XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние доз минеральных удобрений на рост саженцев яблони в питомнике в Тамбовской области
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Одним из условий закладки эффективного сада является использование качественного посадочного материала. Перспективными для интенсивных садов являются клоновые подвои яблони, и важным механизмом воздействия на их рост и продуктивность является внесение минеральных удобрений [3; 22].
С одной стороны, несмотря на сокращение производства и рост стоимости минеральных удобрений, их применение остается решающим фактором повышения урожайности и качества продукции сельскохозяйственных культур. С другой стороны, несмотря на накопленный опыт, оптимизация минерального питания продолжает оставаться серьезной проблемой, что во многих случаях затрудняет получение высоких урожаев. Вопросы применения удобрений в питомниках центральной зоны России, с учетом адаптивного потенциала яблони требуют дальнейших исследований [6; 9; 18; 21].
На практике желание получить более быструю реакцию растений и незнание последствий избыточного удобрения ведет иногда к необоснованному завышению вносимых объемов. Помимо экономической нецелесообразности есть и экологическая сторона проблемы: бесконтрольное внесение удобрений может нарушать минеральный баланс почвы и отрицательно сказываться на продуктивности агроценоза как системы. Так, давно отмечается опасность избытка азотных удобрений [11; 13; 23].
В то же время, путь к повышению урожайности и получению экологически чистой продукции – не в отказе от применения удобрений и других средств химизации, а в их рациональном использовании – со строгим соблюдением доз, сроков и способов внесения.
Этими соображениями определяется актуальность проводимого нами исследования. Его объектом выступали однолетние саженцы яблони трех разных сортов, а предметом было влияние дозы минеральных удобрений на рост саженцев яблони в питомнике. Выдвигалась гипотеза о нелинейном и неравноценном влиянии повышения доз минеральных удобрений на показатели роста яблони.
Цель проекта – изучить морфологические параметры однолетних саженцев яблони в условиях низких и повышенных доз минеральных удобрений для проверки гипотезы исследования. На основании полученных результатов сформулировать выводы и рекомендации.
1. ЗНАЧЕНИЕ УДОБРЕНИЙ В ПИТОМНИКОВОДСТВЕ
1.1. Качество посадочного материала и его роль
в современном интенсивном садоводстве
Садоводство – одна из важнейших отраслей сельского хозяйства. Плоды и ягоды – незаменимые продукты питания, они обладают лечебными свойствами, способствуют профилактике многих заболеваний. В плодах и ягодах содержатся сахара (фруктоза, глюкоза, сахароза), органические кислоты, витамины, Р-активные вещества, пектины, дубильные, красящие, ароматические вещества, минеральные соли, многие из которых не встречаются ни в каких других продуктах [5; 17]
Современные интенсивные технологии возделывания плодовых культур требуют большого количества высококачественного посадочного материала. Крупные хозяйства постоянно ведут реконструкцию насаждений, появляется все больше приусадебных участков, фермерских хозяйств, что увеличивает спрос на саженцы перспективных сортов плодовых и ягодных культур [19].
По требованиям Национального стандарта РФ [16], посадочный материал должен быть проверен на соответствие нормам по биометрическим и фитосанитарным показателям, по принадлежности к помологическому сорту и подтвержден соответствующими документами в установленном порядке. Саженцы, подвои и черенки сортируют в соответствии предельно допустимыми нормами фитосанитарного состояния и сортовой чистоты.
По ГОСТ Р53135, их подразделяют на следующие категории:
- Исходные растения;
- Базисные растения;
- Сертифицированные растения;
- Репродукции сертифицированных растений;
- Рядовой посадочный материал.
Сортовая чистота посадочного материала должна составлять 100% [16].
В литературе показано, что внесение в питомнике яблони минеральных удобрений в умеренных дозах увеличивает качество и выход стандартного посадочного материала [6; 12; 14]. Таким образом, одним из факторов высокоэффективного ведения садоводства является получение высококачественного посадочного материала яблони на фоне полноценного минерального питания растений в питомнике.
