Питание картофеля

Текст: Л. С. Федотова, Н. А. Тимошина, Е. В. Князева, И. А. Арсентьев, Федеральный исследовательский центр картофеля имени А. Г. Лорха, Россия

Производители картофеля хорошо осведомлены о потенциальных потерях урожая и качества, которые могут возникнуть в результате дефицита питательных веществ. Однако чрезмерное внесение удобрений не только влечет за собой ненужные затраты, но может негативно сказаться на продуктивности картофеля и отрицательно повлиять на экологию окружающей среды.

При внесении удобрений существенно возрастают не только уровни урожаев, но и выносы элементов питания. По результатам многолетнего стационарного опыта ВНИИКХ (1977–2001 годы) установлено, что с урожаем 35–40 т клубней (с учетом ботвы) из почвы выносится в среднем 200–230 кг азота, 33–37 фосфора, 320–380 калия, 45–50 кальция, 20–30 магния и 8–10 кг серы. Следует особо подчеркнуть, что вынос кальция и магния картофелем в сумме в 2–2,2 раза превышает вынос фосфора. Зола картофеля составляет 1–2,5% от сухого вещества, но в ней обнаружено более 30 химических элементов.

ПОГЛОЩЕНИЕ АЗОТА

Потенциальное плодородие почвы обуславливается запасами гумуса, в котором на долю азота приходится от 1,5 до 5%. Валовой запас азота в дерново-подзолистой супесчаной почве составляет 0,6–1,5 т/га, а в черноземах значительно выше — от 6 до 15 т/га. На долю подвижных азотистых соединений (нитраты, аммиак), которыми растения преимущественно питаются, приходится 1–2% от общего запаса азота в почве. В богатых органическими веществами черноземах количество доступного азота достигает лишь 200 кг/га пахотного слоя. Это количество способно обеспечить получение одного хорошего урожая зерновых, а в подзолистых почвах содержание легкоусвояемого азота в 3–4 раза меньше. К тому же, необходимо учитывать процессы, способствующие снижению доступности азота для растений: вымывание с промывными водами, денитрификация, вынос растениями и закрепление азота в виде органического вещества — иммобилизация.

Около 60% сезонной потребности в азоте растения поглощают в течение первых 60–75 дней после посадки.

Высокие дозы азотных удобрений при одностороннем или несбалансированном их применении приводят к повышению массы клубней, а не их количества, оводненности тканей, часто к дуплистости, концентрации нитратов и редуцирующих сахаров, а также числа больных растений в потомстве. Это объясняется, прежде всего, характером действия азотного удобрения на рост и развитие растений картофеля. Известно, что при внесении высоких доз азота замедляется созревание растений, увеличивается прирост надземной массы — «жирование» ботвы и, тем самым, создаются благоприятные условия для контактных вирусов. Повышенные дозы азота способствуют ослаблению кутикулярного покрова листьев, что улучшает условия для питания тлей. Азотные удобрения влияют и на степень проявления вирусных болезней. Больные растения на высоком азотном фоне часто маскируют внешние симптомы заболевания и в меньшей степени снижают урожай. В то же время, при выращивании семенного картофеля затрудняется проведение прочисток от больных растений. Наконец, очевидно, что усиление белкового и нуклеинового обменов при повышенном снабжении растений азотом способствует усилению синтеза вирусных частиц и повышению их концентрации в растении.

АЗОТНОЕ ПИТАНИЕ

Чаще всего на практике пользуются раздельным применением азотных удобрений, при котором половину или три четверти всей сезонной дозы азота вносят в почву перед посадкой, а оставшуюся дозу применяют через орошение путем нескольких небольших подкормок. Через систему орошения можно вносить растворимые формы удобрений, такие, как аммиачная селитра (32–34% азота), карбамид/мочевина (40–42% азота), полифосфат аммония (10–34–0), различные марки Кристаллонов, Растворинов и другие.

В жизненном цикле картофеля можно выделить четыре основных периода роста и развития: 1-й — от посадки до появления всходов; 2-й — период вегетативного роста надземной массы и корневой системы; 3-й период — бутонизации, цветения, интенсивного роста столонов и клубнеобразования; 4-й период —завершения роста клубней, накопления в них крахмала.

Нормы удобрений при орошении должны быть более высокими, и, что особенно важно, необходимо более строго выдерживать оптимальные соотношения элементов питания. Эффективность применяемых удобрений в сочетании с орошением возрастает в 2–3 раза, а эффект от орошения на удобренном фоне на 30–40% выше, чем на фоне без удобрений. В этих условиях продуктивное столонообразование возрастает до 85%.

На посадках картофеля с орошением капельными или дождевальными установками общий подход для производителей заключается в применении 20–45 кг/га азота каждые семь дней во время интенсивного клубнеобразования, чего обычно достаточно для поддержания оптимальной концентрации азота, определяемой в соке черешков листьев.

