Содержание к диссертации
Введение
1. Эффективность элементов технологии возделывания картофеля (обзор литературы) 7
1.1. Биологические особенности картофеля 7
1.2.Влияние предшественников на рост, развитие и урожайность картофеля 18
1.3. Урожайность и качество клубней картофеля в зависимости от срока посадки 22
1.4. Схема посадки как элемент технологии выращивания картофеля...26
1.5. Предуборочное удаление ботвы 29
2. Условия, материал и методика проведения исследований 32
2.1. Природно-климатические условия лесостепной зоны Тюменской области 32
2.2. Метеорологические условия в годы проведения исследований 35
2.3. Характеристика изучаемых сортов 41
2.4. Агротехника и агрохимическая характеристика почвы 42
2.5. Методика исследований 45
3. Рост, развитие растений, урожайность и качество клубней картофеля в зависимости от предшественника 48
3.1. Продолжительность межфазных периодов 48
3.2. Фотосинтетическая деятельность растений картофеля 51
3.3. Пораженность болезнями 53
3.4. Динамика урожайности и структура урожая 55
3.5. Качество клубней картофеля 62
4. Влияние срока посадки на урожайность и качество клубней картофеля 66
4.1. Продолжительность межфазных периодов 66
4.2. Фотосинтетическая деятельность растений картофеля 68
4.3. Пораженность болезнями 71
4.4. Динамика урожайности и структура урожая 72
4.5. Качество клубней картофеля 78
5. Изучение схем посадки картофеля 83
5.1. Продолжительность межфазных периодов 83
5.2. Фотосинтетическая деятельность растений картофеля 85
5.3. Пораженность болезнями 87
5.4. Динамика накопления массы ботвы и урожайности клубней картофеля 89
5.5. Качество клубней картофеля 96
6. Урожайность и сохранность клубней картофеля в зависимости от срока удаления ботвы 102
6.1. Структура урожая и урожайность 102
6.2. Качество клубней картофеля 107
6.3. Хранение картофеля в зимний период 110
7. Биоэнергетическая и экономическая эффективность изучаемых элементов технологии выращивания картофеля 114
Выводы 119
Предложения производству 123
Библиографический список 124
Приложения 140
- Биологические особенности картофеля
- Природно-климатические условия лесостепной зоны Тюменской области
- Фотосинтетическая деятельность растений картофеля
- Фотосинтетическая деятельность растений картофеля
Введение к работе
Актуальной проблемой современного картофелеводства остается совершенствование сортовой агротехники, особенно вновь созданных сортов. Различные сорта картофеля предъявляют неодинаковые требования к условиям возделывания и по-разному реагируют на те или иные агроприемы, поэтому для сортов, существенно отличающихся биологическими особенностями, нельзя применять одинаковую агротехнику, что часто практикуется в настоящее время в большинстве хозяйств (А.Х. Абазов и др., 1997).
Любые сорта картофеля имеют как отрицательные, так и положительные свойства, которые в разные годы проявляются по-разному, поэтому важно знать реакцию каждого сорта на агротехнику, чтобы полнее использовать его генетический потенциал (Д. Шпаар, 1999).
При передаче нового сорта в производство отсутствие соответствующей технологии нередко приводит к тому, что потенциально высокопродуктивные сорта дают низкие урожаи. Современные сорта при благоприятных условиях способны обеспечить урожай порядка 100 т/га, однако, как ежегодно наблюдается в массовом производстве, урожай картофеля в 5-Ю раз ниже (А.А. Жученко, 1984; В.Г. Иванюк и др. 2003). Причины, объясняющие контрастность урожаев, кроются в несоблюдении сортовой агротехники.
В настоящее время картофелеводство ведётся в Тюменской области на недостаточно высоком уровне. Средняя урожайность картофеля составляет 12-15 т/га, хотя потенциальные возможности районированных сортов составляют 60-70 т/га и более. В последние десятилетия в реестр селекционных достижений по Тюменской области включен ряд высокоурожайных, в сочетании с качеством, клубней сортов картофеля. В условиях производства, а также в частном секторе они выращиваются по общепринятой технологии и реализуют свои потенциальные возможности на
30-40%, поэтому совершенствование сортовой технологии картофеля одна из актуальных проблем растениеводства.
