Урожайність і якість цукрових буряків, сезонна динаміка росту листя у контексті густоти посівів та внесення азотних добрив

 

На цукрові буряки припадає 20% світового виробництва цукру, а решту 80% цукру отримують з тростини. Вміст цукру в буряку зазвичай становить 13-20%. Більше 98% загального кореневого цукру становить сахароза, фруктоза і глюкоза наявні в дуже малих кількостях. В Європі цукрові буряки зазвичай висівають ранньою весною і збирають у жовтні.

За матеріалами статті на тему «Урожайність і якість цукрових буряків із сезонною динамікою листя у контексті густоти посівів та внесення азотних добрив» («Sugar Beet Root Yield and Quality with Leaf Seasonal Dynamics in Relation to Planting Densities and Nitrogen Fertilization») журналу «Agriculture» («Сільське господарство»), 11, 2021 р.

Загальновизнаним фактором є важливість площі листової поверхні, яка пов’язана з ростом буряків і виходом цукру. При весняному посіві листя цукрових буряків досягає своїх максимальних розмірів наприкінці липня – на початку серпня, а до кінця вегетаційного сезону поступово зменшується. Оптимальний індекс листової поверхні (ІЛП) для більшості польових культур становить близько 3–4 м22. Це також оптимальний ІЛП для цукрових буряків із середини червня до кінця липня. Протягом вегетаційного періоду дуже важливо стежити за розвитком надземних частин коренеплодів, адже розвиток листя впливає на ефективність фотосинтезу і накопичення сахарози в корені. З одного боку, якщо листя погано розвинене, площа засвоєння менша, з іншого боку, якщо листя занадто розвинене, взаємне затінення листків більше. В обох випадках кількість сахарози, що накопичується в корені, зменшується. В умовах дефіциту азоту на перших фазах росту цукрових буряків листя розвивається добре, оскільки буряки мають достатньо доступного азоту. На пізніх фазах росту цукрового буряка листя починає світлішати, а коренеплід відставати в рості. Тобто, якщо значення ІЛП перевищує 5 м22, фотосинтез нижнього листка падає нижче точки компенсації (коли коефіцієнт дихання фотосинтезу має значення менше одиниці), що зазвичай відбувається вранці та ввечері, і така культура стає чутливою до посухи та має більшу потребу в поживних речовинах.

Густота посівів цукрових буряків є важливим фактором їх високої врожайності, який досліджували десятиліттями. Найпоширенішими причинами зменшення кількості рослин на одиницю площі є погіршення проростання насіння та агротехнічні прийоми, наприклад, терміни посіву, погана підготовка посівного ложа, а також видалення молодих рослинок під час просапної культивації. Існує кілька біотичних (забур’яненість і напади шкідників) та абіотичних факторів (надмірні опади та стрес від посухи), які також можуть зменшити кількість рослин на одиницю площі. За даними одних дослідників, під час збирання оптимальна густота цукрових буряків має становити близько 80 тис. рослин на 1 га. Тоді як інші вказують на те, що оптимальна густота буряків становить 75 тис. рослин на 1 га, оскільки при більшій густоті рослин спостерігається взаємне затінення листя, у результаті чого листя росте повільніше і, як наслідок, зменшується накопичення сухої речовини в коренеплодах. Нині найпоширеніша густота цукрових буряків становить близько 90 тис. та 110 тис. рослин на 1 га. Існує ймовірність ще більшої густоти рослин, оскільки нові генотипи мають прямостоячі листки, які дозволяють рослинності добре рости на меншій площі. Дуже важливо знати, при якій густоті рослин надземна маса буде правильно розвиватися в реальних польових умовах.

Внесення азотних добрив має значний вплив на ріст, урожайність і якість цукрових буряків. У Хорватії на більшості ґрунтів норма азотних добрив становить 140-160 кг/га, тоді як у Німеччині та більшості країн Європейського Союзу задовільна врожайність досягається при внесенні 120 кг N/га або навіть меншої дози за рахунок мінералізації азоту в ґрунті (80 кг/га N). Збільшення внесення азотних добрив зменшує агрономічну ефективність азоту. Понаднормове внесення азотних добрив призводить до надмірного розвитку листового апарату. Дозрівання коренеплоду буряка відбувається повільніше, а втрати цукру та вміст інвертного цукру збільшуються в основному за рахунок збільшення вмісту шкідливої сполуки азоту в корені. Вчені встановили, що надходження NO3- в черешки цукрових буряків зменшується, якщо густота рослин більша (100-140 тис. рослин на 1 га).

