КОНЦЕПТ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПОСАДОК КАРТОФЕЛЯ НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ Костюк В.И.

Кольский научный центр Российской академии наук


Номер: 5-1
Год: 2016
Страницы: 154-160
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

картофель, агротехника, моделирование, potatoes, agriculture, modelling

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

На основе системного подхода рассмотрено влияние схем посадки и размера семенных клубней на основные элементы биопродуктивности картофеля сорта Хибинский ранний. Описаны феноменология и количественные закономерности изменений ростовых параметров под воздействием данных факторов. Даны практические рекомендации по созданию высокопродуктивных агроценозов картофеля с оптимальной пространственной структурой, обеспечивающей эффективную реализацию репродуктивного потенциала данного генотипа.

Текст научной статьи

Введение В Мурманской области для производства картофеля в промышленных масштабах широко используется скороспелый сорт Хибинский ранний. Его биологической особенностью является высокая крупноклубневость, что создает существенные проблемы в плане рационального использования семенного материала. Модальный класс в структуре урожая данного сорта образуют клубни массой 80-100 г, а доля клубней массой свыше 125 г составляет 30-45% от их общего сбора. К тому же, очень крупные клубни ( > 200 г) часто оказываются дуплистыми. В связи с недостатком семенного материала крупные клубни массой более 125 г обычно режут на мелкие доли, содержащие по 2-3 глазка с проросшими почками, которые после формирования раневой перидермы высаживают в третьей декаде мая [1]. Однако при посадке в холодную и влажную почву такие доли часто поражаются возбудителями ризоктониоза, что приводит к существенному недобору урожая. Цель настоящей работы - оценить перспективность использования неразрезанных крупных клубней картофеля сорта Хибинский ранний для производства продовольственного картофеля в условиях Кольского Севера и подобрать для них оптимальные площади питания с учетом их габитуальных характеристик и репродуктивного потенциала. Методы исследования Влияние различных схем посадки и крупности семенного материала на продуктивность картофеля сорта Хибинский ранний изучали в течение двух лет на экспериментальном полигоне Полярной опытной станции ВИРа. Полевой опыт проводили по плану полного двухфакторного эксперимента ПФЭ 32 в 4-кратной повторности и рендомизированном расположении делянок [2]. В соответствии со структурой матрицы плана в опыте было испытано 9 вариантов, которые представляли исчерпывающий набор бинарных комбинаций трех схем посадки картофеля (фактор Х1) - 70•20, 70•40, 70•60 см и трех весовых градаций посадочных клубней (фактор Х2) - 60, 120, 180 г (табл. 1). Семенные клубни картофеля трех отобранных весовых фракций проращивали на свету в течение 30-35 сут., а затем высаживали 28-31 мая в гребни на глубину 4-5 см. Перед посадкой под картофель вносили органические (70 т/га) и минеральные (N100P100K100 кг д.в./га) удобрения. Окончательную уборку урожая и определение его структуры проводили 22-24 августа. Объем учетной выборки во всех вариантах опыта составлял 40-50 растений, изъятых подряд из центральной части каждой делянки с целью элиминирования краевого эффекта. Статистическую обработку экспериментальных данных выполняли с использованием программы STATISTICA 8.0 [3]. Таблица 1 Матрица ортогонального плана ПФЭ 32 и условия эксперимента Номер План в кодированных переменных План в натуральных переменных опыта факторы (вариант) шаг посадки масса клубней шаг посадки, см масса клубней, г Х1 Х2 Х1 Х2 1 -1 -1 20 60 2 0 -1 40 60 3 +1 -1 60 60 4 -1 0 20 120 5 0 0 40 120 6 +1 0 60 120 7 -1 +1 20 180 8 0 +1 40 180 9 +1 +1 60 180 Результаты исследования и их обсуждение Исходные экспериментальные данные, отражающие влияние плотности агроценоза и размера посадочного материала на продукционные показатели растений картофеля сорта Хибинский ранний, представлены в табл. 2. Статистическая обработка этих данных позволила оценить уровень модификационной изменчивости урожайных характеристик картофеля при кооперативном воздействии факторов Х1 и