Способ повышения урожайности клубнеплодных растений, в частности картофеля

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при культивировании корне- и клубнеплодных растений, в частности картофеля, для повышения их питательной ценности и урожайности экологически безопасным способом.

Картофель Solanumtuberosum L. имеет большое значение как пищевая, техническая и кормовая культура. Картофель принадлежит к числу важнейших сельскохозяйственных культур. В мировом производстве продукции растениеводства он занимает одно из первых мест наряду с рисом, пшеницей и кукурузой. Мировой урожай картофеля в настоящее время достигает 300 млн т.

Картофель - культура разностороннего использования. Благодаря содержанию в клубнях крахмала, белка высокого качества и витаминов, он является исключительно важным продуктом питания человека. Картофель служит хорошим кормом для скота. По переваримости органического вещества картофель, как и кормовые корнеплоды, стоит на первом месте среди растительных кормов. В Нечерноземье картофель - одно из важнейших культивируемых растений.

Почвы северо-западных областей нашей страны и Тверской области в том числе, кроме ряда особенностей, характеризуются еще и низким содержанием большинства необходимых растениям микроэлементов. Дефицит бора, потребляемого растительными организмами в больших по сравнению с другими микроэлементами количествах, негативно сказывается на урожайности культивируемых растений и качестве продукции. Максимальную требовательность к содержанию бора проявляют корне- и клубнеплодные овощи, в том числе картофель. Поэтому актуальной является проблема обеспечения культивируемых растений не только макро-, но и микроэлементами и одним из важнейших среди них - бором, доступными и экологически безопасными методами.

Известен способ внесения борных удобрений (борной кислоты) при предпосевной обработке почвы под овощные и технические культуры в рекомендованных дозах: от 0,5 до 1,0 кг/га (Минеев Е.Г. Агрохимия. М.: Изд-во МГУ, 1990. 486 с.). При этом возникает трудноразрешимая проблема равномерного распределения небольшой массы микроудобрения на площади 1 га.

Важная роль микроэлементов в жизни растений в настоящее время общепризнана. Их недостаток в почве, или нахождение в недоступной для растений форме приводит к снижению количества и качества урожая, поражаемостью различным заболеваниям, а часто - к гибели. Поэтому при недостатке для роста и развития картофеля микроэлементов высокоэффективным приемом агротехники является внекорневая подкормка растений в период бутонизации - начала цветения. Еще больший эффект отмечают, если микроэлементы для внекорневых подкормок используются не в форме простых солей, а в виде комплексонатов. Связано это с тем, что микроэлементы в комплексонатах находятся в биологически активной форме, способны легко транспортироваться и быстро усваиваются растениями. Попадая на поверхность листьев, комплексонаты микроэлементов легко проникают в растительную клетку, где активизируют деятельность ферментов, а через них воздействуют на биохимические процессы, протекающие в клетках, стимулируют рост и развитие растений картофеля. (Источник: https://chelpotatoes.ru/science/materialy-laboratorij/ро-kartofelevodstvu/item/83-vnekornevoepitanie-kartofelya).

Внекорневые подкормки микроэлементами в хелатной форме продлевают жизнедеятельность листового аппарата, способствуют увеличению урожая, повышают содержание сухого вещества и крахмала в клубнях. Отмечена высокая эффективность внекорневых подкормок хелатированными формами микроэлементов, характеризующихся пролонгированностью действия на растительные ткани. Целым рядом опытов в различных почвенно-климатических зонах РФ установлена высокая эффективность опрыскивания посадок картофеля комплексонатами металлов на величину урожаев и качество продукции (А.В. Коршунов, А.Х. Абазов, С.М. Надежкин, 1995).

Хелаты для растений - неоценимые помощники, позволяющие усваивать микроэлементы практически на 90%, что в несколько раз снижает химическую нагрузку на почву. Хелат (от греческого chele, "клешня") - сложный органический комплекс, химическое соединение микроэлемента с хелатирующим (захватывающим) агентом. Такой агент прочно удерживает ионы микроэлементов в растворимом состоянии вплоть до момента поступления в растение, а затем высвобождает его, переводя в биологически доступную форму, и сам распадается на химические соединения, легко усваиваемые растениями. Комплексы эти биологически активны и близки по своей структуре к природным веществам (например, хлорофилл или витамин В₁₂ по своей природе являются хелатами), поэтому безвредны и эффективны для растения, особенно молодого. Они не связываются в почве и не вступают в сторонние реакции. Именно на основе хелатов созданы препараты нового поколения для предпосевной обработки семян, внекорневых подкормок растений и капельного орошения (https://www.ogorod.ru/ru/now/fertilizers/13967/udobrenia-v-helatnoi-forme-chto-eto-takoe-i-chem-polezno-dlya-rastenii.htm).

