Постановка проблемы (Introduction)Картофелеводство считается одной из важнейших отраслей агропромышленного комплекса России, но его эффективность в настоящее время остается недостаточно высокой. И связано это как с низкой урожайностью и высокой себестоимостью, так и с плохим качеством данной культуры, что определяет в конечном итоге его цену и конкурентоспособность на рынке. Их нивелирование могут обеспечить разработка и внедрение более совершенных технологий выращивания картофеля. На осушаемых землях Нечерноземной зоны, испытывающих временное переувлажнение, перспективной технологией возделывания картофеля является его выращивание на грядах, когда создаются благоприятный водно-воздушный и тепловой режимы почвы, посадки культуры достаточно освещены и хорошо продуваются, что снижает риск поражения растений фитофторозом и другими заболеваниями [1, с. 56].Высокая потребность картофеля в питательных веществах обусловливает необходимость внесения под него повышенных доз удобрений с учетом их содержания в почве. Известно [2, с. 11], что внесение минеральных удобрений под картофель способствует увеличению развития его корневой системы в 2–2,5 раза. Использование только органических удобрений обеспечивает повышение урожайности и качества продукции, способствуя к тому же сохранению плодородия почвы [3, с. 114], [4, с. 58], [5, с. 175], [6, с. 81], [7, с. 64]. Тем не менее общепризнанной является необходимость совместного применения органических и минеральных удобрений. Такая комбинированная система, как показывают многочисленные опыты, обеспечивает наибольшую прибавку урожая, чем при раздельном внесении полной нормы каждого вида удобрений, а также улучшает качество почвы [8, с. 15], [9, с. 18], [10, с. 589], [11, с. 113], [12, с. 58], [13, с. 34]. Существуют разнообразные способы оценки эффективности агротехнологий и агромелиоративных мероприятий. Наряду с оценкой урожайности как основного суммирующего критерия той или иной технологии проводят классические исследования климатического и агрохимического фона. Кроме того, оценку агромелиоративных мероприятий очень часто осуществляют за счет изучения динамики ферментативной активности, о чем свидетельствуют многочисленные исследования российских и зарубежных ученых [14, с. 91], [15, с. 41], [16, с. 288], [17, с. 2689], [18, с. 312], [19, с. 9], [20, с. 706]. Наши исследования как раз и были связаны с изучением влияния на урожайность картофеля выше упомянутых факторов. Цель работы – выявить степень воздействия на урожай картофеля некоторых лимитирующих его факторов при возделывании на грядах с применением минеральных и органических удобрений.Методология и методы исследования (Methods)Опыты проводились на стационарном полигоне ВНИИМЗ в 2016–2018 годах в четырехкратной повторности на участках, осушаемых закрытым гончарным дренажом (междренное расстояние – 20 м, глубина заложения дрен – 0,9–1,2 м). Общая площадь делянки – 29,4 м2, учетная – 10,0 м2. Почва дерново-подзолистая легкосуглинистая глееватая, среднекислая с высоким содержанием обменного фосфора и калия, особенно на участке опыта 2018 года (таблица 1). Таблица 1Агрохимическая характеристика участков, 2016–2018 гг.ГодАгрохимические показатели почвы, мг на 1 кг почвыpHсол.Nлг.P2O5K2OГумус, %20165,343,0157,093,02,220174,242,4182,2211,22,520184,541,7262,0328,92,5 Table 1Agrochemical characteristics of the plots, 2016–2018YearAgrochemical parameters of the soil, mg per 1 kg of soilpHKCLNeh.P2O5K2OHumus, %20165.343.0157.093.02.220174.242.4182.2211.22.520184.541.7262.0328.92.5 Из органических удобрений в опыте применялся компост многоцелевого назначения (КМН), технология которого была разработана и внедрена ВНИИМЗ[1]. Из минеральных удобрений вносили аммиачную селитру (34,4 % д. в.), суперфосфат двойной (46,0 % д. в.) и хлористый калий (60,0 % д. в.). Расчет внесения минеральных удобрений проводился в эквивалентных КМН дозах, рассчитываемых по содержанию в нем подвижного фосфора и обменного калия (по Кирсанову), по содержанию в почве гумуса [21, с. 5].