Yield, quality and environmental safety of Gala variety potato crops depending on the plant protection system
Yield, quality and environmental safety of Gala variety potato crops depending on the plant protection system
Abstract
The article provides the results of studies on the yield, quality and environmental safety of Gala variety potato tubers grown on leached black soil in the Republic of Mordovia, depending on the plant protection system used. The difference in tuber yield between the biological and chemical plant protection systems was insignificant. The variant with a traditional chemical plant protection system showed a tendency towards an increase in dry matter and starch content compared to the variant with an organic protection system. The content of residual amounts of the pesticides difenoconazole and chlorantraniliprole and nitrates did not exceed the maximum permissible level, but in the variant with the organic protection system, the nitrate level in the tubers was 20–27 mg/kg higher than in the variant with the traditional protection system. In a drier year, the nitrate content in tubers increased by 50–57 mg/kg and the copper content decreased by 5.7–6.8 mg/kg compared to a wet year.
1. Введение
В последние годы появился запрос населения на высокое качество и экологическую безопасность продуктов питания
, в том числе картофеля. Картофель считается в России «вторым хлебом», поэтому производство картофеля является основой продовольственной безопасности и весьма актуально изучение экологизации технологии его возделывания. В условиях Республики Мордовия биологизация защиты картофеля пока малоизучена. Однако недостаточно определить динамику урожайности в зависимости от системы защиты растений. Важно также проверить продукцию на содержание веществ, определяющих качество и безопасность для потребителей. Возникает потребность в определении остаточных количеств пестицидов, нитратов и тяжелых металлов, особенно, используемых в качестве средств защиты растений. Отмечается, что регулярные ежегодные обработки медьсодержащими пестицидами могут приводить к кумуляции ее в почве . Бесконтрольное и избыточное применения средств химизации считается причиной возникновения тяжелых заболеваний населения, в том числе, онкологических .2. Методы и принципы исследования
Цель работы — изучить продуктивность, качество и экологическую безопасность урожая картофеля сорта Гала в зависимости от применения биологической и химической систем защиты растений.
Исследования проводили в модельном полевом опыте на черноземе выщелоченном в Мордовском НИИСХ — филиале ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока в 2023–2024 гг. Полевой опыт — однофакторный в четырехкратной повторности. Схема опыта включала следующие варианты:
1) органическая (биологическая) система защиты;
2) традиционная химическая система защиты (производственный контроль).
Система биологической защиты строилась на основе применения препаратов, разрешенных в органическом земледелии (хлорокись меди; споры Bacillus subtilis; Bacillus thuringiensis; аверсектин С), традиционная химическая — на основе действующих веществ: имидаклоприд, тиаметоксам, хлорантранилипрол, пенцикурон, манкоцеб, мефеноксам, дифеноконазол, азоксистробин, пропиконазол. Более подробно методика проведения опыта и характеристика почвенного участка была описана нами ранее
. Картофель возделывался в следующем севообороте:1) чистый пар;
2) озимая пшеница;
3) ячмень яровой;
4) картофель;
5) картофель.
В 2023 г предшественником являлся ячмень яровой, в 2024 г — картофель. Минеральные удобрения не вносились по причине высокого содержания фосфора (220 мг/кг) и калия (198 мг/кг). После уборки предшественника проводилась вспашка на глубину 25 см. Весной проводилось закрытие влаги, предпосадочная культивация, нарезка гребней картофелесажалкой «Крот» в агрегате с МТЗ-1221. Посадку картофеля осуществляли 17.05.23 и 02.06.24 посадочным материалом второй репродукции вручную, в предварительно нарезанные гребни, схема посадки 75×40 см. До всходов картофеля моделировалась прополка междурядий от сорняков в фазе ниточки и в процессе вегетации проводились 2 междурядные обработки мотыгой. Внекорневая обработка средствами защиты растений проводилась дважды — до бутонизации и в фазу цветения. Вегетационный период 2023 г. характеризовался избыточным увлажнением (ГТК =1,37). Вегетационный период 2024 г. характеризовался сильнозасушливыми в первой половине вегетации (ГТК=0,23...0,65) и влажными — во второй половине (ГТК =1,40).
Уборку урожая осуществляли 25.08.23 и 07.09.24 сплошным методом, с учетной части делянки. От общего урожая клубней по повторениям отбирали средние пробы массой по 5 кг не поврежденных вредителями и болезнями клубней
. В отобранных пробах здорового картофеля крахмал определяли по удельному весу по вытеснению воды в сосуде, сухое вещество — термогравиметрическим методом сушкой при температуре +105 °С. Содержание нитратов в клубнях картофеля определяли ионометрическим методом с помощью ионоселективного электрода на иономере ЭВ-74. Массовую долю меди определяли атомно-абсорбционным методом на МГА-1000 согласно методике М 04-77-2012 в межкафедральной научной лаборатории агрономии в аграрном институте ФГБОУ ВО «МГУ им. Н. П. Огарёва». Предварительно образцы клубней были высушены до воздушно-сухого состояния, размолоты. Результаты анализа пересчитаны на сырую массу. Определение остаточных количеств пестицидов (дифеноконазола и хлорантранилипрола) в клубнях осуществляли в Нижегородской испытательной лаборатории ФГБУ «ВНИИЗЖ» методом газовой хроматографии и методом высокоэффективной жидкостной хроматографии согласно СТБ EN15662-2017.3. Основные результаты
За 2 года исследований урожайность клубней картофеля существенно не различалась по вариантам защиты растений (18,6–19,4 т/га). Большая урожайность ботвы естественной влажности была установлена на варианте с традиционной системой защиты (+2,3 т/га относительно варианта с органической), что можно объяснить лучшей эффективностью химических средств защиты в подавлении листовой инфекции
.Для урожая картофеля главным показателем качества урожая является содержание крахмала и сухого вещества. Как видно из таблицы 1, прослеживается тенденция к повышению содержания как сухого вещества (на 1,2%), так и крахмала (на 0,7%) на варианте с традиционной системой химической защиты в сравнении с биологической. Видимо, это связано с лучшими условиями сохранения деятельности листового аппарата при системе химической защиты.
