Аннотация

В статье рассматриваются биологические приемы повышения энергетической эффективности и урожайности при возделывании картофеля в Черноземной лесостепи.

Ключевые слова

Картофель, биологические приемы, энергетическая эффективность

ВВЕДЕНИЕ

Введение Картофель - ценнейший продукт питания, без которого жители нашей страны не представляют своего существования. Кулинары знают свыше 100 рецептов картофельных блюд.Среди ученых-карто-фелеводов существует мнение, что из всех регионов страны почвенно-климатические условия Центрального Черноземья способствуют получению самого вкусного картофеля [1, 3]. Питательная ценность картофеля определяется наиболее благоприятным соотношением в нем органических и минеральных веществ. При обычном употреблении в сутки 300 г картофеля человек удовлетворяет на 75% суточную потребность во всех незаменимых аминокислотах, на 50% - в антицинготном витамине С, на 10% - в энергетических калориях. Пищевая ценность клубней в настоящее время определяется не только крахмалом, витаминами, но и их экологической безопасностью для питания человека, высокими показателями кулинарных качеств, биологической ценностью белка, минимальным содержанием нитратов, пестицидов, тяжелых металлов. Несмотря на значимость в питании человека, картофель остается высокозатратной культурой, что в целом за последние 20 лет привело к сокращению площадей его посадок и закупке этой продукции за границей. Поэтому необходима разработка технологических приемов возделывания культуры, существенно снижающих энергетические затраты и улучшающих пищевые качества клубней. В прежние годы технологический процесс сельскохозяйственного производства оценивали в основном такими экономическими показателями, как себестоимость, рентабельность, условно-чистый доход и др. Однако в современных условиях, в связи с отсутствием фиксированных цен на затратные показатели и получаемую продукцию, более объективна оценка эффективности агроприемов по единым энергетическим критериям. Это позволяет более надежно анализировать сельскохозяйственное производство. Правомерность данного подхода обусловлена тем, что нерешенные проблемы энергетического баланса в сельском хозяйстве стали существенно тормозить темп прироста производства. В такой ситуации анализ потребления энергии в земледелии - необходимый элемент комплексного исследования энергоемкости продукции в масштабах всего сельского хозяйствах [3]. Объекты и методы исследований В качестве объекта исследований нами были выбраны альтернативные техногенным способам производства - биологические приемы повышения плодородия почвы, улучшающие пищевые достоинства клубней и снижающие энергетические затраты при возделывании картофеля- стратегически важной продовольственной культуры. Исследования проводились в длительном стационарном трехпольном севообороте на Елецкой опытной станции по картофелю в 2001-2006 гг. (Липецкая область). Чередование культур в севообороте следующее: 1) однолетние - трава на сено; 2) озимая пшеница; 3) картофель. После уборки озимых, согласно схеме опытов, вносили измельченную солому, пожнивно высевали яровой рапс на зеленое удобрение и вносили подстилочный навоз КРС. Площадь под опытами 8,4 гектара. Сорт картофеля Удача. Расчет совокупных затрат при использовании биологических мелиорантов в севообороте картофельной специализации выполнен по технологической карте ВНИИКХ (Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства) [2]. В расходную часть входили затраты совокупной энергии, вложенной трудовыми ресурсами, затраты энергии всех видов топлива, минеральных и органических удобрений, пестицидов, тракторов, сельскохозяйственных машин, автотранспорта, электроэнергии. В связи с тем, что в наших исследованиях в качестве биомелиорантов применялась измельченная солома и зеленое удобрение, в технологическую карту включены для сравнения энергетические оценки комплексов машин для уборки нетоварной части урожая зерновых культур и технология возделывания пожнивного рапса как сидерата. Расчеты выполнены в соответствии с методическими разработками и рекомендациями ВАСХНИЛ (ныне РАСХН, Российская академия сельскохозяйственных наук)[6]. Вкусовые качества определяли по методике, предложеннойС.М. Букасовым,Л.И. Костиной, Н.