Х2. Как видно из табл. 2, наиболее лабильными показателями габитуального и продукционного статуса растений картофеля оказались коэффициент размножения семенных клубней, число и масса стеблей в расчете на 1 м2 площади агроценоза, а также продуктивность картофеля в расчете на 1 растение. Коэффициенты вариации этих результативных признаков (откликов) были в диапазоне 35-51%. Очень слабо под влиянием факторов Х1 и Х2 варьировали содержание крахмала в клубнях сформированного урожая и доля товарных клубней в его структуре (1-5%). Остальные показатели имели промежуточный уровень (12-28%) модификационной изменчивости. Хозяйственная продуктивность индивидуальных растений картофеля положительно коррелировала с крупностью посадочного материала, достигая наибольших величин у клубней массой 180 г, высаженных по схеме 70•60 см. Рост продуктивности картофеля при использовании крупных посадочных клубней происходил за счет существенного увеличения количества клубней под кустом при некотором снижении их средней массы. Однако при расчете продукционных показателей на единицу площади агроценоза (на 1 м2) описанная картина взаимосвязей результативных признаков радикально изменялась, что было обусловлено сложным характером взаимодействия геометрических параметров агроценоза с биологической буферностью (физиологическим гомеостазом) ростовых процессов у картофеля. Так, например, при увеличении плотности агроценоза с 2.38 до 7.14 раст/м2 (т.е. при переходе от площади питания 70•60 к площади 70•20 см) количество растений картофеля на 1 м2 возрастало в 3 раза, а их индивидуальная продуктивность уменьшалась только в 2.2-2.4 раза. В связи с этим, валовой и чистый урожай картофеля возрастал по мере увеличения пространственной плотности агроценоза. Таблица 2 Влияние площади питания и величины семенного материала на основные элементы структуры урожая картофеля сорта Хибинский ранний № опыта (вариант) Сырая масса, кг Число товарных клубней, шт. Средняя масса товарного клубня, г Число стеблей, шт./м2 Норма посадки клубней, кг/м2 Чистый урожай, кг/м2 Коэффициент размножения Товарность урожая, % Содержание крахмала в клуб-нях, % товарных клубней листьев стеб-лей на 1 раст. на 1 м2 на 1 м2 на 1 м2 на 1 раст. на 1 м2 1 0.63 4.50 3.00 0.64 7.6 54.3 83 23.6 0.43 4.07 10.5 95.4 10.2 2 1.00 3.57 2.46 0.71 8.6 30.7 116 16.8 0.21 3.36 16.7 96.2 8.9 3 1.53 3.64 1.43 0.33 11.2 26.7 137 8.8 0.14 3.50 25.5 95.6 9.8 4 0.72 5.14 3.21 1.43 7.2 51.4 100 42.8 0.86 4.28 6.0 93.5 9.9 5 1.20 4.28 2.53 0.75 11.5 41.1 104 20.3 0.43 3.85 10.0 94.5 10.0 6 1.68 4.00 1.98 0.50 13.8 32.8 122 12.6 0.29 3.71 14.0 96.6 9.3 7 0.85 6.07 2.64 1.36 9.0 64.3 94 35.7 1.28 4.79 4.7 93.4 9.5 8 1.50 5.36 3.21 1.21 13.9 49.6 108 26.1 0.64 4.72 8.3 94.3 8.8 9 1.88 4.47 2.48 0.81 16.6 39.5 113 16.7 0.43 4.04 10.4 95.4 9.7 М 1.22 4.56 2.55 0.86 11.0 43.4 108.6 22.6 0.52 4.04 11.8 95.0 9.6 S 0.42 0.78 0.54 0.36 3.1 11.7 15.0 10.3 0.34 0.47 6.0 1.1 0.5 V 34.6 17.1 21.4 42.3 27.6 27.0 13.8 45.6 64.5 11.6 50.6 1.1 4.8 Примечание: М - средняя арифметическая, S - стандартное отклонение, V - коэффициент вариации, %. В табл. 3 представлены коэффициенты парных корреляций результативных признаков, которые рассчитывались на единицу площади агроценоза. Из этой таблицы следует, что выход урожая товарных клубней с 1 м2 (Ут) наиболее сильно зависел от количества сформировавшихся под кустом клубней (Nк) и в меньшей мере от их средней массы (Мк). Этот вывод вытекает также из сопоставления коэффициентов вариации данных признаков (см. табл. 2). В свою очередь, число и масса образовавшихся клубней, коррелировали друг с другом отрицательно. Таблица 3 Матрица коэффициентов корреляций результативных признаков Показатели Ут Кр*) Nк Мк Мл Мст Nст Ут 1 -0.83 0.92 -0.63 0.64 0.88 0.82 Кр 1 -0.85 0.80 -0.83 -0.84 -0.82 Nк 1 -0.87 0.74 0.78 0.84 Мк 1 -0.75 -0.56 -0.70 Мл 1 0.77 0.79 Мст 1 0.93 Nст 1 *) Кр - коэффициент размножения. Количество товарных клубней, как доминирующий компонент урожайности картофеля, в большей мере определялось количеством стеблей в расчете на 1 м2 (Nст), чем их суммарной массой (Мст) или массой листьев (Мл). Средняя масса товарного клубня, напротив, сильнее зависела от массы листьев, чем от количества