АГРОХИМИЯ, 2007, № 9, с. 18-23
Питание растений
УДК 631.81:63521
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПИТАНИЯ КАРТОФЕЛЯ
СОРТА ХИБИНСКИЙ РАННИЙ
© 2007 г. В. И. Костшк, Н. Ю. Шмакова, М. И. Вихман*
Полярно-альпийский ботанический сад-институт Кольского научного центра РАН 184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Ферсмана, 14, Россия *Государственная станция агрохимической службы "Мурманская" 183008 Мурманск, Кольский просп., 112, Россия Поступила в редакцию 25.01.2007 г.
Установлено, что стратегии минерального питания картофеля, направленные на увеличение урожайности культуры, улучшение химического состава клубней и повышение их устойчивости к болезням в период зимнего хранения имеют разнонаправленный характер. Показано, что для подбора наилучших режимов питания растений картофеля можно использовать метод многокритериальной оптимизации на основе построения функции желательности обобщенного отклика. Предложены компромиссные схемы минерального питания для картофеля сорта Хибинский ранний, удовлетворяющие взаимоисключающим требованиям.
ВВЕДЕНИЕ
Оптимизация органо-минерального питания картофеля является многоцелевой операционной задачей, в которой наряду с основным критерием оптимизации - урожайностью картофеля, следует учитывать также множество других, не менее актуальных "вспомогательных" критериев [1]. В задачах подобного рода (например, получить максимальный урожай картофеля с высоким содержанием крахмала и низким содержанием нитратов в клубнях, их удовлетворительной сохранностью в зимний период) приходится принимать компромиссное решение по целой группе плохо согласуемых целевых показателей [2].
Дозы органических и минеральных удобрений, оптимизирующие основную и вспомогательные целевые функции, могут быть совершенно различными, а порою даже взаимоисключающими. Поэтому такие внутренне противоречивые проблемы решают обычно двумя способами: сведением многоцелевых задач к одноцелевым или объединением нескольких показателей в один агрегированный отклик [3, 4].
Ранее мы приводили результаты статистической оптимизации воздушного и корневого питания вегетирующих растений картофеля на Кольском Севере, полученные на основе стандартного регрессионного анализа экспериментальных данных [5]. Цель настоящей работы - многокритериальный подбор таких комбинаций органических и минеральных удобрений, которые давали бы возможность получать в данном регионе не только высокие урожаи картофеля надлежащего качества, но и минимизировали бы его потери во время продолжительного зимнего хранения.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта для физиолого-агрохими-ческих исследований использовали картофель сорта Хибинский ранний, районированный в Мурманской обл. с 1967 г. Полевой опыт проводили в течение двух лет на Полярной опытной станции ВИРа на хорошо окультуренной подзолистой песчаной почве со следующими агрохимическими характеристиками пахотного слоя: рНкс1 6.4-7.0; сумма аммонийного (с реактивом Нессле-ра [6]) и нитратного (по Грандваль-Ляжу [6]) азота 8.1-12.9 мг/100 г; содержание подвижного фосфора и обменного калия (по Бурриелю-Гернандо
[7]) 7.0-12.1 и 30-52 мг/100 г соответственно.
Органические удобрения вносили перед посадкой картофеля в виде бесподстилочного навоза крупного рогатого скота, а минеральные удобрения - под культивацию в форме N33, Рсд и Кх. Опыт проводили по 16-вариантной схеме Рехтшафнера
[8] в трехкратной повторности (табл. 1). Дозы удобрений варьировали на трех уровнях - навоз (Н): 0-60-120 т/га; N3,, Рсд и Кх: 0 -140-280 кг д. в./га.
Семенные клубни картофеля I репродукции массой 60-80 г проращивали на свету в течение 35-40 сут и высаживали 28 мая - 2 июня с площадью питания 70 X 30 см (4.8 растения/м2). Учеты величины урожая проводили 27-31 августа. Учетная площадь делянок по каждому варианту опыта составляла 90 м2, а общая площадь под опытом равнялась 0.3 га.
В структуре хозяйственного урожая картофеля (урожай товарных клубней в расчете на одно растение или продуктивность растения - ПР,
Таблица 1. Матрица планирования и результаты натурного эксперимента
Вариант Навоз, т/га Р 1 сд Кх ПР, г/растение ЧТК, шт./рас-тение МТК, ХЛ, мг/г КР САХ БЕЛ НИТ, мг/кг МГ, %
кг д.в./га %
1 0 0 0 0 510 8.5 60.0 7.0 10.3 1.54 0.30 52 6
2 120 140 140 140 667 9.5 70.2 10.2 8.8 1.71 0.48 214 16
3 60 280 140 140 667 9.7 68.8 11.2 9.8 1.64 0.48 368 10
4 60 140 280 140 793 12.5 63.4 10.3 9.1 1.68 0.42 249 14
5 60 140 140 280 726 10.9 66.6 10.0 9.0 1.72 0.51 243 20
6 0 280 280 280 709 10.5 67.5 11.5 9.6 1.67 0.45 360 7
7 120 0 280 280 567 8.2 69.1 8.8 9.9 1.56 0.45 180 19
8 120 280 0 280 623 8.6 72.4 10.3 9.4 1.70 0.51 279 19
9 120 280 280 0 637 8.6 74.1 11.7 9.4 1.63 0.56 545 21
10 0 0 280 280 588 9.4 62.5 7.4 10.6 1.50 0.36 137 10
11 0 280 0 280 539 8.1 66.5 9.1 9.9 1.64 0.42 320 7
12 0 280 280 0 698 10.3 67.8 10.0 9.8 1.58 0.52 399 7
13 120 280 0 0 616 8.6 71.6 10.0 9.9 1.62 0.42 299 18
14 120 0 280 0 789 11.6 68.0 9.4 10.5 1.57 0.45 216 17
15 120 0 0 280 641 8.6 74.5 9.1 10.6 1.55 0.33 142 10
16 60 140 140 140 712 9.9 71.9 9.5 9.5 1.60 0.42 222 12
Примечание. ПР - продуктивность картофеля, ЧТК - число товарных клубней, МТК - масса товарного клубня, ХЛ - содержание хлорофилла, КР - содержание крахмала, САХ - содержание сахаров, БЕЛ - содержание белков, НИТ - содержание нитратов, МГ - мокрая бактериальная гниль клубней. То же в табл. 2, 4.
