reforef.ru 1


Роль адаптивно–биологизированного земледелия
в формировании урожая и повышении питательной ценности картофеля.


Федотова Л.С., Анисимов Б.В.

ВНИИ картофельного хозяйства



Анализ мирового уровня производства картофеля показывает, что валовой сбор картофеля в мире постоянно растет и в 2005 году составил 328 млн тонн. Общий валовой сбор картофеля в странах Европейского сообщества составил 67 млн тонн с площади 2 млн га, в России 37 млн тонн с площади 3 млн га (табл. 1)

Таблица 1 –Производство картофеля в мире, странах ЕС и России 2005)

Страны

Площадь, млн га

Валовой сбор, млн т

Страны мира*

19

328

Страны ЕС*

2

67

Россия**

3

37

* – по данным FAO, 2005; ** – по данным Росстата, 2006

Лидирующее положение по объему производства картофеля в мире занимает Китай (75 млн т), на втором месте – Россия (37 млн т) далее идет Индия (25 млн т), США (20 млн т), Украина (19 млн т), Польша (15 млн т), Германия (13 млн т), Беларусь (8 млн т), Нидерланды (7 млн т), Франция (6,9 млн т), Великобритания (6 млн т), Канада (5 млн т).

Традиционно в Российской Федерации 1/3 часть (11 млн т) картофеля производится в Центральном Федеральном округе, второе и третье место по объему производства картофеля занимают Приволжский (9,5 млн т) и Сибирский (6,3 млн т) федеральные округа (табл.2).


Таблица 2– Производство картофеля в регионах России в 2005 году.


Федеральные округа

Площадь, тыс. га

Валовой сбор, млн т

Центральный

941

11

Северо-Западный

220

2,5

Южный

320

3,3

Приволжский


796

9,5

Уральский


208

3,2

Сибирский


498

6,3

Дальневосточный


132

1,6



Средняя урожайность картофеля в хозяйствах всех категорий в 2005 году составила 122 ц/га, в сельскохозяйственных предприятиях 156 ц/га. Уровень урожайности картофеля в сельхозпредприятиях по регионам колеблется от 117 ц/га (Дальневосточный округ) до 171 (Центральный), 179 ц/га (Уральский) (табл.3).

Таблица 3 – Урожайность картофеля по регионам и категориям хозяйств 2005 г.

РФ и федеральные округа

Все категории

хозяйств, ц/га


Сельхозорганизации, ц/га

Российская Федерация

122

156

Центральный

117

171

Северо–Западный

115

146

Южный

103

123

Приволжский

123

156

Уральский

155

179

Сибирский

127

134

Дальневосточный

124

117

Практика многих лет показала, что роль картофеля в качестве основного продукта питания, заметно возрастает особенно в нестабильных ситуациях. Так, за период с 1990 по 2003 гг. ежегодное потребление картофеля на человека в год увеличилось с 98 до 129 кг, или на 30%. В последние годы этот показатель составляет около 120 кг на человека.

По существу, картофель обеспечивает продовольственную независимость, безопасность России и здоровье россиян. Еще академик Д.Н. Прянишников указывал на то, что картофель является очень выгодной культурой, по его образному выражению – возделывать картофель это все равно, что выращивать три колоса там, где раньше рос один. По сбору сухого вещества с единицы площади картофель значительно опережает зерновые культуры.


По важности среди пищевых растений в мире картофель занимает четвертое место после пшеницы, риса и кукурузы. Вместе с тем, в мировой литературе данные относительно содержания основных питательных веществ в картофеле существенно варьируют. Это обусловлено тем, что биохимический состав клубней зависит от многих факторов: сорта, почвенных и погодных условий, удобрений, степени зрелости клубней, их размерных характеристик, технологии выращивания, хранения и др. Сроки проведения анализов (осенью или весной) также существенно влияют на их результаты. Международной организацией экономического сотрудничества и развития (ОЕСД) подготовлен согласительный документ, в котором представлены данные по содержанию основных питательных компонентов в картофеле и их возможные колебания, обусловленные различными факторами (табл. 4).