Удобрения вносились вразброс или лентой в гряду. Схема опыта включала следующие варианты (таблица 2).Таблица 2Схема опыта№ вариантаопытаНаименование варианта1Без удобрений (контроль)2КМН (12 т/га) – вразброс3NРK – доза, эквивалентная КМН (12 т/га) – вразброс4КМН (12 т/га) + NРК – планируемый урожай 45,0 т/га – вразброс5КМН (12 т/га) + NРК – планируемый урожай 45,0 т/га – лентой в гряду6КМН (6 т/га) + NРК 50 % от варианта 5 – лентой в гряду Table 2Scheme of experienceExperience option numberName of option1Without fertilizer (control)2Multi-purpose compost (12 t/ha) – randomly3NРK – dose equivalent to multi-purpose compost (12 t/ha) – randomly4KMN (12 t/ha) + NРК – the planned yield of 45.0 t/ha – randomly5KMN (12 t/ha) + NРК – the planned yield of 45.0 t/ha – tape in the ridge6KMN (6 t/ha) + NРК 50 % from option 5 – tape in the ridge В опытах возделывался сорт картофеля столового назначения, включенный в Госреестр по Северо-Западному региону – среднеранний сорт Гала [22, с. 47].Норма посадки картофеля – 45 тыс. клубней на гектар. Возделывание культуры осуществлялось по рекомендованной ВНИИМЗ грядовой технологии в плодосменном четырехпольном севообороте со следующим чередованием культур: яровая пшеница + клевер – клевер 1 г. п. – озимая рожь – картофель.Агротехнические мероприятия по уходу за картофелем соответствовали общепринятым рекомендациям. Во время вегетации велись фенологические наблюдения за ростом и развитием растений, а также за фитосанитарным состоянием посадок картофеля. Отборы проб для определения ферментативной активности почвы проводились в фазу всходов, бутонизации и начала естественного отмирания ботвы. Для лучшего понимания направленности процессов распада и синтеза органического вещества в почве рассчитывали окислительно-восстановительный коэффициент (ОВК) как отношение активности фермента каталазы к активности фермента дегидрогеназы, выраженных в условных единицах. Почвенные пробы на определенные агрохимические показатели были отобраны до закладки опыта и после уборки урожая.Статистическая обработка данных проводилась с использованием компьютерных программ Excel, пакетов программ «Ландшафт» и Statgrafics.Результаты (Results)Картофель потребляет влаги меньше многих овощных культур, но больше, чем зерновые культуры. Потребности как во влаге, так и в тепле в разные периоды развития картофеля неодинаковы. А поскольку метеорологические условия в годы проведенных исследований различались, они, безусловно, оказали существенное влияние на рост и развитие данной культуры. Известно [2, с. 21], что в Нечерноземной зоне высокие урожаи картофеля получают в те годы, когда за вегетацию выпадает не менее 300 мм осадков с преобладанием их в июне, июле и первой половине августа.Так, вегетационный период 2016 года в целом был теплым и влажным. Сумма средних активных положительных температур (больше +10 °С) за вегетационный период составила 110,9 % нормы, сумма осадков – 292 мм, или 106 % от нормы. Но в течение вегетации и подекадно периоды переувлажнения чередовались с периодами недостатка влаги в почве. ГТК за период вегетации составил 1,48. В фазы бутонизации и цветения при максимальной испаряющей поверхности листьев картофеля влагообеспеченность растений резко колебалась от 200 до 34 % от нормы соответственно. В начале фазы бутонизации (I декада июля) влажность почвы была ниже нормы и составила 69 % нормы, или 43,6 % от наименьшей влагоемкости (НВ), в фазу цветения сумма осадков в 2 раза превысила норму, в конце фазы цветения (III декада июля) – 34 % нормы. Всего за июль выпало 88 % месячной нормы осадков.Вегетационный период 2017 года в целом по температурному режиму был близким к норме и влажным. Сумма средних активных температур составила 97,7 % от нормы. Сумма осадков в целом за вегетацию составила 335 мм, или 118 % от нормы. Особенно переувлажненным был период от посадки до начала ветвления стебля. Количество осадков в этот период было в 1,2–2,3 раза выше нормы и составило от 228 до 167 %. ГТК данного вегетационного периода был равен 1,88.