Особенности минерального питания картофеля

Для роста и развития картофеля требуется большое количество питательных веществ. При образовании 10 т клубней картофель выносит из почвы около 50 кг азота, 20 кг фосфора, 90 кг калия, около 40 кг кальция, 20 кг магния. Это обуславливает его высокую отзывчивость на удобрения. (Писарев Б.А., 1973, Хлевной Б. Ф., 1986).

В составе сухого вещества картофеля насчитывается 26 различных химических элементов. Наибольшую потребность картофель испытывает в азоте, фосфоре, калии, кальции и магнии. Потребность в элементах питания возрастает по мере роста ботвы и достигает максимума в фазу цветения. В это время растения потребляют из почвы 60% азота и фосфора и более 50% калия. Картофель потребляет значительно больше питательных веществ, чем зерновые культуры и лен, но меньше, чем сахарная свекла и кормовые корнеплоды (Смирнов П.М., 1988, Муравин Э. А., 2003). Картофель имеет относительно слаборазвитую корневую систему и в первый период роста плохо усваивает труднорастворимые питательные вещества из почвы. Это обусловливает повышенную отзывчивость его на внесение удобрений (Белоус Н.М., 2009). Наибольшее количество питательных веществ поглощается скороспелыми сортами картофеля во время бутонизации и цветения, а среднеи позднеспелыми — в период интенсивного роста ботвы и начала клубнеобразования. Достаточное снабжение растений всеми основными элементами питания в этот период имеет исключительное значение для формирования урожая. Избыточное, особенно одностороннее, питание азотом вызывает израстание в ботву и задерживает клубнеобразование. На образование клубней используются питательные вещества, как поступающие в этот период из почвы и удобрения, так и ранее накопленные в ботве. Вследствие реутилизации питательных веществ к моменту уборки картофеля в клубнях содержится около 80% азота, 90% фосфора и практически весь калий (Тамман А.И., 1959).

В первый период жизни растение картофеля требует немного питательных веществ. Это объясняется тем, что в отличие от других сельскохозяйственных растений картофель в начальный период развития в значительной степени удовлетворяет потребность в питании за счет питательных веществ, которые имеются в материнском клубне. Многие ученые считают, что материнский клубень долго и активно участвует в жизни нового растения (Лорх А.Г., 1948). Наибольшее количество питательных веществ картофель потребляет в период интенсивного нарастания надземной массы и в период клубнеобразования. К концу вегетации поступление питательных веществ уменьшается и прекращается в начале засыхания листьев (Третьяков Н.Н., 2000).

По внешним признакам растения можно судить о недостатках того или иного элемента питания. При недостатке в почве азота отмечается слабое развитие надземных органов картофеля, уменьшается облиственность растений, продуктивность работы листового аппарата, урожай и крахмалистость клубней (Вавилов П.П., 1986). При избыточном азотном питании наблюдается чрезмерный рост ботвы, задерживается образование клубней и удлиняется период вегетации; снижается устойчивость растений к различным заболеваниям. Растению вредны как недостаток, так и избыток азота. При нормальном азотном питании картофельное растение лучше усваивает калий и фосфор (Хлевной Б.Ф., 1986). Азот входит в состав всех аминокислот, из которых построены сложные молекулы белка. Белковые вещества являются главной составной частью нуклеиновых кислот и хлорофилла, входит в состав, многих глюкозидов и других органических соединений (Сулейманов В.А., 1970). Азотные удобрения по эффективности занимают первое место на всех типах почв кроме пойм, торфяников и мощных черноземов (Прокошев В.Н., 1968; Кузнецов А. И., Казанков Ю. К., 1973; Смирнов П. Н., Муравин Э. А., 1988; Писарев Б. А., 1990).

Применение азотных удобрений в оптимальных дозах имеет решающее значение в повышении урожаев клубней картофеля на большинстве почв. Они не только повышают урожай, но и улучшают качество, увеличивая выход белка, крахмала, витаминов. Азотные удобрения особенно эффективны в обеспеченных влагой районах Нечерноземной полосы, на бедных дерново-подзолистых почвах. На этих почвах 60% общей прибавки урожая, получаемой от минеральных туков, падает на долю азотных удобрений и только 40% приходится в сумме на фосфорные и калийные удобрения (Коршунов А.В., 1989).

