За матеріалами статті на тему «Ефективність та управління азотним підживленням цукрових буряків як ярої культури: огляд» («Efficiency and Management of Nitrogen Fertilization in Sugar Beet as Spring Crop: A Review») журналу «Азот» («Nitrogen») 3, 2020 р.

Вплив типу ґрунту та азотного підживлення на врожайність та якість цукрових буряків

У виробництві цукрових буряків завжди слід враховувати, що ґрунтово-кліматичні умови визначають рамки та агротехнічні заходи, які впливають на рівень виробництва. Цукровий буряк може використовувати значні кількості азоту, але оптимальна його кількість перебуває у вузьких межах.

Зі збільшенням запасу азоту цукрові буряки можуть поглинути азоту на 70% більше від необхідної кількості, що негативно впливає на якість коренеплодів. У зв’язку з цим підживлення азотом необхідно проводити лише для поповнення його запасів у землі. Оскільки азот у ґрунті зустрічається в органічній та мінеральній формі, визначення доступного азоту для рослин є проблемою, а через велику мінливість ґрунту проблема полягає у часі відбору зразків для аналізу. Цукрові буряки залежать від кількох факторів, таких як ґрунт і погода, розподіл рослин на полі та їх кількість на одиницю площі, форма доданого азоту, а також той факт, що буряки поглинають азот нерівномірно протягом різних фаз їх росту.

Сьогодні азот вноситься виходячи з встановлених запасів N_min у ґрунті до обробітку ґрунту та перед посівною. Раннє визначення азоту передбачає неможливість точного прогнозування мобілізації азоту (подальшої зміни) з органічної речовини ґрунту, оскільки час між оптимальним періодом підживлення та збирання врожаю надзвичайно довгий. Це важливо, оскільки врожайність і якість буряків також залежать від доступності азоту протягом другої половини вегетаційного сезону. На практиці дуже часто внесення азотних добрив стає причиною поганих результатів виробництва. Тому метою даного дослідження було визначити вплив раннього внесення азоту у вигляді сечовини та збільшення підживлення для покращення врожайності та якості коренів. Протягом сезону опади та температура повітря істотно впливають на внесення азотних добрив і досягнуті виробничі результати. Тип ґрунту та особливо час внесення азоту мають значний вплив на елементи врожайності та якості буряків. Цукровий буряк віддає перевагу нітратній формі азоту N(NO₃^-), тому підживлення зазвичай проводять у фазі 3-4 листочків мінеральним добривом кальцієво-аміачною селітрою (CAN), що містить 27% N.

У трирічному дослідженні було виявлено, що внесення добрив (0, 125, 250 кг/га N) на карбонатно-суглинистих ґрунтах не впливає на збільшення виходу сухої речовини з коренів, яке вимагає меншої дози добрив на глинистих суглинних ґрунтах, ніж на супіщаних. Крім того, було виявлено, що в районі із середньою річною кількістю опадів близько 600 мм для цукрових буряків втрати азоту від вилуговування були незначними, але втрати були значними під час дуже вологих весен — у середньому 40 кг/га N. Внесення 120 кг/га N на ґрунтах із низькою родючістю (2 мг N-min/100 г ґрунту, на глибині 0-60 см) та більш рясні опади навесні та влітку значно збільшують площу листя цукрових буряків. Вчені стверджують, що осіннє підживлення чорнозему (Нові Сад, Сербія) різними дозами NPK (50, 100 і 150 кг/га N, P, K) підвищило середню врожайність коренеплодів (58,5 т/га, порівняно з неудобреними ділянками (35,6 т/га)). Збільшення норми азоту до 100 кг/га N значно збільшує вихід цукру (8,69 т/га), тоді як подальше збільшення кількості азоту до 150 кг/га N зменшує вихід цукру на 1,69 т/га. У Німеччині було проаналізовано 57 генотипів із 22 регіонів (в основному лювізол і чорнозем) із внесенням до 160 кг/га N та виявлено, що концентрація загального розчинного азоту в буряках коливається від 25 до 65 ммоль/кг та аміно-азоту від 6 до 24 ммоль/кг. Під час трирічного експерименту у Великобританії (Broom's Barn) на піщаному ґрунті зі сприятливими водно-кліматичними умовами осіннє підживлення азотом (від 0 до 22 кг/га N) зі 160 кг/га N значно збільшило середню врожайність цукрових буряків (71,5 т/га) та вміст цукру (17,4%), порівняно з контрольним зразком без внесення азоту (55,7 т/га, 17,7% відповідно).

