В поиске баланса питания для картофеля

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

Для повышения эффективности использования удобрений в картофелеводстве необходимо полной мере понимать происходящие в растении и почве процессы, и здесь без цифр и фактов никак не обойтись.

Производители картофеля хорошо знают о потенциальных потерях урожая и качества, которые могут возникнуть при дефиците питательных веществ. Но и их чрезмерное внесение может вести к негативным последствиям.

Микроэлементы в растениях, в основном, входят в состав ферментов, повышающих активность биохимических процессов, и их недостаток может вести к снижению урожаев и возникновению болезней. В первую очередь растениям необходимы такие элементы, как железо, марганец, цинк, медь, бор, молибден, кобальт.

ФАКТОРЫ РИСКА

На оптимальную норму и сроки внесения удобрений влияет группа спелости картофеля и продолжительность вегетационного периода. У раннеспелых сортов он более короткий и они, как правило, имеют более высокие показатели поглощения питательных веществ. Для средне- и позднеспелых сортов нормы внесения питательных веществ должны быть на 20–30% ниже, чем для раннеспелых.

Физические и химические характеристики почвы также могут существенно влиять на доступность питательных веществ. Для картофеля наиболее пригодны легкие и средние суглинки, супеси, влагообеспеченные черноземы, серые лесные почвы и окультуренные торфяники. Менее пригодны — легкие, быстро теряющие влагу песчаные почвы, тяжелые суглинки и переувлажненные торфяники.

Влияет и низкая температура почвы. В начале вегетационного периода она уменьшает поглощение питательных веществ, что особенно значимо для фосфора. Высокая же температура почвы увеличивает потребность растений в питательных веществах и минерализацию азота. Однако при температуре почвы 29 °С и более рост корневой системы и клубней приостанавливается.

Болезни растений, такие, как ризоктониоз, черная ножка и вертициллезное увядание также могут значительно уменьшить поглощение и транспорт питательных веществ в растении. Двух-трехпольные севообороты и недостаток питательных веществ в предшествующих посадках могут увеличить инфекционный фон возбудителя вертициллезного увядания картофеля в поле.

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 от 6 до 15 т/га. На долю подвижных азотистых соединений, таких, как нитраты и аммиак, которыми растения преимущественно питаются, приходится 1–2% от общего запаса азота в почве. Даже в богатых органическими веществами черноземах его доступное количество достигает лишь 200 кг/га пахотного слоя. Это количество способно обеспечить получение лишь одного хорошего урожая зерновых. В подзолистых почвах содержание легкоусвояемого азота еще в 3–4 раза меньше. Кроме того, 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. Следовательно, в начале сезона они должны быть обеспечены достаточным количеством азота, чтобы развить необходимый объем зеленой массы.

В то же время высокие дозы азотных удобрений при несбалансированном применении приводят к увеличению массы ботвы в ущерб массе клубней, оводненности их тканей, часто к дуплистости, концентрации нитратов, редуцирующих сахаров, а также к росту 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 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 также влияют на степень проявления вирусных болезней. Растения на высоком азотном фоне часто маскируют внешние симптомы заболевания и также снижают урожай.

Чаще всего на практике пользуются раздельным применением азотных удобрений, при котором половину или ¾ 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 (42–46% азота), полифосфат аммония (10-34-0), различные марки Кристалонов, Растворинов и др.

ПЕРИОДЫ РОСТА

В жизненном цикле картофеля можно выделить четыре основных периода роста и развития. Первый — от посадки до появления всходов; второй — период вегетативного роста надземной массы и корневой системы; третий — период бутонизации, цветения, интенсивного роста столонов и клубнеобразования; четвертый — период завершения роста клубней и накопления в них крахмала, от начала отмирания ботвы до физиологического созревания клубней.

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, что обычно достаточно для поддержания оптимальной концентрации азота, определяемой в соке черешков листьев. Анализ сока черешков на нитратный азот помогает производителю внести соответствующие корректировки в азотное питание картофеля в течение вегетационного периода. 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.

ДОСТУПНОСТЬ И ВНЕСЕНИЕ ФОСФОРА

В питании растений фосфором участвуют анионы Н2РО4– и НРО42–, которые образуются при растворении фосфорных удобрений в почве. В почвах с рН 5,5–7,5 водорастворимые соли фосфорной кислоты превращаются 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.

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 оптимально вносить осенью, весной и 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, а внесение азота в аммонийной форме 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. Новообразование 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.

КАЛИЙНОЕ ПИТАНИЕ

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. Его наличие 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 — это тоже плохо, его избыток 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.

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 биомассы и клубней. Исследования на среднеспелых сортах показали, что концентрация калия в черешке листа от 7,0 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, 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 снижению урожая.

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.

Концентрация обменного кальция в почве менее 1000 мг/кг указывает на потребность в дополнительном кальции, которую можно исправить внесением 200–250 кг кальция на гектар.

Дефицит магния может развиться при уровне обменного магния в почве 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%.

СЕРА

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 минеральной 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, 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 не протеиновые соединения и растение испытывает недостаток серы.

Серу применяют или в виде сульфатов, или в чистом виде. Сульфатная сера (SO4) легкоподвижна и доступна для поглощения растениями, но подвержена вымыванию. Сера (S) 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 дополнительного внесения серы.

ЦИНК И МАРГАНЕЦ

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 цинком 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 (Mn2+). Растворимость почвенного марганца резко возрастает в анаэробных условиях, с повышением влажности почвы и кислой реакции среды.

Подвижность марганца 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 было установлено, 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.

Хотя в большинстве почв общее содержание железа достаточно велико (2–3%), оно присутствует в основном в труднорастворимых и, соответственно, плохо усваиваемых растениями формах. Кроме того, наличие усвояемых форм железа сильно зависит от кислотности почвы. Влияют на его растворимость и фосфорные удобрения: внесение их в почву способствует образованию труднорастворимых фосфатов железа.

Избыток карбоната кальция также снижает поступление железа в растения в результате уменьшения растворимости железа в поченном растворе. Избыточное количество тяжелых металлов, в частности, марганца, никеля и кобальта, вызывает уменьшение темпов поглощения и передвижения железа в растениях, что, в свою очередь, приводит к снижению количества хлорофилла в листьях.

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. Характерной особенностью распределения железа внутри растения является его высокое содержание в листьях, причем в листьях верхнего яруса его больше, чем среднего и особенно нижнего. Для устранения дефицита этого элемента могут потребоваться многократные некорневые подкормки сульфатом или хелатами железа.

Содержание подвижной меди в почвах колеблется от 0,05 до 14 мг/кг почвы, и она отвечает за окислительно-восстановительные процессы, увеличивает активность окислительных ферментов, ускоряет клубнеобразование, повышает устойчивость растений к фитофторозу, уменьшает поражаемость картофеля черной ножкой, паршой и железистой пятнистостью. В растительных тканях медь обладает средней подвижностью, а некорневые подкормки сульфатом или хелатами меди, применяемые в период клубнеобразования, характеризуются высокой эффективностью.