1.2. Роль минеральных удобрений в питомнике
Регуляция минерального питания позволяет управлять ростом и развитием растений для создания продукции высокого качества. Наиболее важны азотные, калийные и фосфорные удобрения [18].
Азот – один из главных элементов минерального питания растений, доступный им в форме нитратов. В растительной клетке он проходит сложный путь превращений, включаясь в итоге в состав белковых молекул. В растении нитраты являются мобильной формой азота, поэтому максимум их содержится в проводящих органах: корнях, стебле, черешках, жилках листа [6; 11]. В экспериментах было показано повышение продуктивности фотосинтеза, увеличение площади листьев и накопление биомассы подвоев яблони при повышении уровня их азотного питания [3; 18].
Физиологические функции калия также очень значимы, о чем свидетельствует активный переход его ионов из почвы в развивающиеся части растения («вынос»). Калий повышает осмотическое давление клеточного сока, участвует в транспорте веществ, стимулирует синтез углеводов и прирост биомассы (в нем особенно нуждаются светолюбивые растения). Благоприятный режим калия является одним из обязательных условий эффективного функционирования агроценозов [14; 24].
Фосфор содержится в нуклеотидах, участвующих в процессах дыхания и биосинтеза, являющихся мономерами нуклеиновых кислот, входит в состав витаминов, ферментов, фитогормонов и других значимых в жизни растения соединений. Запасные фосфаты присутствуют в листьях, стеблях, корнях, генеративных органах. Управляя условиями фосфатного питания, можно регулировать темпы роста и развития растений, влиять на качество урожая [2].
Около 50% прироста растениеводческой продукции в России обеспечивается за счет применения удобрений и, прежде всего, за счет сбалансированного минерального питания [10]. При этом эффективность применения удобрений во многом зависит от почвенно-климатических и погодных условий [8; 20].
Почвенные условия – важнейшая часть условий среды произрастания плодовых и ягодных растений. Как и любое биологическое образование, почва развивается во времени, но эти изменения, в отличие от климата, имеют четкую причинную связь, легко прогнозируются и легче поддаются количественному анализу [9; 13].
Физиологическая специфика сортов плодовых растений отражается на характере питания, на строении корневой системы и ее метаболизме, на поглощении и транспорте элементов питания, на распределении веществ между корнями и надземными органами [10; 15].
Таким образом, разработка системы минерального питания для конкретных привойно-подвойных комбинаций позволяет оптимизировать развитие и полнее реализовать их потенциальные возможности.
2. ЭМПИРИЧЕСКАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Условия проведения исследований
Исследовательская работа проводилась с весны до осени 2020 г. на производственной базе учхоза-племзавода «Комсомолец» Мичуринского района Тамбовской области.
Рисунок 1. Экспериментальный участок (питомник) в районе учхоза «Комсомолец», к северу от г. Мичуринска (обведен желтым).
Рельеф Тамбовской области представлен равниной с высотой 150 м над уровнем моря (Окско-Донская равнина). Область характеризуется умеренно-континентальным климатом с неустойчивым увлажнением. Среднегодовая температура воздуха составляет около +4,5°, сумма положительных температур ~ 2700°C, среднегодовая влажность воздуха – 75%. Соотношение тепла и осадков (480-490 мм / год) считается удовлетворительным для роста растений [1].
Учхоз-племзавод «Комсомолец» расположен в северо-западной части области, вблизи города Мичуринска, в пределах водосбора реки Лесной Воронеж (рядом с его притоком – рекой Каменкой). Почвы – средневыщелоченные среднемощные суглинистые чернозёмы. По количеству солнечного излучения, тепла и атмосферных осадков агроклиматические ресурсы питомника учхоза-племзавода «Комсомолец» являются благоприятными для возделывания садовых насаждений и питомников из числа районированных в этой зоне сортов, при условии обеспечения орошения почв.