г/растение) учитывали число товарных клубней (ЧТК, шт./растение) и их среднюю массу (МТк, г).
В листьях растений картофеля (3-4 яруса сверху) ежегодно на протяжении июля и августа с интервалом 7-10 сут определяли содержание хлоро-филлов (ХЛ, мг/г сухой массы) по модифицированной методике Нибома. Концентрацию пигментов измеряли на спектрофотометре СФ-26 и рассчитывали по формулам Хольма для 100%-ного ацетона [9].
В партиях клубней картофеля, помещенных в стационарное хранилище после завершения двухлетнего полевого эксперимента, трижды (в конце октября, декабря и февраля) оценивали преимущественно степень распространения мокрой бактериальной гнили (Мг, %) [10], поскольку проявления ооспороза, сухой фузариозной и фомозной гнилей были незначительными (менее 3%).
В эти же сроки в клубнях картофеля определяли содержание крахмала (КР, %) поляриметрическим методом [11], суммы сахаров - моно- и диса-харидов (САХ, %) - йодометрическим методом [12], водорастворимых белков (БЕЛ, %) - рефрактометрическим методом [13] и нитратов (НИТ, мг/кг сырой массы) - ионселективным методом [14]. Исходные экспериментальные данные, отражающие характер влияния органических и минеральных удобрений на величину и структуру урожая картофеля, содержание хлоро-
филла в листьях, химический состав клубней и масштабы их заболеваемости при зимнем хранении, представлены в табл. 1. Усреднение таких показателей, как ПР, ЧТК и МТК, выполнено по двум годам исследований; ХЛ - в пределах каждого вегетационного сезона и по двум годам; КР, САХ, БЕЛ, НИТ и МГ - по трем определениям в осенне-зимний период.
Статистический анализ экспериментальных данных выполняли с использованием программы STATISTICA 6.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Корреляционный анализ сопряженности результативных признаков показал, что продуктивность растений картофеля в проведенном опыте в большей степени детерминировалась количеством клубней в гнезде, чем их средней массой (табл. 2). Величина урожая товарных клубней картофеля положительно коррелировала с содержанием хлорофилла в листьях верхних ярусов, обладающих, как известно, самой высокой фотосинтетической активностью. Однако в наиболее явном виде данная связь проявлялась между содержанием хлорофилла и средней массой новообразованных клубней.
Увеличение хозяйственной продуктивности картофеля позиционировалось, с одной стороны,
Таблица 2. Корреляция результативных признаков
Показатели ЧТК МТК ХЛ КР САХ БЕЛ НИТ МГ
ПР 0.90* 0.12 0.52* -0.36 0.38 0.38 0.24 0.22
ЧТК 1 -0.31 0.27 -0.27 0.28 0.18 0.04 0.02
МТК 1 0.55* -0.17 0.22 0.43 0.43 0.46
ХЛ 1 -0.61* 0.69* 0.77* 0.83* 0.32
КР 1 -0.88* -0.64* -0.39 -0.41
САХ 1 0.60* 0.41 0.37
БЕЛ 1 0.79* 0.54*
НИТ 1 0.18
* Коэффициенты корреляции, статистически значимые на уровне Р < 0.05.
с уменьшением содержания крахмала, с другой - с увеличением содержания сахаров, белков и нитратов в клубнях, поскольку между данными показателями наблюдалась отрицательная связь. Хорошо выраженные корреляции имели место между компонентами химического состава клубней и содержанием зеленых пигментов в листьях данной культуры.
Степень поражения клубней картофеля мокрой гнилью отрицательно коррелировала с содержанием крахмала в запасающих органах и положительно - с содержанием сахаров, белков и нитратов в них. Положительная связь МГ с перечисленными ингредиентами объясняется тем, что сахара и белки являются наиболее доступным и благоприятным субстратом для жизнедеятельности патогенных микроорганизмов по сравнению с крахмалом [15].
Корреляция МГ и ХЛ также оказалась положительной, поскольку была опосредована функционированием следующей донорно-акцепторной системы: фотопродуцирующая деятельность пигментного комплекса в составе фотосинтетического аппарата - транслокация ассимилятов в основные органы терминальной аттракции (клубни) - первичный и вторичный биосинтез и депонирование сахаров, белков и нитратов в них. Положительное влияние последних на заболеваемость клубней картофеля было выражено значительно слабее по сравнению с влиянием крахмала, сахаров и белков.
Таким образом, в нашем опыте проявилась раз-нонаправленность в экспрессии таких важнейших показателей, как величина хозяйственного урожая картофеля, содержание крахмала в клубнях и степень их паторезистентности в зимний период.
На следующем этапе логико-формального анализа данных многофакторного эксперимента было выполнено определение экстремальных значений результативных признаков в зависимости от доз и сочетаний органических и минеральных удобрений (табл. 3). С этой целью для каждого показателя бы-
ли построены квадратичные модели с "унифицированной" спецификацией, вклю
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.