Цель исследований. Изучение элементов технологии выращивания сортов картофеля Каратоп и Свитанок киевский в лесостепной зоне Тюменской области.
В задачи исследований входило изучить:
влияние предшественников на урожайность и качество клубней
картофеля;
рост, развитие растений, формирование урожайности и качества
клубней картофеля в зависимости от срока посадки;
эффективность схемы посадки сортов картофеля;
урожайность и ее сохранность при хранении в зависимости от срока
удаления ботвы;
энергетическую и экономическую эффективность рекомендуемых
производству элементов технологии возделывания картофеля. Научная новизна: Применительно к изучаемым сортам картофеля впервые в условиях Тюменской области изучены элементы технологии их выращивания. В ходе исследований установлены оптимальные варианты, обеспечивающие получение высокого урожая в сочетании с качеством клубней при минимальных затратах.
Практическая значимость работы. На основе результатов исследований рекомендованы производству экономически выгодные элементы технологии возделывания сортов картофеля в лесостепной зоне Тюменской области: предшественники, сроки посадки, схемы посадки и сроки скашивания ботвы.
На защиту выносится: элементы технологии возделывания сортов картофеля обеспечивают повышение урожайности и улучшение качества клубней в условиях лесостепной зоны Тюменской области.
Апробация работы. Результаты научных исследований доложены на методических и Ученых Советах ТГСХА, на кафедре технологии
производства, хранения и переработки продукции растениеводства (2005-2007 гг.), на международной научно-практической конференции «Достижения науки в реализацию национального проекта развития АПК» в г. Кургане (2006 г.), научно-практической конференции «Аграрная наука на современном этапе», где заняла III место (2007 г.), научно-практической конференции «Аграрные проблемы Северного Зауралья» в ГНУ НИИСХ Северного Зауралья (2007 г.). По материалам диссертации опубликовано 3 научные работы, в т. ч. 1 работа в издании, рекомендованном Высшей аттестационной комиссией.
Личный вклад автора в работу. Автор принимал непосредственное участие в разработке программы и методики исследований, лично проводил полевые опыты и лабораторные анализы, обработал результаты исследований. Все экспериментальные данные получены самим автором, а часть материалов - при совместной работе с другими специалистами, а также студентами-дипломниками агрономического факультета, за что соискатель выражает всем признательность и благодарность.
За постоянные консультации и методическую помощь в работе автор особо благодарен научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук, профессору Логинову Ю. П.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 139 страницах машинописного текста и состоит из введения, 7 глав, выводов и предложений производству. Содержит 31 таблицу, 20 рисунков и 33 приложений. Список использованной литературы включает 177 источников, в том числе 21 на иностранных языках.
Биологические особенности картофеля
Картофель считается важной сельскохозяйственной культурой. Значимость его, как «второго хлеба» возрастает и в Западной Сибири в особенности (Л.Л. Еременко, 1955). Родина культурного картофеля - Южная
Америка. В средней части Чили и на острове Чилоэ в культуру введены местные тетраплоидные виды, на основе которых был получен вид Solanum tuberosum L (А.Н. Постников, 2000). Существуют десятки различных видов картофеля, созданных природой применительно к разнообразным почвенно-климатическим условиям планеты, высоте над уровнем океана, географической широте (П.И. Альсмик, 1972; СМ. Букасов, 1947; Б.Н. Дорожкин и др., 2003).
Картофель обладает высокой экологической пластичностью, поэтому способен произрастать и формировать урожай в самых разных почвенно-климатических условиях. Однако у него есть определенные биологические требования к условиям произрастания, наиболее полный учет которых -обязательное условие любой применяемой технологии, особенно интенсивной. Прежде, чем начать ее разрабатывать, необходимо выявить Уровень соответствия биологии картофеля и почвенно-климатических условий территории его возделывания.
