Альтернативные экологически безопасные технологии возделывания картофеля при различных способах орошения в условиях аридной зоны

Большую часть сухого вещества клубня составляет крахмал. Содержание крахмала в картофеле является, прежде всего, сортовым признаком. Оно существенно зависит от физиологических возможностей сорта, обусловленных генетическими факторами, скороспелые сорта содержат меньше крахмала, чем поздние. Различные факторы: сорт картофеля, скороспелость, погода, почва, удобрения, отсутствие болезней и режим орошения сказываются на величине содержания крахмала в клубнях.

Столовые сорта картофеля, особенно ранние, характеризуются низким или средним содержанием крахмала (12-15%), но более высокими вкусовыми качествами, чем сорта картофеля, возделываемые для технологических целей.

В группу азотистых соединений клубня картофеля входят белки, аминокислоты, амиды, аммиак и нитраты. Белки составляют основную массу протоплазмы клеток, входят в состав некоторых витаминов. Белковую природу имеют все ферменты. Аминокислоты и амиды являются непосредственными предшественниками белков и пептидов, участвуют в обменных реакциях белкового порядка и других соединений.

Аммиак в растении картофеля является исходным соединением органических азотных веществ. Находясь в избытке, он вызывает отравление организма. Однако, аммиак легко вступает в реакцию прямого аминирования кетокислот, возникающих из углеводов, давая аминокислоты, а также реагирует с аспарагиновой и глютаминовой кислотами с образованием амидов. Нитратный азот также способен накапливаться в растении, не причиняя ему вред.

В клубнях картофеля в среднем содержится 1,9-2,2% азотистых веществ, а под влиянием различных факторов их количество колеблется в пределах 0,7-4,6 %. Из общего содержания азотистых веществ белок составляет более половины.

По способности к накоплению белка сорта можно разделить на три группы: относительно высокобелковые (200 мг % и выше белкового азота на сырую массу), со средним количеством белка (170-200 мг %), низкобелковые (менее 170 мг %). Поздние сорта синтезируют больше белка, чем ранние, но уступают последним по накоплению небелкового азота. В целом белкового азота в клубнях обнаружено в 1,5-2,5 раза больше, чем небелкового. Количество белкового, аминного и амидного азота в картофеле представляет соотношение 6:3:1.

В клубнях раннеспелых сортов скорость образования небелкового азота в конце периода вегетации опережает образование белкового азота. Запаздывание с уборкой раннего картофеля может привести к ухудшению качества по содержанию белка, т.к. по составу аминокислот белковый азот более полноценный, чем небелковый, который состоит из свободных аминокислот. У среднеспелых и позднеспелых сортов максимальное содержание небелкового азота, наоборот, наступает несколько ранее, чем белкового азота.

Половина всего небелкового азота составляет аминный азот. В различных сортах его содержание варьирует от 67 до 130 мг %. По отношению к общему азоту это составляет 18-31 %, а к небелковому - 40-52 %.

Содержание свободных аминов колеблется от 71 до 151 мг % (по сумме азота аминов). Количество нитратного азота и аммиака очень мало: в пределах 1-1,5 % общего азота. Накопление аммиака может вызвать отравление клетки. Количество этих веществ в клубнях несколько возрастает при обильном аммиачном и нитратном питании растений.

В картофеле обнаружены все аминокислоты, встречающиеся в растениях, в том числе незаменимые, составляющие 1/3 и более их общего состава.

Содержание сахаров, особенно редуцирующих - главный фактор, определяющий пригодность картофеля для переработки на обжаренные виды продукта.

Содержание витаминов. Наряду с крахмалом и белком, пищевое достоинство картофеля оценивается и наличием витаминов. Эти вещества, необходимые живым организмам в небольших количествах, являются важными активаторами жизненных процессов.

Картофель, благодаря широкому распространению, является самым дешевым источником витамина С (аскорбиновой кислоты). В свежеубранных клубнях содержится в среднем 25 мг % на сырой массы витамина С (при суточной потребности человека 70-100 мг %). В раннеспелых сортах картофеля аскорбиновой кислоты накапливается больше, чем в позднеспелых.

Группа витаминов В отличается большей устойчивостью по сравнению с аскорбиновой кислотой, поэтому их заметного снижения при хранении картофеля не происходит (табл. 5).

Таблица 5 - Содержание витаминов в картофеле

К другим веществам, содержащимся в картофеле и отвечающим за нормальный ход обмена веществ, относятся липиды.

Липиды составляет обширная группа органических веществ: жиры, фосфаты, терпеноиды, эфирные масла. Они являются обязательным компонентом клеточных мембран, выполняют ряд защитных функций.