2.2. Объект исследований
Объектами служили однолетние саженцы яблони в первом поле питомника сортов Антоновка обыкновенная, Лобо и Синап орловский на среднерослом клоновом подвое 54-118 селекции В.И. Будаговского.
Антоновка обыкновенная – раннезимний сорт народной селекции, плоды средней или вышесредней величины, с характерным ароматом, зеленовато-желтые, с оржавленностью. Достоинствами сорта является экологическая приспособленность, урожайность, зимостойкость; недостатками – непродолжительный срок хранения плодов и периодичность плодоношения [17].
Рисунок 2. Сорт яблони Антоновка обыкновенная.
Лобо – зимний сорт, выведен в Канаде, включен в Государственный реестр в Центрально-Черноземной зоне. Плоды крупные, слаборебристые, имеют сильный восковой налет, окраска желтовато-зеленая, покрыта мраморовидным малиново-красным румянцем. Достоинствами являются скороплодность и урожайность, устойчивость к засухе, крупные плоды; недостатками – слабая устойчивость к парше и мучнистой росе [17].
Рисунок 3. Сорт яблони Лобо.
Синап Орловский – зимний сорт, получен во Всероссийском НИИ селекции плодовых культур и ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина. Плоды вышесредней величины или крупные, продолговатые, скошенные у вершины, с прочной, гладкой кожицей, окраска зеленовато- и золотисто-желтая с небольшим румянцем на освещенной стороне. Достоинствами являются зимостойкость, стабильность урожая, лежкость плодов (с ноября до мая); недостатком – крупный размер деревьев [17].
Рисунок 4. Сорт яблони Синап орловский.
54-118 – среднерослый подвой с красновато-розовой прочной древесиной. Засухоустойчив, слабо или не поражается вредителями и болезнями, совместим с сортами средней зоны садоводства. Отличается морозостойкостью корневой системы, деревья на нем вступают в плодоношение на 4-5-й год после посадки и дают высокий урожай. Зарегистрирован в Государственном реестре селекционных достижений [19].
Рисунок 5. Среднерослые подвои 54-118 первого товарного сорта.
3. МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика исследований влияния доз минеральных удобрений
на рост однолетних саженцев яблони
Исследование проводилось методом микрополевого эксперимента. В качестве независимых переменных выступали уровни вносимых удобрений (аммиачной селитры, двойного суперфосфата и калийной соли), удобрения вносили монофакторно, в первом поле питомника, до распускания почек, вдоль рядков растений с заделкой в почву. Каждая независимая переменная имела 4 уровня: 90 кг/га, 180 кг/га, 360 кг/га и 720 кг/га удобрений.
Рисунок 6. Однолетние саженцы яблони в поле питомника.
В контрольной и экспериментальных группах было по 10 экземпляров растений. Зависимыми переменными были высота однолетних саженцев и диаметр штамба на высоте 5 см выше прививки. Высоту измеряли линейкой, диаметр штамба – штангенциркулем.
Экспериментальный материал обрабатывали при помощи статистических методов дисперсионного анализа [4; 7] с уровнем значимости α = 0,05, наименьшая существенная разница (НСР) для заданного уровня значимости вычислялась с помощью программы Microsoft Excel. Дополнительно оценивали качество посадочного материала в соответствии с ГОСТ Р53135, в процентах выхода [14].
3.2. Результаты исследований влияния доз минеральных удобрений
на рост однолетних саженцев яблони
В результате эксперимента было установлено, что наибольшее влияние на рост саженцев яблони в высоту оказывал азот. Внесение азотных удобрений увеличивало высоту однолетних саженцев яблони в среднем с 95 см (в контроле) до 103-113 см (в вариантах с удобрениями). Следует отметить, что 8-кратное увеличение дозы азотных удобрений не оказало отрицательного влияния на рост саженцев, однако положительный эффект такой дозы был значимо ниже, чем дозы в 180 кг/га (Приложение №1).