Таблица 4 – Средние показатели содержания наиболее важных питательных веществ в картофеле и их возможные колебания (ОЕСД, 2002)

Компоненты

Содержание в сырой массе клубня, %

среднее

Диапазон колебаний

Сухие вещества

23,7

13,1…36,8

Крахмал

17,5

8,0…29,4

Протеин

2,0

0,69…4,63

Жир

0,12

0,02…0,2

Клетчатка диетическая


1,7

1,0…2,0

Клетчатка грубая

0,71

0,17…3,48

Минеральные вещества

1,1

0,44…1,87

Сахара

0,5

0,05…8,0

Аскорбиновая + дегидроаскорбиновая кислота, мг/кг

100…250

10…540


Как видно из представленных в таблице данных, значение картофеля в питании человека обусловлено, прежде всего, содержанием таких важнейших компонентов, как крахмал, протеин, витамины, минеральные вещества. Кроме того, обладая достаточно высоким потенциалом содержания аскорбиновой кислоты и особо ценных веществ –– антиоксидантов (антоцианов, каротиноидов), картофель может играть важную роль в профилактике целого ряда заболеваний и в этом отношении является одним из ценнейших продуктов в здоровом диетическом питании человека. В свете современных представлений относительно биохимического состава картофеля значение отдельных компонентов с точки зрения здорового питания оценивается по-разному.

Крахмал является основным компонентом картофеля и его среднее содержание оценивается на уровне 17,5% в свежем картофеле (диапазон колебаний 8–29%) или 75–80% в пересчете на сухое вещество. Картофельный крахмал состоит из разветвленного амилопектина (79%) и линейной амилозы (21%). Для диетического питания человека большое значение имеют такие показатели, как гликемический индекс (ГИ) и устойчивый крахмал. ГИ – это индекс распределения продуктов питания в соответствии с реакцией крови в результате их потребления, вв сравнении, например, с белым хлебом, который обычно принимается за стандарт. Доказано, что продукты с низким ГИ полезно употреблять для профилактики диабета и сердечно–сосудистых заболеваний. Результаты исследований, проведенные на различных сортах, показали, что у картофеля разный, но обычно высокий ГИ. С диетической точки зрения это не является положительной характеристикой. Установлено также, что у молодого картофеля, как правило, ГИ ниже, что объясняется разницей в структуре крахмала. Развитие селекции в направлении создания сортов с низким ГИ имеет актуальное значение в повышении диетической ценности картофеля.


Энзим резистентный крахмал картофеля является важным субстратом для микрофлоры кишечника и превентивным средством против болезней толстой кишки, в т.ч. рака. Содержание устойчивого крахмала в вареном картофеле составляет 1–6%, из–за своей особой структуры он не расщепляется специфическими ферментами (амилозами). Поэтому он попадает в непереваренной форме в толстую кишку, где служит субстратом для питания микроорганизмов ее флоры. Физиологическое действие его состоит в том, что он участвует в обмене веществ кишечных бактерий и способствует образованию бутирата в толстой кишке, который противодействует образованию раковых клеток. Устойчивый крахмал ускоряет прохождение содержимого кишечника через пищеварительный тракт и снижает канцерогенез в конечной кишке.

Протеин. Хотя содержание сырого протеина в картофеле относительно невысокое 0,7–4,6%, по своей усвояемости он уступает лишь протеину яиц, молока и мяса (табл. 5).

Таблица 5 – Фракции сырого протеина картофеля и их биологическая ценность (Nitsch, 2003)

Фракции

Доля фракций, %

Биологическая ценность фракций, % (белок яйца = 100)

Белок (чистый протеин),

в том числе:

альбумин

глобулин

проламин

глютелин

прочие

Непротеиновые соединения,

в том числе:

пептиды и свободные

аминокислоты

амиды, амины, нитраты

сырой протеин

50
28

10

2

3

7

50

25

25

100

80..83
82

83

53

83

82

35..38

72



Ценность картофельного белка объясняется высокой долей абсорбированного азота по отношению к поглощенному, что очень важно для нормального роста и развития; высока в нем доля незаменимых аминокислот: лизина, лейцина, изолейцина и триптофана. При ежедневном потреблении 150 г картофеля, дневная потребность человека в этих незаменимых аминокислотах удовлетворяется на 25–40%, что подтверждает высокую ценность картофеля, как источника диетического белка. По выходу или сбору белка с единицы площади картофель не уступает пшенице. Благодаря высокой биологической ценности белка картофеля, его используют в специфических протеиновых диетах, например, при заболеваниях почек.

Минеральные вещества. В составе картофеля обнаружено 29 элементов таблицы Менделеева. Среднее содержание наиболее важных макро– и микроэлементов в клубнях картофеля представлено в таблице 6.

Таблица 6 – Содержание минеральных веществ, мг на 100 г сырой

массы клубней (Putz,1990).

Минеральные элементы

Содержание, мг/100 г.