По годам наблюдалась тенденция к накоплению сухого вещества в более сухой 2024 год относительно 2023 года (на 3,2–3,7%). В публикациях встречается информация по возможному снижению удельного содержания крахмала с увеличением продуктивности
.Таблица 1 - Качество и экологическая безопасность клубней картофеля в зависимости от системы защиты растений
Вариант системы защиты растений | Массовая доля крахмала, % | Массовая доля сухого в-ва, % | Дифеноконазол, мг/кг | Хлорантранилипрол, мкг/кг | Нитраты, мг/кг | Cu, мг/кг | ||||
2023 | 2024 | 2023 | 2024 | 2023 | 2023 | 2023 | 2024 | 2023 | 2024 | |
1 Биологическая | 13,2±0,2 | 13,6±3,2 | 18,3±1,5 | 21,5±2,1 | Не опр. | Не опр. | 100±33 | 150±18 | 6,1±1,7 | 0,4±0,1 |
2 Химическая | 14,0±1,1 | 14,2±1,9 | 19,2±1,2 | 22,9±1,2 | <0,001 | <0,001 | 73±10 | 130±11 | 7,0±1,8 | 0,2±0,1 |
МДУ | – | – | – | – | 0,02 | 0,1 | 250 | 250 | 5,0 | 5,0 |
Остаточные количества фунгицидов (дифеноконазола) и инсектицидов (хлорантранилипрол, кораген), внесенных в последнюю обработку, содержатся в количествах, не превышающих норм (согласно СанПиН 1.2.3685-21).
Содержание нитратов в клубнях картофеля было ниже установленного норматива в 250 мг/кг. Однако, наблюдалась дифференциация накопления нитратов в клубнях картофеля как по годам, так в зависимости от системы защиты растений. При использовании органической (биологической) системы защиты растений содержание нитратов в клубнях было больше на 20–27 мг/кг, чем на варианте с химической. Это, вероятно, обусловлено большим накоплением возбудителей болезней, из-за чего в растениях могут нарушаться процессы включения азота в биологический цикл и большим накоплением его в минеральной форме. Во влажный 2023 год содержание нитратов в клубнях картофеля по вариантам опыта было ниже на 50–57 мг/кг сырого веса, чем в 2024 год. Видимо, это может быть связано с большей вымываемостью нитратов из корнеобитаемого горизонта во влажный год и эффектом «биологического разбавления» при большей урожайности. Данные по большему накоплению нитратов в более сухой год согласуются данными Иванова Д. И. (2016) по корнеплодам.
Содержание меди незначительно варьировало по вариантам, в 2023 году происходило превышение МДУ на 1,1–2,0 мг/кг. В более сухой вегетационный период 2024 года меди накапливалось в клубнях существенно меньше. Вероятно, сказалась и большая подвижность почвенных соединений меди при более влажной погоде 2023 г. Согласно данным различных исследователей
, , содержание меди в клубнях картофеля может колебаться в диапазоне от 0,04 до 1,56 мг/кг в зависимости от региона и степени загрязнения почвы. Однако, по данным Федоровой Н. Е. с соавторами (2020), в варьирование содержания меди в растениях картофеля вносят вклад и погодные условия. С учетом того, что меди в кожуре картофеля накапливается в 3–4 раза больше чем в сердцевине , опасность избыточного поступление меди с урожаем картофеля 2023 г. устраняется после очистки картофеля.4. Заключение
Различие в урожайности клубней при использовании биологической и химической системы защиты растений было несущественным.
На варианте с традиционной химической системой защиты растений отмечалась тенденция к увеличению содержания сухого вещества и крахмала относительно варианта с органической системой защиты. Содержание остаточных количеств пестицидов дифеноконазола и хлорантранилипрола, а также нитратов не превышало максимально допустимого уровня, однако на варианте с органической системой защиты уровень нитратов в клубнях был выше на 20–27 мг/кг по сравнению с таковым на варианте с традиционной системой защиты. В более засушливый год возрастало содержание нитратов в клубнях на 50–57 мг/кг и снижалось — меди на 5,7–6,8 мг/кг по сравнению с влажным годом. В целом, можно сделать вывод, что продукция картофеля, полученная на различных вариантах системы защиты растений, является экологически безопасной.