П. Жолудевой [4]. В соответствии с этой методикой показатели кулинарных качеств состоят из двух категорий. В первую категорию с оценкой по 5-балльной шкале входили показатели: водянистость, вкус, мучнистость. Полученная сумма баллов показателей первой категории умножалась на два. Во вторую категорию входили показатели: разваримость, консистенция, запах. Сумма баллов этой категории умножалась на четыре. Общую оценку вкусовых качеств клубней осуществляли по сумме баллов показателей первой и второй категорий. Содержание аминокислот в клубнях определяли на аминокислотном анализаторе НД - 1200Е после гидролиза 6N раствором HCI, биологическую ценность белка клубней (БЦБ) - с учетом содержания в белках незаменимых аминокислот (валин,лизин,фенилаланин, триптофан, лейцин, изолейцин, метионин, треонин). Расчеты велись по формуле Карпаци, Ландера и Варга [5]. Содержание нитратного азота в клубнях картофеля определяли на нитратометре с использованием электродов на нитраты. Результаты и их обсуждение Белок картофеля обладает высокой биологической ценностью, так как в нем содержится довольно много незаменимых аминокислот. Благодаря оптимальному соотношению незаменимых аминокислот белок картофеля по биологической ценности стоит выше многих других растений. Если биологическую питательную ценность куриного белка принять за 100%, то ценность белка пшеницы составит 64%, а ценность белка картофеля - 85%. Важность улучшения аминокислотного состава биологической ценности белков (БЦБ) определяется тем, что около 95% общей потребности человека в пищевом белке обеспечивается за счет растительной пищи. БЦБ картофеля обусловливается ценностью наиболее существенных аминокислот или их количества. Понятие БЦБ получило количественное содержание, основанное на точных определениях уровней восьми наиболее существенных аминокислот сопоставимых с уровнем тех же аминокислот в стандартном полноценном белке куриного яйца. Таким путем вводится индекс существующих аминокислот по Озеру. Он определяет собой среднее геометрическое соотношение между показателями содержания аминокислот исследуемого белка и показателями содержания тех же аминокислот в полном объеме куриного яйца, принимаемом за 100. В наших опытах ставилась цель - выявить оптимальные биологические приемы с целью получения клубней с лучшей БЦБ. Безудержный рост цен на минеральные удобрения, энергоносители, а также нехватка традиционных органических удобрений и большие затраты на их транспортировку, внесение заставляют искать альтернативные ресурсосберегающие источники повышения урожая и улучшения качества картофеля. Такими источниками в наших опытах были биологические мелиоранты: пожнивной сидерат на зеленое удобрение и измельченная солома. Целью же изучения различных способов подготовки почвы на фоне использования биомелиорантов являлась разработка технологических приемов, позволяющих проводить механизированную (комбайновую) уборку картофеля. Постановка такой цели связана с тем, что при ручной уборке доля общих затрат в производстве этой культуры увеличивается на 50%. Снижению энергетических затрат в производстве товарного картофеля и улучшению пищевых достоинств его клубней посвящена наша работа. Способы подготовки почвы по полным энергетическим затратам различались незначительно. В сравнении с контрольными вариантами, включающими применение обычной подготовки почвы, фрезерная обработка почвы перед посадкой картофеля увеличивала энергетические затраты в среднем на 297 МДж. Причем по отношению к самой фрезерной обработке этот способ становится еще менее энергоемким(-547 МДж). Анализируя данные (табл. 1), можно отметить, что технология с использованием фрезерной обработки почвы перед посадкой оказалась более энергоемкой. Однако фрезерная обработка почвы в сочетании с применением биологических мелиорантов полностью решала сложнейшую проблему - проблему механизированной уборки картофеля. На фоне использования такой технологии количество примеси почвы в ворохе картофеля при комбайновой уборке составляло всего 7-12 % против 24-37% при обычной, ранее применявшейся агротехнике. Таблица 1 Структура затрат энергии при использовании биологических и техногенных приемов в технологии возделывания картофеля Биомелио-рантНавоз, т/гаСпособ подготовки почвыЗатраты энергии, в т.