Optimising the nutrition of fruiting grapevines of wine grape varieties based on leaf diagnostic data
Optimising the nutrition of fruiting grapevines of wine grape varieties based on leaf diagnostic data
Abstract
The balance method (calculation-balance method) is used in the process of optimising mineral nutrition for grapes as a starting point for adjusting fertiliser application rates to achieve the target yield. The aim of the experiment was to improve the mineral nutrition of fruiting wine grapes for industrial purposes by refining (supplementing) the calculation-balance method with functional diagnostic data, in the context of light chestnut soils in the Lower Volga region. The study objects were varieties of white wine grapes from various genetic-geographical groups (Chardonnay, Rkatsiteli, Riesling), most commonly used in the south of Volgograd Oblast. It has been established that, in synergy with functional diagnostics, this methodology (the calculation-balance method) allows for the determination of physiological, more accurate nutrient requirements, excluding their mutual influence on one another when applied in unbalanced doses. Original research has noted that the calculated balance values of N100P30K0, when used for fruiting vines on light brown soils, should be adjusted based on the results of functional nutrient diagnostics to N160P40K40. With such balanced nutrition at the physiological level in the varieties studied, these application rates yielded a berry harvest of 10,161–10,472 t/ha.
1. Введение
Развитию виноградарства в Нижневолжском регионе, а именно в южной части Волгоградской области, помимо резкого дефицита климатически обеспеченной влажности, препятствуют иные факторы, тормозящие развитие растений и снижающие общую доступность и усваиваемость элементов питания. Среди таких явлений наблюдаются нередкие возвратные заморозки в мае до -5…-7°С (в большинстве своем они приводят к потере первичного ассимиляционного аппарата вегетирующих растений, а также 30…50%-ой гибели соцветий); изменение доступности валовых, подвижных и обменных форм главенствующих элементов питания (в первую очередь NPK), приводящих к серьезным корректировкам доз и норм внесения минеральных удобрений; резкий диспаритет цен на агрохимикаты ,
, , .Как отмечалось в ранее опубликованных статьях природно-климатический потенциал Волгоградской области допускает возделывание винограда разных направлений использования, довольно высокого качества, но небольших по значениям урожайностям — до 10…15 т/га.
Актуальной агрохимической концепцией для стабильности производства винограда в Волгоградской области остается использование полного минерального питания на основе расчетно-балансового метода построения картины обеспечения отрасли удобрением , . Корректировать агрохимическую карту обеспечения выращивания винограда, особенно плодоносящих посадок, при начальных балансовых значениях элементов питания в процессе вегетации возможно благодаря отдельной физиологической картине содержания питательных элементов в клеточном соке, чему способствует функциональная листовая диагностика.
2. Методы и принципы исследования
С 2021 г. в УНПЦ «Горная поляна» Волгоградского государственного аграрного университета ведутся исследования на предмет корректировки минерального питания плодоносящих растений винограда технических сортов с учетом заложенного полевого многофакторного опыта по методике Б.А. Доспехова .
Объектами исследований стали сорта белого технического винограда различных генетико-географических групп, наиболее часто используемые на юге Волгоградской области. Целью опыта являлось оптимизация минерального питания плодоносящих виноградных растений технического направления за счет корректировки (дополнения) расчетно-балансового метода данными функциональной диагностики при территориальном расположении на светло-каштановых почвах Нижнего Поволжья. В задачи исследований входили:
а) анализ почвенных агрохимических характеристик под виноградом исследуемых сортов;
б) проведение функциональной диагностики и установление реальных значений элементов питания в растениях;
в) поиск и оптимизация физиологически достоверной дозировки минеральных удобрений для полного обеспечения периода роста и развития растений винограда элементами питания;
г) получение фактической урожайности ягод исследуемых сортов винограда.
Схема опыта включала двухфакторный опыт — фактор А (использование различных доз минеральных удобрений в физиологически оптимальной дозировке) (контроль фактора А — балансовые значения элементов питания) и фактор В (сорта белого технического винограда — Шардоне, Ркацители и Рислинг рейнский) (контроль фактора В — Ркацители). Площадь опытной делянки 360 м2, длина 30 м, ширина 12 м (4 ряда, из них 2 внутренних — учетные (180 м2), 2 наружных — защитные). Схема посадки кустов 3x1,5. Повторность четырехкратная, расположение делянок в опытах — систематическое. Почва опытного участка — светло-каштановая маломощная малогумусная солонцеватая среднесуглинистая. Функциональная диагностика: (1-я — рост побегов (до цветения)); 2-я — рост ягод (после цветения, завязывание ягод). Режим орошения — капельное, 150 м3/га, 70% НВ .