или массы стеблей. Выход урожая товарных клубней с 1 м2 площади агроценоза в зависимости от шага посадки (Х1) и крупности посадочных клубней (Х2) хорошо описывался с помощью следующего квадратичного полинома в кодированных переменных: Ут = 4.32 - 0.6 Х1 + 0.23 Х12 + 0.7 Х2 + 0.13 Х22 - 0.18 Х1Х2. (1) Коэффициент множественной детерминации (R2) приведенного уравнения связи составил 97.8%, что позволяет рассматривать его в качестве высокоадекватной статистической модели формирования хозяйственного урожая картофеля [4]. Уравнение (1) может быть использовано для получения интерполяционных оценок урожайности картофеля сорта Хибинский ранний при изменениях фактора Х1 в интервале 20-60 см, а фактора Х2 - 60-180 г. Однако более плодотворным, на наш взгляд, является другой подход к прогнозированию урожайности картофеля. Он предложен С.Н. Кармановым и Е.А. Глухих [5] и сводится к тому, чтобы оптимизацию продукционного процесса в посадках картофеля проводить не по двум раздельным агротехническим факторам - густоте стояния растений и крупности семенных клубней, а по одному комплексному или агрегированному показателю - весовой норме расхода клубней на 1 м2. Для дальнейшего анализа наших экспериментальных данных введем следующие обозначения: Н - норма посадки семенных клубней картофеля (кг/м2), Мпк - масса посадочного клубня (кг), Ш - ширина междурядья (м), Р - расстояние между клубнями в рядке или шаг посадки (м). Тогда норма посадки картофеля определяется как: Н = Мпк/(Ш•Р). Параметр 1/(Ш•Р) характеризует густоту посадки (Г), поэтому формула для расчета нормы посадки может быть записана короче: Н = Мпк•Г. Выход урожая товарных клубней с 1 м2 площади агроценоза является функцией двух мультипликативно сопряженных показателей: Ут = Кр•Н, (2) где Кр - коэффициент размножения семенных (маточных) клубней по массе (в агрономической практике часто называется "сам"). Чистая урожайность картофеля описывается выражением Уч = Ут - Н = Кр•Н - Н = (Кр-1)•Н. (3) В ходе статистической обработки результатов, приведенных в табл. 2, нами было установлено, что коэффициент размножения не только является "мостиком" между предиктором Н и откликом Ут, но и сам зависит от нормы расхода семенного материала. В аналитическом виде это соотношение отображается степенной функцией Кр = 5.56 • Н-0.75 = 5.56 / = 5.56 / , (4) с высокой точностью аппроксимирующей экспериментальные данные (R = 0.994; R2 = 98.9%). Полученное соотношение позволяет трансформировать уравнение (2) в простую однофакторную зависимость: Ут = 5.56 • Н0.25 = 5.56 • = 5.56 • . (5) Если учесть, что Н = Мпк • Г, а Г = 1/(Ш•Р), то уравнение для прогноза Ут в развернутой форме можно записать так: Ут = 5.56 • . (6) Необходимо иметь в виду, что применение уравнений (1) и (5) методологически оправдано для агроценозов картофеля со стандартной шириной междурядья - 0.7 м. Оба конкурирующих уравнения (1) и (5) практически эквивалентны по точности расчетов Ут. Однако уравнение (1) имеет "механистическую" структуру и требует оценки значительного числа коэффициентов регрессии, тогда как уравнение (5) является "прозрачным" в агрономическом смысле и отличается простой техникой использования - двукратным извлечением квадратного корня из величины Н. Оценка диапазона применимости преобразования к результатам других исследователей показала, что во многих случаях такое преобразование предиктора является вполне приемлемым и позволяет представить зависимость Ут от Н в виде прямой линии [6-9]. Однако в некоторых случаях [10, 11] преобразование не устраняло криволинейность обсуждаемой связи, что указывает на необходимость применения другого способа трансформации предиктора, а, возможно, и отклика. Использование соотношений (4) и (5) существенно облегчает подбор оптимальных норм расхода семенного материала для производства картофеля. Опишем с помощью полученных уравнений траектории изменений Кр, Ут и Уч от нормы расхода посадочного материала в реально допустимом (по критериям агрономической практики) диапазоне ее вариаций (табл. 4). Таблица 4 Влияние нормы расхода посадочных клубней на урожайность картофеля сорта Хибинский ранний Н, т/га 2 3 4 5 6 7 Кр 18.6 13.7 11.1 9.4 8.2 7.3 Ут, т/га 37.2 41.1 44.2 46.8 48.9 50.9 