К новым экологически безопасным препаратам, созданным на основе комплексонов, относится сравнительно немногочисленная группа соединений - комплексонаты на основе комплексонов, производных дикарбоновых кислот, и в первую очередь - комплексонаты на основе комплексонов, производных янтарной кислоты. Из них одними из перспективных являются комплексонаты на основе этилендиаминдиянтарная кислота (ЭДДЯК).

Известен способ увеличения биомассы зеленных растений (пат. РФ №2567190, кл. А01С 1/06, 2014), заключающийся в предпосевном замачивании семян в 0,001 М растворе В-ИДЯК (борат-иминодисукцината) и внекорневой обработки растений путем опрыскивания 1,5 мМ раствором. Обеспечивается повышение урожайности и пищевой ценности культивируемых растений. Однако данный способ неприменим к выращиванию картофеля на кислых и нейтральных почвах средней полосы России по 2-м причинам: предпосевная обработка клубней боросодержащими комплексонатами нерациональна, так как боратные комплексы в почве при рН<7 разрушаются; биомасса надземной части растений картофеля существенно больше биомассы большинства зеленных растений и, соответственно, доза препарата должна быть иной.

Известен состав раствора для стимулирования развития растений картофеля (А.с. СССР №1825610, кл. A01N 55/00, A01N 59/16, 1993), включающий 6 комплексонатов: Mo-ЭДДЯК, B-ЭДДЯК, Mn-ЭДДЯК, Zn-ЭДДЯК, Co-ЭДДЯК, Mg-ЭДДЯК. Содержание каждого компонента в растворе 0,05-0,1% в соотношении 1:1:1:1:1:1. Раствор предназначен для двукратной внекорневой обработки растений картофеля.

Анализ известного состава раствора для стимулирования развития растений картофеля показывает, что:

- потребность растений в разных микроэлементах неодинакова, а магний, являющийся макроэлементом, поглощается растениями в количествах, на несколько порядков больших, чем микроэлементы, поэтому соотношение компонентов заявленного состава необоснованно;

- в известном составе смешанного раствора, содержащего комплексонаты, часть из них существует в разных диапазонах значений рН: например, монолигандные комплексы B-ЭДДЯК и Mg-ЭДДЯК существуют при рН>7, в то время как аналогичные комплексы Мо-ЭДДЯК - в интервале значений рН от 4,5 до 6,0; следовательно, одновременное существование всех шести перечисленных комплексов в составе одного и того же раствора, по-видимому, невозможно;

- известный состав раствора испытан на посадках картофеля в условиях черноземных почв Молдавии, по основным характеристикам и уровню плодородия значительно отличающихся от дерново-подзолистых почв Нечерноземья;

- предполагается двукратная обработка раствором известного состава, что увеличивает трудозатраты и ведет к возрастанию себестоимости продукции.

Известен способ повышения урожайности корнеплодов, в частности моркови столовой, в Нечерноземной зоне РФ путем использования комплексонатов ЭДДЯК - этилендиаминдиянтарной кислоты - совместно с микроэлементами цинка и бора - Zn-ЭДДЯК и В-ЭДДЯК для внекорневой обработки вегетирующих растений в фазу полного формирования листьев (Барановский И.Н. Повышение урожайности овощных культур в Нечерноземье: опыты Тверской ГСХА. Источник: http://www.agbz.ru/articles/povyishenie-urojaynosti-ovoschnyih-kultur-v-nechernozeme-opyityi-tverskoy-gsha). Внекорневая обработка вегетирующих растений столовой моркови смесью комплексонатов ЭДДЯК с цинком и бором способствует формированию высокой урожайности корнеплодов столовой моркови и одновременно - увеличению окупаемости подкормок полученной прибавкой урожая.