Азотные удобрения целесообразно применять весной под перепашку зяби или предпосевную культивацию. Аммонийные и аммиачные формы удобрений можно также давать с осени. Большое значение для обеспечения более благоприятных условий питания в начальный период роста имеет локальное внесение удобрений при посадке картофеля или нарезке гребней. (Аликин А.С., 1961).

На втором месте по эффективности на дерново-подзолистых и выщелоченных чернозёмах стоят фосфорные и на третьем калийные удобрения (Бацанов Н.С., 1970; Смирнов П. М., Муравин Э. А., 1988).

Фосфор, как и азот — один из важнейших питательных элементов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, которые в соединении с белком дают нуклеопротеиды. Фосфор — составная часть крахмала. Он входит в состав и других органических соединений, играющих важную роль в жизни растений (фитина, ферментов, витаминов). Только при достаточном количестве фосфора в растении могут протекать жизненные процессы. Он принимает участие в фотосинтезе, без него невозможно образование сахара и превращение его в крахмал (Сулейманов В.А., 1970). Хорошая обеспеченность картофеля фосфором ускоряет развитие растений, начиная с появления всходов. Быстрее наступают и другие фазы развития, повышаются темпы формирования корневой системы, раньше наступает период клубнеобразования, увеличиваются урожай и крахмалистость клубней, улучшаются их лёжкость и семенные качества (Ягодин А.Б., 1987). Недостаток фосфора нарушает нормальное развитие картофеля: понижается ветвистость куста, листья приобретают тусклозеленый или бронзовый оттенок, бутонизация и цветение задерживаются на 3−5 дней, на клубнях появляются коричневые пятна. Поэтому наиболее большое значение фосфор имеет на ранних стадиях, когда идет интенсивное формирование листовой поверхности растений, что определяет будущий урожай. Общее содержание фосфора в растениях картофеля плавно увеличивается в течение всей вегетации. Основная масса его переходит из листьев в молодые клубни, которые интенсивно поглощают его до самой уборки (Писарев Б.А., 1991).

Фосфорные удобрения улучшают вкусовые качества картофеля, способствуют увеличению количества клубней, укрепляют ткани растений, повышают их вирусоустойчивость, повышают устойчивость картофеля к засухе и болезням. Под влиянием фосфорных удобрений относительное содержание крахмала в клубнях может повышаться, а под влиянием азотных — несколько снижаться. Однако вследствие увеличения урожая картофеля при удобрении валовой сбор крахмала с единицы площади всегда возрастает (Авдеев Ю.С., 1973).

Калий, имея большое значение для процесса фотосинтеза, белкового и углеводного обмена, существенно влияет на величину и качество (особенно крахмалистость) урожая картофеля, повышает также устойчивость картофеля к болезням. Калий играет исключительную роль в водном режиме растений: он повышает тургор клеток, благодаря чему поддерживается внутреннее давление в тканях растения (Башков А.С. 1999).

При калийном голодании картофеля происходит нарушение в росте и развитии растения и его анатомо-морфологическом строении; механические ткани и корневая система развиваются слабее. Клубни при недостатке калия приобретают несколько удлиненную форму, бывают мелкими и плохо хранятся в зимний период. Действие калия зависит от формы вносимых азотных удобрений. На фоне нитратного азота действие калия проявляется слабо, при внесении же его с аммонийным азотом — сильно. Калийное удобрение, содержащее много хлора, снижает крахмалистость клубней (Смирнов П.Н., 1988, Муравин Э. А., 2003).

Калий играет особую роль в повышении устойчивости растений и клубней картофеля к заболеваниям (Чмора Н.Я., 1953). Действие, того или иного, элемента питания на культуру, зависит от обеспеченности почвы другими питательными веществами. Так фосфор и калий улучшают усвоение азота (Писарев Б.А., 1977).

Действие удобрений на урожай картофеля в значительной мере зависит от уровня агротехники. Эффективность удобрений сильно возрастает при улучшении ухода за картофелем во время вегетации и при посадке этой культуры пророщенными клубнями (Арнаутов В.В., 1993).