ч. Прямые (топливо)Овеществ-ленные, МДж/гаЭнергоемкость энергетических средств имашин, МДж/гаПолные МДж/га кг/гаМДж/га Жнивье Солома Рапс Рапс +солома 0 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 Обычная Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени 184 221 219 217 212 210 208 244 243 240 235 234 231 7888 9426 9357 9251 9052 8983 8876 10429 10361 10254 10055 9987 9880 52371 57971 58287 57971 57971 58287 57971 58118 58434 58118 58118 58434 58118 8375 9205 7507 9129 8712 7014 8636 9517 7819 9441 9023 7326 8948 74095 82073 82370 81823 74499 74797 74250 85186 85483 84936 77612 77910 77362 Нарезка гребней с осени, увеличивая затраты энергии на их формирование (+359 МДж), одновременно снижала количество расходуемой энергии на весеннюю подготовку почвы на 609 МДж. Вместе с тем число обработок почвы, определяемое применением фрезерных орудий, не уменьшало общего расхода топлива на проведение этих операций. Затраты энергии на использование удобрений в целом по различным способам подготовки почвы распределялись следующим образом (%): минеральных удобрений - 22,7; навоза - 7,5; пожнивного зеленого удобрения - 4,9; соломы - 4,1. Отличительной чертой применения соломы является уменьшение энергозатрат при использовании ее в качестве органического удобрения. Традиционная технология уборки соломы с поля была более энергоемка (10625 МДж), чем прямое комбайнирование с измельчением и разбрасыванием. Энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур оценивают путем сравнения количествтехнической энергии, затрачиваемой и накопленной в урожае (табл.2). Фрезерная обработка почвы, создав оптимальные условия для роста, развития растений и комбайновой уборки клубней, в сочетании с внесением навоза, запашкой рапса и рапса + соломы повышала урожайность картофеля и обеспечивала наивысшее накопление энергии в урожае: 233600-259 200 МДж против 172800 МДж на контроле. Применение навоза снижает затраты энергии на получение 1 ц продукции в среднем на 44-61 МДж, соломы - на 79-95 МДж, рапса - на 61-76 МДж, рапса + соломы - на 92-102 МДж. Вскрытые зависимости позволяют заключить, что наибольший биоэнергетический коэффициент эффективности в севообороте с картофелем достигается при следующих агроприемах: запашке 40 т/га навоза в сочетании с внесением соломы, зеленого удобрения и фрезерной подготовкой почвы. Величина биоэнергетического коэффициента эффективности таких элементов технологии возделывания картофеля составила 3,00-3,33 против 2,33 на контроле. В вариантах с осенней нарезкой гребней и внесением навоза, зеленого удобрения биоэнергетический коэффициент составил 3,16-3,30.Навоз повысил биоэнергетический коэффициент на 0,35, зеленое удобрение - на 0,16-0,17. Результаты энергетической оценки возделывания картофеля в севообороте показали высокозатратное его производство.Снижение затрат техногенной энергии при одновременном сохранении выхода продукции достигается при использовании биологических приемов повышения плодородия почвы в севообороте с картофелем. Клубни картофеля ценны не только крахмалом, витаминами, минеральными веществами, но и наличием азотистых соединений, главным образом, белков и свободных аминокислот. В клубнях картофеля сырого протеина (белка) содержится около 2% сырой массы. Таблица 2 Эффективность затрат энергии при использовании биологических мелиорантов под картофель Биоме-лиорант Навоз т/гаСпособ подготовки почвыУрожай картофеля, т/гаПолные затратыэнергии на урожай, МДжКоличество энергии в урожае, МДжЗатраты энергии наполучение 1 кг продукцииЭнергетическая эффективность технологии Жнивье Солома Рапс Рапс + солома 0 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 Обычная Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени Обычная Фрезерная Гребни с осени 21,6 27,5 29,2 28,2 28,2 30,2 29,3 30,2 32,0 31,1 30,9 32,4 31,9 74095 82073 82370 81823 74499 74797 74250 85186 85483 84936 77612 77910 77362 172800 220000 233600 225600 225600 241600 234400 241600 256000 248800 247200 259200 255200 3,43 2,99 2,82 2,90 2,64 2,48 2,53 2,82 2,67 2,73 2,51 2,41 2,43 2,33 2,68 2,84 2,76 3,03 3,23 3,16 2,84 3,00 2,93 3,19 3,33 3,30 НСР051,5 Применение повышенных доз органических удобрений увеличивало сумму аминокислот в белке клубней картофеля до 6062 мг на 100 г сухого вещества, что составляет 165% к контролю. Наибольшее влияние на сумму аминокислот оказало совместное применение традиционных органических удобрений и биологических мелиорантов - 8012 мг, что составляет 215% к контролю. Условиями питания картофеля предопределяется неодинаковый синтез белка, т.