Известно исследование влияния борат-этилендиаминдисукцинатного комплекса на растения топинамбура HelianthustuberosusL. (Смирнова Т.И., Барановский И.Н., Малахаев Е.Д. Биологическая активность боратных комплексов на основе комплексонов, производных янтарной кислоты. Тверская ГСХА, прототип. Источник: http://www.rusnauka.com/35_FPN_2014/Agricole/3_180288.doc.htm).

Эксперименты проводили в мелкоделяночном полевом опыте. В течение вегетационного периода растения топинамбура сорта "Скороспелка" до фазы цветения дважды с интервалом в 1 месяц опрыскивали раствором, содержащим В-ЭДДЯК с концентрацией 0,0015 моль/л из расчета 200 мл на растение. Выявлено, что внекорневая обработка растений топинамбура боратным комплексом В-ЭДДЯК способствует формированию более высокой урожайности корнеплодов и одновременно увеличивает содержание общего белка, инулина и фруктозы в клубнях топинамбура.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке экологически безопасного способа повышения урожайности и пищевой ценности картофеля путем обеспечения культивируемых растений одним из важнейших микроэлементов - бором, доступными и экологически безопасными методами.

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в повышении качества и урожайности клубней картофеля за счет поставки микроэлемента бора в легкодоступной растению форме в виде соединения с биологически активным лигандом ЭДДЯК. Создание экологически чистого и безопасного продукта позволяет минимизировать неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Кроме того, технический результат заключается в увеличении поставок на овощные рынки страны высококачественного картофеля, имеющего большое значение как пищевая, техническая и кормовая культура. Данное обстоятельство приобретает еще большую актуальность для сельхозтоваропроизводителей в поиске новых способов увеличения урожайности, получении высококачественной экологически чистой сельскохозяйственной продукции, благодаря правильному выбору биологически активного препарата и технологии его использования.

Авторы заявленного изобретения предлагают экологически безопасный способ повышения урожайности клубнеплодных растений, в частности картофеля, с одновременным повышением качества клубней картофеля, заключающийся в использовании для однократной внекорневой обработки вегетирующих растений картофеля водного раствора борат-этилендиаминдисукцинатного комплекса (В-ЭДДЯК) с концентрацией 2,0 мМ и нормой расхода 100 мл/м².

Биологически активный борат-этилендиаминдисукцинатный комплекс (В-ЭДДЯК), синтезированный на кафедре агрохимии и земледелия Тверской государственной сельскохозяйственной академии, представляющий собой дигидрат борат-этилендиаминдисукцината в форме тетранатриевой соли Na₄[C₁₀H₁₂O₁₀N₂B]⋅2H₂O (сокращенно В-ЭДДЯК), М=459 г/моль, растворимый в воде при комнатной температуре и хорошо растворимый в теплой (t=40-45°С) воде, может быть использован в качестве борного микроудобрения. Опрыскивание растений картофеля водным раствором борат-этилендиаминдисукцинатного комплекса производят однократно в фазу бутонизации до начала массового цветения путем мелкодисперсного орошения в сухую безветренную погоду.

В ходе разработки нового способа повышения урожайности клубнеплодных растений, в частности картофеля, путем применения нового борного микроудобрения - борат-этилендиаминдисукцинатного комплекса (В-ЭДДЯК) для внекорневой подкормки растений картофеля были разработаны и экспериментально подтверждены концентрация и норма применения данного боратного комплекса В-ЭДДЯК с учетом региона применения, состояния участка, погодных условий, сортовых особенностей культивируемого растения и целевой урожайности.

Опрыскивание ботвы картофеля в фазу бутонизации повышает ассимиляционную поверхность листьев и увеличивает продолжительность работы листового аппарата.

Изобретение поясняется таблицами.

В таблице 1 показано влияние внекорневой подкормки растений картофеля на урожайность и содержание бора в клубнях; в таблице 2 приведен биохимический состав клубней картофеля в зависимости от действующего вещества раствора, использованного для внекорневой подкормки растений.

