Вплив різних форм позакореневих обробок на врожайність і технологічну якість цукрових буряків

 

Цукровий буряк є основною сировиною для виробництва цукру в Європі. У 2019 році в ЄС площа посівів буряків складала 1,64 млн га (28 країн). Виробництво цукрових буряків обмежується абіотичними та біотичними стресовими факторами. Стратегія «від ферми до вилки», прийнята Європейською комісією, передбачає значне обмеження використання засобів захисту рослин та мінеральних добрив. Щоб не допустити скорочення виробництва цукрових буряків необхідні сучасні та екологічно безпечні методи виробництва. Інноваційним методом з обмеженим впливом на вихід цукру є позакореневе підживлення речовинами, що містять кремній (Si). Така обробка в першу чергу підвищує стійкість рослин до водного стресу, сприяє збільшенню врожайності буряків і зазвичай не має істотного впливу на технологічну якість коренеплодів, що в свою чергу підвищує біологічний та чистий вихід цукру.

За матеріалами статті на тему «Вплив різних форм позакореневих обробок на врожайність і технологічну якість цукрових буряків» («Influence of Various Forms of Foliar Application on Root Yield and Technological Quality of Sugar Beet»), журналу «Agriculture» («Сільське господарство»), 11, 2021 р.

Загальноприйнято вважати, що показореневі обробки рослин кремнієм у вигляді стабілізованої ортокремнієвої кислоти забезпечують найкращий ефект. Проведені дослідження показують, що позакореневі обробки буряків морським кальцитом, сумішшю ортокремнієвої та полікремнієвої кислот, силікатом калію або наночастинками кремнезему дають хороші результати.

Метою даного дослідження є визначення ефективності позакореневого підживлення буряків кремнієвмісними продуктами у вигляді ортокремнієвої кислоти, суміші ортокремнієвої та полікремнієвої кислот, силікату кальцію та їх вплив на врожайність, технологічну якість буряків, біологічний та чистий вихід цукру.

Була висунута така гіпотеза дослідження: позакореневе внесення різних форм кремнію у вирощуванні цукрових буряків має різний вплив на врожайність та технологічну якість коренеплодів, а також біологічний і чистий вихід цукру.

Матеріали та методи

Експеримент проводився у 2017-2019 роках у південно-східному регіоні Польщі. Тип ґрунту — кальцієвий чорнозем (Aric, Siltic) (глинистий суглинок: глина — 34%; пісок — 14%; мул — 52%). Хімічні аналізи проводилися на хімічній та сільськогосподарській станціях у Варшаві. Властивості ґрунту представлені в Таблиці 1.

Таблиця 1. Властивості ґрунту перед посівом цукрових буряків у 2016-2018 рр.

У 2018 році лише за період із квітня по жовтень кількість опадів була вищою за довгостроковий середній рівень (Рис. 1). Найбільший дефіцит опадів було зареєстровано в червні 2017 року, у липні 2019 року та в серпні 2017-2018 років. У 2018 році середня температура кожного місяця була вищою, в порівнянні з середнім історичним рівнем; у 2017 році — в червні, серпні-жовтні; в 2019 році — в квітні, червні-серпні та жовтні.

Восени вносили добриво Polifoska 6 (6% N у формі амонію, 8,7% P у вигляді моно- і діамонійфосфату, 24,9% K у вигляді хлориду калію та 2,8% S у вигляді сульфату) у дозі 400 кг/га-1 та хлорид калію (49,8% К) у дозі 300 кг/га-1. Навесні вносили Saletrzak Standard 27 з бором (13,5% N в амонійній формі і 13,5% N в нітратній формі, 1,4% Ca, 2,4% Mg, 0,2% B) у дозі 500 кг/га-1, які зразу ж перемішувалися з ґрунтом за допомогою культиватора. Загалом у даному досліді в ґрунт (кг/га-1) було внесено: N—159; Р—34,8; К—249; S—11,2; Ca—7; Mg—12 і B—1. Безпосередньо перед посівною буряків проводилася неглибока обробка ґрунту культиватором.  

У зв’язку з різними кліматичними умовами цукрові буряки висівалися в різні терміни: у 2017 році — 31 березня; у 2018 році — 11 квітня; у 2019 року — 30 березня. Відстань між насінням у рядку – 18 см, ширина міжрядь – 45 см, глибина посіву – 2-2,5 см. В експерименті використовували сорт Toleranza KWS (селекційна компанія: KWS SAAT SE & Co. (Einbeck, Німеччина)) — диплоїдний сорт нормального типу (N), який було внесено до Національного реєстру Польщі у 2015 році. Даний сорт характеризується високою врожайністю коренеплодів та виходом цукру. Технологічна якість буряків висока; цукристість трохи вища стандартної; вміст альфа-аміноазоту досить низький; вміст калію досить високий; вміст натрію досить низький. Стійкість до Cercospora beticola є досить високою. Стійкість до бурякової нематоди заявлена селекціонером.