При рассмотрении вопросов питания картофельного растения надо иметь в виду, что действие отдельных элементов питания взаимно связано и с наибольшей силой проявляется при достаточной обеспеченности растений всеми другими элементами. При определении правильного соотношения азота, фосфора и калия в питательной смеси необходимо учитывать потребности самого растения, сортовые особенности и по возможности все условия, которые определяют нормальный ход поступления этих элементов в растение. Режим питания больше, чем многие другие факторы, обусловливает технологические, продовольственные и семенные качества картофеля (Власенко Н.Е., 1987).

Эффективность удобрений зависит от почвенно-климатических условий, уровня агротехники и сорта картофеля (Прокошев В.Н., 1968). На дерново-подзолистых почвах под картофель вносят, как правило, 30−40т навоза на 1 га, на черноземах — 15 — 20 т. Наряду с навозом под картофель можно применять торфонавозные, торфожижевые, торфофекальные и другие компосты. Наиболее высокие прибавки урожая картофеля получают при совместном внесении навоза или компостов с минеральными, прежде всего азотными и азотно-фосфорными удобрениями (Петербургский А.В., 1968).

На фоне высоких доз навоза (40—60 т/га и более) на хорошо окультуренных почвах можно ограничиться внесением только азотных или азотно-фосфорных удобрений. Если навоз под картофель не применяют, то необходимо давать полное минеральное удобрение в повышенных количествах. Ранние сорта картофеля характеризуются более интенсивным потреблением питательных веществ и сильнее реагируют на удобрение. Поэтому дозы минеральных удобрений на фоне навоза должны быть выше под ранние сорта картофеля. При этом особенно важно выбрать правильное соотношение между отдельными видами удобрений. Для получения ранней товарной продукции необходим более высокий уровень фосфорного питания растений (Косарев Б.А., 1976).

Навоз и другие органические удобрения, а также фосфорные и калийные минеральные удобрения лучше всего вносить с осени под вспашку. Только на легких почвах в районах достаточного увлажнения весеннее внесение удобрений дает лучшие результаты, чем осеннее. Это объясняется вымыванием калия из почвы. (Коршунов А.В., Назаров А. В. и др., 1989).

На песчаных и супесчаных почвах часть азота и калия (N20−30 — K20−30) целесообразно перенести в подкормку. На других почвах перенесение части удобрений из основного в подкормку снижает их эффективность. Поэтому вносить удобрения в подкормку картофеля следует только, если их не применяли в достаточном количестве до посева (Бардышев М.А., 1984).

Под картофель применяют все формы калийных удобрений. По своему действию на урожай картофеля сульфатные и хлористые формы калийных удобрений, как при разовом, так и при длительном применении в севообороте практически равноценны (Муравин Э.А. 2003).

Однако хлористые формы калийных удобрений могут снижать относительное содержание крахмала в клубнях картофеля. Внесение хлорсодержащих калийных удобрений с осени в значительной мере устраняет вредное действие хлора на картофель (Леонтьева А.Н. 1964).

В.Г. Минеев (1999), рассматривая результаты многолетних полевых опытов Соликамской опытной станции, в которых изучалась эффективность калийных удобрений, так же приходит к выводу, что на хорошо окультуренных почвах действие хлоридных и сульфатных форм калия на величину урожая и крахмалистость клубней при невысоких дозах К60−70 и благоприятном азотно-фосфатном фоне одинаково.

А.Ю. Калинин (1998), используя информационно-логический метод, определил, что влияние содержания подвижного калия на урожайность картофеля по значимости уступает лишь влиянию содержания в почве минерального азота, но превосходит действие фосфора.

M. Oktay et al. (1997) обнаружил, что рост содержания лимонной кислоты в клубнях и листьях картофеля сорта Асония коррелирует с использованием доз 0−100−200−300−400 кг/га К2О; следовательно, калий положительно влияет на качество урожая даже при высоких дозах внесения данного элемента.

При высоких технологиях, обеспечивающих реализацию потенциала сорта более 80% (гарантированный урожай в условиях Нечерноземья 25—30 т/га качественного картофеля), предусматривается использование новейших приемов возделывания высокоинтенсивных сортов с комплексной защитой растений, мелиоративных мероприятий и применения органических (60 т/га) и минеральных макрои микроудобрений (Муравин Э.А., 2003).