Дослідження цукрових буряків при різній густоті посівів, особливо аналізи розвитку листового апарату в польових умовах, обмежені. Оскільки останнім часом немає багато досліджень щодо впливу густоти посівів на врожайність і якість цукрових буряків, метою дослідження було визначити вплив різної густоти буряків на їх урожайність і якість, а також сезонну динаміку росту листя. Крім того, дане дослідження включає весняне азотне підживлення, яке є одним із основних факторів, що впливають на ріст і кінцеву врожайність цукрових буряків.

Матеріали та методи
Польові дослідження та погодні умови

Польові дослідження проводилися у Східній Хорватії у 2014 та 2015 роках. В обидва роки попередником цукрових буряків була озима пшениця. Гібрид Serenade, KWS, висівали 18 березня в 2014 році та 25 березня в 2015 році з міжряддям 50 см. Кожна ділянка мала площу 20 м × 3,5 м і складалася з 6 рядків. Корекцію густоти рослин проводили на стадії 2-4 справжніх листочків, тому досліджувалися чотири різні густоти посівів: 60 тис. (P1), 80 тис. (P2), 100 тис. (P3) і 140 тис. (P4) рослин на 1 га (Таблиця 1).

Ґрунт від слабокислого до нейтрального (рН < 7) з низьким вмістом органічної речовини (<2%). У якості базових вносили добрива P (115 кг/га у 2014 році та 145 кг/га у 2015 році) та К (150 кг/га у 2014 році та 195 кг/га у 2015 році). Навесні проводилися азотні підживлення наступним чином: N0 — без підживлення навесні, N1 — передпосівне внесення (45 кг/га N) і N2 — передпосівне внесення (45 кг/га N) та підживлення на стадії 2-4 листочків (54 кг/га у 2014 році та 40,5 кг/га у 2015 році). На основі визначення мінімальної кількості азоту навесні (Таблиця 2) в кожен рік дослідження норми підживлення рослин були різними.

Таблиця 1. План експерименту

Таблиця 2. Мінімальна кількість азоту N (кг/га) у польових дослідженнях 2014 та 2015 років

Протягом обох років проводився захист рослин від бур’янів, таким чином не було потреби в застосуванні інсектицидів. Захист рослин від Cercospora beticola проводився в обидва роки (4 рази у 2014 році та 3 рази у 2015 році).

У 2014 році під час вегетаційного періоду середня температура повітря не дуже відрізнялася від середньої довгострокової (LTM), але загальна кількість опадів була на 24% вищою (Рис. 1A).

Травень 2014 року був надзвичайно дощовим, опади перевищили середній довгостроковий рівень на 170% (61,7 мм). У 2015 році з березня по жовтень випало на 14% менше опадів, у порівнянні з середнім довгостроковим рівнем (Рис. 1B). У 2015 році температура повітря в липні (24,9°С) та серпні (24,0°С) була приблизно на 3°С вищою середньої. Крім високої температури повітря, у 2015 році спостерігавсяя дефіцит опадів, особливо в липні, коли загальна місячна норма опадів склала лише 9,5 мм, що на 88,8% менше середнього рівня (85,1 мм).​​​​​​

Рис. 1. (A) Середня температура повітря (°C) і (B) місячна норма опадів (мм) під час вегетаційного сезону цукрових буряків (березень-жовтень) у 2014 та 2015 роках, у порівнянні з багаторічними середніми даними (1981-2010) кліматологічної станції Градище, Хорватія

Відбір проб рослин та аналіз росту

Із кожної ділянки відбирали дванадцять проб із десятиденними інтервалами з 30 травня по 20 вересня, які дорівнювали 73-186 днів після посіву (DAS) у 2014 році та 66-179 DAS у 2015 році. Протягом вегетаційних періодів обох років було проаналізовано 720 окремих рослин. Відібрані рослини розділяли на коренеплоди (з гіпокотилем) і листя (черешок і пластина листка). Для визначення сухої речовини (DМ) зразки рослин висушувалися при 105°С протягом 48 год.

Ціле свіже листя цукрових буряків відокремлювали від коренів для визначення довжини та ширини (в найширшій частині) листкової пластини, за допомогою якої розраховували площу листя (ПЛ). Площа листка була розрахована з використанням коригувального коефіцієнта 0,75 наступним чином: (1) A = довжина листової пластинки (см) × ширина листової пластинки (см) × 0,75. Крім того, визначалися індекс листової поверхні (ІЛП; м22), площа одного листка (ПОЛ; м2/кг сухої речовини (DM) листка) та коефіцієнт площі листя (КПЛ; м2/кг сухої речовини (DM) рослини).

Цукрові буряки збирали вручну 14 жовтня в 2014 році та 9 жовтня в 2015 році, тобто на 205 та 213 день після посівної (DAS). Урожайність та якість цукрових буряків визначалися на цукровому заводі в Хорватії. Альфа-аміноазот, K та Na в цукрових буряках визначалися стандартними методами.