Рис. 1. Температура (°С), кількість опадів (мм) та гідротермічний коефіцієнт Селянінова протягом вегетаційного періоду цукрових буряків (2017-2019 рр.). *Опади: 1991-2019, Температура: 2002-2019. Джерело: дані метеорологічної станції, розташованої на Стржижівському цукровому заводі (Польща).

У 2017 році цукрові буряки збирали 12 жовтня; у 2018 році — 6 жовтня; у 2019 році — 26 вересня.

Позакореневе підживлення мікродобривами з бором (2 × 300 г/га-1 В) проводилося на стадії розвитку шести листочків цукрових буряків (BBCH 16) і через 14 днів після цього. Стандартний захист від бур’янів, хвороб та шкідників проводили згідно з рекомендаціями Кафедри захисту рослин Національного науково-дослідного інституту м. Познань.

В експерименті використовувалися три продукти з кремнієм: ZumSil (Si — 88,1 г/л-1 у вигляді ортокремнієвої кислоти, pH 9), Optysil (Si — 94 г/л-1; Fe — 24 г/л-1; суміш ортокремнієвої та полікремнієвої кислот, нейтральний pH) і Barrier Si-Ca (силікат кальцію; SiO2 — 336 г /л-1; Ca — 207 г/л-1; pH 9,5-11,0) (Таблиця 2). У кожній обробці було використано 250 л води на га-1. У варіанті №1 і 2 концентрація робочої рідини становила 0,2%, а у варіанті №3 — 0,4%.

Таблиця 2. Три варіанти використання добрив із кремнієм

У  2017 році позакореневе підживлення проводилося 27 травня, 3 червня та 10 червня; у 2018 році — 22 травня, 29 травня та 5 червня; у 2019 році — 25 травня, 31 травня та 8 червня. Обприскування виконувалося за допомогою причіпного обприскувача Apollo (Krukowiak).

У кожному сезоні було проведено чотири повтори кожної обробки, тобто 16 ділянок (4 ділянки по 4 обробки). Кожна окрема ділянка мала площу 43,2 м2 (16 м довжина та 2,7 м ширина), що складалася з шести рядків. Для визначення врожайності цукрові буряки відбиралися вручну з трьох середніх рядків, листя зважувалося. Потім коренеплоди підраховувалися і також зважувалися. Під час збирання врожаю кожна ділянка оброблялася відповідно до польського стандарту. Технологічну якість коренеплодів оцінювали на автоматичній технологічній лінії Venema компанії з селекції цукрових буряків Kutno в Страшкові, Польща: цукристість вимірювалася поляриметрично, K і Na — за допомогою фотоелектричної полум’яної фотометрії та альфа-аміноазот — флуорометричними методами.

У дослідах визначалися густота рослин під час збирання (тис. рослин/га-1); врожайність коренеплодів (т/га-1); вихід листя (т/га-1); вихід свіжої біомаси (т/га-1) як сума врожайності буряків (т/га-1) та виходу листя (т/га-1); індекс врожаю (HI) як відношення врожайності коренеплодів до свіжої біомаси; коефіцієнт листя як відношення виходу листя до врожайності коренів; свіжа біомаса коренеплодів (кг) як відношення врожайності (кг) та кількості коренеплодів на ділянці під час збирання врожаю; свіжа біомаса листя на одну рослину (кг) у відношенні (кг) та кількості рослин на ділянці під час збирання врожаю; свіжа маса рослини (кг) як сума маси свіжого кореня (кг) і листя однієї рослини (кг); вміст цукру в коренеплодах (%); вміст альфа-аміноазоту в коренях (ммоль/кг-1); вміст калію (К) у коренях (ммоль/кг-1); вміст натрію (Na) в коренях (ммоль/кг-1); біологічний вихід цукру (т/га+) = добуток урожайності буряків (т/га-1) та вмісту цукру в коренеплодах (%); чистий вихід цукру (т/га-1) = врожайність буряків (т/га-1) × (вміст цукру (%) — втрати виходу цукру (%)); втрати виходу цукру (%) = втрати меляси (%) + 0,6 (%); втрати меляси (%) = 0,012 × (K + Na) + 0,024 (альфа-аміноазот) + 0,48, де вміст K, Na та альфа-аміноазоту наведено в ммоль/кг-1 меляси; вміст рафінованого цукру (%) = вміст цукру (%) — втрати цукру (%); цукрова продуктивність (%) = вміст рафінованого цукру (%)/цукристість (%) × 100; коефіцієнт лужності WA = (вміст K (ммоль/кг-1) + вміст Na (ммоль/кг-1))/вміст альфа-аміноазоту (ммоль/кг-1).