Оптимальный рост и развитие растений картофеля происходят только в пределах определенных температурных границ. Минимумы для роста лежат в интервале 5-15С, оптимумы - 16-29С, максимумы - более 30С. В пределах оптимальных температурных границ продуктивность фотосинтеза почти не изменяется. При чрезмерно высоких температурах начинается инактивация ферментов, фотосинтез прекращается.
Картофель - растение умеренного климата и наиболее устойчивые его урожаи получают в средних широтах, имеющих относительно невысокую температуру в период вегетации (Н. Lundegordh, 1925; СМ. Букасов, 1974; СГ. Дорошкевич, 2002; R. Schick, M.Klinkowski и др. 1962), хотя благодаря своей пластичности он может произрастать как на крайнем юге, так и далеко на севере. Требования картофеля к температуре по периодам онтогенеза различные (В.В. Арнаутов, 1951; В.В. Арнаутов и др., 1955; А.И. Руденко, 1959; Е. Epstein, 1966; J.W. Seater, 1968).
Агроклиматические условия основных регионов России, возделывающих картофель, характеризуются разнообразием по составу и плодородию почв, количеству и равномерности распределения осадков за период вегетации, сумме эффективных температур, безморозному периоду и другим факторам. Эти особенности в значительной мере обусловливают использование картофелем биоклиматического потенциала территорий, степень риска и уровень урожайности.
Для большинства регионов и хозяйств особенно важное практическое значение имеет правильный подбор сортов с учетом длительности периода вегетации, необходимого для их полного созревания (Е.А. Симаков и др., 2005).
В отличие от многих возделываемых сельскохозяйственных культур картофель не требует большого количества тепла. Нормальное клубнеобразование происходит при температуре почвы 15-20С. Величина оптимальных температур клубнеобразования меняется не только в зависимости от скороспелости сорта, но и от комплекса внешних условий. Длительное воздействие высокими температурами (30-40С) в период формирования клубней вызывает «температурное вырождение картофеля», вызванное сильным перегревом глазков у молодых растущих клубней (Е.А. Симаков, 2002; А.П. Сляднев, 1965). При этом нарушается обмен веществ, значительно снижается урожай клубней и их семенные качества (П.И. Альсмик и др., 1997; Б.А. Писарев, 1990).
Почки, расположенные на клубне, начинают пробуждаться после завершения периода покоя уже при температуре 3-5С, образовывать первые ростки при 5С, корни - при 7С. Такое минимально допустимое прогревание почвы для начала прорастания семенных клубней и формирования корневой системы в условиях Сибири наблюдается обычно в южных районах в конце апреля - начале мая, в более холодных северных - к 10 мая.
Природно-климатические условия лесостепной зоны Тюменской области
Тюменская область расположена на значительной территории Западно-Сибирской равнины и занимает площадь 1,43 млн. кв. м. Земельный фонд области составляет 146,6 млн. га. Из общего фонда земель сельскохозяйственного назначения только 6 млн. га характеризуются относительно благоприятными почвенно-климатическими условиями. В составе земельного фонда пашни 31,5%, сенокосов 48,1%, пастбищ 20,4%.
Климат северной лесостепи Тюменской области типично континентальный. Он формируется главным образом под влиянием воздушных масс азиатского материка. Беспрепятственное проникновение арктических масс воздуха с севера и сухих из Казахстана и Средней Азии обусловливает резкие изменения климата (Агроклиматические ресурсы, 1971).
Основные черты температурного режима северной лесостепи: холодная продолжительная зима, тёплое непродолжительное лето, короткие переходные сезоны весна и осень, поздние весенние и ранне-осенние заморозки, короткий безморозный период.
Продолжительность дня в летние месяцы составляет 15-18 часов, что благоприятно для развития сельскохозяйственных культур.
Средняя температура воздуха июля, самого тёплого месяца в году -18,1 С. Средняя температура воздуха января, самого холодного месяца в году - 17,8С, абсолютно максимальная температура воздуха 40С, а абсолютно минимальная —50С. Годовая амплитуда температуры воздуха достигает 92С.
Годовое количество осадков в северной лесостепи составляет 374-415 мм, из них в тёплый период (апрель-октябрь) выпадает 288-318 мм, в холодный период (ноябрь-март) - 80-105 мм.
