В теплом климате на юге провинции Шаньси в Китае собирают два урожая за сезон, и с целью увеличить урожай картофеля исследователи выбрали лучшие и маржинальные севооборотные культуры.
Картофель (Solanum tuberosum L.) является четвертой по значимости продовольственной культурой и ведущим незерновым продуктом питания в мире по объему производства, занимая место после пшеницы, кукурузы и риса в 2023 году.
Китай широко культивирует картофель, на его долю приходилось 24,45% мирового урожая картофеля, а также 27,21% мировых посевных площадей под картофелем в 2023 году.
Однако растущее давление на пахотные земли и экономическая ценность культуры привели к широкому распространению интенсивного, непрерывного монокультурного выращивания картофеля. Эта практика часто приводит к деградации плодородия почвы, дисбалансу питательных веществ и микроорганизмов, серьезным почвенным заболеваниям и снижению урожайности картофеля.
Для решения этих проблем была разработана и признана безопасная и эффективная сельскохозяйственная стратегия севооборота.
Многочисленные исследования показывают, что севооборот может увеличить урожайность и качество клубней картофеля и улучшить плодородие почвы. Было установлено, что различные севообороты увеличивают урожайность картофеля на 15,0–38,2%, улучшают чистую экономическую выгоду на 30,6–41,9% и повышают индекс здоровья почвы на 13,1–63,4% по сравнению с монокультурой.
Однако конкретные преимущества в значительной степени зависят от используемых схем севооборота, что приводит к различным эффектам на урожайность картофеля и состояние питательных веществ в почве.
Эффективность севооборота в значительной степени определяется его влиянием на почвенные микробные сообщества, которые имеют фундаментальное значение для поддержания качества почвы, функций экосистемы и круговорота питательных веществ.
Распространенное наблюдение заключается в том, что долгосрочная монокультура картофеля изменяет состав почвенной микрофлоры с бактериального доминирования на грибное наряду с увеличением численности патогенных грибов, таких как Fusarium, что коррелирует с заболеваемостью и снижением урожайности с течением времени.
Почвенные микроорганизмы имеют решающее значение для здоровья растений. В почве сосуществуют полезные и вредные микроорганизмы. Их соотношение определяет состояние здоровья растений и урожайность. Потери урожая картофеля вызваны многими заболеваниями, такими как черная парша (вызываемая Rhizoctonia solani), обыкновенная парша (вызываемая Streptomyces scabies) и вертициллезное увядание (вызываемое Verticillium dahliae). Севооборот может модулировать соотношение грибов и бактерий и активно изменять общую структуру микробного сообщества. Например, севооборот снижает численность вредных микроорганизмов, таких как Fusarium и Mortierella.
Картофель достигает оптимальной урожайности в прохладных и безморозных условиях, а не в жарких. Следовательно, адаптация сроков посадки и выбор подходящих сортов являются критически важными стратегиями управления.
В исследуемом районе Юньчэн на юге Шаньси наблюдается теплый климат, особенно после июня, и высокая температура не способствует росту картофеля. Чтобы преодолеть эту проблему и воспользоваться возможностями раннего рынка, местные методы включают раннюю посадку с использованием пластиковой мульчи и раннеспелых сортов картофеля, что приводит к сбору урожая в начале июня. Эта стратегия обеспечивает значительное экономическое преимущество по сравнению с соседними регионами, которые полагаются на средне- и позднеспелые сорта. Регион относится к системе двойного севооборота.
Традиционными основными культурами здесь являются яровые кукуруза и соя. После раннего сбора урожая картофеля в начале июня эти летние культуры хорошо подходят для графика посадки. Севооборот с летней кукурузой и соей может смягчить проблемы непрерывной посадки и повысить урожайность и экономический доход.
В двухлетнем полевом эксперименте на юге провинции Шаньси, Китай, сравнивались три варианта обработки: непрерывная посадка картофеля (контроль), севооборот с летней кукурузой (с внесением кукурузной соломы, T1) и севооборот с летней соей (с внесением соломы сои, T2).
Полевой эксперимент проводился в период 2023–2024 годов на сельскохозяйственной экспериментальной станции Института исследований хлопка Шаньсийского сельскохозяйственного университета, расположенной в районе Яньху города Юньчэн провинции Шаньси, Китай. Климат в провинции в целом имеет четкое разделение по сезонам: зима (до -10), сухая весна, жаркое и дождливое лето, прохладная осень.
Климат на опытном участке участке характеризуется как умеренный муссонный, со среднегодовой температурой 13,6 °C, среднегодовым количеством осадков 559,3 мм, среднегодовой продолжительностью солнечного сияния 2247,4 ч и безморозным периодом около 208 дней в году.
Раннеспелый сорт картофеля «Фейвуруита» высаживали с конца февраля до начала марта на гребнях, сразу мульчировали пленкой и собирали урожай в начале июня, после чего землю либо оставляли под паром, либо засеивали кукурузой и соей с последующим измельчением соломы и заделкой до следующего сезона.
Результаты показали, что оба варианта севооборота (T1 и T2) значительно увеличили урожайность клубней на 18,39% и 20,69% соответственно и повысили товарную ценность картофеля на 19,67% и 10,39% по сравнению с контрольным вариантом.
Севооборот также улучшил качество клубней, значительно увеличив содержание азота (5,24–28,20%), фосфора (14,68–34,86%), калия (23,61–52,42%), сырого протеина (5,14–28,11%), витамина С (6,67–20,0%), крахмала (20,0–28,82%) и сухого вещества (4,55–12,88%), при этом снизив содержание сахаров.
Кроме того, качество почвы заметно улучшилось при севообороте. Содержание органического вещества почвы, доступного фосфора, доступного калия и общего азота увеличилось на 27,77–31,92%, 10,48–12,38%, 4,44–28,42% и 3,98–16,13% соответственно.
Анализ микробного сообщества показал, что ротация повлияла на показатели разнообразия почвенного грибного сообщества, а также изменила структуру сообщества. Численность патогенных грибов, включая Fusarium, Alternaria и Lectera, значительно снизилась.
Данные этого исследования представляют собой целостное повествование о том, как система севооборота повышает продуктивность картофеля. Севооборот привел к синергетическому улучшению почвенной среды, одновременно обогащая доступность питательных веществ и способствуя изменению микробного сообщества в сторону полезных, способствующих росту растений таксонов и отходя от ключевых патогенов. Эти изменения в почве в совокупности обеспечили значительное увеличение урожайности и качества клубней.
«Этот комплексный подход подтверждает, что успех системы, особенно Т2, обусловлен не одним фактором, а является результатом совместного действия улучшенного химического состава почвы и подавляющей ризосферной микробиоты. Однако поддержание одного и того же конкретного севооборота ежегодно может в конечном итоге привести к таким проблемам, как накопление почвенных патогенов или снижение урожайности. Для решения этой проблемы в нашей будущей работе будет включен более широкий спектр местных культур (например, сладкий картофель, летний арахис, маш, рапс, озимая пшеница и просо) и более разнообразные и продолжительные последовательности севооборота. Цель этих долгосрочных испытаний — оценить влияние диверсифицированных севооборотов, потенциально в сочетании с другими агрономическими мерами, на плодородие почвы и микробное сообщество. Это позволит определить оптимальные альтернативные режимы севооборота. Мы ожидаем, что эта работа предоставит новые знания и стратегии для поддержания здоровья почвы и содействия устойчивому производству картофеля», - отметили авторы исследования.
Источник: Plants 2026, doi.org/10.3390/plants15010117