из представленных данных, органические и минеральные удобрения значительно увеличили количество как общей сухой, так и общей сырой биомассы во все годы исследований. Если это увеличение за счет влияния органических удобрений составляет 1,51 и 1,45 раза, то увеличение за счет совместного влияния органических и минеральных удобрений равно соответственно 1,91–2,48 и 1,74–2,02 раза. То есть за счет влияния удобрений общая сухая биомасса увеличивается больше, чем общая сырая биомасса. Такую разницу в росте следует объяснить увеличением сухого вещества во всем растении (как в надземной части, так и в корнеплодах) в вариантах удобрения.

Климатические условия в годы исследований повлияли на общую сухую и сырую биомассу, так же как и на другие параметры фотосинтеза. Так, наибольшее количество общей сухой и сырой биомассы зафиксировано в 2018 г. (105,93–260,4 ц/га и 843,2–1684,2 ц/га соответственно) (Рисунок 3, Таблица 4).

Наименьшее количество общей сухой и сырой биомассы наблюдались в разные годы. Так, наименьшее количество общей сухой биомассы приходится на 2017 г. (89,42–221,4 ц/га), а общей сырой биомассы — на 2019 г. Наличие такой разницы следует объяснять накоплением сухого вещества в надземной части растения и корнеплодов в 2019 году, который был неблагоприятным годом для роста и развития столовой свеклы.

На основании статистического анализа результатов о статистической значимости наблюдаемых различий в изменении общей сухой и сырой биомассы столовой свеклы было выдвинуто рассуждение в зависимости от влияния удобрений.

Среднее математическое значение общей сухой биомассы по годам и вариантам исследований составляет 178,03±28,12 ц/га, изменчивость вариации 31,60%, НРП05 91,44 ц/га или 51,4%, а общей сырой биомассы соответственно 1203,8±149,47 ц/га, 24,83%, 485,88 ц/га или 40,4%.

X̅ + S x̅ = 178,03 ± 28,12 ц/га; C v = 31,60%; НРП 05 = 91,44 ц/га; НРП 05, % = 51,4%

X^̅ + S x̅ = 1203,8±149,47 ц/га; C v = 24,83%; НРП 05 = 485,88 ц/га; НРП 05, % = 40,4%

Рисунок 3. Изменение общей сухой и сырой биомассы столовой свеклы в зависимости от дозы удобрения: А — 2017 г.; Б — 2018 г.; В — 2019 г.; Г — в среднем; а — без удобрений (контроль); б — навоз 20 т/га (фон); в — фон + N 120 P 90 K 60 ; г — фон + N 120 P 90 K 90 ; д — фон + N 120 P 90 K 120

Судя по приведенным статистическим показателям, можно сказать, что количество общей сухой биомассы в вариантах фон+N 120 P 90 K 90 и фон+N 120 P 90 K 120 превосходило вариант с вероятностью 95% по сравнению с вариантом без удобрения. В вариантах фон и фон+N 120 P 90 K 60 это преимущество находилось в пределах интервала достоверности (98,75+91,44=190,19 ц/га). Аналогичная тенденция наблюдается и по количеству общей сырой биомассы. Но в отличие от количества общей сухой биомассы, здесь достоверность обоснована на уровне вероятности 95% во всех трех вариантах доз калийных удобрений (т. е. количество общей сырой биомассы выше 747,2+485,88=1233,08 ц/га). Только под действием органических удобрений увеличение общей сырой биомассы находится в пределах интервала достоверности.

Таблица 4 ВЛИЯНИЕ КАЛИЙНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОБЩУЮ СУХУЮ И СЫРУЮ БИОМАССУ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ
Общая сухая биомасса ц/га					Общая сырая биомасса, ц/га
Варианты	2017	2018	2019		Варианты	2017	2018	2019
Без удобрений (контроль)	89,42	105,93	100,89	98,75	Без удобрений (контроль)	744,2	843,2	654,1	747,2
Навоз 20 т/га (фон)	134,4	156,9	156,0	149,0	Навоз 20 т/га (фон)	1085,2	1206,5	951,1	1080,9
Фон+N 120 P 90 K 60	166,8	191,3	208,0	189,0	фон+N 120 P 90 K 60	1282,3	1416,8	1204,6	1301,2
Фон +N 120 P 90 K 90	189,2	217,3	219,0	208,4	фон+N 120 P 90 K 90	1369,6	1520,9	1252,4	1381,0
Фон +N 120 P 90 K 120	221,4	260,4	251,9	245,0	фон+N 120 P 90 K 120	1493,9	1684,2	1347,6	1508,7
̅X + S x̅ =178,03±28,12 C v =31,60% НРП 05 =91,44 ц/га НРП 05 , % =51,4%		ц/га			X̅ + S x̅ =1203,8±149,47 ц/га C v =24,83% НРП 05 =485,88 ц/га НРП 05 , %=40,04%

Таким образом суммируя полученные результаты, можно сделать следующие обобщения:

• 1)    Внесение органических и минеральных удобрений в растение столовой свеклы положительно влияет на площадь листовой поверхности, значение показателей ФП, КХЭФ и УППЛ, а также на количество общей сухой и сырой биомассы. Под влиянием повышенных доз калийных удобрений растение хорошо развивается и дает большое количество биопродукции, так как ускоряются физиолого-биохимические процессы в растении, усиливается деятельность фотосинтеза растения.

• 2)    Метеорологические условия в годы исследований оказали существенное влияние на физиологические показатели и биологическую продуктивность столовой свеклы. По всем показателям (за небольшим исключением) природно-климатические условия 2018 года были благоприятными для развития растения, создав основу для получения высокого биологического урожая столовой свеклы. Самые слабые результаты в основном были зафиксированы в относительно засушливом 2019 году.

• 3)    При подаче растениям различных доз калийных удобрений наилучший результат как по фотосинтетическим показателям, так и по количеству биологического продукта отмечен в варианте фон+N 120 P 90 K 120 . Обнаружена тесная связь как площади ассимиляционной поверхности, так и ФП и биологического продукта с дозами калийных удобрений.