Устойчивый снежный покров устанавливается в первой декаде ноября. Наибольшей высоты (30-38 см) он достигает во второй декаде марта. Продолжительность залегания снежного покрова 150-155 суток. Наибольшая глубина промерзания почвы - более 150 см.
Преобладающее направление ветра в течение года - юго-западное, в летние месяцы - северо-западное. Среднегодовая скорость ветра 3,4 м/с.
Главное условие, необходимое для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур: тепло- и влагообеспеченность.
Для большинства многолетних культур начало вегетации совпадает с переходом среднесуточной температуры воздуха через 5С на повышение. Активная вегетация протекает при температуре воздуха выше 10С. Продолжительность этого периода 114-123 суток.
На продолжительность вегетационного периода влияют заморозки, которые могут значительно сократить период активной вегетации. В среднем последний заморозок весной бывает 20-24 мая, первый осенью - 12-16 сентября. Продолжительность безморозного периода - 110-120 суток.
Теплообеспеченность вегетационного периода характеризуется суммой положительных температур выше 10С, которая в северной лесостепи составляет 1800-1900С.
Влагообеспеченность культурных растений характеризуется суммой осадков за вегетационный период, запасом продуктивной влаги в метровом слое почвы и гидротермическим коэффициентом Г.Т. Селянинова (ГТК).
Среднемноголетняя величина ГТК в северной лесостепи 1,2-1,3, что характеризует данную территорию как умеренно увлажнённую. При этом создаются оптимальные условия для нормального роста и развития основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в регионе.
Сумма осадков за период активной вегетации составляет в среднем 220-240 мм. В самый ответственный для формирования урожая период (со второй половины мая по вторую половину июня, от всходов до бутонизации) осадков выпадает 101-166 мм.
Запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы весной к началу полевых работ в среднем составляют 128-179 мм, в пахотном - 29-55 мм. В период массовой посадки картофеля они снижаются до 110-131 мм в метровом слое и до 24-34 мм - в пахотном. Наиболее низкие запасы влаги в метровом слое почвы наблюдаются во второй половине июня - 70-95 мм.
Снеготаяние наступает в среднем 22-28 марта и заканчивается 10-12 апреля. Дата оттаивания почв до глубины 30 см - 21 апреля, полного оттаивания - 14 мая. Средняя дата наступления мягкопластичного состояния почвы (физической спелости) на глубине 10-12 см - 30 апреля.
Выбор срока посадки сельскохозяйственных культур, обеспечивающего хороший рост и развитие растений, зависит от температуры воздуха и почвы.
Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 5С на повышение происходит 25 апреля, через 10С - 24 мая.
Средняя дата перехода температуры почвы через 10С на глубине 5 см отмечается 11-15 мая, через 4-7 суток происходит прогревание почвы до 10С на глубине 10 см.
Убирают картофель в Тюменской области в основном в августе и сентябре. Уборка осложняется неблагоприятными погодными условиями. В сентябре обычно бывают продолжительные дожди, которые носят обложной характер. Просыхание почвы в это время идёт медленно из-за повышенной влажности воздуха. К тому же в начале сентября уже возможны первые осенние заморозки.
Устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через 10С на понижение происходит 10-18 сентября, через 5С - 1-5 октября. Установление снежного покрова в среднем происходит 2-7 ноября.
Таким образом, агроклиматические условия северной лесостепи позволяют возделывать большинство культур умеренного климата. Лимитирующие факторы: недостаток влаги в весеннее-летний период, поздневесенние и раннеосенние заморозки, неблагоприятные условия зимнего периода, а также значительные колебания климатических показателей по годам.
Фотосинтетическая деятельность растений картофеля
Картофель является светолюбивым растением и при недостатке света сильно снижает урожаи. Снижение урожая при недостатке света связано прежде всего с ослаблением процесса фотосинтеза (Л.Б. Строганова, 1959; А.А. Ничипорович, 1966; R. Schick, М. Klinkowski, 1962).
