Влияние предпосевной обработки переменными магнитными полями и повышенных доз органических удобрений на урожай картофеля

Возможность более полно реализовать генетический потенциал обеспечивают не только погодные условия, но и благоприятный агрофон сельхозугодий, обеспеченный органическими и минеральными удобрениями. Однако длительное применение органических и минеральных удобрений может отразиться на агрофизических свойствах почв, что особенно важно для агроценозов северных и арктических территорий. Поэтому поиск иных факторов, повышающих урожайность сельскохозяйственных культур, является актуальным.

Показано, что воздействие переменного электромагнитного поля на семена растений в период их покоя при- водит к существенным изменениям в физиологии семян при прорастании. Как низкочастотное, так и высокочастотное электромагнитные поля способны привести к эффекту биостимуляции семян [1, 2]. Выявлено, что воздействие на семена пшеницы магнитного поля с показателями 12,5 и 25 мТл в течение 6 дней с длительностью воздействия 15 и 30 мин в сутки привело к увеличению содержания воды, хлорофилла и каротиноидов. Установлена зависимость между экспрессией генов и соответствующими параметрами, особенно при магнитной индукции 25 мТл в течение 30 мин, причем изменения наблюдались во всех генах по сравнению с контрольной группой [3]. Анализ транскриптома выявил изменения в количестве транскриптов при воздействии электромагнитного излучения (далее – ЭМИ). Количественная полимеразная цепная реакция в реальном времени подтвердила дерегулирование некоторых процессов метаболизма ДНК. Более глубокими были изменения в размерах пула метаболитов с изменениями в фотосинтетическом и центральном энергетическом метаболизме [4].

В нашей работе мы оценили эффективность технологии дистанционной электромагнитной обработки и повышенного содержания органических удобрений на показатели качества урожая картофеля с разной историей обработки слабыми неионизирующими импульсными полями.

Материалы и методы

Оценку эффективности воздействия на картофель переменных электромагнитных полей (далее – ПЭМП) проводили на экспериментальных площадках Института агробиотехнологий ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. Как уже отмечалось нами [5], экспериментальный участок характеризуется высоким уровнем грунтовых вод, ранее его никогда не использовали под сельскохозяйственные посадки и не вносили органические и минеральные удобрения.

По данным ФГБУ САС, опытное поле характеризуется на сентябрь 2023 г. следующими показателями: рН _сол= 5,5, гидролитическая кислотность – 1,53 Ммоль/100 г, подвижные соединения фосфора – 906,5 млн ^-1 (мг/кг), подвижные соединения цинка – 9,90, подвижные соединения марганца – 5,12, подвижные соединения калия – 71,7, обменный кальций – 12,00, обменный магний – 6,50, азот щелочногидролизуемый – 151 млн ^-1 (мг/кг). В октябре 2023 г. на опытное поле было внесено органическое удобрение (120 т/га). По данным ФГБУ САС от 22.05.2024 (протокол № 2), участок имел следующие показатели: рН _сол= 4,91, гидролитическая кислотность – 5,25 Ммоль/100 г, подвижные соединения цинка – 13,6 млн ^-1 (мг/кг), подвижные соединения марганца – 26,6, подвижные соединения меди – 3,34, подвижная сера – 7,20, подвижные соединения фосфора – 676,5, подвижные соединения калия – 229,5 млн ^-1 (мг/кг), органическое вещество – 5,23 %. При сравнении данных показателей видно, что после осеннего внесения органических удобрений в почве увеличилось содержание макро- и микроэлементов, существенно увеличились показатели гидролитической кислотности.

Закладка делянок по оценке влияния ПЭМП картофеля осуществлена согласно общепринятой методике с соблю- дением требований к плотности посадки и числу повторностей [6]. Эксперимент был выполнен на однорядковых делянках в четырех повторностях, площадь одной делянки – 5,25 м2.