е. качественный состав белка может изменяться в зависимости от различного питания растения. Так, например, при одностороннем усиленном азотном или азотно-калийном минеральном питании складываются неблагоприятные условия для качественного синтеза белка. Слишком высокие дозы минеральных удобрений также неблагоприятно действуют на этот показатель. Полученные нами данные свидетельствуют, что БЦБ картофеля в зависимости от применения биологических мелиорантов и различных доз навоза составляла 72,1-82,3% от БЦБ куриного яйца. Причем применение высоких доз навоза ведет к некоторому снижению БЦБ клубней. Так, на вариантах с применением биомелиорантов и умеренными дозами навоза (20 т на 1 га) БЦБ картофеля составляла 79,7-82,3%. На вариантах же с высокими дозами навоза снизилась до 74,3-72,1%. Из-за увеличения дозы традиционных органических удобрений с 20 до 60 т/га сумма аминокислот в клубнях возрастала до определенного уровня, а затем наблюдалось более менее одинаковое их количество. Так, при первой дозе удобрений (20т/га) сумма аминокислот составляла 4125 мг, при второй (40т/га)- 7 084 мг, при третьей (60т/га) уменьшилась до 6573 мг, (мг на 100 г). То есть с увеличением доз органических удобрений выше 40 т/га не наблюдалось увеличение содержания аминокислот, их количество оставалось на уровне 6-7 тыс. мг. При высоких дозах органических удобрений (40-60т/га) выявлено снижение абсолютного содержания группы незаменимых аминокислот и увеличение группы кислых. Уменьшение количества незаменимых аминокислот при высоких дозах органических удобрений приводило к снижению БЦБ клубней до 72,1-74,3%. И, наоборот, при использовании биологических мелиорантов или умеренных доз навоза БЦБ составила 79,7-82,3%. Одно из главных положений проведенного нами анализа аминокислотного состава белка в условиях Черноземной лесостепи состоит в том, что при внесении биологических мелиорантов раздельно или в сочетании с умеренными (20т/га) дозами традиционных органических удобрений качество клубней по данному показателю улучшается по сравнению с неудобренным вариантом (жнивьем). Дальнейшее повышение доз органических удобрений (свыше 40т/га) как раздельно, так и в сочетании с биомелиорантами не оказывало положительного влияния на биологическую ценность белка клубней картофеля и их аминокислотный состав. Из вышесказанного следует, что важнейшие показатели качества клубней картофеля в питании человека - биологическую ценность белка и сумму незаменимых аминокислот - можно повышать с помощью использования биомелиорантов в сочетании с внесением умеренных доз (20 т/га) традиционных органических удобрений при возделывании этой культуры. Кулинарные показатели картофеля определяли сразу после уборки. Применение биологических мелиорантов и небольших доз навоза (20 т/га) улучшает или поддерживает кулинарные свойства на уровне контроля. Так, на вариантах с использованием измельченной соломы и зеленого удобрения вкус составил соответственно 4,6 и 4,4 балла,а сумма баллов 77-75,6 при 4,5 и 76,2 балла на контроле. Из вредных веществ, накапливающихся в клубнях картофеля, особо выделяют содержание нитратов и нитритов, являющихся исходными продуктами канцерогенных азотных нитросоединений, вызывающих различные заболевания. Нитраты - естественный компонент пищевых продуктов растительного происхождения, однако в больших количествах они вредны для организма человека и животных. Нитратный азот, попадая в организм человека, под воздействием некоторых видов кишечных бактерий может восстанавливаться до нитритов. Нитритный азот обладает высокой токсичностью. Попав в кровяное русло, он блокирует гемоглобин красных кровяных телец, нарушая основную его функцию - перенос кислорода. Избыток нитратов в пище наряду с остаточными количествами пестицидов, тяжелых металлов приводит ко многим тяжелым заболеваниям, в том числе канцерогенного характера. Вредное воздействие нитратов на организм человека разнонаправленно, вплоть до воздействия на его генеративные свойства. Отрицательное воздействие нитратов на человека неспецифично, с различными последствиями, которые при возникновении заболеваний распознаются с трудом. Наиболее повышенной