Такой эффект объясняется ролью почвенных нитратов как лимитирующего (т.е. находящегося в дефиците) фактора минерального питания растений. Поэтому при любой вносимой дозе азота исследуемые саженцы активизировали рост. Однако превышение дозы более чем в 4 раза создавало дополнительную нагрузку на растения, вынужденные задействовать регуляторные механизмы для поддержания минерального баланса в тканях, что отчасти снизило наблюдаемый эффект от удобрений.
Применение фосфорных удобрений не оказывало эффекта при обычном содержании в почве азота и калия (Рис. 7, 8). Это объясняется достаточным содержанием фосфора в почвах опытного участка.
Р исунок 7. Рост саженцев яблони в контрольной и экспериментальных группах, см (НСР05 = 8,2).
Рисунок 8. Диаметр штамба саженцев яблони в контрольной и экспериментальных группах, мм (НСР05 = 1,1).
Дополнительное калийное питание также имеет значение для роста саженцев. Внесение калийных удобрений в дозах 90 и 180 кг/га существенно увеличивало высоту однолетних саженцев яблони в среднем с 95 см (в контроле) до 104-105 см (в вариантах с удобрениями). Дальнейшее увеличение дозы калийных удобрений не оказывало дополнительного положительного влияния на высоту однолетних саженцев яблони. Это объясняется ролью калия в транспорте и обеспечении тургора растительных клеток, положительные эффекты которого нивелируются при засолении почвы калием. Оптимальной представляются дозы в 135 кг/га.
Азотные удобрения также оказали влияние на увеличение диаметра штамбов. Внесение азотных удобрений в дозах до четырехкратной значимо увеличивало диаметр штамба однолетних саженцев яблони с 10 мм (в контроле) до 11,5 мм (в вариантах с удобрениями, в среднем). Фосфорные и калийные удобрения существенно не влияли на увеличение диаметра штамбов у саженцев яблони.
На рисунках 7 и 8 видно, что повышение биологической продуктивности и, соответственно, показатели роста однолетних саженцев яблони зависят от доз вносимых удобрений нелинейно, для значимых элементов минерального питания заметен отчетливо выраженный оптимум, что подтверждает гипотезу исследования.
Рисунок 9. Выход стандартных саженцев в группах с применением удобрений и в контроле, %.
Сравнение стандартности саженцев (Рис. 9) показало лимитирующую роль азота для получения растений, отвечающих требованиям ГОСТ.
Таким образом, для существенного увеличения высоты и диаметра штамба однолетних саженцев яблони сортов Лобо, Антоновка и Синап орловский на клоновых подвоях 54-118 достаточно применения небольших доз азотных и калийных удобрений (90-135 кг/га), тогда как их дальнейшее увеличение экономически и экологически нецелесообразно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В условиях Тамбовской области на черноземных почвах увеличение высоты и толщины штамба саженцев, стандартности посадочного материала ограничивается уровнем азотного питания растений. Внесение нитратов существенно влияло на морфологические показатели однолетних саженцев.
Фосфорные и калийные удобрения не оказали существенного влияния на диаметр штамба саженцев яблони в питомнике, однако калий способствовал усилению их роста в длину. Из этого следует, что содержание фосфора в почвах является высоким, калия – достаточным (не лимитирует рост).
В исследовании влияния доз удобрений на показатели роста саженцев яблони подтвердилась гипотеза о его нелинейном характере. Оптимум влияния располагается между дозами 90 кг/га и 180 кг/га.
Таким образом, минимальной эффективной дозой азотных и калийных удобрений является доза 90 кг/га, возможно ее увеличение до 135 кг /га. Более чем двукратное повышение доз удобрений в питомнике нецелесообразно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агроклиматические ресурсы Тамбовской области. – Л.: Гидрометеоиз-дат, 1974. – 103 с.