Картофель требует правильного соотношения между азотом, фосфором и калием. Петухов М. П. и В. Н. Прокошев (1964) считает, что для получения 250 — 300 ц клубней необходимо, чтобы эти питательные вещества соотносились количественно как 2:1:4; для получения 600 — 700 ц клубней требуется соотношение 3:1:7. иначе говоря, с повышением урожаев картофеля требуется больше калия. Отсюда вывод: для получения высоких урожаев картофеля необходимо в первую очередь увеличить внесение калийных удобрений.

Окупаемость 1 кг д. в. минеральных удобрений прибавкой урожая должна составлять не менее 27 кг клубней картофеля (Третьяков Н.Н., 1998).

Достаточное и своевременное обеспечение картофеля основными элементами питания позволяет смягчить действие неблагоприятных условий, которые создаются при выращивании картофеля в полевых условиях, и получать высокие и устойчивые урожаи клубней картофеля наилучшего качества. Вместе с этим, нужно всегда помнить, что для нормального роста и развития картофельного растения и получения высоких урожаев клубней оно должно быть обеспечено, кроме азота, фосфора и калия, еще такими элементами, как кальций, магний, железо, сера, а также бором, марганцем, молибденом, медью, цинком. Только при наличии всех этих питательных элементов в почве и других благоприятных условий для развития картофеля обеспечивается его наивысшая продуктивность (Минеев В.Г., 1990).

Бор по сравнению с другими микроэлементами поглощается растениями в значительных количествах. Потребность в нем составляет 12−51 мг на 1 кг сухого вещества. Бор положительно влияет на процесс деления клеток, углеводный, белковый и нуклеиновый обмен, способствует повышению содержания крахмала в клубнях, сахара в корнеплодах и белка в зерне. Опадание цветков и завязей, низкий урожай семян и плодов при нормальном развитии вегетативной массы — частые признаки борной недостаточности. Бор не передвигается из старых органов в молодые, растущие. При остром недостатке этого элемента происходит отмирание точек роста корней и надземных органов, хлороз верхушечной точки роста, за которым следует ее отмирание. Растение сильно кустится, но вновь образовавшиеся побеги вскоре также останавливаются в росте. При отсутствии или значительном дефиците бора нарушается нормальный отток углеводов, в связи с чем, в листьях картофеля накапливаются крахмал и сахара. Бор необходим растению в течение всего периода вегетации. Содержание бора на 1 кг сухого вещества, в картофеле — 10−13 мг/кг. Для нормального питания растений в 100 г почвы должно находиться 0,02−0,05 мг подвижного бора (Каталымов М.В. 1965).

Марганец играет большую роль в накоплении крахмала и витамина С в клубнях картофеля. Существует мнение, что обеспеченность марганцем определяет рост и морфогенез органов картофеля. В условиях дефицита этого элемента происходит задержка фазы растяжения клеток, особенно в корневой системе. Выявлено его влияние на передвижение индолилуксусной кислоты и прорастание клубней картофеля. Марганец активизирует поступление этой кислоты из клубней в проростки, способствует образованию комплексов «индолилуксусная кислота — дезоксирибонуклеид», которые влияют на морфогенез растения картофеля (Власюк П. А 1979, Потатуева Ю. А. 1990).

По мнению Власенко Н. Е. (1987) в период прорастания клубней Mn способствует процессам гидролиза и передвижению фосфорных соединений из клубня в проростки и корни, ускоряя биосинтез органических фосфорных соединений в базальной части растения. При недостатке Mn наблюдается значительный дефицит индолилуксусной кислоты, нарушается транспортировка фосфора в надземные органы растения.

В растения марганец поступает в относительно больших количествах, чем другие микроэлементы. Наименьшее количество марганца содержится в вике, горохе, клубнях картофеля. Картофель очень чувствителен к недостатку марганца. Признаки марганцевой недостаточности могут усиливаться в засушливую погоду и ослабляться или совсем исчезать после дождя (Анспок П.И. 1990).

Цинк снижает активность угольной ангидразы, которая оказывает каталитическое действие на расщепление угольной кислоты до воды и углекислого газа, выделяющегося из растений. Входит в состав ферментов и витаминов, регулирует углеводный и белковый обмен в растениях и положительно влияет на образование ростовых веществ и хлорофилла. При недостатке цинка снижается интенсивность накопления органического вещества, растения плохо растут и развиваются. При внесении цинка в почву усиливается поступление в растения картофеля азота, калия, марганца и молибдена. Цинк ускоряет развитие картофеля, сокращает его вегетационный период, повышает устойчивость к фитофторозу (Амбросов A.JI. 1985).