Вегетационный период 2018 года оказался в целом теплым (108,7 % активных температур от нормы) и засушливым. За вегетационный период выпало 188 мм осадков, или 67,5 % от нормы. И только в первой декаде июля и в начале фазы бутонизации влажность была выше оптимальной и достигала 93,9 % от НВ (таблица 4). ГТК за вегетационный период составил 0,96.На рис. 1 отражена средняя за сезон вегетации динамика влажности почвы за каждый год исследования. Общеизвестно, что лимитирующим фактором для роста и развития картофеля, а также накопления будущего урожая является влажность. Многие литературные данные подтверждают, что более благоприятное состояние водно-воздушного режима пахотного слоя почвы влияет на эффективность применения вносимых удобрений и получения максимального урожая картофеля [23, с. 29], [24, с. 34], [25, с. 25], [26, с. 27]. Действительно, в нашем исследовании математическая связь между влажностью почвы и урожайностью картофеля была подтверждена высокими коэффициентами корреляции между этими показателями в более благоприятные по погодным условиям 2016 и 2017 годах (R = 0, 97 и R = 0 соответственно 79 при p ≤ 0,05).Урожайность вариантов опыта существенно различалась по годам в связи с различиями в метеоусловиях. Однако на ее уровень влияют не только погодные условия, но и вносимые в почву удобрения. Так, в варианте-контроле без использования удобрений (б/у) урожайность оказалась самой низкой. В то же время в вариантах с применением и органических, и минеральных удобрений прибавка урожая составила в среднем от 7,6 до 13,3 т/га (таблица 3). В вариантах с планируемым урожаем 45 т/га (варианты опыта № 4 и № 5) независимо от способа внесения удобрений в среднем за три года исследований была получена самая высокая урожайность. В остальных вариантах опыта с использованием удобрений урожайность картофеля была несколько ниже. Рис. 1. Динамика влажности почвы, 2016–2018 г.г.Наименьшая влагоемкость (НВ) – 23 % от абсолютно сухой почвы.Варианты опыта – см. табл. 2 Fig. 1. Dynamics of soil moisture, 2016–2018.The smallest moisture capacity – 23 % of absolutely dry soil.Experience options – see table 2  Таблица 3Урожайность картофеля (т/га), 2016–2018 гг.Год Вариант201620172018Среднее за 3 года± к контролю, т/га119,3020,2026,0021,83–225,0033,2030,1029,43+7,6324,0033,8032,6030,13+8,3428,2044,7028,6033,83+12,0530,1047,3028,0035,13+13,3623,5041,2025,3030,00+8,17НСР 0,52,73,53,1––Примечание: варианты опыта – см. табл. 2.  Table 3Potato yield (t/ha), 2016–2018Year Option201620172018The average for 3 years± to control,t/ha119.3020.2026.0021.83–225.0033.2030.1029.43+7.6324.0033.8032.6030.13+8.3428.2044.7028.6033.83+12.0530.1047.3028.0035.13+13.3623.5041.2025.3030.00+8.17LSD0,52.73.53.1––Note: experience options – see table 2. Судя по данным рис. 2, при подсчете средних по вариантам трех лет вегетации величин каталазной активности наибольшей она была в вариантах без использования удобрений, а также с внесением КМН (вариант № 2) в дозе 12 т/га. Ее прирост в варианте б/у, косвенно свидетельствовавший об активизации микроорганизмов-минерализаторов, способствовал обеспечению почвы дополнительными элементами питания для растений картофеля. В то же время тот же эффект в варианте с КМН был обусловлен активным развитием микрофлоры, присущей самому удобрению. Однако микрорганизмы-минерализаторы как в варианте б/у, так и в варианте с КМН в дозе 12 т/га не смогли обеспечить формирование урожайности на уровне вариантов № 4 и 5, где фактически складывался синергетический эффект воздействия органики и минералов на развитие растений картофеля. Рис. 2. Ферментативная активность почвы под картофелем (средние величины за 3 года).