Клубни картофеля весом 50–80 г (вторая фракция) перед посадкой подвергали электромагнитному воздействию аппаратом «ТОР-био» в режиме 15/5 (15 мин воздействия, 5 мин перерыва в течение 1 ч перед посадкой) с частотой импульса 125 Гц. Показатели периодического магнитного поля на расстоянии 10 см от излучателя аппарата «ТОРбио» не превышали значения 1,5 мкТл с точностью 0,22 мкТл, электрической компоненты излучения – не более значений 214 В/м с точностью 32 В/м, плотность мощности излучения на частоте 2,45 ГГц не превышала 36 мкВт/см ² (ОАО «Концерн "ГРАНИТ"») [7, 8]. Обрабатывались клубни урожая 2023 г. и потомство клубней, обработанных ЭМИ в 2021, 2022 и 2023 гг. Полевые наблюдения за сортами картофеля выполнены по стандартной схеме [9].

Оценка метеорологических условий 2021, 2022, 2023 гг. выполнена на основании данных сайта по г. Сыктывкару (рис. 1) и tn15912056606 (рис. 2).

Положительные погодные показатели в мае 2023 г. обеспечили достаточно раннюю посадку картофеля (25.05.2023) в сравнении с 2022 г. (07.06.2022). В июне 2023 г. средняя температура была ниже средней многолетней нормы, количество осадков ниже средней многолетней на 38,2 мм, что отрицательно отразилось на развитии ранней стадии картофеля – период появления всходов оказался растянут. В 2024 г. среднесуточная температура была, наоборот, выше, достаточное количество осадков привело к обильному росту зеленой массы.

Средняя температура воздуха за июль, равно и август, 2023 и 2024 гг. была выше средней многолетней нормы.

Средняя многолетняя

Рисунок 1. Динамика погодных условий вегетационного периода 2023 года.

Figure 1. Dynamics of weather conditions of the growing season in 2023.

Рисунок 2. Динамика погодных условий вегетационного периода 2024 года.

Figure 2. Dynamics of weather conditions of the growing season in 2024.

Однако количество осадков 2024 г. было ниже среднемноголетнего значения и, соответственно, показателя 2023 г.

Как видно из рис. 1 и 2, динамика температур и осадков вегетационых периодов 2023 и 2024 гг. различается. Невысокие температуры в мае 2024 г. обусловили позднюю посадку картофеля. Высокие температуры июня и июля и дефицит осадков сказались на качестве урожая – высокая доля нетоварного картофеля.

Результаты и их обсуждение

Из рис. 3 видно, что динамика всходов сортообразца Печорский после обработки ЭМИ в 2023 г. отличается от динамики всходов сортообразца Печорский Т (обработка 2021–2023 гг.) и сорта Зырянец, обработанных в 2023 г. и 2021–2023 гг. Эффективность однократной обработки была выше по сравнению с многократной (на протяжении 2021–2023 гг.).

Различия в реакции у сортообразца Печорский на однократную и многократную (ежегодную) обработки от сорта Зырянец могут свидетельствовать об отличиях в реакции этих генотипов на воздействие ЭМИ. Такое же предположение можно высказать обсуждая неравные реакции на однократную и многократную обработки сортообразца Печорский – динамика всходов у варианта Печорский Т отличается от динамики всходов у однократно обработанного варианта сортообразца Печорский.

В 2024 г. на опытном поле были высажены клубни, обработанные только в 2024 г., и картофель урожаев от клубней, обработанных в 2021, 2022, 2023 и 2024 гг. (Э, ТЭ), и их контрольные (необработанные варианты, К, ТК). Если рассматривать данные динамики фенологических показателей, то реакция изучаемых сортов и вариантов была сходной с картиной 2023 г. – более ранние всходы у обработанного сортообразца Печорский.

