Доклады Российской академии наук. Науки о жизни, 2023, T. 508, № 1, стр. 5-8

Картофель – одна из основных сельскохозяйственных культур, которая играет важную роль в питании людей и обеспечении продовольственной безопасности многих стран мира [1]. Картофель традиционно классифицируется как холодостойкая культура [2]. Эффективным диапазоном температур воздуха для роста его надземной массы является 18–25°С, а оптимальная температура почвы для роста клубней составляет 17–19°С [3]. Повышенный температурный режим и дефицит влаги формируют стрессовые условия, как на стадии всходов, так и клубнеобразования [4]. При тепловом стрессе снижается фотосинтетическая активность [5], замедляются рост и развитие надземной массы [6, 7], подавляются формирование и развитие клубней [8]. Картофель чувствителен также к засухе из-за неглубокого залегания корневой системы в почве [9, 10]. Дефицит влаги, часто возникающий при тепловом стрессе, также замедляет рост надземной массы [11], укорачивает цикл роста [12] и уменьшает количество [13] и массу клубней [4, 14]. Таким образом, такие абиотические факторы, как высокие температуры воздуха, водный дефицит, засуха, могут привести к резкому снижению экономической урожайности картофеля.

Неблагоприятные последствия стресса можно смягчить путем создания сельскохозяйственных культур с повышенной устойчивостью при использовании различных генетических или биотехнологических подходов [4, 7]. Это предполагает глубокое понимание физиолого-биохимических особенностей данной культуры в целом, а также отдельных групп и генотипов [15]. Цель настоящего исследования состояла в изучении влияния условий вегетации картофеля на урожайность отечественных сортов различных групп спелости.

Объекты исследования: раннеспелые сорта – Барин, Корчма, Купец, Терра, Удача; среднеранние – Гранд, Дебют, Калибр, Красавчик, Нарымская ночка, Краса Мещеры, Сердолик, Сударыня, Третьяковка, Эликсред; среднеспелые – Августин, Брусника, Варяг, Жигулевский, Кумач, Северное сияние, Сиверский, Сигнал, Утро. Исследования проводили в Самарском НИИСХ – филиале СамНЦ РАН в период 2019–2021 гг. Полевые опыты закладывали в севообороте (предшественник пшеница яровая) при обычной агротехнике без внесения удобрений и дополнительного орошения. Опытный материал высаживали в питомнике сортоиспытания в четырех повторностях. Количество растений в повторности – 50. Посадку проводили в первой-второй декадах мая, уборку осуществляли одновременно для всех сортов в первой декаде сентября. Урожайность каждого сорта оценивали по массе клубней с одного растения (г), количеству клубней на одно растение (шт.) и общей урожайности (т/га). В таблице результаты представлены в виде средних значений параметра (Mean) для каждой группы растений и их стандартных ошибок (SE). Сравнение количественных характеристик данных проводили с использованием дисперсионного анализа (One-way ANOVA) с последующим использованием критерия Тьюки для сравнения средних значений.

Погодные условия в период проведения исследований в течение трех лет различались по температурному режиму и количеству выпавших осадков (рис. 1). Среднесуточная температура воздуха в период от полных всходов до начала отмирания ботвы картофеля в 2019 и 2020 г. составляла 26°С, а в 2021 г. увеличилась до 29°С. Самыми жаркими месяцами были: июнь в (2019 г.), июль (2020 г.), август (2021 г.) (27, 31 и 32°С соответственно) (рис. 1а). В отдельные дни температура воздуха (Т_max) достигала 33°С (июнь 2019 г.) и 36°С (июль 2020 г.). Количество осадков было неравномерным в течение одного вегетационного сезона и в разные годы исследований. Так, в периоды завязывания клубней и нарастания их массы наибольшее количество осадков отмечали в 2021 г., а наименьшее – в 2019 г. (рис. 1б). Вегетационный период 2019 г. отличался большим количеством осадков, выпавших в июле. Погодные условия отразились на содержании влаги в почве в разные периоды исследований, которая составляла от 5 до 23% от сырого веса почвы (рис. 1в).