На каждой делянке выделено по 10 модельных кустов для проведения учетов и наблюдений за ростом и развитием растений. Перед внесением минеральных удобрений были отобраны почвенные образцы для определения содержания в них важнейших агрохимических характеристик. Внесение минеральных удобрений на делянки опыта проводилось весной перед началом и во время вегетации растений, вручную (корневое внесение) из смесей в подготовленные продольные ямы (0,30…0,40 м глубиной) . Для подбора необходимой дозы внесения элементов питания по д.в. из исследуемой группы технических сортов белого винограда Шардоне, Ркацители и Рислинг рейнский был взят самый низкопродуктивный по среднему количеству соцветий на один побег сорт Ркацители: Средний коэффициент плодоношения (К1) и плодоносности (К2) по сортам: Шардоне — 1,4–1,7 (К1) и 1,5–1,8 (К2) , ; Ркацители — 0,7–0,8 (К1) и 1,2–1,3 (К2) , , ; Рислинг рейнский — 1,2-1,6 (К1) и 1,6-2,0 (К2)
, , , .3. Основные результаты
При составлении картины начальной дозы внесения элементов питания макрогруппы (NPK) применялся балансовый метод расчета потребности, акцентируя внимание на имеющиеся агрохимические характеристики почвы (светло-каштановая солонцеватая среднесуглинистая, см. табл. 1) под посадкой плодоносящих кустов 5…6 года экологического сортоиспытания.
Почвенные характеристики образцов до начала исследования (2021 год)
Варианты | Слой почвы, м | Органическое вещество, % | Плотность почвы, т/м3 | мг/кг воздушно-сухой почвы | |||
N-NO3 | N-NH4 | P2O5 | K2O | ||||
Проба 1 | 0-0,2 | 1,51 | 1,28 | 6,50 | 4,40 | 16,65 | 205 |
Проба 2 | 0,2-0,5 | 1,27 | 1,35 | 6,50 | 3,80 | 12,53 | 156 |
Приняв во внимание общепринятый средний вынос элементов питания (кг д.в./т) продукции винограда N6,5P2K6 , и данные таблицы 1 получаем расчетные балансовые значения вносимого в кг д.в./га элементов питания на светло-каштановой почве для планируемого урожая 10,0 т/га — N100P30K0. При этом отмечено, что обменного калия по расчетным значениям в почвах было очень много.
Однако, дальнейшая проведенная функциональная диагностика по методике Ягодина-Плешкова (уровень активности хлоропластов) с использованием прибора «ЭКОТЕСТ-2020-1» (см. табл. 2, рис. 1–3), выявила серьезные нарушения (недостаток) в расчетном уровне питания, а правильнее сказать поглощении элементов макрогруппы — NPK.
Результат активности хлоропластов первой листовой диагностики по показателям NPK-критериев (до цветения) (ЭКОТЕСТ-2020-1) (среднее за 2021-2023 гг.)
Сорт винограда | Вариант использования дозы элемента (в т.ч. балансовые), д.в. кг/га | Активность хлоропластов, отклонения от контроля («-» - избыток питания; «+» - недостаток питания) | ||||||||||
N | P | K | Элемент | Элемент | Элемент | |||||||
Конт. | N | Откл. | Конт. | P | Откл. | Конт. | KS/KCl | Откл. | ||||
Ркацители | 100 | 30 | 0 | 24 | 34 | +10 | 24 | 27 | +3 | 24 | 30 / 31 | +6 / +7 |
120 | 34 | 41 | +7 | 34 | 36 | +2 | 34 | 39 / 41 | +5 / +7 | |||
140 | 33 | 36 | +3 | 33 | 34 | +1 | 33 | 39 / 39 | +6 / +6 | |||
160 | 30 | 28 | -2 | 30 | 31 | +1 | 30 | 34 / 36 | +4 / +6 | |||
180 | 27 | 21 | -6 | 27 | 28 | +1 | 27 | 31 / 31 | +4 / +4 | |||
Данные табличного материала демонстрируют неординарные значения уровня активности хлоропластов относительно уровня азотного питания. Так данный критерий с каждым вариантом повышения азотного питания (достоверные уровни дозировок по азотному, фосфорному и калийному питанию в условиях сухостепной и полупустынной зон для установления отзывчивости на применяемые удобрения) , показывал снижение от +10 до -2 и на дозе 160 кг д.в. /га имел уже начальные отрицательные значения, то есть уровень активности хлоропластов из «недостатка» перешел в оптимальное…начальное избыточное значение (см. рис. 1–3).
На фоне уровня азотного питания расчетно-балансовые значения по фосфору и калию также выглядят неординарно, представляя картину недостатка питания данных элементов. Табличный материал указывают на то, что все значения были положительными (недостаток): от +3 до +1 по фосфору и от +7 до +4 по калию (см. рис. 1–3).