У Хорватії після великої кількості опадів у зимовий період (у 2009/2010 МР) у ґрунті з хорошими фізичними властивостями навесні кількість N_min у шарі 0-60 см була значно меншою, ніж роком раніше, коли кількість опадів була майже вдвічі меншою і відносною до ґрунту з диференційованим профілем. У родючому ґрунті внесення сечовини восени під час обробітку ґрунту не було ні виправданим, ні необхідним, оскільки максимальна урожайність буряків (74,9 т/га) та вихід цукру (10,1 т/га) досягаються при обробці без внесення сечовини та позакореневого підживлення (N-0 + 27 кг/га N). Найвища врожайність коренеплодів (62,7 т/га) і вихід цукру (41 т/га) були досягнуті шляхом підживлення чорнозему (Сербія, м. Римські Шанцеві) з 150, 100 і 50 кг N, P і K на 1 га, при цьому половина азоту (75 кг/га N) вносилася восени, а інша половина — перед посівною.

Плямистість листя церкоспороз та азотні добрива

У виробництві цукрових буряків найбільш проблемною хворобою є плямистість листя церкоспороз, збудником якого є гриб Cercospora beticola Sacc. Деякі хвороби не мають такого економічного значення, їх викликають гриби Ramularia beticola Futr (рамуляріоз), Alternaria tenuis Nees (плямистість листя альтернарія), Phoma betae Frank (зональна плямистість), Uromyces betae Perset Lev. (іржа цукрових буряків) і Pseudomonas syringae (бактеріальна плямистість).

Крім того, численні результати досліджень стверджують, що підживлення в цілому та велика кількість азотних добрив сприяють розвитку хвороб сільськогосподарських культур, прямо чи опосередковано впливаючи на ризик прояву захворювання через зміни в структурі спільноти або азоту.

Церкоспороз (CLS) є найбільш серйозною хворобою цукрових буряків у країнах помірного кліматичного поясу, яка вражає надземні частини рослин, включаючи насіння. Симптоми спостерігаються на дорослих листках у вигляді сірої плямистості з коричневим обідком. Інфіковані листки стають некротичними і в кінцевому підсумку відмирають, але залишаються прикріпленими до кореневої голівки. Пошкодження, завдане Cercospora beticola Sacc., зменшує фотосинтезуючу поверхню листя. Урожайність цукрових буряків може зменшуватися на 60%, а вміст цукру — на 3-7%. Таке зниження якості буряків у кінцевому підсумку призводить до зниження технологічного виходу цукру на 42-50%.

Припускається, що норма внесення азоту може зменшити потребу в застосуванні фунгіцидів для боротьби з альтернаріозом листя та хворобою плямистості листя церкоспорозом на моркві, вирощеній в польових умовах, оскільки нижчі норми азоту викликали зменшення кількості живих листків на рослині під час збирання врожаю. Вчені виявили, що для шовковиці (Morus alba L.) внесення азоту в нормі 200 кг/га N є ефективним підходом для придушення плямистості листя церкоспорозу і може бути рекомендовано для фермерів.

При застосуванні несимбіотичних та асоціативних N-бактерій при вирощуванні цукрових буряків можливе зменшення використання мінеральних азотних добрив.

Вміст азоту в листі

Через 50-60 днів після сходів (червень-липень) суха речовина повністю розвиненого зрілого листка цукрового буряка оптимально містить 4,0-6,0% азоту, 0,35-0,60% фосфору, 3,5-6,0% калію та 0,30-0,70% магнію.