Железо входит в состав ферментов, участвующих в образовании хлорофилла, поэтому его недостаток снижает интенсивность процессов фотосинтеза в растениях, вызывая заболевание, которое называется хлороз. Наиболее выраженный признак хлороза — светло-желтые, почти белесые листья на молодых побегах. При этом старые листья долго остаются зелеными, в то время как молодые желтеют, или белеют, а затем отмирают. Соцветия развиваются слабыми, мелкими. Кроме того, при недостатке железа в растениях задерживается синтез ростовых веществ — ауксинов. Особенно чувствительны к дефициту железа томаты, огурцы, картофель, капуста, кукуруза, древесные плодовые культуры (слива, груша, персик, яблони), виноград, малина, цитрусовые (Школьник М.Я. 1950). По данным Жизневской Г. Я. (1974) в большинстве почв общее содержание железа достаточно велико (2−3%), оно присутствует в основном в трудно растворимых и, соответственно, плохо усваиваемых растениями формах. Кроме того, наличие подвижных форм железа сильно зависит от кислотности почвы. Влияют на растворимость железа и фосфорные удобрения: внесение их в почву способствует образованию трудно растворимых фосфатов железа.

Медь активизирует окислительно-восстановительные процессы, увеличивает активность окислительных ферментов, способствует повышению содержания хлорофилла в листьях. Кроме того, внесенная под картофель медь ускоряет клубнеобразование, повышает устойчивость растений к фитофторе, уменьшает поражаемость картофеля черной ножкой, паршой и железистой пятнистостью. При недостатке меди у картофеля задерживается рост стеблей, листьев и корней, что связано с ослаблением синтеза индолилуксусной кислоты и торможением ее передвижения, т.к. образуются стабильные комплексы индолилуксусной кислоты с белками и дезоксирибонуклепротеидами (Полянская Е.С. 1987).

Кроме азота, фосфора и калия, растения в значительных количествах потребляют кальций, магний и серу, которые по размерам потребления и по роли в формировании урожая относятся к группе мезофильных элементов (Федотова Л.С. 2004).

Кальций в составе растений концентрируется преимущественно в вегетативных органах, поэтому те растения, которые формируют большую вегетативную массу, выносят и наибольшее количество кальция, в т. ч. картофель (Аристархов А.Н. 2002).

Наиболее богаты кальцием клеточные оболочки, в которых он содержится в форме пектата кальция. В самих клетках он осаждается в виде оксалата. Кальций найден и в составе некоторых белков. Передвижение кальция в растениях затруднено в направлении сверху вниз, вследствие осаждения его щавелевой кислотой, являющейся неизбежным продуктом обмена веществ в ходе дыхания клеток. Т. е. этот элемент не может реутилизироваться по мере роста растений. При отсутствии постоянного снабжения кальцием, вновь образующиеся листья не будут обеспечены им. Кальций после усвоения, прежде всего, движется в самые молодые части растения, а затем транспортируется в старые органы и ткани, где инактивируется посредством связи его со щавелевой кислотой (Магницкий К.П. 1969). Признаки кальциевого голодания появляются у растений даже при высоком абсолютном количестве обменного кальция в почве. При недостатке кальция корни ослизняются и загнивают, что вызвано повышением гидрофильности и растворимости пектиновых веществ клеточной стенки; листья становятся хлоротичными, отмирает верхушечная почка и прекращается рост стебля; нарушается соотношение белкового и углеводного обмена. Кальциевая недостаточность отрицательно сказывается на поглощении картофелем азота, фосфора и калия. Кальций — единственный из катионов, необходимых всем растениям, который должен быть не только внутри тканей, но и снаружи.

Магний участвует в строении молекулы хлорофилла и процессах формирования более 300 ферментов. Этот элемент имеет большое значение в энергетическом обмене и тем самым во всех других важных процессах, таких, как углеводный, жировой и белковый обмены. Наряду с кальцием и калием магний определяет физико-химическое состояние протоплазмы. В отличие от кальция он концентрируется более заметно в генеративных органах. Особо требовательны к магнию корнеплоды и картофель, с урожаем которых из почвы отчуждается от 40 до 70 кг/га (Альшевский Н.Г. 1972).