Калий

Кальций

Фосфор

Магний

Натрий

Железо

Марганец

Медь

Цинк

Фтор

Йод

Селен

445,0

10,0

50,0

25,0

10,0

0,8

0,15

0,15

0,27

0,01

0,004

0,004…0,02


При ежедневном потреблении 200 г картофеля потребность человека удовлетворяется на 30% дневной нормы в калии, 15–20% – в магнии, 17 – в фосфоре, 15 – в меди, 14 – в железе, 13 – в марганце, 6– в йоде и 3% – во фторе.

Интересны данные по распределению элементов питания по органам растений картофеля, полученных на стационарном опыте ВНИИКХ в течение 10 лет (рис. 1). Распределение N, P, Ca, Mg и S было подчинено общим закономерностям – максимальная концентрация этих элементов приходилась на листья, затем в порядке убывания их содержания следовали стебли, корни и клубни. Калия и хлора больше всего содержалось в стеблях, далее располагались листья, корни, клубни.




Рис. 1 – Распределение элементов питания по органам растений картофеля
В стеблях содержание калия в 2,3 раза выше, чем в клубнях. Концентрация хлора в стеблях была на одном уровне с азотом. К настоящему времени появились исследования, в которых определенная роль в повышении устойчивости растений к грибным болезням отводится хлору (Guohua Xu, Magen H., Tarchizky J. et al., 2000). Максимальная концентрация алюминия в картофеле приходилась на корни, затем в порядке убывания располагались стебли, листья, клубни. По данным Т.Палавеева, Т.Тотева (1983) картофель является культурой, для которой алюминий полезен. Алюмофильные растения (кукуруза, овес, просо и в том числе картофель) без видимых повреждений аккумулируют в корнях до 90% поступившего алюминия.

Наиболее стабильным элементом, с наименьшей ампли­тудой колебаний от среднего значения был фосфор. Его содер­жание в картофеле не опускалось ниже 0,33 и не поднималось выше 0,48%. Между содержанием фосфора и алюминия в корнях и стеблях (т.е. в проводящих органах) установлена тесная корре­ляционная зависимость (r = 0,75–0,86). Как показали исследо­вания С.Н.Адрианова (2000), на легких почвах питание растений фосфором и формирование их продуктивности опре­деляется содержанием рыхлосвязанных фосфатов и фракцией Al–P, которые составляют основной резерв доступных расте­ниям фос­фа­тов.

В соответ­ствии с различным содержанием элементов питания в ботве и клубнях картофеля их хозяйственный и биологический вынос значительно различаются. Ежегодно с урожаем 350–400 ц/га клубней (без ботвы) из поч­вы безвозвратно теряется – 100–130 кг азота, 22–26 кг фос­фора, 200–230 кг калия, 9–10 кг кальция, 11–15 кг магния и 3 кг серы (рис. 2).


Рис. 2 – Вынос элементов питания урожаями клубней картофеля, кг/га

Однако с учетом соответствующего количества ботвы при формировании высоких урожаев картофеля (биологический) вынос элементов уве­ли­чивается почти в два раза и составляет: азота 200–230 кг/га, фосфора 33–37, калия 320–380, кальция 45–50, магния 20–30 и серы 8–10 кг/га. Вынос кальция и магния в 2–2,2 раза превышает вынос фосфора.

Антоцианы и каротиноиды. Известно, что антоцианы являются наиболее важной группой водорастворимых пигментов, которые в картофеле отвечают за цвет кожуры и мякоти (красный, синий, фиолетовый). Именно эти пигменты и представляют огромную ценность как источники антиоксидантов, благодаря их способности связывать свободные кислородные радикалы в человеческом организме. Сейчас уже хорошо известно, что диеты богатые растительными антиоксидантами способствуют снижению риска атеросклеротического заболевания, некоторых видов рака, возрастных изменений пигментации кожи, катаракты и др. В последние годы происходит заметное развитие селекционных программ в направлении создания сортов картофеля с пигментированной мякотью, такие программы, например, имеются в США. Перспективы дальнейшего улучшения характеристик в этом направлении позволяют поставить картофель с пигментированной мякотью в один ряд с такими овощами, как брокколи, красный болгарский перец и шпинат, которые давно известны своими антиоксидантными свойствами (табл. 7 и 8).

Таблица 7 – Сравнительные данные по содержанию антоцианов в картофеле и других культурах.


Культуры

Содержание, мг/100 г свежей мякоти

Картофель:

мякоть красная

мякоть красная и жёлтая

мякоть фиолетовая

Капуста красная

Земляника

Голубика

Виноград красный


19,8…37,8

9,5…17,9

17,0…20,1

25

15…35

82…420

30…750


В ближайшей перспективе можно ожидать, что сорта картофеля с желтой, оранжевой, красной и фиолетовой мякотью будут приобретать всё большую популярность, а их вклад в диетическое питание человека будет возрастать. Можно будет отказаться от применения синтетических красителей в детском питании и использовать натуральные, полученные из картофеля. Сбор пигментов с урожаями картофеля в пересчете на гектар приравнивается к сбору аскорбиновой кислоты, т.е. может достигать 5–8 кг (рис. 4).