чувствительностью к избытку нитратов в продуктах обладают дети, у которых под действием нитритов в организме образуется метгемоглобин (вместо гемоглобина). Установлено, что 60-80% поступающего количества нитратов человек получает с овощами и картофелем, 20-30 % - из питьевой воды, 10-15% - из мяса и мясных продуктов, 5-10% из фруктов и фруктовых соков, молока и молочных продуктов. Максимальной действующей суточной дозой нитратов для человека при систематическом поступлении их в организм является 4 мг ионов нитратов на 1 кг массы тела. Так, при массе тела 80 кг всего из внешней среды могут безопасно поступать 320 мг нитратов в сутки, а при 55 кг - 220 мг. При этом учитывается их поступление как с пищей, так и с питьевой водой, ибо механизм действия одного и того же вещества из нескольких исходных компонентов один и тот же. Еще в СССР Министерством здравоохранения были утверждены санитарно-гигиенические нормы (СанПин 42-123-4619-88), согласно которым величина предельно-допустимых концентраций для картофеля составляет 250 мг/кг сырых клубней. В России с учетом потребления продукции растениеводства Минздрав РФ позже утвердил показатели содержания нитратов на продукцию, производимую и используемую в пределах государства. По картофелю они составляют: для раннего - 250 мг, для позднего - 80 мг/кг (предельный показатель для продукции, реализуемой без ограничений в сети торговли, общественного питания, в детских и лечебных учреждениях) и 160 мг/кг (предельный показатель для продукции, реализуемой с ограничениями лишь в открытой сети общественного питания при условии максимального рассредоточения для приготовления закусок, блюд и консервов с многокомпонентной рецептурой, когда данный продукт составляет не более 50% сырьевого набора). Согласно положению, картофель с повышенным содержанием нитратов может подвергаться глубокой промышленной переработке - идет на получение крахмала, спирта, белково-витаминного продукта для нужд животноводства, а также закладывается на хранение в качестве семенного материала. Наши опыты установили,что более низкое содержание нитратов 25-31 мг против 32 мг/кг на контроле имели клубни, выращенные на участках с внесением измельченной соломы. Это связано с тем, что солома, забирая часть минерального азота на свое разложение, способствует более хорошему вызреванию клубней. Запашка зеленой массы пожнивного сидерата практически не повышала накопление нитратов. Разница по сравнению с контролем составила всего 1,7-4,3 мг/кг. При внесении 20 т/га навоза содержание нитратов было также близким к контролю (36 мг/кг). Наши данные свидетельствуют о том, что при использовании под картофель биологических мелиорантов и небольших норм навоза (20т/га) практически не увеличивается содержание нитратов. Их количество в 2,2-3,2 раза меньше ПДК (80 мг/кг). Повышенное содержание нитратов в опытах выявлено при увеличенных нормах (40-60 т/га) навоза - 55-67 мг/кг сырых клубней. Таким образом, в условиях Черноземной лесостепи в отрасли картофелеводства для снижения энергозатрат и улучшения пищевых достоинств клубней целесообразно применять биологические мелиоранты в качестве альтернативного источника удобрений (измельченную солому, пожнивное зеленое удобрение) в сочетании с небольшими дозами традиционного навоза. Использование биологических приемов при выращивапии продовольственного картофеля обеспечивает снижение энергозатрат и повышение пищевых качеств клубней этой культуры.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бутов, А.В. Интродукция картофеля в России и культура его в современных условиях: монография / А.В. Бутов. - Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина. 2010. - 542 с.
2. Замотаев, А.И. Технологическая карта возделывания картофеля / А.И. Замотаев. - М., 2009. - 12 с.
3. Кадыров, С.В. Технология программированных урожаев в ЦЧР: справочник / С.В. Кадыров, В.А. Федотов. - Воронеж, 2005. - 544 с.
4. Картофель России:монография. В трех томах. Т. 1, 2. / под ред. А.В. Коршунова. - М., 2003. - 587 с.
5. Коршунов, А.В. Управление урожаем и качеством картофеля / А.В.Коршунов. - М., 2001. - 370 с.
6. Методические рекомендации по оценке топливно-энергетических затрат на выполнение механизированных процессов в растениеводстве / ред.колл.: В.А.Токарев, А.Н. Никифоров и др. - М.: ВАСХНИЛ. - 1985. - С. 7-44.