Концентрація азоту в цукровому буряку залежить від кількості азоту в ґрунті. Вчені стверджують, що у фазі повного розростання листків концентрація азоту в рослині може коливатися від 1,0 до 3,5%, у корені — від 0,5 до 0,8%, у листовій пластинці — від 2,2 до 3,5% і в стеблі — від 1,0 до 1,5%, але в ґрунтах, де буряк вирощується тривалий час, азот міститься в надлишкових або недостатніх кількостях і, отже, його концентрації можуть бути поза встановленими межами.

Під час збирання суха речовина листя цукрового буряка містить близько 0,3% фосфору, 3% калію, 2,5% натрію і 0,4% магнію, тоді як суха речовина коренеплоду містить близько 0,1% фосфору, 0,8% калію і 0,1% натрію. Крім того, згідно з досвідом Франції та Великобританії, вчені стверджують, що в період досягнення найбільшої площі листя (липень-серпень) надземна маса цукрового буряка має найбільшу кількість фосфору, від 20 до 25 кг/га P₂O₅, тоді як у корені кількість фосфору збільшується під час вегетаційного сезону і на момент збирання врожаю може становити до 40 кг/га P₂O₅.

В останніх селекційних програмах концентрація аміно-азоту є єдиним критерієм відбору в контексті N-компонентів у буряку. Для високої врожайності і якості цукрових буряків рослина має значні потреби в поживних речовинах, як макро-, так і мікроелементів. Внесення азоту в ґрунт зазвичай проводять навесні перед посівною. Нітрати присутні в навколишньому середовищі, тобто в повітрі, їжі (переважно у фруктах та овочах) і воді. Крім того, нітрати використовуються як добриво в сільському господарстві. Нітрати або нітрити досліджуються для захисту навколишнього середовища у воді, сільському господарстві та продуктах харчування. Азот є поживною речовиною, яка впливає на якість коренів. І листкові пластинки, і черешки листя цукрових буряків мають важливе значення для визначення стану живлення рослин.

Листові пластинки і черешки здорових рослин містять велику кількість азоту в нітратній формі. Найнижча концентрація будь-якої поживної речовини може дещо змінюватися залежно від сорту цукрових буряків, ґрунтово-кліматичних умов, стресу від вологи, хвороб тощо. Вчені стверджують, що різне внесення азоту може мати значний вплив на концентрацію нітратів у листі цукрових буряків, що необхідно проаналізувати, якщо листя використовується в харчуванні тварин.

Згідно із середніми даними дворічного дослідження в Польщі було виявлено, що у фазі росту шести пар листків (BBCH16) один листок буряка в середньому містить найбільше калію (42,99 г/кг сухої речовини), далі йдуть азот (33,59 г/кг сухої речовини), магній (5,64 г/кг сухої речовини) і найменше — фосфору (3,79 г/кг сухої речовини). Пізніше, у повністю розвиненій листовій розетці (BBCH43) суха речовина листя містить найбільше азоту (42,53 г/кг сухої речовини). При цьому зменшується вміст інших мікроелементів: калію, магнію та фосфору (36,34 г/кг, 5,22 г/кг і 3,09 г/кг сухої речовини відповідно).

Натрій не відіграє значної ролі у живленні цукрових буряків, але впливає на їх якість. Якщо в коренеплоді міститься більше натрію (>0,65 ммоль/100 г буряка), вихід цукру знижується. Оскільки цукровий буряк є галофітним видом, натрій може частково замінити калій у живлення буряків. Наприклад, у вирощуванні цукрових буряків при внесенні на субстрат іонів Na⁺ замість іонів K⁺ збільшилася суха речовина, площа листя і кількість пагонів, а чистий фотосинтез залишився незмінним. Цукровий буряк потребує поживних речовин протягом усього вегетаційного періоду, якщо їх буде недостатньо, рослина буде відставати в рості. Зразки рослинного матеріалу через період росту з тижневими або місячними інтервалами можуть дати багато інформації про потреби рослин у поживних речовинах.