На рис. 4 представлены данные биометрических показателей по фракционному составу (НСР = 0,17) и числу клубней на куст (НСР = 5,4) при учете раннего урожая. Следует отметить, что уже при учете раннего урожая были выявлены отличия в массе картофеля у контрольных вариантов, однако эти отличия обусловлены массой клубней весом более 80 г. Масса клубней менее 40 г и масса клубней второй фракции у семян, обработанных ЭМИ в 2024 г., больше, чем у необработанных. Данное заключение подтверждают результаты по оценке числа клубней на куст – число клубней на куст у обработанных в 2024 г. растений было выше, чем у необработанных. Подводя итог рассмотрению результатов учета раннего урожая, можно отметить, что внесение органических удобрений на участок сказалось на массе клубней, а дополнительная обработка ПЭМП привела к увеличению числа клубней на куст.

Как видно из рис. 5, величина общего урожая контрольных вариантов сортообразца Печорский (Печорский К,

Печорский ТК) выше, чем у обработанных вариантов. Превышение показателей общего урожая контрольных вариантов над показателями урожая обработанных вариантов сотообразца Печорский мы склонны объяснять существенным изменением плодородия экспериментального участка после внесения органических удобрений. Что касается сортов Гала, Зырянец, Аврора, мониторинг за которыми осуществлялся в 2021–2024 гг., то их реакция на электромагнитную обработку была незначительна.

Из приведенных данных биометрических показателей общей урожайности видно (таблица), что среднее количество клубней на куст в урожае обработанных клубней фракций существенно больше, чем в урожае от необработанных ЭМИ (НСР=2,14). Превышение показателей общего урожая, полученного от необработанных в 2024 г. клубней, можно объяснить улучшенным плодородием экспериментального участка. Необходимо отметить, что урожайность варианта Печорский ТЭ выше, чем у варианта Печорский Э. В данном случае можно предположить, что эти отличия связаны с изменениями генотипа после обработки ЭМИ.

Известно, что факторы окружающей среды могут приводить к эпигенетическим изменениям, которые отражают адаптацию к новым условиям. При исследовании

Фракционный состав на куст (ранний урожай)                Число клубней на куст (ранний урожай)

Рисунок 4. Биометрические показатели раннего урожая (65-й день).

Figure 4. Biometric indices of early harvest (day 65).

Рисунок 3. Динамика всходов сортов картофеля, %.

Figure 3. Dynamics of potato varieties sprouting, %.

Рисунок 5. Общая урожайность сортов картофеля после обработки электромагнитным излучением (85-й день).

Figure 5. Total yield of potato varieties after electromagnetic radiation treatment (day 85).

Биометрические показатели общей урожайности (85-й день)

Biometric indices of total yield (day 85)

Название сорта / вариант	Менее 40 г		40-80 г		Более 80 г		6.
	Вес, кг	Число, шт.	Вес, кг.	Число, шт.	Вес, кг	Число, шт.
Печорский К	5,8	127	11,9	214	39,6	250
Печорский Э	10,8	425	15,2	230	16,6	132
Печорский ТК	8,6	144	22,1	340	36,4	222
Печорский ТЭ	9,5	408	15,8	274	22,9	199

подсолнечника (Helianthus annuus) было обнаружено, что кратковременное (5–15 мин) воздействие на растения ПЭМП частотой 5,28 МГц является эффективным сигналом окружающей среды, который изменяет содержание почти 100 белков (большинство из них связано с фотосинтезом), лежащих в основе изменений экспрессии генов [10]. Таким образом, можно предположить, что в результате воздействия на клубни картофеля сорта Печорский в течение трех вегетационных периодов и, вероятно, сорта Зырянец неионизирующими импульсными полями могли возникнуть изменения генотипа, реализующиеся в отличиях реакций на дополнительные действия факторов среды.

Завершая рассмотрение результатов, следует отметить, что в условиях Республики Коми сорта местной селекции более чувствительны к воздействию ЭМИ. Получены данные, свидетельствующие о том, что предпосевная обработка клубней влияет на рост и развитие картофеля. Как было показано нами ранее [16], обработка ЭМИ приводит к усиленному образованию клубней, что, без сомнения, должно способствовать повышению общей урожайности при полном, достаточном обеспечении органоминеральными удобрениями, что и было нами обнаружено в эксперименте 2024 г.