Таблица 8 – Сравнительные данные по содержанию каротиноидов в картофеле и других культурах.

Культуры

Содержание, мг/100 г свежей мякоти

Картофель:

мякоть белая

мякоть жёлтая

мякоть ярко–желтая

Капуста

Брокколи

Брюссельская

Морковь

Сладкий картофель

40…795

40…101

101…250

509…795

375

3225

2421

13458

9180


Витамины. Картофель содержит целый набор витаминов, хотя в процессе варки 10–20% витаминов теряется, однако, при употреблении 300 г картофеля можно удовлетворить суточную потребность в витамине С, витамина В6 – на 36%, В1 – на 20%, пантатеновой кислоты (В3) – на 16% и в витамина В2 – на 8%. Содержание витаминов сильно изменяется в зависимости от применяемого вида удобрений, длительности хранения и перепадов температур.

Очень полезны: жир (в котором 50% дважды ненасыщенной линолевой кислоты и 20% трижды ненасыщенной линоленовой кислоты), балластные вещества (целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза, лигнин).


По определению А.А.Жученко (1990) главная цель возделывания сельскохозяйственных культур – не получение биологической массы вообще, а, прежде всего, производство биологически ценных веществ (углеводов, белков, жиров, витаминов).

Условия почвенно–минерального питания оказывают определяющее влияние на продуктивность и показатели качества картофеля, он очень чувствителен к применению удобрений. По данным Госкомстата и Минсельхоза России (2000 г.) сейчас внесение минеральных удобрений под картофель составляет 142 кг/га, а внесение органики до 2010 г. составит мизерную цифру – 2 т/га пашни в год (Сычев В.Г., 2005). Рентабельность картофелеводческих хозяйств поддерживается, в основном, минеральными удобрениями, в связи, с чем особое внимание производственников следует обращать на тот факт, что систематическое применение минеральных удобрений в севооборотах картофельной специализации не эффективно. Особенно опасно систематическое внесение одних минеральных удобрений на малобуферных легких почвах в настоящее время, когда повсеместно нарушаются основы земледелия (не выдерживаются севообороты, не вносятся рекомендуемые нормы органических удобрений, снизилось качество вспашки и др.). В длительном стационарном опыте ВНИИКХ (1977–2001 гг.), проведенном на дерново–подзолистой супесчаной почве было установлено, что окупаемость минеральной системы удобрений в начале проведения опыта примерно в 5 раз превосходила таковую органоминеральной системы питания и снижалась с увеличением дозы NPK (рис. 3).


Рис. 3 Окупаемость доз удобрений урожаями картофеля, кг/кг

Минеральные туки, высоко окупаясь в первой (23,8–25,8 кг) и второй (25,8–32,3 кг) ротациях севооборота, заметно снизили свою эффективность в третьей ротации – до 14,6–18,7 кг клубней картофеля на 1 кг д.в. Чем выше была доза NPK, тем заметнее снижалась ее эффективность во времени. Окупаемость 1 кг N150P150K180 в третьей ротации сократилась почти в 2 раза.


Стремясь получить максимальный урожай, мы, как правило, проигрываем в качестве продукции. Качество картофеля изменяется в худшую сторону с увеличением доз NPK в системе удобрений. Минеральные удобрения вызывают снижение крахмала и сухих веществ на 1,3–1,9% по сравнению с абсолютным контролем. Совместное внесение органических и минеральных удобрений (80 т/га навоза + N90–135P90–135K120–180) приводит к максимальному понижению крахмала и сухих веществ (на 2,2–2,6%). В результате применения возрастающих дозировок удобрений снижается содержание витамина «С» в клубнях картофеля и повышается концентрация нитратов. По своему отрицательному влиянию на качество продукции совместное внесение 80 т/га навоза + N135P135K180 равноценно действию максимальной дозы минеральных удобрений N150P150K180. В отличие от удобрений известкование (доломитовой мукой) не вызывает увеличения оводненности тканей. На известкованном фоне повышается содержание крахмала, сухих веществ, аскорбиновой кислоты (на 0,3–0,9%) и, как следствие, выход питательных веществ (рис. 4).