Картофель сильно отзывается на магний, количество которого в почве должно быть не менее 33−49 мг на 100 г почвы. При его внесении лучше развиваются клубни и корнеплоды, чем ботва. Установлено, что магний преимущественно концентрируется в наиболее жизнедеятельных тканях с повышенным делением клеток (в стеблях злаков — в узлах кущения, в зерне — в зародыше, в клубнях картофеля — в глазках). Однако для данного элемента характерно и высокое содержание его в листьях. Отмечено, что у картофеля в ранние фазы его развития потребность в магнии небольшая, но с начала цветения она резко возрастает и затем перед созреванием уменьшается (Безносов А.И. и др. 1981).

Поступление магния в растение определяется не только наличием доступной формы в питательной среде, но и зависит от соотношения его с другими катионами, от фазы развития, вида растений, кислотности почвы и других условий. К. К. Гедройц (1935) считал, что установление неблагоприятных соотношений между кальцием и магнием при внесении высоких доз извести является причиной отрицательного действия известкования на ненасыщенных основаниями почвах. Поскольку калий и магний действуют антагонистически, то недостаток магния проявляется сильнее при одностороннем усилении калийного питания. При внесении под картофель на каждые 100 кг калийных удобрений необходимо дополнительно вносить 25 кг магния, если его содержание в почве меньше 20 мг на 100 г.

Магний преимущественно концентрируется в наиболее жизнедеятельных тканях с повышенным делением клеток. Однако для данного элемента характерно и высокое содержание его в листьях. Недостаток магния тормозит синтез азотсодержащих соединений, особенно хлорофилла, вызывая хлороз листьев, который проявляется, прежде всего, на старых органах (Мазаева М. М 1967).

На легких почвах с низким содержанием магния 3- 6 мг MgO на 100 г почвы картофель испытывает магниевое голодание. На дерново-подзолистых почвах с низким уровнем обменного магния дозы растворимых в воде и лимонной кислоте магниевых удобрений под картофель должны составлять 60 — 90 кг/га д.в. Дефицит магния характерен не только для почв легкого гранулометрического состава, но и для суглинистых. В этом случае лучшее удобрение для картофеля — калимагнезия (Магницкий К.П. 1967).

Сера — необходимый элемент питания растений. Она является составной частью белков, входит в состав двух аминокислот — цистина и метионина, принимает участие в азотном обмене. При недостатке серы подавляется синтез белка, растения приостанавливают рост, листья становятся светло-зелеными, а при резком недостатке — почти белыми. При недостатке серы увеличивается содержание небелковой формы азота и нитратов, уменьшается устойчивость растений к болезням, засухе и низким температурам.

Содержание серы в зависимости от типа почвы колеблется от 2 до 350 мг в 100 г. Сера находится в почве преимущественно в органической форме и только 10−15% - в форме SO42. Количество доступных растениям соединений серы в дерново-подзолистых почвах обычно невелико (1−2 мг/100 г почвы), и накопление их в виде различных солей серной кислоты связано с разложением и минерализацией органических соединений серы, поступлением с некоторыми видами удобрений и осадками (Самохвалов Г. К. 1972).

В опытах на дерново-подзолистой суглинистой почве, исключение серы из состава удобрений привело к снижению в клубнях картофеля крахмала на 1,9%, витамина С — на 0,8 мг%, сахаров — на 0,5% и белкового азота — на 0,19%. При недостатке серы снижалась интенсивность поступления в растения фосфора, кальция и магния, что привело к удлинению периода вегетации картофеля. На легких почвах внесение серных удобрений способствует повышению урожая картофеля. В исследованиях Власенко Н. Е. (1987) внесение серы (90 кг/га) повышало урожайность клубней на 20−30 ц/га. При внесении сернокислых форм минеральных удобрений под картофель потребность растений в сере полностью удовлетворяется Следовательно, для получения высоких урожаев картофеля, требуется сбалансированное минеральное питание с оптимальным соотношением не только NPK, но и микроэлементов.