Вариант N100P30K0 (контроль, расчетно-балансовый метод)
Согласно расположению показателей графика (рис. 1), можно отметить, что при завышенных значениях активности хлоропластов (тенденция недостатка питания по элементу), конечные точки всех макроэлементов располагаются справа от прямой лини К2–К3 (контрольные точки засвета работы раствора хлоропластов), что подтверждают дисбаланс питания в недостаточном объеме по варианту расчетно-балансового значения уровня первоначальной дозы удобрения N100P30K0.
Вариант N160P30K0
При изменении азотного питания (рис. 2) только на варианте N160P30K0 уровень активности хлоропластов по азоту снизился и немного перешел влево от границы линии К2-К3, что свидетельствует об оптимальном…начальном избыточном количестве данного элемента.
Вариант N180P30K0
При дальнейшем увеличении уровня азотного питания (рис. 3, вариант N180P30K0) диагностика продемонстрировала заниженный уровень активности хлоропластов по азоту определившись далее влево границы линии К2-К3, что констатирует избыток данного элемента и завершение усиления приема повышения уровня азотного питания.
На основании результатов функциональной диагностики была проведена корректировка варианта внесения основного минерального питания по всем макроэлементам и составлена новая агрохимическая карта основного минерального удобрения (см. табл. 3, рис. 4–6).
Результат активности хлоропластов второй листовой диагностики по показателям NPK-критериев (после цветения) (ЭКОТЕСТ-2020-1) (среднее за 2021-2023 гг.)
Сорт винограда | Вариант использования дозы элемента (с учетом первой функциональной диагностики), д.в. кг/га | Активность хлоропластов, отклонения от контроля («-» - избыток питания; «+» - недостаток питания) | ||||||||||
N | P | K | Элемент | Элемент | Элемент | |||||||
Конт. | N | Откл. | Конт. | P | Откл. | Конт. | KS/KCl | Откл. | ||||
Ркацители | 160 | 40 | 0 | 32 | 32 | 0 | 32 | 28 | -4 | 32 | 36 / 37 | +4 / +5 |
20 | 34 | 32 | -2 | 34 | 29 | -5 | 34 | 35 / 35 | +1 / +1 | |||
40 | 31 | 30 | -1 | 31 | 28 | -3 | 31 | 27 / 27 | -4 / -4 | |||
Приняв во внимание оптимальный уровень азотного питания в дозе 160 кг д.в./га дальнейшая картина изменения фосфорно-калийного питания привела к следующим изменениям и выравниванию картины агрохимического обеспечения. С повышением дозы по фосфорному питанию до 40 кг д.в./га произошло выравнивание уровня активности хлоропластов в отрицательную позицию, то есть «оптимум-легкий избыток»: от -3 до -5 единиц активности отклонения от контроля (см. рис. 4–6).
Однако уровень активности хлоропластов по калию к отрицательным значениям по отклонению от контроля подошел только к дозе дополнительного внесения 40 кг д.в./га: -4 единицы уровня активности (см. рис 4–6).
Вариант N160P40K0
На оптимальном фоне N160 при изменении фосфорного питания (рис. 4) с шагом +10 кг д.в./га уровень содержания конечного элемента показал значения -4 отклонения от контроля, однако на пределе границы линии К2-К3 искомая точка находится в оптимальных координатах, то есть реперная точка по фосфору лежит на прямой К2-К3 графика, что свидетельствует об оптимальном количестве данного элемента. Однако картина обеспеченности калием должна также быть приведена к близкой по оптимуму характеристике.
Вариант N160P40K20
Используя оптимальные значения уровня азотно-фосфорного питания N160P40 при изменении калийного питания (рис. 5) с шагом +20 кг д.в./га уровень содержания конечного элемента показал значения +1 на оба критерия функциональной диагностики элемента. Данные реперные точки, хоть и приближаются к значению контроля (уровень засвета К2), однако от оптимального положения прямой К2-К3 лежат еще в пределах недостаточного питания.
Вариант N160P40K40
При уровне азотно-фосфорного питания N160P40 с изменениями калийного питания (рис. 6) на шаг +40 кг д.в./га уровень содержания элемента показал отрицательные значения: -4 на оба критерия диагностики. Данный вариант внесения калийного питания в более оптимальной степени показал распределение реперных точек относительно прямой К2-К3 графика, что соответствует достаточному его количеству.
Отсюда, выявив уровень начального расчетно-балансового значения основного минерального удобрения относительно почвенного содержания элементов питания N100P30K0, проведя корректировки и поиск оптимальных значений в поправках основного удобрения, заключаем, что распределение питательных элементов относительно оптимального содержания прямой К2-К3 графиков доза основного минерального удобрения при начальной картине агрохимического обеспечения плодоносящих кустов белого винограда технических сортов в условиях светло-каштановых почв юга Волгоградской области рекомендуется доза N160P40K40.