Результати
Аналіз росту листя

Основні фактори мали різний вплив на параметри росту листя (ЛП — листова поверхня, ІЛП — індекс листової поверхні, ПОЛ — площа одного листка та КПЛ — коефіцієнт площі листя) в обидва роки дослідження.

Залежно від густоти рослин (Рис. 2a) у 2014 році найбільша листова поверхня була зафіксована на 143 день після посівної (DAS) (30 липня) при густоті 60 тис. рослин на 1 га (7077,86 см2), а найменша — на 186 день після посівної (DAS) (20 вересня) при густоті 140 тис. рослин на 1 га (420,21 см2).

У 2014 році найбільший (9,35 м2/м²) та найменший (0,64 м2/м²) індекси листової поверхні (Рис. 2с) були зафіксовані при густоті 140 тис. рослин на 1 га (на 134 та 186 DAS відповідно).

У 2015 році в рослин сформувалося менше листя, тому найбільша листова поверхня (Рис. 2b) була виявлена на 97 DAS (30 червня) при густоті 80 тис. рослин на 1 га (3867,04 см2), а найменша — на 169 DAS (10 вересня) при густоті 140 тис. рослин на 1 га ( 211,27 см2). У 2015 році максимальний індекс листової поверхні (Рис. 2d) був виявлений при густоті 100 тис. рослин на 1 га (4,83 м22) приблизно на 40 днів раніше, ніж у 2014 році. Після цього він (ІЛП) поступово знижувався до 10 вересня (0,90 м22). В обидва роки внесення азотних добрив позитивно вплинуло на листову поверхню (ЛП) та індекс листової поверхні (ІЛП).

В обидва роки дослідження площа одного листка (ПОЛ) (Рис. 2e,f) та коефіцієнт площі листя (КПЛ) (Рис. 2g,h) були найвищими наприкінці травня (8,61 м2/кг сухої маси у 2014 році та 9,98 м2/кг сухої маси у 2015 році відповідно) і поступово зменшувалися до 20 вересня (0,17 м2/кг сухої маси у 2014 році та 0,31 м2/кг сухої маси у 2015 році відповідно).

Рис. 2. Зміни листової поверхні (ЛП) (a,b), індексу листової поверхні (ІЛП) (c,d), площі одного листка (ПОЛ) (e,f) і коефіцієнту площі листя (КПЛ) (g,h) під час вегетаційного росту цукрових буряків залежно від густоти посівів (P) і норми внесення азотних добрив (N) у 2014 (ліворуч) та 2015 (праворуч) роках. Результати ANOVA відносяться до ЛП, ІЛП, ПОЛ та КПЛ; рівні значущості були позначені p < 0,05 (*), p < 0,01 (**), p < 0,001 (***) або ns для незначущих.

Урожай і якість цукрових буряків

У 2014 році середня врожайність цукрових буряків становила 98,9 т/га, вміст цукру – 13,15%, тоді як у 2015 році врожайність була меншою — в середньому 70,9 т/га із середнім вмістом цукру 15,50% (Таблиця 3 та 4). У контексті густоти посівів у 2014 році найбільшу врожайність буряків та вихід білого цукру було отримано при густоті 140 тис. рослин на 1 га, а в 2015 році — при 100 тис. рослин на 1 га. Внесення азотних добрив мало значний вплив на врожайність і якість буряків, а також на вихід білого цукру. В обидва роки дослідження найвищу врожайність буряків та вихід білого цукру було отримано при передпосівному внесенні азотних добрив, тоді як найвищий вміст цукру був при 45 т N /га.

Таблиця 3. Урожайність, якість цукрових буряків та вихід цукру залежно від різної густоти посівів та норми внесення азотних добрив у 2014 році

Таблиця 4. Урожайність, якість цукрових буряків та вихід цукру залежно від різної густоти посівів та норми внесення азотних добрив у 2015 році