Получить достаточно высокий урожай хорошего качества можно только при правильном выборе условий, обеспечивающих оптимальное сочетание количественно–качественных параметров. Наименьший вред качеству картофеля получается от применения средних доз минеральных удобрений N90P90K120 на фоне опережающего известкования половинной и полной дозой доломитовой муки (0,5–1,0 по г.к.).


Рис. 4 Выход аскорбиновой кислоты (кг/га) в зависимости от известкования и удобрений

В лизиметрическом опыте ВНИИКХ (1976–1984 гг.) ярко проявилась положительная роль последействия навоза. В годы с внесением навоза, его действие было аналогично минеральным удобрениям, т.е. происходило снижение показателей качества значительно ниже абсолютного контроля. Тогда как на вариантах с последействием навоза содержание крахмала, сухих веществ и витамина «С» в картофеле было уровне и даже выше абсолютного контроля (рис. 6).


Из результатов этого опыта формируется классический вывод для картофелеводов: во избежание резкого ухудшения качества продукции не целесообразно применять навоз совместно с минеральными удобрениями в один год, желательно органику вносить под предшествующую культуру, а непосредственно под картофель использовать средние дозы минеральных удобрений.


Рис. 5 – Влияние последействия навоза на качество картофеля.

В последнее время на отечественном рынке появились новые виды органоминеральных удобрений (ОМУ), которые являются комплексными удобрениями с оптимальным соотношением элементов питания и характеризуются рядом преимуществ перед традиционными удобрениями. В органоминеральных удобрениях минеральные элементы питания образуют с гуминовыми соединениями органоминеральные комплексы, которые способны длительное время поставлять растениям легкоусвояемые формы питательных веществ.

Как правило, наибольшее количество витамина «С» содержится в клубнях, выращенных на слабоокультуренных почвах и низком агрофоне (Соловьев и др., 1978; Чуйков и др., 1988; Федотова, 2003; Федотова, Тимошина, 2005). На минеральных фонах содержание витамина «С» в клубнях картофеля снижается. На фоне новых комплексных органоминеральных удобрений содержание витамина С в течение 5 лет опыта (2000-2005 гг.) было выше или на уровне абсолютного контроля. За счет увеличения урожайности и товарности картофеля на удобренных делянках выход аскорбиновой кислоты с единицы площади увеличивался: с 3,3 кг/га на контроле до 4,4 кг/га на минеральных фонах и до 5,0 кг/га на фоне новых ОМУ («Фермерского» и вермикомпоста).

Положительное действие органоминеральных удобрений на урожайность и качество картофеля объясняется различным влиянием применявшихся систем удобрений на физико–химические показатели, обогащение почвы органическим веществом и динамику биологической активности. Была отмечена следующая закономерность: с увеличением содержания органики в составе удобрений (от 0% при минеральной системе до 28% при внесении «Фермерского» и 40% при использовании вермикомпоста) улучшались физико–химические параметры и увеличивалась биологическая активность почвы. Применение минеральной системы питания под картофель приводило к подкислению реакции среды, снижению суммы поглощенных оснований, ухудшению показателей плодородия дерново–подзолистой супесчаной почвы и качества картофеля.


Интерпретация накопленных экспериментальных данных позволяет сделать заключение о том, что для стабильного развития картофелеводства перспективной является органоминеральная система питания, которая обеспечивается сочетанием традиционных видов органических и минеральных удобрений или органоминеральными удобрениями нового поколения. Органоминеральная система питания обогащает почву доступными формами питательных веществ в течение 2–3 лет, способствует формированию высокой урожайности (на уровне 30–40 т/га) и качества картофеля, сохраняет почвенно–поглощающий комплекс почв от разрушения.

Альтернативным источником органических удобрений являются сидераты. В севооборотах с картофелем следует шире использовать занятые сидеральные пары или посев промежуточных культур. Использование зеленого удобрения, которое является не только дешевой и высококачественной формой органического удобрения, но и важным элементом чередования культур в специализированных севооборотах решает проблемы устранения болезней, сорняков, вредителей и других биологических факторов ограничения роста урожайности. Исследования, проведенные во ВНИИКХ (2004–2005 гг.), подтверждают фитосанитарное значение сидеральных паров. К середине июля 2005 г. люпин однолетний накопил мощную биомассу  — 600–640 ц/га, которая угнетала развитие сорняков, а после ее запашки существенно снизилась численность личинок нематоды (в 2–10 раз).

В заключение хотелось бы вспомнить высказывание А.А.Жученко (1990): «необходим постоянный поиск альтернативных концепций и стратегий производства продуктов питания, позволяющих в наибольшей мере использовать громадный потенциал научных знаний, накопленных человечеством».