Результати

Результати дисперсійного аналізу довели значний вплив року майже на всі досліджувані ознаки цукрових буряків (Таблиця 3). Виняток становила лише свіжа рослинна біомаса. Значний вплив обробок спостерігався за більшістю досліджуваних ознак (виняток: індекс врожаю, коефіцієнт листя та свіжа маса листя рослини). Значна взаємодія (рік × обробка) спостерігалася для більшості ознак, що означає, що вплив обробок залежав від року. Виняток становили врожайність коренеплодів, вихід коренів і листя, біологічний та чистий вихід цукру, свіжа маса листя рослини та свіжа біомаса рослини. Густота рослин під час збирання врожаю суттєво не відрізнялася між обробками і становила від 88,8 до 92,0 тис. рослин/га-1 (Таблиця 4). Усі позакореневі підживлення добривами з кремнієм сприяли значному підвищенню врожайності коренеплодів (10,7-11,7%), порівняно з контрольним зразком, але їх вплив суттєво не відрізнявся. Значне збільшення виходу листя спостерігалося лише при обробці №2. Значне збільшення біологічного виходу цукру було виявлено при обробці №2 (на 12,2%) і 3 (на 11,6%), дещо менший, але статистично незначущий приріст спостерігався при обробці №1 (на 8,4%). У випадку чистого виходу цукру приріст становив 11,8%, 11,3% та 7,2% відповідно.

Таблиця 3. Результати дисперсійного аналізу (ANOVA), що представляють вплив (p-значення) факторів та їх взаємодії на врожайність, технологічну якість та якісні ознаки цукрових буряків (2017-2019 рр.)

Таблиця 4. Вплив різних форм кремнію на врожайність, технологічну якість та ознаки цукрових буряків (2017-2019 рр.)

1 Однакові літери в рядках вказують на відсутність суттєвих відмінностей між середніми значеннями при α = 0,05.

У значеннях індексу врожаю та коефіцієнта листя не було виявлено значних відмінностей.

Вплив досліджуваних позакореневих обробок на вміст цукру в буряках був різним. Обробка №1 викликала його значне збільшення, а обробка №2 значно зменшила його, порівняно з контрольним зразком. З іншого боку, обробка №3 не мала значного впливу.

Вплив досліджуваних обробок на вміст мелясоутворюючих компонентів у коренеплодах також був різним.

Вміст альфа-аміноазоту по відношенню до контрольного зразка значно збільшився лише у випадку обробки №1, вміст калію збільшився після обробок №1 і 3, а натрію — після обробки №1.

Обробка №1 значно збільшила втрати меляси та виходу цукру, але зменшила вміст рафінованого цукру та продуктивність цукру. З іншого боку, обробка №2 значно підвищила вміст рафінованого цукру, а обробка №3 — коефіцієнт лужності.

Відмінності в урожайності буряків, біологічному та чистому виході цукру між позакореневими обробками та контрольним зразком в окремі роки були незначними (Рис. 2). У 2017 році в результаті обробки №3 вміст цукру в коренеплодах був меншим, порівняно з контрольним зразком (аналогічно до обробки №1 у 2019 році). У 2018 році обробки №2 і 3 показали значно вищий вміст цукру, порівняно з контрольним зразком.

Серед досліджених ознак найбільшу мінливість мав коефіцієнт листя (CV = 37,4%), а найменшу –  продуктивність цукру (CV = 1,38 %) (Таблиця 5).

Таблиця 5. Описова статистика для всіх дослідів із цукровим буряком (2017-2019 рр.)

Рис. 2. Середні значення позакореневих обробок із кремнієм, урожайності буряків, виходу та вмісту цукру в 2017-2019 рр. та їх статистичні порівняння (однакові літери для стовпців одного кольору позначають однорідні групи середніх значень при α= 0,05)

Обговорення

Погодні умови мають значний вплив на врожайність цукрових буряків. У даних дослідженнях найвищу врожайність буряків та вихід цукру було отримано в 2017 та 2019 роках, урожайність виявилася значно меншою в 2018 році, який характеризувався вищою температурою протягом усього вегетаційного періоду, порівняно із середнім історичним рівнем.