Несомненно, данная доза будет в некоторой мере влиять и на уровень содержания микроэлементов в листьях (достоверные данные функциональной диагностики) . Они также могут быть скорректированы уровнем внесения стимуляторов/регуляторов роста или микроудобрениями. Данная отдельная работа будет отмечена в других публикациях.
Каким же образом приведенные значения по расчетно-балансовому методу и корректировке дозы основного минерального питания отразились на результатах установления уровня фактической урожайности можно проследить по таблицам 4 и 5 (2021–2023 гг.).
Стоит отметить, что характеристика климатических показателей и явлений была далеко от идеала. Однако в годы проведения данных исследований экстремальные явления — возвратные ночные заморозки с отрицательными температурами в течение нескольких часов до -7°С (что в дальнейшем наблюдалось в 2024–2025 гг. исследовательской работы), суховеи с порывами ветра до 25-27 м/с, атмосферные засухи со среднесуточной дневной температурой свыше 38°С, заселение вредителем (саранчовые) и т.д., которые все чаще стали проявляться в Нижневолжском регионе отмечены не были (или носили локальный и кратковременный характер — влияние в 2023 году на рост и развитие винограда изучаемых сортов).
Влияние различных доз азотных удобрений на показатели урожайности винограда (2021-2023 гг.)
Варианты опыта с удобрениями (В) | Урожайность, т/га | ||
Сорта (А) | |||
Шардоне | Ркацители (контроль) | Рислинг рейнский | |
I. N100P30K0 (контроль) | 9,224 | 9,417 | 9,504 |
II. N120P30K0 | 9,442 | 9,649 | 9,733 |
III. N140P30K0 | 9,696 | 9,909 | 9,991 |
IV. N160P30K0 | 9,922 | 10,133 | 10,226 |
V. N180P30K0 | 10,034 | 10,254 | 10,333 |
НСР05, т = 0,054...0,125, НСР05 А, т = 0,024...0,056, НСР05 В, т = 0,031...0,072 | |||
В таблицах 4 и 5 показан уровень фактической урожайности, который был зафиксирован при научном подходе к поиску настоящей дозировке азотных удобрений с учетом результата функциональной диагностики для получения планируемого урожая ягод винограда 10,0 т/га и более при соблюдении оптимизации питания растений.
Влияние различных доз фосфорно-калийных удобрений на показатели урожайности винограда при корректировке системы минерального питания результатами функциональной диагностики (2021-2023 гг.)
Варианты опыта с удобрениями (В) | Урожайность, т/га | ||
Сорта (А) | |||
Шардоне | Ркацители (контроль) | Рислинг рейнский | |
VI. N160P30K0 (контроль) | 9,922 | 10,133 | 10,226 |
VII. N160P40K0 | 10,039 | 10,249 | 10,339 |
VIII. N160P40K20 | 10,132 | 10,341 | 10,431 |
IX. N160P40K40 | 10,161 | 10,385 | 10,472 |
НСР05, т = 0,036...0,065, НСР05 А, т = 0,018...0,033, НСР05 В, т = 0,021...0,038 | |||
4. Заключение
На основании результатов листовой (функциональной) диагностики были получены данные для оптимизации азотного и корректировки фосфорно-калийного питания винограда по дозам минеральных удобрений с учетом физиологической сбалансированности вегетационного процесса на светло-каштановых почвах Нижневолжского региона. В результате были получены уровни урожайности 10,161, 10,385 и 10,472 т/га изучаемых сортов белого технического винограда при полноценном сбалансированном уровне использования питательных элементов. Стоит отметить, что среди сортов наибольшую урожайность имел Рислинг рейнский (10,472 т/га), а физиологически оптимальная доза внесения основного минерального удобрения на изучаемых светло-каштановых почвах составила N160P40K40. При этом контрольный сорт Ркацители был весьма близок по урожайности — 10,385 т/га, а самым низкоурожайным отметился в данных условиях сорт Шардоне — 10,161 т/га.
Таким образом, отмечаем, что расчетно-балансовый метод стартовых доз внесения минеральных удобрений на светло-каштановых маломощных малогумусных солонцеватых почвах Нижневолжского региона для поиска оптимальной дозы внесения под плодоносящие кусты виноградных растений технических сортов может и должен быть дополнен результатами функциональных диагностик (1-я — рост побегов (до цветения)); 2-я — рост ягод (после цветения, завязывание ягод), на физиологическом уровне выявляющих обеспеченность всех процессов внутри растений жизненно важными элементами питания.