Биолого-экологические особенности картофеля

Картофель является клубненосным растениям рода Solanum, который относится к семейству Пасленовые (Solanaceae).

Кроме культурного картофеля (Solanum tuberosum L.), удалось открыть ряд новых видов (диких и культурных) в Центральной и Южной Америке, которые стали использоваться селекционерами для создания ценных морозо-, фитофторо- и ракоустойчивых сортов. Особенность биологии этого растения заключается в том, что в пазухах зачаточных листьев подземной части стебля образуются столоны, на концах которых появляются клубни. На одном стебле может сформироваться около 68 столонов, которые еще дополнительно ветвятся. Культурный картофель относится к самоопыляющимся растениям, но из-за мужской стерильности семена образуются очень редко. Плодом является сочная, двухгнездная ягода, масса 1000 семян — около 0,5 г.

У картофеля принято отмечать следующие фазы роста и развития растений: всходы, образование соцветий, цветение, отмирание (увядание) ботвы. Кроме того, в жизненном цикле этой культуры выделяются четыре периода, которые характеризуют формирование морфологических структур и элементов продуктивности. Рост и развитие картофеля принято делить на четыре периода:

1. от прорастания почек до появления всходов, когда питание происходит за счет материнских клубней;
2. образование надземных органов, корней и столонов;
3. усиленный рост столонов и клубней во время бутонизации и цветения;
4. созревание клубней и завершение накопления в них крахмала.

Кафедра растениеводства Донского агроуниверситета (Алабушев В. А. и др., 2001) предлагает следующую взаимосвязь фаз роста и развития с этапами органогенеза и элементами продуктивности картофеля.

Периоды жизненного цикла картофеля

Эта культура в основном размножается вегетативным способом, для чего используются клубни или их части, а также ростки и черенки. Если растение формируется из семени, то вначале появляется росток с двумя семядолями и зародышевым стержневым корешком. Затем на подземной части стебля и столонах образуются корни, как и при вегетативном размножении. Известно, что корневая система картофеля мочковатая и размещается в основном в пахотном слое, но отдельные корни могут достигать в глубину до 100-150 см. В горизонтальном направлении они отходят от куста примерно на 50 см. Очень интенсивно она формируется в начальные фазы развития, а во время бутонизации — начала цветения достигает максимальной величины. Установлена высокая активность корней во время массового клубнеобразования, что говорит об их способности поглощать питательные элементы даже в конце вегетации. Корневая система картофеля характеризуется очень высокой поглотительной способностью (особенно это относится к фосфору).

Клубень картофеля представляет собой утолщенное окончание столона (подземный стеблевой побег), а в пазухах редуцированных листьев имеются глазки, которые расположены по его спирали. У большинства сортов они находятся в углублениях и состоят из трех почек, а прорастает из них одна (наиболее жизнеспособная). Самое большое число жизнеспособных почек располагается на верхушке клубня, тогда как у его основания меньше всего. С помощью многолетней народной и научной селекции удалось создать самые разнообразные формы клубней (округлая, овальная и удлиненная), а также окраску (светло- и темно-красная, розовая, желтая, белая, светло- и темно-синяя, пестрая). На поверхности клубней можно разглядеть небольшие светлые чечевички, которые используются для дыхания и испарения влаги из него. Содержание крахмала в клубнях может колебаться от 12-14% (столовые сорта) до 22-29% (технические); в ранних сортах его обычно меньше, а в поздних — больше. Для переработки используются клубни, в которых содержание крахмала составляет не ниже 18%.