Як ярова культура, цукровий буряк поглинає найбільше поживних речовин у липні, коли потреба у воді найбільша. На прикладі підживлення азотом (0, 40, 80, 120 і 160 кг/га N) можна побачити, що у фазі найвищого показника площі листя, в середині липня, цукровий буряк поглинає від 102 до 147 кг/га N. Зазначається, що в другій половині липня поглинання азоту з ґрунту починає сповільнюватися.

Кількість поживних речовин, необхідних для цукрових буряків, сильно варіюється. А саме, цукровий буряк поглинає найменше магнію (23 кг/га), потім фосфору (5-100 кг/га), натрію (60-100 кг/га) та мікроелементів азоту (100-220 кг/га), а найбільше — калію (168-660 кг/га).

Якість коренеплоду цукрового буряка

Підживлення цукрових буряків досить специфічне по відношенню до інших польових культур. Оскільки культура має високу врожайність, очікується також висока технологічна якість. Правильне підживлення включає кілька важливих питань, наприклад, яке добриво вносити, яку кількість поживних речовин, у якому співвідношенні та коли вносити. Зі збільшенням вмісту азоту збільшується вміст альфа-аміно азоту та інших нецукрових речовин у корені, які впливають на вилучення цукру під час переробки.

Під час шестирічного польового дослідження (1973-1978 рр.) досліджували вплив внесення аміачної селітри (0, 41, 82, 124, 166 і 207 кг N/га) та зрошення на врожайність і якість цукрових буряків. Автори констатували, що в орному шарі ґрунту оптимальна концентрація N_min протягом травня становила близько 40 мг/кг. Пізніше протягом вегетаційного сезону азот значно збільшив суху речовину, врожайність коренів та вихід цукру. Урожайність цукрових буряків лінійно збільшується по відношенню до накопичення сухої речовини. Проте, за даними кількох експериментів (Таблиця 1), збільшення азоту в більшості випадків призвело до підвищення врожайності коренів, але, з іншого боку, більша норма азоту викликала скорочення вмісту цукру в корені.

Таблиця 1. Різні кількості азоту та їх вплив на кінцеву врожайність цукрових буряків

Вчені стверджують, що в рік із недостатньою кількістю опадів (близько 540 мм із квітня по жовтень) підживлення сечовиною було невиправданим, оскільки найвища врожайність коренів (61,53 т/га) та вихід цукру (9,02 т/га) були досягнуті у варіанті з позакореневим внесенням N-0 + 13,5 (50 кг/га CАN), а у вологий рік (близько 900 мм із квітня по жовтень) на цьому ж ґрунті найвища урожайність коренів (75,13 т/га) та вихід цукру (9,54 т/га) були досягнуті за допомогою внесення сечовини (46% N) та без додавання азоту під час вегетації. На основі літературних даних регресійний аналіз показує, що збільшення кількості азотних добрив може дещо збільшити врожайність буряків, але для вмісту сахарози лінійна модель має від’ємну лінію тренду (Рис. 1). Існують дані, що підживлення азотом має значний вплив на збільшення біомаси коренів, але підвищена кількість азоту негативно впливає на якість цукрових буряків і збільшує кількість шкідливого азоту в коренеплоді та зменшує вміст цукру під час збирання. Незважаючи на те, що коефіцієнт регресії не є значущим, лінія тренду демонструє негативний вплив на якість коренеплодів, і все ще існує потреба в подальших експериментах із внесення азотних добрив у виробництві цукрових буряків.

Підживлення цукрових буряків дуже специфічне, оскільки потребує високої врожайності коренів, вмісту цукру та невеликої кількості розчинних нецукрів. Дефіцит, а також надмірна кількість поживних речовин впливають на кінцеву врожайність та якість буряків; тому правильне внесення добрив має вирішальне значення для успішного виробництва. Основною причиною меншого вмісту сахарози було збільшення кількості домішок brei, особливо аміно-азоту. У випадку азоту неможливо нарощувати довгострокові його запаси в ґрунті, тому ймовірним є надлишок або відсутність доступного азоту протягом року. Цукровий буряк має механізм регулювання поглинання азоту, але коренеплід може поглинати стільки азоту, скільки до нього надходить.

Рис. 1. Лінійні регресійні моделі врожайності цукрових буряків та вмісту сахарози