1.3. Из истории введения картофеля в культуру

Родиной картофеля является Южная Америка. Именно здесь древние индейцы, примерно 14 тысяч лет назад, начали использовать съедобные корни диких зарослей картофеля, а потом и культивировать его. Первым письменным упоминанием о картофеле человечество обязано Педро Чиезо де Леону. Испанский солдат, участник одной из военных экспедиций в Южную Америку, он в 1538 году описал в своем дневнике неизвестное в Европе растение и указал его местное название – «папа» или «папас». Но увидели клубень и попробовали его на вкус европейцы гораздо позднее. Считается, что это произошло в 1565 году, когда испанские корабли привезли первые картофельные клубни под названием «земляной орех». Таким образом, чилийский картофель является прародителем современного европейского картофеля.

Первая опытная посадка клубней в Англии была произведена в 1586 г., а вскоре поблизости в Ирландии он стал главной продовольственной культурой.

После наблюдений в 1590 г. швейцарский ботаник Гаспар Боэн на латыни описал растение и дал ему ботаническое название «паслен клубнеплодный» (Solanum Tuberojum Ejcue).  В XVIII веке создатель классификации растений Карл Линней навсегда закрепил за картофелем его научное название.

В 1698 г. Петр I прислал графу Шереметьеву из Роттердама мешок клубней для расплода. Первые сведения о произрастании заморской культуры в Петербурге содержит каталог растений Ботанического сада за 1736 г. (Черкасов, 1953). Выдающуюся роль в пропаганде картофеля сыграл русский агроном Андрей Тимофеевич Болотов. В 1770 г. он опубликовал статью о картофеле, в которой писал, что «простой народ употребляет его более напечение и почитает его гораздо вкуснее печеный, что и в самом деле так, ибо вареный требует некоторой приправы, а печеный только посоля есть можно».

Одним из первых российских селекционеров - картофелеводов второй половины XIX века был Ефим Андреевич Грачев. Он создал первые отечественные сорта картофеля, которых насчитывалось около 100 сортов.

К концу XIX века, картофель занимал в нашей стране 1,5 млн. га, а к 1913 г. - более 4 млн. га [46].

С.М. Букасов в 1919 г. начал изучать сорта картофеля во Всесоюзном институте растениеводства, а затем А.Г. Лорх и Т.В. Асеева в 1920 г. на Кореневской картофельной опытной станции Московской области.

В настоящее время большую научную работу по картофелю ведет ВНИИКХ, расположенный в Коренево Московской области. Первым директором опытной станции был А.Г. Лорх, который возглавлял ее с момента создания в 1920 и по 1930 гг. Им в 1922 году были созданы универсальные, высокоурожайные сорта: Лорх, Кореневский. Этим институтом ведется большая селекционная и семеноводческая работа по картофелю. Выведено большое количество сортов разных сроков созревания, устойчивых к грибным, бактериальным, вирусным болезням. С культурой картофеля ведется научно-исследовательская работа во всех регионах России: в Северо-Западном НИИСХ, Уральских, Сибирских, Дальне-Восточных научных учреждениях, на Северном Кавказе, Нечерноземье и в других регионах.

В настоящее время в государственный реестр РФ внесено около 200 сортов картофеля отечественной и иностранной селекции (Голландия, Германия, Польша- 60 сортов, Белоруссия, Украина –25 сортов, есть сорта из Прибалтийских республик).

В середине XIX в. в России посевные площади под картофелем составили 0,4 млн. га, в начале ХХ - 4 млн. га. Затем в 50-80 гг. посевные площади неуклонно сокращались и в последние годы колеблются в пределах 3 млн. га. По данным академика Анисимова в 1999 г. в России площадь под картофелем занимала -3,2 млн. га, валовой сбор -31,2 млн. т, что составляет 10% мирового производства картофеля, Россия занимает III место в мире по этому показателю.

В конце XIX века на планете площадь под картофелем составляла около 15 млн. га, после 1 мировой войны - 21 млн. га, после 2 мировой – около 24 млн. га. В 80 – годах ХХ века общая площадь под этой культурой не превышала 18 млн. га. Однако благодаря росту урожайности валовой сбор не уменьшился.

Сейчас картофельное поле страны - более 7 млн.га. А всего в мире он занимает более 20 млн. га. Средняя урожайность в России составляет 9-12 - т/га.

1.4. Биологические особенности картофеля

Картофель относится к семейству пасленовых (Solonaceae), роду (Solanum). Это многолетнее, травянистое, клубненосное растение, но в культуре возделывается как однолетнее, потому что жизненный цикл его, начиная с прорастания клубня и кончая образованием и формированием зрелых клубней, проходит за один вегетационный период.