Обговорення

У даному дослідженні аналізується розвиток листя цукрових буряків за два роки в залежності від погодних умов. У Східній Хорватії зазвичай найбільш інтенсивне формування листя відбувається з початку червня і триває до середини липня. У 2014 році найвищий індекс листової поверхні (ІЛП) було виявлено на 134 DAS (30 липня), який склав у середньому 7,6 м2/м², тоді як у 2015 році — на 138 DAS (10 серпня), коли він становив у середньому 3,5 м2/м². Такі відмінності можуть бути пов’язані з різними погодними умовами 2014 та 2015 років. У першій половині вегетаційного розвитку цукрових буряків рослини зазвичай покладаються на зимову вологу, яка залишилася в ґрунті, через що зрошення зазвичай непотрібне. Дефіцит опадів є поширеним явищем у східній частині Хорватії, тому на деяких фазах розвитку рослин посуха є найважливішим обмежуючим фактором у виробництві цукрових буряків. У 2014 році через велику кількість опадів та помірний температурний режим влітку цукровий буряк мав більш розвинене листя. Тому в 2014 році середній ІЛП з 114 по 155 DAS становив 7,31 м22. Крім того в 2014 році захист рослин від Cercospora beticola проводили чотири рази, а в 2015 році — тричі. В обидва роки обробки рослин проти Cercospora beticola не мали жодного помітного впливу на листя. Симптоми Cercospora beticola було виявлено не тільки на старішому листі, а й на зрілих листках. Уражене листя поступово висихало, а нові листочки мали менші розміри. Крім досягнутої врожайності та якості буряків (особливо в 2014 році), передбачається, що відсутність ефекту від фунгіцидного обприскування якимось чином відобразилася на кінцевій урожайності та цукристості коренеплодів. Зниження дії фунгіциду, ймовірно, було пов’язано з втратою ефективності стробілурину та низькою ефективністю обробок ципроконазолом, тому листя було повністю пошкоджено у вересні 2014 та 2015 років. У 2014 році найбільший приріст свіжої маси листя на 70% був виявлений у червні та зниження на 30% у серпні. Температура має значний вплив на індекс листової поверхні до кінця червня. У рік із дефіцитом опадів у літні місяці найбільше значення ІЛП у фазі інтенсивного росту листя (30 липня) становило 4,05 м22, тоді як у рік із більшою кількістю опадів ІЛП становив 8,28 м22 станом на кінець липня.

У 2015 році висока температура повітря разом із відсутністю опадів негативно відбилися на рості листя цукрових буряків, тому середні показники листової поверхні (ЛП) та індекс листової поверхні (ІЛП) після 10 липня не зросли. У першій половині періоду вегетаційного розвитку цукрових буряків розвиток коренів залежить від ІЛП, тоді як у другій половині цього періоду індекс листової поверхні більше не впливає на коренеплоди.

 У Німеччині визначали ІЛП цукрових буряків у 2019 році, який характеризувався як спекотний та посушливий, тому рослини постраждали від посухи, а листя зів’яло. В таких умовах 13 червня, 10 липня та 10 вересня виявили, що ІЛП цукрових буряків становив у середньому 1,62, 3,05 та 1,91 м22 відповідно. У Греції в середземноморському кліматі на початку липня ІЛП складав у середньому 2,36 м22, а в більш м'якому кліматі — в середньому 4,15 м22. Ці висновки підтверджують отримані результати в контексті погодних умов в аналізовані роки.

У даному дослідженні різні норми азоту мали значний вплив на ріст листя, листову поверхню (ЛП) та індекс листової поверхні (ІЛП), але вплив не був значним для площі одного литка (ПОЛ) та коефіцієнту площі листя (КПЛ). Була виявлена позитивна реакція індексу листової поверхні (ІЛП) на внесення азоту, оскільки вищі норми азоту (N120, N180 і N240) викликали вищі значення ІПЛ, ніж нижчі дози азоту (N0 і N60). На ранній фазі росту коефіцієнт площі листя (КПЛ) збільшується, оскільки листя має менше сухої речовини.

Загалом погодні умови в аналізований період були різними. Більша кількість опадів у 2014 році призвела до більшого формування коренеплодів, тому в 2014 році середня врожайність була приблизно на 28% вищою.

У дослідженні густота посівів мала дуже значний вплив на врожайність буряків і вихід білого цукру. Вищу урожайність буряків і вихід цукру було виявлено при більшій густоті посівів (100 тис. і 140 тис. рослин на 1 га).

У 2014 році передпосівне азотне підживлення не вплинуло на урожайність буряків, оскільки польові умови були сприятливими для мінералізації азоту. Таким чином у контрольних умовах урожайність буряків була навіть вищою (97,5 т/га), ніж у випадку передпосівного внесення азоту (95,6 т/га). Це частково підтверджено в попередньому дослідженні, коли в 2014 році не було виявлено значного впливу норми азоту на свіжу масу коренеплодів, що перебуває в тісному взаємозв’язку з кінцевою чистою врожайністю буряків.

У 2015 році врожайність буряків була меншою, порівняно з 2014 роком, переважно через меншу кількість опадів. Передпосівне внесення азоту із підживленням азотними добривами мали більший вплив на формування врожайності (86,6 т/га). Порівнюючи досягнуту врожайність за обидва роки можна визначити середню врожайність буряків. Підживлення на етапі змикання міжрядь є найпоширенішою практикою в Європі у виробництві цукрових буряків. Підтверджено, що, незважаючи на те, що агротехнічні вимірювання проводяться відповідно до рекомендацій, все ж урожайність і якість цукрових буряків дуже чутливі до погодних умов. Інші дослідження показали подібні результати, коли вміст цукру в коренях знизився із вищою нормою азоту.

 


363