Картофель относится к теплолюбивым культурам, поэтому начинает прорастать при +6-7°С. По мере повышения температуры почвы ускоряется появление всходов, а также рост и развитие растений. Лучше всего клубни прорастают при температуре +13-15°С. Если почва холодная и переувлажненная, то они могут загнивать. Как правило, всходы появляются через 18-20 дней, а в холодную погоду — через 25-30 дней. Для ускорения прорастания их обычно выдерживают на свету, при этом всходы появляются через 12-15 дней. При заморозках ниже -3°С всходы погибают, но затем появляется новая поросль. Заморозки ниже -3°С осенью убивают надземные органы, но клубни не подмерзают. Если температура почвы снижается до -2°С, то клубни замерзают и не могут прорастать. Установлено, что поздние сорта имеют более высокую холодостойкость. Если в хранилищах температура долгое время удерживается от 0 до -1°С, то крахмал начинает преобразовываться в сахар, который накапливается в клубнях из-за снижения расхода его на дыхание. При этом клубни становятся сладковатыми и невкусными. Если же такие клубни подержать 5-10 дней в комнате, то сладковатый вкус пропадает, потому что при возобновлении дыхания сахар начинает расходоваться.

Если для посадки используются целые клубни, обычно прорастают почки верхушечных глазков, а остальные могут оставаться в состоянии покоя. Если же посадку проводить резаными частями, глазками и ростками, то прорастают почти все почки. Установлено, что цветение начинается через 30-35 дней после всходов. Следует иметь в виду, что у некоторых сортов образуются только бутоны, которые позже опадают.

В зависимости от сорта, почвенно-климатических и других условий вегетационный период может изменяться от 60 до 180 дней. Надземные органы полностью отмирают только у скороспелых сортов, а у позднеспелых они сохраняются зелеными и продолжают активную жизнедеятельность до осенних заморозков.

Образование клубней обычно отмечается в конце бутонизации — начале цветения, в это же время определяется и их число. Окончательное число клубней и их масса в значительной степени зависят от погодных условий июля — августа, так как в это время нужна хорошая обеспеченность влагой. Среднесуточные приросты массы клубней на один куст в августе — сентябре могут составлять 30-35 г, а прирост крахмала — 0,3-0,5%. Наибольшие среднесуточные проросты клубней в средней полосе Европейской части России бывают с 25 июля по 10 сентября. Главными условиями для образования клубней и накопления в них крахмала считаются следующие: температура, достаточная влажность и освещение. Самой благоприятной температурой для фотосинтеза считается +22-25°С, а при ее повышении начинается торможение ассимиляции и ростовых процессов, рост клубней и накопление крахмала приостанавливаются. В результате может начаться вырождение картофеля. Сумма температур выше +10°С за вегетационный период составляет порядка 1000-1400°С (ранние и среднеранние сорта) и 1400-1600°С (поздние).

Картофель относится к светолюбивым растениям, поэтому при затенении побеги начинают сильно вытягиваться, что приводит к запаздыванию цветения и клубнеобразования, в результате чего снижается урожай. Большинство видов и сортов картофеля являются растениями длинного дня, но некоторые относятся к короткодневным. Удлинение дня способствует ускорению развития листьев и стеблей, а также более обильному цветению. Эта культура считается требовательной к влаге, а транспирационный коэффициент составляет 400-550. Наибольшая потребность к увлажнению почвы (70-80% НВ) отмечается во время усиленного роста надземных органов и образования клубней. В период накопления крахмала она уменьшается до 60-65% НВ. На плодородных почвах и при достаточном удобрении растения более экономно расходуют воду. Корневая система картофеля требует хорошего обеспечения кислородом из почвенного воздуха, особенно во время клубнеобразования. В связи с этим приходится содержать почву в рыхлом состоянии с плотностью не более 1,0-1,2 г/см³.