Алимкулов С.О., Мурадова Д.К. Биологическая роль фосфора в жизни растений // Молодой ученый. – 2015. – № 10 (90). – С. 44-47.
Бобылев Д.В. Влияние условий азотного питания на рост подвоев яблони 54-118 в питомнике // Пути повышения устойчивости садоводства. Сб. науч. тр. ВНИИС. – Мичуринск, 1998. – С. 90-92.
Гмурман, В.Е. Теория вероятности и математическая статистика: учеб. пособие для ВТУЗов / В.Е. Гмурман. – М.: Высшая школа, 1977. – 479 с.
Гудковский, В.А. Проблемы развития российского садоводства / В.А. Гудковский // Садоводство и виноградарство. – 1998. – № 5-6. – С. 3-6.
Долгов С.В. Влияние уровня азотного питания на поглотительную деятельность корневой системы и фотосинтетическую активность листового аппарата клоновых подвоев яблони различной силы роста // Вопросы интенсификации садоводства в ЦЧЗ: сб. науч. тр. Воронежский СХИ им. К.Д. Глинки. – Воронеж, 1985. – С. 56-61.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. – М.: Агропромиздат. – 1985. – 352 с.
Жученко А.А. Стратегия адаптивной интенсификации сельского хозяйства (концепция). – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1994. – 148 с.
Кашин В.И. Научные основы адаптивного садоводства. – М.: Колос, 1995. – 335 с.
Климашевский Э.Л. Теория агрохимической эффективности растений // Агрохимия. – 1990. – № 1. – С. 131-148.
Койка С.А., Скориков В.Т. Нитраты и нитриты в продукции растениеводства // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. – 2008 – № 3. – С. 58-63.
Кондаков А.К. Современная система минерального питания и удобрения плодовых и ягодных растений // Достижения науки и техники АПК. – 2009. – № 2. – С. 22-23.
Кондратьев К.Н. Экологические ресурсы продуктивности яблони в Поволжье. – Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1991. – 168 с.
Кузин А.И., Трунов Ю.В. Особенности почвенно-листовой диагностики калийного питания яблони // Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 2016. – № 1. – С. 16-17.
Лебедев В.М. Генотипическая специфика минерального питания и биологическая продуктивность подвоев яблони // Агрохимия. – 1983. – № 1. – С. 66-72.
Национальный стандарт РФ. ГОСТ Р 53135-2008 «Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия». – М., 2008.
Помология: В 5-ти томах. Т.1. Яблоня / Под общей редакцией академика РАСХН Е.Н. Седова. – Орел: Изд-во ВНИИСПК, 2005. – 576 с., ил.
Трунов Ю.В. Биологические основы минерального питания яблони. – Мичуринск-наукоград РФ, Воронеж: Кварта, 2016. – 418 с.
Трунов Ю.В., Соловьев А.В., Козлова И.И., Муратова С.А. Технологии выращивания высококачественного посадочного материала плодовых и ягодных растений / Под ред. Ю.В. Трунова. – Мичуринск: Изд. ООО «БИС», 2018. – 246 с.
Трунов Ю.В., Меделяева А.Ю.и др. Методика вегетационных (микрополевых) опытов с многолетними садовыми культурами / Ю.В. Трунов, А.Ю. Меделяева, А.В. Соловьев, И.В. Куличихин // Вестник Мичуринского ГАУ, 2019. – № 4 (59).–С. 9-13.
Трунов Ю.В., Завражнов А.А. и др. Концепция научных исследований "Садоводство будущего" / Ю.В. Трунов, А.А. Завражнов, И.М. Куликов, А.И. Завражнов // Плодородие. – 2019. – № 1 (106). – С. 51-55.