Одним из факторов, оказывающих существенное влияние на продуктивность и качественные показатели сортов картофеля, является площадь питания растений. Солнечная энергия, падающая на единицу площади, используется наиболее полно и создаются предпосылки для накопления наивысшего урожая лишь тогда, когда к началу цветения, т.е ко времени окончательного формирования ассимиляционного аппарата, площадь листьев картофеля составляет 30-40 тыс. м /га (А.А. Ничипорович, 1961).
Данные по площади листьев и чистой продуктивности изучаемых сортов в зависимости от предшественника представлены в таблице 2.
Площадь листьев и чистая продуктивность фотосинтеза
Сорт Предшественник Площадь листьев, тыс. м /га Чистая продуктивность фотосинтеза, г/м2 х сутки 2005 г. 2006 г. 2007г. средняя 2005 г. 2006 г. 2007г. средняя Каратоп картофель, контроль 23,6 25,1 21,5 23,4 5,9 6,7 6Д 6,2 горох + овёс 25,8 28,0 22,9 25,6 7,0 8,8 6,6 7,5 озимая рожь 29,3 32,5 26,4 29,4 8,9 11,0 11,4 10,4 Свитанок киевский картофель, контроль 21,9 23,0 19,3 21,4 5,0 5,9 6,2 5,7 горох + овёс 24,7 25,2 22,0 24,0 6,5 8,2 7,3 7,3 озимая рожь 26,5 29,8 24,7 27,0 7,7 9,6 8,1 8,5 Из анализа данных таблицы 2 прослеживается закономерность увеличения площади листьев у изучаемых сортов картофеля по горохо-овсу и озимой ржи. По предшественнику картофель площадь листьев у сорта Каратоп изменялась в годы исследований от 21,5 до 25,1 тыс. м /га, у сорта Свитанок киевский - от 19,3 до 23,0 тыс. м /га, или была ниже по сравнению с сортом Каратоп. По горохо-овсу площадь листьев увеличилась на 2,2 у сорта Каратоп и на 2,6 тыс. м /га у сорта Свитанок киевский по сравнению с предшественником картофель. В среднем за годы исследований площадь листьев у сорта Каратоп составила по картофелю 23,4, по горохо-овсу - 25,6, по озимой ржи - 29,4 тыс. м /га, у сорта Свитанок киевский - 21,4; 24,0; 27,0 тыс. м га соответственно.
Чистая продуктивность фотосинтеза возрастает у обоих изучаемых сортов по горохо-овсу и озимой ржи. Так, по предшественнику картофель она составила у сорта Каратоп 5,9 - 6,7, в среднем за годы исследований - 6,2 г/м х сутки. По горохо-овсу она возрастает до 7,5 и по озимой ржи до 10,4 г/м х сутки. Аналогичные данные получены по сорту Свитанок киевский, хотя в целом он уступает сорту Каратоп.
В процессе роста и развития картофель может подвергаться биотическим и абиотическим стрессовым ситуациям. Недостаток или избыток влаги, особенно в критические периоды онтогенеза, резкая смена обеспечения водой во время активного роста; высокие или, наоборот, пониженные температуры воздуха и почвы, повреждения градом; недостаток кислорода для дыхания клубней в почве; дефицит отдельных элементов питания либо их дисбаланс, поражение растений болезнями, вредителями -все эти и многие другие причины приводят к нарушению ростовых процессов, снижению продуктивности и качественных показателей клубней, иногда даже к гибели растений или клубней. Очень часто биотические (вирусы, бактерии, грибы) и абиотические факторы (недостаток или избыток элементов питания, отклонение температуры от нормы и др.) воздействуют на растение совместно, усиливая отрицательное действие.
В условиях лесостепи Западной Сибири и таежной зоны многие сорта на избыточное и неравномерное увлажнение почвы реагируют образованием у клубней ростовых трещин, дуплистости, поражаются фитофторозом и паршой обыкновенной, мокрой и сухой гнилью. Причем реакция сортов и их групп по степени скороспелости на неблагоприятные факторы среды была неодинаковой.
Среднеспелые сорта (Луговской, Лазарь, Свитанок киевский) в лесостепной зоне поражались фитофторозом слабее (0,21%), чем ранние (1,02%) и среднеранние (1,46%»). Одной из главных причин этого явления, на наш взгляд, является хорошо подобранные сорта, устойчивые к фитофторозу, о чем свидетельствует и характеристика сортов по паспорту.