Данные еженедельных анализов концентрации нитратного азота в соке черешков листьев можно использовать для того, чтобы контролировать фактическое содержание азота в растениях.

Другая точка отсчета — концентрация нитратного азота в пахотном слое почвы. Сочетание этих двух показателей дает надежный критерий эффективности программы управления азотным питанием, а также определения потенциальных причин снижения концентрации нитратного азота в соке листьев. Например, поддержание необходимой концентрации нитратного азота в почве при падении его концентрации в черешках указывает на то, что какие-то другие факторы ограничивают поглощение и/или перенос нитратного азота внутрь растения. При прохладной весне концентрация нитратного азота в соке черешков не может точно указывать на содержание азота в растении.

ДОСТУПНОСТЬ ФОСФОРА

В питании растений фосфором участвуют анионы Н2РО4– и НРО42–, которые образуются при растворении фосфорных удобрений в почве. В почвах с интервалом рН от слабокислой до слабощелочной (рН 5,5–7,5) водорастворимые соли фосфорной кислоты превращаются в результате химического связывания в СаНРО4 · 2Н2О, MgHPO4 и долгое время остаются в этом виде. В последующем происходит дальнейшее химическое закрепление фосфора в виде малорастворимых соединений типа Ca3(PO4)2 и Mg3(PO4)2, в кислых почвах образуются еще менее доступные для растений фосфаты алюминия и железа. По современным представлениям в почве гораздо вероятнее возникновение еще менее растворимых соединений октакальций фосфата Са4Н(РО4)3·3Н2О и даже гидроксилапатита Са5(ОН)(РО4)3. Возникновение апатитоподобных минералов в почвах с рН<6 из внесенных легкорастворимых фосфорных удобрений протекает довольно медленно и завершается наполовину за 2–6 лет. Этим и можно объяснить длительное последействие фосфатов на нейтральных почвах. Возникновение фосфатов полуторных окислов в кислых почвах (рН<4,5) идет гораздо быстрее, что и обусловливает меньший эффект удобрений на таких почвах в сравнении с нейтральными. Высокие значения реакции почвенного раствора (рН>7,5) могут снизить доступность фосфора и большинства микроэлементов. Оптимальная реакция среды для картофеля рН 5–5,5.

Фосфор перемещается в почве медленно, на 1–2 сантиметра, и поэтому вносить его нужно правильно, чтобы облегчить его поглощение корнями растений. Суточные потребности картофеля в поглощении фосфора составляют всего 0,35– 0,56 кг/га/день, но при недостаточной концентрации этого элемента в почве возникают серьезные проблемы.

Фосфорные удобрения можно вносить как осенью, так и весной, а также их можно использовать во время посадки. В зависимости от обеспеченности почв элементами питания изменяется потенциальное плодородие почвы и коэффициенты использования их растениями, а, следовательно, и ожидаемый уровень урожайности.

Локальное внесение обычно улучшает доступность фосфора в начале сезона, концентрируя удобрение в узкой зоне около корней, что также может увеличить доступность фосфора за счет снижения кислотности почвы в корневой зоне. Жидкие удобрения, такие, как полифосфат аммония (10–34–0) и твердые удобрения, такие, как аммофос (11–52–0), при надлежащем внесении — одинаково эффективные источники фосфора для картофеля.

Внесение фосфора с поливной водой эффективно для коррекции сезонного дефицита этого элемента до тех пор, пока активно поглощающие почвенный раствор корни находятся вблизи поверхности почвы. Масса корней картофеля начинает увеличиваться вблизи поверхности почвы, как только надземная биомасса начинает затенять ее.

Концентрация фосфора в черешках листьев может служить хорошим показателем содержания фосфора в растении картофеля. Общая концентрация фосфора в черешке четвертого листа от точки роста должна быть выше 0,22%, чтобы обеспечить уровень, достаточный для роста надземной биомассы и клубней.

КАЛИЙ, КАЛЬЦИЙ И МАГНИЙ

Картофель имеет относительно высокую потребность в калии, по разным источникам вынос этого элемента колеблется от 4 до 11 кг/т, или в среднем около 7,5 кг/т. По экспериментальным данным длительного стационарного опыта ВНИИКХ в биологическом выносе элементов питания картофелем доля калия составляет более 50%.

Наличие калия влияет на урожайность и товарность, а также на ряд показателей качества клубней, включая сухое вещество, восприимчивость к потемнению мякоти, развариваемость, окраску чипсов, картофеля фри и лежкость. Дефицит калия снижает интенсивность фотосинтеза, что приводит к снижению интенсивности образования сухого вещества и крахмала. Оптимальная концентрация калия в клубнях для максимального накопления сухого вещества составляет 1,8%. Когда поглощение калия чрезмерно, избыток калия перемещается в клубни, что приводит к увеличению содержания в них воды и снижению сухого вещества.