Уч, т/га 35.2 38.1 40.2 41.8 42.9 43.9 Уч, % 87.6 94.8 100.0 104.0 106.7 109.2 Сравнительный анализ данных табл. 4 показывает, что заметное увеличение валового и чистого урожая картофеля наблюдается при посадке на 1 га 2-5 т семенной фракции клубней. Расход на посадку более 5 т/га семенного материала практически не оправдан, так как относительный прирост Уч за этим пределом снижается до 2.5-2.7%. С агрономической точки зрения оптимальную норму расхода посадочного материала для сорта Хибинский ранний можно, очевидно, заключить в интервале 4.0- 4.5 т/га, что позволяет поддерживать Кр на уровне 10-11 ("сам" = 10-11). Особый интерес представляет механизм формирования урожая картофеля при оптимальной весовой норме расхода семенных клубней. Для удобства дальнейших рассуждений примем в качестве оптимальной величины Н = 4.3 т/га (0.43 кг/м2). Она может быть получена при различном сочетании площади питания и размера посадочных клубней. Как видно из табл. 2 (варианты опыта 1, 5, 9), одинаковая норма расхода семенного материала - 0.43 кг/м2, достигалась при посадке клубней массой 60 г по схеме 7•20 см, 120 г - по схеме 7•40 см и 180 г - по схеме 70•60 см. Расчеты по формулам (4) и (5) показали, что при таких комбинациях шага посадки и массы посадочных клубней во всех трех случаях (вариантах опыта) формировался одинаковый урожай (45.1 т/га) при равных коэффициентах размножения (10.4) испытанных фракций картофеля (табл. 5). Таблица 5 Влияние плотности агроценоза и крупности посадочных клубней на репродуктивный потенциал и урожайность картофеля сорта Хибинский ранний Схема посадки, Масса посадочных клубней, г см 60 120 180 70•20 45.1 / 10.4 53.8 / 6.2 59.6 / 4.6 70•40 37.5 / 17.8 45.1 / 10.4 50.0 / 7.6 70•60 33.7 / 24.1 40.7 /14.0 45.1 / 10.4 Примечание. В числителе - Ут (т/га), в знаменателе - Кр. Однако структура урожая картофеля при одинаковой норме расхода разного по массе посадочного материала существенно отличалась (табл. 2). При уменьшении размера посадочных клубней в ранжированном ряду градаций фактора Х2 - 180-120-60 г наблюдалось увеличение выхода числа товарных клубней с единицы площади агроценоза - 39.5 - 41.1 - 54.3 шт./м2 при снижении их средней массы - 113-104-83 г и небольшом возрастании крахмалистости клубней - 9.7 - 10.0 - 10.2%. Закономерные изменения происходили и в структуре надземного габитуса растений картофеля. Для ряда - 180-120-60 г было характерно увеличение количества стеблей в расчете на 1 м2 делянки - 16.7 - 20.3 - 23.6 шт., уменьшение их суммарной массы - 0.81 - 0.75 - 0.64 кг/м2 при одновременном росте массы листьев - 2.48 - 2.53 - 3.00 кг/м2, т.е. при возрастании ассимиляционной поверхности (листового индекса) у растений картофеля, образовавшихся от более мелких посадочных клубней. Заметим, что выбранная нами для детального рассмотрения весовая норма посадки семенного материала, равная 0.43 кг/м2 или 4.3 т/га, является типичной для создания производственных агроценозов картофеля сорта Хибинский ранний на Кольском Севере [1]. Заключение Статистический анализ и модельная реконструкция данных полевого опыта позволили подобрать наиболее рациональные способы использования различных весовых фракций семенного картофеля для организации оптимальной пространственной структуры посадок этой культуры. На основании полученных результатов можно сформулировать следующие практические рекомендации для создания высокопродуктивных агроценозов картофеля за Полярным кругом. При использовании стандартной ширины междурядья (0.7 м) шаг посадки для семенных клубней массой 50-80 г должен составлять 18-25 см, массой 80-120 г - 30-40 см, 120-150 г - 40-50 см, 150-200 г - 50-60 см, а свыше 200 г - 60-70 см. Предложенные сочетания двух ключевых агротехнических факторов позволяют эффективно использовать как стандартную посадочную фракцию клубней картофеля массой 50-80 г, так и более крупные клубни (свыше 125 г), не подвергая их предпосадочному делению на мелкие части с ослабленной резистентностью к почвообитающим фитопатогенам. Для производства продовольственного картофеля в условиях холодного и гумидного климата Кольского Севера данное обстоятельство является чрезвычайно важным.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.