Наукой установлено, а практикой подтверждено, что по причине проявления болезней урожайность картофеля снижается на 30-40% и более. На картофеле проявляется комплекс болезней, наибольший вред из которых наносят фитофтороз, альтернариоз, черная ножка, гнили и др.
Фотосинтетическая деятельность растений картофеля
Для достижения наибольшей продуктивности картофеля очень важное значение имеет оптимальная густота стояния растений на единице площади. При загущенных посадках неэффективно используется для фотосинтеза солнечная радиация, при изреженных - площадь поля. Световой режим растений считается нормальным, если на 1 га обеспечивается формирование листовой поверхности площадью 30-40 тыс. м2 (АЛ. Ничипорович, 1966).
Урожай картофеля на 90-95% формируется за счет фотосинтеза, поэтому площадь ассимиляционной поверхности листьев один из основных показателей, характеризующих состояние посадок.
В научной литературе существует две диаметрально противоположные теории по площадям питания растений. Э. Вольни считал, что на богатой питательными веществами почве максимум урожая на единицу площади достигается при большей площади питания растений (Э. Вольни, 1934). В.И. Эделыптейн полагал, что на плодородных почвах при благоприятных условиях роста наивысший урожай получается при меньших площадях питания, чем на бедных (В.И. Эделыптейн, 1962).
В предыдущих главах уже отмечалось, что на картофеле проявляется ряд болезней, которые в комплексе уносят значительную часть урожая. Наиболее распространенными считаются фитофтороз, альтернариоз, черная ножка и др.
Фитофтороз картофеля вызывается грибом Phytophthora infestans. Устойчивость к этому заболеванию контролируется двумя генетическими системами: расоспецифической и полигенной (А.Я. Камераз и др., 1973). Первая проявляется в сверхчувствительной реакции клеток растения, тогда как вторая (полевая устойчивость) - в ограничении скорости распространения инфекции и интенсивности спороношения гриба. Сверхчувствительность обеспечивает полный иммунитет к отдельным расам гриба. Полевая (горизонтальная) устойчивость действует по отношению ко всем расам возбудителя, но обеспечивает лишь частичную устойчивость растений.
Необходимо отметить, что проявление полевой устойчивости к фитофторозу зависит от сорта и внешних условий: температуры, влажности, удобрения, возраста растения. Особенно большой ущерб фитофтороз наносит в годы с умеренной температурой воздуха и обильным выпадением осадков во второй половине вегетации (А.В. Алябьева, 1979; СМ. Букасов и др., 1972; Б.Н. Дорожкин и др., 2003).
Альтернариоз (ранняя сухая пятнистость) вызывается грибом Alternaria solani. Проявляется альтернариоз в виде угловатых темно-коричневых мертвых пятен на листьях. Стебли обычно не поражаются до цветения, но впоследствии могут отмереть при сильном развитии заболевания. Обычно гриб поражает вначале более старые и слабые листья. Отмечено, что симптомы поражения переходят на клубни. Они проявляются вначале в виде маленьких темноватых пятен на кожуре. Пятна медленно разрастаются, пораженная зона пересыхает и проваливается (углубляется). Поверхность поражения, в отличие от других болезней, твердая и легко режется. Потери при хранении достигают 25% и более.
Черная ножка вызывается возбудителем Pectobacterium phytophthorum. Н.Я. Чмара, В.В. Арнаутов (1953) отмечали, что черная ножка распространена в средней и северной зонах европейской части России и Сибири. В Новосибирской области эпифитотии черной ножки отмечены в 1975 г., когда в отдельных хозяйствах поражалось до 40% растений, а также в 1988 и 1989 гг. - на сортах Приекульский ранний (10-13%) и Берлихинген (до 14-17%) (Система защиты..., 2003).
Источником инфекции являются больные клубни и зараженная почва, в которой инфекция сохраняется 4-5 лет. Наибольшие потери, по данным О.Н. Савельевой (1971), наблюдаются при поражении всходов, так как под больными растениями клубни не развиваются.