Отзывчивость картофеля на калийные удобрения обычно возрастает по мере увеличения содержания песка в почве в следующем порядке: песок > супеси > суглинки > тяжелые суглинки. В целом, форма калийных удобрений оказывает относительно небольшое влияние на общую урожайность, хотя при внесении K2SO4 имеется тенденция к формированию крупных клубней с более высоким содержанием крахмала, чем KCl, особенно когда эта форма калийных удобрений применяется незадолго до посадки. В полевом опыте ВНИИКХ (2014–2017 годы) на дерново-подзолистой почве максимальные прибавки урожайности сортов Удача, Любава и Голубизна 8,7–14,7 т (27–49%) получены от основного внесения перед посадкой высоких доз калимагнезии в вариантах Фон (N90P90) + K150–180MgS; от действия хлористого калия получены максимально возможные, но меньшие прибавки урожайности в вариантах: Фон + K120–150Cl – 4,6–8,7 т (или 14–29%) к фону. Положительное влияние калимагнезии на качество продукции особенно ярко проявилось на среднераннем сорте Любава и среднеспелом сорте Голубизна: по вариантам с калимагнезией в широком интервале доз 90, 120, 150 и 180 кг/га д. в. содержание сухого вещества (крахмала) на 1–1,3%, и витамина С на 2,3% было выше аналогичных показателей вариантов с хлористым калием, при этом содержание нитратов и редуцирующих сахаров сохранилось на уровне или незначительно выше вариантов с калием хлористым. Однако при использовании весной перед посадкой калия хлористого в дозах, не превышающих 120 кг/га д. в., качество клубней картофеля оставалось достаточно высоким.

Содержание калия в соке черешков листьев. Концентрация калия в соке черешков листьев, как правило, уменьшается с течением времени после начала клубнеобразования. Скорость снижения зависит от наличия калия в почве и скорости роста надземной части и клубней. Исследования на среднеспелых сортах показали, что концентрация калия в черешке листа от 7 до 7,5% достаточна для поддержания оптимальных темпов роста клубней и урожайности.

Кальций и магний. Дефицит кальция (Ca) и магния (Mg) отмечается на кислых песчаных почвах, где для удовлетворения потребностей растущих клубней необходимо дополнительное применение этих элементов. Кальций поглощается непосредственно через кожуру клубней из почвенного раствора, и это означает, что растущие клубни должны быть окружены влажной почвой все время. В засушливые периоды вегетации нехватка Ca, необходимого для образования новых тканей кожуры, приводит к ее разрыву и потере урожая.

Исследованиями М. П. Ладогиной еще в 2007 году установлено, что созревание и хранение картофеля зависит от содержания кальция в кожуре. При концентрации кальция более 0,25% в кожице лежкость и качество картофеля возрастают. Такие удобрения, как кальциевая селитра и сульфат кальция (гипс, фосфогипс), можно использовать для обеспечения растений кальцием без значительного увеличения рН почвы и опасности развития парши на клубнях.

Дефицит магния может развиться при уровне обменного магния в почве почвы ниже 120 мг/кг. Разбросное применение сульфата магния или калимагнезии в дозе 110–120 кг/га или локальное применение этих удобрений в дозе 30–40 кг магния/га удовлетворяет потребность растений в этом элементе. Некорневыми опрыскиваниями растений сульфатом магния можно восполнять дефицит магния, когда его концентрация в соке черешков листьев составляет менее 0,3%.

Передвижение кальция в растениях затруднено вследствие осаждения его щавелевой кислотой, являющейся неизбежным продуктом обмена веществ (цикл Кребса) в ходе дыхания клеток. Неподвижность кальция в почве и растениях также ограничивает эффективность применения кальция через поливные системы орошения.

СЕРА, МАРГАНЕЦ И ЦИНК

Содержание серы в зависимости от типа почвы в регионах РФ колеблется от 20 до 3500 мг/кг. Применение серы обычно необходимо в районах, где уровень ее содержания ниже 15—20 мг/кг почвы. Сера в почве преимущественно находится в органической форме и только 10–15% в форме SO42–. Количество доступных растениям соединений серы в дерново-подзолистых почвах обычно невелико (10–20 мг/кг почвы), и накопление их в виде различных солей серной кислоты связано с разложением и минерализацией органических соединений серы, поступлением с некоторыми видами удобрений и атмосферными осадками.

Количество общей и неорганической серы в биомассе, а также отношение содержания в ней азота к сере являются диагностическими признаками условий серного питания растений. Растительные протеины обычно содержат 1% серы и 17% азота. Если отношение азота к сере выше 17, то образование белка задерживается, так как аккумулируются непротеиновые соединения и растение испытывает недостаток серы.