Рис. 1.

Динамика средних температур воздуха (а), осадков (б) и содержания влаги в почве (в) в вегетационный период картофеля в течение 2019–2021гг.

Средние значения урожайности сортов картофеля в разных группах спелости варьировали в интервале 14.2–25.7 т/га. Наиболее высокие показатели урожайности отмечены в 2019 г. (табл. 1). Наблюдалось снижение урожайности картофеля всех групп спелости к 2021 г. Для ранних сортов потери урожая составили 13%, для среднеранней и среднеспелой групп потери достигали 32–43%. Во всех группах спелости отмечали снижение массы клубней и увеличение их числа. Установлено, что урожайность (т/га) раннеспелых и среднеспелых сортов отрицательно взаимосвязана (R = –0.95, p = 0.04; R = –0.97, p = 0.04 соответственно) с ростом среднесуточной температуры воздуха в вегетационный период. Содержание влаги в почве на глубине 20 см положительно коррелировало с урожайностью среднеранних сортов (R = 0.97, p = 0.04). Повышение содержания влаги в почве благоприятно отразилось на среднем весе клубня (R = 0.98, p = 0.04), особенно у генотипов среднеранней и среднеспелой групп.

Для визуализации взаимосвязи урожайности картофеля с гидротермическими условиями и возможного прогнозирования урожайности были построены экспериментальные модели, в которых данные интерпретируются в виде триплета значений, отложенных на XYZ-осях (рис. 2). Согласно полученным данным рост температурных аномалий (Т_max) отрицательно влияет на урожайность ранних сортов картофеля (рис. 2а). При этом влажность почвы оказывает меньшее влияние на продуктивность этой группы, чем флуктуации температуры. Противоположное направление угла наклона плоскости в 3D модели среднеранних сортов в сравнении с раннеспелыми и среднеспелыми свидетельствует о том, что генотипы этой группы картофеля более чувствительны к содержанию влаги в почве и менее зависимы от температурных аномалий (рис. 2б). Так, больший угол образуется по осям, характеризующим содержание влаги в почве и урожайность, а меньший угол – по осям Т_max и урожайность. Сорта среднеспелой группы по характеру зависимостей были похожи на группу раннеспелых сортов, однако влажность почвы оказывала большее влияние на их продуктивность в сравнении с раннеспелыми сортами (рис. 2в). Можно полагать, что в условияъ Среднего Поволжья России раннеспелые отечественные сорта являются более адаптированными.

Рис. 2.

Линейные поверхности распределения параметров урожайности раннеспелых (а), среднеранних (б) и среднеспелых (в) сортов картофеля в пространстве гидротермических факторов.

Урожайность клубней картофеля – сложный количественный признак, который зависит от ряда внешних и внутренних признаков [5, 14]. Оптимальной температурой для европейских сортов картофеля является 20°С, а каждое повышение на 5°С приводит к снижению скорости фотосинтеза и снижению урожайности примерно на 25%, а при 35°C – на 30%. В регионе Средней Волги интервал средних температур составлял 25.5–32°С, а максимальных – 31–38°С. Эти условия приводили к дефициту влаги в почве, но не вызывали гибели растений, а существенно снижали массу клубней. Подобные результаты были получены в полевых экспериментах других исследователей [6, 14].

Таким образом, при исследовании 24 сортов картофеля (Solanum tuberosum L.) установлено снижение урожайности картофеля при увеличении температуры воздуха и снижении почвенной влаги. Потери урожая зависели от сроков созревания сорта. Получены экспериментальные модели зависимости урожайности сортов различной спелости, которые могут использоваться при выборе и прогнозе их урожайности в зависимости от погодных условий региона выращивания. Как видно, в целях увеличения продуктивности и повышения качества картофеля необходимо учитывать особенности климатических условий региона, в том числе температурных аномалий, и возделывать сорта различных групп спелости, которые могут проявить свои преимущества в тех или иных агроклиматических условиях разных лет.