Тривалість вегетаційного періоду визначається строками сівби та збирання врожаю. Термін посіву залежить від погодних умов ранньою весною. У даних дослідженнях тривалість вегетаційного періоду становила 195 днів у 2017 році, 178 днів у 2018 році та 180 днів у 2019 році. Зміна термінів збирання врожаю була спричинена погодними умовами в цей період.

Кінцевою характеристикою виробництва цукрових буряків є чистий вихід цукру, який залежить насамперед від урожайності буряків, вмісту цукру (позитивний ефект) та мелясоутворюючих компонентів (негативний ефект). При однаковій густоті рослин під час збирання врожаю врожайність буряків, а отже, і чистий вихід цукру визначаються свіжою масою коренеплодів. Дані дослідження підтвердили сприятливий вплив позакореневого внесення досліджуваних форм кремнію на свіжу масу та врожайність буряків.

У літературних джерелах є лише кілька публікацій про застосування позакореневих обробок кремнієм та їх вплив на цукрові буряки. Прирости врожайності цукрових буряків, отримані в даних дослідженнях у результаті застосування позакореневих підживлень кремнієвмісними добривами, були нижчими, ніж у попередніх дослідженнях (Таблиця 6). Збільшення врожайності буряків після внесення силікату кальцію суперечить деяким думкам про те, що силікати, застосовані на листі, лише зменшують зараження і не впливають на врожайність. У випадку біологічного та чистого виходу цукру спостережувані прирости були нижчими, ніж у попередніх дослідженнях, за деякими винятками. Сприятливий вплив нано-Si на підвищення стійкості цукрових буряків до посухи залежить від вибору відповідної концентрації, оскільки занадто висока концентрація може бути токсичною для рослин, які піддаються сильному стресу від посухи. Попередні дослідження показали, що позакореневі обробки різними формами кремнію вигідні для виробників цукрових буряків.

Таблиця 6. Результати досліджень позакореневих підживлень цукрових буряків різними формами кремнію

Вміст цукру є основною ознакою технологічної якості цукрових буряків. У даних дослідженнях цей показник збільшився після позакореневої обробки ортокремнієвою кислотою, зменшився після використання суміші ортокремнієвої та полікремнієвої кислот і суттєво не змінився в результаті застосування силікату кальцію. Це підтверджують результати попередніх досліджень, в яких вплив позакореневих підживлень кремнієвмісними добривами також різнився (Таблиця 6).

Серед мелясоутворюючих компонентів найбільш шкідливим є альфа-аміноазот, який найбільше обмежує вилучення цукру з коренеплодів і збільшує його втрати. У даних дослідженнях лише позакореневе підживлення ортокремнієвою кислотою призвело до значного збільшення вмісту цього компонента. У попередніх дослідженнях позакореневі підживлення буряків кремнієм, незалежно від його форми та вмісту інших компонентів у листкових добривах та стимуляторах, викликали незначні зміни вмісту альфа-аміноазоту в цукрових буряках.

Різний вплив позакореневих підживлень буряків кремнієм може бути результатом різних погодних умов протягом вегетаційного періоду в окремі роки досліджень. Загалом, чим менш сприятливі умови для росту і розвитку рослин, тим більш вираженими є наслідки.

Результати дослідження дозволили відкинути дослідницьку гіпотезу про те, що різні форми кремнію, застосовувані в позакореневому підживленні буряків, по-різному впливають на врожайність та технологічну якість коренеплодів, а також біологічний та чистий вихід цукру.

Висновки
Практичні наслідки дослідження

Можна зробити висновок, що всі три досліджувані форми кремнію можна використовувати в сільськогосподарській практиці. Неможливо вказати, яка з них має найбільш сприятливий вплив. Але це вигідно для фермерів, оскільки гарантує широкий спектр продуктів, які можна використовувати на практиці.

Наведені результати досліджень доводять, що позакореневе застосування кремнію, незалежно від його форми, позитивно впливає урожайність буряків, біологічний та чистий вихід цукру. Ефект від застосування кремнію залежить від погодних умов, а також від взаємодії погодних умов та досліджуваних обробок.

Подальші дослідження необхідно зосередити на визначенні оптимального терміну позакореневого підживлення цукрових буряків добривами з кремнієм залежно від впливу погодних умов. На жаль, такі дослідження важко проводити в польових умовах; їх можна виконувати в контрольованих лабораторних умовах, але отримані таким чином результати часто не підтверджуються на практиці.

 


944