Варианты опыта – см. табл. 2  Fig. 2. Enzymatic activity of the soil under the potato (average values for 3 years)Experience options – see table 2 Применив ту же тактику подсчета величин дегидрогеназной активности (как среднее по годам относительно каждого варианта), получаем результирующую, свидетельствующую о повышенной активности фермента, отражающего уровень накопления почвой синтетических соединений (в том числе, очевидно, и гумуса) в вариантах № 2 (КМН в дозе 12 т/га вразброс) и № 5 (КМН в дозе 12 т/га + NPK лентой в гряду). Повышенная дегидрогеназная активность этих вариантов очевидна – воздействие КМН, направляющего не только процессы распада за счет присущей микрофлоры, но и процессы синтеза. В то же время в одном из лучших по урожайности вариантов № 4 (КМН + NPK вразброс) дегидрогеназная активность (синтетическая активность) оказалась на уровне с другими вариантами. Данный результат обусловили пониженные результаты активности этого фермента относительно других вариантов в 2017 г.Соотношение процессов распада и синтеза, происходящих в почве на протяжении вегетации, продемонстрировал повышенный окислительно-восстановительный коэффициент (ОВК) почвы в варианте без удобрений (таблица 4). В меньшей степени в элементах питания нуждались варианты № 4 и 5, что подтверждалось самым низким показателем ОВК в благоприятные по влажности 2016 и 2017 годы. Таким образом, в этих вариантах сформировались самые благоприятные условия для развития картофеля, поэтому их урожайность оказалась самой высокой. Именно в 2016 и 2017 годах между ОВК и влажностью были обнаружены достоверные обратные коэффициенты корреляции: R = –0,95 и R = –0,82 соответственно при p ≤ 0,05.Таблица 4Окислительно-восстановительный коэффициент почвы, 2016–2018 гг.ГодВариант20162017201811,191,211,1720,900,991,1330,950,861,2440,770,871,1550,660,841,3660,880,811,24Примечание: варианты опыта – см. табл. 2. Table 4Oxidative and reducing coefficient of soil, 2016–2018YearOption20162017201811.191.211.1720.900.991.1330.950.861.2440.770.871.1550.660.841.3660.880.811.24Note: experience options – see table 2. В результате обменных реакций, обусловленных содержащимися в почве ферментами, происходила мобилизация элементов питания растений. На высокое содержание в почве вариантов опыта питательных элементов оказывает влияние не только их изначально повышенный уровень в самой почве (таблица 1), происходит это также за счет внесенных органических (КМН) и минеральных удобрений. На рис. 3 представлено среднее за три года количество азота (в виде суммы N–NО3 + N–NН4), а также подвижных форм калия и фосфора в почве вариантов опыта под картофелем. Среднее за три года содержание минерального азота и обменной формы калия в почве оказалось тесно связанным с влажностью почвы, что подтверждалось высокими коэффициентами корреляции между ними: R = 0,84 и R = 0,91 соответственно при p ≤ 0,05.   Рис. 3. Среднее (2016–2018 гг.) содержание элементов питания в почве.Варианты опыта – см. табл. 2   Fig. 3. Average (2016–2018 years) the content of nutrients in the soil.Experience options – see table. 2 Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)Итак, в результате проведенных нами трехлетних исследований было установлено, что наибольшая урожайность картофеля сорта Гала при его возделывании на грядах была получена в вариантах с совместным внесением удобрений, что подтверждается литературными данными [8, с. 15], [9, с. 18], [10, с. 589], [11, с. 113], [12, с. 58], [13, с. 34]. Урожайность зависела от множества факторов, к которым можно отнести не только сбалансированное внесение элементов питания с учетом их содержания в почве, но и погодные условия, а также активность окислительно-восстановительных процессов, которые оказывают сильнейшее влияние на формирование почвенного профиля и таким образом определяют питательный режим почвы, который, в свою очередь, оказывает воздействие на рост и развитие растений. Статистическая обработка позволила обнаружить достоверно высокие связи урожайности картофеля всех вариантов за три года проведенных опытов:с влажностью почвы (R = 0,87 при p ≤ 0,05);с окислительно-восстановительным коэффициентом (R = 0,96 при p ≤ 0,05);с содержанием минерального азота в почве (R = 0,88, при p ≤ 0,05). [1] Патент РФ № 2598041 МПК С05F 3/00 (2006.01), С05F 17/02 (2006.01) Рабинович Г. Ю., Ковалев Н. Г., Смирнова Ю. Д. Способ приготовления компоста. ФГБНУ ВНИИМЗ. Заяв. № 2015141267/13, 28.09.2015. Опубл. 20.09.2016.