Заявленный способ повышения урожайности клубнеплодных растений, в частности картофеля, включает следующие операции:

- приготовление водного раствора В-ЭДДЯК с концентрацией 2,0 мМ;

- опрыскивание вегетирующих растений картофеля в фазу бутонизации до начала массового цветения однократно путем мелкодисперсного орошения в сухую безветренную погоду водным раствором В-ЭДДЯК с концентрацией 2,0 мМ и нормой расхода 100 мл/м²;

Технический результат, заключающийся в повышении качества и урожайности клубней картофеля, показан на примере конкретного осуществления заявленного способа.

Пример конкретного выполнения заявленного способа.

Исследования проводили в 2016-2017 г.г. в однофакторном полевом опыте на опытном поле Тверской ГСХА. Почва дерново-среднеподзолистая, остаточно карбонатная, глееватая на морене, супесчаная по гранулометрическому составу, хорошо окультурена. Мощность пахотного горизонта 20-22 см, содержание гумуса 2,5% (по Тюрину), легкогидролизуемого азота 101 мг/кг (по Корнфилду), Р₂О₅ - 253 и K₂O - 113 мг/кг (по Кирсанову), pH_сол. 5,8. Предшественник - занятый пар.

Схема опыта: 1-й вариант (контроль) - опрыскивание H₂O_dest; 2-й вариант - опрыскивание раствором H₃BO₃; 3-й вариант - опрыскивание раствором В-ЭДДЯК; 4-й вариант - опрыскивание раствором ЭДДЯК. Концентрация каждого раствора - 2,0 мМ. Норма расхода - 100 мл/м². Площадь учетной делянки - 5 м². Расположение делянок рендомизированное. Общая площадь под опытом - 80 м². Повторность в опыте четырехкратная. Объект исследований - картофель сорта Ласунак.

Водный раствор В-ЭДДЯК с концентрацией 2,0 мМ готовят путем растворения 0,918 г В-ЭДДЯК в ~150 мл H₂O_dest с последующим доведением объема раствора до 1 л.

В течение вегетационного периода до начала массового цветения производили однократное опрыскивание растений картофеля сорта Ласунак растворами исследуемых соединений. Контрольные растения одновременно с опытными обрабатывали дистиллированной водой. Опрыскивание производили вручную с помощью опрыскивателя в сухую безветренную погоду.

После уборки клубней в них по традиционным методикам определяли содержание крахмала, аскорбиновой кислоты, P-активных веществ и бора, поскольку уровень содержания этих веществ в значительной мере определяет качество клубней картофеля как пищевого сырья и важнейшего из сочных кормов для сельскохозяйственных животных.

Результаты проведенного исследования представлены в табл. 1 и табл. 2.

На основании проведенного опыта выявлено:

1) разработан экологически безопасный способ повышения урожайности и пищевой ценности картофеля путем обеспечения культивируемых растений одним из важнейших микроэлементов - бором, доступным и экологически безопасным методом;

2) бор в составе хелатного комплекса В-ЭДДЯК, очевидно, более активно по сравнению с нехелатированной формой микроудобрения (H₃BO₃) поглощается растениями картофеля (табл. 1);

3) заметное стимулирующее действие некоординированного комплексона (ЭДДЯК), по-видимому, связано с тем, что при внекорневой обработке часть препарата, попадая в почву, переводит не только бор, но и другие микроэлементы, из нерастворимых форм в доступные для растений комплексные соединения;

4) применение внекорневой подкормки раствором В-ЭДДЯК на картофеле по 2-м годам показало наибольший положительный эффект: способствовало получению прибавки урожая клубней на 21,3%; вызвало увеличение содержания крахмала в клубнях на 17,1%, аскорбиновой кислоты - на 32,7% и биофлавоноидов (P-активных веществ) - на 24,5%. Содержание бора, необходимого людям и животным для осуществления процесса остеопоэза и предупреждения остеопороза, возросло на 61,1%.

На основании исследования можно сделать вывод о значительно большей эффективности борат-этилендиаминдисукцинатного комплекса В-ЭДДЯК в качестве борного микроудобрения по сравнению с традиционным -борной кислотой, повышающего урожайность, пищевую и кормовую ценность клубней картофеля.

Заявленный способ повышения урожайности клубнеплодных растений, в частности картофеля, является технологичным, что позволяет провести масштабирование процесса и осуществить его в промышленных условиях.

Заявленный способ повышения урожайности картофеля может быть рекомендован сельхозтоваропроизводителям для применения его в технологии возделывания картофеля в Нечерноземной зоне РФ.