Трунов Ю.В., Соловьев А.В. и др. Перспективные клоновые подвои яблони для интенсивных садов / Ю.В. Трунов, А.В. Соловьев, Р.В. Папихин, М.Л. Дубровский, И.Н. Шамшин // Садоводство и виноградарство. – 2020. – № 2. – С. 34-40.
Черняева И.И. Экологические проблемы использования азотных удобрений // Химизация сельского хозяйства. – 1990. – № 4. – С. 20-21.
Якименко В.Н., Носов В.В. Действие и последействие калийных удобрений в Западной Сибири // Питание растений. Вестник Международного института питания растений. – 2016. – № 2, С. 9-13.
ПРИЛОЖЕНИЕ №1
Таблица 1. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на высоту и диаметр штамба однолетних саженцев яблони в питомнике
|
ЗП НП |
ВЫСОТА, см |
ДИАМЕТР ШТАМБА, мм |
||||||
|
Лобо |
Антоновка |
Синап |
Сред. |
Лобо |
Антоновка |
Синап |
Сред. |
|
|
Контроль |
94,3 |
91,1 |
99,9 |
95,1 |
9,7 |
10,1 |
10,2 |
10,0 |
|
N90 |
106,9 |
103,4 |
112,1 |
107,5 |
10,9 |
11,3 |
11,4 |
11,2 |
|
N180 |
110,4 |
109,3 |
118,2 |
112,6 |
11,1 |
11,8 |
11,7 |
11,5 |
|
N360 |
106,2 |
105,8 |
113,5 |
108,5 |
11,0 |
11,6 |
11,5 |
11,4 |
|
N720 |
102,1 |
100,5 |
107,0 |
103,2 |
10,7 |
11,1 |
11,3 |
11,0 |
|
P90 |
96,4 |
96,3 |
102,3 |
98,3 |
10,1 |
10,5 |
10,5 |
10,4 |
|
P180 |
97,5 |
97,3 |
101,3 |
98,7 |
10,1 |
10,3 |
10,5 |
10,3 |
|
P360 |
97,4 |
97,0 |
102,1 |
98,8 |
10,0 |
10,4 |
10,2 |
10,2 |
|
P720 |
95,7 |
95,8 |
100,5 |
97,3 |
9,8 |
10,3 |
10,3 |
10,1 |
|
K90 |
102,5 |
99,5 |
108,8 |
103,6 |
10,3 |
10,9 |
10,8 |
10,7 |
|
K180 |
105,4 |
103,9 |
108,5 |
105,9 |
10,8 |
11,0 |
11,1 |
11,0 |
|
K360 |
100,5 |
99,0 |
103,4 |
101,0 |
10,4 |
10,8 |
10,8 |
10,7 |
|
K720 |
94,1 |
92,1 |
98,4 |
94,9 |
9,7 |
10,1 |
10,3 |
10,0 |
|
НСР05 |
8,2 |
1,1 |
||||||
Таблица 2. Влияние возрастающих доз минеральных удобрений на стандартность однолетних саженцев яблони в питомнике, %
|
Варианты |
Сорта |
В среднем по 3 сортам |
||
|
Антоновка |
Лобо |
Синап |
||
|
Контроль |
87 |
88 |
90 |
88,3 |
|
N90 |
95 |
94 |
95 |
94,7 |
|
N180 |
95 |
95 |
96 |
95,3 |
|
N360 |
94 |
94 |
95 |
94,3 |
|
N720 |
93 |
94 |
96 |
94,3 |
|
Р90 |
88 |
88 |
90 |
88,7 |
|
Р180 |
87 |
89 |
91 |
89,0 |
|
Р360 |
88 |
89 |
90 |
89,0 |
|
Р720 |
87 |
88 |
90 |
88,3 |
|
К90 |
89 |
90 |
92 |
90,3 |
|
К180 |
89 |
90 |
93 |
90,7 |
|
К360 |
88 |
89 |
92 |
89,7 |
|
К720 |
89 |
89 |
91 |
89,7 |