Серу применяют или в виде сульфатов, или в чистом виде. Сульфатная сера (SO42–) легкоподвижна и доступна для поглощения растениями, но подвержена вымыванию. Сера в чистом виде только после окисления до SO42– (процесс сульфофикации) может быть поглощена корнями растений. Внесение 60–90 кг/га серы по д. в. полностью удовлетворяет потребность картофеля в этом элементе при построении высокого урожая клубней. Также картофель хорошо реагирует на применение растворимых форм серосодержащих удобрений (например, КАС с сульфатом аммония), вводимых через дождевальные или капельные системы. Концентрация серы в черешках листьев ниже 0,20% указывает на необходимость в дополнительном ее внесении.

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, ускоряется развитие картофеля, сокращается его вегетационный период, увеличивается его продуктивность и устойчивость к болезням. Для почв с концентрацией Zn менее 2,0 мг/кг перед посадкой рекомендуется вносить 9–12 кг цинка/га. Правильное питание особенно важно, когда применяют высокие дозы фосфорных удобрений из-за возможности фосфороиндуцированного дефицита цинка. Водорастворимые цинковые удобрения с высоким содержанием цинка, такие, как ZnSO4, хелаты цинка с ДТПА и лигносульфат цинка, можно использовать для некорневого опрыскивания листьев.

На накопление крахмала в клубнях картофеля заметное влияние оказывает применение марганца. Из трех степеней окисления, в которых марганец присутствует в почвах (Mn2+, Mn3+, Mn4+), растениям доступен лишь двухвалентный. Растворимость почвенного марганца резко возрастает в анаэробных условиях, с повышением влажности почвы и кислой реакции среды. Его подвижность повышается при внесении в почву физиологически кислых минеральных удобрений, в связи с чем поступление этого элемента в растения увеличивается. Внесение извести, а также щелочных форм удобрений, наоборот, уменьшает подвижность почвенного марганца и поступление его в растения. На основании обобщения результатов 109 опытов А. Н. Небольсин, З. П. Небольсина в 1997 году установили, что для картофеля оптимальное содержание Mn в почве равно 0,04 ммоль(экв)/100 г (или 11 мг/кг почвы), а оптимальное соотношение Mn /Fe составляет 1,9, при этом оптимум кислотности колеблется в интервале от 4,4 до 6 ед. рН. При некорневом опрыскивании марганец перемещается от листьев к клубням. Хелаты марганца и MnSO4 — эффективные марганцевые удобрения для некорневого опрыскивания.

БОР, ЖЕЛЕЗО И МЕДЬ

При остром недостатке бора происходит отмирание точек роста корней и надземных органов, а также нарушается нормальный отток углеводов, в связи с чем в листьях накапливаются крахмал и сахара, а в клубнях могут появиться пустоты. Борное голодание усиливается при внесении повышенных доз фосфорных или известковых удобрений. Внесение бора в почву необходимо всегда, когда в результате обследования почв подтверждается дефицит бора (менее 2 мг/кг почвы), в этом случае рекомендуется внесение водорастворимых боратов с высоким содержанием бора, при норме расхода 1–2 кг д. в./га. С появлением микроудобрения Гранубор Натур (14,6% В) на российском рынке проблема внесения 1–2 кг бора (или 7–14 кг Гранубор Натур) и равномерное его распределение в почве решается обычными технологическими приемами, которые используются при внесении других удобрений. Для некорневых опрыскиваний рекомендуются Солюбор ДФ (17,5% B) и Фертибор (15,2% B).

Хотя 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 (усвояемых) форм железа сильно зависит от кислотности почвы. Влияют на растворимость железа и фосфорные удобрения: внесение их в почву способствует образованию трудно растворимых фосфатов железа. Избыток карбоната кальция также снижает поступление железа в растения в результате уменьшения растворимости железа в почвенном растворе. Двудольные и большая часть однодольных растений способны эффективно поглощать железо из почвы благодаря усиленному образованию корневых волосков и передаточных клеток в ризодерме, или повышенной способности поглощать Fe2+, восстанавливать Fe3+→Fe2+ и подкислять почву ризосферы.

Медь активизирует окислительно-восстановительные процессы, увеличивает активность окислительных ферментов (каталазы, нитратредуктазы, пероксидазы, карбоангидразы, гексокиназы, альдолазы, фосфорилазы, супероксиддисмутазы и фосфоглюкомутазы), ускоряет клубнеобразование, повышает устойчивость растений к фитофторозу, уменьшает поражаемость картофеля черной ножкой, паршой и железистой пятнистостью. Содержание подвижной меди в почвах колеблется от 0,05 до 14 мг/кг почвы.