Максимальное потребление питательных веществ отмечается во время интенсивного формирования надземной массы (фаза цветения) и в начале образования клубней. К началу цветения эта культура потребляет около 55-60% азота, фосфора и калия. Ко времени завершения вегетации поступление питательных веществ снижается, а в начале засыхания листьев совсем приостанавливается. При недостатке азота уменьшается чистая продуктивность фотосинтеза и замедляется рост растений, в результате чего снижается урожай и крахмалистость клубней. В то же время при чрезмерном азотном питании отмечается усиленный рост надземных органов, замедляется формирование клубней и увеличивается вегетационный период. Недостаток фосфора способствует замедлению развития растений и снижению качества клубней. Оптимальное фосфорное питание приводит к убыстрению формирования клубней, увеличению их массы и содержания крахмала. Процессы фотосинтеза, белкового и углеводного обмена, а также клубнеобразования в значительной степени зависят от содержания калия. Избыточное калийное питание способствует повышению устойчивости картофеля к болезням (макроспориоз, кольцевая гниль и др.), лучшей сохранности клубней. Недостаточное обеспечение калием приводит к торможению оттока продуктов ассимиляции в клубни, к замедлению накопления крахмала и других веществ. Если же калийное удобрение содержит много хлора, то уменьшается содержание крахмала в клубнях.

Для формирования крупных клубней требуются рыхлые и плодородные почвы с хорошей аэрацией и водопроницаемостью. Но в связи с большой усвояющей способностью корневой системы картофель может произрастать и на бедных почвах. Лучшими для этой культуры считаются хорошо удобренные супесчаные и суглинистые почвы, а также увлажненные легкие черноземы. Следует иметь в виду, что на легких супесчаных почвах Нечерноземной зоны обязательно должны вноситься органические удобрения. Картофель можно возделывать также на окультуренных некислых торфянистых почвах. Но совсем не подходят для него сырые, тяжелые, заплывающие глинистые и засоленные почвы. Оптимальной кислотностью считается рН 5-6.

В результате непрерывного вегетативного размножения идет процесс постепенного старения растения, которое принято называть вырождением. Оно сопровождается следующими признаками: преждевременное пробуждение почек, образование удлиненных ростков, формирование мелких и больных клубней, резкое уменьшение продуктивности растений, поражение их вирусными и другими болезнями. Известно, что высокие температуры и резкая сухость почвы во время образования клубней оказывают отрицательное влияние на рост и развитие растений. Это связано с тем, что при температуре более +25°С происходит изменение состава белковых веществ клубней, что способствует усилению вырождения. При этом почки глазков преждевременно пробуждаются, из них формируются нитевидные ростки, в результате на таких растениях бывают очень мелкие клубни. Так происходит экологическое вырождение картофеля на юге нашей страны. Одной из основных причин его являются также вирусные заболевания этой культуры (вирусы X, S, Y и др.), которые имеют следующие признаки: скручивание листьев и их морщинистость, крапчатость (мозаика), мелкие клубни и др. Вирусное вырождение картофеля бывает в различных зонах и провинциях страны, так как это заболевание переносится тлями. Распространение вирусного заболевания связано с многими факторами (почва, температура, сорт, агротехнология и т. д.). Одной из причин вырождения может быть также использование на семенные цели физиологически старых клубней и поздневесенняя посадка. Следует иметь в виду, что все сорта имеют различную устойчивость. Установлено, что самое сильное вырождение картофеля на юге нашей страны наблюдается при совместном воздействии неблагоприятных экологических факторов и вирусных болезней. Однако регулярное оздоровление посадочного материала не всегда удается из-за больших трудностей, так как требуется постоянная замена старых сортов на более устойчивые. В настоящее время большая роль отводится также организации надежного семеноводства в северных и горных регионах нашей страны, где проводится выращивание элиты, не зараженной вирусами, при строгом контроле за размножением перспективных клонов. Современные достижения биотехнологии дают возможность шире использовать результаты меристемной культуры.

В нашей стране разработана классификация сортов по времени их созревания: раннеспелые (50-60 дней), среднеранние (60-80 дней), среднеспелые (80-100 дней), среднепоздние (110-120 дней) и позднеспелые (125 и более дней). В каждом хозяйстве должно возделываться по 2-3 сорта с различной скороспелостью.