Размножают его вегетативным путем - клубнями, ростками и черенками. Семенное размножение применяют лишь для селекционных целей. Род Solanum объединяет 201 клубненосный вид картофеля. Однако в сельскохозяйственном производстве используется два вида картофеля - картофель обыкновенный – S. luberojum и культурный тетроплоидный – S. andigenum [142].

Корневая система картофеля, выращенного из клубня, мочковатая. Она представляет собой совокупность корневых систем отдельных стеблей. При посеве семенами главный корень развивается из зачаточного корешка-семени и является как бы продолжением стебля. Корневая система имеет ростковые (глазковые) или первичные корни, образующиеся в начале прорастания клубней. Другие, так называемые пристолонные клубни, появляются в течение  всего вегетационного периода и располагаются группами по 4-5 около каждого столона. Столонные корни находятся непосредственно на столонах. По данным А. И. Таммона (1957), в среднем на один стебель приходится 20-25 корней.

Проведенные исследования А.И. Гречушникова и Н.Ф. Нестеровой (1957) показали, что столонные корни характеризуются незначительной длиной, слабым ветвлением и принимают участие в питании клубней и всего растения. По Клазенеру (1929) и Бёме (1926) около половины корней расположены в пахотном слое, от 22 до 38 % проникают до 0,4-0,6 м, а отдельные корни уходят на глубину до 1,5-2,0м. Корни картофеля распространяются в стороны на 0,5 м. По Бёме, 37 % всех корней уходит в стороны на 0,3 м, и только 1 % на 0,9-1,2 м и выше, распространение корней в ширину зависит от скороспелости сорта. Как правило, у раннеспелых сортов корни менее широко распространяются в стороны, чем у поздних сортов. Ежедневный прирост корней в длину, по данным Остермана, достигает 0,02-0,03 м.

На развитие корневой системы в значительной степени влияет влажность почвы, её аэрации, содержания в ней питательных веществ, а также сорта картофеля: у среднеспелых и среднепоздних сортов корни более мощные, чем у раннеспелых. Клубень является местом отложения запасных питательных веществ и представляет собой утолщенный и укороченный стебель. Ту часть клубня, которой он прикреплен к столону, называют основанием, а противоположную - вершиной. На клубне в  раннем возрасте имеются мелкие чешуйчатые листочки, не содержащие хлорофилла. В пазухах чешуйчатых листочков закладываются покоящиеся почки, образующие так называемые глазки. Почка клубня состоит из конуса нарастания с зачатками листьев, пазушных почек и зачатков корешков. В каждом глазке клубня имеется 3-5 почек. Из них при прорастании трогается в рост одна, остальные прорастают лишь при обламывании ростков. Глазки верхушечной части клубня более жизнеспособны и прорастают раньше. В зависимости от сорта ростки, проращенные на свету, имеют разную окраску: зеленую, красно-фиолетовую или сине–фиолетовую. Глазки на клубне расположены спирально, в верхней части значительно более сближено, чем в средней и у основания.

Для дыхания клубня служат небольшие чечевички, представляющие собой макроскопические щели в виде маленьких темноватых пятен на кожуре. Через эти отверстия в клубень поступает кислород, удаляются углекислый газ и водяной пар. Молодой клубень снаружи покрыт эпидермисом, по мере роста растения он заменяется плотной, не пропускающей воздуха перидермой (покровная ткань). Наружный слой перидермы пробковеет и образует кожуру клубня, которая тем толще, чем длиннее вегетационный период. По форме и окраске клубней сорта картофеля сильно отличаются друг от друга. Форма клубней определяется отношением его длины к ширине и ширины к толщине. В зависимости от этого различают клубни круглые, округло-овальные, удлиненно- овальные, длинные, плоские, овальные и другие.

Выделяют следующие типы окраски клубней: белые (с различным проявлением желтизны), красные (с оттенками от светло-розового до интенсивно-красного и сине-фиолетового).

Мякоть клубня чаше всего белая, иногда желтоватая и только у отдельных сортов она красная и сине-фиолетовая. В состав клубней входят: вода - 75%, крахмал - 20,45%, сахар - 0,3%, сырой протеин - 2%, жир - 0,15%, клетчатка - 1% и зола - 1,1%.

Окраска стеблей картофеля зелёная, но у некоторых сортов она маскируется антоцианом, который придаёт стеблям красно- бурый оттенок. На проявление окраски влияют освещенность, влажность почвы, величина посадочных клубней, удобрения и другие факторы. Стебель картофеля большей частью прямостоячий, реже отклоняющийся в сторону, высотой 30-150 см.